đồ án tốt NGHIỆP đại học đề tài ỨNG DỤNG dàn 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, Ứng dụng cho CDMA

Nguồn tài liệu: các loại 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
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, Ứng dụng cho CDMA

Nguồn tài liệu: các loại sách trong thư viện, các
sách và tài liệu từ các nguồn khác, đặc biệt là từ
mạng 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.
5-5

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.
5-6
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.
5-7
-
Anten thông minh: hệ thống anten có cấu tạo đặc
biệt 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.
5-8

Giàn anten thích ứng (AAA - 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 thông qua các tiêu chuẩn
lựa chọn thuật toán
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.
5-9
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.
5-10
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
−−
=
, , , ,
1
( ) ( ) ( )
i
Pi
i i p i p i p i p
p
x t a s t
α θ τ
=
= −
∑
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-11


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.
5-12

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.
5-13
Thuật toán thích ứng
Thuật toán thích ứng
1. Bình phương trung bình tối thiểu (LMS)
ω(n+1) = ω(n) + μx(n)e
*
(n) (2.44)
2. Đệ quy bình phương tối thiểu(RLS)
ω(n+1) = ω(n-1) + q(n)[r
*
(n) + ω
H
(n-1)x(n) (2.53)
3. Nghịch đảo ma trận mẫu (SMI)
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.
5-14
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
Lợi ích của giàn anten thích ứng
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.
5-15
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.
5-16
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.
5-17
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 mỗi kênh xác định bởi: y
k
(t) = y
T
.c
0
*
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: Có thuật toán đơn
giản 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
McGraw-Hill/Irwin © 2005 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
5-25
3. Dạng tín hiệu

Tín hiệu thu được:

P
l,q
: là số đường đến

Tín hiệu đầu ra:
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
∑ ∑ ∑
= = =
+−=
Q
q
K
l
P
p
qlpqlpqlpqlp
q ql
tnatstx
1 1 1
,,,,,,,,
,
)()().(.)(
θτα
∑
=
=
q
K
i
qli

T
k
ctyty
1
*
,,
).()(