bản pdf

1. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VIỄN THÔNG II
-------------------------
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NIÊN KHÓA: 2010-2015
Đề tài :
CÔNG NGHỆ MIMO TRONG LTE
NỘI DUNG
- CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
- CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
- CHƢƠNG III: MỘT SỐ MÔ HÌNH HỆ THỐNG MIMO TRONG 4G LTE
- CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG
- CHƢƠNG V: TÓM TẮT LUẬN VĂN
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN TẤT THIÊM
MSSV : N102101107
Lớp : D10CQVT02-N
Giáo viên hƣớng dẫn : LÊ CHU KHẨN

2. i
MỤC LỤC ..................................................................................................................................i
MỤC LỤC HÌNH ....................................................................................................................iii
MỤC LỤC BẢNG....................................................................................................................iv
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU.....................................................................v
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................................1
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE...............................................................2
1.1 Tổng quan.......................................................................................................................2
1.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE..................................................................................2
1.1.2 Mục tiêu về thiết kế...................................................................................................2
1.1.2.1 Tiềm năng công nghệ ...........................................................................................2
1.1.2.2 Hiệu suất hệ thống................................................................................................3
1.1.2.3 Quản lí tài nguyên vô tuyến ..................................................................................4
1.1.2.4 Độ phức tạp ..........................................................................................................5
1.1.2.5 Những vấn đề chung.............................................................................................5
1.1.3 Các thông số vật lý của LTE .................................................................................5
1.1.4 Dịch vụ của LTE.....................................................................................................6
1.2 Các nút cơ bản trong LTE............................................................................................7
1.2.1 Chức năng của thiết bị sử dụng UE(user equipment).........................................8
1.2.2 Mạng truy cập vô tuyến RAN(Radio access network)........................................8
1.2.2.1 Chức năng của thực thể quản lý di động MME ...................................................8
1.2.2.2 Chức năng Evolved Node B (eNB ) ......................................................................9
1.2.3 Mạng lõi core CN (core network) .........................................................................9
1.2.3.1 Cổng dịch vụ (serving Gateway S-GW)................................................................9
1.2.3.2 Cổng mạng dữ liệu gói P-GW (Packet Data Network-Gateway).........................9
1.2.3.3 Chức năng chính sách và quy định tính phí PCRF. .............................................9
1.2.3.4 Máy chủ quản lý thuê bao thường trú (Home Subscriber Server HSS) .........10
1.2.4 Ứng dụng (application)........................................................................................10
1.2.4.1 Dịch vụ đa phương tiện IMS (IP Mutimedia server)..........................................10
1.2.5 Đƣờng giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến ............................10
1.2.6 Đƣờng giao tiếp với cơ sở dữ liệu ngƣời dùng...................................................11
1.2.7 Cấu trúc chuyển vùng roaming ..........................................................................12
1.2.8 Kết nối với các mạng khác....................................................................................13
1.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN...........................................................................13
1.3.1 Kênh vật lý............................................................................................................13
1.3.2 kênh logic ..............................................................................................................13
1.3.3 Kênh vận chuyển..................................................................................................14
CHƢƠNG II : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO .................................................15
2.1 Tổng quan,khái niệm,ƣu,nhƣợc điểm của hệ thống MIMO......................................15
2.1.1 Tổng quan,khái niệm về MIMO .........................................................................15
2.1.2 Ƣu điểm.................................................................................................................16
2.1.3 Nhƣợc điểm...........................................................................................................16
2.2 Một số khái niệm cơ bản trong MIMO....................................................................16
2.2.1 Tài nguyên vô tuyến.............................................................................................16
2.2.2 Các loại nhiễu .......................................................................................................16

3. ii
2.2.2.1 Nhiễu trắng Gaussian.........................................................................................16
2.2.2.2 Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference).................................................17
2.2.3 Fading....................................................................................................................17
2.2.4 Beamfomer - tạo búp sóng ,Beamforming-Kỹ thụật hƣớng búp sóng............18
2.2.4.1 Beamfomer..........................................................................................................18
2.2.4.2 Beamforming ......................................................................................................19
2.2.5 Các khái niệm về phân tập. .................................................................................19
2.2.5.1 Phân tập tần số(Frequency Diversity) ...............................................................20
2.2.5.2 Phân tập gian (Time Diversity) ..........................................................................20
2.2.5.3 Phân tập không gian (Space Diversity)..............................................................20
2.2.5.4 Phân tập phân cực (Polarization Diversity).......................................................21
CHƢƠNG III: MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO .......................................................................22
3.1 Mô hình MIMO tổng quát..........................................................................................22
3.2 Các mô hình hệ thống MIMO sử dụng kỹ thuật phân chia giá trị đơn SVD........23
3.2.1 Mô hình kênh SVD MIMO..................................................................................23
3.2.2 Mô hình kênh SVD MIMO tối ƣu.......................................................................26
3.2.3 Dung lƣợng kênh SVD MIMO............................................................................27
3.2.4 Thuật toán water filling.......................................................................................28
3.3 Các mô hình phân tập thu ..........................................................................................29
3.3.1 Mô hình phân tập anten thu kết hợp chọn lọc (SC).........................................29
3.3.2 Mô hình phân tập anten thu kết hợp theo ngƣỡng (TC)..................................31
3.3.3 Mô hình phân tập anten thu kết hợp tỷ lệ cực đại (MRC)...............................31
3.3.4 Mô hình kết hợp với độ lợi bằng nhau (EGC)...................................................33
3.3.5 Kết quả mô phỏng và kết luận chung về các mô hình phân tập thu ...............34
3.4 Mô hình phân tập phát................................................................................................35
3.4.1 Mã hóa không gian thời gian khối STBC (Space-time block code) ..................35
3.4.1.1 Mô hình Alamouti...............................................................................................36
3.4.1.2 Mã hóa................................................................................................................36
3.4.2 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với M anten thu..............................................39
3.4.3 Kết quả mô phỏng và nhận xét chung về phân tập phát..................................40
3.4.4 Mô phỏng so sánh giữa phân tập phát và phân tập thu ...................................41
3.5 Các mô hình MIMO ghép kênh không gian .............................................................41
3.5.1 D-BLAST (Diagonal-Bell-Labs Layered Space-Time: Mã không gian thời gian
phân lớp phòng thí nghiêm Bell theo đường chéo)............................................................42
3.5.2 V-BLAST (Vertical-Bell-Labs Layered Space-Time: Mã không gian thời gian
phân lớp phòng thí nghiêm Bell theo chiều đứng).............................................................43
3.5.3 W-STC (Wrapped STC: Mã không gian thời gian quấn nhau)..........................43
CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG..................................................................................................45
4.1 Giới thiệu......................................................................................................................45
4.2 Chƣơng trình mô phỏng..............................................................................................45
4.3 kết quả mô phỏng.[10].................................................................................................47
CHƢƠNG V : TÓM TẮT LUẬN VĂN..............................................................................48
PHỤ LỤC LÝ THUYẾT CƠ SỞ ..........................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................53

4. iii
MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1 - Yêu cầu trễ mặt bằng trong LTE.
Hình 1.2 - Nút cơ bản trong LTE.
Hình 1.3 - Các đường giao tiếp giữa mạng lõi và mạng truy cập vô tuyến.
Hình 1.4 - Đường giao tiếp trong mạng lõi.
Hình 1.5 - Cấu trúc chuyển vùng truy cập với P-GW trong mạng nhà.
Hình 1.6 - Kiến trúc liên mạng với 3G UMTS.
Hình 2.1 - Mô hình kênh MIMO với Nt anten phát và Nr anten thu.
Hình 2.2 - Nhiễu trắng.
Hình 2.3 - Nhiễu liên ký tự ISI.
Hình 2.4 - Hiện tượng fading.
Hình 2.5 - Mảng tuyến tính đồng dạng có nt phần tử cách nhau.
Hình 2.6 - Phân loại phân tập.
Hình 2.7- Phân tập theo tần số.
Hình 2.8- Phân tập theo thời gian..
Hình 2.9 - Các phương pháp phân tập.
Hình 2.10 - Kỹ thuật đổ đầy nước và chất tải bit..
Hình 3.1 - Mô hình kênh MIMO với Nt anten phát và Nr anten thu..
Hình 3.2 - Xây dựng mô hình kênh SVD MIMO.
Hình 3.3 - Xây dựng kênh truyền SVD MIMO.
Hình 3.4 - Phân chia kênh fading phẳng MIMO thành các kênh fading phẳng song song
tương đương dựa trên SVD..
Hình 3.5 - Mô hình SVD MIMO tối ưu..
Hình 3.6 - Mô hình phân tập anten thu kết hợp chọn lọc.
Hình 3.7 - Mô hình phân tập anten thu TC
Hình 3.8 - Mô hình phân tập anten thu kết hợp tỷ lệ cực đại
Hình 3.9 - Mô hình phân tập anten thu độ lợi bằng nhau EGC
Hình 3.10 – Độ cải thiện lỗi bit (BER) đối với các mô hình phân tập thu N_Rx =2
Hình 3.11 – Độ cải thiện lỗi bit (BER) đối với các mô hình phân tập thu N_Rx =4
Hình 3.12 – Sơ đồ phát của mô hình Alamouti
Hình 3.13 –Sơ đồ khối giải mã Alamouti sử dụng một anten thu.
Hình 3.14 - Kết quả mô phỏng các mô hình phân tập
Hình 3.15 – Kết quả mô phỏng Alamouti (2Tx_1Rx) và kỹ thuật phân tập thu MRC(1Tx_2Rx)
Hình 3.16 - Sơ đồ hệ thống SM với ba anten phát và ba anten thu
Hình 3.17 - Thí dụ về cấu trúc các mã không gian thời gian phân lớp dử dụng cho phép kênh
không gian. a) D-BLAST, b) V-BLAST và c)W-ST
Hình 3.18 - Tách lớp hai trong số bốn lớp của D-BLAST. B) Mã hóa V-BLAST.
.

5. iv
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1 - Mục tiêu thiết kế LTE .
Bảng 1.2 - Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng.
Bảng 1.3- Các thông số lớp vật lí của LTE.
Bảng 1.4 - Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp.
Bảng 1.5 - So sánh các dịch vụ của 3G với 4G LTE.

6. v
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU
3G Third Generation Mobile
Communications System
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba
3GPP 3rd
Generation Partnership Project Đề án của các đối tác thế hệ ba
3GPP2 3rd
Generation Partnership Project 2 Đề án thứ 2 của các đối tác thế hệ ba
4G Fourth Generation Mobile
Communication System
Hệ thống thông tin di động thế hệ bốn
AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng
BER Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi
BLAST Bell Labs Layered Space-time
architecture
Kiến trúc không gian thời gian phân
lớp của phòng thí nghiệm Bell
BPSK Binary Phase Shift Keying
Modulation
Điều chế khóa dịch pha hai trạng thái
CCI Co channel Interference Nhiễu đồng kênh
CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
D-BLAST Diagonal-Bell-Labs Layered Space-
Time
Mã không gian thời gian phân lớp
phòng thí nghiêm Bell theo đƣờng
chéo
DOA Direction Of Arrival Tạo búp dựa trên phƣơng tới
E-RAN Evolved Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất phát
triển
E- UTRAN
EPC
Enhanced Universal Terrestrial
Radio Access Network
Evolved Packet Control
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn
cầu tăng cƣờng
Phát triển điều khiển gói dữ liệu
FEC
FDD
Forward Error Correction
Frenquency Division Duplex
Hiệu chỉnh lỗi trƣớc
Song công phân chia theo tần số
FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số
GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE
GPRS
GGSN
General Packet Radio Service
Gateway GPRS Support Node
Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp
Nút hỗ trợ cổng nối GPRS
HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động lai ghép
HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy cập gói đƣờng xuống tốc độ cao
HSPA High Speed Packet Access Truy cập gói tốc độ cao
HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy cập gói đƣờng lên tốc độ cao
MM Management các hệ thống truy nhập
IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống đa phƣơng tiện IP
IMT International Mobile
Telecommunication
Thông tin di động quốc tế
ISI Inter Symbol Interference Nhiễu giữa các ký hiệu
LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn
MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu và nhiều đầu ra
MBMS Multimedia Broadcast Multicast
Service
Dịch vụ quảng bá đa phƣơng tiện
MISO Multiple Input Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra
MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động
MMSE Minimum Mean Square Error Sai lỗi bình phƣơng trung bình cực
tiểu
MRC Maximum Ratio Combiner Kết hợp tỉ lệ cực đại
MRRC Maximum Ratio Receive Combiner Kết hợp thu tỉ lệ cực đại
MS Mobile Station Trạm gốc
OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số trực

7. vi
PDN
PDF
Multiplexing
Packet Data Network
Probability density function
giao
Mạng số dữ liệu gói
Hàm mật độ xác suất
PCRF Polcy and Charging Rules Function Chức năng các qui tắc tính cƣớc và
chính sách
PSK Phase Shift Keying Điều chế dịch phase
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên cầu phƣơng
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
Modulation
Điều chế khóa dịch pha cầu phƣơng
QoS
RF
RNC
Quality of Service
Radio frenquency
Radio Network Controler
Chất lƣợng dịch vụ
Tần số vô tuyến 3KHz-300GHz
Điều khiển mạng vô tuyến
RX Receiver Máy thu
SAE
SC-FDMA
System Architecture Evolution
Single Carrier -Frenquency Divison
Mutiplex Access
Phát triển kiến trúc hệ thống
Đa truy nhập phân chia đơn sóng
mang
SE Spectrum Efficiency Hiệu suất phổ tần
SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi ký hiệu
SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SINR Signal to Interference plus Noise
Ratio
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm
SM Spatial Multiplexing Ghép kênh không gian
SNR
SGSN
Signal to Noise Ratio
Serving GPRS Support Node
Tỷ số tín hiêu trên nhiễu
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
SISO Single Input Single Output Một đầu vào một đầu ra
SVD Singular Value Decomposition Phân chia giá trị đơn
TD-SDMA
TDD
Time Division-Synchronous Code
Division Multiple Access
Time Division Duplex
Đa truy nhập phân chia theo mã đồng
bộ - phân chia theo thời gian
Song công phân chia theo thời gian
TX Transmitter Máy phát
UE User Equipment Thiết bị ngƣời sử dụng
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
UPE User Plan Entity Thực thể mặt phẳng ngƣời sử dụng
UTRA UMTS Teresstrial Radio Access Truy nhập vô tuyến UMTS
UTRAN UMTS Teresstrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến UMTS
V-BLAST Vertical-Bell-Labs Layered Space-
Time
Mã không gian thời gian phân lớp
phòng thí nghiêm Bell theo chiều
đứng
WCDMA Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng
rộng

8. SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 1
LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đây cùng với sự lớn mạnh về nhu cầu sử dụng thông tin vô tuyến nói
chung và thông tin di động nói riêng đã thu hút nhiều sự quan tâm, nghiên cứu nhằm phát
triển hoàn thiện các hệ thống mạng không dây tốc độ cao. Một trong những thách thức chủ
yếu trong lĩnh vực này là : “ Tốc độ xử lý cao đồng thời tiêu thụ ít điện năng trong các thiết
bị di động có như vậy mới giảm kích thước và tăng thời gian hoạt động của các thiết bị MS
trong mạng không dây”. Do đó thúc đẩy hƣớng nghiên cứu phải cải tiến kỹ thuật điều chế
nhằm tăng hiệu suất giải mã cũng nhƣ chất lƣợng phổ của hệ thống không dây.
Kỹ thuật MIMO trong mạng vô tuyến gần đây thực sự nổi bật và nó là mô hình duy
nhất về băng rộng đáp ứng đƣợc thách thức trên, bởi MIMO đáp ứng đƣợc việc truyền tin trên
nhiều kênh khác nhau – việc này sẽ giúp chúng ta biểu diễn, mô phỏng hệ thống dƣới dạng
ma trận thu gọn và nhƣ vậy sẽ hứa hẹn nhiều kỹ thuật xử lý tín hiệu mới ra đời.
MIMO (Multiple input Multiple output) một cách tổng quát là hệ thống nhiều đầu vào
nhiều đầu ra. Trong thông tin vô tuyến nó là hệ đa anten phát đa anten thu và đƣợc áp dụng
nhằm:
- Tăng dung lƣợng (capacity) kênh.
- Tăng cƣờng khả năng chống phading.
- Loại bỏ nhiễu (chẳng hạn tạo búp sóng và điều khiển hƣớng phát xạ không tại cả máy
phát và thu)
- Giảm mức công suất phát trên đƣờng truyền từ anten phát nhờ sẽ giảm điện năng tiêu
thụ và đơn giản hóa các vấn đề thiết kế bộ khuếch đại công suất.
Trong luận văn này, Em nghiên cứu một số mô hình MIMO ( Multiple Input Multiple
Output ) ứng dụng cho 4G. Luận văn tập trung nghiên cứu các mô hình MIMO với các khái
niệm cơ bản
Luận văn đã: Phân tích, đánh giá, hiệu năng một số mô hình MIMO khả dụng cho 4G dựa
trên các kết quả mô phỏng sau đó cũng đƣa ra bàn luận các kết quả này.
Nội dung các chƣơng trong luận văn đƣợc trình bày nhƣ sau:
Chƣơng I: Tổng quan hệ thống 4G LTE
Chƣơng II: Tổng quan về công nghệ
Chƣơng III: Một số mô hình MIMO trong 4G LTE
Chƣơng IV: Mô phỏng
Chƣơng V: Tóm tắt luận văn.
Để Em có được những kết quả như ngày hôm nay cũng như hoàn thành nội dung luận
văn tốt nghiệp, trước hết phải kể đến công lao đào tạo của tất cả các Thầy, Cô giáo trong mái
trường Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông, sự động viên giúp đỡ của tất cả người
thân, bạn bè. Đặc biệt là sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Lê Chu Khẩn-
Người đã gợi ý cho Em hướng nghiên cứu của luận văn, hỗ trợ giúp đỡ Em những kiến thức
khoa học bổ ích. Thầy đã đưa ra những nhận xét quý giá và trực tiếp hướng dẫn Tôi trong
qúa trình thực hiện luận văn này.
Với năng lực và thời gian hạn chế Luận văn này không thể tránh khỏi những khiếm
khuyết. Em mong muốn nhận được sự chỉ bảo, góp ý chân thành của các Thầy Cô giáo.

9. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 2
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
1.1 Tổng quan
1.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
LTE là thế hệ mạng di dộng thứ tƣ của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ
thứ ba dựa trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh
cho hệ thống này, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bƣớc phát triển về lâu
dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu
cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng
linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở
và giảm đáng kể năng lƣợng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối
1.1.2 Mục tiêu về thiết kế
-Bắt đầu các dịch vụ mới dựa trên những khả
năng mới
- Các dịch vụ cao cấp nhờ nâng cao chất lƣợng
tính năng mạng
-cơ sở hạ tầng dịch vụ mới
-triển khai nhanh các dịch vụ mới
-kết nối và chuyển giao linh hoạt giữa nhiều hệ
thống truy nhập
-tốc độ truyền dẫn
-dung lƣợng hệ thống
-chi phí
-100Mb/s(tốc độ cao nhất của môi trƣờng di
động).1Gb/s (tốc độ tối đa của môi trƣờng trong
nhà)
-gấp 10 lần hệ thống 3G
-1/10 đến 1/100 trên mỗi bit truyền
-Thời gian trễ -50ms hoặc tối ƣu hơn
Bảng 1.1- mục tiêu thiết kế LTE
Những yêu cầu cho LTE đƣợc chia thành 7 phần khác nhau nhƣ sau:
 Tiềm năng dung lƣợng
 Hiệu suất hệ thống
 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)
 Quản lí tài nguyên vô tuyến
 Độ phức tạp
 Những vấn đề chung
1.1.2.1 Tiềm năng công nghệ
Yêu cầu đƣợc đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đƣờng xuống là 100Mbit/s và
cho đƣờng lên là 50Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 Mhz. Khi mà phân bố phổ
hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo.Nhƣ sẽ đƣợc thảo luận dƣới đây, LTE hỗ trợ
cả chế độ FDD và TDD. Rõ ràng, đối với trƣờng hợp TDD, truyền dẫn đƣờng lên và đƣờng
xuống theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh
cũng không thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác, đối với trƣờng hợp FDD, đặc tính của LTE cho
phép quá trình phát và thu đồng thời đạt đƣợc tốc độ dữ liệu đỉnh theo phần lý thuyết ở trên.
Yêu cầu về độ trễ đƣợc chia thành:
 Trễ mặt phẳng điều khiển : xác định độ trễ của việc chuyển từ trạng thái thiết bị đầu cuối
không tích cực khác nhau sang trạng thái tích cực, khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể
gửi và nhận dữ liệu.

10. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 3
Có hai cách xác định:
 Cách xác định thứ nhất đƣợc thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái tạm trú
(camped state) chẳng hạn nhƣ trạng thái Release 6 Idle mode(chế độ không tải,nghỉ), khi
đó thì thủ tục chiếm 100ms.
 Cách xác định thứ hai đƣợc thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ chẳng
hạn nhƣ trạng thái Release 6 Cell-PCH. Khi đó thì thủ tục chiếm 50ms.
- Chế độ Release 6 idle : là 1 trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không đƣợc nhận biết
đối với mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ
thuộc tính nào của thiết bị đầu cuối và thiết bị đầu cuối cũng không đƣợc chỉ định một tài
nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ
thống mạng tại những khoảng thời gian cụ thể.
- Trạng thái Release 6 Cell-PCH : là trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không đƣợc
nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy mạng truy nhập vô tuyến biết thiết bị
đầu cuối đang ở trong tế bào nào những thiết bị đầu cuối lại không đƣợc cấp phát bất cứ
tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối lúc này có thể đang trong chế độ ngủ.
 Trễ mặt phẳng ngƣời dùng đƣợc thể hiện qua thời gian để truyền một gói IP từ thiết bị
đầu cuối tới nút biên RAN. Thời gian truyền theo một hƣớng sẽ không vƣợt quá 5ms trong
mạng không tải (unloaded network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác xuất hiện
trong tế bào.
.
Hình 1.1 - yêu cầu trễ mặt bằng trong LTE
Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít nhất 200 thiết
bị đầu cuối di động ở trong trạng thái tích cực khi hoạt động ở khoảng tần 5Mhz. Trong mỗi
phân bố rộng hơn 5Mhz, thì ít nhất có 400 thiết bị đầu cuối đƣợc hỗ trợ.
1.1.2.2 Hiệu suất hệ thống
Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lƣu lƣợng ngƣời dùng, hiệu suất
phổ, độ linh động, vùng phủ sóng và MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service: hỗ
trợ,cung cấp dịch vụ) nâng cao.
 Yêu cầu lƣu lƣợng ngƣời dùng đƣợc định rõ theo hai điểm: vùng phủ và 5% của phân
bố ngƣời sử dụng (khi mà 95% ngƣời dùng có đƣợc chất lựợng tốt hơn). Mục tiêu hiệu
suất phổ cũng đƣợc chỉ rõ, và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ đƣợc định nghĩa là lƣu
lƣợng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/Mhz/cell. Những yêu cầu lƣu lƣợng này đƣợc
tổng hợp trong bảng 1.2

11. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 4
Phƣơng pháp đo hiệu suất Mục tiêu đƣờng xuống so
với cơ bản
Mục tiêu đƣờng lên so với
cơ bản
Lƣu lƣợng ngƣời dùng tại
biên tế bào(trên 1MHz)
3-4 lần 2-3 lần
Lƣu lƣợng ngƣời dùng tại
biên tế bào (trên 1 MHz)
2-3 lần 2-3 lần
Hiệu suất phổ(bit/s/Hz/cell) 3-4 lần 2-3 lần
Bảng 1.2 - Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng
 Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các thiết bị đầu cuối
di động.
-Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h thì hiệu suất đạt đƣợc là tối đa, và cho phép giảm đi một ít
đối với tốc độ cao hơn.
-Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE vẫn cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên
120 km/h thì hệ thống phải duy trì đƣợc kết nối trên toàn mạng tế bào.
-Tốc độ tối đa có thể quản lí đối với một hệ thống LTE có thể đƣợc thiết lập lên đến
350 km/h (hoặc thậm chí đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần). Một yếu tố quan trọng đặc
biệt là dịch vụ thoại đƣợc cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lƣợng mà
WCDMA/HSPA hỗ trợ.
 Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính), nghĩa là
khoảng cách tối đa từ vùng tế bào (cell site) đến thiết bị đầu cuối di động trong cell. Đối với
phạm vi tế bào lên đến 5 km thì những yêu cầu về lƣu lƣợng ngƣời dùng, hiệu suất phổ và
độ linh động vẫn đƣợc đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hƣởng bởi nhiễu. Đối với những
tế bào có phạm vi lên đến 30 km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lƣu lƣợng ngƣời dùng
và hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhƣng vẫn có thể chấp nhận đƣợc. Tuy
nhiên, yêu cầu về độ di động vẫn đƣợc đáp ứng. Khi mà phạm vi tế bào lên đến 100 km thì
không thấy có đặc tính kĩ thuật về yêu cầu hiệu suất nào đƣợc nói rõ trong trƣờng hợp này.
 Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: broadcast (Quảng bá
Broadcast là thuật ngữ được sử dụng để mô tả cách thức truyền tin được gửi từ 1 điểm đến
tất cả các điểm khác. Trong trường hợp này, có 1 nguồn gửi nhưng thông tin được gửi đến
tất cả các nguồn nhận trong cùng 1 kết nối.) và unicast(Unicast là 1 thuật ngữ được sử
dụng để mô tả cách thức truyền tin được gửi từ 1 điểm đến 1 điểm khác. Trong trường hợp
này chỉ có 1 nguồn gửi và 1 nguồn nhận.). Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp dịch vụ tốt hơn so
với những gì có trong phiên bản 6. Yêu cầu đối với trƣờng hợp broadcast là hiệu suất phổ
1 bit/s/Hz, tƣơng ứng với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng 300
kbit/s trong mỗi phân bố phổ tần 5 Mhz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ MBMS với chỉ
một dịch vụ trên một sóng mang, cũng nhƣ là kết hợp các dịch vụ non-MBMS khác. Và nhƣ
vậy thì đƣơng nhiên đặc tính kĩ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ
thoại và dịch vụ MBMS.
1.1.2.3 Quản lí tài nguyên vô tuyến
Những yêu cầu về quản lí tài nguyên vô tuyến đƣợc chia ra nhƣ sau:
- Hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end: yêu cầu một “dịch vụ phối hợp cải tiến”và các
yêu cầu về giao thức (bao hàm cả lớp báo hiệu cao hơn)cho các tài nguyên vô tuyến RAN
và các đặc tính RAN.

12. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 5
- Hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn: yêu cầu rằng LTE RAN phải cung cấp
các cơ chế hỗ trợ truyền dẫn và khai thác hiệu quả các giao thức lớp cao hơn trên giao diện
vô tuyến
- Và hỗ trợ cho việc chia sẻ tải cũng nhƣ là quản lí chính sách thông qua các công nghệ
truy cập vô tuyến khác nhau: Yêu cầu xem xét các cơ chế lựa chọn lại để hƣớng dẫn các đầu
cuối di động chuyển tới các công nghệ truy cập vô tuyến tƣơng ứng trong qua trình chuyển giao
giữa các cổng
1.1.2.4 Độ phức tạp
LTE bên cạnh phải thỏa mãn các hiệu năng yêu cầu,vấn đề mức độ phức tạp cũng phải
đƣợc giảm thiểu để ổn định hệ thống và tƣơng tác với các giai đoạn trƣớc.Điều này cũng cho
phép giảm giá thành thiết bị đầu cuối và UTRAN.
Các yêu cầu đối với LTE phải giảm thiểu mức độ phức tạp của UTRA UE liên quan đến
kích thƣớc,trọng lƣợng và dung lƣợng acqui(chế độ chờ và chế độ tích cực) và các trạng thái
UE đơn giản hơn so với UMTS.nhƣng vẫn đảm bảo các dịch vụ tiên tiến của LTE.
1.1.2.5 Những vấn đề chung
Phần này đề cập đến những yêu cầu chung trong LTE về những khía cạnh liên quan đến
chi phí và dịch vụ. Rõ ràng, mong muốn đặt ra là giảm thiểu các chi phí trong khi vẫn duy trì
hiệu suất yêu cầu cho tất cả các dịch vụ. Các vấn đề về đƣờng truyền, hoạt động và bảo
dƣỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí. Nhƣ vậy không chỉ giao tiếp vô tuyến, mà việc truyền
tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lí cũng phải đƣợc xác định rõ. Một yêu cầu quan trọng về
giao tiếp nhiều nhà cung cấp (multi-vendor interfaces) cũng thuộc vào loại yêu cầu này.
1.1.3 Các thông số vật lý của LTE
Bảng 1.3- Các thông số lớp vật lí của LTE

13. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 6
Bảng 1.4 - Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp
1.1.4 Dịch vụ của LTE
Qua việc kết nối của đƣờng truyền tốc độ rất cao, băng thông linh hoạt, hiệu suất sử dụng
phổ cao và giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng hơn. Đối
với khách hàng, sẽ có thêm nhiều ứng dụng về dòng dữ liệu lớn, tải về và chia sẻ video, nhạc
và nội dung đa phƣơng tiện. Tất cả các dịch vụ sẽ cần lƣu lƣợng lớn hơn để đáp ứng đủ chất
lƣợng dịch vụ, đặc biệt là với mong đợi của ngƣời dùng về đƣờng truyền TV độ rõ nét cao.
Đối với khách hàng là doanh nghiệp, truyền các tập tin lớn với tốc độ cao, chất lƣợng video hội
nghị tốt
Dọc theo sự bảo đảm về thƣơng mại, nó sẽ băng qua những ứng dụng thời gian thực nhƣ
game đa ngƣời chơi và chia sẻ tập tin
Dịch vụ 3G 4G
Thoại (rich voice) Âm thanh thời gian thực. VoIP.video hội nghị chất
lƣợng cao.
Tin nhắn Sms,MMS,các email ƣu tiên
thấp(low priority emails).
Photo các tin nhắn,IM,email
di động,tin nhắn video.
Lƣớt web
Truy cập các dịch vụ wap
thông qua GPRS và mạng
3G.(access to online
information services,for
which users pay standard
network rates.curently limited
to wap browsing over GPRS
and 3G networks).
Duyệt siêu nhanh(supper-
online trực tuyến,trình duyệt
fast browsing),uploading
content to social networking
sites.
Thông tin cƣớc phí(paid Ngƣời dung trả qua hoặc trên Thông tin dựa trên tạp chí

14. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 7
information) mạng tính cƣớc chuẩn,chủ
yếu là dựa trên thông tin văn
bản.
trực tuyến.
Games Tải về và trò chơi trực tuyến. Chơi trò chơi phù hợp cả cố
định và mạng di động
Video/tv theo yêu cầu Xem trực tuyến hoặc có thể
tải về.
Dịch vụ phát sóng truyền
hình tivi theo yêu cầu với
chất lƣợng cao.
Nhạc Theo dõi tải đầy đủ và dịch
vụ phát thanh.
Lƣu trữ và tải nhạc chẩt
lƣợng cao.
Thƣơng mại
hóa
Thanh toán cơ sở vật chất
thông qua mạng di dộng.
Điện thoại cầm tay nhƣ thiết
bị thanh toán, với các chi tiết
thanh toán qua mạng tốc độ
cao để cho phép các giao
dịch thực hiện nhanh chóng.
Mạng dữ liệu
di động
Truy cập đến các mạng nội
bộ và cơ sở dữ liệu cũng nhƣ
cách sử dụng các ứng dụng
Chuyển đổi file P2P(peer-to-
peer:chia sẻ ngang hàng).các
ứng sụng kinh doanh,chia
sẻ,giao tiếp M2M
Bảng 1.5 - So sánh các dịch vụ của 3G với 4G LTE
1.2 Các nút cơ bản trong LTE
Hình 1.2 - Nút cơ bản trong LTE
- S1- Tổ chức quản lý di động ( MME ) : đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu giữa các
ENodeB ( eNB ) và MME.
- S1-U : Xác định mặt phẳng ngƣời sử dụng giữa eNB và cổng dịch vụ.
- S10 : Đƣợc sử dụng bởi MMEs để hỗ trợ thay đổi MME.
- X2 : Đƣợc sử dụng để hỗ trợ nội MME chuyển giao mà không bị mất gói tin.

15. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 8
- S11 : Đƣợc sử dụng bởi các MME để điều khiển đƣờng chuyển mạch và thành lập cổng
dịch vụ và cổng PDN.
- S6a : Đƣợc sử dụng bởi các MME để lấy dữ liệu từ máy chủ thuê bao thuê bao ( HSS ).
- SGI : Giao diện vào IP PDN . Đây là nơi tiếp xúc giữa IP nhìn thấy với địa chỉ IP UE.
- S8 : Tƣơng tự nhƣ S5 ngoại trừ việc nó đƣợc sử dụng trong kịch bản chuyển giao.
- Rx : Đƣợc sử dụng bởi các chức năng ứng dụng,chẳng hạn nhƣ IMS P- CSCF
(Call/Session Control Functions - Khối chức năng điều khiển phiên cuộc gọi Proxy-CSCF:
Có vai trò một outbound SIP proxy. Tất cả yêu cầu xuất phát hoặc gửi đến IMS đều phải
chuyển giao qua nó sau đó nó thực hiện chuyển tiếp các bản tin SIP. Để kết nối với hệ thống
IMS, ta phải đăng kí với nhà mạng mà P-CSCF kết nối. Ngoài ra P-CSCF còn có các chức
năng liên quan đến bảo mật và nén báo hiệu. Nó thiết lập một số liên kết bảo mật với các thiết
bị đầu cuối của mình nhằm trao đổi các thông tin giao thức SIP một cách toàn vẹn. Các thiết
bị đầu cuối và P-CSCF có thể liên lạc thông qua một liên kết vô tuyến với băng thông thấp.
Ngoài ra nó còn có khả năng xác thực nhận dạng thông tin của khách hàng và gửi tới các node
khác trong mạng, nhờ đó mà các node khác không cần phải xác thực lại và có thể sử dụng trực
tiếp các thông tin đó để sử dụng cho việc cung cấp các dịch vụ để chuyển tải chính sách dữ
liệu tới các PCRF.
1.2.1 Chức năng của thiết bị sử dụng UE(user equipment)
 Chứa USIM(Universal Subscriber Identity Module) là thẻ nhớ thông minh sử dụng
trên điện thoại di động, lƣu trữ những thông tin nhƣ số điện thoại, mã số mạng di động, số
PIN, số điện thoại cá nhân và các thông tin cần thiết khác khi sử dụng điện thoại.
 Hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng.
 Màn hình vô tuyến và vận hành chuyển tải tới kênh phát triển nodeB.
 Hỗ trợ các giao diện đƣờng lên LTE và đƣờng xuống giao tiếp không khí.
1.2.2 Mạng truy cập vô tuyến RAN(Radio access network)
1.2.2.1 Chức năng của thực thể quản lý di động MME (Mobility
Management Entity)
MME là node điều khiển quan trọng của mạng truy nhập LTE. điều khiển các Node xử
lí tín hiệu giữa UE và CN. Giao thức giữa UE và CN là Non-Access Stratum (NAS).Chức năng
chính của MME bao gồm:
 MME cung cấp chức năng chuyển đổi tính lƣu động giữa LTE và mạng truy
nhập 2G/3G.
 Trạng thái UE rỗi – Idle theo dõi và khả năng liên lạc (bao gồm điều khiển và thực
hiện các chuyển tiếp tìm gọi).
 Nó chịu trách nhiệm nhận thực các user (bằng cách tƣơng tác với HSS – Home
Subscriber Service) và định vị các UE.
 MME là điểm cuối cùng trong mạng để thực hiện việc dịch mật mã, bảo vệ toàn diện
cho báo hiệu NAS và vận hành quản lý khoá bảo mật.

16. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 9
1.2.2.2 Chức năng Evolved Node B (eNB )
Là trạm thu gốc đƣợc tăng cƣờng mới, có tên là Evolved NodeB dựa trên chuẩn 3GPP.
Nó là một BTS đƣợc tăng cƣờng cung cấp giao diện không gian LTE và thực hiện quản lý tài
nguyên vô tuyến cho hệ thống truy nhập tiên tiến. Nó bao gồm các chức năng sau :
 Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến,điều khiển và kiểm soát sóng vô tuyến.
 Nén tiêu đề IP và mã hoá dòng dữ liệu ngƣời sử dụng.
 Sự chọn lọc cho một MME tại thời điểm UE (User Equipment) không có định tuyến
tới một MME nào thì nó có thể xác định từ thông tin đƣợc cung cấp bởi UE.
 Định tuyến dữ liệu mặt phẳng ngƣời sử dụng (user plane) hƣớng tới cổng dịch vụ
Serving Gateway.
1.2.3 Mạng lõi core CN (core network)
1.2.3.1 Cổng dịch vụ (serving Gateway S-GW)
Là một node kết thúc trong giao diện hƣớng tới EUTRAN,chức năng của S-GW bao
gồm:
 Nhƣ một trạm di động địa phƣơng để cung cấp các thông báo dữ liệu khi UE di
chuyển giữa các Node B (eNB) nó cũng cung cấp các trạm di động để kết nối liên mạng với
các kĩ thuật khác của 3GPP nhƣ GPRS và UMTS.
 Giữ thông tin về các thông báo khi UE trong tình trạng rỗi và làm bộ đệm tạm thời cho
dữ liệu hƣớng xuống trong khi MME bắt đầu nhắn tin thông báo thiết lập lại đến UE
 Khi các UE ở trạng thái rỗi,S-GW kết thúc đƣờng dữ liệu Dowlink và kích hoạt tìm
gọi khi dữ liệu Dowlink chuyển tới UE
 Tất cả các gói IP ngƣời dùng đƣợc chuyển đi thông qua S-GW(định tuyến và chuyển
tiếp gói tín).
 Tính phí trên mỗi đƣờng hƣớng xuống và hƣớng lên trên mỗi thiết bị ngƣời dùng,nút
dữ liệu gói(PDN) và nhận dạng lớp chất lƣợng dịch vụ (QoS).
1.2.3.2 Cổng mạng dữ liệu gói P-GW (Packet Data Network-Gateway)
PDN GW cung cấp kết nối cho UE tới các mạng dữ liệu gói bên ngoài tại các điểm
vào ra của lƣu lƣợng cho UE,một UE có thể đồng thời kết nối với nhiều hơn một P-GW .nó
có các chức năng sau:
 Chịu trách nhiệm định vị địa chỉ IP cho UE(gán IP từ mạng PDN vào UE)
 Hỗ trợ tinh cƣớc.
 Lọc gói cho mỗi ngƣời dùng (per-user packet).
 Ngăn chặn hợp pháp (lawful interception)(cung cấp khả năng kết nối bảo mật giữa các
UE đƣợc kết nối từ một mạng truy nhập không tin cậy).
1.2.3.3 Chức năng chính sách và quy định tính phí PCRF(policy and charging
rules Function).
PCRF là nút phần mềm đƣợc chỉ định trong thời gian thực để xác định các quy tắc
chính sách trong một mạng đa phƣơng tiện .
 Giao diện với các chức năng ứng dụng nhƣ proxy- chức năng điều khiển cuộc gọi
hoặc các ứng dụng chính sách kích hoạt khác.
 Trong thời gian thực , hỗ trợ việc tạo ra các quy tắc và sau đó tự động đƣa ra quyết
định chính sách cho mỗi thuê bao đang hoạt động trên mạng . Một mạng lƣới nhƣ vậy có
thể cung cấp nhiều dịch vụ , chất lƣợng dịch vụ ( QoS ) cấp, và các quy tắc tính cƣớc.

17. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 10
1.2.3.4 Máy chủ quản lý thuê bao thường trú (Home Subscriber Server HSS)
HSS là một trung tâm lƣu trữ của tất cả các thuê bao trong phạm vi của HSS.
Nó có chức năng chính sau :
 Lƣu giữ và bảo mật mọi thông tin liên quan đến ngƣời sử dụng.
 Vecto xác thực và khóa bảo mật cho mỗi UE.
 Địa chỉ của đơn vị phục vụ quản lý di động hiện nay (MME).
1.2.4 Ứng dụng (application)
1.2.4.1 Dịch vụ đa phương tiện IMS (IP Mutimedia server)
IP Mutilmedia System (IMS) là một kiến trúc gồm nhiều chức năng đƣợc gắn kết với
nhau thông qua các giao tiếp đã đƣợc chuẩn hóa nhằm cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện
qua vùng chuyển mạch gói IP cơ bản. IMS đƣợc coi nhƣ kiến trúc cho việc hội tụ mạng
thoại,dữ liệu và di động.
Sử dụng các giao thức:
 Giao thức SIP (Session Initiation Protocol): là giao thức thuộc lớp ứng dụng đƣợc sử
dụng cho việc thiết lập, điều khiển và kết nối các phiên đa phƣơng tiện trong một mạng IP.
 Giao thức DIAMETER: là giao thức cho việc nhận thực, cấp phép và tính cƣớc.
Theo chuẩn 3GPP kiến trúc IMS đƣợc chia làm 3 mặt phẳng:
- Mặt phẳng ứng dụng: Bao gồm máy chủ ứng dụng AS(Application Server) và các
máy chủ thuê bao thƣờng trú HSS.
- mặt phẳng truyền tải: Bao gồm thiết bị ngƣời dùng (User Equipment-UE), các giao
tiếp kết nối vào mạng lõi IP.
- mặt phẳng điều khiển : Gồm mạng lõi IMS
Ƣu điểm của IMS:
1. Có thể tích hợp nhiều dịch vụ trong 1 dịch vụ, ví dụ nhƣ vừa chát vừa nhận e-mail
và voIP trên cùng 1 nền web.
2. Dịch vụ độc lập với cơ sở hạ tầng, làm cho ta có thể dễ dàng triển khai nhanh chóng thêm
dịch vụ mới
3. Có cơ chế hỗ trợ QoS, giúp đỡ các địa chỉ IP có cơ chế best effort, đảm bảo chất lƣợng các
dịch vụ nhƣ VoIP, VoD,..
1.2.5 Đƣờng giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến
Nút Gateway giữa mạng truy nhâp vô tuyến và mạng lõi đƣợc phân ra thành hai thực thể
luận lí:
 Serving Gateway (Serving-GW).
 Mobility Manager Entity (MME).

18. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 11
Hình 1.3- các đường giao tiếp giữa mạng lõi và mạng truy cập vô tuyến
Trong thực tế, cả hai thành phần luận lí này có thể đƣợc thực hiện trên cùng một thiết bị phần
cứng hoặc có thể đƣợc tách ra để có thể tăng giảm kích cỡ độc lập với nhau. Bởi vì đƣờng giao
tiếp S1 đƣợc dùng cho cả dữ liệu ngƣời dùng (nối với Serving_GW) lẫn dữ liệu báo hiệu
(nối với MME), nên kiến trúc của các giao thức tầng cao hơn đƣợc phân ra thành hai bộ giao
thức khác biệt: S1-MME và S1-U.
- Giao thức S1-MME (điều khiển) đƣợc dùng để trao đổi các thông điệp điều khiển giữa
một UE và MME. Các thông điệp này đƣợc trao đổi qua các kênh "non-IP" đặc biệt trên giao
tiếp vô tuyến rồi sau đó đƣợc eNodeB đặt vào trong các gói IP trƣớc khi chúng đƣợc gửi
chuyển tiếp đến MME. Tuy nhiên, dữ liệu ngƣời dùng đã đƣợc truyền với tính cách các gói IP
qua giao tiếp vô tuyến, và chúng đƣợc gửi chuyển tiếp qua giao thức S1-U (ngƣời dùng) đến
Serving-GW.
Nếu MME và Serving-GW đƣợc thực hiện riêng biệt, đƣờng giao tiếp S11 sẽ đƣợc dùng để
liên lạc giữa hai thực thể đó. Cần có sự liên lạc giữa hai thực thể đó,
Ví dụ nhƣ: Để tạo ra các kênh truyền khi ngƣời dùng nối vào mạng, hoặc để sửa đổi một
đƣờng hầm khi một ngƣời dùng nào đó di chuyển từ cell này sang cell khác. Không giống nhƣ
các mạng vô tuyến không dây trƣớc đó, khi một Gateway của mạng truy nhập (SGSN) chịu
trách nhiệm đối với một số RNC nhất định và mỗi RNC đến lƣợt nó lại chịu trách nhiệm đối
với một số trạm cơ sở nhất định, đƣờng giao tiếp S1 hậu thuẫn một kiến trúc nối kết mắt lƣới
(mesh). Thế có nghĩa là không phải chỉ một mà là vài MME và Serving-GW có thể liên lạc với
từng eNodeB, và số lƣợng MME và Serving-GW có thể khác biệt. Điều này làm giảm số lƣợng
các cuộc liên chuyển giao -MME khi nguời dùng di chuyển, và cho phép số lƣợng MME phát
triển độc lập với số lƣợng Serving-GW, bởi vì dung lƣợng của MME lệ thuộc vào tải trọng
báo hiệu, còn dung lƣợng của Serving-GW lệ thuộc vào tải trọng dữ liệu truyền của ngƣời
dùng. Những dung lƣợng này có thể phát triển khác nhau qua thời gian. Một kiến trúc mắt lƣới
của giao tiếp S1 cũng bổ sung tính dự phòng cho mạng. Nếu một MME hỏng, thì một MME
thứ hai có thể tự động tiếp quản nếu nó đƣợc cấu hình để phục vụ những cell giống nhƣ MME
kia. Tác hại duy nhất của một cơ chế khôi phục tự động khi gặp hỏng hóc nhƣ vậy là, những
ngƣời dùng đƣợc phục vụ bởi MME hỏng phải đăng kí lại với mạng. Những khả năng mắt lƣới
của giao tiếp S1 đƣợc dùng trong thực tế nhƣ thế nào là tùy thuộc vào chính sách của các nhà
cung cấp dịch vụ mạng và vào kiến trúc của mạng vận chuyển bên dƣới.
1.2.6 Đƣờng giao tiếp với cơ sở dữ liệu ngƣời dùng
Một đƣờng giao tiếp quan trọng nữa trong các mạng lõi LTE là đƣờng giao tiếp S6 nối
giữa các MME và cơ sở dữ liệu lƣu trữ thông tin thuê bao.

19. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 12
Hình 1.4- đường giao tiếp trong mạng lõi
Trong UMTS/GPRS/GSM, cơ sở dữ liệu này đƣợc gọi là HLR (Home Location
Register).
Trong LTE, HLR đƣợc sử dụng lại và đƣợc đổi tên thành HSS (Home Subscriber
Server). Về cơ bản, HSS là một HLR cải tiến, và chứa thông tin thuê bao cho GSM, GPRS,
UMTS, LTE. Đƣờng giao tiếp S6 dùng giao thức Diameter [9,1.2.4.1] dựa trên IP. HSS là một
cơ sở dữ liệu kết hợp, và nó đƣợc sử dụng đồng thời bởi các mạng GSM, UMTS và LTE
thuộc cùng một nhà cung cấp dịch vụ mạng. Vì thế, ngoài đƣờng giao tiếp S6 dành cho LTE
ra, nó tiếp tục hậu thuẫn đƣờng giao tiếp MAP truyền thống.
1.2.7 Cấu trúc chuyển vùng roaming
Một mạng hoạt động trong một quốc gia đƣợc gọi là mạng di động mặt đất công cộng
PLMN (Public Land Mobile Network). Chuyển vùng, nơi ngƣời dùng đƣợc cho phép kết nối
đến các PLMN khác, là một điểm nổi bật của mạng di động, và LTE/SAE cũng không phải là
ngoại lệ. Khi ngƣời sử dụng chuyển vùng, họ sẽ đƣợc kết nối đến E-UTRAN, MME và S-GW
của mạng LTE khách.Tuy nhiên, LTE/SAE chỉ cho phép sử dụng P-GW hoặc của mạng
khách hoặc của mạng nhà.Sử dụng P-GW mạng nhà cho phép ngƣời sử dụng truy cập các
dịch vụ của mạng nhà ngay khi đang ở trong mạng khách. Một P-GW trong mạng khách cho
phép ngắt cục bộ (local breakout) đối với mạng Internet trong mạng khách.
Hình 1.5 - Cấu trúc chuyển vùng truy cập với P-GW trong mạng nhà
HSS PCRF
PDN
Gateway
Operato’r
IP Services
MME
Serving
Gateway
E-
UTRAN
UE
S6a
RxGx
S8
S1-U
S11S1-MME
SGi
LTE-
Uu
VPLMN
HPLMN

20. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 13
1.2.8 Kết nối với các mạng khác
EPS cũng hỗ trợ kết nối và chuyển giao với các mạng dùng kĩ thuật truy cập vô tuyến
khác nhƣ GSM, UMTS, CDMA2000 và WIMAX. Kiến trúc đó đƣợc chỉ ra trên hình.
Hình 1.6- Kiến trúc liên mạng với 3G UMTS
S-GW hoạt động nhƣ một trạm di động (mobility anchor) dùng để kết nối với các kĩ thuật
3GPP nhƣ GSM và UMTS trong khi P-GW cho phép kết nối với các mạng không phải của
3GPP nhƣ CDMA 2000 hay WIMAX.
1.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN
1.3.1 Kênh vật lý
Các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu ngƣời dung bao gồm:
 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel)
 PUSCH (Physical Uplink Shared Channel)
 PUCCH (Physical Uplink Control Channel)
 PDCCH (Physical Downlink Control Channel)
 PBCH (Physical Broadcast Channel)
1.3.2 kênh logic
Đƣợc định nghĩa bởi thông tin nó mang bao gồm:
 Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) : Đƣợc sử dụng để truyền thông tin điều khiển hệ
thống từ mạng đến tất cả máy di động trong cell. Trƣớc khi truy nhập hệ thống, đầu cuối di
động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết đƣợc hệ thống đƣợc lập cấu hình nhƣ thế nào,
chẳng hạn băng thông hệ thống.
 Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH) : đƣợc sử dụng để tìm gọi các đầu cuối di động vì
mạng không thể biết đƣợc vị trí của chúng ở cấp độ ô và vì thế cần phát các bản tin tìm gọi
trong nhiều ô (vùng định vị).
 Kênh điều khiển riêng (DCCH) : đƣợc sử dụng để truyền thông tin điều khiển tới một
đầu cuối di động. Kênh này đƣợc sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di động chẳng
hạn các bản tin chuyển giao khác nhau.
 Kênh điều khiển đa phƣơng (MCCH) : đƣợc sử dụng để truyền thông tin cần thiết để
UTRAN
PDN
Gateway
Serving
Gateway
MME
3G-SGGN
E-
UTRAN
UE
S3
S4S11
S1-MME
S1-u S5/S8
LTE
-Uu

21. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 14
thu kênh MTCH.
 Kênh lƣu lƣợng riêng (DTCH) : Đƣợc sử dụng để truyền số liệu của ngƣời sử dụng
đến một đầu cuối di động. Đây là kiểu logic đƣợc sử dụng để truyền tất cả số liệu đƣờng lên
của ngƣời dùng và số liệu đƣờng xuống của ngƣời dùng không phải MBMS.
 Kênh lƣu lƣợng đa phƣơng (MTCH) : Đƣợc sử dụng để phát các dịch vụ MBMS.
1.3.3 Kênh vận chuyển
 Kênh quảng bá (BCH) : Có khuôn dạng truyền tải cố định do chuẩn cung cấp. Nó
đƣợc sử dụng để phát thông tin trên kênh logic.
 Kênh tìm gọi (PCH) : Đƣợc sử dụng để phát thông tin tìm gọi trên kênh PCCH, PCH
hỗ trợ thu không liên tục (DRX) để cho phép đầu cuối tiết kiệm công suất ắc quy bằng cách
ngủ và chỉ thức để thu PCH tại các thời điểm quy định trƣớc.
 Kênh chia sẻ đƣờng xuống (DL-SCH) : Là kênh truyền tải để phát số liệu đƣờng
xuống trong LTE. Nó hỗ trợ các chức năng của LTE nhƣ thích ứng tốc độ động và lập biểu
phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số. Nó cũng hổ trợ DRX để giảm tiêu thụ
công suất của đầu cuối di động mà vẫn đảm bảo cảm giác luôn kết nối giống nhƣ cơ chế CPC
trong HSPA. DL-DCH TTI là 1ms.
 Kênh đa phƣơng (MCH) : Đƣợc sử dụng để hỗ trợ MBMS. Nó đƣợc đặc trƣng bởi
khuôn dạng truyền tải bán tĩnh và lập biểu bán tĩnh. Trong trường hợp phát đa ô sử dụng
MBSFN, lập biểu và lập cấu hình khuôn dạng truyền tải đƣợc điều phối giữa các ô tham gia
phátMBS.

22. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 15
CHƢƠNG II : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
2.1 Tổng quan,khái niệm,ƣu,nhƣợc điểm của hệ thống MIMO
2.1.1 Tổng quan,khái niệm về MIMO
Hiệu năng kém và dung lƣợng bị giới hạn của kênh truyền trong truyền dẫn không
dây,do đó ta cần nâng cấp gói số lƣợng nhiều hơn 1 bit/Hz.Đó cũng giống nhƣ một vấn đề của
hệ thống MIMO là hình ảnh sử dụng nhiều anten ở máy phát và máy thu.
Trên thực tế sự hoạt động kém hiệu quả của kênh truyền không dây do hiệu ứng fading đa
đƣờng.MIMO lợi dụng sự đa đƣờng này để ta tăng tín hiệu SNR.MIMO cung cấp cơ bản 3
tính năng sau :
- Beamforming-kỹ thuật hƣớng búp sóng :nó cho phép anten chỉnh theo hƣớng thích hợp để
đạt đƣợc SNR tốt hơn bằng cách tăng công suất thu.
- Phân tập không gian- tín hiệu máy phát đƣợc mã hóa trong không gian cũng nhƣ trong
miền thời gian với một số dự phòng để cải thiện BER hiệu suất của hệ thống.
- Ghép kênh không gian- tập hợp các dòng dữ liệu đƣợc truyền song song từ anten khác
nhau và xử lý tín hiệu thích hợp đƣợc sử dụng ở máy thu để tách các dòng dữ liệu này.
Có rất nhiều Viện nghiên cứu, nhóm nghiên cứu, phòng thí nghiệm đã tập chung
nghiên cứu rất sâu sắc về MIMO bởi ngƣời ta cho rằng: công nghệ MIMO thực sự là nền tảng
của hệ thống 3G, 4G và các mạng không dây khác.
Cũng ngay từ những năm 90, nhóm nghiên cứu gồm Greg Raleigh và VK Jones đã
chỉ ra những đặc tính, ƣu điểm của: “truyền sóng vô tuyến đa đường” (Radio transmission
multipath)- đây là một phƣơng thức truyền sóng mà trƣớc đó ngƣời ta thƣờng quan niệm: Khi
truyền sóng đa đƣờng sẽ làm suy yếu sóng vô tuyến tại phía thu. Nhƣng thực tế hai Ông đã
chứng tỏ rằng: “ Khi tín hiệu vô tuyến được gửi từ phía phát sẽ phản xạ qua rất nhiều vật thể
trong môi trường truyền sóng tạo thành nhiều đường riêng biệt rồi mới tới được phía thu và
ta có thể tận dụng hiện tượng này làm tăng dung lượng của hệ thống lên nhiều lần”.
Hai Ông còn cho rằng: Nếu ta có thể coi mỗi một kênh là các đƣờng truyền riêng
biệt thì chúng ta có thể định tuyến các đƣờng truyền này và tách chúng ra thành các “đường
truyền ảo” . Một kênh có nhiều đƣờng truyền ảo nhƣ trên thì cũng có thể coi là “một bó các
đường truyền ảo”. Để tận dụng bó các đƣờng ảo này trong khi truyền dữ liệu ngƣời ta sử dụng
một hệ thống nhiều anten phát và nhiều anten thu.nhằm phân tập anten, hệ thống này gọi là
MIMO; MIMO sẽ giải mã đƣợc luồng số liệu tốc độ cao thông qua các anten của nó. Mỗi một
anten này sẽ tách luồng số liệu tốc độ cao thành luồng số liệu có tốc độ thấp hơn. “ Bó các
đường truyền ảo” ở trên sẽ đƣợc dùng để truyền các luồng số liệu tốc độ thấp này một cách
đồng thời.
Trong các hệ vô tuyến tín hiệu phát đƣợc phát ra theo rất nhiều đƣờng nhƣ vậy phải
dùng các bộ định tuyến để định tuyến đƣợc “ bó các đường truyền ảo” này. Khi nói đến khái
niệm “các đường” thì giữa những đƣờng này phải có “khoảng cách” hay “khe hở”, nhƣ vậy
tín hiệu hoàn toàn có thể nhảy từ đƣờng này sang đƣờng kia khi chúng đƣợc truyền đi nhƣ
vậy tại phía thiết bị thu do đó trong mô hình MIMO phải sử dụng các thuật toán đặc biệt hoặc
các bộ vi xử lý tín hiệu đặc biệt để tách và khôi phục tín hiệu thu đƣợc thành tín hiệu nguyên
thủy ban đầu nhƣ phía phát.
Năm 1998 Phòng thí nghiệm Bell nghiên cứu đƣa ra mô hình ghép kênh không gian
(spatial multiplexing) nhằm cải tiến hiệu suất hệ MIMO.

23. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 16
Nhƣ vậy ta có thể định nghĩa MIMO trong hệ thống thông tin vô tuyến nhƣ sau: “Nếu
một hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng nhiều anten ở cả phía phát lẫn phía thu thì ta gọi nó
là một hệ thống MIMO”
Hình 2.1 -Mô hình kênh MIMO với Nt anten phát và Nr anten thu
2.1.2 Ƣu điểm
Với tất cả đặc tính kể trên ta có thể kết luận vắn tắt về các ƣu điểm của hệ MIMO nhƣ sau:
 Tăng dung lƣợng (capacity) kênh truyền do đó có thể tăng đƣợc tốc độ dữ liệu.
 Tăng cƣờng khả năng chống phading thậm chí phần nào khai thác đƣợc nó.
 Loại bỏ nhiễu (chẳng hạn tạo búp sóng và điều khiển hƣớng phát xạ không tại cả
máy phát và thu).
 Giảm mức công suất phát trên đƣờng truyền từ anten phát nhờ sẽ giảm điện năng tiêu
thụ và đơn giản hóa các vấn đề thiết kế bộ khuếch đại công suất.
2.1.3 Nhƣợc điểm
 Chi phí giá thành cho thiết bị cao hơn (do sử dụng nhiều ăng-ten thu phát, và phải
dùng các bộ vi xử lý đặc biệt chuyên dụng…)
 Giải thuật xử lý tín hiệu phức tạp hơn.
2.2 Một số khái niệm cơ bản trong MIMO
2.2.1 Tài nguyên vô tuyến
Kênh truyền vô tuyến là tài nguyên của mỗi quốc gia,do đó nó cần sử dụng một cách
có hiệu quả nhất.tài nguyên vô tuyến ở đây có thể đƣợc hiểu là các dải tần số đƣợc cấp phát
giới hạn và cố định cho một mục đích cụ thể nào đó nhƣ truyền hình phát thanh,thông tin di
động…Vì vậy,để sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách có hiệu quả ngƣời ta đã đƣa ra các
phƣơng pháp ghép kênh khách nhau nhƣ TDM,FDD,TDD,OFDM…
2.2.2 Các loại nhiễu
2.2.2.1 Nhiễu trắng Gaussian
Nhiễu trắng là một loại tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố công suất phẳng nghĩa là tín
hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong toàn khoảng băng thông.Chúng ta không thể tạo ra
nhiễu trắng theo đúng lý thuyết vì theo định nghĩa của nó,nhiễu trắng có mật độ công suất
Máy phát Máy thu
1TX
2TX
Nt
TX
1RX
2RX
Nr
RX
1.1h
1,2h
1,Nr
h

24. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 17
phân bố trong khoảng tần vô hạn và do vậy nó cũng phải có công suất vô hạn.lƣu ý rằng nhiễu
Gaussan là nhiễu có phân bố biên độ theo hàm Gaussian
Hình 2.2- Nhiễu trắng
2.2.2.2 Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)
Hình 2.3 - Nhiễu liên ký tự ISI
Do ảnh hƣởng của kênh truyền ngoài nhiễu Gausian trắng cộng.ISI gây ra do trải trễ
đa đƣờng.Trong môi trƣờng truyền đa đƣờng,kí tự phát đến đầu thu của máy thu với các
khoảng thời gian khác nhau thông qua nhiều đƣờng khác nhau.Sự mở rộng của chu kỳ kí tự
gây ra sự chồng lấn giữa kí tự hiện thời với kí tự trƣớc đó và kết quả là có nhiễu liên kí
tự(ISI).
Để giảm đƣợc nhiễu ISI thì hệ thống OFDM sử dụng kĩ thuật truyền song song
nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian truyền một kí tự lên nhiều lần.Ngoài ra,OFDM còn
chèn thêm một khoảng bảo vệ(guard interval-GI),thƣờng lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh
truyền,giữa hai kí tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn.
2.2.3 Fading
Fading là hiện tƣợng sai lạc tín hiệu thu môt cách bất thƣờng xảy ra đối với các hệ
thống vô tuyến do tác đông của môi trƣờng truyền dẫn.
Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến măt đất nhƣ:
- Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn.
- Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nƣớc, mƣa, tuyết, sƣơng mù...sự hấp thụ này
phụ thuôc vào dải tần số công tác đăc biệt là dải tần cao (>10Ghz).
- Sự khúc xạ gây bởi sự không đổng đều của mật đô không khí.
- Sự phản xạ sóng từ bề măt trái đất, đăc biệt trong trƣờng hợp có bề măt nƣớc và sự
phản xạ sóng từ các bất đổng nhất trong khí quyển. Đây cũng là môt yếu tố dẫn đến sự
truyền lan đa đƣờng.
- Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chƣớng ngại trên đƣờng truyền lan sóng điện từ,
gây nên hiện tƣợng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận đƣợc là tổng của
rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đƣờng. Hiện tƣợng này đăc biệt quan trọng trong thông
tin di động.
 Fading phẳng(flat fading) xảy ra khi băng thông của kênh truyền lớn hơn băng tần của
tín hiệu.Do các hệ thống tốc độ thấp có độ rộng băng tần tín hiệu hẹp(hẹp hơn độ rộng
kênh truyền) nên chịu ảnh hƣởng của flat fading.ảnh hƣởng của flat fading tác động lên
toàn bộ dải tín hiệu truyền trên kênh là nhƣ nhau.

25. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 18
 Fading lựa chọn tần số xảy ra khi băng tần của tín hiệu lớn hơn băng thông của kênh
tryền.Do đó hệ thống tốc độ vừa và lớn có độ rộng băng tín hiệu lớn(lớn hơn độ rộng kênh)
sẽ chịu tác động của selective fading.tác hại lớn nhất là gây nhiễu lên kí tự ISI.để khắc
phục nó,ngƣời ta sử dụng một số biện pháp nhƣ phân tập,sử dụng mã sửa lỗi để giảm
BER…
 Fading chậm (slow fading)Do ảnh hƣởng của các vật cản trở trên đƣờng truyền.VD:
Tòa nhà cao tầng,đồi.. làm cho biên độ tín hiệu suy giảm,còn gọi là hiệu ứng bóng
râm(shadowing).Hiện tƣơng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn,nên tốc độ biến đổi
chậm.
 Fading nhanh (fast fading) hay còn gọi là hiệu ứng Doppler,nguyên nhân là có sự
chuyển động tƣơng đối giữa máy thu và máy phát dẫn đến tần số thy đƣợc sẽ bị dịch đi
delta f so với tần số phát tƣơng ứng.mức độ dịch tàn sẽ thay đổi theo vận tốc tƣơng đối (v)
giữa máy phát và thu(tại cùng một thời điểm phát).do đó hiện tƣợng này gọi là fading
nhanh.
Hình 2.4- hiện tượng fading
2.2.4 Beamfomer - tạo búp sóng ,Beamforming-Kỹ thụật hƣớng búp sóng
2.2.4.1 Beamfomer
Quá trình tạo búp sóng thông thƣờng xây dựng trên cơ sở sử dụng mảng anten đƣợc áp
dụng cho các hệ thống TTDĐ thế hệ sau cho cả khái niệm mảng anten thích ứng và mảng
anten cố định. Khi trang bị mảng anten thích ứng, BS có thể tạo búp đặc biệt cho ngƣời sử
dụng. Trong trƣờng hợp này nhìn từ phía ngƣời sử dụng các kênh sẽ khác nhau, vì thế không
thể sử dụng các kênh chung để ƣớc tính kênh. Thay vào đó các ký hiệu hoa tiêu riêng đƣợc
phát trong các kênh riêng đƣờng xuống sẽ đƣợc sử dụng để ƣớc tính kênh cho tách sóng nhất
quán.
Tạo búp nhằm hƣớng búp sóng trong không gian đến ngƣời sử dụng nhờ vậy giảm
nhiễu đến các ngƣời sử dụng khác trong ô. Trong trƣờng hợp này phƣơng phát (hay mẫu phát
xạ) trùng với phƣơng thu cực đại và các búp có hƣớng đƣợc tạo ra bởi các dàn anten đƣợc
hiệu chỉnh chẳng hạn bằng mảng tuyến tính đồng dạng (Hình 2.5) hoặc mảng tròn đồng dạng.
Kỹ thuật tạo búp thực hiện điều chỉnh pha và biên độ nguồn sóng cáp cho các phần tử anten
mảng để điều chỉnh phƣơng pháp phát/thu của anten mảng. Việc điều chỉnh này thực hiện
bằng cách chọn các trọng số cho từng loại anten. Có hai loại tạo búp cơ bản: Tạo búp dựa trên
phƣơng tới (DOA: Direction of Arrival) hay vật lý và tạo búp eigen hay toán học.

26. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 19
Hình 2.5- Mảng tuyến tính đồng dạng có nt phần tử cách nhau.
2.2.4.2 Beamforming
Là kỹ thuật xử lý tín hiệu vô tuyến sử dụng phƣơng pháp truyền tín hiệu dạng anten
mảng (anten mảng trong beamforming là dùng các phần tử anten đặt sát nhau, sau đó điều
chỉnh pha cấp sóng cho anten để tạo búp sóng hẹp; điều chỉnh pha các phần tử anten nhằm
hƣớng về máy di động. Do phát hẹp nên không gây nhiễu ở cự ly xa) để định hƣớng truyền
của tín hiệu nhằm tăng độ lợi angten phát và độ nhạy phía thu. Nhiễu trong tín hiệu nhận đƣợc
khi dùng kỹ thuật beamforming sẽ giảm, bởi vì beamforming lợi dụng nhiễu để chuyển tín
hiệu trực tiếp vào các phần tử anten mảng. Trong khi truyền tín hiệu đi các bộ điều khiển tạo
búp sóng sẽ điều chỉnh pha và biên độ của tín hiệu để lấy mẫu và loại bỏ nhiễu. Đồng thời khi
đang truyền tín hiệu ngƣời ta có thể nâng công suất của tín hiệu một cách trực tiếp.
Tại phía thu các tín hiệu đi qua các bộ cảm biến và đƣợc tổ hợp lại khả giống nhƣ
mẫu ban đầu, đồng thời cũng tại phía thu các bộ tạo búp sóng tại các anten sẽ điều chỉnh các
biên độ của tín hiệu thông qua các trọng số của nó nhƣ vậy tín hiệu nhận đƣợc sẽ đƣợc khôi
phục nhƣ mong muốn.
2.2.5 Các khái niệm về phân tập.
Là một phƣơng pháp dùng trong viễn thông dùng để nâng cao độ tin cậy của việc
truyền tín hiệu bằng cách truyền một tín hiệu giống nhau trên nhiều kênh truyền khác nhau
để đầu thu có thể chọn trọng số những tín hiệu thu đƣợc hoặc kết hợp những tín hiệu đó thành
một tín hiệu tốt nhất. Việc này nhằm chống lại fading và nhiễu là do những kênh truyền khác
nhau sẽ chịu fading và nhiễu khác nhau. Ngƣời ta có thể sử dụng mã sửa lỗi FEC (forward
error correction) cùng với kỹ thuật phân tập. Lợi dụng việc truyền trên nhiều kênh mà ta có
đƣợc độ lợi phân tập, thƣờng đƣợc đo bằng dB.có các loại phân tập sau:
Hình 2.6 - phân loại phân tập
Diversity
Frequency
Diversity
Time
Diversity
Space
Diversity
Polarization
Diversity

27. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 20
 Phân tập tần số
 Phân tập thời gian
 Phân tập không gian
 phân tập phân cực
Nhằm 2 mục đích chính: - Tăng tốc độ phát.
- Giảm BER.
2.2.5.1 Phân tập tần số(Frequency Diversity)
Phân tập theo tần số là kỹ thuật thu hoặc phát tín hiệu trên hai hoặc nhiều kênh tần số sóng vô
tuyến.Tức là cùng một tín hiệu thu đƣợc phát trên hai tần số khác nhau đến anten thu,thì tín hiệu nào
tốt hơn thì lấy tín hiệu đó.Các hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật phân tập tần số sẽ cải thiện
chất lƣợng tốt hơn,nhƣng việc sử dụng phổ tần không đạt hiệu quả cao.
Hình 2.7 - Phân tập theo tần số
2.2.5.2 Phân tập gian (Time Diversity)
Kĩ thuật phân tập thời gian thời là phƣơng pháp cơ bản nhất,dùng những khe thời gian
tại những thời điểm khác nhau để truyền cùng một tín hiệu ban đầu.Nhƣ vậy,tại đầu thu ta có
thể nhận đƣợc nhiều bản sao của một tín hiệu tại nhiều thời điểm.Hoặc cùng một tín hiệu
thu,có thể thu theo nhiều khoảng thời gian trễ khác nhau để chọn ra đƣợc tín hiệu thu tốt nhất.
Hình 2.8- Phân tập theo thời gian
2.2.5.3 Phân tập không gian (Space Diversity)
Phân tập không gian sử dụng nhiều anten đƣợc sắp xếp trong không gian tại phía
phát hoặc phía thu.Trong phân tập không gian,các phiên bản của tín hiệu phá đƣợc truyền đến
nới thu trên các anten khác nhau trong miền không gian.
Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten mà ngƣời ta chia phân tập thành 3 loại:
phân tập anten phát(hệ thống MISO),phân tập anten thu(hệ thống SIMO),phân tập anten phát
và thu (hệ thống MIMO).

28. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 21
Hình 2.9 – các phương pháp phân tập
Trong phân tập anten thu,nhiều anten đƣợc 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 đƣợc kết hợp một cách
hoàn hảo để tăng SNR của tín hiệu thu và làm giảm bớt fading đa đƣờng.Trong hệ thống thực
tế,để đạt đƣợc BER của hệ thống theo yêu cầu,ta có thể kết hợp hai hay nhiều hệ thống phân
tập để có một hệ thống phân tập tốt hơn nhƣ phân tập không gian thời gian(STC),phân tập
theo không gian tần số (SFC)…
2.2.5.4 Phân tập phân cực (Polarization Diversity)
Trong thời gian trở lại đây,phân tập phân cực đƣợc sử dụng để giảm thiểu fading đa
đƣờng.Tại các trạm cơ sở,điều này sẽ giảm kích thƣớc của các anten.Kĩ thuật phân tập không
gian thƣờng đƣợc sử dụng trong các trạm gốc nhƣng kĩ thuật này đòi hỏi phải có hai anten
nằm ngang cách nhau trên một sector.Kỹ thuật phân tập phân cực này có chứa một anten kép
phân cực,trong đó chỉ có một anten trên mỗi sector là cần thiết.Trong phân tập không gian,sự
phân tập thì các anten đƣợc đặt cách nhau,trong khi kỹ thuật phân tập phân cực sử dụng tất cả
các anten trung tâm có pha trùng nhau.
Tín hiệu truyền đi là điện trƣờng nằm ngang hoặc thẳng đứng không tƣơng quan ở
cả hai là điện thoại di động và các trạm thu cơ sở.Các thành phần phân cực ngang và dọc, Ex
và Ey , truyền bởi hai anten phân cực tại trạm gốc và nhận bởi hai ăng-ten phân cực tại điện
thoại di động. có thể cung cấp hai tín hiệu fading không tƣơng quan. Các giải tƣơng quan
(decorrelation) tín hiệu trong mỗi phân cực đƣợc gây ra bởi nhiều phản xạ trong các kênh
giữa trạm di động và trạm gốc . Sau khi phản xạ ngẫu nhiên đủ,trạng thái phân cực của tín
hiệu sẽ đƣợc độc lập của phân cực truyền,trong công nghệ này điện và từ trƣờng của các tín
hiệu mang thông tin đƣợc sửa đôi và số lƣợng của tín hiệu này đƣợc sử dụng để gửi các thông
tin tƣơng tự và do đó loại đƣợc trực giao của phân cực.

29. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 22
CHƢƠNG III: MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
3.1 Mô hình MIMO tổng quát
Nhƣ đã giới thiệu ở chƣơng II, trong MIMO tại phía phát có thể gửi nhiều luồng dữ
liệu đồng thời thông qua hệ anten phát. Các luồng dữ liệu này đƣợc mô phỏng nhƣ là ma trận
kênh H với nhiều đƣờng truyền giữa các anten phát phía phát và anten thu phía thu. Nhƣ vậy
phía thu thu đƣợc tín hiệu dạng vector gọi là vector tín hiệu. Ta có thể mô phỏng hóa mô hình
truyền dẫn gồm mã hóa, đan xen ghép đa ngƣời dùng trong băng tần gốc nhƣ sau:
r r b b t r
L N N N N N L N     
 Y H X w 
t L
Trong đó :
 X là ma trận điều chế không gian thời gian.
 L là độ dài khối của ma trận điều chế (hay mã không gian thời gian).
 Nb là số búp phát.
 Nt là số anten phát.
 Nr là số anten thu.
 W là ma trận tạo búp NbNt .
 Y là ma trận NrL của các tín hiệu thu.
 H là ma trận kênh trong đó mỗi cột biểu thị một vectơ kênh từ nhiều anten phát đến
một anten thu.
 η Là tạp âm Gauss phức.
Hình sau mô tả mô hình MIMO tổng quát gồm Nt anten phát và Nr anten thu.
Hình 3.1- Mô hình kênh MIMO với Nt anten phát và Nr anten thu

30. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 23
Ma trận kênh H cho mô hình MIMO đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
Trong đó: là độ lợi kênh giữa anten phát thứ n và anten thu thứ m
Giả sử x= [ … , - là các số liệu phát.
y= [ … , - là các số liệu thu.
η= [ … , - là tạp âm gauss trắng phức của máy thu Nr.
T là ký hiệu phép toán chuyển vị.
Khi đó quan hệ giữa tín hiệu đầu vào x với tín hiệu đầu ra y đƣợc xác định bởi biểu thức.
Có thể viết lại quan hệ vào ta kênh ma trận , trong phƣơng trình trên là:
Y = H.x + η (3.1)
3.2 Các mô hình hệ thống MIMO sử dụng kỹ thuật phân chia giá trị đơn
SVD(Singular Value Decomposition)
3.2.1 Mô hình kênh SVD MIMO
SVD (singular value decomposition) là một dạng khai triển của ma trận có rất nhiều
ứng dụng trong những vấn đề liên quan đến nghịch đảo và số hóa các dữ liệu.Hiện nay phân
tích SVD của ma trận xuất hiện rất nhiều trong các ứng dụng thực tế nhƣ về tín hiệu số, tính
các giá trị xấp xỉ trong kĩ thuật, công nghệ thông tin, và đƣợc ứng dụng trong các công cụ tìm
kiếm trên các website
Xét một hệ thống truyền dẫn vô tuyến bao gồm anten phát và anten thu nhƣ trên hình
Ta viết lại phƣơng trình (3.1) Y= Hx +
Hình 3.2 - xây dựng mô hình kênh SVD MIMO
Lúc này phân chia giá trị đơn SVD [49,5],cho ta:

31. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 24
H=UD (3.2)
Trong đó U và V là các ma trận đơn nhất (unitary) có kích thƣớc và ,.
Toán tử “h” : Là phép toán chuyển vị Hermintian
Ma trận trực giao: ma trận vuông U,V đƣợc gọi là ma trận trực giao nếu
U và V ( , ).
D là ma trận gồm * + (3.3)
Các giá trị đơn không âm đƣợc kí hiệu là ,… trên đƣờng chéo chính của nó.
Trong đó là các giá trị riêng của ma trận H . Các giá trị riêng của
ma trận H đƣợc xác định nhƣ sau :
Det(H ) = 0
hay
Det(Q - ) ) = 0
Trong đó Q là ma trận Wishart đƣợc xác định nhƣ sau:
Q = {
Hình 3.3 - Xây dựng kênh truyền SVD MIMO
Nếu nhân cả hai vế của phƣơng trình kênh (3.1) ma trận ta đƣợc:
( )
̅
Với ̅ và ̅ = .
Bây giờ chúng ta thấy ̅ ( ).
̅̅̅ ̅ + ̅ = D ̅ + ̅ (3.4)

32. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 25
Hoặc tƣơng đƣơng
Vì vậy,trong phƣơng trình trên U và V đƣợc loại bỏ kể từ khi chúng ta thực hiện
beamforming nhận bởi ma trận U và tiền mã hóa ở máy phát bằng ma trận V.Vì vậy nó đòi
hỏi thông tin trạng thái kênh (CSI) để tận dụng ở cả hai bên.
Bây giờ đơn giản hóa phƣơng trình ở trên ta có:
̅̅̅̅= ̅̅̅ ̅̅̅̅ trong đó n=1,2,…., với * + (3.5)
Từ phƣơng trình trên ta có thể thấy rằng tất cả các kí hiệu máy phát chỉ xuất hiện duy
nhất tƣơng ứng của nó nhận đƣợc anten và chúng ta không can thiệp bất kì tại anten thu nào.vì
vậy,nó tạo một bộ sƣu tập của tất cả các kênh t song song tách rời nhau.ngoài ra ở đây biểu
tƣợng t song song truyền qua kênh MIMO trong khe thời gian đơn.Nó dùng để ghép kênh
không gian thông tin liên lạc trong MIMO.
Hình 3.4 -Phân chia kênh fading phẳng MIMO thành các kênh fading phẳng song song
tương đương dựa trên SVD
Bây giờ xét ma trận nhiễu ở đầu thu: ̅ =
Với là mật độ phổ công suất nhiễu
Từ phƣơng trình trên ta có thể nói rằng nhiễu trƣớc và sau khi dùng kĩ thuật beamforming là
giống nhau.Nói cách khác beamforming không ảnh hƣởng đến công suất nhiễu tại máy thu.

33. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 26
Vì vậy tỉ số tín hiệu trên nhiễu kênh thứ I đƣợc cho bởi:
(3.6)
trong đó: N = 1,2,…,
là công suất tín hiệu điều chế
= là mật độ phổ công suất nhiễu tạp âm AWGN tại kênh thứ i.
Và do đó dung lƣợng kênh thứ i là:
= ( ) (3.7)
Chúng ta có tổng N kênh độc lập và do đó tổng dung lƣợng của một kênh MIMO là:
= ∑ ( ) (3.8)
3.2.2 Mô hình kênh SVD MIMO tối ƣu
Bản chất của mô hình SVD MIMO tối ƣu là tại phía phát ngƣời ta chia luồng ký hiệu
thành nhiều luồng con và nhân các luồng con này với các cột của ma trận V sau đó phát đi
trong không gian. Tại phía thu các ký hiệu thu đƣợc nhân với ma trận Uh
để tách ra các luồng
không gian rồi dùng bộ kết hợp để kết hợp các ký hiệu thu này. Nhƣ vậy từ mô hình SVD tối
ƣu hay nói khác đi từ công thức y=Hx+ ở (3.1) nhân hai vế với ma trận UH
ta đƣợc:
Uh
y = Uh
(Hx+)
Giả sử x đƣợc nhân trƣớc với ma trận V và đặt
z=Uh
y = Uh
(HxV+)
= Uh
UDVh
Vx+Uh

= Dx+ Uh
 (3.9)
Vì ma trận D là ma trận đƣợc chéo hóa, nên ta có thể phân hóa quan hệ giữa z và x vào dạng:
zi=1/2
nxn+n trong đó i=1,2,..,NA (3.10)
Biểu thức (3.10) cho phép ta xây dựng hệ thống SVD MIMO tối ƣu gồm NN kênh pha đinh
phẳng song song nhƣ trên hình 3.5
Phânluồngkhônggian
V
TX
TX
TX
Các
ký hiệu
x1
x2
xnt
U
RX
RX
RX
h
y1
y2
yn
r
z1
z2
znr
Nhân số
liệu
Kếthợpkhônggian
a) Máy phát SVD MIMO
b) Máy thu SVD MIMO
Hình 3.5 - Mô hình SVD MIMO tối ưu
Từ hình (3.5) ta thấy tại máy phát SVD MIMO (hình 3.5a) trƣớc hết luồng ký hiệu số
liệu đƣợc bộ chia luồng không gian chia thành nt luồng không gian. Sau đó các luồng này
đƣợc nhân với các cột của ma trận V để nhận đƣợc các ký hiệu phát vào không gian. Tại máy
thu SVD MIMO (hình 3.5b) các tín hiệu thu đƣợc nhân với ma trận Uh
để tách ra các luồng

34. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 27
không gian. Sau đó các ký hiệu số liệu đƣợc kết hợp bởi bộ kết hợp. Lƣu ý rằng khi phân tích
SVD ta sẽ đƣợc N kênh không gian song song xác định theo công thức (3.5).
3.2.3 Dung lƣợng kênh SVD MIMO
Dung lƣợng kênh quyết định giới hạn hiệu suất phổ tần. Nói chung dung lƣợng này
phụ thuộc vào các sơ đồ điều chế và mã hóa. Dƣới đây ta sẽ xét các biểu thức dung lƣợng
trong trƣờng hợp máy phát biết trƣớc hoặc không biết trƣớc trạng thái kênh. Các trƣờng hợp
này cũng còn đƣợc gọi là "dung lƣợng vòng kín" và "dung lƣợng vòng hở". Dung lƣợng vòng
kín đã đƣợc rút ra trong rất nhiều công bố và các tài liệu lý thuyết thông tin “kinh điển”, các
kết quả tƣơng tự cũng liên quan đến các kênh Gauss song song (tƣơng quan). Biểu thức này
đƣợc xác định nhƣ sau
2log det r
h
N
t
C E
N
    
    
    
I HH (3.11)
Trong đó kỳ vọng E đƣợc thực hiện theo phân bố của ma trận kênh ngẫu nhiên H, INr là
ma trận đơn vị kích thƣớc Nr ; 2
i
P


 là tỷ số tín hiệu trên tạp âm, P là tổng công suất phát
và 2
0i N  /2 là mật độ phổ công suất tạp âm.
Dung lƣợng tức thời đựơc xác định phƣơng trình (3.11) nhƣ sau












 H
t
N HH
N
iSE r

detlog2 bps/Hz (3.12)
Ta viết lại HHH
dựa trên SVD : HHH
=UDVH
(UDVH
)
= UD VH
VDH
UH
= U[D- UH
(3.13)
Đặt (3.13) vào (3.12) ta đƣợc












 H
t
N HH
N
iSE r

detlog2 











 H
t
H
N UDU
N
UUI r
2
2 ||detlog























 H
t
N UD
N
IU r
2
2 ||detlog













 2
2 ||det)det()det(log D
N
IUU
t
N
H
r













 2
2 ||detlog D
N
I
t
Nr

(3.14)
Vì tích của det(U)det(UH
)=1 và D chỉ có NA giá trị riêng trên đƣờng chéo, NA xác định theo
phƣơng trình (3.5). Ta có thể biểu diễn biểu thức trong log2 của (3.14) nhƣ sau :






 2
||det D
N
I
t
Nr



















 AN
ttt NNN






1...11 21
= 







 11
2 1log
t
n
N
n N
A

(3.15)

35. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 28
Lấy log phƣơng trình (3.15) ta đƣợc dung lƣợng tức thời:


















 AN
ttt NNN
SE 





1log...1log1log 22212 





 
n
t
N
n N
A


1log2
1
(3.16)
Nếu trong (3.16) 1n
tN


thì 





 n
tN


1log2 tiến tới không và kênh không gian
này sẽ không cho độ lợi dung lƣợng đáng kể. Vì thế nếu không sử dụng kênh này, tổng dung
lƣợng cũng hầu nhƣ không giảm.
Phƣơng trình đƣợc rút ra ở trên cho ta cách đánh giá hiệu năng của các kênh. Nếu thừa
số n
tN


nhỏ hơn một ngƣỡng cho trƣớc ta có thể lọai bỏ kênh này. Khi này số các luồng
không gian đƣợc sử dụng nhỏ số kênh khả dụng cực đại, nhƣng thông lƣợng hiệu dụng vẫn
đƣợc tăng cƣờng.
Từ các phân tích trên ta có thể đƣa ra các kết luận sau:
1 Dung lƣợng MIMO tăng tuyến tính với min(Nt;Nr) và ma trận kênh phân chia thành
min(Nt;Nr) kênh song song độc lập.
2 Nếu giữ Nr cố định và tăng Nt, thì dung lƣợng sẽ bào hóa tại một giá trị cố định.
3 Nếu giữ nguyên Nt và tăng Nr, thì dung lƣợng sẽ tăng theo log cùng với tăng Nr.
3.2.4 Thuật toán water filling
Thuật toán này dùng để phân bố năng lƣợng tối ƣu để mỗi dòng truyền đƣợc tối đa hóa
tổng công suất kênh MIMO.
Xét tổng công suất phát P và công suất phân bố cho kênh thứ i hay dòng thì tổng của
năng lƣợng phân bổ cho tất cả các dòng phải nhỏ hơn hoặc tƣơng đƣơng P.
Do đó việc phân bổ năng lƣợng tối ƣu để giảm tối đa về vấn đề do :
(∑ ( ))
Và bị hạn chế bởi ∑ (3.17)
Nói cách khác tìm tối ƣu tối đa công suất bị hạn chế.Vấn đề hạn chế này đƣợc giải
quyết bằng phƣơng phát nhân langrage.
Xét hàm f có f =∑ ( ) + λ(P - ∑ )
Với λ đƣợc nhân với langrage.
Bây giờ sự khác biệt giữa f với và giống nhƣ không tìm thấy sự tối ƣu
và ( ) (3.18)
2 đặt đƣợc mô tả trong (3.17) sau đó chúng ta có phƣơng trình
cho việc phân bố năng lƣợng tối ƣu sau: ∑ ( ) (3.19)

36. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 29
Để tối ƣu phân bố năng lƣợng,đầu tiên chúng ta tìm bậc theo phƣơng trình trên và sau đó
chúng ta tính toán năng lƣợng phân bố tới thứ dòng thứ t. theo phƣơng trình (3.18).nếu
lớn hơn 0,chúng ta sẽ phân bố năng lƣợng cho phần còn lại theo các dòng phƣơng trình
(3.18).nhƣng nếu nhỏ hơn hoặc bằng 0 thì chúng ta sẽ không phân bố năng lƣợng tới dòng
thứ t và lặp lại thủ tục tƣơng tự cho t=t-1 cho đến khi công suất đƣợc phân bố cho tất cả các
dòng.
Các bƣớc trong tuật toán water filling.
1. xác định ma trận kênh H,tổng công suất phát P và công suất nhiễu N.
2. đối với các dòng truyền T hoặc tính toán kênh bậc theo phƣơng trình(3.19)
3. tính toán phân bổ công suất kênh thứ t theo phƣơng trình (3.18).
4. kiểm tra xem công suất phân bố thứ kênh t , là tích cực hay không.
5. Nếu tích cực thì đƣợc phân bố năng lƣợng cho từng kênh theo phƣơng trình (3.18).
6. Nếu không tích cực thì ta gán năng lƣợng kênh thứ t và đặt t=t-1 và quay lại bƣớc 2.
3.3 Các mô hình phân tập thu
Phân tập thu là dạng SIMO của các sơ đồ hệ thống MIMO
3.3.1 Mô hình phân tập anten thu kết hợp chọn lọc (SC)
Kỹ thuật phân tập thu SC hoạt động dựa trên nguyên tắc lựa chọn tín hiệu có tỉ số tín
hiệu trên nhiễu SNR tốt nhất trong số tất cả các tín hiệu nhận đƣợc từ các nhánh khác nhau rồi
đƣa vào xử lý.
Sơ đồ kết hợp lựa chọn(Selection Combiner) sử dụng bộ kết hợp đơn giản nhất,
trong đó bộ kết hợp chỉ đơn giản tính cƣờng độ tín hiệu tức thời trong số Nr anten thu sau đó
chọn lựa anten có tín hiệu mạnh nhất. Vì SC loại bỏ năng lƣợng hữu ích từ các luồng khác,
nên sơ đồ này rõ ràng không phải là tối ƣu tuy nhiên do tính đơn giản của nó nên nó đƣợc sử
dụng trong nhiều trƣờng hợp khi cần giảm bớt các yêu cầu phần cứng. Sơ đồ kết hợp chọn lọc
đƣợc cho trên hình vẽ.
Hình 3.6 - Mô hình phân tập anten thu kết hợp chọn lọc

37. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 30
Để xác định độ lợi phân tập trong trƣờng hợp này,ta giả sử SNR tức thời của một
nhánh là ,SNR trung bình của mỗi nhánh là ,trong đó là năng lƣợng tín
hiệu tức thời trên nhánh m,còn là năng lƣợng công suất tín hiệu trên một nhánh và
là mật độ tạp âm song biên nhánh i.
Hàm phân phối xác suất SNR trên mỗi nhánh đƣợc định nghĩa là SNR đầu ra nhỏ hơn
hoặc bằng một giá trị ngƣỡng cho trƣớc nhƣ sau:
P( ) = ∫ d( )
= 1-
Hàm phân phối xác xuất SNR tất cả các các nhánh cùng nhỏ hơn một giá trị ngƣỡng
nhƣ sau:
( ) ( ) ∫ d( )
→ ( ) = ( ) (3.20)
Nếu coi rằng là ngƣỡng mà dƣới nó ta sẽ không chọn đƣợc bất kỳ nhánh nào, thì
( ) sẽ là xác suất mất thông tin và phƣơng trình xác xuất mất thông tin sẽ giảm đi đáng
kể nếu số anten rN tăng.
Từ phƣơng trình (3.11a) ta có thể xác định xác suất ít nhất có một anten đƣợc lựa chọn nhƣ
sau.
P(ít nhất một nhánh đƣợc chọn ≥ ) = 1- ( )
cũng đại diện cho các hàm phân phối tích lũy [50,7] (cdf : distribution function) của
SNR đầu ra,nhƣ là chức năng của ngƣỡng các pdf của SNR đầu ra do đó.
f ( )=
( )
= ( )
Giá trị trung bình SNR đầu ra của bộ kết hợp thu đƣợc với Nr nhánh trong kênh
fading Rayleigh là:
E{γ} = ∫ ( ) = ∫ ( ) ( )
∑ (3.21)
~ (C +lnN + )
Giá trị gần bằng cuối cùng hợp lệ khi N đủ lớn,C là hằng số Euler (Hằng số toán
học e là cơ số của logarit tự nhiên. Thỉnh thoảng nó đƣợc gọi là số Euler) cải thiện SNR là
một phần duy nhất để sắp xếp theo LnN.
Nhận xét :
- Tại một thời điểm chỉ có một nhánh đƣợc sử dụng nên phƣơng pháp SC chỉ yêu cầu máy thu
đƣợc chuyển đến vị trí anten tích cực(anten có tín hiệu lựa chọn).

38. CHƢƠNG III : MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO
SVTH: NGUYỄN TẤT THIÊM Đ10CQVT02-N 31
- Kỹ thuật này đòi hỏi trên mỗi nhánh của máy thu phải có bộ theo dõi SNR đồng thời và liên
tục.
- Trong phƣơng pháp phân tập SC,tín hiệu ngõ ra của bộ kết hợp có SNR chính là giá trị cực
đại của SNR trên tất cả các nhánh.Vì vậy tại một thời điểm chỉ có một tín hiệu của một nhánh
đƣợc đƣa vào xử lý nên kỹ thuật này không yêu cầu sự đồng pha giữa các nhánh.
- SC sử dụng bộ kết hợp đơn giản nên tối ƣu hóa hệ thống đầu thu.
3.3.2 Mô hình phân tập anten thu kết hợp theo ngƣỡng (TC)
Nguyên lý của kỹ thuật phân tập thu TC (Threshold Combining) gần giống với kỹ
thuật phân tập thu SC nhƣng thay vì đặt các bộ theo dõi SNR trên mỗi nhánh thì ta chỉ cần
dùng một bộ so sánh rồi thực hiện quét tất cả các nhánh theo thứ tự,mức SNR đầu tiên tại các
nhánh sẽ đƣợc so sánh với mức SNR ngƣỡng ,nếu SNR ở nhánh nào lớn hơn mức này thì
tín hiệu ở nhánh đó sẽ đƣợc đƣa vào xử lý.Còn mức SNR ở nhánh nào nhỏ hơn mức thì bỏ
qua.Vì kỹ thuật này cũng chỉ cần một nhánh đƣợc đƣa vào xử lý nên cũng không cần đến sự
đồng pha trong tín hiệu
Hình 3.7 - Mô hình phân tập anten thu TC
Nhận xét: Vì kỹ thuật này phụ thuộc vào các mức ngưỡng đặt ra trong bộ so sánh nên
phương pháp có độ lợi phân tập thấp.
3.3.3 Mô hình phân tập anten thu kết hợp tỷ lệ cực đại (MRC)
Mô hình phân tập anten thu kết hợp tỉ lệ cực đại MRC (Maximum Ratio Combiner)
thực hiện kết hợp thông tin từ các nhánh anten khác nhau để đạt đƣợc tỷ số tín hiệu trên tạp
âm lớn nhất.
Mỗi tín hiệu ở mỗi nhánh có một trọng số ≠0 tƣơng ứng với SNR của nó,đồng thời tín
hiệu trên mỗi nhánh phải cùng pha với nhau với là pha trên nhánh thứ i.
Vì các đƣờng truyền từ anten phát đến anten thu độc lập với nhau và độ lợi đƣờng
truyền từ anten phát đến anten i là
là đáp ứng xung kênh truyền thứ i
là độ lợi kênh thứ i
là pha trên nhánh thứ i
Nên ta có thể viết tín hiệu thu sau kết hợp nhƣ sau:
y(t) = x(t)∑ . ( )
+ ∑
Từ (3.21) ta xác định SNR với giả thiết   nhƣ sau: