Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------

Thực hiện : TRẦN THANH DŨNG
MSHV
: 01403312

Đề tài:

MIMO TRONG BLAST

Chuyên ngành:
Mã số ngành:

KỸ THUẬT VÔ TUYẾN – ĐIỆN TỬ
2.07.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07/2005.


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: Giáo sư – Tiến Só Lê Ngọc Sơn
Ký tên:

Cán bộ chấm nhận xét 1: …………………………………………………………………………………………
Ký tên:

Cán bộ chấm nhận xét 2:………………………………………………………………………………………….
Ký tên:

Luận văn thạc só được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . . . .naêm 2005.


Trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Nhiệm vụ luận văn thạc só

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 2005

Họ tên học viên: TRẦN THANH DŨNG
Ngày, tháng, năm sinh: 12.04.1979
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến – điện tử

Phái: Nam.
Nơi sinh: Đồng Tháp.
MSHV: 01403312.

I. TÊN ĐỀ TÀI : KỸ THUẬT MIMO TRONG BLAST.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:


III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
:20.01.2005
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
:06.07.2005
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
GIÁO SƯ – TIẾN SĨ LÊ NGỌC SƠN.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng chuyên
Ngành thông qua.
Ngày
tháng năm
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa ĐiệnĐiện Tử, các thầy cô trong bộ môn Viễn Thông và nhất là GS. TS. Lê
Ngọc Sơn, người đã hướng dẫn em thực hiện đề tài tốt nghiệp này.
Thầy đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất để chúng
em hoàn thành công việc được giao. Những kiến thức mà chúng em
tích lũy được trong quá trình làm luận văn sẽ giúp ích cho chúng em
trong việc học tập và làm việc sau này.

Chúng em xin cảm ơn gia đình và tất cả các anh chị, bạn bè đã
giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện
luận văn. Đó là nguồn động viên chúng em trong thời gian thực hiện
đề tài tốt nghiệp này.
TP.Hồ Chí Minh, Tháng 07 năm 2005.
Sinh viên thực hiện
Trần Thanh Dũng


Tóm tắt luận văn thạc só

Thực hiện: Trần Thanh Dũng
Hướng dẫn: GS. TS. Lê ngọc Sơn

Nhu cầu của hệ thống thông tin hiện đại là tốc độ, hiệu suất phổ cao và
độ tin cậy. Trong kênh truyền không dây multipath, sử dụng nhiều anten ở
cả hai phía phát và thu để đạt được được tốc độ dữ liệu rất cao mà không
cần tăng băng thông hoặc công suất phát. Khi thông tin kênh truyền được
ước lượng hoàn hảo tại nơi thì dung lượng kênh truyền sẽ tăng tuyến tính với
số anten. Trong thực tế, bộ ước lượng kênh truyền có thể được trợ giúp bởi
các pilot symbol. Tuy nhiên, không thể dùng các nhiều pilot symbol một
cách tùy ý vì nó sẽ làm giảm hiệu suất phổ của hệ thống.
Trong đề tài này phân tích dung lượng kênh truyền MIMO để chứng tỏ
rằng tiềm năng của kênh truyền MIMO là rất lớn, có thể đạt đến tốc độ 42
bit/s/Hz. Vấn đề tiếp theo là phân tích một số giải thuật detection cho cấu
trúc V-BLAST, một hệ thống mà có thể đạt được tốc độ dữ liệu rất cao đồng
thời cũng cho phép chuyển đổi giữa độ phức tạp và BER (Performance) của
hệ thống. Qua đó cũng phân tích một số sơ đồ của Alamouti về STBC, sơ đồ
này đạt được độ phân tập lớn nhất nhưng lại không có độ lợi mã.



Mục lục
Chương 1: Giới thiệu ................................................................................. 1
1.1 Triển vọng của hệ thống MIMO ................................................................. 1
1.2 Tình hình hiện nay....................................................................................... 3
1.3 Sơ lược đề tài............................................................................................... 4

Chương 2: Sự phân tập và dung lượng kênh truyền MIMO Rayleigh
Fading. ........................................................................................................6

2.1 Sự phân tập. ........................................................................................... 6
2.1.1 Kỹ thuật phân tập. ......................................................................... 6
2.1.2 Các phương pháp kết hợp phân tập............................................... 9
2.1.3 Sự phân tập anten phát................................................................ 13
2.2 Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO. ................................... 14
2.2.1 Dung lượng kênh truyền cho sự thích ứng phân phối công suất phát.
.............................................................................................................. 19
2.2.2 Dung lượng của hệ thống MIMO với hệ số kênh truyền ngẫu
nhiên................................................................................................................ 21
2.2.2.1 Dung lượng của kênh truyền Fast và Block Rayleigh Fading
MIMO.............................................................................................................. 22
2.2.2.2 Dung lượng kênh truyền Slow Rayleigh Fading MIMO..... 27
2.2.3 Ảnh hưởng của các thông số hệ thống và sự tương quan giữa các
anten lên dung lượng kênh truyền MIMO ...................................................... 30
2.2.3.1 Mô hình tương quan cho kênh truyền MIMO LOS............. 32
2.2.3.2 Mô hình tương quan cho kênh truyền MIMO Rayleigh fading.
......................................................................................................... 33
2.3 Các thông số đánh giá hệ thống .......................................................... 35
2.3.1 Dung lượng kênh truyền (Channel Capacity). ............................ 35
2.3.2 Xác suất lỗi và PEP (Pair-wise Error Probability) ...................... 35

2.3.3 Sự phân tập (Diversity). .............................................................. 36
2.3.4 Độ lợi mã (Coding gain).............................................................. 37

Chương 3:Hệ thống MIMO và Space-Time Code ...................................38

3.1 Đặc tính lan truyền của kênh truyền vô tuyến..................................... 38
3.1.1 Sự suy giảm. ................................................................................ 38
3.1.2 Hiệu ứng multipath ..................................................................... 38
3.1.3 Hiệu ứng Doppler ........................................................................ 39


3.1.4 Fading .......................................................................................... 39
3.2 Mô hình hệ thống MIMO..................................................................... 40
3.2.1 Mô hình fading. ........................................................................... 40
3.2.2 Mô hình tín hiệu. ......................................................................... 42
3.2.3 Mô hình kênh truyền MIMO. ...................................................... 44
3.2.4 Truyền thông qua kênh truyền MIMO........................................ 46
3.3 Mã hóa không gian – thời gian (Space-Time Coding)........................ 47
3.3.1 Space-Time Block Codes. ........................................................... 47
3.3.1.1 Bộ mã hóa space-time Alamouti ........................................ 47
3.3.1.2 Bộ giải mã ML (Maximum Likelihood) ............................. 50
3.3.1.3 Sơ đồ Alamouti với nhiều anten thu.................................... 51
3.3.1.4 Space – Time Block Code .................................................. 53
3.3.2 Space-Time Trellis Codes. .......................................................... 54
3.3.2.1 Cấu trúc mã hóa của STTC................................................. 55
3.3.2.2 Mô tả hoạt động của bộ Generator..................................... 56
3.3.3 Layered Space-Time Codes. ....................................................... 57

Chương 4: Cấu trúc V-BLAST.................................................................59
4.1 Giới thiệu. ............................................................................................ 59

4.2 Cấu trúc V-BLAST (Uncoded V-BLAST). ......................................... 60
4.2.1 Sơ đồ khối LST phần phát........................................................... 60
4.2.2 Sơ đồ khối phần thu của LST. ..................................................... 61
4.2.2.1 Sự phân tách QR, kết hợp loại trừ và triệt tiêu các xen nhiễu
......................................................................................................... 65
4.2.2.2 MMSE, kết hợp loại trừ và triệt tiêu các xen nhiễu ........... 66
4.2.2.3 Bộ giải mã Zero-Forcing (ZF) ............................................ 67
4.2.3 Error propagation......................................................................... 68
4.2.4 Ước lượng kênh truyền................................................................ 69
4.3 Cấu trúc V-BLAST có mã hóa (Coded V-BLAST)............................. 69
4.3.1 Hệ thống V-BLAST có mã hóa................................................... 70
4.3.2 Giải thuật V-BLAST lặp lại có mã hóa. ..................................... 71
4.3.3 Hệ thống V-BLAST – OFDM có mã hóa. ................................. 72


Chương 5: So sánh và đánh giá một số giải thuaät cho V-BLAST. ........75
5.1 ZF (Zero – Forcing). ........................................................................... 75
5.2 MMSE (Minimum Mean Square Error)............................................... 77
5.3 Giải thuật QR V-BLAST .................................................................... 80
5.4 Ước lượng kênh truyền ........................................................................ 83
5.4 So sánh và đánh giá các giải thuật. ..................................................... 91

Chương 6: Kết luận...................................................................................86
6.1 Tóm tắt kết quả.................................................................................... 86
6.2 Mở rộng kết quả nghiên cứu. .............................................................. 87


Danh sách các hình vẽ

Hình 1.1: Dung lượng kênh truyền MIMO so với SISO .............................. 2

Hình 2.1: Sự phân tập của anten.................................................................. 7
Hình 2.2: Truyền từ mã qua kênh truyền fading ......................................... 8
Hình 2.3: Phương pháp Selection Combining............................................ 10
Hình 2.4: Phương pháp Switch Combining ................................................ 10
Hình 2.5: Phương pháp MRC..................................................................... 11
Hình 2.6: Sự phân tập anten thu với MRC, nT = 1 và nR = 1,2,3,4,5. ....... 12
Hình 2.7: Kênh truyền MIMO ................................................................... 14
Hình 2.8: Chuyển đổi kênh truyền MIMO thành các kênh truyền song song
................................................................................................................... 15
Hình 2.9:Mô hình kênh truyền MIMO khi nT > nR .................................... 16
Hình 2.10: Mô hình kênh truyền MIMO khi nR > nT ................................. 17
Hình 2.11: Cấu trúc SVD cho kênh truyền MIMO.................................... 17
Hình 2.12: So sánh dung lượng tối ưu công suất phát và không tối ưu ..... 20
Hình 2.13: So sánh dung lượng kênh truyền khi thay đổi số anten phát ... 21
Hình 2.14: Dung lượng kênh truyền với MRC .......................................... 23
Hình 2.15: Dung lượng kênh truyền với Selection Combining ................. 24
Hình 2.16: Dung lượng kênh truyền khi phân tập anten phát không kết hợp
................................................................................................................... 25
Hình 2.17: Dung lượng kênh truyền khi phân tập anten phát có kết hợp . 26
Hình 2.18: Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO trong hai trường
hợp có và không có thích ứng công suất ......................................................... 26
Hình 2.19: Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO khi nR = 8 ....... 27
Hình 2.20: ccdf của kênh truyền MIMO slow Rayleigh fading thay đổi theo
số anten (phát và thu) ..................................................................................... 28
Hình 2.21: Xác suất Outage khi nR = nT = 4 .............................................. 29
Hình 2.22: Dung lượng kênh truyền với 1% và 10% Outage (nT = nR = 8)
................................................................................................................... 29
Hình 2.23: Dung lượng kênh truyền với 1% Outage cho kênh truyền Slow
Rayleigh fading ............................................................................................... 30
Hình 2.24:Mô hình lan truyền của hệ thống LOS không fading .............. 32

Hình 2.25: Mô hình lan truyền của kênh truyền MIMO fading ................ 34
Hình 3.1: Hàm mật độ xác suất của phân phối Rayleigh.......................... 42
Hình 3.2: BPSK và QPSK Constellation ................................................... 43
Hình 3.3:PAM Constellation...................................................................... 43
Hình 3.4: Điều chế QAM Constellation ................................................... 43


Hình 3.5: Sơ đồ khối của hệ thống MIMO ............................................... 44
Hình 3.6:Truyền dữ liệu qua hệ thống MIMO .......................................... 46
Hình 3.7: Phân loại của kỹ thuật mã hóa không gian - thời gian. ............. 47
Hình 3.8: Sơ đồ khối của bộ mã hóa Alamouti ........................................ 48
Hình 3.9: Sơ đồ giải mã của Alamouti [6]................................................. 49
Hình 3.10: BER của sơ đồ Alamouti điều chế BPSK ............................... 51
Hình 3.11: BER của hệ thống 1Tx – nRx điều chế BPSK ....................... 52
Hình 3.12 : So sánh sự phân tập anten phát và anten thu.......................... 53
Hình 3.13: Cấu trúc trellis của mã hóa space-time 4-state QPSK với 2 anten
................................................................................................................... 55
Hình 3.14: Sơ đồ mã hoá STTC................................................................. 56
Hình 4.1: Một cấu trúc VLST .................................................................... 60
Hình 4.2:V-BLAST Transmitter với nT = 5 .............................................. 61
Hình 4.3 : Sơ đồ khối phần phát V-BLAST............................................... 61
Hình 4.4: Horizontal LST với 1 bộ giải mã ............................................... 62
Hình 4.5: Horizontal LST với bộ giải mã cho từng layer .......................... 63
Hình 4.6: MMSE Successive Interference Cancellation ........................... 67
Hình 4.7:Sơ đồ khối phần phát V-BLAST có mã hóa .............................. 70
Hình 4.8:Sơ đồ khối bộ thu V-BLAST có mã hóa ..................................... 71
Hình 4.9:Sơ đồ khối phần phát V-BLAST-OFDM .................................... 73
Hình 4.10: Sơ đồ khối phần thu V-BLAST-OFDM ................................... 73
Hình 5.1: BER cho giải thuật ZF .............................................................. 77
Hình 5.2: Giải thuật Linear MMSE cho V-BLAST ................................... 78

Hình 5.3: MMSE-IC cho V-BLAST........................................................... 79
Hình 5.4: So sánh giải thuật MMSE cho cấu trúc V-BLAST .................... 79
Hình 5.5: Giải thuật sự phân tách QR cho VBLAST................................ 81
Hình 5.6: Giải thuật SQRD-VBLAST ....................................................... 82
Hình 5.7: So sánh giải thuật QR và SQRD cho V-BLAST........................ 83
Hình 5.8: Ảnh hưởng của bộ ước lượng ma trận kênh truyền đến BER của
hệ thống (giải thuật MMSE-IC)...................................................................... 84
Hình 5.9: So sánh BER các giải thuật của V-BLAST ............................... 85


Danh sách những từ viết tắt trong đề tài:
AWGN
BER
BLAST
BPSK
CCDF
CIR
CSI
DFE
EGC
EVD
FFT
IFFT
i.i.d.
ISI
LAN
LOS
LSTC
MIMO
MISO

ML
MLSE
MMSE
MRC
NLOS
PEP
QAM
QPSK
SINR
SNR
SISO
SIMO
STC
STBC
STTC
SVD
V-BLAST
WLAN

Additive White Gauusian Noise
Bit Error Rate
Bell Labs lAyered Space-Time
Binary Phase Shift Keying
Completementary Cumulative Distribution Function
Channel Impulse Response
Channel State Information
Decision-Feedback Equalizer
Equal gain combining
Eigen Value Decomposition
Fast Fourier Transform

Inverse FFT
Independent Identically Distributed
Inter-Symbol Interference
Local Area Network
Line-Of-Sight
Layered space-time code
Multiple Input Multiple Output
Multiple Input Single Output
Maximum Likelihood
Maximum Likelihood Sequence Estimation
Minimum Mean Square Error
Maximal Ratio Combining
Non-light of sight
Pair-wise error probability
Quadrature Amplitude Modulation
Quadrature Phase Shift Keying
Signal-to-Interference-and-Noise Ratio
Signal-to-Noise Ratio
Single Input Single Output
Single Input Multiple Output
Space-Time Code
Space-Time Block Code
Space-Time Trellis Code
Singular Value Decomposition
Vertical Bell labs Layered Space-Time
Wireless LAN


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn


Đề tài : MIMO trong BLAST

Chương 1: Giới thiệu
1.1 Triển vọng của hệ thống MIMO.
Hertz và Marconi bắt đầu nghiên cứu sự lan truyền của sóng điện từ từ sau
những năm 1800. Kết quả nghiên cứu chứng minh rằng tín hiệu điện có thể
được truyền đi dưới dạng sóng điện từ với vận tốc ánh sáng. Hệ thống bao gồm
một mạch phát bức xạ sóng điện từ vào trong không gian đến khoảng cách nhất
định năng lượng sóng điện từ này sẽ được thu lại bởi một mạch thu, hệ thống
này được mô tả bằng thuật ngữ một ngõ vào và một ngõ ra (Single Input Single
Output). Kênh dẫn không dây được xem như là mô hình kênh truyền hệ thống
SISO.
Kênh truyền không dây là môi trường bất lợi để truyền tín hiệu. Môi trường
không gian giữa 2 đầu cuối có nhiều vật phản xạ và có đặc tính thay đổi theo
thời gian và độ lợi kênh truyền là một hàm theo thời gian, theo vị trí và sự di
chuyển của nơi thu. Đối với vấn đề kênh truyền multipath đã có nhiều đề tài
nghiên cứu với mục đích là làm giảm hoặc tận dụng ảnh hưởng multipath của
kênh truyền không dây. Một phương pháp hiệu quả để có thể lợi dụng đặc tính
multipath của kênh truyền là kỹ thuật phân tập. Kết quả đầu tiên từ Winters
(1987), Wornell và Trott (1997) và Biglieri et al (1998) đã chứng minh trên lý
thuyết rằng có thể khai thác kênh truyền multipath và do đó làm tăng dung
lượng thông tin của kênh truyền không dây bằng cách phân tập anten phát và
thu – sử dụng nhiều anten phát và nhiều anten thu. Rayleigh và Coiffi (1998)
đưa ra kỹ thuật xử lý tín hiệu dựa vào lý thuyết SVD để xây dựng một hệ thống
mã hóa sử dụng nhiều anten mà có những thuận lợi thừa hưởng từ đặc tính của
kênh truyền multipath. Dựa vào kết quả này Foschini và Gans (1998) đưa ra
một cái nhìn trực giác về kênh truyền MIMO. Sau đó Wolniansky (1998) và
Golden (1999) đã đưa ra công thức đánh giá dung lượng kênh truyền MIMO và
khẳng định sự cải thiện của dung lượng kênh truyền bằng cách sử dụng nhiều
phần tử anten. Vấn đề chính là phân tích lý thuyết thông tin trong môi trường

fading, dung lượng kênh truyền MIMO tăng tuyến tính với số anten phát và
anten thu [1].
Trong hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output), sử dụng cấu trúc
nhiều phần tử anten ở cả đầu phát và đầu thu. Từ khía cạnh kỹ thuật truyền
thông, hệ thống anten phát sẽ truyền tín hiệu cần được phát đi và ở đầu thu sẽ
sử dụng các giải thuật để xử lý tín hiệu nhận được sao cho chất lượng của kênh
truyền (tốc độ lỗi bit, độ tin cậy…) và tốc độ dữ liệu được tốt hơn là một thách
thức rất lớn, vì nó sẽ làm tăng độ tin cậy của hệ thống và giảm công suất yêu
Thực hiện: Trần Thanh Dũng

1


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

cầu trên mỗi anten phát. Sử dụng kỹ thuật MIMO có thể cải tiến chất lượng
kênh truyền và độ tin cậy của hệ thống mà không cần thiết phải tăng băng
thông. Những nghiên cứu gần đây đã có những bước tiến vượt bực trong lónh
vực mã hóa không gian – thời gian và kỹ thuật xử lý tín hiệu ở cả hai khía cạnh
lý thuyết và thực nghiệm.
Mã hóa không gian – thời gian sử dụng kỹ thuật phân tập không chỉ chống
lại fading mà còn làm tăng hiệu suất phổ trong khi giảm tốc độ lỗi bit. Để thực
hiện điều này , chúng kết hợp phân tập không gian (sử dụng nhiều anten để tạo
nhiều đường tín hiệu) với phân tập thời gian. Kết quả đạt được với hiệu suất
phổ rất cao.

Cấu hình 6Tx – 6Rx


Hình 1.1: Dung lượng kênh truyền MIMO so với SISO
Từ hình 1.1, khả năng cung cấp dung lượng kênh truyền của hệ thống
MIMO hơn gấp nhiều lần hệ thống cổ điển (SISO). Do đó hệ thống MIMO có
thể đáp ứng được nhu cầu của hệ thống thông tin hiện đại. Với mức công suất
tín hiệu trên nhiễu (SNR) 30dB dung lượng kênh truyền SISO đạt được theo
công thức Shannon là 10 (bit/s/Hz) trong khi đó dung lượng kênh truyền MIMO
với cấu hình 6 anten phát và 6 anten thu thì đạt được 36 (bit/s/Hz).
Thuật ngữ mã hóa không gian – thời gian (STC) được đặt ra bởi Tarokh et
al để mô tả phương pháp mã hóa và giải mã hai chiều (2-D) tín hiệu phát qua
Thực hiện: Trần Thanh Dũng

2


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

kênh truyền fading không dây sử dụng nhiều anten phát. Những nghiên cứu
tiếp theo đưa ra lý thuyết về Space-Time Block Code (STBC) và Space-Time
Trellis Code (STTC) cho kênh truyền flat Rayleigh Fading. Một sơ đồ khác sử
dụng kỹ thuật MIMO đã được Alamouti đưa ra là Alamouti STBC, nó kết hợp
sự phân tập anten ở phía phát và cấu trúc BLAST. Từ đó, thuật ngữ mã hóa
không gian – thời gian được sử dụng một cách rộng rãi khi đề cập đến kỹ thuật
phân tập anten, trong đó tín hiệu phát và tín hiệu thu tương ứng được thiết kế
để khai thác sự phân tập không gian.
Trong những năm vừa qua những nhà nghiên cứu đã có những nổ lực rất lớn
hiểu về mã hóa không gian – thời gian, khả năng ứng dụng cũng như những
giới hạn của nó. Việc nghiên cứu để tìm ra các loại mã hoặc các giải thuật giải
mã hiệu quả, tin cậy đòi hỏi mất nhiều thời gian.

1.2 Tình hình hiện nay.
Thiết bị không dây như là điện thoại di động ngày càng phổ biến bởi vì tính
cơ động của nó. Mạng điện thoại đầu tiên chỉ đáp ứng nhu cầu về dữ liệu thoại,
sau đó thêm vào dữ liệu text và gần đây thêm vào dịch vụ multimedia như hình
ảnh và video. Các dịch vụ này không phổ biến nhưng nhu cầu ngày càng tăng.
Cùng thời điểm đó mạng nội bộ không dây (WLAN) vẫn cùng tồn tại song
song với mạng nội bộ có dây (hữu tuyến) bởi vì tốc độ dữ liệu cao của nó.
WLAN được chú ý vì tính cơ động nhưng tốc độ của nó không thể đạt bằng với
mạng LAN có dây. Yêu cầu tốc độ cao đi đôi với việc đòi hỏi băng thông rộng
hơn, điều này không khả thi vì giới hạn của phổ tần số vô tuyến. Vì vậy mà hệ
thống không dây kỹ thuật số vẫn chậm thay thế hệ thống không dây tương tự.
Trong những năm gần đây các nghiên cứu về mạng không dây đã có những
đóng góp to lớn đáp ứng yêu cầu multimedia và tính cơ động trong mạng máy
tính ngày càng tăng. Sự giới hạn của phổ tần số và sự bất lợi của môi trường
lan truyền, việc thiết kế mạng không dây tốc độ cao, tin cậy có rất nhiều vấn
đề. Dung lượng giới hạn của kênh truyền vô tuyến với băng thông cho trước bị
giới hạn bằng công thức nổi tiếng của Shannon. Giới hạn của Shannon cho biết
dung lượng giới lớn nhất nhưng không nói dùng cách nào để đạt được giới hạn
đó. Những kỹ thuật khác nhau đã được đề cập để khắc phục những vấn đề về
điều kiện lan truyền và đã đạt được tốc độ dữ liệu rất gần với giới hạn của
Shannon. Truyền dữ liệu với tốc độ có thể cao hơn giới hạn của Shannon trước
đây chưa từng nghó đến nhưng thời gian gần đây người ta đang tìm cách chứng
minh điều đó là hoàn toàn khả thi.

Thực hiện: Trần Thanh Duõng

3


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn


Đề tài : MIMO trong BLAST

Từ những kết quả nghiên cứu đầy hứa hẹn của hệ thống MIMO đã mở ra
nhiều vấn đề nâng cao khả năng của hệ thống thông tin hiện nay. Các vấn đề
đang được nghiên cứu hiện nay bao gồm các vấn đề sau:
• Space-Time Coding: hiện nay đã có một số loại mã hóa không gian –
thời gian như là STBC, STTC, LSTC…
• MIMO: kỹ thuật MIMO là kỹ thuật có nhiều tiềm năng để nâng dung
lượng kênh truyền bằng cách sử dụng nhiều anten ở phía phát và phía
thu.
• V-BLAST: Giải thuật detect đầu tiên cho tín hiệu MIMO là giải thuật
V-BLAST. Độ phức tạp của giải thuật tăng tuyến tính với số anten
phát. Hiện nay, từ giải thuật V-BLAST ban đầu người ta đã đưa ra
nhiều giải thuật trên cấu trúc V-BLAST. Các giải thuật này có sự
dung hòa giữa độ phức tạp trong xử lý và BER của hệ thống.
• OFDM: sử dụng biến đổi Fourier ngược (IFFT) để điều chế tín hiệu
phát một cách liên tục thành các tín hiệu song song trực giao. Tại nơi
thu, bộ giải điều chế sử dụng biến đổi Fourier (FFT). OFDM là một
kỹ thuật điều chế được áp dụng cho nhiều hệ thống không dây và các
ứng dụng truyền thông hữu tuyến.
Trong nội dung thực hiện của đề tài này, có hai vấn đề cần giải quyết, đó
là:

• Kỹ thuật MIMO: trong hệ thống sử dụng kỹ thuật MIMO để đạt được
độ lợi phân tập và tăng dung lượng kênh truyền so với hệ thống
SISO. Khảo sát dung lượng kênh truyền theo đặc tính kênh truyền và
kỹ thuật phân tập.
• V-BLAST: sử dụng kỹ thuật MIMO cho cấu trúc V-BLAST. Khảo sát
một số giải thuật detection cho hệ thống V-BLAST, từ đó đưa ra các

đánh giá, so sánh giữa các giải thuật để tìm giải thuật có thể dung
hòa giữa độ phức tạp và BER của hệ thống.

1.3 Sơ lược đề tài.
Đề tài này thảo luận hai kỹ thuật MIMO vượt trội: STBC và V-BLAST.
Trong mô hình bài toán thực tế, hệ thống MIMO có thể có từ 2-4 anten phát và
từ 1 – 4 anten thu. Môi trường lan truyền giả sử như trong WLAN, môi trường
kênh truyền được giả sử không đổi trong một khối dữ liệu có chiều dài L.
Trong đề tài này sẽ khảo sát BER (performance) của hệ thống MIMO. Giả
sử rằng CSI sẵn có ở nơi thu để kiểm tra một cách chính xác BER của hệ
thống. Nếu số anten tăng lên, các thông số kênh truyền sẽ được ước lượng. Bộ
Thực hiện: Trần Thanh Duõng

4


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

ước lượng kênh truyền sẽ làm tăng tính phức tạp của hệ thống (sẽ đề cập ở
chương 4).
Tổ chức của đề tài như sau:
Chương 1 nói về khuynh hướng của hệ thống thông tin hiện đại và tình
hình hiện nay.
Trong chương 2 sẽ đề cập đến kỹ thuật phân tập và các mô hình của hệ
thống. Trong chương này đặc biệt còn phân tích dung lượng kênh truyền MIMO
theo các điều kiện môi trường và phân tập (diversity) khác nhau. Ngoài ra còn
giới thiệu một số các thông số đánh giá hệ thống, trong đề tài này chỉ sử dụng
thông số dung lượng kênh truyền và BER để đánh giá.

Chương 3 sẽ mô tả hệ thống MIMO và mã không gian-thời gian (spacetime coding). Mô hình hệ thống của MIMO và một số dạng mã không gian –
thời gian.
Chương 4 mô tả cấu trúc V-BLAST, giới thiệu một số dạng sơ đồ bộ thu
của V-BLAST. Kết hợp của V-BLAST và kỹ thuật OFDM.
Trong chương 5 sẽ đề cập đến một số giải thuật detection của cấu trúc
V-BLAST như là Zero-forcing, MMSE,…

Thực hiện: Trần Thanh Dũng

5


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

Chương 2: Sự phân tập và dung lượng kênh truyền
MIMO Rayleigh Fading.
2.1 Sự phân tập.
2.1.1 Kỹ thuật phân tập:
Trong truyền thông không dây di động, kỹ thuật phân tập được sử dụng rộng
rãi để làm giảm ảnh hưởng của multipath fading và cải tiến độ tin cậy của
kênh truyền mà không yêu cầu tăng công suất phát hoặc tăng băng thông cần
thiết. Kỹ thuật phân tập yêu cầu nhiều bản sao của tín hiệu phát tại nơi thu, tất
cả mang cùng một thông tin nhưng có sự tương quan rất nhỏ trong môi trường
fading. Ý tưởng cơ bản của phân tập là nếu nơi thu nhận hai hay nhiều bản sao
của tín hiệu một cách độc lập thì những mẫu này bị suy giảm cũng độc lập với
nhau. Điều này có nghóa là khi một đường tín hiệu cụ thể bị suy giảm thì đường
tín hiệu khác có thể không bị suy giảm. Vì vậy, sự kết hợp hợp lý của các
phiên bản khác nhau sẽ làm giảm ảnh hưởng của fading và cải thiện độ tin cậy

của đường truyền.
Có nhiều cách để đạt được phân tập. Phân tập theo thời gian có thể thu
được qua mã hóa (coding) và xen kênh (Interleaving), phân tập theo tần số nếu
đặc tính của kênh truyền là chọn lọc tần số, phân tập theo không gian sử dụng
nhiều anten phát hoặc thu đặt cách nhau với khoảng cách đủ lớn.
Trong thực tế, kỹ thuật phân tập có thể ứng dụng trong miền không gian, sự
phân cực của anten, miền tần số và miền thời gian.
• Sự phân tập không gian: cũng là sự phân tập anten. Sự phân tập
không gian được sử dụng phổ biến trong truyền thông không dây
dùng sóng viba. Sự phân tập không gian sử dụng nhiều anten hoặc
array được sắp xếp trong không gian tại phía phát và/hoặc phía thu.
Các anten được phân chia ở những khoảng cách đủ lớn sao cho các
tín hiệu không tương quan với nhau. Yêu cầu về khoảng cách giữa
các anten tùy thuộc vào độ cao của anten, môi trường lan truyền và
tần số làm việc. Khoảng cách điển hình khoảng vài bước sóng là đủ
để các tín hiệu không tương quan với nhau. Trong phân tập không
gian, các phiên bản của tín hiệu phát được truyền đến nơi thu tạo nên
sự dư thừa trong miền không gian. Không giống như phân tập thời
gian và tần số, phân tập không gian không làm giảm hiệu suất băng
thông. Đặc tính này rất quan trọng trong truyền thông không dây tốc
độ cao trong tương lai. Sự phân tập phân cực và góc (Polarization

Thực hiện: Trần Thanh Duõng

6


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST


diversity và Angle diversity) là hai khía cạnh của phân tập không
gian.
Sự phân tập phân cực (Polarization diversity): tín hiệu có phân cực
đứng và phân cực ngang được phát bởi các anten có hai phân cực khác nhau và
thu bởi các anten có phân cực khác nhau. Sự phân cực khác nhau đảm bảo
rằng hai tín không tương quan với nhau mà không phải đặt 2 anten cách nhau
quá xa. Khi yêu cầu về khoảng cách anten cho sự phân tập anten không khả
thi, sự phân tập phân cực được sử dụng. Cùng một anten có thể sử dụng ở các
chế độ phân cực khác nhau. Tuy nhiên, nó không thể có nhiều hơn 2 mode
phân cực.
Sự phân tập góc (Angle diversity): thường được áp dụng khi truyền tín
hiệu có tần số sóng mang lớn hơn 10GHz. Trong trường hợp này, tín hiệu phát
bị tán xạ rất nhiều trong không gian, tín hiệu thu được từ những hướng khác
nhau sẽ độc lập với nhau (không tương quan). Vì thế, các anten có thể đặt ở
những hướng khác nhau tại nơi thu để cung cấp sự không tương quan của các
tín hiệu phát.

Phân tập
anten thu

Phân tập
anten phát

Phân tập anten
phát và thu

Hình 2.1: Sự phân tập của anten
Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten hoặc ở nơi phát hoặc nơi thu mà
người ta chia phân tập không gian thành 3 loại (như hình vẽ 2.1): sự phân tập

anten phát (hệ thống MISO), phân tập anten thu (hệ thống SIMO), phân tập
anten phát và thu (hệ thống MIMO). Trong phân tập anten thu, nhiều anten
được sử dụng ở nơi thu để nhận các phiên bản của tín hiệu phát một cách độc
lập. Các phiên bản của tín hiệu phát được kết hợp một cách hoàn hảo để tăng
SNR của tín hiệu thu và làm giảm bớt multipath fading. Trong phân tập anten
phát, nhiều anten được sử dụng tại nơi phát. Dữ liệu được xử lý tại nơi phát, kế
đến dữ liệu được đưa đến các anten phát.
Trong hệ thống thực tế, để đạt được BER của hệ thống theo yêu cầu, kết
hợp hai hay nhiều hệ thống phân tập thông thường để cung cấp sự phân tập
nhiều chiều (multi-dimensional diversity).
Thực hiện: Trần Thanh Duõng

7


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

• Sự phân tập tần số: Trong phân tập tần số, sử dụng các thành phần
tần số khác nhau để phát cùng một thông tin. Các tần số cần được
phân chia để đảm bảo bị ảnh hưởng của fading một cách độc lập.
Khoảng cách giữa các tần số phải lớn hơn vài lần băng thông nhất
quán (coherent bandwidth) để đảm bảo rằng fading trên các tần số
khác nhau là không tương quan với nhau. Băng thông nhất quán
(Coherent bandwidth) khác nhau với điều kiện môi trường lan truyền
khác nhau. Trong truyền thông di động, các phiên bản của tín hiệu
phát thường được cung cấp cho nơi thu ở dạng dư thừa trong miền tần
số còn được gọi là trải phổ, ví dụ như là trải phổ trực tiếp (DSSS),
điều chế nhiều sóng mang và nhảy tần. Kỹ thuật trải phổ rất hiệu

quả khi băng thông nhất quán (coherent bandwidth) của kênh truyền
nhỏ. Tuy nhiên, khi băng thông nhất quán của kênh truyền lớn hơn
băng thông trải phổ, multipath delay spread sẽ nhỏ hơn chu kỳ của
symbol. Trong trường hợp này, trải phổ là không hiệu quả để cung
cấp phân tập tần số. Sự phân tập tần số gây ra sự hao mất hiệu suất
băng thông tùy thuộc vào sự dư thừa thông tin trong cùng băng tần
số.
• Sự phân tập thời gian: Phân tập theo thời gian có thể thu được qua
mã hóa (coding) và xen kênh (Interleaving). Sau đây ta sẽ so sánh
hai trường hợp: truyền symbol liên tiếp và dùng xen kênh khi độ lợi
kênh truyền rất nhỏ (deep fade).
hl

L = 4 symbol

l

No Interleaving
Codeword x0 Codeword x1 Codeword x2 Codeword x3

Interleaving

Hình 2.2: Truyền từ mã qua kênh truyền fading
Thực hiện: Trần Thanh Dũng

8


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn


Đề tài : MIMO trong BLAST

Từ hình vẽ 2.2 ta thấy rằng: từ mã x2 bị triệt tiêu bởi fading nếu
không dùng bộ xen kênh (no interleaving), nếu dùng bộ xen kênh
(interleaving) thì mỗi từ mã chỉ mất một symbol và ta có thể phục hồi lại
từ 3 symbol ít bị ảnh hưởng bởi fading.
Sự phân tập thời gian có thể đạt được bằng cách truyền dữ liệu giống
nhau qua những khe thời gian khác nhau, tại nơi thu các tín hiệu fading
không tương quan với nhau. Khoảng cách thời gian yêu cầu ít nhất bằng
thời gian nhất quán (coherent time) của kênh truyền hoặc nghịch đảo
của tốc độ fading

1
c
=
. Mã điều khiển lỗi thường được sử dụng
f d v. f c

trong hệ thống truyền thông số để cung cấp độ lợi mã (coding gain) so
với hệ thống không mã hóa. Trong truyền thông di động, mã điều khiển
lỗi kết hợp với xen kênh để đạt được sự phân tập thời gian. Trong trường
hợp này, các phiên bản của tín hiệu phát đến nơi thu dưới dạng dư thừa
trong miền thời gian. Khoảng thời gian lặp lại các phiên bản của tín hiệu
phát được qui định bởi thời gian xen kênh để thu được fading độc lập tại
ngõ vào của bộ giải mã. Vì tốn thời gian cho bộ xen kênh dẫn đến trì
hoãn việc giải mã, kỹ thuật này thường hiệu quả trong môi trường fading
nhanh (fast fading), ở đó thời gian nhất quán (coherent time) của kênh
truyền nhỏ. Đối với kênh truyền fading chậm (slow fading), nếu xen
kênh quá nhiều thì có thể dẫn đến trì hoãn đáng kể.
2.1.2 Các phương pháp kết hợp phân tập: (phía thu)

Đặc điểm then chốt của tất cả các kỹ thuật phân tập là xác suất để tất cả
các phiên bản của tín hiệu bị nhiều fading (deep fading) là rất thấp. Tổng quát,
BER của hệ thống dùng kỹ thuật phân tập phụ thuộc vào cách mà các phiên
bản của tín hiệu kết hợp lại tại nơi thu để làm tăng SNR. Vì thế, các dạng phân
tập có thể phân loại theo phương pháp kết hợp được sử dụng tại nơi thu. Tùy
thuộc vào độ phức tạp và mức CSI yêu cầu bởi phương pháp kết hợp tại nơi
thu, có 4 loại chính như sau: Selection combining, switched combining, equalgain combining (EGC) và maximum ratio combining (MRC).
• Selection combining: là phương pháp kết hợp phân tập đơn giản. Xét
một hệ thống phân tập anten thu với nR anten. Trong hệ thống này,
tín hiệu tức thời có SNR lớn nhất trong mỗi chu kỳ của symbol được
chọn là ngõ ra sao cho SNR ở ngõ ra bằng với tín hiệu đến tốt nhất.
Trong thực tế, tín hiệu có tổng công suất của tín hiệu và công suất
nhiễu (S + N) lớn nhất sẽ được chọn, vì rất khó để xác định SNR.

Thực hiện: Trần Thanh Dũng

9


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn
Rx 1

Đề tài : MIMO trong BLAST
Rx 2

Rx nR
rnR

r1


r2

RF
Front End

RF
Front End

● ● ●

RF
Front End

Logic Selector

Output

Hình 2.3: Phương pháp Selection Combining
• Switch Combining: Bộ thu sẽ quét tất cả các nhánh và chọn một
nhánh cụ thể có SNR lớn hơn mức ngưỡng xác định trước. Tín hiệu
được chọn xem như là ngõ ra cho đến khi SNR của nó giảm xuống
dưới mức ngưỡng. Khi điều này xảy ra, bộ thu bắt đầu quét lại và
chuyển sang chọn nhánh khác thỏa yêu cầu. Phương pháp này còn
được gọi là sự phân tập quét (scanning diversity).
Rx 1

Rx 2

r1


r2

RF
Front End

RF
Front End

Rx nR
rnR

● ● ●

RF
Front End

Scan and Switch Unit

Output

Hình 2.4: Phương pháp Switch Combining
So với phương pháp selection diversity thì swich diversity kém hơn vì nó
không nhận tín hiệu tốt nhất một cách tức thời. Tuy nhiên, nó đơn giản hơn
trong thực hiện vì nó không yêu cầu giám sát đồng thời và liên tục trên tất cả
các nhánh.

Thực hiện: Trần Thanh Dũng

10



GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

Trong cả hai phương pháp, tín hiệu ngõ ra bằng với một trong tất cả các
nhánh. Hơn nữa, chúng không yêu cầu bất kỳ thông tin kênh truyền nào (CSI).
Vì thế, hai sơ đồ này có thể sử dụng để kết hợp với điều chế nhất quán
(coherent) và không nhất quán (non-coherent).
• Maximum ratio combining (MRC): là phương pháp kết hợp tuyến
tính. Các tín hiệu ngõ vào khác nhau được đặt các trọng số riêng và
cộng với nhau để được tín hiệu ngõ ra.
Rx 1

α1

Rx 2

Rx nR
rnR

r1

r2

RF
Front End

RF
Front End


α2

x

RF
Front End

● ● ●
αn

x

R

x

+

Detector
Output

Hình 2.5: Phương pháp MRC
Ngõ ra của bộ kết hợp tuyến tính có trọng số của các tín hiệu nhận được:
nR

r = ∑ α i .ri
i =1

(2.1)


Với ri là tín hiệu nhận được tại anten thứ i và α i là trọng số cho anten thứ i.
Trong phương pháp MRC, các trọng số trên mỗi anten thu được chọn tỷ lệ với
tỷ số điện áp tín hiệu và công suất nhiễu của nó. Đặt Ai và Φ i là biên độ và
pha của tín hiệu nhận được ri. Giả sử rằng mỗi anten thu có cùng mức công suất
nhiễu, trong số α i được biểu diễn như sau:
(2.2)
α i = Ai e − Φ
i

Thực hiện: Trần Thanh Dũng

11


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

Phương pháp này gọi là kết hợp tối ưu vì nó có thể làm tối đa SNR ngõ ra.
Người ta đã chứng minh rằng SNR ngõ ra cực đại bằng tổng tức thời SNR của
từng tín hiệu [16].
Trong sơ đồ này, mỗi tín hiệu riêng phải đồng pha, trọng số hóa biên độ của
nó và cộng lại với nhau. Sơ đồ này yêu cầu biết được biên độ của hệ số kênh
truyền và pha của tín hiệu. Vì thế, nó có thể được sử dụng kết hợp với
coherent detect nhưng không kết hợp được với non-coherent detect.
• Equal Gain Combining: là phương pháp kết hợp tuyến tính đơn giản
nhưng chưa tối ưu. Nó không yêu cầu ước lượng biên độ fading trên
mỗi nhánh. Thay vì bộ thu sẽ cho biên độ của trọng số là 1.
α i = e −Φ

i

Bằng cách này, tất cả tín hiệu nhận được phải đồng pha và cộng lại với
nhau với độ lợi bằng nhau. BER của hệ thống EGC chỉ đạt giới hạn dưới của
MRC. Độ phức tạp của EGC thì giảm đáng kể so với MRC.
Từ hình 2.6, BER của hệ thống phân tập anten thu với phương pháp MRC,
ta thấy rằng đường BER càng dịch về bên trái khi nR càng tăng. Với cấu hình
1Tx và 5Rx, BER của hệ thống rất thaáp.

nR = 1

nR = 2

nR = 3
nR = 5
nR = 4

Hình 2.6: Sự phân tập anten thu với MRC, nT = 1 và nR = 1,2,3,4,5.

Thực hiện: Trần Thanh Dũng

12


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

2.1.3 Sự phân tập anten phát.
Trong hệ thống thông tin di động sử dụng nhiều anten thu tại trạm nền

nhằm mục đích triệt nhiễu đồng kênh và tối thiểu ảnh hưởng của fading. Sử
dụng nhiều anten tại trạm nền để tạo đường truyền lên (uplink, từ mobile đến
trạm nền) phân tập ở phía thu để tăng công suất thu được từ mobile. Điều này
sẽ cải tiến chất lượng và khoảng cách của kênh truyền. Nhưng đối với đường
truyền xuống (downlink, từ trạm nền đến mobile) thì rất khó tận dụng sự phân
tập ở phía thu (mobile).
• Khó đặt nhiều hơn 2 anten vào một thiết bị có kích thước nhỏ.
• Sử dụng nhiều anten thì sẽ sử dụng nhiều bộ chuyển đổi RF (Radio
Frequency) và nhiều bộ xử lý tín hiệu, mà điều này bị giới hạn đối
với các thiết bị (ngày càng nhỏ, gọn).
Do đó đối với đường truyền downlink thì không sử dụng phân tập ở phía thu
mà dùng phân tập ở phía phát. Phân tập ở phía phát có một số thuận lợi sau:
• Dễ lắp nhiều anten tại trạm nền và cung cấp một công suất phụ
(extra power) cho kênh truyền nhiều anten.
• Phân tập anten phát sẽ giảm các bộ xử lý tín hiệu tại nơi thu, do đó
cấu trúc của hệ thống sẽ đơn giản hơn, giảm công suất tiêu thụ và giá
cả.
Sự kết hợp phân tập ở cả phía phát và phía thu để cải tiến hơn nữa sự thực
thi (performance hoặc BER) của hệ thống.
Sự phân tập nơi thu được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin di động,
còn phân tập nơi phát thì rất ít được sử dụng, bởi vì có nhiều khó khăn để sử
dụng phân tập anten phát. Những khó khăn đó là:
• Các tín hiệu được phát từ nhiều anten trộn lẫn với nhau trong không
gian trước khi đến được nơi thu, do đó cần thêm một số bước xử lý tín
hiệu tại cả hai nơi phát và nơi thu để phân tách tín hiệu và tận dụng
sự phân tập.
• Ở phía thu có thể ước lượng hệ số kênh truyền fading, còn ở phía
phát không thể có được thông tin tức thời về kênh truyền trừ khi
thông tin về kênh truyền được hồi tiếp từ nơi thu trở về nơi phát.
Sự phân tập anten phát làm tăng dung lượng kênh truyền. Phân tập anten

phát có thể chia ra thành 2 loại: có và không có hồi tiếp (ở phía phát biết hoặc
không biết thông tin kênh truyền (CSI)).
Đối với hệ thống phân tập anten phát có hồi tiếp, tín hiệu điều chế được
phát từ nhiều anten phát với các trọng số khác nhau. Các trọng số của anten
phát được chọn sao cho công suất tín hiệu nhận hoặc dung lượng kênh lớn nhất.
Trong hệ thống thông tin di động thực tế, sự di chuyển của các thiết bị đầu cuối
Thực hiện: Trần Thanh Dũng

13


GVHD: GS. TS. Lê Ngọc Sơn

Đề tài : MIMO trong BLAST

và môi trường thay đổi làm cho hệ số kênh truyền thay đổi nhanh nên việc ước
lượng kênh truyền trở nên khó hơn. Sự ước lượng kênh truyền sai sẽ làm giảm
SNR thu được và ảnh hưởng đến tốc độ lỗi bit của hệ thống.
Đối với hệ thống phân tập anten phát không có hồi tiếp, tín hiệu phát
thường được xử lý tại nơi phát và gửi chúng đến các anten phát tương ứng. Việc
xử lý tín hiệu ở nơi phát được thực hiện sau cho nơi thu có thể khai thác sự
phân tập từ tín hiệu thu được.
2.2 Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO.
Kênh truyền MIMO được mô tả như sau:
Tx
Rx

H

1


1

2
Transmitter

2

M

Receiver

M

nT

nR

Hình 2.7: Kênh truyền MIMO
Giả sử vector tín hiệu phát là x = (x1 , x 2 ,..., x n ) , vector tín hiệu thu là

(

)

(

T

)


r = r1 , r2 ,..., rnR và vector nhiễu Gaussian là n = n1 , n2 ,..., nnR . Kênh truyền H có

thể được mô tả bởi ma trận kênh truyền H (nR x nT) (có đặc tính được mô tả
trong chương 3). Tại nơi thu:
r = Hx + n
(2.3)
Dung lượng hệ thống được định nghóa là tốc độ truyền lớn nhất có thể sao
cho xác suất lỗi nhỏ tùy ý.
Ban đầu, ta giả sử rằng ma trận kênh truyền không biết tại nơi thu trong khi
nó được biết chính xác tại nơi thu.
Theo lý thuyết phân tách ma trận SVD cho ma trận H (nR x nT) bất kỳ đều
có thể viết như sau:
H = UDVH
(2.4)
Với D là ma trận đường chéo không âm có kích thước (nR x nT), U và V là
ma trận vuông đồng nhất (nR x nR) và (nT x nT). Các ma trận này có những tính
chất sau đây:
Thực hiện: Trần Thanh Dũng

14