Kỹ thuật mã hóa không gian – thời gian là kỹ thuật mã hóa được sử dụng để phân tập anten phát trong hệ thống MIMO. Mã hóa không gian – thời gian được sử dụng trong hệ thống không dây để truyền nhiều phiên bản của một chuỗi dữ liệu thông qua nhiều anten và khai thác các phiên bản khác nhau nhận được để cải tiến độ tin cậy của việc truyền dữ liệu. Thực tế rằng, tín hiệu khi truyền đi chịu tác động của các hiện tượng tán xạ, khúc xạ, phản xạ, … và cả nhiễu nhiệt ở phía thu. Điều này có nghĩa là phía thu có thể nhận được 1 vài tín hiệu tốt hơn so với các tín hiệu còn lại.
Các bit thông tin đầu vào qua điều chế. . Bộ mã hóa sau đó sẽ lấy một một khối hai ký tự điều chế s1 và s2 trong mỗi lần mã hóa và đưa antenna phát theo ma trận mã sau:
Trong ma trận trên, cột đầu tiên đại diện chu kỳ phát đầu tiên và cột thứ đại diện cho chu kỳ phát triển tiếp theo. Hàng đầu tiên tương ứng với các symbol được phát từ antenna thứ 2. Trong suốt chu kỳ của ký tự thứ nhất, antenna đầu tiên truyền s1 và antenna thứ hai truyền s2. Trong suốt chu kỳ của ký tự thứ 2, antenna đầu tiên truyền – s2
* và antenna thứ hai truyền s1
* là liên hiệp phức của s1.
Điều này cho thấy rằng ta đã phát đi cả về không gian (trên 2 antenna) và thời gian (2 khoảng thời gian truyền).Đây gọi là mã không gian – thời gian.
Trang 18
MIMO-OFDM Trong Mạng LTE SVTH: Hà Thanh Tân
3.3.1.1. Mã hóa không gian-thời gian khối STBC
STBC thực hiện mã hóa một khối các ký tự đầu vào thành một ma trận đầu ra với các hàng tương ứng các anten phát (không gian) và cột tương ứng thứ tự phát (thời gian). STBC cho phép phân tập đầy đủ và có độ lợi nhỏ tùy thuộc vào tốc độ mã của bộ mã, quá trình giải mã đơn giản, dựa trên các bộ giải mã tương quan tối đa ML (Maximum Likelihood).
3.3.1.2. Mã hóa không gian-thời gian lưới STTC
Nếu như STBC xử lý độc lập từng khối kí tự đầu vào để tạo ra một chuỗi các vector mã độc lập, thì STTC xử lý từng chuỗi ký tự đầu vào để tạo ra từng chuỗi vector mã phụ thuộc vào trạng thái mã trước đó của bộ mã hóa.
STTC cung cấp độ lợi mã tốt hơn nhiều STBC độ lợi mã của STTC tăng lên khi tăng số trạng thái của lưới mã. Tuy nhiên độ phức tạp của STTC cao hơn nhiều so với STBC, do STBC được mã hoá và giải mã đơn giản nhờ vào các giải thuật xử lý tuyến tính, nên STBC phù hợp với các ứng dụng thực tế trong hệ thống MIMO hơn STTC.
3.3.2. Mã hóa không gian-thời gian lớp VBLAST
VBLAST có thể tăng dung lượng của hệ thống đáng kể nhờ vào chiều không gian do hệ thống MIMO cung cấp. V-BLAST sử dụng NT anten phát và NR anten thu với NT≤ NR . Ở phía phát, các bit của chuỗi dữ liệu gốc sẽ được sắp xếp thành các symbol và chia thành NT luồng dữ liệu con. Các luồng dữ liệu con này sẽ được điều chế theo cùng một chòm sao và phát đồng thời trên NT anten. Ở phía thu, mỗi anten sẽ thu tín hiệu từ NT anten phát, các tín hiệu thu được từ NR anten sẽ được xử lý bằng giải thuật VBLAST như Zero-Forcing hay MMSE để trả lại dữ liệu ban đầu.
Trang 19
MIMO-OFDM Trong Mạng LTE SVTH: Hà Thanh Tân
Hình 3.3 mô tả hệ thống V-BLAST.[3]
Hình 3.3. Hệ thống V-BLAST Kênh truyền MIMO được mô hình bằng kênh truyền H.
Giả sử, việc đồng bộ symbol ở bộ thu là lý tưởng. Ta kí hiệu vector symbol phát
là , vector symbol thu sẽ là .
r = Hx + n
với r biểu diễn tín hiệu nhận từ NR anten x biểu diễn tín hiệu phát từ NT anten
n là vector nhiễu AWGN
Bộ xử lý V-Blast ở phía thu sẽ sử dụng phương pháp kết hợp triệt tiêu tuyến tính (linear combinatorial nulling), để tách ra từng luồng dữ liệu con. Mỗi luồng con khi đến lượt giải mã sẽ được xem là tín hiệu mong muốn, các luồng còn lại được xem là nhiễu. Việc triệt tiêu sẽ được thực hiện bằng cách tổ hợp tuyến tính như MMSE (minimum mean-squared error) hay ZF (zero-forcing).
x x xNTT
x 1, 2,..., rr1,r2,...,rNTT
4 2 1 2
1
2 1
2 22
21
1 12
11 2
1
n n n
x x x
h h
h
h h
h
h h
h
r r r
T T R R
R
T T
R N N N N N
N N
N
Trang 20
MIMO-OFDM Trong Mạng LTE SVTH: Hà Thanh Tân
3.4. Ƣu, nhƣợc điểm của kỹ thuật MIMO Ƣu điểm:
Về dung lượng: do sử dụng nhiều anten phát và thu nên có thể truyền nhiều đường dữ liệu song song, nên dung lượng tăng theo số lượng anten có trong hệ thống
Về chất lượng: tăng độ phân tập của hệ thống trong kênh truyền fading nên có thể giảm được xác suất lỗi BER. Ngoài ra với kỹ thuật tạo búp, tín hiệu được truyền theo hướng mong muốn do đó công suất phát chỉ tập trung vào hướng truyền, đó đó giảm công suất của các thiết bị.
Nhƣợc điểm:
Do hệ thống MIMO sử dụng nhiều anten phát và thu nên:
- Nhiều anten nên giá thành phần cứng của hệ thống MIMO phải lớn hơn hệ thống SISO
- Độ phức tạp lớn và giải thuật xử lý tín hiệu phức tạp hơn. Tăng kích thước của các thiết bị (vì số lượng anten vừa nhiều vừa phải đảm bảo khoảng cách giữa các anten để các kênh không tương quan ) trong khi xu hướng thiết bị ngày càng nhỏ.