1. Giới thiệu:

Hiệu năng kém và dung lượng bị giới hạn của kênh truyền trong truyền dẫn không dây là một vấn đề cần giải quyết. Đó cũng giống như 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 đường. MIMO lợi dụng sự đa đường này để ta tăng tín hiệu để cung cấp cơ bản 3 tính năng sau :

-       Beamforming-kỹ thuật hướng búp sóng: nó cho phép anten chỉnh theo hướng thích hợp để đạt được SNR tốt hơn bằng cách tăng công suất thu.

-       Phân tập không gian- tín hiệu máy phát được mã hóa trong không gian cũng như 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 được truyền song song từ anten khác nhau và xử lý tín hiệu thích hợp được 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 trung nghiên cứu rất sâu sắc về MIMO bởi người ta cho rằng: công nghệ MIMO thực sự là nền tảng của hệ thống 3G, 4G và các mạng không dây khác.

Trong các hệ vô tuyến tín hiệu phát được phát ra theo rất nhiều đường như vậy phải dùng các bộ định tuyến để định tuyến được “ bó các đường truyền ảo” này. Khi nói đến khái niệm “các đường” thì giữa những đường này phải có “khoảng cách” hay “khe hở”, như vậy tín hiệu hoàn toàn có thể nhảy từ đường này sang đường kia khi chúng được truyền đi như 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 được thành tín hiệu nguyên thủy ban đầu như phía phát.

Như vậy ta có thể định nghĩa MIMO trong hệ thống thông tin vô tuyến như 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 1. Mô hình kênh MIMO với N_t anten phát và N_r anten thu

Ưu điểm

Với tất cả đặc tính kể trên ta có thể kết luận vắn tắt về các ưu điểm của hệ MIMO như sau:

• Tăng dung lượng (capacity) kênh truyền do đó có thể tăng được tốc độ dữ liệu.
• Tăng cường khả năng chống Fading thậm chí phần nào khai thác được nó.
• Loại bỏ nhiễu (chẳng hạn tạo búp sóng và điều khiển hướng phát xạ không tại cả máy phát và thu).

Nhược 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…)

2.Một số khái niệm cơ bản trong MIMO

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 được hiểu là các dải tần số được cấp phát giới hạn và cố định cho một mục đích cụ thể nào đó như truyền hình phát thanh, thông tin di động…

Vì vậy, để sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách có hiệu quả người ta đã đưa ra các phương pháp ghép kênh khách nhau như TDM, FDD, TDD, OFDM…

2.2Các loại nhiễu

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 phân bố trong khoảng tần vô hạn và do vậy nó cũng phải có công suất vô hạn. Lưu ý rằng nhiễu Gaussan là nhiễu có phân bố biên độ theo hàm Gaussian

2.2.2   Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)

                                        Hình 2 Nhiễu liên ký tự ISI

Do ảnh hưởng của kênh truyền ngoài nhiễu Gausian trắng cộng. ISI gây ra do trải trễ đa đường. Trong môi trường truyền đa đường, kí tự phát đến đầu thu của máy thu với các khoảng thời gian khác nhau thông qua nhiều đường khác nhau. Sự mở rộng của chu kỳ kí tự gây ra sự chồng lấn giữa kí tự hiện thời với kí tự trước đó và kết quả là có nhiễu liên kí tự(ISI).

Để giảm được 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), thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền, giữa hai kí tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn.