1 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN CÔNG DOANH MIMO TRONG LTE VÀ LTE ADVANCED Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 60.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 LỜI MỞ ĐẦU Hiện này, xu mạng thông tin di dộng tăng tốc độ người dùng đa dạng hóa ứng dụng Sự gia tăng nhu cầu ứng dụng mạng không dây nhu cầu băng thông cao truy nhập Internet Người dùng luôn mong muốn công nghệ di động đời cung cấp dịch vụ tiện ích theo cách tương tự mạng hữu tuyến Và tất nhiên, nhu cầu chất lượng dịch vụ cung cấp tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống tài nguyên mạng nhanh đích hướng tới cơng nghệ di động 4G Về nội dung, luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan MIMO Chương 2: MIMO LTE, giới thiệu SU-MIMO LTE, ghép kênh không gian cho SU-MIMO LTE, tiền mã hóa dựa vào phân tập vịng trễ, ghép kênh khơng gian vịng hở LTE, phân tập, MIMO đa người dùng, báo hiệu phản hồi đường lên LTE, cấu hình anten, đánh giá hiệu sơ đồ MIMO Chương 3: MIMO LTE-Advanced, điểm khác MIMO LTE MIMO LTE-Advanced, MU-MIMO LTE Advanced, So sánh SU-MIMO LTE SU-MIMO LTE Advanced, CoMP Em xin trân trọng cảm ơn cô giáo TS Nguyễn Phạm Anh Dũng tận tình hướng dẫn cung cấp cho em nhiều tài liệu phục vụ việc hoàn thiện luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MIMO 1.1Giới thiệu chương Nhằm mục đích khơng ngừng nâng cao chất lượng dịch vụ mạng di động liệu băng rộng, cụ thể tốc độ truyền liệu đường xuống từ nhà mạng đến người dùng, đường lên từ người dùng lên nhà mạng, nhà nghiên cứu viễn thông hãng viễn thông lớn giới đưa mơ hình truyền dẫn dành cho LTE LTE Advanced: Đa anten phát, đa anten thu Công nghệ MIMO LTE giống ghép kênh không gian, phân tập truyền dẫn beamforming thành phần quan trọng cho việc cung cấp tỉ số đỉnh cao hơn, hiệu hệ thống tốt hơn, yêu tố để hỗ trợ dịch vụ liệu băng rộng tương lai qua môi trường mạng không dây Mở rộng tương lại công nghệ LTE MIMO nghiên cứu 3GPP, mục “ LTE Advanced”, thấy yêu cầu cần thiết IMT-Advanced 1.2 Cấu hình đa anten Các kĩ thuật đa anten dùng để cải thiện hiệu hệ thống như: - Cải thiện dung lượng hệ thống - Cung cấp chất lượng dịch vụ tốt đến người dùng cách cải thiện tốc độ truyền liệu Kỹ thuật đa anten phân loại sau: - Một đầu vào, nhiều đầu ra: SIMO- Single Input Multi Output - Nhiều đầu vào, đầu ra: MISO- Multi Input Single Output - Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra: MIMO – Multi Input Multi Output Tuy nhiên, nhiều người ta sử dụng MIMO để nói vấn đề chung, SIMO MISO trường hợp đặt biệt MIMO Một liên kết MIMO điểm tới điểm BTS UE gọi SU-MIMO, hay MINO đơn người dùng, nhiều MS thông tin đồng thời BTS chung sở sử dụng tài nguyên miền tần số miền thời gian Mở rộng ra, xét ngữ cảnh nhiều ô, BTS lân cận chia sẻ anten theo cách MIMO ảo để thông tin với tập UE ô khác nhau, ta có thuật ngữ MIMO đa người sử dụng đa 1.3 Các lợi ích việc sử dụng đa anten vấn đề thực tiễn sơ đồ MIMO 1.3.1 Các lợi ích việc sử dụng kỹ thuật đa anten Đảm bảo phân tập chống pha đinh kênh vô tuyến Trường hợp sử dụng nhiều anten máy phát và(hoặc) nhiều anten máy thu Các kênh truyền anten tạo phải có tương quan pha đinh tương hỗ thấp, cần khoảng cách anten phải đủ lớn, sử dụng anten có phân cực khác Tạo dạng búp sóng tổng hợp Nếu sử dụng nhiều anten máy phát ( hoặc) nhiều anten máy thu, hệ thống tạo dạng búp sóng tổng hợp ( búp phát búp thu) để đạt tăng ích cực đại q trình truyền đến máy phát máy thu, để triệt tiêu tín hiệu nhiễu Giải pháp ghép kênh khơng gian Sự có mặt đồng thời nhiều anten máy phát máy thu sử dụng để tạo nhiều kênh thông tin song song giao diện vô tuyến Điều đảm bảo khả sử băng thông cao mà không gây giảm hiệu suất sử dụng cơng suất hay nói cách khác cho phép tốc độ truyền dẫn cao mà không ảnh hưởng đến phủ sóng Mặc dù MIMO đa dạng phức tạp, kĩ thuật SU-MIMO MUMIMO dựa số nguyên lý với mục đích tăng cường số thuộc tính kênh truyền sóng đa anten quan trọng Tồn ưu điểm liên quan đến kênh ( so với SISO) là:  Độ lợi phân tập  Độ lợi dàn độ lợi ghép kênh không gian không gian 1.3.2 Các vấn đề thực tiện mơ hình MIMO Các hạn chế thực tiễn quan trọng ảnh hưởng lên hiệu thực tế hệ thống MIMO lý thuyết hạn chế thường mang tính định lựa chọn chiếm lược truyền dẫn cụ thể môi trường truyền sóng cho trước q trình thiết lập hệ thống Các lợi ích đầy đủ MIMO ( độ lợi dàn, độ lợi phân tập, độ lợi ghép kênh) đạt với giả thiết anten phải không tương quan ma trận MIMO phải ma trận có hạng đầy đủ Một lý dẫn đến khác độ lợi MIMO lý thuyết độ lợi đạt thực tế khả máy thu ước tính xác hệ số kênh máy phát cần 1.4 Mơ hình MIMO tổng qt Hình sau mơ tả mơ hình MIMO tổng quát gồm Nt anten phát Nr anten thu Hình 1.1: Mơ hình MIMO tổng qt 1.5 Mơ hình hệ thống MIMO tối ưu Ta xét hệ thống truyền dẫn vô tuyến bao gồm Nt anten phát, Nr anten thu hình vẽ trên, ta có phương trình = ̅ +ƞ Trong ƞ vec tơ AWGN phức với ƞ = (0, ) E[ƞ ƞ ]= H ma trận kênh , khoảng cách anten > /2 môi x trường nhiều tán xạ, ta coi H có hàng cột độc lập với Lúc này, phân chia giá trị đơn, ta có: H=UD Trong U ma trận phân ( unitary) có kích thước Sơ đồ máy thu, máy phát mơ hình hệ thống MIMO tối ưu sau x ,và ( ) x ma trận chuyển vị liên hợp phức Hermintian Đối với ma trận phân ta có: U D ma trận x =min { V = gồm , } (1.4) Các giá trị đơn khơng âm kí hiệu Trong trận = với i=0,2,… Các giá trị eigen / ,… / đường chéo − giá trị eigen ma xác định sau: Det ( Q- ) = Trong Q ma trận Wirshart xác định sau: Q= với Nr < ≥ Các cột ma trận U vec tơ Eigen vec tơ Eigen ma trận , cột ma trận V Số giá trị eigen khác không ma trận hạng ma trận Nếu Nt=Nr D ma trận đường chéo Nếu Nt>Nr gồm ma trận đường chéo NtxNr sau Nt-Nr cột khơng Nếu NtNr) U ma trận NtxNr V ma trận NtxNt D tạo từ ma trận vuông bậc Nt sau Nt-Nr cột không Trong trường hợp ma trận V có Nt hàng sử dụng được, cịn Nt-Nr hàng cịn lại không sử dụng Khi Nt phần tử đầu ma trận ̅ sử dụng Nt-Nr phần tử cịn lại đặt vào khơng Trường hợp đặc biệt ta có Nt anten phát có anten thu (Nt=1) Khi ma trận U có kích thước 1x1 sử dụng hàng ma trận V Trường hợp thứ hai tương ứng với số anten thu nhỏ số anten phát (Nt