31
Các hệ thống anten trong Winprop CÁC HỆ THỐNG ANTEN TRONG WINPROP 1

Mimo Antenna System in Prop_thu

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

CÁC H TH NG ANTEN TRONGỆ Ố

WINPROP

1

Page 2: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Mục lục1. Động cơ thúc đẩy..........................................................................................................3

2. Mô hình hóa trong WinProp.........................................................................................4

a. Chồng lấn tín hiệu..................................................................................................5

b. Nắn dòng (Beamforming)......................................................................................5

c. Giao thoa giữa các luồng MIMO...........................................................................6

d. Định nghĩa Anten...................................................................................................7

3. Lý thuyết.......................................................................................................................9

a. Tính toán các kết quả từ MIMO.............................................................................9

b. Tính toán giao thoa.................................................................................................9

4. Mô phỏng một hệ thống MIMO với WinProp............................................................10

a. Đường truyền sóng...............................................................................................10

b. Sự phân bố và chồng lấn của các tia truyền.........................................................14

c. Các tham số kênh khác trong hệ thống MIMO....................................................16

d. Xác định các thông số kênh bổ sung liên quan đến hệ thống MIMO..................20

e. Lựa chọn vùng mô phỏng.....................................................................................20

5. Ví dụ............................................................................................................................21

2

Page 3: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

1. Động cơ thúc đẩy

Công nghệ nhiều đầu và, nhiều đầu ra (MIMO) là việc sử dụng nhiều anten ở cả phía phát

và phía thu để cải thiện hiệu năng giao tiếp. Công nghệ MIMO rất được chú ý trong công

nghệ không dây, bởi vì nó giúp làm tăng đáng kể thông lượng dữ liệu và khoảng cách liên

kết mà không làm tăng băng thông hay công suất truyền. Điều này đạt được bởi hiệu suất

quang phổ cao hơn (nhiều bit mỗi giây với mỗi hertz băng thông) và độ tin cậy cùng đa

dạng của liên kết (giảm dần). Bởi những thuộc tính này, MIMO là 1 thành phần quan

trọng của các tiêu chuẩn truyền thông không dây hiện đại như là WiMAX, HSPA+, 3GPP

Long Term Evolution (tiến hóa lâu dài), 4G và IEEE 802.11n (Wifi)

Hình 1: Hệ thống anten SISO thông thường (Hình trên) và hệ thống anten MIMO (hình dưới)

Cấu hình anten MIMO có thể được dùng cho ghép kênh không gian. Trong trường hợp

này 1 tín hiệu có tốc độ cao được chia thành luồng có tốc độ thấp hơn và mỗi luồng được

truyền từ 1 anten khác nhau trong cùng 1 kênh tần số (hình 1). Khi những tín hiệu này tới

mảng anten thu với các kí hiệu không gian khác nhau một cách đầy đủ, máy thu có thể

tách những luồng này thành các kênh song song.

Do đó ghép kênh không gian bằng các anten MIMO là một kĩ thuật rất mạnh làm tăng

dung lượng kênh ở tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu cao hơn (SNIR). Số lượng lớn nhất các luồng

không gian được giới hạn bởi số lượng ít hơn các anten ở phía phát và phía thu

3

Page 4: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Thông thường mô hình MIMO là MIMO 2x2 (2 ở cả phía phát và phía thu) và MIMO

4x4. Trong trường hợp ghép kênh không gian, mỗi thành phần anten MIMO truyền 1

luồng dữ liệu MIMO độc lập. Mô hình MIMO 4x2 truyền luồng MIMO thứ nhất từ 2

thành phần anten và luồng MIMO thứ hai từ 2 thành phần anten khác, do đó tạo ra

MIMO với 1 hệ ăng ten phân bố (DAS). Phía thu gồm 2 thành phần anten (cho 2 luồng

MIMO khác nhau)

2. Mô hình hóa trong WinProp

Để xem xét các anten MIMO trong dự án mạng vô tuyến Winprop đầu tiên mô hình

MIMO tương ứng phải được lựa chọn trong trang giao diện không gian (hình 2). Phụ

thuộc vào mô hình MIMO được lựa chọn, một số lượng tương ứng các luồng dữ liệu

MIMO được xem xét (MIMO 2x2 với 2 luồng song song hoặc MIMO 4x4 với 4 luồng

song song)

Hình 2: Định nghĩa Air Interface trong công nghệ MIMO

4

Page 5: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Bên dưới bút settting, các thuộc tính của hệ thống anten MIMO được chỉ ra (hình 3 và 4)

a. Chồng lấn tín hiệuKhi truyền đi nhiều luồng dữ liệu song song theo ghép kênh không gian, có 1 sự chồng

lấn làm giảm hiệu quả tốc độ dữ liệu thu được. Giá trị xác định được xem xét 1 lần cho

MIMO 2x2 và 2 lần cho MIMO 4x4

Hình 3: Các thiết lập MIMO theo beamforming

b. Nắn dòng (Beamforming)Nắn dòng tại máy phát có thể đạt được bằng cách xử lý không gian. Trong trường hợp

này tín hiệu giống nhau phát đi từ mỗi anten truyền với trọng số pha thích hợp để công

suất tín hiệu lớn nhất tại đầu vào máy thu

Lợi ích của nắn dòng là làm tăng độ khuếch đại anten nhận được, bằng cách tạo nhiều tín

hiệu phát đi từ các anten khác nhau phát triển một cách có xây dựng, và làm giảm ảnh

5

Page 6: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

hưởng fading đa đường. Ghép kênh không gian có thể được kết hợp với nắn dòng khi

kênh đó được biết ở máy phát

Trong sự vắng mặt của scattering, nắn dòng tạo ra 1 thành phần định hướng được định

nghĩa tốt, do đó làm tăng tăng ích anten của các tín hiệu được thiết kế và làm giảm tăng

ích anten các tín hiệu giao thoa. Cho nên tăng ích anten cho các tín hiệu sử dụng và nhiễu

có thể được định nghĩa trong MIMO settting (xem hình 3) nếu nắn dòng được sử dụng.

Những giá trị này sẽ được giữ là 0dB nếu không sử dụng nắn dòng

c. Giao thoa giữa các luồng MIMOGhép kênh không gian bằng cách sử dụng các anten MIMO cho phép làm tăng thông

lượng phụ thuộc vào tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu và giao thoa (SNIR). SNIR cũng bị ảnh

hưởng bởi nhiễu giữa các luồng MIMO khác nhau

Trang MIMO setting cung cấp 3 lựa chọn khác nhau với mục đích này (xem hình 4)

Không giao thoa ( sự phân biệt lý tưởng của các luồng khác nhau)

Nếu các phân cực khác nhau được sử dụng (ví dụ. phân cực thẳng cho luồng

MIMO 1 và phân cực ngang cho luồng MIMO 2) các luồng được phân biệt rất tốt,

đặc biệt trong vùng LOS. Đây là trường hợp đơn giản do không cần chú ý đến giao

thoa giữa các luồng MIMO

Các đóng góp có liên quan đến nhiễu bởi việc phân chia không lý tưởng

của các luồng

Trong trường hợp này, một tỉ lệ tổng thể cho sự giao thoa giữa các luồng được quy

định cụ thể. Ví dụ 20 dB có nghĩa là với hệ thống MIMO 2x2, công suất nhận

được cho luồng MIMO 1 sẽ làm tăng mức độ giao thoa cho luồng MIMO 2 (ví dụ

công suất nhận được trừ 20dB) và ngược lại. Lựa chọn này xem xét tác động can

thiệp tương đối liên tục trên toàn bộ khu vực mô phỏng (xem xét các giá trị công

suất nhận được độc lập cho mỗi luồng ở mỗi thời điểm)

6

Page 7: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Việc xác định giao thoa theo vị trí do việc phân chia các luồng không lý

tưởng

Lựa chọn này xem xét vị trí máy thu và các thuộc tính của liên kết vô tuyến tương

ứng (LOS/NLOS) cho tác động giao thoa. Để đảm bảo độ chính xác cao, người

dùng sẽ xác định các loại phân cực khác nhau được sử dụng cho các luồng MIMO

đơn (ví dụ phân cực đứng cho luồng MIMO 1 và phân cực ngang cho luồng

MIMO 2), làm giảm giao thoa, đặc biệt trong điều kiện LOS

Hình 4: Thiết lập MIMO theo giao thoa giữa các luồng MIMO khác nhau

d. Định nghĩa AntenNói chung các anten thuộc hệ thống MIMO được định nghĩa cùng cách thức so với anten

thông thường, ví dụ như vị trí, tần số sóng mang, và công suất truyền tải của anten được

định nghĩa như thông thường. Với mỗi phần tử anten MIMO một anten riêng biệt được

định nghĩa tại ProMan

7

Page 8: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Cái được gọi là nhóm tín hiệu (Signal Group) được thiết lập với cùng một ID (same ID)

với tất cả các anten của một hệ thống MIMO. Hơn nữa, luồng MIMO được truyền tải

cũng được lựa chọn

Đối với các anten thông thường Signal Group ID được thiết lập trạng thái Individual (do

đó không có luồng MIMO nào có thể được lựa chọn). Nói chung tất cả các anten trong hệ

thống MIMO phải có cùng sóng mang. Tùy thuộc vào Signal Group ID và luồng MIMO

được gán, các tín hiệu từ các anten được kết hợp xây dựng hoặc ảnh hưởng lẫn nhau

Kiểu anten Signal Group Luồng MIMO

Anten thông thường Individual Not available

Anten theo DAS A/B/C/… No MIMO

Anten theo MIMO A/B/C/… MIMO stream1/stream 2

Việc lựa chọn Signal Group và MIMO Stream có thể được tìm thấy trong Carrier settings

(xem hình 5) của một máy phát

Hình 5: Thiết lập sóng mang cho máy phát với các lựa chọn Signal Group

8

Page 9: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Tất cả các anten trong một hệ thống MIMO phải có cùng Signal Group ID. Nếu chỉ có 1

hệ thống MIMO được sử dụng trong dự án, khuyến cáo sử dụng Signal Group A cho tất

cả các anten là một phần của hệ thống MIMO

3. Lý thuyết

a. Tính toán các kết quả từ MIMOĐối với các tính toán của các bản đồ kết quả MIMO, công suất thu được (dBm) và SNIR

(dB) được tính toán với mỗi luồng MIMO được định nghĩa (theo chương trình MIMO

được quy định) trong mỗi điểm ảnh nhận được. Trong bối cảnh này cũng được coi là giao

thoa giữa các luồng MIMO khác nhau hoạt động ở cùng sóng mang (và Signal Group ID)

(phụ thuộc vào tùy chọn được lựa chọn, xem hình 4). Cuối cùng, tính khả thi của điều chế

và chương trình mã hóa phụ thuộc vào các SNIR được lựa chọn

Nếu cell phục vụ là một anten MIMO, công suất thu là sự xếp chồng của các giá trị công

suất tín hiệu của tất cả các anten trong hệ thống MIMO và truyền tải cùng 1 dòng MIMO

Kiểu anten Công suất thu được

Anten thông thường Công suất nhận được từ cell cung cấp

Anten theo hệ thống anten phân bố

(DAS)

Xếp chồng của các giá trị công suất thu

được từ tất cả các anten trong DAS của

các cell cung cấp

Anten theo hệ thống MIMO Xếp chồng của các giá trị công suất thu

được từ tất cả các anten truyền cùng

luồng MIMO với các cell cung cấp

b. Tính toán giao thoaThông thường tín hiệu phát ra trên cùng sóng mang nhưng từ các anten khác nhau sẽ giao

thoa với các tín hiệu khác như là các tín hiệu riêng rẽ được truyền. Các tín hiệu phát đi từ

các anten khác nhau nhưng cùng DAS không giao thoa (nếu chúng có cùng Signal Group

ID). Nếu các anten trong 1 hệ thống MIMO, giao thoa phụ thuộc vào luồng MIMO truyền

9

Page 10: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

tải. Các anten truyền cùng luồng MIMO được coi là hoạt động giống DAS (ví dụ trong 1

hệ thống MIMO 4x2). Nếu các anten truyền các luồng MIMO khác nhau, chúng sẽ giao

thoa với nhau phụ thuộc vào các tình huống riêng (phân chia không gian, sử dụng các

phân cực khác nhau, tình huống LOS/NLOS). Tác động giao thoa có thể được phản ánh

bởi việc lựa chọn các tùy chọn thích hợp trong khung hội thoại tương ứng (nhìn hình 4)

Anten 1 Anten 2 Giao thoa(cùng sóng mang)

Anten thông thường Anten thông thường YesAnten thông thường Anten theo DAS A YesAnten theo DAS A Anten theo DAS A NoAnten theo DAS A luồng MIMO1

Anten theo DAS A luồng MIMO1

No

Anten theo DAS A luồng MIMO1

Anten theo DAS A luồng MIMO2

Yes

Anten theo DAS A Anten theo DAS B Yes

4. Mô phỏng một hệ thống MIMO với WinProp

a. Đường truyền sóngBăng thông kênh MIMO tăng tương ứng với số lượng cặp anten thu phát cũng như độ

phân tán của môi trường. Vì vậy các cần có các mô hình truyền sóng có độ chính xác cao

để đánh giá các tham số kênh MIMO trong các hoạt cảnh truyền sóng phức tạp. Công cụ

quy hoạch mạng vô tuyến của AWE Communications có tích hợp mô hình truyền sóng

tia quang học (ray-optical) với việc xử lý dữ liệu vector 3D để xác định kênh vô tuyến

trong các môi trường truyền sóng khác nhau (thành phố, nông thôn và trong nhà). Để

nghiên cứu các mảng anten MIMO, công cụ này cho phép dự đoán kênh vô tuyến theo

thời gian, tần số, và các miền không gian giữa mỗi cặp anten BS, MS. Hơn nữa, mô hình

vẽ tia sóng (ray tracing model) cũng được mở rộng để xem xét tính phân cực ngang, dọc

ảnh hưởng tới đường truyền, hệ số phản xạ, khúc xạ.

10

Page 11: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Hình 10: Vẽ tia sóng truyền trong hoạt cảnh môi trường thành phố

Mô hình đường truyền tia quang học cho ta độ chính xác cao, dễ dàng xác lập thông tin

và đáp ứng được với các hiệu ứng như suy hao sau tường, hướng song theo mặt đường

(xem hình) với độ chính xác cao, và có khả năng cung cấp các thông số bổ sung như hệ

số fading nhỏ (small-scale fading) và góc lệch hướng (AoD – Angles of Departure) cũng

như góc tới (AoA – Angles of Arrival), có liên quan đến việc phân tích kênh MIMO.

Hình 11: Mô hình vẽ tia sóng – Ray tracing

Với các anten trạm phát BS lắp thấp hơn mức đỉnh của vật cản thì xuất hiện hiệu ứng

hướng sóng theo mặt đường, làm giảm độ mở rộng góc ở phía thu, đồng thời làm giảm

công suất kênh MIMO.

11

Page 12: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Trong môi trường có độ phân tán rộng thì hiệu ứng đa đường xuất hiện, và có thể được

mô phỏng trong WinProp theo thời gian hoặc không gian.

Hình 12: Đáp ứng xung của kênh truyền

Mô hình vẽ tia sóng truyền trong WinProp cũng được nâng cấp để tính toán trễ và góc

mở rộng dựa trên dữ liệu về tia truyền để thu được tất cả thông tin kênh cần thiết cho mô

phỏng kênh MIMO (xem hình).

12

Page 13: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Hình 13: Trải trễ

Hiện tượng trải tín hiệu trên miền thời gian được mô phỏng bằng trải trễ. Đặc biệt với các

môi trường có độ phân tán rộng, càng làm tăng ảnh hưởng của trải trễ. Tham số này rất

cần thiết để xem xét sự hiện diện của nhiễu giao thoa ký tự (inter-symbol interference).

Hình 14: Trải góc

Công suất kênh MIMO tăng tương ứng với số cặp anten cũng như độ phân tán của môi

trường. Nghĩa là công suất kênh lớn trong những vùng có mật độ đường truyền đa đường

(multi path propagation) lớn. Đường truyền đa đường có thể được diễn đạt theo thuật

13

Page 14: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

ngữ trải góc (angular spread) tại mảng anten phát và anten thu.WinProp có thể hiển thị

những thông số trên theo đồ thị 2D, 3D hoặc xuất thành file dạng bảng ASCII. Trải góc là

hoàn toàn khác nhau với mỗi pixel dự đoán độc lập khi có các tuyến truyền khác nhau

cho mỗi cấu hình thu phát. Vì vậy những giá trị này cũng được đưa ra để định hình bản

đồ truyền phát cho toàn bộ khu vực mô phỏng.

b. Sự phân bố và chồng lấn của các tia truyềnCó các mô hình tính toán khác nhau cho sự phân bố và sự chồng lấn của của tia truyền

riêng rẽ được xác định theo thuật toán ray tracing. Những mô hình này có thể được thiết

lập tại cửa sổ tính toán trong phần menu setting của phần mềm ProMan như hình sau.

Hình 15: Các tham số ray tracing

Với mô hình Fresnel and GTD/UTD, cũng như mô hình thực nghiệm (có liên quan đến

mô hình tương tác) kết hợp với sự chồng lấn không tương quan của các tia truyền, cường

độ trường tổng của một pixel dự đoán được tính toán bằng cách tính tổng các chồng lấn

của các tia truyền độc lập theo công thức sau:

Etotal=√E12+E2

2+…+En2

14

Page 15: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Để tính toán các hệ số Fresnel và GTD/UTD có xem xét đến sự chồng lấn của các tia

truyền, cả độ phân cực và pha của các chồng lấn riêng rẽ được đưa vào tính toán. Vì thế

các chồng lấn của các tia truyền độc lập được tổng hợp lại và tách biệt với mỗi trạng thái

phân cực riêng rẽ (cả phần thực và phần ảo), đầu tiên:

E x ,real=E1 , x ,real+E2 , x, real+…+En , x ,real

E y, real=E1 , y , real+E2 , y ,real+…+En , y ,real

E z ,real=E1, z , real+E2, z ,real+…+En , z , real

E x ,imag=E1 , x ,imag+E2 ,x , imag+…+En , x, imag

E y, imag=E1 , y ,imag+E2 , y, imag+…+ En , y, imag

E x ,real=E1 , z ,imag+E2 , z ,imag+…+En ,z ,imag

Sau đó, phần thực tổng và phần ảo tổng được tính toán bằng cách lấy tổng các phần

tương ứng của các vector thành phần.

Ereal=√ Ex ,real2 +E y ,real

2 +E z , real2

Eimag=√ Ex, imag2 +E y ,imag

2 +E z , imag2

Cuối cùng cường độ trường tổng của pixel được xác định theo công thức sau:

Etotal=√E real2 +Eimage

2

Việc tính toán với mô hình thực nghiệm kết hợp với sự chồng lấn tương quan của các tia

được thực hiện như sau. Đầu tiên, thành phần cường độ trường của các tia thành phần

được tính tổng theo phần thực và phần ảo riêng biệt.

Ereal=E1 , real+E2 , real+...+En , real

Eimag=E1 , imag+E2 , imag+...+En , imag

15

Page 16: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Sau đó cường độ trường tổng được tính theo công thức sau:

Etotal=√E real2 +Eimage

2

c. Các tham số kênh khác trong hệ thống MIMO

Ma trận kênh MIMO

Hệ thống MIMO có thể được đánh giá chi tiết hơn bằng cách tính toán ma trận kênh

MIMO, ma trận thể hiện kênh vô tuyến giữa mỗi anten phát và mỗi anten thu trong hệ

thống. Có một đáp ứng xung kênh SISO phức tạp với chiều dài L+1 giữa mỗi anten phát

m và mỗi anten thu n của một hệ thống MIMO.

hn, m ( t )=∑l=0

L

hn , m,l(t)

Kênh MIMO biến đổi tuyến tính theo thời gian được thể hiện bởi ma trận kênh có kích

thước NRxNT:

H ( t )=( h1,1( t) … h1 , NT(t )

… … …hN R ,1(t) … hN R , NT

(t))Với các thành phần phức: hn,m(t) = Re{hn,m(t)} + jIm {hn.m(t)}

Ma trận kênh MIMO có thể được xác định bằng tiền xử lý dữ liệu tia truyền tại đầu ra mô

phỏng của công cụ dự đoán ProMan, bằng cách tính toán độ sai pha giữa các thành phần

anten đơn trong mảng anten MIMO tại BS và MS.

Dữ liệu tia truyền cho ta một mô tả của tất cả tuyến truyền được xét đến giữa vị trí của bộ

phát và mỗi pixel thu dự đoán. Cường độ trường, trễ và tất các các điểm ảnh hưởng (phản

xạ, khúc xạ, chuyển phát, tán xạ và đổi hướng) được liệt kê cho các tuyến truyền đơn có

ảnh hưởng đến mức tín hiệu tại một vị trí nhất định. Dựa trên dữ liệu này và kích thước

của mảng anten MIMO, độ dịch pha giữa các thành phần đơn có thể được tính toán theo

cách sau. Vị trí phát cho trong ray file được giả thiết là trung tâm của mảng tanten phát

16

Page 17: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

MIMO, giả thiết tương tự cho bên thu. Mỗi pixel của vùng dự đoán có thể được giả thiết

là điểm trung tâm của mảng anten thu MIMO. Để xác định ma trận kênh chỉ cần tính toán

độ dịch pha giữa các thành phần mảng đơn, dựa trên dữ liệu tia truyền (ray data) cho sẵn

trong ray file và trong thiết lập mảng. Trước tiên, góc đi và đến phải được tính toán sử

dụng tọa độ của bên phát, điểm tương tác đầu tiên của mỗi tuyến truyền, tọa độ của điểm

tương tác cuối cùng trên tuyến truyền và tọa độ của bên thu tương ứng. Sau đó, độ dịch

pha giữa các thành phần anten của cả 2 mảng phát/thu đều có thể được dễ dàng tính toán.

Hình 16: mảng anten MIMO tuyến tính

φ=3600

λd . sin (Θ S), với λ là bước sóng

Công thức trên đúng cho các dạng mảng anten MIMO tuyến tính với các anten đặt trên

cùng một mặt phẳng ngang. Dựa trên mảng tuyến tính, có thể xác định được độ dịch pha

giữa các thành phần của một mảng anten tròn bằng cách điều chỉnh góc tới trong công

thức trên tương ứng với vị trí của anten thành phần trên đường tròn.

17

Page 18: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Hình 17: Mảng anten MIMO tròn

φ=3600

λd . sin (Θ S−k . β)

k là chỉ số của anten thành phần (trong trường hợp này là [0,...,3]).

Công suất kênh MIMO

Công suất kênh của một kênh MIMO không lựa chọn tần số có thể được tính như sau:

C=log2(det [I NR+

P

N T σn2 H F HF

H])[bits

Hz]

Với ma trận đơn vị I, công suất phát tổng P và công suất nhiễu . Các ma trận HF phải

được xác định bởi NF điển FFT (Fast Fourier Transformation). Với các kênh MIMO lựa

chọn tần số, công suất kênh có thể tính được bằng cách tổng hợp các phân kênh không

lựa chọn tần số. Tỉ số SNR trung bình được tính bằng:

ρ=P /σn2

Công suất kênh MIMO trong trường hợp lựa chọn tần số như sau:

18

Page 19: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

C=1

N F∑l=0

N F−1

log2(det [I N R+

ρN T

H F(l)H F(l)H¿])[

bits

Hz]¿

Để so sánh các kênh khác MIMO khác nhau với cùng SNR, hệ thống phải xem xét điều

kiện sau:

∑m=0

NT

∑n=1

N R

∑l=0

N F−1

¿H n ,m (l )∨¿2=N T N R N F ¿

Để so sánh các kênh MIMO khác nhau với cùng suy hao đường truyền, hệ thống phải

xem xét điều kiện sau:

∑i=1

N M

∑m=0

NT

∑n=1

N R

∑l=0

N F−1

¿ Hn ,m (l ,i )∨¿2=N M NT N R NF ¿

Có thể thấy rằng công suất kênh MIMO tăng tương ứng với số lượng các cặp anten phát

thu và làm tăng tỉ số SNR.

Hình 18: Công suất kênh MIMO

d. Xác định các thông số kênh bổ sung liên quan đến hệ thống MIMOAWE Communications hiện đang phát triển một công cụ tiền xử lý, có thể xác định các

tham số kênh MIMO bổ sung, dựa trên file dữ liệu tia truyền đầu ra.

19

Page 20: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

e. Lựa chọn vùng mô phỏngVùng mô phỏng được xác định tại cửa sổ đầu tiên trong menu configuration. Người dùng

có thể chọn toàn bộ vùng, tức là toàn bộ dữ liệu chứa trong ray file. Tuy nhiên tùy chọn

này không nên sử dụng do lượng dữ liệu phải tính toán quá lớn và chiếm dụng nhiều

không gian nhớ.

Bên cạnh đó, người dùng có thể lựa chọn vùng mô phỏng theo hình chữ nhật hoặc hình

tròn. Nếu là hình chữ nhật thì cần phải xác định tọa độ điểm góc trái trên và góc phải

dưới để xác định biên mô phỏng. Với trường hợp hình tròn, thì cần xác định điểm tâm và

bán kính của vùng mô phỏng.

Hình 19: Trang lựa chọn vùng mô phỏng

Với tùy chọn cuối cùng, một điểm nghiên cứu cụ thể nằm trong 1 file có thể được tải lên.

Tùy chọn này cho phép người dùng có thể tính toán được vận tốc theo dịch Doppler hay

trải Doppler.

5. Ví dụ

Phần này sẽ trình bày một ví dụ về tính năng MIMO trong WinProp. Hình 6 chỉ ra một

kịch bản văn phòng với 2 anten (hệ thống MIMO phân phối). Cả 2 anten sử dụng cùng

20

Page 21: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

sóng mang – Nếu không sẽ không có nhiễu đồng kênh trong kịch bản

Hình 6: Kịch bản văn phòng với 2 anten (DAS hoặc MIMO 2x2)

Các tham số chính của mạng được chỉ ra trong bảng sau đây

Tham số Giá trịTần số 2630 MHzBăng thông hệ thống 20 MHzCông suất truyền 5 dBm Output power of PAĐộ cao Anten 2.5mSNIR yêu cầu thấp nhất (phụ thuộc vào MCS)

Giữa -5.4 và 17.2 dB

Air Interface LTE

Hai cấu hình anten được phân tích như sau đây:

Cấu hình 1: 2 anten thông thường tạo thành 1 DAS (Signal Group A)

Cấu hình 2: 2 anten MIMO (Signal Group A) và truyền luồng MIMO riêng rẽ

(vùng 1 là luồng MIMO 1 và vùng 2 là luồng MIMO 2)

Hình 7 và hình 8 hiển thị bản đồ tỉ lệ dữ liệu cho hai cấu hình này

21

Page 22: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Hình 7: Tốc độ dữ liệu lớn nhất cho mạng DAS (cấu hình 1)

Trong hình 7 (cấu hình 1) cả 2 anten hoạt động cùng sóng mang và hình thành một hệ

thống anten phân tán. Do đó các tín hiệu từ cả 2 anten được xếp chồng có tính xây dựng

và cải thiện tình trạng SNIR. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu cực đại bị giới hạn ở 75Mbit/s khi

chỉ có 1 luồng dữ liệu có thể được truyền.

22

Page 23: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Hình 8: Tốc độ dữ liệu lớn nhất cho mạng MIMO 2x2 (cấu hình 2)

Hình 8 mô tả cấu hình 2 trong đó cả 2 anten hoạt động trên cùng sóng mang, nhưng thời

gian này, các vùng 1 và vùng 2 hình thành 1 hệ thống MIMO 2x2. Ở đây luồng MIMO 1

được truyền từ vùng 1 và MIMO 2 được truyền từ luồng 2 trong ghép kênh không gian.

Theo đó, tốc độ dữ liệu cao hơn có thể đạt được cho phần lớn tòa văn phòng (giả thiết ở

đây là phân tách lý tưởng các luồng MIMO khác nhau). Nói chung, hiệu suất phụ thuộc

vào giao thoa giữa các luồng MIMO (xem hình 4)

23

Page 24: Mimo Antenna System in Prop_thu

Các hệ thống anten trong Winprop

Hình 9: Tốc độ dữ liệu lớn nhất cho mạng MIMO 2x2 với các luồng MIMO được hình dung

Hình 9 cho thấy các luồng MIMO 1 và 2 góp phần tối đa. Tốc độ dữ liệu cho các điểm

ảnh cụ thể (màu đỏ cho thấy các luồng nhận được tốt nhất với tốc độ dữ liệu cao nhất,

trong màu đỏ đậm là các luồng MIMO khác)

24