Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật MIMO và Ứng dụng của kỹ thuật MIMO

Bài Thảo Luận Nhóm 3
Môn: Trường Điện Từ & Kỹ Thuật Anten
Lớp: Điện- Điện Tử
STT Họ và Tên Ngày sinh Đánh giá của nhóm
1 Nguyễn Trung Hiếu 03/10/1993 Tốt
2 Phạm Huy Hiếu 03/03/1993 Tốt
3 Hà Minh Hoàng 06/10/1993 Tốt
4 Trần Việt Hoàng 05/02/1993 Tốt
5 Nguyễn Đình Hồng 10/03/1993 Tốt
6 Mai Văn Hùng 10/11/1992 Tốt
7 Lê Xuân Hùng 19/07/1993 Tốt
8 Trần Văn Hưng 01/10/1993 Tốt
9 Trần Thu Hương 30/10/1993 Tốt
10
Nội Dung
 Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật MIMO

Ứng dụng của kỹ thuật MIMO
I. Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật MIMO
1. Khái niệm Mimo là gì ?
- MIMO được viết tắt bởi (multi input multi output) trong truyền thông
(communications ).
-
MIMO là kỹ thuật sử dụng nhiều ăng-ten phát và nhiều ăng-ten thu để
truyền và nhận dữ liệu. Kỹ thuật Mimo tận dụng sự phân tập ( không
gian, thời gian, mã hóa,… ) nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu, tốc độ
dữ liệu.
-
MIMO là 1 trong các hệ thống thông tin không dây.
2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật MIMO

•
Kĩ thuật MIMO xuất hiện rất sớm từ những năm 70 do A.R Kaye và D.A
George đề ra năm 1970 và W. van Etten năm 1975, 1976.
• Giữa thập niên 80, Jack Winters và Jack Salz làm việc tại Bell Labs đã đưa ra
những ứng dụng dung kỹ thuật tạo búp bóng- được sử dụng trong hệ Mimo
sau này.
• Năm 1993, Arogyaswami Paulraj và Thomas Kailath đề xuất khái niệm hợp
kênh không gian sử dụng hệ Mimo.
• Năm 1996, Greg Raleigh và Gerard J.Foschini đưa ra phương pháp mới sử
dụng kỹ thuật MIMO dựa trên việc biểu diễn dung năng như hàm phụ thuộc
vào số anten thu phát.
• Năm 1998, lần đầu tiên trong lịch sử Bell Labs chứng minh thí nghệm mô hình
hợp kênh không gian (SM).
•
Năm 2001, sản phẩm thương mại đầu tiên sử dụng công nghệ MIMO- OFDMA
được đưa ra thị trường bởi hiệp hội Iospan Wireless Inc. Sản phẩm này hỗ trợ cả
mã phân tập và hợp kênh không gian.
•
Năm 2006, một số công ty viễn thông lớn ( Beceem Communications, Samsung,
Runcom Technology… ) tập trung phát triển kỹ thuật MIMO-OFDMA làm giải
pháp cho chuẩn di động bang thông rộng WIMAX IEEE 802.16e. Cũng trong năm
2006 một số công ty ( Broadcom, Intel… ) phát triển công nghệ MIMO-OFDMA
chuẩn bị cho kỹ thuật chuẩn Wifi theo tiêu chuẩn IEEE 802.11n.
•
Trong tương lai kỹ thuật MIMO vẫn rất còn quan trọng trong hệ 4G, và vẫn đang
được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm phát triển, tính đến năm 2013 nhờ có nền
tảng kỹ thuật MIMO-OFDMA mà chúng ta đã có mạng 4G LTE.
•
Ở Việt Nam, do điều kiện kỹ thuật công nghệ còn khá xa với thế giới nên việc
nghiên cứu cũng gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là trong quá trình xây dựng và test

một hệ MIMO. Tuy nhiên, vài năm trở lại đây ở Việt Nam đã bắt đầu được tiếp
cận với một công nghệ mới
3. Phân loại kỹ thuật MIMO
MIMO có thể chia thành 3 mảng chính:

Mã trước ( Precoding ).

Hợp kênh không gian- SM.

Mã phân tập.
Mã trước ( Precoding )
•
Mã trước là cách tạo song búp nhiều lớp. Trong cách tạo búp song đơn lớp mỗi anten phát
sẽ phát các tín hiệu giống nhau với các trọng số pha thích hợp để cực đại công suất ở đầu
thu. Kết quả là tạo búp song làm tang hệ số công suất thông qua cấu trúc tổng hợp, và làm
giảm hiệu ứng fading do đa đường. Nếu môi trường không có tán xạ thì cách tạo búp song
này rất có hiệu quả.
•
Trên thực tế khi sử dụng nhiều anten nhận thì bên phát không thể tạo búp song để cực đại
tín hiệu trên tất cả các anten nhận. Khi đó mã trước cần được sử dụng.
•
Trong kỹ thuật này, nhiều luông tín hiệu độc lập được phát đồng thời từ các anten phát với
các trọng số thích hợp sao cho thông lượng tại bộ thu cực đại. Mã trước yeu cầu bên phát
phải biết thông tin trạng thái kênh (CSI).
Hợp kênh không gian- SM
•
Hợp kênh không gian: yêu cầu cấu hình anten phù hợp, trong hợp kênh
không gian tín hiệu tốc độ cao được chia thành nhiều luồng tốc độ
thấp hơn, mỗi luồng được phát bởi một anten khác nhau trên cùng
một băng tần. Nếu các luồng tín hiệu này đến bộ thu có sự khác biệt kí

hiệu không gian thích hợp thì bộ thu có thể tách biệt các luồng này, tạo
thành các kênh song song.
•
Hợp kênh không gian rất hữu hiệu làm tang dung lượng đáng kể trong
trường hợp tỉ số SNR cao. Số luồng không gian cực đại chính bằng hoặc
nhỏ hơn số anten nhỏ nhất ở bên phát và bên thu.
•
Hợp kênh không gian không yêu cầu bên phát phải biết kênh.
Mã phân tập
•
Mã phân tập là kỹ thuật khi bên phát không biết thông tin trạng thái
kênh, không như kỹ thuật SM. Mã phân tập chỉ phát đi một luồng tín
hiệu được mã hóa theo kỹ thuật được gọi là mã hóa theo không-thời
gian. Các anten phát tín hiệu mã hóa trực giao. Kỹ thuật phân tập khai
thác tính độc lập của fading trong hệ nhiều anten để nâng cao sự phân
tập của tín hiệu. Vì bên phát không biết kênh nên mã phân tập không
tạo búp sóng.
Trong thực tế người ta có thể kết hợp kỹ thuật hợp kênh không
gian với mã trước khi bên phát biết trạng thái kênh, hoặc kết hợp với
mã phân tập trong trường hợp ngược lại.
II. Ứng dụng của kỹ thuật MIMO
•
Lợi ích chính của hệ MIMO là tăng đáng kể tốc độ dữ liệu và độ tin
cậy của kênh truyền. Kỹ thuật hợp kênh không gian đòi hỏi độ phức
tạp của bộ thu, do đó nó thường được kết hợp với kỹ thuật hợp kênh
để phân chia theo tần số trực giao (OFDM), hoặc OFDMA. Chuẩn IEEE
802.16e kết hợp chặt chẽ với kỹ thuật MIMO-OFDMA và chuẩn IEEE
802.11n sử dụng MIMO-OFDM.
•
Hệ MIMO cũng được sử dụng trong chuẩn di động 3GPP & 3GPP2 và

đang được phát triển kỹ thuật truyền thông MIMO nâng cao như kỹ
thuật xuyên lớp, kỹ thuật nhiều người dung và ad- hoc trongMIMO.
Xuyên lớp MIMO
•
Để giải quyết các vấn đề xuyên lớp xảy ra trông hệ thống MIMO, do
đó làm tang hiệu quả sử dụng kênh. Kỹ thuật xuyên lớp này cũng làm
tang hiệu quả sử dụng kênh SISO.
•
Các kỹ thuật xuyên lớp thường gặp là: điều chế và mã hóa thích nghi
(AMC), liên kết thích nghi.
MIMO nhiều người dùng
•
Để khai thác sự giao thoa công suất của nhiều người sử dụng như là
một tài nguyên không gian cho kỹ thuật xử lý phát triển tiên tiến, còn
trong chế độ một người dùng, hệ thống MIMO chỉ sử dụng nhiều
anten
•
Ví dụ cho xử lý phát triển tiên tiến của hệ MIMO nhiều người dùng là
giao thoa có liên quan đến mã trước.
Ad- hoc MIMO
•
Là một kỹ thuật rất hữu dụng cho mạng tế bào trong tương lai, nó tập
trung vào mạng vô tuyến mắt cáo hay mạng vô tuyến ad-hoc. Trong
mạng ad-hoc nhiều nút phát liên lạc với nhiều nút thu. Để có thể tối
ưu hóa dung năng của kênh Ad-hoc, khái niệm và kỹ thuật MIMO
được áp dụng cho các liên kết trong cụm thu và phát. Không giống với
hệ anten trong hệ MIMO một người dùng, các nút này được đặt như
một mạng phân bố.
•
Để đạt được dung năng trong mạng này cần quản lí sự phân bố tài

nguyên sóng vô tuyến hiệu quả như sự hoạt động đồng thời của các
nút và khái niệm mã trang nhiễm bẩn.
Nhận xét
Tóm lại hệ MIMO với những kỹ thuật phân tập, mã trước và nhiều người dùng
đang được quan tâm nghiên cứu phát triển hứa hẹn đem lại cho chúng ta nhiều
lợi ích hơn nữa trong truyền thông vô tuyến.
Ưu điểm:
Làm tăng tốc độ dữ liệu và độ tin cậy kênh truyền.

Làm nâng cao chất lượng tín hiệu nâng cao độ lợi thu, phát theo không gian.
Giảm hiện tượng fading trong truyền thông.
Tăng hiệu suất sử dụng, công suất, triệt can nhiễu.

Nhược điểm:
Chi phí cho thiết bị và nghiên cứu khá cao, nên chưa được phổ biến rộng dãi.

Giải thuật xử lý tín hiệu cao hơn, phức tạp hơn.
Lớp DHDT5AHN 2011-2015
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hồng