Đề tài HỆ THỐNG MIMO-SDM

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG
o0o
CHỦ ĐỀ THẢO LUẬN
HỆ THỐNG MIMO-SDM
Giảng viên: Ths. Hoàng Quang Trung
Thái nguyên, tháng 11 năm 2012
1
DANH SÁCH NHÓM THẢO LUẬN
Nguyễn Thị Thoa
Bùi Thị Thanh Thủy
Đào Thị Thảo
Lê Thị Thu
Hoàng Thị La
Trương Quang Soát
Nguyễn Trí Quyết
Nguyễn Xuân Nam
2
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của xã hội thông tin, nhu cầu sử
dụng thông tin mọi lúc mọi nơi đang ngày càng trở nên cần thiết. Từ những
nhu cầu sử dụng thông tin đơn giản như điện thoại, điện tín, điện báo…đến
nay nhu cầu về truy cập và trao đổi thông tin ngày càng gia tăng và đòi hỏi
những tính năng đa dịch vụ. Bên cạnh nhu cầu về tốc độ đa truy nhập, tính di
động cho phép truy cập mọi lúc mọi nơi cũng là một nhu cầu không thể
thiếu.
Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 đang được triển khai sử dụng
công nghệ WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy
cập phân chia theo mã băng rộng) kết hợp với giao thức truy nhập tốc độ cao
3

HSDPA (High Speed Downlink Protocol Access) cho phép download dữ
liệu tốc độ cao lên tới 14.4Mbps. Tuy nhiên, đối với các dịch vụ truyền hình
trực tuyến tốc độ cao, nhu cầu truy cập tốc độ lên tới hàng trăm Mbps, thậm
chí lên tới Gbps, vẫn còn là một thách thức đòi hỏi phải có đầu tư nghiên
cứu nhiều hơn nữa. Để đáp ứng được nhu cầu truyền thông dữ liệu tốc độ
cao ở thế hệ thứ 4 của thông tin vô tuyến di động thì các hệ thống truyền dẫn
đa đầu vào đa đầu ra (MIMO: Multiple Input Multiple Output) đang là một
trong những cử viên sáng giá nhất.
Trong chủ đề thảo luận “Hệ thống MIMO/SDM” nhóm chúng em tìm hiểu
gồm những nội dung:
I. Tổng quan về hệ thống MIMO
II. Phân kênh theo không gian SDM
III. Ứng dụng của hệ thống MIMO
SDM là giải pháp hứa hẹn cho việc tăng đáng kể dung lượng truyền
và hiệu suất băng thông. Thuật toán SDM khai thác hết mức kênh wireless
phân tập nhờ sử dụng các anten thu phát.
Bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu xót về kiến thức chúng em rất
mong thầy giáo đánh giá và bổ sung kiến thức giúp chúng em hoàn thiện
hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện!
4
I. Tổng quan về MIMO
1.1. Lịch sử phát triển
- Năm 1994: Paulrai & Kaailath giới thiệu kỹ thuật phân chia mặt đất,
nêu ra khái niệm hợp kênh không gian với Patent US năm 1994 nhấn mạnh
việc ứng dụng cho phát thanh quảng bá.
- Năm 1996: Foschini giới thiệu kỹ thuật BLAST nhằm hợp các luồng
truyền trên kênh fading nhanh.
- Năm 1997: Winter trình bày các kết quả nghiên cứu tổng quát đầu tiên
về dung năng kênh MIMO, chứng minh tiềm năng phát triển của nó.

- Năm 1998, sản phẩm mẫu hợp kênh đầu tiên cho tốc độ truyền dẫn
cao được làm bởi Bell labs.
- Năm 2001, sản phẩm thương mại đầu tiên của hãng Jospan Wireless
Inc dùng công nghệ MIMO-OFDMA hỗ trợ cả mã phân tập và hợp kênh
không gian.
5
SDM là giải pháp hứa hẹn cho việc tăng đáng kể dung lượng truyền
và hiệu suất băng thông. Thuật toán SDM khai thác hết mức kênh wireless
phân tập nhờ sử dụng các anten thu phát.
1.2. Hệ thống MIMO
MIMO là các hệ thống truyền dẫn vô tuyến sử dụng đồng thời nhiều
anten ở máy phát và máy thu, nhằm tăng tốc độ truyền. Chuỗi tín hiệu phát
được mã hóa theo cả hai miền không gian và thời gian nhờ bộ mã hóa không
gian thời gian (STE: Space-Time Encoder). Tín hiệu sau khi được mã hóa
không gian - thời gian được phát đi nhờ N anten phát. Máy thu sử dụng
phân tập thu với M anten thu. Kênh tổng hợp giữa máy phát (Tx) và máy thu
(Rx) có N đầu vào và M đầu ra được gọi là kênh MIMO M ×N . Trong các
trường hợp đặc biệt khi N = 1 và M = 1, tương ứng chúng ta có các hệ thống
phân tập thu SIMO và phân tập phát MISO.
Hình 1.1. Mô hình hệ thống MIMO
6
Để tránh ảnh hưởng giữa các anten phát và các anten thu với nhau, khoảng
cách yêu cầu tối thiểu giữa các phần tử anten ở các mảng anten phát hoặc
thu là .
1.3. Mô hình toán học
Chúng ta bắt đầu từ trường hợp đơn giản là kênh truyền có hệ số
truyền xác định (không có fading mà chỉ có hệ số suy giảm và ồn) và được
biết trước qua phép ước lượng kênh, băng tần hẹp bất biến với thời gian. Một
hệ thống gồm N anten phát và M anten thường được gọi là hệ thống MIMO
MxN. Một hệ thống như vậy thường được mô tả mối quan hệ ngõ vào - ngõ

ra như sau:
y = Hs + z
trong đó:
z là thành phần tạp âm;
H là ma trận các đặc tính kênh truyền như thông tin về độ lớn,
về pha của đường truyền giữa N anetn phát và M anten thu.
Mô hình toán học được diễn tả như sau:
Hình 1.2: Quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra của hệ thống MIMO
Ma trận H có dạng:
7
H =
Các vecto phát, thu và tạp âm tương ứng là:
s =
y =
z =
Phương trình tổng quát:
= H +
Mối quan hệ giữa tín hiệu phát và tín hiệu thu biểu diễn qua phương trình hệ
thống:
y = Hs + z
với P
T
là tổng công suất phát từ N anten phát.
1.4. Dung lượng kênh MIMO
Dung lượng kênh truyền là tốc độ có thể truyền dẫn tối đa với một xác
suất lỗi tương đối nhỏ nào đó. Dung lượng của một kênh truyền chịu ảnh
hưởng của tạp âm nhiễu cộng trắng Gauss:
8
C = W [bits/s]
Trong đó:

W : băng tần của kênh truyền (hz)
: tỉ số công suất tín hiệu trên tạp âm (SNR)
Đối với kênh truyền cố định, dung lượng kênh truyền MIMO có thể
biểu điễn tổng quát như sau:
C
MIMO
=
Trong thực tế do các tác động của pha-đinh, kênh truyền biến động
theo thời gian và thường được mô phỏng hóa bằng các biến số ngẫu nhiên
tuân theo phân bố Rayleigh. Dung lượng kênh truyền được xác định:

=
II. Phân kênh theo không gian SDM
9
Chuẩn 802.11n đạt được cải tiến đáng kể về tốc độ dữ liệu thông qua
việc sử dụng MIMO/SSM( nhiều đầu vào, nhiều đầu ra-ghép kênh phân chia
theo không gian).
Nếu trên đường truyền có sự biến động, anten thu sẽ nhận ra tín hiệu sai
khác từ anten truyền. Anten phát sẽ phát tín hiệu trên một hình vòm rộng,
trên đường truyền tín hiệu sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ, tán xạ…do tác động
của những vật cản trong môi trường xung quanh.
Hình 2.1. Phân kênh theo không gian SDM
Hình trên thể hiện 3 đường tín hiệu đến anten thứ 2. Tín hiệu mạnh nhất là a
và thông tin mang trên nó sẽ được giải mã. Hai đường khác đến với mức
năng lượng thấp hơn và dịch đi một khoảng thời gian va pha so với tín hiệu
a. Do vậy nó có thể làm suy giảm tỉ số SNR với a. Mỗi một anten nhận sẽ
nhận được một tín hiệu chiếm ưu thế từ một anten phát khác. Vì vậy hệ
thống có thể tận dụng bằng cách truyền những tín hiệu khác nhau trên một
anten. Đây là một ưu điểm nổi bật của MIMO.
Ưu điểm của SDM

- Tăng dung lượng
- Cho phép truyền nhiều luồng dữ liệu.
10
Nguyên lý: Ở máy phát, dòng dữ liệu phát được bộ DEMUX chia nhỏ thành
N luồng s
n
(t) song song và truyền đồng thời qua N anten phát. Vì vậy, tốc
độ truyền dẫn tăng N lần so với hệ thống sử dụng một anten phát, một anten
thu (SISO) thông thường. Tại máy thu các luồng tín hiệu sẽ được tách riêng
ra rồi ghép lại bằng bộ ghép kênh MUX.
Hình 1.1. Phương pháp phân kênh theo không gian.
Tuy nhiên, do các luồng dữ liệu thu được tại máy thu bị nhiễu lẫn nhau nên
tăng số lượng anten phát N đồng nghĩa với việc tăng nhiễu đồng kênh giữa
các luồng tín hiệu, vì vậy làm tăng BER. Để giảm nhỏ BER của hệ thống
máy thu sử dụng M ≥ N anten và một bộ tách tín hiệu hiệu quả để thực hiện
tách riêng từng luồng tín hiệu.
Dựa theo tính chất tuyến tính của phương pháp tách tín hiệu, các bộ tách tín
hiệu MIMO-SDM được phân loại thành hai nhóm lớn là các bộ tách tín hiệu
tuyến tín và các bộ tách tín hiệu phi tuyến.
11
Hình 2.2. Phân loại các bộ tách tín hiệu MIMO-SDM
2.1. Các bộ tách tín hiệu tuyến tính
Một bộ tách tín hiệu tuyến tính là bộ kết hợp tuyến tính biểu diễn bởi
ma trận trọng số W. Dựa trên ma trận trọng số W, vector ước lượng được là:
Các giá trị ước lượng được
^
s
này sau đó được đưa qua bộ quyết định
để lựa chọn đầu ra bộ tách tín hiệu
Hình 2.3 . Sơ đồ bộ tách tín hiệu tuyến tính cho MIMO-SDM

12
2.1.1. Bộ tách tín hiệu ZF(zero forcing)
Như ta đã biết, trong hệ thống MIMO, kênh truyền được biểu diễn là
một ma trận mà các phần tử của nó là các kênh fading đa đường. Giá trị
kênh này không được biết trước tại bộ thu tín hiệu vô tuyến. Do vậy, người
ta thiết kế các bộ ước lượng kênh nhằm giúp khôi phục giá trị kênh truyền,
và nhờ đó khôi phục chính xác tín hiệu đã phát.
Bộ tách tín hiệu ZF còn có tên gọi là bộ tách tín hiệu LS (Least
Square: bình phương nhỏ nhất). Bản chất của bộ tách tín hiệu LS là giả sử
tạp âm bằng không rồi sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất để tìm
các tín hiệu phát s
n
. Việc này tương đương với giải một hệ M phương trình
với N ẩn số.
Trong phương pháp tách ZF ta đã bỏ qua thành phần tạp âm, nên ta có
phương trình toán học sau:
Y= Hs (z=0)
Trong đó : Y là tập tín hiệu thu được.
S tín hiệu phát ban đầu.
H là ma trận kênh truyền.
Ta giả định rằng ma trận kênh truyền, tín hiệu y thu được đã biết. Vì
vậy ta cần phải đi tìm tín hiệu phát s. Để tìm s ta cần tìm ma trận trọng số W
thỏa mãn tính chất WH=I.
Mặt khác hàm chi phí để tìm s được định nghĩa như sau :
ŝ = arg
s
ˆ
min
{||y – Hŝ|
2

2
|
}
Trong đó ||.|
2
2
|
biểu diễn phép lấy chuẩn (norm) của vector ma trận.
Tức là chúng ta cần tìm ŝ sao cho tối giản hóa giá trị bình phương sai số sau:
2
2
||||
y
∆

= ||y – Hŝ|
2
2
|
Qua các bước triển khai và lấy đạo hàm theo ŝ ta được:
13
ŝ = (H
H
H)
-1
H
H
y
Trong đó: H
†

= (H
H
H)
-1
H
H
được gọi là phép đảo ma trận giả bên trái (left
pseudo-inverse) của H.
Hay bỏ qua thành phần tạp âm z chúng ta có thể biểu diễn lại ŝ như sau :
ŝ = (H
H
H)
-1
H
H
Hs
Qua biểu thức trên ta thấy bộ tách tín hiệu ZF đã tách riêng ra từng tín
hiệu phát Sn và loại bỏ can nhiễu từ tín hiệu khác. Hay can nhiễu từ các
anten khác đã bị cưỡng bức bằng không.
Kết hợp với các biểu thức ở trên ta tìm được ma trận trọng số W như sau
( )
1
†
1
H
)(
ˆ
ˆ
−
−

==⇒
=
=
HHHW
yHHHs
yWs
HHH
HH
H
, M ≥ N
Vì giá trị W chỉ phụ thuộc vào ma trận kênh truyền H nên máy thu chỉ
cần ước lượng ma trận H và sử dụng nó để tách các tín hiệu phát s
n
ở phía
thu.
Do H
+
là phép đảo ma trận giả bên trái (số hàng phải lớn hơn số cột)
tương ứng với số anten thu lớn hơn số anten phát nên trong trường hợp này
chỉ áp dụng khi M> N. Tuy nhiên, sử dụng phương pháp SVD kết hợp với số
nhân Lagrange chúng ta có thể tìm được ŝ dạng tương tự.
ŝ =H
H
(H
H
H)
-1
y
Trong đó H
††

= H
H
(H
H
H)
-1
được gọi là phép đảo ma trận bên phải (right
pseudo-inverse) của H. Và có kết quả tương đương như sau:
( )
HHH
HH
H
HHHW
yHHHs
yWs
1
††
1
H
)(
ˆ
ˆ
−
−
==⇒
=
=
, M < N
14
Trong Matlab, hàm pinv có thể áp dụng cho cả hai phép đảo ma trận giả bên

phải và bên trái.
Ví dụ :
Xét một kênh MIMO có (N,M)=(3,4) với chòm sao 16QAM có các
điểm là S’ ={
jjjj 33,3,31,1 ±±±±±±±±
}
Ma trận kênh truyền H là
0 0.7 0.3 0.3 0.5 0.4
0.8 0.6 0.7 1.1 0.8 1.1
0.8 0 0.2 0.3 0 0.2
0.1 0.2 1.2 0.3 1.7 0.6
i i i
H i i i
i i i
i i i
 
 ÷
− − − −
 ÷
 ÷
= − − − −
 ÷
− + + +
 ÷
 ÷
− − − − −
 
Vector tín hiệu gửi đi là s= (1+i, -1-i, 1+3i)
T,
Sau khi tín hiệu đi qua kênh truyền H thì vector Y nhận được sẽ là :

Y=Hs =
0.9 2.6
2 2.7
1.1 1.1
1.3 6.8
i
i
i
i
−
 
 ÷
−
 ÷
 ÷
− −
 ÷
− −
 
Ma trận giả bên trái H
+
được tính theo công thức : H
+
= (H
H
.H)
-1
.H
H
như sau :

15
Ta có ma trận H
+
H là :
H
+
H=
1 0 0
0 1 0
0 0 1
 
 ÷
 ÷
 ÷
 
Lối ra bộ ước lượng ZF
^
s
được tính như sau :
^
s
= H
+
y
=
1.71 1.07
1.76 1.75
0.56 3.13
i
i

i
+
 
 ÷
− −
 ÷
 ÷
+
 
So sánh với tín hiệu gửi đi đã biết trước trên vị trí giản đồ chùm sao.
Ta chọn tín hiệu là điểm chòm sao gần nhất trong bảng chòm sao ở bên phát
( khoảng cách gần nhất ứng với xác xuất lớn nhất.)
Sau khi xác định được ta thu được vevtor quyết định sẽ là :

_
1
1
1 3
i
s i
i
+
 
 ÷
= − −
 ÷
 ÷
+
 
Vậy bên thu đã tách được từng tín hiệu riêng rẽ và giống như tín hiệu

đã phát.
Đặc điểm của phương pháp tách ZF
Ưu điểm :
- Bộ tách tín hiệu ZF đơn giản
- Có yêu cầu độ phức tạp tính toán thấp.
Nhược điểm :
16
- Do tạp âm bị bỏ qua nên khi thiết kế ma trận trọng số W nên bộ tách
tín hiệu này chịu ảnh hưởng của hiệu ứng khuếch đại tạp âm (noise
amplification). Vì vậy, bộ tách tín hiệu ZF thường thích hợp với các kênh
truyền có tỷ số SNR cao.
2.1.2. Bộ tách tín hiệu MMSE
Bộ tách tín hiệu MMSE (Minimum Mean Square Error: Sai số trung
bình bình phương tối thiểu) để làm giảm thiểu sai số bình phương trung bình
MSE
Khác với bộ tách tín hiệu ZF bộ tách MMSE còn xem xét đến cả đặc tính tạp
âm tại các nhánh anten thu.
Ma trận trọng số: Phân tích hàm chi phí để tìm ma trận trọng số:
Tức là chúng ta đi tìm ma trận trọng số W để tối giản hóa giá trị trung bình
sai số bình phương giữa vector phát và vector ước lượng được, nghĩa là :
||s -
w
H
y||
2
= min
Khi phát đi một tập tín hiệu s
n
€ S ở phía phát, tín hiệu phát sau khi thu được
ở phía thu sẽ được trừ đi tín hiệu ước lượng để tìm ra giá trị min.

Ví dụ:
Khi bên phát phát đi một tập tín hiệu có mức điện áp khác nhau (do
ảnh hưởng của fading đa đường) :
1V
2V
3V
17
4V
5V…
Giả xử như tín hiệu ước lượng được là 3,8V
Để tìm được W min ta sẽ lần lượt thay từng tín hiệu phát trừ đi tín hiệu ước
lượng
|1V – 3,8V | = 2,8V
|2V – 3,8V | = 1,8V
|3V – 3,8V | = 0.8V
|4V – 3,8V | = 0.2V
|5V – 3,8V | = 1,8V
Giá trị min = 0,2V vậy là ta tách được tín hiệu phát có mức điện áp là 4V
Đặc điểm của MMSE
Ưu điểm:
- Khắc phục được nhược điểm của phương pháp ZF vì nó có tính đến
thành phần tạp âm z ở phía phát nên không chịu ảnh hưởng của hiệu ứng
khuếch đại tạp âm.
- Đơn giản hơn và trong thực tế dễ triển khai nhờ các thuật toán thích
nghi như LMS, RLS…
- Độ tính toán phức tạp thấp
- Có phẩm chất BER hay SNR tốt hơn so với bộ tách ZF
Nhược điểm:
- Số lượng anten sử dụng lớn
18

- Đạt được tỉ số lỗi bit BER tương đối thấp
2.2. Các bộ tách tín hiệu phi tuyến
2.2.1. Bộ tách tín hiệu QRD
Phương pháp này phân tích ma trận kênh truyền H thành tích của hai
ma trận Q và R (M≥N):
H= Q.R
Trong đó:
R Є C
NxN
là ma trận tam giác trên có dạng:
Q Є C
MxN
là một ma trận đơn nhất có tính chất Q
H
.Q= Q
-1
.Q =1.
Nhân cả 2 vế của phương trình hệ thống y= H.s + z với Q
H
ta có:
Q
H
.y = Q
H
.H.s + Q
H
.z
Thay H= Q.R và phương trình trên
 Q
H

.y = Q
H
.Q.R.s + Q
H
.z
 y.Q
H
= R.s + Q
H
.z
Đặt y’ = y.Q
H
và z’ = Q
H
.z , ta được phương trình hệ thống mới là:
y’ = R.s + z’
19
 y’
1
= R
1,1.
S
1
+ R
1,2
S
2
+. . . + R
1,N.
S

N
+ z’
1

y’
2
= R
2,2.
S
2
+ R
2,3
S
3
+. . . + R
2,N.
S
N
+ z’
2

.
.
.

y’
N-1
= R
N-1,N-1.
S

N-1
+ R
N-1,N
S
N
+ z’
N-1


y’
N
= R
N,N
.S
N
+ z’
N
Với z’: thành phần tạp âm Gauss độc lập. Do R và một ma trận tam giác
trên nên phần tử y’
i
chỉ phụ thuộc và thành phần dưới y’
j
với j >i. Hay ta có
thể biểu diễn phần tử dưới dạng như sau y’
i
như sau:
y
i
’ = R
i,j

s
i
+
1
N
j i= +
∑
R
i,j
s
i
+ z’
i
Trong đó phần tử R
i,i
.s
i
là tín hiệu mong muốn thu được, phần tử thứ 2 là
tổng hợp nhiễu từ các anten khác ( tức là tín hiệu của các anten lân cận), còn
phần tử z’
i
biểu diễn tạp âm của hệ thống.
Từ các phương trình trên ta dễ dàng tách được tín hiệu mong muốn từ
thành phần y’
N
, do thành phần y’ của lớp cuối cùng N không chịu ảnh
hưởng nhiễu từ các anten trước nên nó được tách dầu tiên. Sau đó nó được
thay thế vào để khử nhiễu cho các thành phần lớp trên nó. Và như vậy ta
tách lần lượt được các tín hiệu thu ở các anten tương ứng.
2.2.2. Bộ tách tín hiệu V-Blast

20
Về nguyên lý bộ tách tín hiệu V-Blast cũng tương tự như bộ tách
QRD. Nó sử dụng phương pháp tách tín hiệu vòng lặp triệt nhiễu nối tiếp,
tức là tại mỗi vòng lặp, sẽ chỉ có tín hiệu của một lớp được tách ra. Tín hiệu
vừa tách được phản hồi lại vòng tiếp theo để triệt tiêu hoàn toàn khỏi tín
hiệu thu nhằm loại bỏ ảnh hưởng của nó đến quá trình tách các tín hiệu ở các
lớp còn lại. Như vậy tín hiệu của lớp sau cùng được tách sẽ không bị ảnh
hưởng của các lớp khác, do vậy càng tách sau thì tín hiệu có phẩm chất càng
tốt (tức là ít lỗi hơn).
Hình sau mô tả nguyên lý làm việc của bộ tách tín hiệu V-Blast
Hình 2.4. Mô tả nguyên lý tách tín hiệu của bộ tách V-Blast
Dựa vào mô hình trên ta có thể giải thích nguyên lý tách như sau:
Tập các tín hiệu thu được từ các nhánh sẽ được đưa đồng thời vào bộ tách
tín hiệu tuyến (có thể là tách bằng phương pháp ZF hoặc MMSE). Khối
Order and Select sẽ cho phép chọn và sắp xếp ưu tiên thứ tự nhánh nào được
tách trước, khối này sẽ đưa ra chỉ số k
i
của nhánh có sai số bình phương
trung bình MSE
min
để thực hiện tách ra nhánh đó bằng một trong hai phương
21
pháp tách tuyến tính trên bằng việc tính toán các hàm chi phí tương ứng đối
với từng phương pháp.
Tín hiệu tương ứng với lớp đã xác định được :
Trong đó w
ki
là cột thứ k
i
của ma trận trọng số W đã được tính toán

Tín hiệu sau khi tách được ở vòng này sẽ được phản hồi lại IC để triệt tiêu
khỏi tập tín hiệu thu. Tập tín hiệu còn lại sẽ được tách lần lượt ở các vòng
tiếp theo.
Trong đó h
ki
là vector được xây dựng từ cột k
i
của ma trận H .
Ở các vòng sau thì tập tín hiệu giảm dần, do vậy tín hiệu tách được sẽ tốt
hơn. Do vậy khi thực hiện tách, để đảm bảo chất lượng cho tín hiệu ở các
nhánh thì ta ưu tiên tách các tín hiệu “khỏe” trước và các tín hiệu “yếu”
được tách sau.
Đặc điểm V-Blast
V-Blast được nói đến với kênh truyền MIMO đạt được tốc độ dữ liệu
cao. Luồng data được chia thành các luồng data nhỏ hơn độc lập nhau và gửi
đi trên các anten khác nhau. Khi nghiên cứu V-Blast ta thấy chưa đạt được
sự trao đổi phân tập hợp kênh tối đa tại tốc độ thấp: khả năng phân tập lớn
nhất của các luồng dữ liệu bị giới hạn bởi số anten thu. Tuy nhiên, V-blast
cũng không phải là tối đa cho kênh truyền tốc độ cao. Ví dụ cho kênh truyền
2x1 cho rằng một trong số các kênh truyền có hệ số là 0 và các kênh còn lại
thỏa mãn (0,1). Khi đó phân tập đạt được bởi luồng dữ liệu được gửi trên
22
anten phát đầu tiên với độ lợi phân tập và độ lợi hợp kênh nên kiến trúc này
không đạt được sự trao đổi tối ưu cho kênh truyền MIMO.
So sánh giữa ZF, MMSE, QR và V-Blast
Hình 2.5. Sơ đồ so sánh phẩm chất của các phương pháp tách.
Nhìn sơ đồ so sánh phẩm chất của các phương pháp tách ta thấy rằng
V-Blast đạt được tỉ số BER tốt hơn.
Ưu điểm của các bộ tách tín hiệu tuyến tính có độ tính toán phức tạp thấp.
Nhưng nhược điểm của các bộ tách tín hiệu tuyến tính là phẩm chất tách tín

hiệu tương đối thấp, đặc biệt khi sử dụng nhiều anten. So với bộ tách tín
hiệu tuyến tính, các bộ tách tín hiệu phi tuyến có ưu điểm là có phẩm chất
BER tốt hơn nhưng lại có nhược điểm về độ tính toán phức tạp hơn.
- Bộ tách tín hiệu ZF thực hiện đơn giản hơn, tuy nhiên khi sử dụng
phương pháp ZF không tính đến thành phần tạp âm nên khi thiết kế ma trận
trọng số W thì bộ tách tín hiệu này chịu ảnh hưởng của hiệu ứng khuếch đại
tạp âm, vì vậy mà bộ tách tín hiệu ZF thường thích hợp với các kênh truyền
có tỉ số SNR cao.
23
- Bộ tách tín hiệu MMSE có xét đến cả các thành phần tạp âm nên khắc
phục được nhược điểm của phương pháp ZF
- Bộ tách tín hiệu QR có phẩm chất kém hơn nhưng có ưu điểm đơn
giản và không yêu cầu độ tính toán cao.
- Bộ tách tín hiệu V-Blast yêu cầu mức độ tính toán lớn hơn nhưng vẫn
có thể chấp nhận được. Với yêu cầu tính toán cao như vậy thì bộ tách V-
Blast kết hợp MMSE hay V-Blast kết hợp ZF cho phẩm chất BER cải thiện
rất nhiều so với bộ tách tín hiệu khác.
Với bộ tách QR: nhánh đầu tiên được tách sẽ có tốt hơn (tức là lớp cuối
cùng được tách trước sẽ không bị ảnh hưởng của nhiễu từ các anten khác)
Với bộ tách V-Blast : nhánh được tách sau cùng sẽ cho phẩm chất tốt hơn
( do sau mỗi vòng tách thì các nhiễu từ nhánh đó sẽ bị triệt tiêu nên không
gây ảnh hưởng đến các nhánh còn lại, nhánh cuối cùng sẽ là độc lập và
không bị ảnh hưởng của nhiễu)
III. Ứng dụng của hệ thống MIMO
3.1. Wi-Fi
Một trong những điều mong đợi nhất của người dùng thiết bị đầu cuối
Wi-Fi không gì khác ngoài tốc độ và tầm phủ sóng.
Tổ chức chuẩn hóa IEEE 802 đã chính thức thông qua chuẩn 802.11n
cho Wi-Fi. Chuẩn 802.11n tốc độ cao đã ở trong tình trạng dự thảo trong
thời gian gần 2 năm để các kỹ sư đưa ra các ý kiến khác nhau của họ. Khi trở

thành một chuẩn chính thức, 802.11n chấp nhận các thiết bị cùng hoạt động
với nhau, thậm chí từ các nhà cung cấp khác nhau.
Sự chuẩn hóa IEEE sẽ đảm bảo tương thích các thiết bị và kết nối tốc độ
cao. Về mặt lý thuyết, nó sẽ kết nối với tốc độ 300Mbps tức là nhanh hơn
khoảng 6 lần tốc độ đỉnh theo lý thuyết của các chuẩn trước đó như
24
802.11g/a (54Mbps). Tốc độ điển hình cho chuẩn 802.11n được kỳ vọng đạt
khoảng 144 Mbps.
Các bộ định tuyến cung cấp hai luồng dữ liệu trong không gian sẽ có tốc độ
nhanh hơn và theo lý thuyết sẽ đạt được 450 Mbps hoặc 600 Mbps.
Chuẩn 802.11 trước đó bằng cách thêm vào anten MIMO, các kênh 40MHz
và sự kết hợp khung trên lớp MAC.
- Anten MIMO sử dụng nhiều anten để gửi nhiều thông tin hơn khi sử
dụng một anten. Nó cung cấp sự phân tập anten và ghép kênh không gian
cho 802.11n.
- Sự ghép kênh phân chia theo không gian (SDM: Spatail Division
Multiplexing) ghép nhiều luồng dữ liệu độc lập trong một kênh.
MIMO/SDM có thể làm tăng đáng kể tốc độ dữ liệu khi số các luồng dữ liệu
trong không gian tăng lên. Với 4 anten cho cả hai đầu cuối, chuẩn 802.11n
có thể cho tốc độ lên tới 600Mbps.
- Các kênh 40MHz được kết hợp vào chuẩn 802.11n gấp đôi khoảng
cách kênh 20MHz trong các chuẩn 802.11a/g trước đó. Điều này cho phép
gấp đôi tốc độ dữ liệu trong một kênh đơn 20MHz.
25