CHUONG 3 HIỆU SUẤT MỨC LIÊN KẾT CỦA WIMAX
3.4 LỢI ÍCH CỦA CÁC KỸ THUẬT ĐA ĂNG TEN TRONG WIMAX
3.4.2 Vòng lặp mở và vòng lặp đóng MIMO
Thuộc tính chìa khóa cho phép WiMAX cung cấp tốc độ dữ liệu cao là phân chia không gian nhiều hơn một luồng , hay lớp của dữ liệu trong cùng một nguồn tài nguyên thời gian hay tần số đồng thời.
Hình 3.20 BER trung bình cho phân tập phát vòng lặp mở và đóng cho QPSK R1/2 với dải tần AMC của kênh đa đường truyền với pha đinh liên hệ và không liên hệ
Hình 3.21 BER trung bình cho phân tập phát vòng lặp mở và đóng cho QPSK R3/4 với dải tần AMC của kênh đa đường truyền với pha đinh liên hệ và không liên hệ
Hình 3.22 BER trung bình cho phân tập phát và thu cho QPSK R1/2 PUSC trong kênh đa đường truyền với pha đinh không liên hệ
Hình 3.23 BER trung bình cho phân tập phát và thu cho QPSK R3/4 PUSC trong kênh đa đường truyền với pha đinh không liên hệ
Bảng 3.6 Độ tăng giảm cường độ phát vòng lặp mở và vòng lặp đóng liên quan đến SISO cho dải tần AMC trong kênh Ped B
Pha đinh không liên hệ Pha đinh liên hệ 10-2
BER(dB) 10-4 BER(dB) 10-2 BER(dB) 10-4 BER(dB) QPSK R1/2
2x1 (STBC) 0.5 2.5 0.0 1.0
QPSK R3/4
2x1 (STBC) 0.5 3.5 0.25 2.0
QPSK R1/2 2x1 vòng lặp
đóng
3.0 4.5 2.0 3.0
QPSK R3/4 2x1 vòng lặp
đóng
2.5 4.5 2.0 3.5
QPSK R1/2 4x1 vòng lặp
đóng
5.0 7.5 4.5 6.0
QPSK R3/4 4x1 vòng lặp
đóng
5.0 7.5 4.5 6.0
QPSK R1/2 6.0 9.25 N/A N/A
4x1 vòng lặp đóng (CSI
hoàn hảo) QPSK R3/4 4x1 vòng lặp
đóng (CSI hoàn
hảo)
6.5 11.0 N/A N/A
Trong trường hợp một người dung MIMO, đa luồng được gắn với cùng một bộ thu, trong trường hợp nhiều người dùng MIMO, đa luồng gắng với các bộ thu khác nhau. Thứ hạng cao của kênh MIMO tạo bởi đa ăng ten cho phép bộ thu tách biệt không gian nhiều lớp.
Xa hơn, chúng ta xem xét các định dạng với chỉ một luồng cho một người sử dụng; nói cách khác, đa ăng ten được sử dụng chỉ để phân tập.
Trong phần này, chúng ta nghiên cứu hiệu suất mức liên kết của WiMAX cho truyền dẫn với hai luồng dữ liệu để làm nổi bật lợi ích của các lược đồ MIMO vòng lặp mở và đóng. Mặc dù IEEE 802.16e-2005 cho phép truyền dẫn tới bốn luồng, chỉ hai luồng được xem xét trong phần này. Để ngắn gọn, chỉ chế độ QPSK R1/2 và QPSK R3/4 được xem xét nhưng lợi ích tổng thể của nhiều lược đồ MIMO có thể áp dụng cho chế độ 16 QAM và 64 QAM. Các kết quả mức liên kết thể hiện ở đây dựa trên bộ thu MMSE MIMO với các thuật toán ước lượng kênh thực tế. Lợi ích của các bộ thu MIMO nâng cấp như SIC hay MLD được trình bày trong phần tới.
Cho các kết quả trình bày ở đây, đường cơ bản là lược đồ MIMO vòng lặp mở 2x2, chứa hai ăng ten sử dụng cho bộ phát để phân chia không gian hai luồng dữ liệu. Bộ thu trong trường hợp cơ bản là bộ thu MMSE MIMO với hai ăng ten. Hình 11.24 và 11.25 thể hiện hiệu suất mức liên kết trong trường hợp cơ bản và nhiều lược đồ vòng lặp mở khác với nhiều ăng ten ở bộ phát và bộ thu. Lợi ích của kênh MIMO cấp cao hơn là dễ thấy với tỷ lệ mã hóa cao hơn, khi chúng nhạy cảm hơn với các sự cố pha đinh. Xác suất của các pha đinh này giảm xuống bằng cách tăng số lượng các ăng ten. Bảng 11.7 thể hiện các tăng giảm cường độ cho nhiều lược đồ MIMO vòng lặp mở liên quan đến trường hợp cơ bản 2x2.
Hình 3.24 Tỷ lệ lỗi bit cho dải tần AMC QPSK R1/2 trong kênh Ped B với hai luồng (ma trận B) cho lược đồ MIMO vòng lặp mở.
Hình 3.25 Tỷ lệ lỗi bit cho dải tần AMC QPSK R3/4 trong kênh Ped B với hai luồng (ma trận B) cho lược đồ MIMO vòng lặp mở.
Hình 3.26 và 3.27 thể hiện các kết quả mức liên kết cho vòng lặp mở và nhiều kỹ thuật vòng lặp đóng cho kênh 4x2 MIMO với luồng kép. Bốn kỹ thuật vòng lặp đóng được xem xét sau đây
1.Phản hồi lựa chọn ăng ten. MS cung cấp phản hồi 3 bít một lần mỗi khung cho mỗi kênh phụ, chỉ dẫn sự kết hợp của 2 ăng ten sử dụng cho truyền dẫn DL. Một cặp ăng ten tương tự sử dụng cho tất cả các sóng mang phụ của
kênh phụ; dù sao, các kênh phụ khác nhau có thể sử dụng cặp ăng ten khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện kênh.
2.Phản hồi mã sách (codebook feeadback). MS cung cấp phản hồi 6 bít một lần mỗi khung cho mỗi kênh phụ, chỉ dẫn cho BS đầu vào mã sách sử dụng cho tiền mã hóa tuyến tính. BS sử dụng tiền mã tuyến tính này cho tất cả các sóng mang phụ của mỗi kênh phụ. Đầu vào mã sách được chọn bởi MS, dựa trên tối thiểu hóa phát hiện sau lỗi bình phương trung bình (MSE) của các luồng.
3.Phản hồi kênh lượng hóa. MS lượng hóa hệ số phức của kênh MIMO và gửi chúng tới BS. Một phản hồi được lượng hóa được cung cấp một lần mỗi khung cho tất cả 18 sóng mang phụ của một kênh phụ AMC. Dựa trên phản hồi này, BS chọn một đơn vị tiền mã để sử dụng cho kênh phụ. Tiền mã được chọn để tối thiểu hóa MSE của các ký hiệu nhận được qua tất cả 18 sóng mang phụ của kênh phụ AMC. Phản hồi kênh lượng hóa được cung cấp một lần mỗi khung.
4.SVD mỗi sóng mang phụ. MS gửi kênh MIMO không lượng hóa của mỗi sóng mang phụ tới BS một lần mỗi khung. Cho mỗi sóng mang phụ, BS sử dụng ma trận tiền mã hóa tuyến tính tối ưu dựa trên phân tích SVD của kênh MIMO. Khi mỗi sóng mang phụ sử dụng các tiền mã khác nhau, kỹ thuật này được mong đợi sẽ tốt hơn các kỹ thuật vòng lặp đóng khác chọn một tiền mã cho toàn bộ các kênh phụ. Lưu ý rằng, WiMAX không có cơ chế cho phép MS cung cấp phản hồi kênh MIMO tới BS cho mỗi sóng mang phụ.
Kỹ thuật vòng lặp đóng này thể hiện giới hạn hiệu suất cho bất kỳ kỹ thuật MIMO vòng lặp đóng thực nghiệm nào trên WiMAX và không khả thi trong thực tế.s
Như trong các kết quả ở hình 3.26 và 3.27, các kỹ thuật vòng lặp đóng dựa trên phản hồi kênh được lượng hóa và phản hồi mã sách thực thi trong khoảng 1dB đến 2dB của kỹ thuật SVD cho mỗi sóng mang phụ. Mặc dù các lược đồ vòng lặp đóng được tối ưu ở điều kiện tốt nhất, chúng có thể cung cấp hơn 5dB độ tăng giảm cường độ qua các kỹ thuật vòng lặp mở. Bảng 3.8 thể hiện sự tăng giảm cường độ cho các kỹ thuật MIMO vòng lặp đóng với cấu hình 4x2 MIMO với luồng kép.
Hình 3.26 Tỉ lệ bít lỗi cho dải tần AMC QPSK R1/2 trong kênh Ped B với luồng kép (ma trận B) cho lược đồ MIMO vòng lặp đóng
Hình 3.27 Tỉ lệ bít lỗi cho dải tần AMC QPSK R3/4 trong kênh Ped B với luồng kép (ma trận B) cho lược đồ MIMO vòng lặp đóng
Bảng 3.7 Độ tăng giảm cường độ vòng lặp mở MIMO liên hệ với trường hợp cơ bản cho dải tần AMC trong kênh đa đường truyền Ped B với luồng kép (ma trận B)
Tỷ lệ mó ẵ Tỷ lệ mó ắ
10-2 BER(dB) 10-4 BER(dB) 10-2 BER(dB) 10-4 BER(dB)
4x2 MIMO 0.75 2.0 0.75 2.5
2x4 MIMO 5.0 6.5 5.0 8.0
4x4 MIMO 6.0 8.5 6.5 10.0
Bảng 3.8 Độ tăng giảm cường độ vòng lặp đóng MIMO liên hệ với trường hợp cơ bản cho dải tần AMC trong kênh 4x2 MIMO Ped B với luồng kép
Tỷ lệ mó 1/2 Tỷ lệ mó ắ
10-2 BER(dB) 10-4 BER(dB) 10-2 BER(dB) 10-4 BER(dB) Phản hồi lựa
chọn kênh Phản hồi mã
sách 2.5 3.5 3.0 4.4
Phản hồi kênh lượng
hóa
3.25 4.5 3.75 5.5
Tối ưu mỗi sóng mang
phụ SVD 4.0 5.5 4.5 6.5