Xử lý anten mảng theo không gian thời gian trong thông tin vô tuyến di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BCVT VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG



NGUYỄN QUANG HƯNG



XỬ LÝ ANTEN MẢNG THEO KHÔNG GIAN-THỜI GIAN
TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN DI ĐỘNG

Chuyên Ngành: Mạng và kênh thông tin liên lạc
Mã số:2.07.14


TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT





HÀ NỘI - 2006
-

Công trình được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Đặng Đình Lâm

2. TS. Chu Ngọc Anh

Phản biện 1: GS. TSKH. Phan Anh

Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Quốc Trung

Phản biện 3: PGS.TS. Hoàng Thọ Tu


Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước
họp tại: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
vào hồi 16. giờ 00 ngày 24 tháng.04. năm 2007

Có thể tìm hiểu luận án tại:
1. Thư viện Quốc gia
2. Thư viện Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


-1-
MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài
Các hệ thống thông tin di động đang phát triển bùng nổ trên thế
giới và cả ở Việt Nam. Trước yêu cầu ngày càng cao của người sử
dụng dịch vụ thông tin di động về chất lượng, dung lượng và tính đa
dạng của dịch vụ và đặc biệt là các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao và
đa phương tiện, việc nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ và kỹ thuật
tiên tiến đáp ứng nhu cầu này luôn là một đòi hỏi cấp thiết.
Một trong số các kỹ thuật để có thể giúp cải thiện đáng kể chỉ tiêu
và dụng lượng của hệ thống đang được tập trung nghiên cứu trên thế

giới trong thời gian gần đây là kỹ thuật xử lý không gian-thời gian. Kỹ
thuật này cho phép sử dụng tối đa hiệu quả phổ tần cho hệ thống thông
tin vô tuyến nói chung và hệ thống thông tin di động tổ ong nói riêng.
Nhờ sử dụng nhiều phần tử anten, kỹ thuật này cho phép tối ưu hoá quá
trình thu hoặc phát tín hiệu bằng cách xử lý theo cả hai miền không
gian và miền thời gian tại máy thu phát.
Việc tiếp tục nghiên cứu phát triển kỹ thuật này để tiến tới có được
các sản phẩm hữu dụng có chỉ tiêu chất lượng cao, đồng thời phù hợp
với khả năng xử lý, tính toán của các thiết bị hiện có cũng như ứng
dụng nó vào trong các hệ thống thông tin di động hiện có một cách
hiệu quả thực sự là vấn đề cấp thiết. Việc thực hiện tốt những nghiên
cứu này sẽ mang lại hiệu quả rất to lớn về dung lượng cũng như hiện
thực hoá khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao cho các hệ thống thông tin
di động như GSM hay CDMA hiện tại cũng như các hệ thống thông tin
di động thế hệ mới.
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu kỹ thuật xử lý không-gian thời
gian bằng anten thông minh cho thông tin di động với các trường hợp
cụ thể anten thông minh cho mạng GSM ở Việt Nam và các hệ thống
CDMA.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án là tập trung giải
quyết những vấn đề sau:
- Nghiên cứu thuật toán tạo búp thích nghi có độ phức tạp tính toán
thấp nhưng tốc độ hội tụ cao để phù hợp với khả năng của thiết bị
thực tế.
-2-
- Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng anten thông minh trong hệ
thống GSM có tính đến các điều kiện cụ thể của hệ thống GSM ở
Việt Nam để đề xuất phương án ứng dụng, triển khai nhằm sử dụng
tài nguyên một cách hiệu quả, có xem xét, đánh giá ảnh hưởng của
pha-đinh và che khuất.

- Nghiên cứu kỹ thuật nâng cao chỉ tiêu cho hệ thống anten thông
minh cho W-CDMA, hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000.
Phương pháp nghiên cứu được thực hiện là nghiên cứu lý thuyết
kết hợp với mô phỏng bằng chương trình máy tính để đánh giá kết quả:
Với hệ thống GSM, có tính đến các tham số và điều kiện đặc thù của
mạng lưới hiện đang triển khai ở Việt Nam; Với đề xuất cho hệ thống
W-CDMA, kết quả đo kiểm thực hiện trên hệ thống thử nghiệm được
sử dụng để đánh giá độ tin cậy
.
Nội dung luận án bao gồm 4 Chương. Sau phần Mở đầu, Chương
1 trình bày tổng quan về kỹ thuật xử lý mảng theo không gian-thời gian
và đặt vấn đề nghiên cứu. Chương 2 đi sâu vào phân tích các anten
mảng nhiều phần tử được sử dụng trong thông tin di động với hai kỹ
thuật phân tập và tạo búp. Chương này cũng đã đề xuất sử dụng một
thuật toán tạo búp thích nghi kết hợp cả kênh hoa tiêu và lưu lượng cho
hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp. Chương 3 đánh giá hiệu quả của
việc sử dụng anten thông minh trong các hệ thống thông tin di động tổ
ong, đề xuất sử dụng cho hệ thống GSM ở Việt Nam có xem xét đến
ảnh hưởng của pha-đinh và che khuất. Trên cơ sở nhận xét về những
hạn chế của hệ thống anten thông minh thử nghiệm cho W-CDMA, qua
phân tích các đặc tính của kỹ thuật phân tập và tạo búp trong môi
trường pha-đinh và nhiễu đa truy nhập, Chương 4 đã đề xuất sử dụng
kỹ thuật phối hợp cho chép đạt được ưu điểm của cả hai kỹ thuật phân
tập và tạo búp cho hệ thống W-CDMA. Kết quả đo kiểm được thực
hiện trên hệ thống anten thông minh thử nghiệm cho W-CDMA tại
Viện nghiên cứu Điện tử Viễn thông Hàn Quốc (ETRI) để đánh giá độ
tin cậy của phương án đề xuất. Cuối cùng là phần kết luận và hướng
phát triển tập trung vào những kết quả mới đạt được của luận án.

-3-

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ MẢNG THEO KHÔNG GIAN-THỜI GIAN
1.1. Sơ lược về quá trình phát triển kỹ thuật xử lý tín hiệu mảng
1.1.2. Tín hiệu trong miền thời gian, không gian
1.1.2.1. Biểu diễn tín hiệu theo thời gian
Tín hiệu thực s(t) có biến đổi Fourier là S(f).
Nếu nói tín hiệu là thực, nghĩa là ta chỉ xét các tần số dương. Gọi
z(t) là đường bao phức của tín hiệu thực s(t), và Z(f) là biến đổi
Fourier của z(t). Đường bao phức cho tần số f
c
nào đó (tần số sóng
mang) được xác định trong miền Fourier là:
Z(f-f
c
) = 2u(f)S(f) (1.2)
trong đó hàm bước đơn vị được định nghĩa là:



<
≥
=
0
0
0
1
)(
f
f
fu

Tín hiệu thực s(t) có thể viết là:
{
}
tfj
c
etzts
π
2
)(Re)( =
(1.4)
Ký hiệu phần thực và phần ảo của z(t) tương ứng là x(t) và y(t),
z(t) = x(t) + jy(t) (1.5)
Kết hợp với phương trình (1.4) ta có:
s(t) = x(t)cos2πf
c
t - y(t)sin2πf
c
t (1.6)
1.1.2.2. Biểu diễn tín hiệu theo không gian-thời gian
Bằng cách sử dụng nhiều antnen có phân cực hoặc vị trí khác nhau
ở phía thu và hoặc phát, chiều không gian sẽ được thêm vào. Việc xử
lý tín hiệu được thực hiện theo cả miền không gian và thời gian được
gọi là xử lý không gian-thời gian. Tín hiệu có thêm chiều không gian
(không gian-thời gian) được biểu diễn như sau:
s(t,x,y,z) = s(t,r
) (1.7)
trong đó véc-tơ r
biểu diễn 3 biến không gian (x,y,z)
1.1.2.3. Các kỹ thuật xử lý tín hiệu

Như vậy, ngoài kỹ thuật xử lý tín hiệu theo thời gian kinh điển, tín
hiệu có thể được xử lý theo chiều không gian, hoặc cả không gian và
thời gian (xử lý không gian-thời gian).
Hạn chế của mô hình không gian trong việc đánh giá tín hiệu là chỉ
tiêu sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác của mô hình, trong khi
-4-
luôn tồn tại một sự khác biệt giữa mô hình và hệ thống thực tế. Do đó,
anten mảng phải được định cỡ (điều chỉnh) để mô hình không gian này
đúng với hệ thống thực. Việc đánh giá kênh và vết không gian cũng có
thể được cải thiện nếu ta kết hợp được một mô hình không gian với các
đặc trưng thời gian.
1.2. Xử lý không gian-thời gian trong thông tin di động
1.2.1. Mô hình hệ thống không gian-thời gian
Mô hình hệ thống xử lý không gian-thời gian tổng quát có nhiều
phần tử anten được sử dụng tại máy phát và máy thu (MIMO) thường
không được sử dụng trong thực tế, mà ta thường xét một số cấu hình
kênh khác có một anten tại máy di động và nhiều anten tại trạm gốc.

Kỹ thuật xử lý không gian - thời gian cho phép cải thiện chất lượng
kênh truyền theo 2 cách: Cách thứ nhất là sử dụng phân tập để giảm
thiểu ảnh hưởng của pha-đinh đối với tín hiệu thu được, cách thứ hai là
làm thay đổi thích nghi giản đồ phương hướng của hệ thống anten để
giảm thiểu mức nhiễu đa truy nhập (MAI) tại máy thu. Khái niệm xử lý
không gian-thời gian và anten thông minh được hiểu như sau:
• Xử lý không gian - thời gian là kỹ thuật giảm thiểu pha-đinh và
nhiễu đa truy nhập thông qua việc sử dụng tích hợp anten nhiều
phần tử, kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến, cấu trúc máy thu tiên tiến
và sửa lỗi trước.
• Anten thông minh là hệ thống kết hợp anten với các thuật toán xử
lý tín hiệu để tạo ra một hệ anten có các tính năng linh hoạt.

Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật xử lý không gian-thời gian và anten thông minh
Tạo búp
Xử lý không gian-thời gian:
Giảm thiểu pha-đinh và MAI
Anten thông
minh
Các kỹ thuật xử
lý tín hiệu cao cấp
Cấu trúc máy
thu cao cấp
Sửa lỗi
trước (FEC)
Phân tập
Chia séc-tơ
-5-
1.3. Phân loại anten
Các kỹ thuật anten thông minh có thể được phân thành ba loại
chính: tạo búp sóng, phân tập, và chia séc-tơ (dẻ quạt). Tùy theo
phương thức thực hiện mà các kỹ thuật tạo búp sóng và phân tập có thể
tiếp tục được phân loại cụ thể hơn nữa như Hình 1.4.

Hình 1.4. Phân loại anten thông minh
1.4. Đặt vấn đề nghiên cứu
Nhờ sử dụng nhiều phần tử anten, kỹ thuật xử lý không gian-thời
gian cho phép tối ưu hoá quá trình thu hoặc phát tín hiệu bằng cách xử
lý theo cả hai miền không gian và miền thời gian tại máy thu phát. Việc
xử lý tín hiệu trên anten mảng có thể dựa trên hai kỹ thuật chính là
phân tập hoặc tạo búp. Tuy nhiên, hai kỹ thuật này lại có phần trái
ngược nhau. Kỹ thuật phân tập có chỉ tiêu càng tốt khi mức độ tương
quan của tín hiệu ở các nhánh càng nhỏ. Điều này là ngược lại đối với
kỹ thuật tạo búp.
Đối với kỹ thuật tạo búp, do khả năng xử lý của thiết bị thực tế còn
nhiều hạn chế nên các hệ thống thử nghiệm đều chỉ sử dụng các thuật
toán kinh điển như trung bình bình phương nhỏ nhất, bình phương nhỏ
tối thiểu đệ qui Việc xem xét, phát triển các thuật toán tạo búp có tốc
độ hội tụ nhanh hơn nhưng không làm tăng độ phức tạp tính toán để
phù hợp với khả năng xử lý của các thiết bị hiện có cho hệ thống
CDMA trải phổ trực tiếp cụ thể sẽ làm cho việc ứng dụng anten thông
minh có chỉ tiêu tốt cho các hệ thống CDMA khả thi hơn.
Anten thông
minh
Tạo búp
són
g

Phân tập
Chia
séc-tơ
Thích nghi
Chuyển búp

Phát
Thu: MRC, lựa
ch
ọ
n
,

t
ăn
g
ích đều
-6-
Đối với hệ thống GSM, việc nghiên cứu hiệu quả của việc sử dụng
anten thông minh đối với cấu hình hệ thống GSM hiện đang được triển
khai ở Việt Nam và đề xuất sử dụng anten thông minh cho mạng GSM
một cách phù hợp sẽ giúp tăng dung lượng mạng và có ý nghĩa thực
tiễn cao.
Mặc dù dựa trên nền tảng băng rộng, các hệ thống WCDMA hiện
nay vẫn còn bị hạn chế rất nhiều về khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao.
Việc nghiên cứu các kỹ thuật áp dụng cho anten mảng sao cho tận dụng
được ưu điểm của việc giảm nhiễu búp sóng mà vẫn có được phân tập
thu có khả năng cải thiện được chỉ tiêu hệ thống, giúp cho việc truyền
dữ liệu tốc độ cao trở nên khả thi.

Chương 2
KỸ THUẬT XỬ LÝ ĐỐI VỚI ANTEN MẢNG
2.1. Kỹ thuật phân tập
Các tín hiệu thu được từ các nhánh anten khác nhau phải không
hoặc ít tương quan với nhau, để nếu tín hiệu ở một phần tử bị pha-đinh
sâu thì vẫn có khả năng phục hồi được bằng cách thu ở nhánh anten

khác.
Có 3 cách cơ bản để kêt hợp tín hiệu trong một anten mảng phân
tập : Chọn lọc, Tỉ lệ cực đại (MRC), và Tăng ích đều. Phương pháp kết
hợp tỉ lệ cực đại có chỉ tiêu tốt nhất nhưng cũng phức tạp nhất và được
phân tích sâu để làm cơ sở cho những đề xuất, so sánh sau này.
2.1.4. Ảnh hưởng của tương quan nhánh
Chỉ tiêu kỹ thuật phân tập sẽ giảm khi các nhánh không hoàn toàn
bất tương quan với nhau. Sự tương quan nhánh có thể bị ảnh hưởng với
một số yếu tố như sự giải-trải góc của các sóng tới hay ghép cặp lẫn
nhau giữa các phần tử anten. Ví dụ, với một sóng tới phẳng, hai nhánh
sẽ luôn tương quan bất kể khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu.
Hệ số tương quan với sóng phẳng từ mặt phẳng xy là :
φ
ρ
cos
12
djk
o
e
−
=
(2.32)
Đường bao tương quan giữa 2 nhánh là ρ
e
≈ |ρ
12
|
2
. Trong trường
hợp có tương quan giữa các nhánh, hàm phân bố tích luỹ của tín hiệu

kết hợp tính trong (2.23) sẽ được biến đổi thành:
-7-
[]
Γ−−Γ+−
−−+−=
|)|1/(
12
|)|1/(
12
12
1212
|)|1(|)|1(
||2
1
1)(
ργργ
ρρ
ρ
γ
ss
eeP
s
(2.33)
Với trường hợp đặc biệt là tương quan hoàn hảo, tức là ρ
12
=1, biểu
diễn trên có thể rút gọn tương ứng với trường hợp M=1 (chỉ có 1 nhánh
anten)
2.2. Kỹ thuật tạo búp sóng
2.2.1. Chuyển búp sóng

Anten chuyển búp sóng tạo ra nhiều búp sóng kề nhau mà đầu ra
có thể chuyển tới một hoặc nhiều máy thu nhất định. Do đó một ô được
chia thành một nhóm các búp sóng liên tục. Hệ thống chuyển búp sóng
đơn giản chỉ yêu cầu một mạch tạo búp sóng, một chuyển mạch cao tần
có điều khiển logic để chọn búp sóng mong muốn. Mỗi máy thu phải
có một cơ chế lựa chọn búp sóng để có thể chọn được búp sóng mong
muốn dựa vào các vector trọng số đã định. Cơ chế cho việc lựa chọn
búp sóng hiệu quả khá phức tạp và phụ thuộc vào phương pháp truy
nhập theo CDMA, TDMA hay FDMA.

2.2.2. Tạo búp sóng thích nghi
Kỹ thuật tạo búp sóng thích nghi hiệu chỉnh một cách linh hoạt
giản đồ phương hướng của anten mảng theo môi trường tín hiệu cao
tần (RF), định hướng búp sóng tới người sử dụng mong muốn, đồng
thời làm suy giảm tăng ích anten ở hướng gây nhiễu. Tuy có chỉ tiêu tốt
hơn, anten mảng thích nghi thường phải sử dụng những xử lý số phức
tạp nên có chi phí tốn kém hơn hệ thống chuyển búp sóng.

Hình 2.7. Anten mảng thích nghi
Điều khiển
-8-
Với anten mảng thích nghi như cho trong Hình 2.7, đầu ra của
mảng được tính bằng:
y(t)=w
H
x(t) (2.41)
trong đó w
H
là biến đổi liên hợp phức chuyển vị của vectơ trọng số w.
Các trọng số phức của mỗi phần tử của anten mảng có thể được

tính toán nhằm tối ưu một vài đặc tính nào đó của tín hiệu thu được.
2.2.2.5. Trọng số tối ưu
Để tối ưu các trọng số phần tử, chúng ta cần giảm thiểu lỗi trung
bình bình phương giữa đầu ra của mảng và tín hiệu chuẩn d(t). Việc tối
ưu hoá SINR sẽ làm cho các trọng số lệch đi một đại lượng nhân vô
hướng so với các trọng số trình bày ở đây. Xử lý chênh lệch này như
đối với trường hợp các phần tử đẳng hướng, và nghiệm của các trọng
số tối ưu là:
-1
=
opt xx xd
wRr
(2.48)
Như vậy, vấn đề là cần cập nhật trọng số tối ưu với một thuật toán
nào đó có chỉ tiêu tốt nhưng vẫn đảm bảo được khả năng thực hiện với
thiết bị thực tế.
2.2.3. Các thuật toán thích nghi
2.2.3.1. Trung bình bình phương nhỏ nhất (LMS)
][][]1[)(
1
*
11
npnnwnw
LMSp
εµ
+−=
(2.49)
Ưu điểm: Luôn luôn hội tụ
Nhược điểm: Yêu cầu tín hiệu tham khảo
2.2.3.2. Nghịch đảo ma trận liên hợp lấy mẫu trực tiếp

Công thức cập nhật trọng số vẫn là công thức (2.48), nhưng R
xx
và
r
xd
được đánh giá từ dữ liệu được lấy mẫu trên một khoảng thời gian
xác định.
,)()(
ˆ
2
1
∑
=
=
N
Ni
H
xx
ixixR
(2.50)
∑
=
=
2
1
)()(*
ˆ
N
Ni
xd

ixidr
(2.51)
Ưu điểm: Luôn luôn hội tụ; tốc độ hội tụ nhanh hơn LMS.
Nhược điểm: Yêu cầu tín hiệu tham khảo; tính toán phức tạp
2.2.3.3. Thuật toán bình phương tối thiểu đệ quy
Thuật toán này ước lượng R
xx
và r
xd
sử dụng các tổng trọng số là:
-9-
(2.52)
(2.53)
Ưu điểm: Luôn luôn hội tụ; tốc độ hội tụ gấp 10 lần so với LMS
Nhược điểm: Cần đánh giá ban đầu về R
xx
-1
và tín hiệu tham khảo
2.2.3.4. Các thuật toán quyết định trực tiếp
Các trọng số có thể được cập nhật sử dụng bất kỳ thuật toán nào ở
trên, nhưng tín hiệu chuẩn thu được từ quá trình thực hiện giải điều chế
tín hiệu y(t). Tức là không yêu cầu thông tin chuẩn từ bên ngoài, nhưng
không đảm bảo sự hội tụ bởi vì y(t) có thể khác d(t).
2.2.3.5. Thuật toán hằng số theo khối
*
( +1)= ()- () ()wn wn
µ
xnε n
(2.57)
Ưu điểm: Không yêu cầu tín hiệu tham khảo

Nhược điểm: Về mặt lý thuyết, có thể không hội tụ.
2.2.3.7. Nhận xét
Mỗi thuật toán khác đều có những ưu nhược điểm riêng. Trong khi
môi trường truyền sóng di động thay đổi liên tục, những hạn chế về khả
năng tính toán tức thời của thiết bị thực tế chỉ cho phép các hệ thống
thử nghiệm sử dụng các thuật toán kinh điển không đòi hỏi quá trình
tính toán quá phức tạp. Đổi lại, tốc độ hội tụ của thuận toán có thể
chậm hơn hoặc thậm chí không được đảm bảo như với trường hợp
thuật toán hằng số theo khối.
2.3. Thuật toán tạo búp thích nghi có hỗ trợ của kênh hoa
tiêu cho đường lên DS-CDMA
2.3.1. Anten thông minh cho DS-CDMA
Đường lên của hệ thống DS-CDMA là nhất quán. Để có thể tách
tín hiệu nhất quán, hệ thống phải hỗ trợ một kênh hoa tiêu ở đường lên.
Phần này đề xuất sử dụng một thuật toán tạo búp thích nghi khác các
thuật toán khác ở chỗ có sự hỗ trợ thêm của kênh hoa tiêu cho đường
lên DS-CDMA nhất quán.
Ngoài thuật toán LMS để cập nhật các trọng số của bộ tạo búp cho
kênh hoa tiêu, thuật toán hằng số theo khối cũng được sử dụng để tận
dụng thông tin trên kênh lưu lượng. Nhờ phép cập nhật kết hợp cả
-10-
LMS và thuật toán hằng số theo khối, tốc độ hội tụ của bộ tạo búp thích
nghi sẽ nhanh hơn.
2.3.3. Kết hợp theo không gian ở máy thu trạm gốc
Định nghĩa véc-tơ trọng số đầu tiên của bộ tạo búp cho kênh hoa
tiêu là:
T
L
w ] [
1,1,21,11

ωωω
=
(2.76)
Từ tiêu chí lỗi trung bình bình phương (MSE) trong (2.79), một
thuật toán LMS để tính toán thích nghi véc-tơ trọng số có thể được rút
ra. Do đó:
][][]1[)(
1
*
11
npnnwnw
LMSp
εµ
+−=
(2.81)
Như đã đề cập:
1
A
<
1
A
, tức là biên độ của kênh hoa tiêu nhỏ hơn
kênh lưu lượng. Như vậy, véc-tơ trọng số từ (2.81) có thể không đủ để
đánh giá tốt ký hiệu
][][
ˆ
111
nrwns
H
=

. Nếu có thể, kênh lưu lượng sẽ được
tận dụng để tìn một véc-tơ trọng số tốt hơn w
1
[n].
Hàm chi phí có thể được xác định để tìm véc-tơ trọng số w
1
là:
[
]
22
111
)|][|()( nrwAEwC
H
r
−=
(2.83)
Thuật toán hằng số theo khối gắn với
)(wC
r
này được viết là:
][][]1[][
1
*
11
nrnnwnw
CMSr
εµ
+−=
(2.84)
trong đó:

CMS
ε
là hàm lỗi tính bằng:
][]1[)|][]1[|(][
1
2
111
nrnwnrnwAn
HH
CMS
−−−=
ε
(2.85)
và µ
r
là tăng ích thích nghi của thuật toán hằng số theo khối.
Thuật toán hằng số theo khối không đảm bảo chắc chắn hội tụ,
trong khi thuật toán LMS thì lại đảm bảo. Để có véc-tơ trọng số tốt hơn
w
1
[n], ta sẽ sử dụng kết hợp đồng thời hai thuật toán này.
Không làm mất tính tổng quát, giả sử rằng A
1
=1 và
1
A
=a. Định
nghĩa hàm chi phí kết hợp là:
)()1()()(
1

wCwCwC
rp
λ
λ
−
+
=
(2.86)
trong đó 0≤λ≤1. Thuật toán thích nghi gắn với hàm chi phí hỗn hợp là:
][][)1(][][]1[][
1
*
1
*
11
nrnnpnnwnw
CMSrLMSp
εµλελµ
−++−=
(2.87)
Thuật toán thích nghi ở trên tạm gọi là thuật toán kết hợp LMS và
hằng số theo khối. So sánh (2.87) với công thức cập nhật trọng số
LMS (2.81), ta thấy rằng với thuật toán mới, có thêm một đại lượng là
phần cuối trong công thức (2.87), do đó rõ ràng là tốc độ hội tụ sẽ
nhanh hơn.
-11-
2.4. Tổng kết chương
Việc xử lý tín hiệu trên anten mảng có thể dựa trên hai kỹ thuật
chính là phân tập hoặc tạo búp. Với kỹ thuật phân tập, tín hiệu ở các
nhánh anten khác nhau được giả thiết là không tương quan, nghĩa là chỉ

tiêu hệ thống càng tốt khi mức độ tương quan của tín hiệu ở các nhánh
càng nhỏ. Trong khi đó, kỹ thuật tạo búp lại lợi dụng tính tương quan
của tín hiệu ở các nhánh, do đó phát sinh mâu thuẫn giữa việc tránh
làm nhiễu búp sóng và mong muốn có được phân tập thu.
Chương này cũng đã đề xuất sử dụng thuật toán dùng cả kênh hoa
tiêu và kênh lưu lượng cho kỹ thuật tạo búp. Ngoài thuật toán trung
bình bình phương nhỏ nhất để cập nhật các trọng số của bộ tạo búp cho
kênh hoa tiêu, thuật toán hằng số theo khối cũng được sử dụng để tận
dụng thông tin trên kênh lưu lượng. Nhờ phép cập nhật kết hợp cả thuật
toán này, tốc độ hội tụ của bộ tạo búp thích nghi sẽ nhanh hơn.

Chương 3
HIỆU QUẢ VỀ DUNG LƯỢNG CỦA ANTEN THÔNG MINH
ĐỐI VỚI HỆ THỐNG GSM
3.1. Đánh giá hiệu quả về dung lượng khi sử dụng anten
thông minh chuyển búp sóng
Trong hệ thống thông tin di động tổ ong, nếu tổng số kênh phân bổ
cho một nhà cung cấp dịch vụ là N
t
, thì số kênh này thường được chia
đều để sử dụng cho các ô trong một cụm (cluster), cấu trúc cụm này
được tái sử dụng (lặp lại) trong toàn hệ thống. Nếu số ô trong một cụm
là N thì số kênh trên một ô là:
N
c
=N
t
/N (3.1)
Nếu giả sử lưu lượng tiêu biểu của người sử dụng là E
u

, số người
sử dụng K hỗ trợ trên một kênh là (E/N
k
)/E
u
. Để tính lưu lượng với
anten chuyển búp sóng, số kênh trên tổng kênh cần được dùng trong
(3.9) là số kênh hiệu dụng trên một ô, N
ce
. Tổng số thuê bao trên ô, K
sb

= kN
ce
, với hệ thống chuyển búp sóng có p=0,01 là
K
sb
=
Eu
Nce
[0,855 tanh(0,07N
ce
) – 1,41x10
-3
N
ce
2
e
-0,07Nce
] (3.10)

Trái lại số người dùng trên một ô với anten đẳng hướng, K
omni
, và
với anten sector m-búp sóng, K
sec
với p = 0,01 là:
-12-
K
omni
=
Eu
Nc
[0,855 tanh(0,07N
c
) – 1,41x10
-3
N
c
2
e
-0,07Nc
] (3.11)
K
sec
=
Eu
Nce
[0,855 tanh(
m
Nce07,0

) – 1,41x10
-3
m
Nce
e
m
Nce
07,0
2
−






]
Cũng cần chú ý rằng phương trình (3.9-3.10) có ý nghĩa cho CIR
không đổi, cần giữ CIR là hằng số khi độ rộng búp sóng bị hẹp đi 1/m,
kích cỡ cụm đã được chuyển thành N
e
như chỉ ra trong phương trình
(3.7).
3.2. Kết quả tính số
Dựa trên bài toán thiết lập ở trên, một phần mềm dựa trên ngôn
ngữ lập trình Matlab đã được xây dựng. Môi trường hoạt động yêu cầu
của chương trình: Matlab 6.0, Windows 95.
3.2.2. Hiệu quả về dung lượng đối với hệ thống GSM

Tổng băng thông của một nhà khai thác di động ở Việt Nam hiện

nay là 8 MHz cho một chiều lên hoặc xuống. Với hệ thống GSM, mỗi
kênh tần số cần băng thông là 200 kHz và có thể mang 8 kênh lưu
lượng (thoại) thì tổng số kênh lưu lượng N
t
= 8 MHz/200 kHz x 8 =
320. Thực tế, một số kênh sẽ phải dùng làm kênh điều khiển cho các
việc như phân bổ kênh, nhắn tin, thông báo.v.v. Với các mẫu tái sử
dụng N=4 CIR cho anten đẳng hướng là 16,5 dB. Kết quả cải thiện
dung lượng của anten chuyển búp sóng có thể đạt khoảng 30% so với
anten có vùng phủ dẻ quạt, xem Hình 3.4.










Hình 3.4. Tăng dung lượng bằng anten
chuyển búp sóng cho nhà khai thác
GSM có b
ă
n
g
thôn
g
8 MHz,
N

=4
Hình 3.5. Tăng dung lượng cho nhà
khai thác GSM có băng thông 12,5
MHz,
N
=4.
-13-

Trường hợp nhà khai thác GSM có băng thông 12,5MHz, N
t
=
12,5MHz/200 kHz x 8 = 500 dung lượng hệ thống lớn hơn nhiều so với
hệ thống AMPS, xem Hình 3.5.
3.2.3. Đề xuất cơ cấu sử dụng tần số cho mạng GSM ở Việt Nam khi
sử dụng anten thông minh

Như kết quả tính số trong Hình 3.6, với các mẫu tái sử dụng N=4
CIR cho anten đẳng hướng là 16,5 dB. Khi số búp sóng được tăng lên
tới 12 thì CIR tăng lên tới 25,5 dB - lớn hơn nhiều so với CIR yêu cầu.
Với N=3, CIR tăng từ 13,5 dB lên 24 dB khi chuyển từ anten đẳng
hướng sang anten thông minh 12 búp sóng – cũng lớn hơn hiều so với
giá trị CIR =16,5 dB của trường hợp anten đảng hướng, N=4. Với N=1
(mỗi trạm gốc có thể sử dụng tất cả các tần số giống nhau, như đối với
CDMA), CIR chỉ đạt 13,5 dB khi sử dụng 12 búp sóng- giá trị này lớn
hơn CIR yêu cầu đối với hệ thống GSM (8-9dB) tuy nhiên có thể
không đủ dự trữ cho pha-đinh.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
5
10

15
20
25
30
So beam, m
CIR, dB

Hình 3.6. Thay đổi CIR khi hệ số tái sử dụng tần số giảm từ 4 xuống 1
(__: N=4, -x-: N=3, -o-: N=1)
Như vậy ta có thể đề xuất mẫu tái sử dụng tần số N=3 cho mạng
GSM ở Việt Nam khi có sử dụng anten thông minh. Kết quả là, hệ
-14-
thống sẽ được cải thiện dung lượng đáng kể. Với hệ số tái sử dụng N =
3, dung lượng hệ thống đạt hơn 4000 thuê bao so với hơn 3000 thuê
bao khi N=4 với trường hợp 3 búp sóng, Xem Hình 3.7. Với băng
thông 12,5MHz dung lượng hệ thống còn lớn hơn nữa (Hình 3.8).












3.4. Hiệu quả về dung lượng của anten chuyển mạch búp
với ảnh hưởng của che khuất và pha-đinh

Nếu tổng số ô đồng kênh là N
I
=6 và nếu chúng hoạt động độc lập
với nhau thì p(i) là kết qủa xác suất gieo xúc xắc sáu mặt được mô tả
bằng phân bố binominal. Do đó:

()
6
6
() 1
i
i
cc
pi p p
i
−

=−


(3.46)
Từ phương trình (3.26) và (3.45), tổng xác suất mất liên lạc khi có
sáu nguồn nhiễu là:

1
()()
i
out w i
k
P

Pr qR i pi
=
=<
∑

=
ii
i
iw
mm
i
iqRrP
−
=






−















<
∑
6
6
1
1
6
)|(
ςς
(3.47)
Quan hệ giữa hiệu suất phổ của hệ thống anten chuyển búp sóng
với anten đẳng hướng là:
Hình 3.7. Tăng dung lượng bằng anten
chuyển búp sóng cho nhà khai thác
GSM có b
ă
n
g
thôn
g
8 MHz,
N
=3.
Hình 3.8. Tăng dung lượng cho nhà
khai thác GSM có băng thông 12,5

MHz,
N
=3.
-15-

(
)
()
(
)
()


se
se
sb N omni
omni N s b
η
η
=
(3.50)
Phương trình (3.50) được tính số và vẽ trong Hình 3.15, ta thấy
rằng hiệu suất phổ khi dùng anten chuyển búp sóng trong môi trường
pha-đinh và che khuất thậm chí còn lớn hơn trong không gian tự do.
Do vậy, việc sử dụng anten nhiều búp sóng càng đem lại lợi ích hơn
trong môi trường pha-đinh và che khuất, mẫu tái sử dụng tần số nhỏ
hơn là hoàn toàn có thể áp dụng được.
3.5. Tổng kết chương
Anten thông minh chuyển búp sóng có thể làm dung lượng hệ
thống GSM hiện tại (N=4) tăng thêm 30% so với anten dẻ quạt, và lớn

gấp 3 lần so với anten đẳng hướng. Chương này cũng đã đề xuất sử
dụng mẫu tái sử dụng tần số mới N=3 khi dùng anten thông minh cho
hệ thống GSM ở Việt Nam cho phép dung lượng tăng thêm 30% nữa.
Việc tính toán tỉ số CIR đã bao gồm mức dự trữ công suất từ
7,5dB đến 8,5dB cho pha-đinh và che khuất. Ngoài ra, hiệu suất phổ
khi dùng anten chuyển búp sóng so với anten đẳng hướng trong môi
trường pha-đinh và che khuất lớn hơn trong không gian tự do. Do vậy,
mẫu tái sử dụng tần số N=3 là hoàn toàn có thể áp dụng được.
Chương 4
PHỐI HỢP KỸ THUẬT TẠO BÚP VÀ PHÂN TẬP CHO HỆ
THỐNG W-CDMA
4.1. Hệ thống W-CDMA
Bảng 4.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của W-CDMA
Cơ cấu đa truy nhập DS-CDMA
Cơ cấu song công FDD/TDD
Dịch vụ gói Hai chế độ (kênh phối hợp và dùng
riêng)
Cơ cấu tốc độ thay đổi/ đa tốc độ hệ số trải thay đổi và đa mã
Tốc độ chíp 3,84 Mcps
Khoảng cách sóng mang 4,4-5,2 MHz (bảo vệ 200 kHz)
Độ dài khung 10 ms
Đồng bộ liên trạm gốc FDD: không cần đồng bộ chính xác
Cơ cấu mã hoá kênh Mã chập (tốc độ 1/2 và 1/3)
-16-
4.2. Phối hợp kỹ thuật tạo búp sóng và phân tập cho hệ
thống W-CDMA
4.2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật tạo búp sóng
Xét trường hợp chỉ một anten phát (M
T
=1), một nhánh phân tập

thu (M
D
=1) và M
B
phần tử anten tạo búp được sử dụng với một máy
thu RAKE có L
R
“nhánh”. Bộ tạo búp M
B
phần tử tạo ra mẫu búp anten
trùng với hàm mật độ xác suất của hướng tới của tín hiệu người sử
dụng. Có rất nhiều các thuật toán khác nhau để xác định tập hợp trọng
số w
(k)
đã được đề xuất trong thời gian gần đây. Nhưng cần chú ý rằng
kết quả phân tích chỉ tiêu BER không phụ thuộc vào những giá trị
trọng số anten cụ thể. Các phần tử anten được giả thiết là đặt cách nhau
đủ gần để đảm bảo sự tương quan cao ở mỗi phần tử anten.
Số nhánh RAKE L
R
có thể bằng, lớn hơn hoặc nhỏ hơn số tín hiệu
đa đường thu được L. Do đó tín hiệu thu được đầu tiên sẽ được xử lý
bởi bộ tạo búp, sau đó mới được trải phổ. Biến quyết định của bít thứ i
của người dùng j ở đầu ra máy thu RAKE có thể được viết như sau:
∑
=
=
R
L
n

j
n
j
iS
1
)()(
)({
ζ
+
)(
)(
iI
j
si
n
+
)(
)(
iI
j
mai
n
+
)}(
)(
i
j
n
η
(4.7)

SNR tính được bằng:
SNR =
2
2
T
S
U
σ
(4.8)
Đại lượng tổng nhiễu trở thành:
()
(
)
(
)
∑
=
++=
R
qnn
L
n
j
mai
j
siT
1
2
2
)(

2
)(2
σσσσ
(4.13)
Đầu ra tín hiệu mong muốn của máy thu phối hợp RAKE có thể
được viết là:
()
∑
=
=
R
L
n
j
n
j
sb
S
w
TE
U
1
2
)()(
||||
2
β
(4.14)
Với điều chế nhất quán, BER có điều kiện trên SNR tức thời S có
thể được biểu diễn như sau

).(
0|
sQP
Se
σ
=
(4.16)
-17-
trong đó Q(x) =
∫
∞
−
x
t
dte
2/
2
2
1
π
là hàm-Q. SNR đầu ra (như định nghĩa
trong(4.8)) có thể được viết theo dạng yêu cầu của (4.16) là:
∑
=
=
R
L
n
j
n

S
1
2)(
)(
β
(4.17)
và
()





Ω=
∑
≠
=
)(
1
2
)(
0
}{
2
1
j
l
L
nl
l

ji
RE
N
σ

(
)
1
2)(
0
1
)(
1
2
)(
||||2
}{
3
1
−
≠
==





+Ω+
∑∑
j

b
K
jk
k
k
l
L
l
jk
wE
N
RE
N
(4.18)
giả thiết ||w
(k)
||
2
bằng nhau với mọi k.
Hàm mật độ xác suất tổng quát cho tổng số tuỳ ý các biến ngẫu
nhiên phân bố gamma tương quan được đưa ra, và ta có:
p
S
(s) =
∫
∞
∞−
−
Φ dtet
its

S
)(
2
1
π
(4.19)
trong đó Φ
s
(t) là hàm đặc trưng. BER cho hệ thống tạo búp có 1 máy
thu RAKE bây giờ có thể biểu điễn như sau:
P
e
=
∫
∞
∞−
dsspP
SSe
)(
|
(4.20)
4.2.2. Chỉ tiêu kỹ thuật phân tập thu
Với hệ thống phân tập, các phần tử của mảng phân tập cách nhau
xa hơn. Nghĩa là L tín hiệu đa đường không tương quan đến phần tử
thứ nhất của mảng phân tập không giống thành phần đa đường không
tương quan ở các phần tử khác của mảng. Thực tế, khi một số phần tử
của mảng phân tập được đặt cách xa nhau (20λ hoặc lớn hơn), thì L tín
hiệu đa đường không tương quan thu được ở một phần tử trong mảng
phân tập hoàn toàn khác với L tín hiệu đa đường thu được ở các phần
tử khác. Ngoài ra, khi có từ 2 phần tử phân tập trở lên bắt đầu thu L

s
(L
s

< L) thành phần đa đường giống nhau, sự tương quan giữa các đường
bao pha-đinh cấu thành thu được tăng từ 0 đến một giá trị nhỏ hơn 1.
Nếu L
s
=L thì sự tương quan giữa các đường bao pha-đinh cấu thành thu
được tại mỗi phần tử của hệ thống phân tập sẽ bằng 1.
Xuất phát từ phần trình bày định tính ở trên, biến quyết định của
hệ thống phân tập có thể được viết là:
-18-
∑
=
=
D
D
D
M
m
j
m
j
1
)()(
ζζ
(4.24)
và biểu diễn đầu ra của máy thu RAKE trên một nhánh phân tập cụ thể.
Đầu ra của nhánh phân tập này có dạng giống như đầu ra của bộ tạo

búp mô tả trong (4.7), với L
R
=1, M
B
=1 và m=m
eff
. Từ (4.25), rõ ràng là
đầu ra của M
D
máy thu RAKE lại được phối hợp nhất quán như được
thực hiện bởi bộ phối hợp RAKE dùng trong bộ tạo búp. Như vậy, kết
quả phân tích của BER trình bày trong phần 2 vẫn có giá trị. Do đó, từ
(4.16), cũng có thể tính BER điều kiện của hệ thống phân tập bằng:
).(
0|
sQP
Se
σ
=
(4.26)
trong đó biến ngẫu nhiên công suất tín hiệu thu được S sẽ có pdf khác
với ở công thức (4.16). Với pha-đinh Rayleigh (tham số pha-đinh
Nakagami m =1) có độ lớn đường truyền bằng nhau (Ω=Ω
l
) và tương
quan bằng nhau, trường hợp đặc biệt cho pdf của S là như sau:
×







ΩΓΩ
=
−1
22
)(
1
)(
D
M
D
S
s
M
sp
)1()1(
)1)(1(
,,1.
)1(
exp
)1(
2
1
2
D
M
D
D

D
M
M
spM
MF
s
D
ρρρ
ρρρρ
+−−








Ω+−−








Ω−
−
−

(4.27)
trong đó M
D
là số nhánh phân tập MRC.
4.2.3. Đề xuất phối hợp kỹ thuật tạo búp và phân tập cho hệ
thống W-CDMA
Một hệ thống phối hợp cả tạo búp và phân tập đã được đề xuất để
có được ưu điểm của việc giảm nhiễu búp sóng mà vẫn có được phân
tập thu đặc biệt là trong môi trường pha đinh khi tín hiệu tới các phần
tử anten mảng không bao giờ có thể là tương quan hoàn toàn. Chỉ tiêu
BER cụ thể của hệ thống sẽ tiếp tục được phân tích sau đây.
Như đã phân tích, chỉ tiêu BER của hệ thống phân tập MRC tương
tự chỉ tiêu BER của bộ tạo búp sóng, chỉ khác phần nhiễu. Như vậy để
xác định chỉ tiêu BER của 1 hệ thống kết hợp tạo búp và phân tập,
phương trình (4.26) và (4.17) vẫn có thể dược sử dụng. Khi đó, từng
nhánh trong số M
D
nhánh phân tập bao gồm một bộ tạo búp M
B
phần
tử. Như vậy, khi thành phần nhiễu tác động lên mỗi phần tử trong hệ
thống tạo búp được xác định thì công thức (4.17) được sử dụng. Sau đó
phần nhiễu thu được này lại được sử dụng trong (4.26) cho từng nhánh
trong số M
D
nhánh phân tập.
-19-
4.3. Kết quả mô phỏng
So sánh hệ thống tạo búp và hệ thống kết hợp cả tạo búp và phân
tập được trình bày trong Hình 4.7. Cả hai hệ thống đều sử dụng 4

anten. Bộ tạo búp dùng mảng tuyến tính cách đều với M
B
=4 phần tử,
còn ở hệ thống phối hợp M
B
= 2 phần tử và M
D
= 2 phần tử










Hình 4.7. Kết quả mô phỏng đối với DIV M
D
= 4 anten, BF M
B
= 4 anten và
hệ thống phối hợp ở môi trường không nhìn thẳng
Có thể thấy ngay rằng hệ thống phối hợp nhạy cảm hơn với các giá
trị tương quan lớn – trái ngược với hệ thống phân tập chuẩn đề cập ở
trên; Bộ tạo búp vẫn có chỉ tiêu tốt hơn hệ thống phối hợp ở các giá trị
Eb/No nhỏ. Ở các giá trị Eb/No lớn hơn 8 dB, cơ cấu phối hợp tạo búp
và phân tập mới thực hiện tốt hơn so với bộ tạo búp.
4.4. Đo kiểm hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-

CDMA
4.4.1. Giới thiệu hệ thống thử nghiệm
Viện nghiên cứu ETRI đã phát triển một hệ thống thử nghiệm
anten thông minh cho W-CDMA như sau:
o Bộ mô phỏng thiết bị đầu cuối người sử dụng
o Máy đầu cuối W-CDMA thương mại của Samsung
o Bộ mô phỏng lớp 2/3 ở trạm gốc BS
0246810121416
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0.01
0.1


Pe
Eb/No
DIV
BF
PhoihopDB
-20-

Hình 4.10. Hệ thống anten thông minh thử nghiệm tại ETRI
4.4.4. Kết quả đo kiểm trên hệ thống thử nghiệm
Trong Hình 4.15, ta thấy tỉ số tín hiệu trên tạp âm tăng thêm
khoảng 3,5-4,5dB khi dùng ABF 8-anten so với phân tập 2 anten phân
tập (DIV). Hình 4.16 cho thấy sự cải thiện thêm 1,2dB khi dùng ABF
8-anten thay cho DIV 2-anten. Như vậy, tổng thể chỉ tiêu của hệ thống
được cải thiện khoảng 5,5 – 6 dB khi dùng ABF 8-anten so với DIV 2-

anten (tứ là dung lượng hệ thống có thể tăng khoảng 4 lần).
4.5. Xử lý kết quả đo kiểm và so sánh với kết quả mô
phỏng:
Đề xuất công thức chuyển đổi Eb/No và SIR
target
:
Thay (4.31) vào (4.28), E
b
có thể được tính theo công thức sau
(tính bằng dB)
E
b
= β
2
+ E
s|DPCCH
+ χ + 4,77 (dB) (4.32)
Với SIR
target
=
t
DPCCHS
I
E
|
= 1dB (trong đó I
t
là tổng nhiễu) thì Eb/No
bằng:
Eb/No = 5,45 + 1 – 6 + 4,77 = 5,22 dB (4.33)

Nói cách khác, có thể chuyển đổi
Eb/No = SIR
target
+ 4,22 dB (4.34)
-21-
01234567
1E-5
1E-4
1E-3
0.01
0.1


5 dB
BER
Eb/No
ABF
DIV
Với hệ thống W-CDMA, tỉ lệ lỗi bít khối BLER thấp hơn BER
khoảng 10 lần (nghĩa là nếu BLER =10
-2
thì BER xấp xỉ cỡ 10
-3
). Như
vậy, kết quả đo có thể được biểu diễn lại như Hình 4.17.
Từ Hình 4.17, ta thấy rằng kết quả đo chỉ tiêu cho trường hợp DIV
2-anten rất giống với kết quả mô phỏng cho kỹ thuật phân tập. Còn
trường hợp ABF 8-anten chỉ tiêu đo được tốt hơn kết quả mô phỏng do
hệ thống đo kiểm sử dụng 8 anten để tạo búp trong khi kết quả mô
phỏng được thực hiện cho chỉ 4 anten.

Hình 4.17. Tỉ lệ lỗi bít BER đo được với ABF 8-anten và DIV 2-anten
4.6. Tổng kết chương
Chương này đã đề xuất một kỹ thuật phối hợp cho chép có được ưu
điểm của cả hai kỹ thuật tạo búp và phân tập cho hệ thống W-CDMA.
Hệ thống này sẽ tận dụng được ưu điểm của việc giảm nhiễu búp sóng
mà vẫn có được phân tập thu, đặc biệt là trong môi trường pha đinh khi
tín hiệu tới các phần tử anten mảng không bao giờ có thể là tương quan
hoàn toàn. Kỹ thuật phối hợp này sẽ đặc biệt có ý nghĩa để triển khai
các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao, đòi hỏi có tỉ số Eb/No lớn.
Kết quả đo kiểm trên hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho
W-CDMA tại Viện nghiên cứu ETRI cho trường hợp DIV 2-anten và
ABF 8-anten đã được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của các kết quả
mô phỏng. Để có thể so sánh kết quả mô phỏng và đo kiểm, công thức
chuyển đổi giữa SIR
target
và Eb/No cho hệ thống W-CDMA cũng đã
được xây dựng.
-22-
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận
1. Thuật toán tạo búp thích nghi kết hợp trung bình bình phương nhỏ

nhất và hằng số theo khối trên cả kênh hoa tiêu và kênh lưu lượng
được sử dụng cho đường lên hệ thống DS-CDMA có tốc độ hội tụ
nhanh hơn nhờ phép cập nhật trọng số kết hợp. Thuật toán kết hợp
này hoàn toàn dựa trên hai thuật toán kinh điển, không làm tăng độ
phức tạp tính toán và phù hợp với khả năng xử lý của các thiết bị
hiện nay.
2. Việc ứng dụng anten thông minh chuyển búp sóng ở các hệ thống
thông tin di động GSM hiện tại (N=4) có thể làm dung lượng hệ
thống tăng thêm 30% so với anten dẻ quạt, và lớn gấp 3 lần (khi số
búp sóng của anten là 12) so với anten đẳng hướng. Việc sử dụng
mẫu tái sử dụng tần số mới N=3 được đề xuất trong luận án có thể
tiếp tục làm tăng dung lượng hệ thống lên thêm 30% nữa.
3. Mẫu tái sử dụng tần số mới N=3 cho hệ thống GSM khi sử dụng
anten thông minh là khả thi do tỉ số CIR hiện tại được tính toán, so
sánh đã bao gồm mức dự trữ công suất từ 7,5dB đến 8,5dB đủ dự
phòng cho các ảnh hưởng của pha-đinh và che khuất. Hơn nữa, hiệu
suất phổ khi dùng anten chuyển búp sóng so với anten đẳng hướng
trong môi trường pha-đinh và che khuất đã được chứng minh là lớn
hơn trong không gian tự do.
4. Trong môi trường pha-đinh, tín hiệu tới các phần tử anten mảng
không bao giờ là tương quan hoàn toàn. Kỹ thuật phối hợp tạo búp
và phân tập được đề xuất cho hệ thống W-CDMA tận dụng được ưu
điểm của việc làm giảm nhiễu búp sóng mà vẫn có được phân tập
thu. Kết quả mô phỏng cho thấy trong môi trường nhiều người dùng,
pha-đinh mạnh, kỹ thuật phối hợp tạo búp và phân tập cho chỉ tiêu
tốt hơn hệ thống tạo búp ở giá trị Eb/No lớn hơn 8dB – phù hợp để
triển khai các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao.
5. Kết quả đo kiểm trên hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-
CDMA tại Viện nghiên cứu ETRI - Hàn Quốc cho thấy chỉ tiêu tổng
thể của hệ thống được cải thiện khoảng 5,5 đến 6 dB khi dùng anten

tạo búp sóng thích nghi so với anten phân tập thông thường, tương
-23-
ứng dung lượng hệ thống có thể tăng khoảng 4 lần. Thông qua công
thức chuyển đổi giữa SIR
target
và Eb/No được xây dựng cho hệ thống
W-CDMA, kết quả đo kiểm giống kết quả mô phỏng cho trường hợp
phân tập và trường hợp tạo búp, chứng tỏ kết quả mô phỏng kỹ thuật
phối hợp tạo búp và phân tập cho hệ thống W-CDMA cũng đáng tin
cậy.
Hướng phát triển tiếp theo:
1. Triển khai áp dụng vào thực tiễn thuật toán tạo búp kết hợp trung
bình bình phương nhỏ nhất và hằng số theo khối cho hệ thống W-
CDMA.
2. Đánh giá ảnh hưởng của pha-đinh và che khuất khi sử dụng anten
thông minh cho các điều kiện địa hình, thành phố cụ thể khi triển
khai.
3. Nghiên cứu cấu trúc anten mảng phù hợp cho kỹ thuật phối hợp tạo
búp và phân tập đã đề xuất cho hệ thống W-CDMA.
4. Nghiên cứu bài toán áp dụng anten mảng nhiều phần tử cả ở trạm
gốc và máy di động - MIMO cho W-CDMA với kỹ thuật mã hoá
không gian-thời gian.