ứng dụng giàn anten thích ứng cho thông tin di động cdma

McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-1
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
KHOA VIỄN THÔNG I
§å ¸N TèT NGHIÖP §¹I HäC
ỨNG DỤNG GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG CHO
THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Phạm Thị Thúy Hiền
Sinh viên thực hiện: Vũ Xuân Đại
Lớp: D2001 VT
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-2
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Giới thiệu đề tài
I. Tổng quan về thông tin di động CDMA:
Giới thiệu về thông tin di động và Công nghệ
CDMA
II. Giàn anten thích ứng
- Giới thiệu chung về anten thông minh,

- Giàn anten thích ứng: cấu trúc, thuật toán, …
III. Ứng dụng AAA cho CDMA:
Cho hệ thống DS-CDMA và DS-CDMA đa mã đa tốc độ

Kết luận
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-3
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài:
- Sự phát triển của thông tin di động
- Nhu cầu sử dụng các thiết bị thu phát thông
minh

Mục đích của đề tài: Nghiên cứu các thiết bị
thu phát thông minh, Phương pháp ứng
dụng cho CDMA

Nguồn tài liệu: Từ các sách trong thư viện,
các sách và tài liệu từ các nguồn khác, đặc
biệt là từ Internet.

Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-4
1. Các hệ thống thông tin di động

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất: sử
dụng kỹ thuật truyền dẫn tương tự (Analoge).

Hệ thống thông tin di động thế hệ hai (2G):
GSM sử dụng cả hai công nghệ đa truy nhập
FDMA và TDMA với dải tần sử dụng là 900
MHz.

Hệ thống thông tin di động Thế hệ thứ 3: ứng
dụng công nghệ CDMA, làm việc ở dải tần 2
GHz cho phép cung cấp rất nhiều dịch vụ tốc
độ thấp cũng như tốc độ cao
I.
I.
THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA
THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA

Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-5
2. CDMA và thông tin di động trải phổ

Các phương pháp trải phổ: Trải phổ chuỗi trực tiếp,
trải phổ nhảy tần và trải phổ nhảy thời gian

Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS: thực hiện trải phổ
bằng cách nhân tín hiệu nguồn với chuỗi giả ngẫu
nhiên

Hệ thống TTDĐ CDMA: cho chất lượng truyền dẫn
cao tiết kiệm tần số, và phù hợp với các kiểu dữ liệu

Có 4 cấu trúc mạng CDMA được đưa ra là : release
3, release 4, release 5 và release 2000
I.
I.
THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA
THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA

Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-6
- Anten thông minh: hệ thống anten làm tăng
sự liên kết giữa các thiết bị
- Nguyên lý hoạt động của anten thông minh
Hệ thống anten gồm nhiều phần tử kết hợp
với DSP cho phép thay đổi đồ thị bức xạ cho
phù hợp với hệ thống.
- Phân loại:
Anten chuyển búp và Giàn anten thích ứng
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
II.
II.
GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG
GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-7

Giàn anten thích ứng (Adaptive Array

Antena) là hệ thống gồm giàn chấn tử
anten và bộ xử lý thích ứng thời gian
thực để tự động điều khiển búp sóng
Gi
Gi
ớ
ớ
i thi
i thi
ệu
ệu
chung
chung
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-8
x
1
(t)
x
2
(t)
x

M
(t)
Hình 2.4 Giàn anten thích ứng M phần tử
Các búp sóng
….
Chấn tử
anten
1
2
M
Bộ xử lý thích ứng
Tín hiệu ra
y(t)
Σ
Xử lý
tín hiệu
Điều khiển
thuật toán
ω
1
ω
2
ω
M
C
C
ấu
ấu
tr
tr

úc
úc


AA
AA
A
A
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-9
Xét giàn M chấn tử

Tín hiệu nhận được tại chấn tử thứ m
là:

Tín hiệu thu được cho người dùng thứ
i:
D
D
ạng
ạng
t

t
ín
ín
hi
hi
ệ
ệ
u
u
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
θ
λ
π
sin)1(
2
).()(
dmj
m
etstx
−−
=
∑
=

−=
i
Pi
p
pipipipii
tsatx
1
,,,,
)()()(
τθα
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-10

Tạo búp sóng: Dựa vào dữ liệu đầu vào
để điều chỉnh tạo ra búp sóng phát phù
hợp với hướng thu của thiết bị.
Tín hiệu đầu ra có dạng:
y(t) = ω
H
x(t) (2.9) (2.15)
T
T
ạo
ạo
b
b
úp
úp
s
s

óng
óng
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-11
Tiêu chuẩn lựa chọn hiệu năng
Tiêu chuẩn lựa chọn hiệu năng
1. Bình phương trung bình lỗi nhỏ nhất (MMSE)
ω
MMSE
= R
xx
-1
r
xr
2. Tỉ số tín hiệu trên tạp âm và nhiễu lớn nhất
(MSINR)
ω
MSINR
= βR
uu
-1
a(θ)

3. Độ dao động nhỏ nhất (MV)
ω
MV
= βR
uu
-1
a(θ)
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-12
Thuật toán thích ứng
Thuật toán thích ứng
1. Trung bình bình phương bé nhất (LMS)
ω(n+1) = ω(n) + μx(n)e
*
(n) (2.44)
2. Nghịch đảo ma trận mẫu (SMI)
ω(n+1) = ω(n-1) + q(n)[r
*
(n) + ω
H
(n-1)x(n)
(2.53)

3. Đệ quy bình phương tối thiểu (RLS)
ω(n)

= R
xx
-1
(n).r
xr
(n) (2.55)
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-13
1. Cải thiện chất lượng tín hiệu
SINR
out
[dB] = 10log
10
M + 10 log
10
2 + SINR
in
[dB]
2. Mở rộng phạm vi truyền tin

3. Tiết kiêm công suất phát:
Nhờ vào việc làm tăng độ khuếch đại của anten phát
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
6. Lợi ích của giàn anten thích ứng
6. Lợi ích của giàn anten thích ứng
2
2
REF
r
ECF =








=
conv
array
r
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

5-14
III. GI
III. GI
ÀN
ÀN
ANTEN TH
ANTEN TH
ÍCH
ÍCH


Ứ
Ứ
NG
NG
CHO H
CHO H
Ệ
Ệ
TH
TH
ỐNG
ỐNG
CDMA
CDMA
1. Các kỹ thuật của anten thông minh cho
hệ thống CDMA
2. Ứng dụng cho hệ thống DS-CDMA
3. Ứng dụng AAA cho hệ thống DS-CDMA
đa mã, đa tốc độ

Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-15
Đa trễ
Đơn
người dùng
Đa
người dùng
Không liên kết
Liên kết
Độc lập
Dùng chung
Đơn ngón
Đa ngón
Đơn trễ
Xử lý không
gian CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại

- D2001VT
- D2001VT
1. Các kỹ thuật của anten thông minh
1. Các kỹ thuật của anten thông minh
cho hệ thống CDMA
cho hệ thống CDMA
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-16
Kỹ thuật chủ yếu được ứng dụng đó là kỹ
thuật xử
lý không gian cho các trạm gốc
1. Bộ xử lý không gian CDMA không liên
kết
2. Bộ xử lý không gian CDMA liên kết
3. Bộ xử lý không gian cho hệ thống đa
người dùng
4. Tạo búp sóng đường xuống cho hệ
thống CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
1. Các kỹ thuật của anten thông minh
1. Các kỹ thuật của anten thông minh
cho hệ thống CDMA
cho hệ thống CDMA

McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-17
2. Gi
2. Gi
àn anten thích ứng cho
àn anten thích ứng cho
hệ thống DS-CDMA
hệ thống DS-CDMA
1. Cấu hình hệ thống giàn thích ứng cho DS-
CDMA
2. Dạng tín hiệu
3. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNIR
4. So sánh với máy thu RAKE
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-18
2. Gi
2. Gi
àn anten thích ứng cho
àn anten thích ứng cho
hệ thống DS-CDMA
hệ thống DS-CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA

Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-19
2. Dạng tín hiệu
Khi có U người sử dụng, trong môi trường pha
đinh đa đường, tín hiệu nhận được trên giàn có
dạng
Véctơ tương quan có dạng:
Véctơ trọng số xác định theo:
Tín hiệu đầu ra xác định bởi: y
k
(t) = y
T
.c0*
2. Giàn anten thích ứng cho
2. Giàn anten thích ứng cho
hệ thống DS-CDMA
hệ thống DS-CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại

- D2001VT
- D2001VT
∑∑
=
−
=
+−−=
U
i
P
p
pipiipiipi
i
tnatctbtx
1
1
0
,,,,
)()().().(.)(
θττα
{ }
*)()()(
)
~
(
~~
nnn
rxp
ε
=

)(1)()(
~
)
~
(
~
nnn
pR
−
=
ω
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-20
3. SINR
SINR được tính thông qua hệ số tương quan
chéo:
Khi đó:
2. Giàn anten thích ứng cho
2. Giàn anten thích ứng cho
hệ thống DS-CDMA
hệ thống DS-CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
∑∑

∑
==
=
=
K
l
l
K
l
l
K
l
ll
trty
trty
1
2
1
2
1
*
}|)(|{.}|)(|{
})().({
εε
ε
ρ
2
2
||1
||

SINR
ρ
ρ
−
=
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-21
4. So sánh với máy thu RAKE

Đối với kênh truyền thông đơn đường: Có
cùng hiệu năng, và có SINR là tương đương

Kênh pha đinh chọn lựa tần số đa đường:
Hai thiết bị này cũng cho kết quả tương
đương

Độ phức tạp của tính toán: Máy thu RAKE
có độ tính toán phức tạp hơn nhiều
2. Giàn anten thích ứng cho
2. Giàn anten thích ứng cho
hệ thống DS-CDMA
hệ thống DS-CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT

McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-22
3. Giàn anten thích ứng cho hệ
3. Giàn anten thích ứng cho hệ
thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ
thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ
1. Thế hệ DS-CDMA đa mã đa tốc độ
2. Cấu hình SBAA cho hệ thống DS-
CDMA đa mã
3. Dạng tín hiệu
4. Tỉ số SINR
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-23
3. Giàn anten thích ứng cho hệ
3. Giàn anten thích ứng cho hệ
thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ
thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ
1. Thế hệ DS-CDMA đa mã đa tốc độ
- Trong hệ thống DS-CDMA, dữ liệu truyền dẫn
được tách thành các luồng tín hiệu, trải phổ và
truyền đi bởi các mã khác nhau ở cùng một độ
dài

- Cho phép truyền dữ liệu với tốc độ khác nhau,
đáp ứng tới các lớp dịch vụ
- Tín hiệu truyền dẫn được cho bởi:
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA


Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
∑
=
=
Q
i
qliqliql
tctbts
1
,,,,,
)().()(
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-24
3. Giàn anten thích ứng cho hệ
3. Giàn anten thích ứng cho hệ
thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ
thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA
Ứng dụng giàn anten thích ứng cho CDMA

Vũ Xuân Đại
Vũ Xuân Đại
- D2001VT
- D2001VT
Hệ thống đa mã
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-25