1.2 Truyền dẫn vô tuyến MIMO
1.2.5 MIMO trong mạng không dây
Mạng khơng dây có thể được phân loại là mạng di động (cellular) hoặc mạng tùy biến không dây (ad hoc). Mạng di động được đặc trưng bởi giao tiếp tập trung - nhiều người dùng trong đó một tế bào giao tiếp với một trạm gốc điều khiển tất cả việc truyền/nhận và chuyển tiếp dữ liệu đến người dùng. Ngược lại, trong mạng ad hoc, tất cả các thiết bị đầu cuối đều bình đẳng (bất kỳ thiết bị đầu cuối nào cũng có thể hoạt động như một người gửi hoặc người nhận dữ liệu). Dưới đây là đánh giá ngắn gọn việc sử dụng công nghệ MIMO trong mỗi mạng.
1.2.5.1 MIMO trong mạng di động
Trong mạng truyền thông không dây di động, nhiều người dùng có thể giao tiếp cùng một thời gian hoặc tần số. Việc tái sử dụng tài nguyên tần số và thời gian càng tích cực thì dung lượng mạng càng cao, với điều kiện là các tín hiệu được truyền một cách đáng tin cậy. Nhiều người dùng có thể được phân chia theo thời gian, tần số hoặc mã. Kích thước khơng gian trong các kênh MIMO, cung cấp thêm một chiều để phân tách người dùng, cho phép tái sử dụng hiệu quả hơn tài nguyên thời gian và tần số, do đó tăng dung lượng mạng.
Hình 1.11 là giản đồ của một ơ trong mạng di động MIMO. Một trạm gốc được trang bị 𝐿 ăng ten giao tiếp với 𝑃 người dùng, mỗi người dùng được trang bị 𝑀 ăng ten. Kênh từ trạm gốc đến người dùng (đường xuống) là kênh quảng bá trong khi kênh từ người dùng đến trạm gốc (đường lên) là kênh đa truy nhập.
Để hiểu được lợi ích có thể đạt được từ cơng nghệ MIMO trong môi trường nhiều người dùng, hãy xem xét đường lên của hệ thống MIMO di động nơi tất cả người dùng đồng thời truyền các luồng dữ liệu độc lập từ mỗi ăng ten phát của họ, tức là mỗi người dùng phát tín hiệu bằng ghép kênh không gian. Đối với trạm gốc, những người dùng như một máy phát nhiều ăng ten với 𝑃𝑀 ăng ten. Như vậy kênh đường lên hiệu quả có kích thước 𝐿 × 𝑃𝑀. Kênh này sẽ có cấu trúc khác biệt đáng kể so với kênh người dùng đơn lẻ Hw do sự khác biệt và fading giữa những người dùng. Tuy nhiên, với sự tán xạ và 𝐿 ≥ 𝑃𝑀, có thể mong đợi rằng các tín hiệu khơng gian của người dùng được tách biệt tốt. Sử dụng bộ thu nhiều người dùng sẽ cho phép phân tách hoàn hảo tất cả các luồng dữ liệu tại trạm gốc, mang lại độ lợi ghép kênh nhiều người dùng.
1.2.5.2 MIMO trong mạng ad hoc
Hình 1.12 cho thấy một mạng ad hoc khơng dây. Tại một thời điểm nhất định, một tập con các thiết bị đầu cuối sẽ là nguồn dữ liệu và một tập con khác là các đích đến dự kiến. Các thiết bị đầu cuối trong mạng không phải là nguồn cũng khơng phải đích có thể hoạt động như các rơle để hỗ trợ truyền dữ liệu trong mạng. Do đó, số lượng các chế độ hoạt động trong một mạng đặc biệt là rất lớn và nói chung, sẽ bao gồm các tổ hợp của các kênh đa truy nhập, quảng bá, chuyển tiếp và giao thoa. Mặc dù giới hạn hiệu suất cuối cùng của mạng ad hoc là không xác định, nhưng rõ ràng là việc tận dụng kích thước khơng gian thơng qua việc sử dụng công nghệ MIMO trong mỗi khối xây dựng (tức là các kênh đa truy cập, quảng bá, chuyển tiếp và giao thoa cấu thành) sẽ tăng dung lượng mạng tổng thể.
Trong khi công nghệ MIMO mang lại hiệu suất đáng kể, chi phí triển khai nhiều ăng ten tại các thiết bị đầu cuối trong mạng có thể bị cấm, ít nhất là trước mắt. MIMO phân phối là một phương thức hiện thực hóa lợi ích của MIMO với các thiết bị đầu cuối đơn ăng ten trong mạng, cho phép chuyển dần sang mạng MIMO thực tế. Phương pháp này yêu cầu một số mức độ hợp tác giữa các thiết bị đầu cuối mạng. Điều này có thể được thực hiện thơng qua các giao thức được thiết kế phù hợp. Các thiết bị đầu cuối hợp tác tạo thành một mảng ăng ten ảo tận dụng lợi ích của MIMO theo kiểu phân tán. Có thể đạt được hiệu suất đáng kể thơng qua cách tiếp cận này. Khái niệm này có thể được áp dụng cho cả mạng di động cũng như mạng không dây đặc biệt.