Tìm hiểu kỹ thuật đảo ngược thời gian và phân tích dung lượng kênh trong hệ thống MIMO-UWB

Bài viết này trình bày về sự tác động mạnh của tương quan thu so với tương quan phát, đồng thời phân tích và đánh giá được điểm mạnh và điểm yếu của hệ thống MIMO khi số người sử dụng tăng lên. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tìm hiểu kỹ thuật đảo ngược thời gian và phân tích dung lượng kênh trong hệ thống MIMO-UWBTẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾTẬP 1, SỐ 1 (2014)TÌM HIỂU KỸ THUẬT ðẢO NGƯỢC THỜI GIAN VÀ PHÂN TÍCHDUNG LƯỢNG KÊNH TRONG HỆ THỐNG MIMO-UWBHồ ðức Tâm Linh*, Nguyễn Văn Phú, ðặng Xuân VinhKhoa ðiện tử - Viễn thông, Trường ðại học Khoa học Huế* Email: hodutali@gmail.comTÓM TẮTDung lượng kênh truyền trong hệ thống Băng siêu rộng (UWB) tăng ñáng kể khi kết hợpkỹ thuật ñảo ngược thời gian (Time Reversal - TR) với kỹ thuật ña anten vào ra (MultiInput Multi-Output – MIMO). Tuy nhiên, trong thực tế khi sử dụng nhiều antentại bộ phátvà bộ thu, luôn tồn tại sự tương quan không gian giữa chúng, làm cho dung lượng kênhtruyền giảm xuống.Trong bài báo này, dung lượng kênh truyền của hệ thống MU - MIMO- TR - UWBñược phân tích và ñánh giá cả hai trường hợp có tác ñộng và không có tácñộng của hệ số tương quan. Ngoài ra, sự thay ñổi số lượng anten ñầu vào và ñầu ra cũngtác ñộng lớn ñến dung lượng của hệ thống UWB. ðặc biệt, bài báo ñã chỉ ra ñược sự tácñộng mạnh củatương quan thu so với tương quan phát, ñồng thời chúng tôi cũng ñã phântích và ñánh giá ñược ñiểm mạnh và ñiểm yếu của hệ thống MIMO khi số người sử dụngtăng lên.Từ khóa: UWB, TR, MIMO, MIMO-UWB, TR-UWB, MU-MIMO-UWB-TR1. GIỚI THIỆUCông nghệ truyền thông Wifiñang phát triển rất mạnh trong mạng thông tinkhoảng cách ngắn. Tuy nhiên với tốc ñộ hiện tại, ñể ñáp ứng nhu cầu cho sự gia tăngcác dịch vụ ñòi hỏi tốc ñộ cao và dung lượng lớn thì không thể ñáp ứng ñược. Băng siêurộng (Ultra Wideband – UWB)ra ñời nhằmgiải quyết một cách hoàn hảo các vấn ñề hạnchế băng thông trong môi trường truyền thông không dây [1 - 3]. Tuy nhiên, các kênhtruyền trong thực tế ñều là các kênh fading, vì thế các vấn ñề gây ảnh hưởng ñến chấtlượng truyền dẫn trong hệ thống UWB phục vụ ña người dùng thực sự phức tạp [4 - 6].Một giải pháp có thể khắc phục vấn ñề này là sử dụng kết hợp kỹ thuật ñảo ngược thờigian (Time Riversal - TR) với kỹ thuật ña anten phát và ña anten thu (Multi-InputMulti-Output - MIMO) trong hệ thống băng siêu rộng ña người dùng (MU – UWB). Sựkết hợp này nhằm cải thiện tốc ñộ truyền dẫn và giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng ñếnviệc làm giảm chất lượng của hệ thống MU-UWB [7 - 9].Phân tích dung lượng hệ thống MU-UWB là một trong những hướng nghiên cứunổi bật trong truyền thông trên thế giới. Tuy nhiên, hiện nay chưa có tài liệu nào ñưa raphân tíchdung lượng kênh truyền hệ thống MU-UWB trong cả 4 trường hợp SISO (mộtanten ñầu vào – một anten ñầu ra), SIMO (một anten ñầu vào – ña anten ñầu ra), MISO(ña anten ñầu vào – một anten ñầu ra) và MIMO (ña anten ñầu vào – ña anten ñầu ra).Bài báo này ñưa ra mô hình toán học và thực hiện mô phỏng ñể ñánh giá dung lượng1TẠP CHÍ KHOA HỌCC VÀ CÔNG NGHỆ,NGH TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾTẬẬP 1, SỐ 1 (2014)kênh truyền MU-UWBUWB trong trườngtrhợp tổng quát nhất là MIMO. Từ ñóñ rút ra sự ñánhgiá và so sánh với 3 trườngng hợph còn lại. Kết quả này có thể ñịnh hướngng cho các nhà sảnsxuất tham khảo nhằmtối ưu hóa trong việcvi chế tạo thiết bị thu phát tín hiệuhi UWB.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG [11], [12]Mô hình hệ thốngng UWB ña người dùng kết hợp kỹ thuật ñảoo ngượcngư thời gian vớikỹ thuật MIMO ñược cho ở hình 1.Hình 1.1 Mô hình hệ thống MU-MIMO-UWB-TRðáp ứngng xung kênh truyềntruy giữa anten phát thứ j và anten nhậnn thứth i của ngườidùng thứ nñược biểu diễnn nhưnh sau:L −1hij ( n ) = ∑ α ij,( nl)δ (t − τ ij,l )(1)l =0Trong ñó, αij,( nl) , δ (t − τ ij,l ) , i = 1, 2, … , M R , j = 1, 2, … , M T , n = 1, … , N lầnlượt là biên ñộ, ñộ trễ củaa tap thứth l,số anten phát và số anten thu củaa mộtm người dùng.Dạng rời rạc trong miền thờời gian ñược viết lại như sau:hij ( n ) =  hij ( n ) [0], hij ( n ) [1],L , hij ( n ) [ L − 1](2)Mỗi ñáp ứngng xung này mang mộtm năng lượng:2E  hij ( n ) [l ]  = eNhư vậy, với MTanten ở bộ phátcó ñáp ứng xung như sau: h11( n ) (n) h21(n)Η = M hM( n ) 1 R−lTsσT, 0 ≤ l ≤ L −1(3)và MR anten ở bộ thu của ngưười dùng thứ n sẽh12( n )( n)h22M(n)MR 2h2h1(Mn )T L h2( nM)T LM L hM( nR)M T L(4)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾTẬP 1, SỐ 1 (2014)Giữa anten thu thứ i và phát thứ j có L tap. Vì vậy kích thước ma trận ñáp ứngxung kênh truyền của người dùng thứ n sẽ là MR x (MT x L).Do ñó, trong môi trường khảo sát có N người dùng thì ñáp ứng xung của kênhtương ứng ñược biểu diễn là H: H (1)  (2) H H =M(N ) H (5)Ma trận H có kích thước (N x MR)x (MT x L).Khi trạm phát nhận ñược các xung thông tin CIRs từ các người dùng, khối ñảongược thời gian (Time-Reversal Mirror - TRM) sẽ sử dụng các thông tin CIRs ñể tạo racác dạng sóng ñể truyền thông với anten của người dùng tương ứng. ðặt G là ma trậntổng quát của TRM, nó có dạng như sau:(6)G = G (1) , G (2) , … , G ( N ) Ma tr ...