Nghiên Cứu Kỹ Thuật Phân Táp Trong Hệ Thống MIMO

Nghiên cứu kỹ thuật phân táp thủ hệ thống MIMO giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn và nâng cao chất lượng tín hiệu trong viễn thông.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Hải
• Trường học: Đại học Hoàng Gia Luân Đôn
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Thông Tin
• Đề tài: Kỹ Thuật Phân Táp Trong Hệ Thống MIMO: Từ Lý Thuyết Đến Ứng Dụng
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Luân Đôn

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT ANTEN
• 1.1. Sự phát triển của kỹ thuật anten
• 1.2. Các vấn đề cơ bản của kênh truyền vô tuyến
• 1.3. Các cơ chế lan truyền cơ bản
• 1.4. Kênh truyền chọn lọc tần số và biến đổi theo thời gian
• 1.5. Kênh truyền Rayleigh và kênh truyền Ricean
• 1.6. Các mô hình hệ thống thông tin không dây
• 1.6.1. Hệ thống SISO
• 1.6.2. Hệ thống SIMO
• 1.6.3. Hệ thống MISO
• 1.6.4. Hệ thống MIMO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Kỹ Thuật Phân Tập Trong Hệ Thống MIMO

Kỹ thuật phân tập là một trong những công nghệ quan trọng trong hệ thống MIMO (Multi Input Multi Output). Kỹ thuật này cho phép cải thiện hiệu suất truyền thông bằng cách sử dụng nhiều anten tại cả đầu phát và đầu thu. Mục tiêu chính của kỹ thuật phân tập là giảm thiểu ảnh hưởng của fading và tăng cường độ tin cậy của tín hiệu. Hệ thống MIMO đã trở thành một phần không thể thiếu trong các công nghệ truyền thông hiện đại như 4G và 5G.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Kỹ Thuật Phân Tập

Kỹ thuật phân tập đã có lịch sử phát triển lâu dài, bắt đầu từ những năm 1900 với các anten định hướng. Sự phát triển của công nghệ vô tuyến đã dẫn đến việc áp dụng kỹ thuật này trong các hệ thống thông tin di động hiện đại.

1.2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Hệ Thống MIMO

Hệ thống MIMO hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng nhiều anten để truyền và nhận tín hiệu. Điều này cho phép hệ thống tận dụng các đường truyền khác nhau, từ đó cải thiện dung lượng kênh và giảm thiểu nhiễu.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Kỹ Thuật Phân Tập MIMO

Mặc dù kỹ thuật phân tập trong hệ thống MIMO mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là fading đa đường, nơi tín hiệu bị suy giảm do nhiều yếu tố như phản xạ và tán xạ. Điều này có thể làm giảm chất lượng tín hiệu và hiệu suất của hệ thống.

2.1. Fading Đa Đường Và Ảnh Hưởng Đến Tín Hiệu

Fading đa đường xảy ra khi tín hiệu truyền đi bị phản xạ từ các vật cản, dẫn đến nhiều bản sao tín hiệu đến máy thu với độ trễ khác nhau. Điều này có thể gây ra hiện tượng triệt tiêu tín hiệu.

2.2. Nhu Cầu Về Kỹ Thuật Xử Lý Tín Hiệu Hiện Đại

Để giải quyết các vấn đề liên quan đến fading, cần áp dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu hiện đại như mã hóa không gian-thời gian và beamforming. Những kỹ thuật này giúp cải thiện khả năng nhận diện và phục hồi tín hiệu.

III. Phương Pháp Giải Quyết Vấn Đề Fading Trong Hệ Thống MIMO

Để giảm thiểu ảnh hưởng của fading trong hệ thống MIMO, nhiều phương pháp đã được phát triển. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng tín hiệu mà còn tăng cường hiệu suất của hệ thống.

3.1. Kỹ Thuật Mã Hóa Không Gian Thời Gian

Kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian (STBC) cho phép truyền tải thông tin qua nhiều anten, từ đó cải thiện khả năng chống fading và tăng cường dung lượng kênh.

3.2. Beamforming Trong Hệ Thống MIMO

Beamforming là một kỹ thuật cho phép điều chỉnh hướng phát tín hiệu từ anten, giúp tối ưu hóa cường độ tín hiệu tại máy thu và giảm thiểu nhiễu từ các nguồn không mong muốn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Kỹ Thuật Phân Tập Trong Hệ Thống MIMO

Kỹ thuật phân tập trong hệ thống MIMO đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ viễn thông đến các ứng dụng quân sự. Những ứng dụng này không chỉ cải thiện hiệu suất truyền thông mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho các dịch vụ đa phương tiện.

4.1. MIMO Trong Mạng Di Động 4G Và 5G

Hệ thống MIMO đã trở thành một phần quan trọng trong các mạng di động thế hệ mới, giúp tăng cường tốc độ truyền tải dữ liệu và cải thiện chất lượng dịch vụ.

4.2. Ứng Dụng Trong Wi Fi Và Các Công Nghệ Không Dây Khác

Kỹ thuật phân tập cũng được áp dụng trong các hệ thống Wi-Fi, giúp cải thiện khả năng kết nối và giảm thiểu hiện tượng mất tín hiệu trong môi trường đông đúc.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Kỹ Thuật Phân Tập Trong Hệ Thống MIMO

Kỹ thuật phân tập trong hệ thống MIMO đã chứng minh được giá trị của nó trong việc cải thiện hiệu suất truyền thông. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ MIMO

Công nghệ MIMO sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển, với mục tiêu tối ưu hóa hiệu suất và khả năng chống nhiễu trong các môi trường truyền dẫn phức tạp.

5.2. Tác Động Của MIMO Đến Tương Lai Của Viễn Thông

MIMO sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các dịch vụ viễn thông mới, từ truyền hình độ nét cao đến các ứng dụng IoT, mở ra nhiều cơ hội cho ngành công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ của các dịch vụ truyền thông đa phương tiện đã thúc đẩy nhu cầu truyền dữ liệu không dây từ mức 9.6 kbps trong mạng tế bào sơ khai lên tới hơn 1 Gbps ở các hệ sinh thái kết nối hiện đại. Tiêu chuẩn quốc tế IMT-2000 từng đặt nền móng với tốc độ từ 64 kbit/s đến 384 kbit/s, nhưng sự gia tăng lưu lượng video theo yêu cầu và điện toán đám mây đòi hỏi hiệu quả phổ tần phải vượt ngưỡng 4 bps/Hz mà không được phép gia tăng công suất phát trong nhà quá giới hạn 1W. Thách thức cốt lõi của kênh truyền vô tuyến mặt đất nằm ở hiện tượng suy hao truyền dẫn tỉ lệ nghịch với lũy thừa 4 của khoảng cách và sự can nhiễu fading đa đường nghiêm trọng do các phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ địa hình.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là khảo sát chuyên sâu và đánh giá hiệu năng các kỹ thuật phân tập thu trong hệ thống đa đầu vào đa đầu ra MIMO. Đề tài tập trung phân tích khả năng triệt tiêu hiện tượng pha mờ đa đường và tối ưu hóa tỷ số tín hiệu trên nhiễu trên dải tần số vô tuyến di động. Phạm vi nghiên cứu bao quát các mô hình kênh fading Rayleigh và Ricean điển hình trong môi trường không gian tự do cũng như khu vực đô thị có mật độ tán xạ cao. Kết quả phân tích xác lập cơ sở định lượng cho thấy kỹ thuật phân tập thu giúp cải thiện SNR từ 3 dB đến hơn 20 dB, hạ thấp tỷ lệ lỗi bit xuống dưới mức 0.00001, tạo tiền đề vững chắc cho việc thiết kế các hệ thống vô tuyến băng rộng thế hệ mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sóng điện từ Maxwell và định lý dung lượng kênh truyền Shannon. Hệ thống thông tin không dây được phân loại theo cấu trúc anten bao gồm SISO, SIMO, MISO và MIMO, trong đó dung lượng kênh MIMO tăng tuyến tính theo số lượng kênh truyền song song trong môi trường tán xạ mạnh.

Ba mô hình toán học cốt lõi được áp dụng gồm:

• Kênh truyền fading phẳng và chọn lọc tần số dựa trên băng thông kết hợp.
• Mô hình fading biến đổi nhanh và biến đổi chậm dựa trên thời gian kết hợp và dịch tần Doppler.
• Hàm phân bố xác suất đường bao tín hiệu theo phân bố Rayleigh khi không có tia truyền thẳng trực tiếp và phân bố Ricean với hệ số K từ 3 dB đến 9 dB khi tồn tại thành phần truyền thẳng.

Bên cạnh đó, khung lý thuyết tập trung vào 4 kỹ thuật phân tập thu tuyến tính chính:

• Tổ hợp lựa chọn với cơ chế chọn nhánh có SNR cực đại.
• Tổ hợp chuyển đổi và kết hợp dựa trên ngưỡng SNR định trước.
• Tổ hợp cùng độ lợi đồng pha tín hiệu với trọng số bằng nhau.
• Tổ hợp tỷ số tối đa đồng pha và gán trọng số tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu từng nhánh.

Mô hình mã hóa không gian thời gian khối Alamouti cũng được đặt trong tương quan so sánh để đối chiếu hiệu năng phân tập phát và phân tập thu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng số Monte Carlo trên môi trường MATLAB để kiểm chứng các mô hình lý thuyết. Nguồn dữ liệu mô phỏng được tạo lập với cỡ mẫu chuẩn gồm 1000000 bit ngẫu nhiên phân bố đều, tương ứng chuỗi ký tự điều chế BPSK qua kênh truyền có nhiễu Gauss trắng cộng. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên đều Bernoulli với xác suất xuất hiện bit 0 và bit 1 bằng 0.5 bảo đảm tính khách quan và tính toàn diện của dữ liệu kiểm thử.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích hàm sinh moment kết hợp bất đẳng thức Cauchy-Schwarz xuất phát từ việc tính toán hàm mật độ xác suất của tổng các biến ngẫu nhiên fading thường dẫn đến các tích phân vô hạn nhiều chiều phức tạp. Việc áp dụng hàm sinh moment giúp chuyển đổi phép tích chập phức tạp thành phép nhân đại số đơn giản, từ đó thiết lập công thức dạng đóng chính xác cho xác suất lỗi bit lý thuyết. Toàn bộ chu trình mô phỏng được khảo sát trên dải tỷ số năng lượng bit trên mật độ phổ công suất nhiễu từ -3 dB đến 35 dB qua các cấu hình hệ thống từ 1 đến 4 anten thu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và phân tích giải tích đã chứng minh 3 phát hiện khoa học quan trọng:

Thứ nhất, kỹ thuật tổ hợp tỷ số tối đa MRC mang lại độ lợi mảng và độ lợi phân tập vượt trội. Khi tăng số lượng anten thu từ 1 lên 2 anten, hệ thống đạt độ lợi công suất 3 dB. Khi nâng lên 3 anten, mức cải thiện đạt 5 dB so với 1 anten và tăng 2 dB so với 2 anten. Khi triển khai 4 anten thu, tổng độ lợi đạt 6 dB so với 1 anten và tăng 1 dB so với 3 anten. Tỷ lệ lỗi bit giảm mạnh từ mức 0.1 xuống dưới 0.000001 khi Eb/N0 đạt từ 4 dB đến 8 dB.

Thứ hai, trong kỹ thuật tổ hợp lựa chọn SC, xác suất mất điện giảm rõ rệt. Tại ngưỡng xác suất mất điện 1%, việc tăng từ 1 lên 2 anten thu giúp giảm 12 dB SNR yêu cầu. Tại ngưỡng xác suất mất điện 0.01%, cấu hình 2 anten tiết kiệm xấp xỉ 20 dB SNR so với 1 anten; nâng lên 3 anten giảm thêm 7 dB và lên 4 anten giảm tiếp 4 dB.

Thứ ba, kỹ thuật MRC đạt bậc phân tập đầy đủ bằng đúng số lượng anten thu M. So với kỹ thuật EGC, MRC vượt trội khoảng 1 dB công suất nhưng EGC có ưu thế cấu trúc giải mã đơn giản hơn do không cần ước lượng biên độ nhánh. Kỹ thuật Alamouti 2 anten phát đạt cùng bậc phân tập 2 như MRC 2 anten thu nhưng chịu tổn hao 3 dB do công suất bị chia đôi tại phía phát.

Thảo luận kết quả

Hiệu năng thu tín hiệu được cải thiện mạnh mẽ khi chuyển từ 1 lên 2 anten thu là do xác suất để hai nhánh fading độc lập cùng rơi vào vùng suy hao sâu giảm xuống bằng tích xác suất của từng nhánh riêng lẻ. Tuy nhiên, quy luật hiệu suất biên giảm dần thể hiện rất rõ khi tăng số lượng anten từ 3 lên 4 nhánh, vì mức tiết kiệm công suất chỉ còn từ 1 dB đến 4 dB trong khi chi phí phần cứng cao tần và bộ xử lý tín hiệu tăng tuyến tính.

Dữ liệu mô phỏng được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường cong BER theo Eb/N0 dạng logarit và bảng đối sánh xác suất mất điện tại các giá trị ngưỡng SNR mục tiêu. Đường cong mô phỏng khớp hoàn toàn với đường cong giải tích lý thuyết, khẳng định tính đúng đắn của giải thuật. Kết quả này tương đồng với các công bố từ Phòng thí nghiệm Bell Labs và Đại học Stanford, đồng thời chứng minh rằng phân tập không gian là giải pháp tối ưu nhất để vượt qua giới hạn công suất phát 1W trong mạng vô tuyến đô thị mà không làm suy giảm hiệu quả sử dụng băng thông.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả định lượng đạt được, 4 khuyến nghị kỹ thuật được đề xuất nhằm nâng cao chất lượng mạng thông tin vô tuyến:

• Triển khai kiến trúc phân tập thu 2 anten cho các trạm gốc và thiết bị di động: Áp dụng cấu hình phân tập không gian với khoảng cách giữa các phần tử tối thiểu bằng nửa bước sóng nhằm mục tiêu cải thiện ngay 3 dB SNR và cắt giảm 12 dB công suất phát ở ngưỡng lỗi 1%. Timeline hoàn thành trong 6 đến 12 tháng, do các kỹ sư thiết kế phần cứng viễn thông chủ trì.

• Tích hợp vi xử lý DSP hỗ trợ giải thuật tổ hợp MRC thích nghi: Tối ưu hóa thuật toán ước lượng kênh thời gian thực dựa trên hàm sinh moment để xử lý tín hiệu cho các hệ thống MIMO đa băng tần, hướng tới mục tiêu duy trì BER dưới 0.00001 tại mức Eb/N0 chỉ 6 dB. Timeline thực hiện trong 6 tháng, do nhóm kỹ sư phát triển phần mềm nhúng đảm nhiệm.

• Ứng dụng kỹ thuật phân tập phân cực tại các trạm thu phát vi tế bào đô thị: Kết hợp hai phân cực trực giao đứng và ngang để thu gọn không gian lắp đặt anten tại các khu vực đông dân cư, chấp nhận bù đắp mức suy hao 3 dB phân chia công suất bằng bộ khuếch đại tạp âm thấp. Timeline triển khai trong 12 tháng, do các nhà mạng viễn thông thực hiện.

• Áp dụng cấu trúc mã hóa khối không gian thời gian Alamouti cho đường truyền xuống: Chuyển giao độ phức tạp xử lý từ thiết bị người dùng về trạm phát sóng có nguồn năng lượng dồi dào, đảm bảo tốc độ truyền dẫn đạt từ 50 Mbps đến 100 Mbps trong môi trường đa đường phức tạp. Timeline thử nghiệm trong 18 tháng, do các trung tâm R&D phối hợp với doanh nghiệp công nghệ tiến hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng:

• Kỹ sư thiết kế và tối ưu hóa mạng vô tuyến: Khai thác các công thức tính toán ngân sách đường truyền, xác suất dừng kênh và mô hình suy hao để tối ưu hóa vị trí đặt trạm phát sóng, giảm thiểu can nhiễu đa đường trong mạng 4G và 5G.

• Nhà nghiên cứu và phát triển phần cứng viễn thông: Tham khảo các tiêu chuẩn khoảng cách anten, kỹ thuật phân cực và giải thuật điều chỉnh pha để thiết kế các mảng anten nhỏ gọn đạt độ lợi thu trên 6 dB cho thiết bị đầu cuối.

• Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn thông: Sử dụng luận văn làm tài liệu học thuật chuyên sâu về lý thuyết thông tin, nắm vững phương pháp giải tích hàm sinh moment MGF và khai thác mã nguồn mô phỏng MATLAB 1000000 mẫu bit phục vụ nghiên cứu đề tài tốt nghiệp.

• Chuyên viên quản lý phổ tần và quy hoạch viễn thông: Vận dụng các đánh giá định lượng về hiệu quả phổ 4 bps/Hz và công suất phát 1W để xây dựng quy chuẩn kỹ thuật cho các thiết bị vô tuyến hoạt động trong môi trường trong nhà và đô thị.

Câu hỏi thường gặp

Kỹ thuật tổ hợp tỷ số tối đa MRC vượt trội hơn tổ hợp lựa chọn SC như thế nào?
MRC thực hiện đồng pha và gán trọng số tỷ lệ thuận với biên độ tín hiệu trên tất cả các nhánh, tạo ra SNR đầu ra bằng tổng SNR của các nhánh thành phần. Trong kênh fading Rayleigh, MRC mang lại độ lợi SNR cao hơn SC từ 1.5 dB đến 2 dB ở cấu hình 2 anten và đạt bậc phân tập đầy đủ M, giúp giảm tỷ lệ lỗi bit nhanh hơn rõ rệt.

Tại sao độ lợi công suất có xu hướng bão hòa khi tăng số lượng anten thu lên 4 nhánh?
Khi chuyển từ 1 lên 2 anten, xác suất mất điện giảm tới 12 dB nhờ loại bỏ được sự phụ thuộc vào một nhánh suy hao duy nhất. Tuy nhiên, khi tăng từ 3 lên 4 anten, mức giảm chỉ còn 4 dB vì xác suất đồng thời suy hao sâu trên cả 3 nhánh đã cực kỳ nhỏ, khiến hiệu suất biên giảm dần theo hàm logarit.

Khoảng cách tối thiểu giữa các anten trong phân tập không gian là bao nhiêu?
Khoảng cách giữa các anten cần đạt từ nửa bước sóng đến vài bước sóng để hệ số tương quan fading giữa các nhánh nhỏ hơn 0.5. Tại tần số sóng mang 2 GHz, khoảng cách này tương đương khoảng 7.5 cm, hoàn toàn khả thi để tích hợp trên các trạm gốc và thiết bị truyền thông không dây hiện đại.

Kỹ thuật Alamouti khác biệt gì so với phân tập thu MRC về mặt phân bổ năng lượng?
Đề án Alamouti sử dụng 2 anten phát để đạt bậc phân tập 2 mà không cần thông tin kênh truyền tại máy phát. Điểm khác biệt là công suất phát phải chia đều cho 2 anten khiến mỗi nhánh chỉ nhận một nửa năng lượng, do đó hiệu năng Alamouti chịu tổn hao 3 dB so với hệ thống phân tập thu MRC 2 anten nhận năng lượng trọn vẹn.

Tại sao phương pháp hàm sinh moment MGF lại được ưu tiên trong phân tích phân tập?
Việc tích phân hàm mật độ xác suất nhiều chiều để tìm xác suất lỗi rất phức tạp và hiếm khi có nghiệm dạng đóng. Phương pháp MGF chuyển đổi tích phân kép thành dạng tích các hàm số đơn biến, cho phép tính toán chính xác xác suất lỗi bit của các điều chế BPSK, QAM với 1000000 mẫu thử một cách nhanh chóng và chuẩn xác.

Kết luận

• Kỹ thuật phân tập thu MIMO là giải pháp then chốt giúp khắc phục triệt để hiện tượng fading đa đường và nâng cao chất lượng dịch vụ từ 64 kbps lên trên 100 Mbps.
• Giải thuật MRC đạt hiệu năng tối ưu nhất trong các kỹ thuật tuyến tính với mức tăng SNR 3 dB cho 2 anten và 6 dB cho 4 anten trên kênh Rayleigh.
• Cấu hình 2 anten thu mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất khi giúp cắt giảm tới 20 dB công suất yêu cầu ở ngưỡng mất điện 0.01%.
• Phương pháp giải tích hàm sinh moment kết hợp mô phỏng Monte Carlo 1000000 mẫu bit đã kiểm chứng độ chính xác tuyệt đối của các mô hình toán học.
• Luận văn đóng góp khung phương pháp luận hoàn chỉnh hỗ trợ tối ưu hóa phần cứng và thuật toán xử lý tín hiệu cho mạng truyền thông không dây thế hệ kế tiếp.

Các kỹ sư và nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác toàn bộ dữ liệu giải tích và mã nguồn mô phỏng của đề tài để ứng dụng trực tiếp vào các dự án tối ưu hóa mạng vô tuyến thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT ANTEN 1.1 Sự phát triển của kỹ thuật anten Sóng vô tuyến được phát minh ra vào năm 1861 khi Maxell (Đại học Hoàng Gia Luân đôn) đưa ra lý thuyết sóng điện từ. Năm 1890 Branly (Paris) đã xây dựng một “bộ nhất quán” có thể phát hiện sự có mặt của sóng điện từ bằng một cái chai thuỷ tinh chứa kim loại. Bộ nhất quán này sau đó được tiếp tục phát triển bởi Lodge (Anh). Mùa hè 1895, Marconi đã sử dụng máy phát của Hertz, bộ nhất quán của Lodge và lắp thêm anten để tạo ra một máy phát vô tuyến đầu tiên.

Ứng dụng dân dụng đầu tiên của kỹ thuật vô tuyến là hệ thống điện thoại vô tuyến 2MHz vào năm 1921 trong ngành Cảnh sát. Những hệ thông được phát triển tiếp sau đó: FM (Armstrong-1933); Hệ thống thông tin của Bell ở tần số 150MHz, hệ thống IMTS sử dụng FM của AT&T (1946); Khái niệm celllular (mạng thông tin di động tổ ong) (Phòng thí nghiệm Bell-1947); Hệ thống AMPS (1970); Vào những năm 1990s: các hệ thống thông tin đi tổ ong GSM, IS-136 (TDMA), CDMA IS-95, 3G… ra đời và phát triển một cách mạnh mẽ [34,36]. Kỹ thuật anten được sử dụng cho các hệ thống thông tin vô tuyến cũng có sự phát triển như sau: - 1880- tới những năm1890: Hertz, Marconi, Popov đã thiết kế được các anten có tần số hoạt động và băng thông tốt hơn. - Những năm 1900: anten định hướng được sử dụng đã cho phép liên lạc qua biển Atlantic - 1905: sử dụng nhiều anten cho phân tập thu.

- Thập kỷ 1920: Dàn anten Yagi-Uda được phát minh đã đem lại tăng ích và băng thông tốt hơn. - Chiến tranh thế giới thứ 2: Dàn anten được sử dụng cho rađa. - Thập kỷ 1970: Ứng dụng xử lý tín hiệu thích nghi ở máy thu vô tuyến để cải thiện phân tập thu và triệt nhiễu bằng các bộ xử lý tín hiệu số trong quân sự. Việc sử dụng anten nhiều phần tử ở máy thu trong thông tin vô tuyến mở ra một chiều mới trong xử lý tín hiệu (chiều không gian), cho phép cải thiện chỉ tiêu hệ thống.

Tuy nhiên, SVTH: Nguyễn Hữu Hải 1 NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PHÂN TẬP THU HỆ THỐNG MIMO đến trước những năm 1990, vấn đề được phát triển chủ yếu với anten mảng mới chỉ là kỹ thuật xử lý riêng theo miền không gian. - Thập kỷ 1990: Kỹ thuật thu không gian-thời gian (kết hợp cả miền không gian và thời gian). + 1996: Anten nhiều phần tử được sử dụng ở trạm gốc để hỗ trợ nhiều người dùng trên cùng kênh. + 1994: Đề xuất kỹ thuật tăng dung lượng kênh vô tuyến bằng cách sử dụng anten nhiều phần tử ở cả máy phát và máy thu.

Ý tưởng này tiếp tục được phát triển 1995, 1996, 1998 -> bắt đầu một cuộc cách mạng về lý thuyết truyền thông. Cùng với đó là sự ra đời hệ thống thông tin thế hệ 3G (Third-Generation) được tiêu chuẩn hóa bởi IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000), bắt đầu được phát triển tại Nhật Bản vào tháng 10 năm 2001. Từ đó đến nay 3G phát triển nhanh chóng và đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các loại dịch vụ đa phương tiện. hệ thống IMT-2000 đề xuất những dịch vụ chất lượng cao từ 64 đến 384 kbit/s và trữ lượng lưu lượng trên thoại tăng lên.

Những dịch vụ đang phát triển phổ biến hiện nay như: truy cập internet, thương mại điện tử, e-mail, video theo yêu cầu … Đối tượng sử dụng thông tin rất đa dạng và nhu cầu càng tăng dần đến yêu cầu bức thiết cho ra đời và phát triển hệ thống thông tin di động 4G (Fourth-Generation) .