Lớp vật lý của Wimax di dộng: Công nghệ đa anten; MIMO; Tính năng tăng cường; Điều khiển tài nguyên

Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Phân công công việc
Họ và tên

Mã sinh viên

Nội dung công việc

Vũ Văn Cường

B14DCVT185

Chương 1
Chương 2
Bản word và slide

Nguyễn Văn Nam

B14DCVT074

Chương 3
Chương 4

Nhóm 4

1

Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Nội dung

Nhóm 4

2


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Danh mục hình vẽ

Danh mục bảng

Nhóm 4

3


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Lời mở đầu
Ngày nay nhu cầu thông tin liên lạc của con người ngày

càng cao, nhất là đối với các thiết bị không dây tốc độ cao do
độ tiện lợi và tốc độ mà nó mang lại. Cùng với đó là sự phát
triển của các hệ thống không dây với hiệu suất băng thông cao.
Wimax ( Worldwide Interoperability for Microwave Access ) là
môt hệ thống mạng không dây băng rộng có thể đáp ứng nhu
cầu ngày càng tăng này.
Wimax dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16 – 2004 và IEEE
802.16e -2005 và được thiết kế dựa trên nguyên lý ghép kênh
phân chia theo tần số trực giao ( OFDM - Orthogonal frequencydivision multiplexing ). Để nâng cao hiệu suất của hệ thống ta
sử dụng hệ thống thu phát MIMO cùng với OFDM nhằm: tăng độ
tin cậy của hệ thống ( giảm BER), tăng tốc độ dữ liệu và do đó
tăng dung lượng của hệ thống.
Mục tiêu của bài báo cáo này nhằm tìm hiểu về kỹ thuật
MIMO sử dụng trong Wimax, các tính năng tăng cường
của Wimax giúp Wimax có lợi thế hơn các hệ thống khác và
cuối cùng là các cách điều khiển tài nguyên trong Wimax.

Nhóm 4

4


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Chương 1: Các công nghệ đa anten trong IEEE
802.16e.
1.1. Các công nghệ Anten thông minh
Các công nghệ đa anten liên quan đến xử lý vectơ phức

hay ma trận đối với các tín hiệu đưa đến nhiều anten. OFDMA
cho phép các xử lý này được thực hiện trên các sóng mang con
vectơ phẳng. Không cần sử dụng các bộ cân bằng để bù trừ
phađinh chọn lọc. Vì thế OFDMA rất thích hợp cho việc sử dụng
các công nghệ anten thông minh. MIMO/OFDM/OFDMA được coi
là nền tảng cho các hệ thống thông tin băng rộng thế hệ sau.
WiMAX hỗ trợ tất cả các công nghệ anten thông minh khác
nhau để tăng hiệu năng hệ thống. Các công nghệ anten thông
minh bao gồm:
• Tạo búp (beamforming): Nhờ khả năng tạo búp, hệ thống
sử dụng nhiều anten để truyền các tín hiệu quan trọng để
nâng cao dung lượng và khả năng phủ sóng của hệ thống
cũng như giảm khả năng mất dịch vụ.
• Mã không gian - thời gian (Space Time Code – STC): Hỗ trợ
phân tập truyền như mã Alamouti để cung cấp khả năng
phân tập không gian và giảm dự trữ suy hao tín hiệu.
• Ghép kênh không gian (SM): Hỗ trợ ghép kênh không gian
để tận dụng tốc độ đỉnh cao hơn và giảm thông lượng. Nhờ
ghép kênh không gian, nhiều luồng sẽ được truyền trên hệ
thống nhiều anten. Nếu phía thu cũng có hệ thống nhiều
anten, nó có thể phân tách các luồng khác nhau để đạt
được thông lượng cao hơn so với các hệ thống đơn anten.
Nhóm 4

5


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Với hệ thống MIMO 2x2, SM tăng tốc đốc độ dữ liệu đỉnh
gấp 2 lần. Ở đường lên (UL), mỗi người dùng chỉ có một
anten phát, 2 người dùng có thể truyền cùng với nhau
trong cùng một khe thời gian giống như hai luồng được
ghép kênh không gian từ hai anten của cùng một người
dùng.
1.2. Sơ đồ phân tập phát sử dụng hai anten
Bộ xử lý mã không gian thời gian (STC) hoặc không gian
(SM) cho phân tập phát được thể hiện bằng ma trận. Ma trận
định nghĩa khuôn dạng truyền dẫn trong đó chỉ số hàng chỉ thị
số anten còn chỉ số cột chỉ thị thời gian ký hiệu. Đối với đường
xuống sử dụng hai anten phát, có thể sử dụng một trong hai ma
trận sau cho sơ đồ vòng hở:

Trong đó và là hai ký hiệu OFDM liên tiếp và các ma trận
mã hóa không gian thời gian (ma trận A) hoặc không gian (ma
trận B) được áp dụng trên toàn bộ ký hiệu OFDM.
Nguyên lý mã hóa không thời gian như sau: Tại thời điểm
: anten thứ nhất phát đi trong khi anten thứ 2 phát đi . Tại thời
điểm tiếp theo là : anten thứ nhất phát đi trong khi anten thứ
2 phát đi ( dấu * thể hiện phép toán lấy liên hợp phức. Do tín
hiệu phát đi từ hai anten phát trực giao với nhau nên việc giải
mã được đơn giản hóa.

Nhóm 4

6

Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Nguyên lý mã hóa không gian: Tại thời điểm : anten thứ
nhất phát đi trong khi anten thứ 2 phát đi .
Nguyên lý được mô tả ở hình 1:

Hình 1-1: Sơ đồ phân tập phát sử dụng mã không gian
(nửa trên hình vẽ) và không gian thời gian (toàn bộ hình vẽ).
Trong các sơ đồ đa anten, có thể sử dụng cả mã hóa
ngang lẫn mã hóa đứng. Trong trường hợp mã hóa ngang, các
luồng được mã hóa kênh để tìm và sửa lỗi và điều chế độc lập
trước khi được đưa đến khối xử lý mã không gian hoặc khối xử
lý mã không gian thời gian sau đó được đưa đến bộ sắp xếp
sóng mang con để sắp xếp kênh con và chèn hoa tiêu sao đấy
qua bộ IFFT để biến đổi Fourier cuối cùng nâng tần và đua ra
anten phát. Đối với sơ đồ mã hóa hóa đứng, các luồng đựơc
điều chế và mã hóa chung trước đi được đưa đến khối xử lý mã
không gian hoặc khối xử lý mã không gian thời gian:

Nhóm 4

7


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Hình 1-2 Sơ đồ mã hóa ngang (a) và đứng (b) cho hai
anten phát.

Vì số anten tại MS bị hạn chế do không gian chiếm ( thiết
bị MS cần nhỏ gọn), nên đường lên chỉ có thể sử dụng 2xSTC
(mã STC với hai anten phát). 2xSTC Alamouti và ghép kênh
không gian (SM) có thể được sử dụng trên UL PUSC ( Partially
Used Sub-Channel – kênh con sử dụng một phần) và các vùng
AMC (Adaptive Modulation and Coding – Điều chế và mã hóa
thích ứng) để cải thiện hiệu năng hệ thống.
1.3. Sơ đồ đa anten phát cho đường xuống
Do không bị giới hạn bởi không gian trạm gốc nên đường
xuống có thể sử dụng các sơ đồ MIMO với 2xSTC (STC với hai
anten phát), 3xSTC (STC ba anten phát, 4x STC (STC bốn anten
phát) bao gồm cả OSTBC ( Orthogonal Space-Time Block Code –

Nhóm 4

8


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

mã khối không gian thời gian trực giao) và SM. Ngoài ra STC có
thể được đánh trọng số trước khi đưa lên các anten.
Sơ đồ truyền dẫn đường xuống được định nghĩa bằng các
ma trận với hàng chỉ thị chỉ số anten còn cột chỉ thị thời gian ký
hiệu OFDM.

Các sơ đồ truyền dẫn tương ứng với các cấu hình anten
khác nhau như sau: trong đó A – Ma trận mã hóa không thời
gian; B – Ma trận mã hóa không gian ; C – Ma trận mã hóa khối
không thời gian trực giao.
•

Đường xuống 2 anten có thể sử dụng các ma trận được định
nghĩa dưới đây:

•

Đường xuống 4 anten có thể sử dụng các ma trận được định
nghĩa dưới đây:

Nhóm 4

9


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

1.4. Mã phân tập nhảy tần
Ngoài các mã không gian/thời gian, WiMAX cũng định
nghĩa phân tập nhẩy tần (FHDC - Frequency Hopping Diversity
Code: mã phân tập nhẩy tần) trên cơ sở sử dụng hai anten với
mã hóa trong miền thời gian và tần số . Trong trường hợp này
các ký hiệu được mã hóa không gian và tần số là các kênh con.
Trong FHDC anten thứ nhất phát các ký hiệu không mã hóa

(giống như truyền dẫn anten đơn), anten thứ hai phát ký hiệu
được mã hóa trên hai kênh con liên tiếp trên cơ sở sử dung ma
trận Allamouti 2x2 của mã hóa không thời gian STC. Minh họa
như hình dưới:

Hình 1-3 Mã phân tập nhẩy tần, FHDC

1.5. MIMO vòng kín
Các sơ đồ phân tập phát và ghép kênh không gian của
WiMAX đựơc xét trong các phần trên không đòi hỏi thông tin
trạng thái kênh (CSI) tại máy phát. Tuy nhiên hiệu năng của
MIMO sẽ tăng lên nhiều nếu máy phát biết được CSI. CSI cho
Nhóm 4

10


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

phép chọn chế độ MIMO phù hợp (số lượng anten, số luồng phát
đồng thời, ma trận mã hóa không gian/thời gian) cũng như tính
toán ma trận mã hóa tối ưu để đạt được dung lượng hệ thống
cực đại. Máy phát có thể biết được CSI dựa trên tính đổi lẫn của
kênh truyền (kênh đường xuống giống kênh đường lên) trong
trường hợp TDD ( Ghép song công phân chia theo thời gian)
hoặc bằng cách sử dụng kênh phản hồi trong trường hợp FDD
( ghép song công phân chia theo tần số ).

Hình 1-4 Sơ đồ khối chung cho MIMO vòng kín của WiMAX
Sơ đồ trên khác với MIMO vòng hở có thêm bộ tiền mã
hóa. Ma trận tiền mã hóa là một ma trận phức có số dòng bằng
số anten phát và số cột bằng số đầu ra của khối mã hóa không
gian/thời gian. Ma trận tiền mã hóa tuyến tính trộn theo không
gian các luồng song song giữa các anten kết hợp với điều chỉnh
biên và pha tương ứng.
Để có thể xác định biên và pha cho các trọng số khác
nhau, máy phát đòi hỏi một số phản hồi từ MS. Trong trường

Nhóm 4

11


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

hợp MIMO vòng kín, thông tin phản hồi đơực chia làm hai loại
chính: phản hồi dài hạn và phản hồi ngắn hạn. Phản hồi dài hạn
cung cấp thông tin liên quan đến số lượng cực đại các luồng
song song (hạng của ma trận tiền mã hóa) cần dược sử dụng
cho truyền dẫn đường xuống. Phản hồi ngắn hạn cung cấp
thông tin liên quan đến các trọng số của ma trận tiền mã hóa
cần sử dụng.
IEEE 802.16e-2005 định nghĩa năm cơ chế để BS có thể
ước tính ma trận tiền mã hóa cho hoạt động MIMO vòng kín:
1. Lựa chọn anten. MS chỉ dẫn BS nên sử dụng anten
(các anten) nào cho truyền dẫn để đạt được dung

lượng kênh cực đại hoặc cải thiển độ tin cậy đường
truyền
2. Chia nhóm anten. MS chỉ dẫn BS để đạt đựơc sắp xếp
(hoán vị) tối ưu thứ tự các an ten sẽ được sử dụng với
ma trận mã hóa không gian/thời gian hiện thời
3. Phản hồi dựa trên bảng mã. MS chỉ dẫn BS cách đạt
xây dựng ma trận tiền mã hóa tối ưu dựa trên các giá
trị trong một bảng mã đựơc định nghĩa trước.
4. Phản hồi kênh lượng tử. MS lượng tử hóa kênh MIMO
và gửi các thông tin này cho BS trên các bản tin phản
hồi MIMO (MIMO-Feedback). BS có thể sử dụng kênh
MIMO lượng tử này để tính toán ma trân mã hóa trứơc
tối ưu
5. Thăm dò kênh. BS sử dụng tín hiệu thăn dò kênh
dành riêng được quy định trứơc để nhận được thông
tin chính xác về CSI

Nhóm 4

12


Lớp vật lý của Wimax di động

1.5.1.

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Lựa chọn anten

Khi số anten phát lớn hơn số luồng song song đầu vào,
phản hồi chọn anten chỉ cho BS rằng anten nào trong số các
anten khả dụng sẽ tối ưu cho truyền dẫn. MS tính toán dung
lượng kênh MIMO cho từng tổ hợp anten và chọn tổ hợp cho
phép đạt đựơc dung lượng kênh cực đại. Sau đó MS thông báo
lựa chọn các anten này trên kênh phản hồi nhanh thứ cấp. Chọn
lọc anten là một cơ chế phản hồi tiết kiệm băng thông và là tính
năng rất hữu ích tại tốc độ di động cao khi tốc độ phản hồi khá
cao.
1.5.2.

Nhóm anten

Nhóm anten là một khái niệm cho phép BS sắp xếp (hoán
đổi) thứ tự logic của các anten phát. Ví dụ mô tả như sau:

Giả sử ma trận A1 đựơc coi là có thứ tự thông thường, thì
A2 thể hiện rằng thứ tự logic của anten 2 và 3 được được hoán
đổi. Tương tự, A3 thể hiện: (1) đầu tiên thứ tự logic anten 2 và 3
hoán đổi, (2) sau đó thứ tự logic anten 1 và 4 hoán đổi. MS chỉ
ra cách hoán đổi và số anten phát cần sử dụng bằng cách sử
dụng kênh phản hồi nhanh sơ cấp.
1.5.3.

Phản hồi dựa trên bảng mã

Phản hồi dựa trên bảng mã cho phép MS xác định rõ ràng
mã trận tiền mã hóa cần sử dụng cho truyền dẫn đường xuống.

Nhóm 4

13


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Tiêu chuẩn định nghĩa bảng mã khác nhau cho các tổ hợp khác
nhau của số luồng đầu vào và số anten phát. Có 2 bảng mã
định nghĩa tiêu chuẩn là: bảng mã thứ nhất có 8 phần tử và
bảng mã thứ hai có 64 phân tử. Nếu chọn ma trận tiền mã hóa
có 8 phần tử, MS có thể thông báo điều này cho BS bằng cách
sử dụng một kênh phản hồi 3 bit. Trái lại nếu chọn bảng mã có
64 phần tử, MS có thể thông báo điều này cho BS bằng cách sử
dụng kênh phản hồi 6 bit. Cách chọn hai bảng mã cho phép hệ
thống cân đối giữa hiệu năng và hiệu suất phản hồi.
1.5.4.

Phản hồi kênh lượng tử

Phản hồi kênh lượng tử cho phép MS thông báo rõ ràng
cho BS về thông tin trạng thái kênh MIMO. MS lượng tử hóa các
thành phần thực và ảo của kênh MIMO theo một số nhị phân 6
bit sau đó gửi thông tin này đến BS trên kênh kênh tiếp nhanh.
Hồi tiếp kênh lượng tử đòi hỏi băng thông lớn hơn nhiều so với
phương pháp dựa trên bảng mã. Chẳng hạn đối với hệ thống có
bốn anten phát và hai anten thu, kênh phản hồi lượng tử đòi hỏi
16x6 bit cho tín hiệu phản hồi, trong khi đó phương pháp bảng
mã chỉ cần 6 bit. Do đòi hỏi băng thông rộng, nên có lẽ chế độ

phàn hồi này chỉ có thể áp dụng cho các điều kiện đi bộ và
dừng.
1.5.5.

Thăm dò kênh

Trong chế độ TDD ( ghép song công theo thời gian ), thăm
dò kênh bao gồm việc MS phát một tín hiệu tất định để BS đánh
giá kênh đường lên. Nếu các kênh đường lên và đường xuống
được hiệu chỉnh đúng, BS có thể sử dụng kênh đường lên để

Nhóm 4

14


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

ước tính kênh đường xuống do tính chất giống nhau của hai
kênh này. Khi nhận đựơc chỉ dẫn từ BS, MS gửi tín hiệu thăm dò
kênh trong vùng thăm dò được ấn định. Các sóng mang con
trong vùng thăm dò đựơc chia thành các băng tần thăm dò
cách biệt với mỗi băng chứa 18 sóng mang con liên tục. BS có
thể chỉ dẫn MS thực hiện thăm dò kênh trên tất cả các sóng
mang con được phép hay chỉ một tập con. Chẳng hạn khi 2048
sóng mang con được sử dụng, số sóng mang con khả dụng là
1728. Như vậy toàn bộ băng thông được chia thành
1728/18=96 băng tần thăm dò. Để có thể đánh giá kênh đường

xuống trong môi trường di động, BS có thể chỉ dẫn MS thực hiện
thăm dò kênh định kỳ.
1.6. Sơ đồ thích ứng mã không gian/thời gian và tạo búp
Các tính năng sử dụng anten tiên tiến của WiMAX di động
bao gồm tạo búp và mã hóa không gian thời gian được trình
bày ở bảng 1.1
Đường
truyền

Đường
xuống

Đường
lên

Nhóm 4

Tạo búp

Anten phát
Anten thu

Anten phát
Anten thu

Mã hóa không
thời gian (STC)

Ghép kênh không
gian ( SM)

Anten phát
Anten thu
Ma trận A

Anten phát
Anten thu
Ma trận B
Mã hóa đứng

Không áp dụng

Anten phát
Anten thu
SM cộng tác hai
người sử dụng
( cùng SM)

15


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Bảng 1-1 Các tính năng tùy chọn anten tiên tiến
WiMAX di động cho phép chuyển mạch thích ứng giữa các
tùy chọn nói trên để đạt được lợi ích của việc sử dụng các công
nghệ anten thông minh tốt nhất trong các điều kiện kênh khác
nhau. Chẳng hạn SM cho phép đạt dung lượng đỉnh. Tuy nhiên

khi điều kiện kênh xấu, tỷ lệ lỗi gói (PER: Packet Error Rate) có
thể cao vì thế vùng phủ đáp ứng PER đích bị giới hạn. STC có
thể được sử dụng để đảm bảo vùng phủ rộng nhưng giảm dung
lượng. WiMAX di động hỗ trợ chuyển mạch MIMO thích ứng
(AMS: Adaptive MIMO Switching) giữa các chế độ MIMO để đạt
được hiệu suất sử dụng phổ tần cực đại mà không làm giảm
vùng phủ.

Hình 1-5 Chuyển mạch thích ứng cho các chế độ MIMO

Nhóm 4

16


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Bảng dưới đây tổng kết tốc độ dữ liệu đỉnh lý thuyết với
các tỉ lệ DL/UL khác nhau giả định băng thông kênh là 10MHz,
độ rộng khung là 5ms gồm 44 biểu trưng dữ liệu OFDM (trong
tổng số 48 biểu trưng OFDM) và kênh con hoá kiểu PUSC. Với
hệ thống MIMO 2x2, hướng xuống của người dùng và tốc độ dữ
liệu đỉnh sector có thể gấp đôi (theo lý thuyết). Tốc độ dữ liệu
đỉnh tối đa hướng xuống (DL) là 63.36 Mbps khi tất cả biểu
trưng dữ liệu chỉ dành cho hướng xuống (DL). Với đường lên UL
cùng SM, tốc độ dữ liệu đỉnh của đoạn ô được nhân đôi trong
khi tốc độ dữ liệu đỉnh người dùng không đổi. Tốc độ dữ liệu
đỉnh người dùng hướng lên và tốc độ dữ liệu đỉnh của đoạn ô

lần lượt là 14.11 Mbps và 28.22 Mbps khi tất cả các biểu trưng
dữ liệu chỉ dành cho hướng lên (UL). Bằng cách áp dụng các tỉ
lệ DL/UL khác nhau, băng thông có thể được điều chỉnh giữa DL
và UL để cung cấp các mẫu lưu lượng khác nhau.

Bảng 1-2 Các tốc độ số liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO
khác nhau (cho kênh 10 MHz, khung 5ms, kênh con PUSC, 44
ký hiệu OFDM số liệu)

Nhóm 4

17


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Chương 2: Sơ đồ truyền dẫn MIMO trong IEEE
802.16m
2.1.

Kiến trúc MIMO và xử lý số liệu đường xuống

2.1.1. Kiến trúc
Kiến trúc MIMO đường xuống tại phía phát được cho như
trên hình 2.1

Hình 2-6 Kiến trúc MIMO đường xuống

Đối với SU-MIMO ( Single user – MIMO), mỗi người sử dụng
được lập biểu lên một khối tài nguyên (RU: Resource Unit) và
chỉ có một khối mã hóa sửa lỗi trước (FEC) tại đầu vào của bộ
mã hóa MIMO (mã hóa MIMO thẳng đứng hay SFBC tại phía
phát) do SU-MIMO chỉ cho phép truyền và nhận dữ liệu từ một
người dùng môt lúc. Đối với MU-MIMO (Multi -MIMO), nhiều

Nhóm 4

18


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

người sử dụng có thể được lập biểu đồng thời lên một RU và
nhiều khối FEC tồn tại tại đầu vào của bộ mã hóa MIMO (mã
hóa MIMO ngang tại phía phát) do MU-MIMO cho phép truyền và
nhận dữ liệu từ nhiều người dùng cùng một lúc.
Khối tiền mã hóa sắp xếp các luồng đến anten bằng cách
tạo ra các ký hiệu số liệu đặc thù anten tùy théo chế độ MIMO
đựơc lựa chọn. Khối phản hồi chứa thông tin phản hồi CQI ( Chỉ
thị chất lượng kênh) và CSI ( Thông tin trạng thái kênh) từ AMS
(Trạm di động tiên tiến theo chuẩn 802.16m).
Khối lập biểu lập biểu người sử dụng đến các RU và quyết
định mức MCS, các thông số MIMO (chế độ MIMO, cấp hạng).
Khối này chịu trách nhiệm đưa ra một số quyết định liên quan
đế từng ấn định tài nguyến, gồm:
1. Kiểu ấn định: ấn định sẽ được phát theo ấn định phân

bố hay chia lô
2. SU hay MU-MIMO: ấn định tài nguyên sẽ hỗ trợ SU
hay MU-MIMO
3. Chế độ MIMO: Sơ đồ MIMO sẽ vòng kin (CL: Closed
Loop) hay vòng hở (Open Loop)
4. Định nhóm người sử dụng: Đối với MU-MIMO các
người sử dụng nào sẽ đựơc ấn định đến cùng một
khối tài nguyên
5. Cấp hạng: Đối với các chế độ ghép kênh không gian
trong SU-MIMO, số luồng sẽ đựơc sử dụng cho người
sử dụng được ấn định đến đơn vị tài nguyên
6. Mức MSC trên một lớp: điều chế và tỷ lệ mã sẽ đựơc
sử dụng cho mỗi lớp

Nhóm 4

19


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

7. Khuếch đại: các giá trị khuếch đại công suất sẽ sử
dung trên các sóng mang số liệu và hoa tiêu
8. Chọn băng: Vị trí của ấn định tài nguyên chia lô trong
băng tần
2.1.2. Cấu hình anten
Cấu hình anten được ký hiệu là (,) trong đó ký hiệu cho số
anten phát của ABS (trạm gốc tiên tiến theo chuẩn 802.16m)

và ký hiệu cho số anten thu của AMS (trạm di dộng tiên tiến
theo chuẩn 802.16m). ABS sử dụng tối thiểu hai anten phát và
hỗ trợ các cấu hình anten với ,= 2, 4 và 8. AMS sử dụng tối
thiểu hai anten thu và hỗ trợ các cấu hình anten với ,≥2.
2.1.3. Sắp xếp lớp vào luồng
Sắp xếp lớp vào luồng đựơc thực hiện bởi bộ mã hóa
MIMO. Bộ mã hóa MIMO là một bộ xử lý dãy ký hiệu (Batch
Processor) thực hiện xử lý đồng thời M ký hiệu đầu vào.
Đầu vào mộ mã hóa MIMO là một vectơ Mx1 được biểu
diền như sau:

Trong đó là ký hiệu thứ i trong dãy
Bộ sắp xếp ký hiệu vào từ lớp vào luồng trước hết được
thực hiện theo chiều không gian.
Đầu ra của bộ mã hóa MIMO là một ma trận MIMO STC
(Space Time Code) được biểu diễn theo phương trình x và là
đầu vào của bộ tiền mã hóa :
x==S(s)
Nhóm 4

20


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Trong đó là số luồng, là số sóng mang con của một khối
MIMO, x là đầu ra của bộ mã hóa MIMO, s là vectơ lớp đầu vào,
S(s) là ma trận STC, và:

Đối với SU-MIMO, tỷ lệ STC (tỷ lệ số ký hiệu vào trên số ký
hiệu ra) được đinh nghĩa theo phương trình sau:

Đối với SU-MIMO tỷ lệ STC bằng 1 hoặc bằng 2
Tồn tại bốn khuôn dạng mã hóa MIMO (MEF: MIMO
Encoder Format):
• Mã hóa khối không gian tần số (SFBC: Space Frequency
Block Code)
• Mã hóa đứng (VE: Vertical Encoding)
• Mã hóa ngang (HE: Horizotal Encoding)
• Lặp số liệu liên hiệp (CDR: Conjugate Data Repetition)
2.1.4. Sắp xếp luồng lên anten
Sắp xếp luồng lên anten được thực hiện bởi bồ tiền mã
hóa. Đầu ra của bộ mã hóa MIMO đựơc nhân với ma trận W kích
thước của bộ tiền mã hóa. Đầu ra bô tiến mã hóa đựơc ký hiệu
là ma trận z kích thước như sau:

Trong đó là số anten phát, là số sóng mang con của một
khối MIMO và là ký hiệu đầu ra được phát trên anten j và sóng
mang con k.

Nhóm 4

21


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Tiền mã hóa không thích ứng và tiền mã hóa thíc ứng đều
đựơc hỗ trợ:
• Tiền mã hóa không thích ứng được sử dụng cùng với
các chế độ OL SU-MIMO và OL MU-MIMO (OL: Open
Loop: vòng hở)
• Tiền mã hóa thích ứng được sử dụng với các chế độ
CL SU-MIMO và CL MU-MIMO (CL: Closed Loop: vòng
kín).
2.1.5. Các chế độ MIMO đường xuống
Có sáu chế độ MIMO đường xuống đựơc cho trong bảng
2.1
Chỉ số
chế độ

Mô tả

Chế độ
0

OL SU-MIMO (phân
tập Tx)

Chế độ
1

OL SU-MIMO (SM)

Mã hóa đứng

Không
thích ứng

Chế độ
2

CL SU-MIMO (SM)

Mã hóa đứng

Thích ứng

OL SU-MIMO (SM)

Mã hóa ngang

Không
thích ứng

CL SU-MIMO (SM)

Mã hóa ngang

Thích ứng

OL SU-MIMO (phân
tập Tx)

CDR ( Lặp số
liệu liên hiệp)

Không
thích ứng

Chế độ
3
Chế độ
4
Chế độ
5

Khuôn dạng mã
hóa MIMO
SFBC ( Mã hóa
khối không gian
tần số)

Tiền mã
hóa MIMO
Không
thích ứng

Bảng 2-3 Danh sách chế độ MIMO đường xuống

Nhóm 4

22


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

2.1.6. SU-MIMO
SU-MIMO (Single User MIMO: MIMO đơn người sử dụng)
được sử dụng để cải thiện hiệu năng đường truyên bằng cách
cung cấp phân tập không gian hai độ lợi ghép kênh không gian
lớn và tốc độ số liệu đỉnh hay độ lợi tạo búp cao cho một AMS
(Trạm di dộng tiên tiến theo chuẩn IEEE 802.11m).
Đối với OL SU-MIMO, cả hai sơ đồ ghép kênh không gian
và phân tập phát đều được hỗ trợ. Trong trường hợp OL SUMIMO, phản hồi CQI và cấp hạng vẫn được phát để hỗ trợ BS
quyết định thích ứng cấp hạng, chuyển mạch chế độ phát và
thích ứng tốc độ. Phản hồi CQI và cấp hạng có thể thường
xuyên hoặc không thường xuyên.
Đối với CL SU-MIMO, tiền mã hóa dựa trên bảng mã được
hỗ trợ cho cả TDD và FDD. Phản hồi CQI, PMI và cấp hạng được
phát từ MS để gỗ trợ trạm gốc lập biểu, ấn định tài nguyên và
quyết định thích ứng tốc độ. Phản hồi CQI, PMI và cấp hạng có
thể thường xuyên hoặc không thường xuyên
Đối với CL SU-MIMO, tiền mã hóa dựa trên thăm dò được
hỗ trợ cho các hệ thống TDD.
2.1.7. MU-MMO
MU-MIMO (Multi User MIMO: MIMO đa người sử dụng) được
sử dụng để cho phép ấn định cùng một tài nguyên cho truyền
dẫn số liệu đến hai hay nhiều AMS. MU-MIMO tăng cường dung
lương hệ thống.

Nhóm 4

23

Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Truyền dẫn đa người sử dụng với cực đại hai luồng trên
một người sử dụng được hỗ trợ cho MU-MIMO. MU-MIMO gồm cả
cấu hình MIMO hai anten Tx để hỗ trợ cực đại hai người sử dụng
và 4 anten Tx hay 8 anten Tx để hỗ trợ cực đại bồn người sử
dụng.
Đối với OL MU-MIMO, phản hồi CQI và chỉ số luồng ưu việt
có thể được phát đển hỗ trợ trạm gốc lập biểu, chuyển mạch
chế độ và thích ứng tốc độ. CQI phụ thuộc vào tần số.
2.2.

Sơ đồ truyền dẫn MIMO đường lên

2.2.1. Kiến trúc
Kiến trúc MIMO đường lên tại phía phát đựơc trình bày trên
hình 2.2

Hình 2-7 Kiến trúc MIMO đường lên

Nhóm 4

24


Lớp vật lý của Wimax di động

Giảng viên: Nguyễn Viết Minh

Bộ mã hóa MIMO sắp xếp một lớp (L=1) lên M luồng (Mt≥L)
để đưa đến khối tiền mã hóa.
Đối với SU-MIMO và ghép kênh không gian cộng tác, chỉ có
một khối mã hóa sửa lỗi trước (FEC) trong RU đựơc ấn định (mã
hóa MIMO đứng).
Khối tiền mã hóa sắp xếp các luồng lên anten bằng cách
tạo ra các ký hiệu số liệu đặc từ anten theo chế độ MIMO được
chọn.
Khi AMS chỉ có một anten phát, bộ mã hóa MIMO và bộ
tiền mã hóa không đựơc sử dụng.
Quyết định liên quan đế từng ấn định tài nguyến, gồm:
1. Kiểu ấn định: ấn định sẽ được phát theo ấn định phân bố
hay chia lô
2. SU hay MU-MIMO: ấn định tài nguyên sẽ hỗ trợ đơn người
sử dụng hay đa người sử dụng
3. Chế độ MIMO: Sơ đồ MIMO sẽ vòng kin (CL: Closed Loop)
hay vòng hở (Open Loop)
4. Định nhóm người sử dụng: Đối với MU-MIMO các người sử
dụng nào sẽ đựơc ấn định đến cùng một khối tài nguyên
5. Cấp hạng: Đối với các chế độ ghép kênh không gian trong
SU-MIMO, số luồng sẽ đựơc sử dụng cho người sử dụng
được ấn định đến đơn vị tài nguyên
6. Mức MSC trên một lớp: điều chế và tỷ lệ mã sẽ đựơc sử
dụng cho mỗi lớp
7. Khuếch đại: các giá trị khuếch đại công suất sẽ sử dung
trên các sóng mang số liệu và hoa tiêu
8. Chọn băng: Vị trí của ấn định tài nguyên chia lô trong

băng tần
Nhóm 4

25