tóm tắt luận văn thạc sỹ kĩ thuật viễn thông mimo trong lte và lte advanced

1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG




NGUYỄN CÔNG DOANH




MIMO TRONG LTE VÀ LTE ADVANCED



Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60.52.02.08







TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2013
1

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện này, xu thế của mạng thông tin di dộng là tăng tốc độ người
dùng và đa dạng hóa các ứng dụng. Sự gia tăng về nhu cầu của các ứng
dụng của mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi truy nhập
Internet. Người dùng luôn luôn mong muốn công nghệ di động mới ra đời
vẫn sẽ cung cấp các dịch vụ và tiện ích theo cách tương tự như mạng hữu
tuyến. Và tất nhiên, nhu cầu về chất lượng dịch vụ cung cấp được tốt hơn,
tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống các tài nguyên mạng
nhanh hơn là đích hướng tới của công nghệ di động 4G.
Về nội dung, luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về MIMO
Chương 2: MIMO trong LTE, giới thiệu SU-MIMO trong LTE, ghép
kênh không gian cho SU-MIMO trong LTE, tiền mã hóa dựa vào phân tập
vòng trễ, ghép kênh không gian vòng hở trong LTE, phân tập, MIMO đa
người dùng, báo hiệu phản hồi đường lên trong LTE, cấu hình anten, đánh
giá hiệu năng của các sơ đồ MIMO
Chương 3: MIMO trong LTE-Advanced, điểm khác nhau của MIMO
trong LTE và MIMO trong LTE-Advanced, MU-MIMO trong LTE
Advanced, So sánh SU-MIMO trong LTE và SU-MIMO trong LTE
Advanced, CoMP
Em xin trân trọng cảm ơn cô giáo TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng đã
tận tình hướng dẫn và cung cấp cho em nhiều tài liệu phục vụ việc hoàn
thiện luận văn này
2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MIMO
1.1Giới thiệu chương
Nhằm mục đích không ngừng nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng
di động dữ liệu băng rộng, cụ thể ở đây là tốc độ truyền dữ liệu đường
xuống từ nhà mạng đến người dùng, và đường lên từ người dùng lên nhà
mạng, các nhà nghiên cứu viễn thông và hãng viễn thông lớn trên thế giới
đã đưa ra mô hình truyền dẫn dành cho LTE và LTE Advanced: Đa anten
phát, đa anten thu.
Công nghệ MIMO trong LTE giống như ghép kênh không gian, phân
tập truyền dẫn và beamforming là các thành phần quan trọng cho việc
cung cấp tỉ số đỉnh cao hơn, và hiệu năng của hệ thống sẽ tốt hơn, đây là
các yêu tố cơ bản để hỗ trợ dịch vụ dữ liệu băng rộng trong tương lai qua
môi trường mạng không dây. Mở rộng trong tương lại của công nghệ LTE
MIMO được nghiên cứu trong 3GPP, mục “ LTE Advanced”, chúng ta sẽ
thấy các yêu cầu cần thiết của IMT-Advanced
1.2 Cấu hình đa anten
Các kĩ thuật đa anten được dùng để cải thiện hiệu năng của hệ thống
như:
- Cải thiện dung lượng của hệ thống
- Cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn đến người dùng bằng cách
cải thiện tốc độ truyền dữ liệu
Kỹ thuật đa anten có thể được phân loại như sau:
- Một đầu vào, nhiều đầu ra: SIMO- Single Input Multi Output
3



- Nhiều đầu vào, một đầu ra: MISO- Multi Input Single Output
- Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra: MIMO – Multi Input Multi
Output

Tuy nhiên, nhiều khi người ta sử dụng MIMO để nói về vấn đề
chung, trong đó SIMO và MISO là các trường hợp đặt biệt của MIMO
Một liên kết MIMO điểm tới điểm giữa một BTS và một UE gọi là
SU-MIMO, hay MINO đơn người dùng, khi nhiều MS thông tin đồng thời
trên một BTS chung trên cơ sở sử dụng cùng một tài nguyên trong miền
tần số và miền thời gian.
Mở rộng ra, nếu xét một ngữ cảnh nhiều ô, khi các BTS lân cận chia sẻ các
anten của mình theo cách MIMO ảo để thông tin với cùng một tập UE
trong các ô khác nhau, ta có thuật ngữ MIMO đa người sử dụng đa ô.

1.3 Các lợi ích của việc sử dụng đa anten và các vấn đề thực tiễn
của các sơ đồ MIMO
1.3.1 Các lợi ích của việc sử dụng các kỹ thuật đa anten
Đảm bảo phân tập chống pha đinh trên kênh vô tuyến
Trường hợp này sử dụng nhiều anten ở máy phát và(hoặc) nhiều anten ở
máy thu. Các kênh truyền do anten này tạo ra phải có tương quan pha đinh
tương hỗ thấp, do đó cần khoảng cách giữa các anten phải đủ lớn, hoặc sử
dụng các anten có phân cực khác nhau.
Tạo dạng búp sóng tổng hợp
4



Nếu sử dụng nhiều anten ở máy phát và ( hoặc) nhiều anten ở máy
thu, hệ thống sẽ tạo dạng búp sóng tổng hợp ( búp phát và búp thu) để đạt
được tăng ích cực đại trong quá trình truyền đến máy phát hoặc máy thu,
hoặc để triệt tiêu các tín hiệu nhiễu chính.
Giải pháp ghép kênh không gian
Sự có mặt đồng thời nhiều anten tại máy phát và máy thu có thể được
sử dụng để tạo nhiều kênh thông tin song song trên giao diện vô tuyến.

Điều này đảm bảo khả năng sử băng thông cao mà không gây giảm hiệu
suất sử dụng công suất hay nói một cách khác cho phép tốc độ truyền dẫn
cao mà không ảnh hưởng đến phủ sóng.
Mặc dù MIMO rất đa dạng và phức tạp, các kĩ thuật SU-MIMO và MU-
MIMO đều dựa trên một số nguyên lý căn bản với mục đích tăng cường
một số thuộc tính kênh truyền sóng đa anten quan trọng. Tồn tại 2 ưu điểm
liên quan đến kênh này ( so với SISO) là:
 Độ lợi phân tập
 Độ lợi dàn và độ lợi ghép kênh không gian
không gian.
1.3.2 Các vấn đề thực tiện của mô hình MIMO
Các hạn chế thực tiễn quan trọng ảnh hưởng lên hiệu năng thực tế
của hệ thống MIMO lý thuyết và các hạn chế này thường mang tính quyết
định khi lựa chọn một chiếm lược truyền dẫn cụ thể trong một môi trường
truyền sóng cho trước và trong quá trình thiết lập hệ thống.
5



Các lợi ích đầy đủ của MIMO ( độ lợi dàn, độ lợi phân tập, độ lợi
ghép kênh) chỉ đạt được với giả thiết các anten phải không tương quan và
các ma trận MIMO phải là ma trận có hạng đầy đủ. Một lý do dẫn đến sự
khác nhau giữa các độ lợi MIMO lý thuyết và độ lợi đạt được thực tế là
khả năng máy thu ước tính chính xác các hệ số kênh mỗi khi máy phát cần.
1.4 Mô hình MIMO tổng quát
Hình sau mô tả mô hình MIMO tổng quát gồm Nt anten phát và Nr
anten thu

Hình 1.1: Mô hình MIMO tổng quát
1.5 Mô hình hệ thống MIMO tối ưu

Ta xét một hệ thống truyền dẫn vô tuyến bao gồm Nt anten phát, và Nr
anten thu như hình vẽ trên, ta có phương trình
=̅+ƞ
Trong đó ƞ là vec tơ AWGN phức với ƞ

= 

(0,

) và E
[
ƞ

ƞ


]
= 




6



H là ma trận kênh 

x 


, khi khoảng cách giữa các anten >/2 và môi
trường nhiều tán xạ, ta có thể coi H có các hàng và các cột độc lập với
nhau. Lúc này, phân chia giá trị đơn, ta có:
H=UD


Trong đó U và 

là các ma trận nhất phân ( unitary) có kích thước
Sơ đồ máy thu, máy phát trong mô hình hệ thống MIMO tối ưu như sau


x 

và 

x 

,và (.)

là ma trận chuyển vị liên hợp phức
Hermintian. Đối với các ma trận nhất phân ta có: U

=

và V

=

.

D là ma trận 

x 

gồm


=min {

, 

} (1.4)
Các giá trị đơn không âm được kí hiệu là 

/
,… 

/
trên đường chéo
chính của nó. Trong đó 

với i=0,2,….

−1 là các giá trị eigen của ma
trận 

. Các giá trị eigen của 

được xác định như sau:
Det ( Q-) = 0

Trong đó Q là ma trận Wirshart được xác định như sau:
Q= 


vớiNr<


ớ≥

Các cột ma trận U là vec tơ Eigen của 

, còn các cột của ma trận V là
vec tơ Eigen của ma trận 


Số các giá trị eigen khác không của ma trận 

chính bằng hạng của
ma trận này.
Nếu Nt=Nr thì D là một ma trận đường chéo. Nếu Nt>Nr thì gồm một
ma trận đường chéo NtxNr và sau đó là Nt-Nr cột bằng không. Nếu Nt<Nr
7



thì D gồm một ma trận đường chéo NtxNr và sau đó Nt-Nr dòng bằng
không. Dưới đây ta sẽ minh họa ma trận đường chéo D cho các trường hợp
Nt
≠Nr

Trong trường hợp mà số anten phát lớn hơn số anten thu (Nt>Nr) U sẽ
là ma trận NtxNr và V sẽ là ma trận NtxNt và D sẽ được tạo ra từ ma trận
vuông bậc Nt tiếp theo sau là Nt-Nr cột bằng không như nhau.
Trong trường hợp này ma trận V chỉ có Nt hàng sử dụng được, còn Nt-Nr
hàng còn lại không sử dụng được. Khi này Nt phần tử đầu của ma trận ̅
được sử dụng và Nt-Nr phần tử còn lại của nó được đặt vào không. Trường
hợp đặc biệt ta có Nt anten phát nhưng chỉ có một anten thu (Nt=1). Khi
này ma trận U có kích thước 1x1 và chỉ sử dụng được một hàng của ma
trận V.
Trường hợp thứ hai tương ứng với khi số anten thu nhỏ hơn số anten
phát (Nt<Nr). Trong trường hợp này vẫn như trước ta có V là ma trận
NtxNt và U là ma trận NtxNr nhưng ma trận D là ma trận NtxNt được tạo
thành từ ma trận đường chéo NtxNr theo sau là Nt-Nr hàng bằng không.
Trường hợp đặc biệt khi chỉ có một anten phát và Nt anten thu.
Mô hình hệ thống SVD MIMO
Giả sử ̅được nhân trước với ma trận V và  được nhân với ma trận 


ta được các biểu thức sau:
̅=

 = 

(H̅V + ̅)
= 

UD

V̅+


̅
= D̅+

̅ ( 1.5)
8



Vì ma trận D là ma trận được chéo hóa, nên ta có thể phân tích quan hệ
giữa z và x vào dạng:


= 
/
xi+i (1.6)
Trong đó i=0,1,….,

-1 với 

xác định theo phương trình (1.4)
Biểu thức (1.4) và (1.5) cho phép ta xây dựng hệ thống SVD MIMO tối
ưu gồm 

kênh phadinh phẳng song song như trên hình 1.7 và 1.8
a) Máy phát SVD MIMO

Hình 1.2:Mô hình máy phát SVD MIMO
Từ hình 1.7 ta thấy tại máy phát SVD MIMO (hình 1.7) trước hết luồng ký
hiệu số liệu được bộ chia luồng không gian chia thành 


luồng không
gian. Sau đó các lường này được nhân với các cột của ma trận V để nhận
được các ký hiệu phát vào không gian
b) Máy thu SVD MIMO
c) Tại máy thu SVD MIMO (hình 1.3) các tín hiệu thu được nhân với
ma trận 

để tách ra các luồng không gian. Sau đó các ký hiệu số
liệu được kết hợp bởi bộ kết hợp. Sau khi phân tích SVD ta sẽ được
9





kênh không gian song song xác định theo được thể hiện trên hình
1.9

Hình 1.3: Mô hình máy thu SVD MIMO
Dung lượng truyền dẫn trong hệ thống SVD MIMO tối ưu.
Dung lượng kênh quyết định giới hạn hiệu suất phổ tần. Nói chung dung
lượng này phụ thuộc vào các sơ đồ điều chế và mã hóa. Dựa trên các tính
toán lý thuyết thong tin trong các nhà bác học đã chứng minh tính ưu việt
của điều chế MIMO. Dưới đây ta sẽ xét các biểu thức dung lượng trong
trường hợp máy phát biết trước trạng thái kênh. Các trường hợp này cũng
còn được gọi là “dung lượng vòng kín” là dung lượng đạt được trong
trường hợp máy phát biết rõ kênh. Dung lượng vòng kín đã được rút ra
trong rất nhiều công bố và các tài liệu lý thuyết thông tin kinh

10

Hình 1.4:Phân chia kênh phadinh phẳng MIMO thành các kênhphadinh
phẳng song song tương đương dựa trên SVD
điển, các kết quả tương tự cũng liên quan đến các kênh Gauss song song (
tương quan). Dung lượng giới hạn lý thuyết tính theo bit/s/Hz được xác
định như sau:
C = E 



+




 (1.8)
C = E 



+




 (1.9)
Ta có
SE=


1 +




+

1 +




+…(

1 +







bps/Hz
=
∑


1 +










(1.14)
Nếu trong (1.22)




<<1 thì 

1 +




 tiến tới không và kênh
không gian này sẽ không cho độ lợi dung lượng đáng kể. Vì thế nếu không
sử dụng kênh này, tổng dung lượng cũng hầu như không giảm.
Phương trình được rút ra ở trên cho ta cách đánh giá hiệu năng của các
kênh. Nếu thừa số





nhỏ hơn một ngưỡng cho trước ra có thể loại bỏ
kên này. Khi này số các luồng không gian được sử dụng nhỏ số kênh khả
dụng cực đại, nhưng không được sử dụng sẽ có xi tương ứng được đặt vào
không.
Từ các phân tích trên ta có thể đưa ra kết luận sau:
11



- Dung lượng MIMO tăng tuyến tính với min(;) và ma trận
kênh phân chia thành min(Nt;Nr) kênh song song độc lập
- Nếu giữ Nr cố định và tăng Nt thì dung lượng sẽ bão hòa tại một giá
trị cố định
- Nếu giữ nguyên Nt và tăng Nr thì dung lượng sẽ tăng theo 


cùng với tăng Nr.
Truyền dẫn tối ưu trên kênh SU-MIMO
Để đạt được truyền dẫn tối ưu trên kênh MIMO cần có bộ tiền mã hóa phụ
thuộc kênh đóng vai trò tạo búp phát và ấn định công suất trên các luồng
và một cấu trúc tạo búp phía thu phối hợp. Vì thế phía phát cần hiểu rõ
kênh truyền. Ta xét 

luồng (hay lớp) với mỗi luồng gồm Ns kí hiệu.
Luồng l gồm { 
,
, 
,
,…, 
,

, l=0,1,…, 

-1. Lưu ý rằng trong thiết
lập luồng lý tưởng, mỗi luồng có thể nhận được mã hóa kênh và điều chế
khác nhau. Ta có thể trình bày tín hiệu phát như sau:
̅ = VP (1.15)
= 

,

,
⋯ 
,
⋮ ⋱ ⋮

,



,


⋯ 
,


 (1.16
)

Trong đó ma trận V kích thước 




là ma trận tạo búp, ma trận P là ma
trận đường chéo ấn định công suất kích thước 



với



là phần tử
đường chéo thứ l, trong đó 

là công suất được ấn định cho luồng thứ l.
Tất nhiên công suất phải được chọn để không thể vượt quá công suất khả
12



dụng. Để tiện lợi công suất này được biểu diễn là giới hạn của tổng công
suất phát chuẩn hóa 

.
1.6.1 Tạo búp sóng phía phát
Trong trường hợp tạo búp sóng phía phát, Nt>1 và Nr=1. Nếu có một
số hiểu biết và các kênh đường xuống của các anten phát khác nhau và
nhất là một số hiểu biết về pha kênh tương đối tại phía phát, các anten phát
ngoài phân tập còn có thể đảm bảo tạp búp, nghĩa là tạo dạng cho toàn bộ

búp anten theo phương đến máy thu đích. Tạo búp có thể tăng cường tín
hiệu tại anten thu lên đến thừa số Nt, nghĩa là tỷ lệ với anten phát. Khi nói
về các sơ đồ truyền dẫn

Hình 1.5: Tạo búp điển hình với tương quan anten tương hỗ cao – Cấu
hình anten
dựa trên nhiều anten phát để cung cấp tạo búp, ta cần phân biệt giữa
các trường hợp tương quan anten tương quan anten tương hỗ cao và thấp.
13




Hình 1.6: Tạo búp điển hình với tương quan anten tương hỗ cao – Cấu
trúc búp

Phương pháp tạo bước sóng phía phát bằng cách sử dụng các dịch
pha khác nhau cho các anten tương quan cao đôi khi còn được gọi là tạo
búp sóng điển hình. Do khoảng cách giữa các anten nhỏ, búp sóng phát
tổng khá rộng và các điều chỉnh phương búp sóng ( trong thực tế là điều
chỉnh các dịch pha anten) thông thườngđược thực hiện khá chậm. Điều
chỉnh có thể được thực hiện trên cơ sở đánh giá phương đến đầu cuối di
động đích, được rút ra từ đo đạc trên đường truyền. Ngoài ra do giả thuyết
tương quan cao giữa các anten phát khá khác nhau, tạo búp sóng điển hình
không thể đảm bảo phân tập chống pha đinh kênh vô tuyến ngoài việc chỉ
tăng cường độ tín hiệu thu.
Trong tạo búp sóng phát Nt>1, Nr=1. Mỗi lần phát, một kí tự được đưa tới
anten. Khi sử dụng các trọng số phức khác nhau cho các tín hiệu cần phát
trên các anten khác nhau.
14

1.6.2 Tạo búp sóng phía thu
Trong trường hợp tạo búp sóng phía thu, Nt=1 và Nr>1, giả thiết có một
luồng. Trong trường hợp này tại một thời điểm chỉ có một kí tự được phát.
Vec tơ tín hiệu thu được xác định như sau:
=H.x+ƞ
Máy thu kết hợp tín hiệu từ Nr anten trên cơ sở sử dụng các trọng số
W=
[


,

,… ,

,
]


Tín hiệu thu được kết hợp sẽ là
=W.H.x+W ƞ
Sau khi máy thu nhận được đánh giá kênh, nó sẽ đặt vec tơ tạo búp W vào
giá trị tối ưu để đạt được SNR thu cực đại. Để đạt được điều này cần đồng
bộ vec tơ tạo búp với kênh của MS thông qua việc kết hợp tỷ lệ cực đại
(MRC) : W=

( Có thể coi đây là không gian của bộ lọc phối hợp). Lưu
ý rằng cũng có thể loại bỏ tín hiệu nhiễu bằng cách chọn vec tơ tạo búp

trực giao với kênh của nguồn đến.

Hình1.7: Khái niệm tạo búp
15



Bộ kết hợp tỉ lệ cực đại cung cấp thừa số cải thiện Nr trong SNR thu so với
trường hợp SISO, nghĩa là độ lợi dàn 10

(Nr) dB trong quỹ đường
truyền
 Bộ tạo búp N anten có thể khuếch đại một nguồn phát ( không
nhiễu) với hệ số N tại giá trị SNR trung bình: Tạo búp
 Bộ tạo búp N anten có thể lấy ra một nguồn phát và loại bỏ N-1
các nguồn khác: triệt nhiễu
 Tạo búp phát thực hiện cùng độ lợi như tạo búp phía thu nên có
CSIT: tạo búp phát và xóa không nhiễu
 N nguồn phát có thể được đồng thời lấy ra ( với giả thiết coi
rằng N-1 nguồn còn lại là nhiễu) bởi bộ tạo búp: ghép kênh
không gian
 N nguồn có thể ấn định cho N người sử dụng khác nhau: MU-
MIMO. SDMA
 Một số trong số N nguồn có thể thuộc các ô khác đa ô cộng tác
1.7 Ghép kênh không gian
Sử dụng nhiều anten phát và nhiều anten thu cho php cải thiện tỉ số
tín hiệu trên tạp âm. Nó tỷ lệ với số lượng anten khi áp dụng tạo búp tại cả
máy thu và máy phát. Trường hợp tổng quát với Nt anten phát, và Nr anten
thu, hệ thống đa anten có thể tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm lên Nt x Nr
lần. Việc có thể tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm này trong máy thu cho phép

tăng tốc độ số liệu trong trường hợp tốc độ số liệu bị giới hạn bởi công
suất chứ không bị giới hạn bởi băng thông. Tuy nhiêu tốc độ sẽ không thể
tăng được khi đã đến vùng hoạt động bị giới hạn bởi băng thông.
16



băng thông. Tuy nhiên khi đạt được đến vùng hoạt động bị giới hạn
bởi băng thông các tốc độ số liệu sẽ bắt đầu bão hòa nếu không thể tăng
băng thông.
1.7.1 Nguyên lý cơ bản
Việc tăng tỉ số tín hiệu trên tạp âm nhiễu này trong máy thu cho phép tăng
tốc độ số liệu trong trường hợp tốc độ số liệu bị giới hạn bởi công suất
chứ không giới hạn bởi băng thông. Tốc độ số liệu sẽ bão hòa khi đạt đến
vùng hoạt động bị giới hạn bởi băng thông nếu không thể tăng băng thông.
Trong một số điều kiện nhất định, có thể làm cho dung lượng kênh tăng
gần như tuyến tính với số lượng anten và tránh được bão hòa tốc độ số
liệu. Phương pháp này được gọi là phương pháp ghép kênh không gian
1.6 Kết luận chương
Chương này đã trình bày các vấn đề về lợi ích của việc sử dụng đa
anten trong kĩ thuật MIMO trong hệ thông LTE. Hơn nữa chương cũng
đã trình bày cách tạo búp trong MIMO và ghép kênh không gian trong
LTE. Chi tiết đối với SU – MIMO và MU – MIMO , phân tập trong
LTE sẽ được trình bày trong chương 2.

17



CHƯƠNG 2: MIMO TRONG LTE
2.1 Giới thiệu chương
Như chung ta đã biết, để đạt được các yêu cầu về tốc độ, chất lượng
dịch vụ trong LTE, chúng ta phải sử dụng công nghệ MIMO. Chương này
tập trung vào nghiên cứu MIMO đơn người dùng bao gồm mô hình truyền
dẫn SU – MIMO, xử lý các tín hiệu số đường xuống , ghép kênh không
gian vòng hở, vòng kín. Và trình bày MIMO đa người dùng trong LTE,
như MU – MIMO đương xuống, đường lên, báo hiệu phản hồi CSI, và
phân tập trong MIMO LTE.
2.2 SU-MIMO trong LTE
Có 2 chế độ trong ghép kênh không gian SU-MIMO đó là:
- Ghép kênh không gian vòng kín
- Ghép kênh không gian vòng hở
2.2.1 Mô hình truyền dẫn SU-MIMO
Mô hình truyền SU-MIMO tổng quát cho trường hợp truyền
dẫn vòng kín được mô tả như hình vẽ.
18




Hình 2.1: Mô hình truyền dẫn SU-MIMO tổng quát
2.2.2 Xử lý tín hiệu số trong SU – MIMO đường từ eNodeB đến đầu
cuối di động
2.2.2.1 Quá trình xử lý tín hiệu số phía phát

Ghép kênh không gian vòng kín với L lớp với P anten phát (P ≥ L) được
minh họa trên hình sau

Hình 2.2 : Xử lý tín hiệu SU – MIMO vòng kín phía phát
2.2.2.2 Quá trình xử lý tín hiệu số phía thu
19




Hình 2.3 Máy thu MMSE – SIC
Nguyên lý khử nhiễu lần lượt như sau. Trước hết, máy thu giải điều chế và
giải mã một trong số các tín hiệu được ghép không gian. Sau đó số liệu sau
giải mã, nếu giải mã đúng, được mã hóa lại và các tín hiệu thu sẽ trừ số
liệu này để loại bỏ nó. Sau đó tín hiệu ghép không gian thứ hai sẽ được
giải điều chế và giải mã mà không bị nhiễu ( ít nhất là trong trường hợp lý
tưởng) bởi tín hiệu thứ nhất và nếu được giải mã đúng, nó được mã hóa lại
và được loại bỏ khỏi các tin hiệu thu còn lại trước khi giải điều chế và giải
mã tín hiệu thứ 3. Quá trình này được lặp lại nhiều lần cho đến khi tất cả
các tín hiệu ghép không gian được giải điều chế và giải mã.
2.2.3 Ghép kênh khôn gian SU – MIMO vòng kín trong 4G
Quá trình xử lý tín hiệu số khi ghép kênh trong 4G được cho trên hình vẽ,
20




Hình 2.4 : Quá trình xử lý tín hiệu số khi ghép kênh trong 4G
Q là từ mã ( được đánh số q=0,1,….Q-1) nhận được từ các khối truyền tải
sau mã hóa kênh, phối hợp tốc độ…được đưa lên bộ sắp xếp lớp. Bộ sắp

xếp lớp cho ra L lớp ( được đánh số l=0,1,…L-1 ) và L lớp này được đưa
lên bộ tiền mã hóa ( Precoder), bộ tiền mã hóa cho các luồng đến P cửa
anten ( được đánh số p = 0,1,….p -1). Các luồng tín hiệu được sắp xếp lên


sóng mang con và được điều chế OFDM bởi P bộ IFFT của P anten
2.2.4 Ghép kênh không gian SU-MIMO vòng hở trong 4G
Ghép kênh không gian vòng hở có thể hoạt động khi không thể có phản
hồi tin cậy tại eNodeB, chẳng hạn khi tốc độ UE không đủ thấp hoặc khi
chi phí phản hồi trên đường lên quá cao. Ghép kênh không gian sử dụng L
lớp và P anten ( P ≥ L) được xây dựng trên cơ sở sơ đồ như hình vẽ. Phản
hồi trong ghép kênh không gian vòng hở chỉ chưa RI và CQI. Trái ngược
với ghép kênh không gian vòng kín, eNodeB chỉ quyết định cấp hạng
truyền dẫn ( số lớp) và một tập ma trận tiền mã hóa cố định được sử dụng
quay vòng trên tất cả các sóng mang con được lập biểu trong miền tần số.
21




Hình 2.5 Ghép kênh không gian vòng hở với P anten và L lớp
Các hệ thống thông tin di động 4G cũng hỗ trợ tiền mã hóa bằng cách đưa
thêm bộ tiền mã hóa phân tập vòng trễ (CDD) trước các bộ tiền mã hóa.
Hai bộ tiền mã hóa được sử dụng là tiền mã hóa CDD trễ nhỏ và tiền mã
hóa trễ lớn. Mục đích của bộ tiền mã hóa trễ nhỏ là đưa ra tính chọn lọc
tần số nhân tạo để lập biểu các độ lợi theo cơ hội với chi phí phản hồi thấp,
còn CĐ trễ lớn đạt được phân tập bằng cách đảm bảo chắc chắn từng từ mã
MIMO được phát trên tất cả các lớp MIMO khả dụng.
2.3 MIMO đa người dùng- MU MIMO
2.3.1 MIMO đa người dùng đường xuống

Hình vẽ trình bày mô hình MU-MIMO với tạo búp dựa trên bảng mã cho
nhiều UE sử dụng cùng tài nguyên thời gian, tần số. Trong các phiên bản
đầu của 4G, chỉ có 1 chế độ được sử dụng cho MU-MIMO đó là TM5 (
Transmission Mode 5: Chế độ truyền dẫn số 5). Khi được lập cấu hình
trong TM5, UE coi rằng truyền dẫn đường xuống của eNodeB được thực
hiện trên cùng một kênh chia sẻ bằng một luồng ( một lớp). Đối với truyền
dẫn 2 cửa anten 2 luồng số liệu (L=2) được phát đồng thời đến UE trên
cùng một tài nguyên thời gian tần số với 4 bộ tiền mã hóa được sử dụng
theo bảng mã được cho trong bảng 1 cho Rank-1 dựa vào phản hồi từ UE.
22




Hình 2.6: MU-MIMO với tạo búp dựa trên bảng mã cho nhiều UE sử
dụng cùng tài nguyên thời gian tần số
Trong trường hợp 4 cửa anten 4 luồng số liệu ( L=4) được phát đồng
thời đến 4 UE trên cùng một tài nguyên thời gian tần số bằng cách sử dụng
16 bộ tiền mã hóa được cho trong bảng 2 cho rank-1 dựa vào phản hồi từ
UE.
2.3.1 MIMO đa người sử dụng ( MU-MIMO) đường lên
Trong phiên bản đầu tiên của 4G, UE sử dụng một anten phát và nhiều
anten thu. Vì thế SU-MIMO không thể sử dụng cho đường lên, nhưng có
thể sử dụng MU-MIMO cho đường lên. Hỗ trợ nhiều anten phát ở UE chỉ
có thể áp dụng cho LTE-Advanced. Kênh không gian giữa UE 1 và
eNodeB rất khác kênh không gian giữa UE2 và eNodeB, cả hai UE đều có
23

thể sử dụng cùng một tài nguyên không gian tần số. Hình vẽ cho thấy thí
dụ về MU-MIMO đường lên cho UE1 và UE2. MU-MIMO có lợi khi có
nhiều người sử dụng trong một đoạn ô ( các người sử dụng VoIP) và số
anten thu tại eNodeB lơn hơn hoặc bằng hai.

Hình 2.7: MU-MIMO đường lên
2.4 Báo hiệu phản hồi đường lên trong LTE
Phản hồi đường lên để hỗ trợ truyền dẫn trong 4G bao gồm RI (
Rank Indicator: Chỉ thị cấp hạng), PMI( Precoder Matrix Indication: Chỉ
thị ma trận tiền mã hóa) và CQI ( Channel Quality Indication: Chỉ thị chất
lượng kênh). Đối với báo cáo PMI/CQI băng rộng không được chọn lọc
tần số, UE sẽ báo cáo một PMI/CQI băng rộng duy nhất tương ứng với
toàn bộ băng thông. Trong chế độ báo cáo chọn lọc tần số, CQI băng con
được báo cáo ở dạng một giá trị vi sai để giảm chi phí băng thông. Khi các
CQI chọn lọc tần số được lập cấu hình, các CQI băng con cùng với CQI
băng rộng đều được báo cáo, và các CQI băng rộng được sử dụng như
chuẩn để khôi phục điều kiện kênh được xuống trong toàn bộ băng.
24



2.5 Phân tập
2.5.1 Phân tập thu
Phân tập thu là dạng SIMO của các sơ đồ MIMO
Trong kênh pha đinh có 1 anten phát và Nr anten thu, mô hình kênh như
sau:
H=
[
ℎ


,ℎ

,… ,ℎ

]

Trong đó  là số lượng anten thu, ℎ

là độ lợi của đường truyền từ anten
phát đến anten thu. Ta coi rằng các kênh không có chọn lọc tần số. Quan
hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của hệ thống trong trường hợp này là:

,
= ℎ



+ƞ
,
với m=0,1,… , Nr-1
Trong đó k là thời điểm xét, Nr là số anten thu, tạp âm ƞ

~ N(0,

) có
phân bố Gauss trung bình bằng 0, phương sai 

và độc lập với nhau theo
từng anten. Ta cần tách sóng 


dựa trên 
,
, 
,
, …, 
,
tín hiệu
thu từ Nr anten thu. Nếu các anten thu đủ cách xa nhau, ta có thể coi rằng
các độ lợi kênh Rayleigh ℎ

độc lập với nhau và ta có thể nhận được độ
lợi phân tập Nr
2.5.1.1 Sơ đồ kết hợp lựa chọn
Sơ đồ kết hợp lựa chọn ( Selection Combiner) sử dụng bộ kết hợp đơn giản
nhất, trong đó bộ kết hợp chỉ đơn giản tính cường độ tín hiệu tức thời trong
số Nr anten thu sau đó chọn lựa anten có tín hiệu mạnh nhất. Vì SC loại bỏ
năng lượng hữu ích từ các luồng khác, nên sơ đồ này rõ ràng không phải là
tối ưu tuy nhiên do tính đơn giản của nó nên nó được sử dụng trong nhiều