Tìm hiểu kỹ thuật đảo ngược thời gian và phân tích dung lượng kênh trong hệ thống MIMO-UWB

 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬP 1, SỐ 1 (2014) 
1 
TÌM HIỂU KỸ THUẬT ðẢO NGƯỢC THỜI GIAN VÀ PHÂN TÍCH 
DUNG LƯỢNG KÊNH TRONG HỆ THỐNG MIMO-UWB 
Hồ ðức Tâm Linh*, Nguyễn Văn Phú, ðặng Xuân Vinh 
Khoa ðiện tử - Viễn thông, Trường ðại học Khoa học Huế 
* Email: hodutali@gmail.com 
TÓM TẮT 
Dung lượng kênh truyền trong hệ thống Băng siêu rộng (UWB) tăng ñáng kể khi kết hợp 
kỹ thuật ñảo ngược thời gian (Time Reversal - TR) với kỹ thuật ña anten vào ra (Multi-
Input Multi-Output – MIMO). Tuy nhiên, trong thực tế khi sử dụng nhiều antentại bộ phát 
và bộ thu, luôn tồn tại sự tương quan không gian giữa chúng, làm cho dung lượng kênh 
truyền giảm xuống.Trong bài báo này, dung lượng kênh truyền của hệ thống MU - MIMO 
- TR - UWBñược phân tích và ñánh giá cả hai trường hợp có tác ñộng và không có tác 
ñộng của hệ số tương quan. Ngoài ra, sự thay ñổi số lượng anten ñầu vào và ñầu ra cũng 
tác ñộng lớn ñến dung lượng của hệ thống UWB. ðặc biệt, bài báo ñã chỉ ra ñược sự tác 
ñộng mạnh củatương quan thu so với tương quan phát, ñồng thời chúng tôi cũng ñã phân 
tích và ñánh giá ñược ñiểm mạnh và ñiểm yếu của hệ thống MIMO khi số người sử dụng 
tăng lên. 
Từ khóa: UWB, TR, MIMO, MIMO-UWB, TR-UWB, MU-MIMO-UWB-TR 
1. GIỚI THIỆU 
Công nghệ truyền thông Wifiñang phát triển rất mạnh trong mạng thông tin 
khoảng cách ngắn. Tuy nhiên với tốc ñộ hiện tại, ñể ñáp ứng nhu cầu cho sự gia tăng 
các dịch vụ ñòi hỏi tốc ñộ cao và dung lượng lớn thì không thể ñáp ứng ñược. Băng siêu 
rộng (Ultra Wideband – UWB)ra ñời nhằmgiải quyết một cách hoàn hảo các vấn ñề hạn 
chế băng thông trong môi trường truyền thông không dây [1 - 3]. Tuy nhiên, các kênh 
truyền trong thực tế ñều là các kênh fading, vì thế các vấn ñề gây ảnh hưởng ñến chất 
lượng truyền dẫn trong hệ thống UWB phục vụ ña người dùng thực sự phức tạp [4 - 6]. 
Một giải pháp có thể khắc phục vấn ñề này là sử dụng kết hợp kỹ thuật ñảo ngược thời 
gian (Time Riversal - TR) với kỹ thuật ña anten phát và ña anten thu (Multi-Input 
Multi-Output - MIMO) trong hệ thống băng siêu rộng ña người dùng (MU – UWB). Sự 
kết hợp này nhằm cải thiện tốc ñộ truyền dẫn và giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng ñến 
việc làm giảm chất lượng của hệ thống MU-UWB [7 - 9]. 
Phân tích dung lượng hệ thống MU-UWB là một trong những hướng nghiên cứu 
nổi bật trong truyền thông trên thế giới. Tuy nhiên, hiện nay chưa có tài liệu nào ñưa ra 
phân tíchdung lượng kênh truyền hệ thống MU-UWB trong cả 4 trường hợp SISO (một 
anten ñầu vào – một anten ñầu ra), SIMO (một anten ñầu vào – ña anten ñầu ra), MISO 
(ña anten ñầu vào – một anten ñầu ra) và MIMO (ña anten ñầu vào – ña anten ñầu ra). 
Bài báo này ñưa ra mô hình toán học và thực hiện mô phỏng ñể ñánh giá dung lượng 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGH
kênh truyền MU-UWB trong tr
giá và so sánh với 3 trường h
xuất tham khảo nhằmtối ưu hóa trong vi
2. 
Mô hình hệ thống UWB 
kỹ thuật MIMO ñược cho ở
Hình 1
ðáp ứng xung kênh truy
dùng thứ nñược biểu diễn nh
Trong ñó, ( )ij,
n
lα , ( )tδ τ
lượt là biên ñộ, ñộ trễ của tap th
Dạng rời rạc trong miền thờ
ij ij ij ijh h h h L
Mỗi ñáp ứng xung này mang m
E h l e
Như vậy, với MTanten 
có ñáp ứng xung như sau: 
Ệ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬ
2 
ường hợp tổng quát nhất là MIMO. Từ ñ
ợp còn lại. Kết quả này có thể ñịnh hướng cho các nhà s
ệc chế tạo thiết bị thu phát tín hi
MÔ HÌNH HỆ THỐNG [11], [12] 
ña người dùng kết hợp kỹ thuật ñảo ngư
 hình 1. 
. Mô hình hệ thống MU-MIMO-UWB-TR 
ền giữa anten phát thứ j và anten nhận th
ư sau: 
1
( ) ( )
ij, ij,
0
( )
L
n n
ij l l
l
h tα δ τ
−
=
= −∑ 
ij,l− , i = 1, 2,  , RM , j = 1, 2,  , TM ,
ứ l,số anten phát và số anten thu của m
i gian ñược viết lại như sau:
( ) ( ) ( ) ( )[0], [1], , [ 1]n n n n = − L 
ột năng lượng: 
[ ] 2( )
s
T
lT
n
ij
σ
−
 
=  
 , 0 1l L≤ ≤ − 
ở bộ phát và MR anten ở bộ thu của ngư
( ) ( ) ( )
11 12 1
( ) ( ) ( )
21 22 2( )
( ) ( ) ( )
1 2
T
T
R R R T
n n n
M
n n n
Mn
n n n
M M M M
h h h
h h h
h h h
 
 
 Η =  
 
 
 
L
L
M M L M
L
P 1, SỐ 1 (2014) 
ó rút ra sự ñánh 
ản 
ệu UWB. 
ợc thời gian với 
ứ i của người 
n= 1,  , N lần 
ột người dùng. 
ời dùng thứ n sẽ 
(1) 
(2) 
(3) 
(4) 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬP 1, SỐ 1 (2014) 
3 
Giữa anten thu thứ i và phát thứ j có L tap. Vì vậy kích thước ma trận ñáp ứng 
xung kênh truyền của người dùng thứ n sẽ là MR x (MT x L). 
Do ñó, trong môi trường khảo sát có N người dùng thì ñáp ứng xung của kênh 
tương ứng ñược biểu diễn là H: 
(1)
(2)
( )N
H
H
H
H
 
 
 
=
 
 
  
M
Ma trận H có kích thước (N x MR)x (MT x L). 
Khi trạm phát nhận ñược các xung thông tin CIRs từ các người dùng, khối ñảo 
ngược thời gian (Time-Reversal Mirror - TRM) sẽ sử dụng các thông tin CIRs ñể tạo ra 
các dạng sóng ñể truyền thông với anten của người dùng tương ứng. ðặt G là ma trận 
tổng quát của TRM, nó có dạng như sau: 
(1) (2) ( )
, , ,
NG G G G =  
Ma trận G có kích thước (MT x L)x (MR x N). 
Với mỗi G(n) ñược khai triển có dạng: 
( ) ( ) ( )
11 12 1
( ) ( ) ( )
21 22 2( )
( ) ( ) ( )
1 2
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
R
R
T T T R
n T n T n T
M
n T n T n T
Mn
n T n T n T
M M M M
g g g
g g g
G
g g g
 
 
 
=  
 
  
L
L
M M L M
L
G(n) nó có kích thước (MT x L) x MR. 
Trong ñó: 
[ ] [ ]1 2( ) ( )* ( )ji ij ij
0
1 /
L
n n n
T
k
g h L l E M h k
−
=
 
= − −  
 
∑ 
( )
ji
ng là ñảo ngược thời gian và chuyển vị không gian của ( )ij
nh , ( )∗ biểu thị giá trị 
liên hợp phức[11], [12]. 
Trên thực tế,do luôn có sự tương quan giữa các anten phát, anten thu cũng như 
giữa các người dùng bên nhận nên ñáp ứng xung kênh truyền H không thể hiện ñúng 
tính chất của môi trường. Vì vậy, ñể ñánh giá ñúng môi trường,chúng tôi áp dụng mô 
hình toán học nổi tiếng mô hình Kronecker: 
1/2 1/2R Η RKron Rx TxH  =   
Trong ñó: RRx và RTx lần lượt là ma trận tương quan giữa anten thu của N người 
dùng với ma trận tương quan phát, dạng của chúng ñược biểu diễn như sau: 
(5) 
(6) 
(7) 
(8) 
(9) 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬP 1, SỐ 1 (2014) 
4 
(1)
(2)
( )
0 0
0 0
0 0
Rx
Rx
Rx
N
Rx
R
R
R
R
 
 
 
=
 
  
 
M M O M
-12
-2
-32
-1 -2 -3
1
1
1
1
T
T
T
T T T
M
Tx Tx Tx
M
Tx Tx Tx
M
Tx Tx Tx Tx
M M M
Tx Tx Tx
R
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
 
 
 
 = 
 
 
 
 
M M M N M
và 
1( ) ( ) 2 ( )
2( ) ( ) ( )
( )
1 2 3( ) ( ) ( )
1 ( ) ( )
1 ( )
( ) ( ) ( ) 1
r
r
r r r
Mn n n
Rx Rx Rx
Mn n n
n Rx Rx Rx
Rx
M M Mn n n
Rx Rx Rx
R
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
−
−
− − −
 
 
 
=
 
  
 
K
K
M M M O M
K
( )n
RxR là ma trận hệ số tương quan giữaMR anten thu trong người dùng thứ n, kích 
thước (MR x MR). 
Txρ và 
( )n
Rxρ theo thứ tự là hệ số tương quan phát giữa các anten ñặt gần nhau phía 
phát và hệ số tương quan của các anten ñặt gần nhau trong cùng một người nhận thứ n. 
Có thể biểu diễn kênh tương quan của người dùng thứ n, L tap dưới dạng: 
% % %
% % %
% % %
( ) ( ) ( )
11 12 1
( ) ( ) ( )
21 22 2( )
( ) ( ) ( )
1 2
T
T
R R R T
n n n
M
n n n
Mn
Kron
n n n
M M M M
h h h
h h h
h h h
 
 
 
Η =  
 
 
  
L
L
M M L M
L
Kích thước ma trận: MR x (MT x L), với % ( )nijh là dạng rời rạc kích thước (1 x L): 
% % % %
( ) ( ) ( ) ( )[0], [1], , [ 1]n n n nij ij ij ijh h h h L = −  L 
Biến ñổi tương tự, ta có ma trận ñáp ứng xung của toàn bộ kênh truyền khi ñã 
xét tương quan: 
(1)
(2)
( )
Kron
Kron
Kron
N
Kron
H
H
H
H
 
 
 
=  
 
  
M
Kích thước ma trận: (N x MR) x (MT x L) 
Tương tự, ma trận tổng quát từ bộ TRM GKron: 
(1) (2) ( )
, , ,
N
Kron Kron Kron KronG G G G =  L
với
  
  
  
( ) ( ) ( )
11 12 1
( ) ( ) ( )
( ) 21 22 2
( ) ( ) ( )
1 2
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
R
R
T T T R
n n nT T T
M
n n nT T T
n M
Kron
n n nT T T
M M M M
g g g
g g gG
g g g
 
 
 
 =
 
 
 
 
L
L
M M L M
L
(10) (11) 
(12) 
(13) 
(14) 
(15) 
(16) 
(17) 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬP 1, SỐ 1 (2014) 
5 
và 
 [ ] % [ ] % [ ]1 2( ) ( )* ( )ij ijji
0
1 /
L
n n n
T
k
g l h L l E M h k
−
=
 
= − −  
 
∑ 
Giả sử rằng tín hiệu ñầu vào có dạng (1) (2) ( ), , , NX X X X =  L , các giá trị 
này là các biến ngẫu nhiên ñộc lập, trung bình bằng không, và phương sai bằng giá trị θ
, thì tín hiệu ñầu ra của hệ thống ñược cho bởi công thức: 
%( )Kron KronY G X H n= ∗ ∗ + 
Theo tính chất của tích chập, có thể viết lại như sau: %( )Kron KronY G H X n= ∗ ∗ + , 
với % % % %
(1) (2) ( )
, , ,
N
n n n n =   
L là nhiễu Gauss trắng có trung bình bằng không, phương 
sai 2σ . Vì vậy, tín hiệu nhận ñược tại người dùng thứ n (1 n N≤ ≤ ) và L tap có thể viết 
lại như sau: 
[ ] % ( )[ ] [ ] % [ ]2 2 ( ) ( )( ) ( )
1 1 1 0
R TM MN L n mn m
ijn ji
m i j l
Y k a h g l X k l n k
−
= = = =
= ∗ − +∑∑∑∑ 
Tín hiệu nhận [ ]( )nY k có thể biểu diễn là tổng của các thành phần khác nhau: 
thành phần tín hiệu mong muốn (Signal), nhiễu liên ký tự (ISI), nhiễu liên người dùng 
(IUI) và nhiễu liên anten (IAI) và tạp nhiễu từ môi trường bên ngoài: 
[ ] % ( )[ ] [ ]
% ( )[ ] [ ]
% ( )[ ] [ ]
% ( )[ ]
( ) ( )( ) ( )
1 1
2 2 ( ) ( ) ( )
0 1 1
1
2 2 ( ) ( ) ( )
' '
0 1 1 ' 1 ' 1
' '
( ) ( )
' '
1 1 ( )
(IS )
( )
R T
R T
R T R T
M M
n n
n n
ijn ji
i j
M ML
n n
n
ijn ji
l i j
l L
M M M ML
n n
n
ijn j i
l i j i j
i i j j
n m
ijn j i
Y k a h g L X k L Signal
a h g l X k l I
a h g l X k l IAI
a h g l X
= =
−
= = =
≠ −
−
= = = = =
≠ =
= ∗ − − +
+ ∗ −
+ ∗ −
+ ∗
∑∑
∑ ∑∑
∑∑∑∑∑
[ ]
% [ ]
2 2
( )
1 0 1 1 ' 1 ' 1
'
( )
( )
( ois )
R T R TM M M MN L
m
m l i j i j
m n j j
n
n
k l IUI
a n k n e
−
= = = = = =
≠ =
−
+
∑∑∑∑∑∑
3. PHÂN TÍCH DUNG LƯỢNG KÊNH 
CỦA HỆ THỐNG MU-MIMO-UWB-TR 
Dựa trên các thành phần tín hiệu ñã phân tích ñược ở trên, chúng tôi tính công 
suất tương ứng của từng thành phần: công suất thành phần tín hiệu mong muốn tại một 
người dùng PSig (Signal - Sig), công suất nhiễu liên ký tự trong cùng một người dùng 
PISI (Inter-Symbol Interference - ISI), công suất nhiễu liên anten PIAI (Inter-Antenna 
Interference - IAI), công suất nhiễu liên người dùng PIUI (Inter-User Interference - IUI) 
và công suất nhiễu của môi trường bên ngoài 2σ (Noise). Sau khi tính ñược công suất 
của các thành phần này, chúng tôi tiếp tục tính dung lượng kênh truyền ñể ñánh giá mô 
(18) 
(19) 
(20) 
(21) 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬP 1, SỐ 1 (2014) 
6 
hình hệ thống mà chúng tôi ñã xây dựng ñược ở trên. Công thức tính dung lượng kênh 
truyền như sau:
2log (1 INR)C B S= +
ðể ñơn giản trong việc ñánh giá tỉ số tín hiệu trên nhiễu và liên nhiễu, chúng tôi 
chuẩn hóa băng thông kênh truyền B=1 Hz, do ñó dung lượng kênh truyền tính ñược 
trên công thức (22) cũng chính là hiệu quả băng thông của hệ thống. 
SINR (signal-to-interference plus noise ratio) ñược sử dụng ñể ñánh giá chất 
lượng của tín hiệu tại mỗi người dùng và ñược tính toán tại người dùng thứ ntrong hệ 
thống ña người dùng như sau: [11], [12] 
( )
( )
( ) ( ) ( ) 2
IS
INR
n
Sign
n n n
I IAI IUI
P
S
P P P σ
=
+ + +
Công suất tín hiệu thu tại người dùng thứ nlà công suất tín hiệu mong muốn 
nhận ñược tại tap L-1. Tại giá trị này tín hiệu thu ñược là cực ñại, và giá trị 
n
a không 
ảnh hưởng ñến kết quả tính SINR. ðể ñơn giản, chúng tôi giả sử 1
n
a = trong toàn bộ quá 
trình tính toán. Công suất tín hiệu ñược tính theo công thức: 
% ( )[ ] 2( ) ( )( )
1 1
1
R TM M n nn
ijSig ji
i j
P h g Lθ
= =
= ∗ −∑∑ 
Công suất của các thành phần tín hiệu nhiễu không mong muốn ñược tính như 
sau: 
% ( )[ ] 22 2 ( ) ( )( )IS
0 1 1
1
R TM ML n n
n
ijI ji
l i j
l L
P h g lθ
−
= = =
≠ −
= ∗∑ ∑∑ 
% ( )[ ]
2
2 2 ( ) ( )( )
IA ' '
0 1 1 ' 1 ' 1
' '
R T R TM M M ML n n
n
ijI j i
l i j i j
i i j j
P h g lθ
−
= = = = =
≠ =
= ∗∑ ∑∑∑∑ 
% ( )[ ]
2
2 2 ( ) ( )( )
IU ' '
1 0 1 1 ' 1 ' 1
'
R T R TM M M MN L n m
n
ijI j i
m l i j i j
m n j j
P h g lθ
−
= = = = = =
≠ =
= ∗∑ ∑ ∑∑∑∑ 
4. CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 
Trong mô phỏng này, công suất phát trung bình tổng cộng của các anten phát là 
P. Do ñó công suất trung bình θ là tỉ số giữa công suất phát trung bình tổng cộng trên 
số người dùng N 
P
N
θ =
ðịnh nghĩa tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR tác ñộng ñến nhiễu Gauss trắng trung 
bình bằng không và phương sai 2σ , liên hệ theo công thức sau: 
(23) 
(24) 
(25) 
(26) 
(27) 
(28) 
(22) 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGH
Thông số mô phỏng ñư
Tham s
Môi trường
ðộ dài ñáp 
Tần số lấy m
Thời gian lấ
ðộ trải trễ c
Số lượng ngư
Số anten phát
Số anten thu
Kết quả mô phỏng nh
hợp không tương quan và có t
tiến hành khảo sát số người dùng 
anten thay ñổi (4 x 2) và (4 x 4).
Hình 2. Kênh MU-MIMO-UWB
tương quan 
Kết quả mô phỏng cho th
số anten phát và thu thì dung l
nhiều so với hệ thống MIMO không có t
MR=4, hệ số tương quan phát = 0.3, 
khoảng 3.1bps/Hz; trong khi 
thông số thì dung lượng kênh 
dung lượng kênh tăng khi tă
hệ thống anten (4 x 4) có dung l
chỉ khoảng 1bps/Hz. 
Ệ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬ
7 
%
2( )
ij2
1
L
n
l
PSNR E h
σ
=
 
=  
 
∑ 
ợc chọn như ở bảng 1: 
Bảng 1. Các thông số mô phỏng 
ố mô phỏng Giá trị 
 (văn phòng bị che chắn) CM4 
ứng xung môi trường L = 257 
ẫu hệ thống Fs = 3.109 
y mẫu hệ thống Ts = 1/Fs 
ủa kênh Tσ = 128Ts
ời dùng N = [1, 2, 4, 8] 
 MT = [2, 4, 7] 
 MR = [2, 4, 7] 
ận ñược khi thay ñổi 3 thống số N, MT, M
ương quan ñược thể hiện ở hình 2 và hình 3. 
N = [1, 2, 4, 8], tương ứng với mỗi N, chúng tôi xét s
-TR không Hình 3. Kênh MU-MIMO
có tương quan ( Txρ = 0.3 và 
ấy: với cùng một tập giá trị của SNR, s
ượng kênh trong hệ thống MIMO có tương quan b
ương quan. Chẳng hạn: tại SNR = 
hệ số tương quan thu = 0.2 thì dung l
ñó với hệ thống kênh MIMO không tương quan 
ñạt ñến 4.2 bps/Hz. Với cùng số lượng ng
ng số lượng anten phát và anten thu. Chẳng h
ượng là 2.2 bps/Hz, hệ thống anten (4 x 2
P 1, SỐ 1 (2014) 
Rtrong trường 
Chúng tôi 
ố 
-UWB-TR 
0.2Rxρ = ) 
ố người dùng, 
ị giảm 
20dB, MT=2, 
ượng kênh chỉ 
cùng tập 
ười dùng N, 
ạn, khi N = 2 
)dung lượng 
(29) 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGH
Kết quả mô phỏng 
hợp: số anten thu cố ñịnh, anten phát thay 
cố ñịnh, anten thu thay ñổi (M
ở hình 4 và hình 5. 
Hình 4. Ảnh hưởng tương quan phát lên dung 
lượng hệ thống MU-MIMO-
Kết quả mô phỏngở
lượng hệ thống tăng. 
Kết quả hình 5 cho th
thống hơn so với tương quan phát. V
thống tỉ lệ thuận với việc tă
lượng hệ thống giảm rất m
hơn hệ thống ít anten thu do 
trong hệ thống ñã xét trên hình 4.
Kết quả mô phỏng c
MU-SIMO-UWB-TR và MU
ñược thể hiện ở hình 6. 
Hình 6. Dung lư
Mô phỏng cho thấy: k
số anten ở trạm phát có lợ
Ệ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬ
8 
 ảnh hưởng của sự tương quan lên hệ thống 
ñổi (MR = 2, MT = [2, 4, 7]) và 
T = 2, MR = [2, 4, 7]) khi N = 2 ñược thể
UWB-TR (N=2) 
Hình 5. Ảnh hưởng tương quan thu lên dung 
lượng hệ thống MU-MIMO
 (hình 4) cho thấy: khi tăng số lượng anten phát thì dung 
ấy: tương quan thu ảnh hưởng lớn ñến dung l
ới tương quan thu nhỏ hơn 0.3,
ng anten thu, nhưng khi tương quan thu lớ
ạnh. Hệ thống sử dụng nhiều anten thu có dung l
ảnh hưởng của tương quan.Trường hợp này không x
ủa 4 hệ thống MU-SISO-UWB-TR, MU-MISO
-MIMO-UWB-TR trong trường hợp không t
ợng của 4 hệ thống khi không có tương quan (N=2).
ết quả khi không có sự tương quan phát và thu, vi
i hơn tăng anten ở trạm thu. Tại SNR = 20dB, v
P 1, SỐ 1 (2014) 
trong 2 trường 
 số anten phát 
 hiện tương ứng 
-UWB-TR (N=2) 
ượng hệ 
 dung lượng hệ 
n hơn 0.3, dung 
ượng thấp 
ảy ra 
-UWB-TR, 
ương quan 
ệc tăng 
ới hệ thống 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGH
MISO (4 anten phát, 1 anten thu) thì dung l
SIMO (1 anten phát, 4 anten thu), dung l
thời cả anten phát và anten thu, h
tăng lên rất nhiều(khoảng 3.2bps
Kết quả mô phỏng dung l
UWB-TR, MU-SIMO-UWB
quan ứng với kênh có tươ
tương quan thu lớn nhất bằ
hình 7 và hình 8. 
Hình 7. Dung lượng hệ thống v
phát lớn nhất
Kết quả mô phỏng cho th
- Với tương quan phát l
nhất là hệ thống MU
TR giảm xuống thấp h
- Với tương quan thu l
giảm rất mạnh, từ1.8 bps (ch
thống MU-SISO-UWB
Từ kết quả mô phỏng trên
- Cùng chỉ số người s
UWB-TR lớn hơn dung l
MU-MISO-UWB-TR cao h
này chỉ ra rằng, dung l
- Tương quan thu ảnh h
- Trong môi trường có s
gì về mặt dung lượng mà th
- Hệ thống MU-SISO
phát. 
Ệ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬ
9 
ượng bằng 1.5bps; trong khi 
ượng chỉ ñạt khoảng 0.65 bps. N
ệ thống MIMO (4 anten phát, 4 anten thu)
). 
ượng của 4 hệ thống MU-SISO-UWB-
-TR và MU-MIMO-UWB-TR trong trường h
ng quan thu bằng 0, tương phát lớn nhất 0.95 và kênh có 
ng 0.95, tương quan phát bằng 0 ñược thể hi
ới tương quan 
Hình 8. Dung lượng hệ thốngv
thu lớn nhất
ấy: 
ớn nhất, dung lượng của 4 hệ thống ñều gi
-MISO-UWB-TR. Dung lượng hệ thống MU
ơn cả dung lượng hệ thống MU-SIMO-UWB
ớn nhất, dung lượng của hệ thống MU-MIMO
ỉ có tương quan phát)xuống 0.4 bps, th
-TR. 
, chúng tôi ñưa ra một số nhận xét sau ñ
ử dụng N thì dung lượng kênh của hệ thố
ượng kênh MU-MISO-UWB-TR, và dung l
ơn dung lượng kênh của MU-SISO-
ượng kênh tăng theo số lượng anten phát và anten thu.
ưởng nhiều hơn tương quan phát. 
ự tương quan thu cao, việc tăng anten thu không 
ậm chí còn bị giảm ñáng kể. 
-UWB-TR không bị ảnh hưởng bởi sự tươ
P 1, SỐ 1 (2014) 
ñó, hệ thống 
ếu tăng ñồng 
 dung lượng 
TR, MU-MISO-
ợp có tương 
ện tương ứng ở 
ới tương quan 
ảm, giảm mạnh 
-MISO-UWB-
-TR. 
-UWB-TR 
ấp hơn cả hệ 
ây: 
ng MU-MIMO-
ượng kênh 
UWB-TR. ðiều 
ñược lợi 
ng quan thu và 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬP 1, SỐ 1 (2014) 
10 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. M.Di Benedetto, T.Kaiser, D.Porcino, A.Molisch, and I.Opperman (2006).UWB 
Communication Systems A Comprehensive Overview. Hindawi Publising. 
[2]. M.Win and R.Scholtz (1998). Impulse radio: How it works.IEEE Commun.Lett., 
vol. 2, no. 2, pp. 36–38. 
[3]. R.Fontana (2004). Recent system applications of short-pulse ultra-wideband 
(UWB) technology.IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, no. 9, pp. 2087–
2104. 
[4]. R.M.Cramer, R.Scholtz, and M.Win (2002). Evaluation of an ultra-wideband 
propagation channel.IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 50, no. 5, pp. 561–570. 
[5]. D.Cassioli, M.Win, and A.Molisch (2002). The ultra-wide bandwidth indoor 
channel: From statistical model to simulations.IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 
20, no. 6, pp. 1247–1257. 
[6]. F.Zheng and T.Kaiser (2004). On the evaluation of channel capacity of multi 
antenna UWB indoor wireless systems.In Proc. IEEE 8th Int. Symp. Spread 
Spectr. Tech. Appl, pp. 525–529. 
[7]. Chenming Zhou, et al (2009). Time-Reversed Ultra-wideband (UWB) Multiple 
Input Multiple Output (MIMO) Based on Measured Spatial Channels.IEEE 
Transactions on Vehicular Technology, vol. 58, no. 6, pp. 2884 – 2898. 
[8]. Robert C.Qiu (2006). A Theory of Time-Reversed Impulse Multiple-Input 
Multiple-Output (MIMO) for Ultra-Wideband (UWB) Communications.IEEE 
2006 International Conference on Ultra-Wideband, pp. 587 – 592, 24-27. 
[9]. Hung Tuan Nguyen, et al (2006). A Time Reversal Transmission Approach for 
Multi user UWB Communications.IEEE Transactions On Antennas And 
Propagation, vol. 54, no. 11, pp. 3216-3225. 
[10]. Sergey Loyka and George Tsoulos (2002). Estimating MIMO System 
Performance Using the Correlation Matrix Approach.IEEE Communications 
Letters, vol. 6, no. 1, pp. 19-21. 
[11]. Feng Han, Yu-Han Yang, Beibei Wang, Yongle Wu, Liu, K.J.R (2012). Time-
Reversal Division Multiple Access over Multi-Path Channels.IEEE, 
Transactions on Communications. 
[12]. Tran Ha Vu, Nguyen Thanh Hieu, Ho Duc Tam Linh, Nguyen Thuy Dung and 
Le van Tuan (2013). Channel Capacity of Multi User TR-MIMO-UWB 
Communications System.Computing, Management and Telecommunications. 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ðH KHOA HỌC HUẾ TẬP 1, SỐ 1 (2014) 
11 
STUDYING TIME REVERSAL TECHNIQUE AND ANALYSING 
THE CAPACITY OF MIMO-UWB SYSTEM 
HoDuc Tam Linh*, Nguyen Van Phu, Dang Xuan Vinh 
Department of Electronics – Telecommunications, Hue University of Sciences 
* Email: hodutali@gmail.com 
ABSTRACT 
Channel capacity of Ultra-Wide Band system (UWB) has increased significantly when 
combining both Time Reversal technique (TR) and multiple antennas (Multi-Input Multi-
Output-MIMO). In fact, multiple antennas at the transmitter and receiver always exist 
correlation to each other; therefore, channel capacity is reduced. In this paper, the 
channel capacity of the system MU - MIMO - TR - UWB will be analyzed and evaluated 
in both cases of having impact of the correlation coefficient or not. In addition, changing 
the number of input and output antennas also causes a major impact on the capacity of 
UWB system. In particular, the paper pointed out that there is a bigger impact of the 
reciever correlation than the transmitter correlation. We also analyzed and evaluated the 
strengths and weaknesses of MIMO systems as the number of users go up. 
Keywords: UWB, TR, MIMO, MIMO-UWB, TR-UWB, MU-MIMO-UWB-TR