Kỹ thuật phân tập anten trong cải thiện dung lượng hệ thống MIMO

Sự bùng nổ của nhu cầu thông tin vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng trong những năm gần đây đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến. Trong đó, phải kể đến các công nghệ mới như MIMO-OFDM, anten thông minh, ... giúp nâng cao hơn nữa dung lượng của hệ thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật phân tập anten trong cải thiện dung lượng hệ thống MIMO Kỹ thuật phân tập anten trong cải thiện dung lượng hệ thống MIMO TS. Phan Hồng Phương, KS. Lâm Chi ThươngSự bùng nổ của nhu cầu thông tin vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng trong nhữngnăm gần đây đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến. Trong đó, phải kểđến các công nghệ mới như MIMO-OFDM, anten thông minh, ... giúp nâng cao hơn nữa dunglượng của hệ thống.Bài báo giới thiệu về kỹ thuật phân tập anten (Antenna Diversity) - một kỹ thuật được ứng dụngvào hệ thống MIMO để nâng cao dung lượng cũng như chất lượng truyền thông vô tuyến, đồngthời thực hiện mô hình hóa và tiến hành mô phỏng xác suất lỗi ký tự (SER) và đồ thị bức xạ(Beam pattern) của kỹ thuật phân tập anten, so sánh với kỹ thuật anten thông minh.Công nghệ MIMO – OFDMNgoài các ảnh hưởng do suy hao, can nhiễu, tín hiệu khi truyền qua kênh vô tuyến di động sẽ bịphản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ, … và gây ra hiện tượng fading đa đường. Điều đó dẫn đến tínhiệu nhận được tại bộ thu sẽ yếu hơn nhiều so với tín hiệu tại bộ phát, làm giảm đáng kể chấtlượng truyền thông. Các fading khá phổ biến trong thông tin vô tuyến là fading Rayleigh vàfading Ricean [1].Những nghiên cứu gần đây cho thấy, sự kết hợp phương pháp điều chế OFDM vào hệ thốngMIMO cho phép cải thiện đáng kể những ảnh hưởng fading từ môi trường truyền, cho phép nângcao chất lượng và dung lượng truyền thông.Trước tiên, phải kể đến kỹ thuật điều chế trực giao OFDM. Đó là một trường hợp đặc biệt củatruyền dẫn đa sóng mang. OFDM được gọi là kỹ thuật điều chế hay kỹ thuật ghép, dựa trênnguyên tắc phân chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp, truyền trênnhiều sóng mang trực giao nhau. OFDM sử dụng dữ liệu song song và ghép kênh theo tần sốFDM với các kênh chồng nhau, trong đó mỗi kênh mang một tốc độ dữ liệu, được đặt cách nhaumột khoảng tần số để tránh sự cân bằng tốc độ cao (High-Speed Equalization) đồng thời chốnglại nhiễu và méo đa tuyến, cũng như sử dụng hoàn toàn dải thông có sẵn.MIMO là hệ thống sử dụng các dãy anten ở cả hai đầu kênh truyền với nhiều anten cho phía thuvà nhiều anten cho phía phát [1]. Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống MIMOCác công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng, dung lượng của hệ thống thông tin vô tuyến được tănglên đáng kể khi sử dụng nhiều anten thu và phát.Xét dung lượng kênh MIMO có Fading Rayleigh chậm trong trường hợp kết hợp cả phân tập thuphát [2]: ⎛ ( ) ⎞, nT P Giới hạn dưới: C>W ∑ log 2 ⎜1 + ⎟ ⎜ n σ 2 χ2 2 ⎟ i nT ≥ nR i = n T − n R −1) ( ⎝ T ⎠ ⎛ ( ) ⎞, nT P Giới hạn trên: C < W ∑ log 2 ⎜1 + ⎜ n σ 2 χ 2n R 2 i ⎟ ⎟ nT ≥ nR i =1 ⎝ T ⎠ nR 2n RVới χ 2 n R = ∑ h i = ∑ z i2 , P là công suất phát, W là băng thông, nR và nT lần lượt là số anten 2 2 i =1 i =1thu, phát, hi là hệ số của ma trận kênh truyền H.Có thể thấy rằng, dung lượng hệ thống MIMO được cải thiện đáng kể so với trường hợp chỉ có 1 r ⎛ P ⎞cặp anten thu phát truyền thống: C = W ∑ log 2 ⎜1 + ri ⎟ . [2] ⎝ σ ⎠ 2 i =1Kỹ thuật phân tập antenKỹ thuật phân tập là một trong những phương pháp được dùng để hạn chế ảnh hưởng của fadin ...