Thuyết trình bài tập lớn truyền sóng và anten angten thông minh

THUYẾẾT TRÌNH
BÀI TẬP LỚN

Môn Học: Truyền Sóng và
Anten
Đề Tài: Angten Thông Minh


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH
VIỄN THÔNG
LỚP D12VT5
MÔN: Truyền Sóng Anten
Giáo viên hướng dẫn: Ths. Phạm Thị Thúy Hiền
Nhóm sinh viên thực hiện:
1/ Vũ Đức Long
2/ Dương Thị Mỹ
3/ Hoàng Xuân Quý D12DCVT223
4/ Nguyễn Văn Thăng D12DCVT230


Nội Dung Chính
• 1. Giới thiệu về Anten thông minh
• 2. Nguyên lý hoạt động của anten thông minh
• 3. Phân loại anten thông minh
• 4. Cấu trúc hệ thống anten thông minh
• 5. Ưu điểm và hạn chế
• 6. Công nghệ anten thông minh.
• 7. Ứng dụng trong thông tin di động.
• 8. Kết luận.

1.Giới Thiệu Về Anten Thông Minh
Khái Niệm

•Ănten thông minh là một hệ thống dàn ănten
gồm nhiều phần tử ănten có độ lợi thấp được bố
trí trong không gian theo một trật tự nhất định
và kết nối với nhau thông qua một mạch kết nối.
•Ănten thông minh có khả năng thay đổi đồ thị
bức xạ thu hay phát (hay nói cách khác là các
búp sóng) một cách linh hoạt sao cho thích hợp
với môi trường tín hiệu trong cell di động.


1.Giới Thiệu Về Anten Thông Minh
Sự khác biệt giữa anten thường và anten thông minh :

Hình 1.1: Vùng bức xạ của Anten thường và Anten thông minh
=>Từ

hình trên ta có thể nhận thấy sự khác biệt giữa vùng bức xạ
của hệ thống anten thường và của anten thông minh. Anten thông
minh có những búp sóng (beam) hẹp hơn và có tính định hướng cao
hơn so với anten thường.


2.Nguyên lý hoạt động
* Hệ thống anten thông minh làm việc theo
cách: dựa trên thời gian trễ của tín hiệu, bộ
xử lí tín hiệu số tính toán hướng (DOA) của
tín hiệu quan tâm (SOI) và điều chỉnh pha

để tạo ra kiểu bức xạ chỉ tập trung vào SOI
và bỏ qua các tín hiệu nhiễu hay tín hiệu
không quan tâm (SNOI).

Hình 2.1 :Khái quát nguyên lí
anten thông minh


2.Nguyên lý hoạt động
• Vì sao Anten thông minh có thể đạt được tính “thông minh” như vậy?
Thực ra, trong hệ thống Anten thông minh, bản thân các phần tử Anten
không thông minh, mà sự thông minh được tạo ra do quá trình xử lý số
tín hiệu các tín hiệu đến các phần tử Anten. Quá trình kết hợp tín hiệu và
sau đó tập trung bức xạ theo một hướng đặc biệt được gọi là
Beamforming.
• Hãy xem hình 2.2: Sơ đồ tổng quát của Anten thông minh,


2.Nguyên lý hoạt động
• => Ta Thấy :tín hiệu đến các phần tử Anten, sau đó được nhân với một
bộ trọng số rồi tổng lại để được tín hiệu ngõ ra. Chính bộ trọng số này
giúp Anten có thể tập trung bức xạ theo hướng mong muốn. Bằng cách
sử dụng các giải thuật thích nghi trong quá trình beamforming, bộ trọng
số này luôn được cập nhật để Anten thông minh có thể bám theo user khi
họ di chuyển.
•
2 đặc điểm của quá trình beamforming

Biên độ của trọng sốố
quyêốt định độ rộng

búp sóng chính và Side
lobe level

Pha của bộ trọng sốố
quyêốt định hướng của
búp sóng chính.


3. Phân loại anten thông minh
Hình 3.1: Minh họa vùng phủ sóng của anten chuyển búp , anten dàn
thích nghi và anten thường

Angten Thông Minh

Anten chuyển mạch búp sóng
(Switched beam Antena)

Anten giàn thích nghi
(Adaptive Arrays Antena)


3. Phân loại anten thông minh
Anten chuyển mạch búp sóng (SBA)
 Đặc điểm
• Gồm các thành phần thu phát 1 cách
độc lập,biểu đồ hướng anten sẽ thay
đổi chuyển từ anten thành phần này
sang anten thành phần khác để bám
theo đối tượng khi thuê bao di chuyển.
• Được trang bị thêm những bộ phận mới

để phát triển mở rộng hệ thống tế bào, người
ta có thể bổ sung bằng cách cộng thêm những
địa chỉ thông tin cần thiết trong mạng sau khi
đã tính toán kĩ càng

Hình 3.2: Hệ thống SBA đơn giản


3. Phân loại anten thông minh
 Công dụng
• Hệ thống SBA có thể nâng cao vùng phủ của trạm gốc hơn từ 20% đến
200% so với hệ thống phân vùng tế bào cổ điển phụ thuộc vào hoàn cảnh
môi trường phần cứng và phần mềm được dùng.
• Vùng phủ sóng được cộng thêm có thể tiết kiệm nguồn nhân lực, giá cơ sở
hạ tầng thực tế và giá trung bình cho người tiêu dùng sẽ thấp hơn/

 Ưu điểm
• Đơn giản, dễ lắp đặt.

 Nhược điểm
• Dung lượng hệ thống phụ thuộc vào số lượng anten thành phần trong
mạng anten
• Không tận dụng được tính chất đa đường để tăng cường tín hiệu.


3. Phân loại anten thông minh

Anten dàn thích nghi (AAA)
 Đặc điểm
• Là 1 hệ thống bao gồm 1 giàn các

chấn tử anten và 1 bộ xử lí thích
ứng thời gian thực cho phép điều
khiên búp sóng tự động thông qua
các tiêu chuẩn lựa chọn thuật toán
• Biểu đồ hướng sóng không xác định,
mang tính chất động và các biểu đồ
hướng sóng anten đó có thể điều
chỉnh theo thời gian thực.
Hình 3.3: Cấu trúc hệ thống AAA đơn giản


3. Phân loại anten thông minh
 Ưu điểm
• Dung lượng của hệ thống có thể thay đổi 1 cách linh hoạt nhờ tính chất
động của hệ thống anten.
• Khắc phục những nhược điểm cơ bản của hệ thống SBA, lợi dụng tính chất
đa đường để tăng cường tín hiệu.
 Nhược điểm
• Hệ thống phức tạp.


3. Phân loại anten thông minh
Tiêu chuẩn
CấẾu Trúc

Vùng Phủ Sóng

Giảm Nhiễu

SBA

•
•

Lắp đặt đơn giản
Giá thánh thấp

AAA
•
•
•

Bộ thu-phát phức tạp
Giá thánh cao
Ít phần cứng dự phòng

Vùng phủ sóng rộng hơn so Vùng phủ sóng rộng hơn hệ
với hệ thống thông thường thống SBA
nhưng hẹp hơn hệ thống
AAA
•
•

Khó khăn trong việc
phân biệt nhiễu và tín
hiệu quan tâm
Không phản ứng với sự
chuyển động của nhiễu

•
•

Tập trung triệt để vào
tín hiệu quan tâm
Có khả năng loại bỏ
nhiễu triệt để


4. Cấu trúc hệ thống anten thông
minh
 Vị trí các phần tử anten luôn đóng 1 vai trò quan trọng trong việc tạo ra
chất lượng của đồ thị bức xạ. Một đồ thị chất lượng cao trong anten thông
minh là búp sóng chính lớn hơn rất nhiều so với các búp phụ khác và
hướng về phía thuê bao mong muốn, các nút sóng chỉ về phía các thuê bao
nhiễu đồng kênh trong cell đó

1. Dàn hình chữ nhật
2. Dàn hình lập phương
Hình 4.1: Các loại cấu trúc anten thông minh


4. Cấu trúc hệ thống anten thông
minh
Các loại cấu trúc anten
thông minh

Cấu trúc dàn
đường thẳng

Cấu trúc dàn
hình tròn

Cấu trúc dàn chữ
nhật và cấu trúc dàn
lập phương


4. Cấu trúc hệ thống anten thông
minh
Cấu trúc dàn đường thẳng
•Đây là cấu trúc thông dụng nhất vì nó đơn
giản, được sử dụng khi BS được chia thành
nhiều nhiều vùng phủ sóng hình quạt. Trong
cấu trúc này khoảng cách giữ các phần tử là Δx.
Búp sóng chính của hệ thống có thể phủ sóng
trong 1 hình quạt.


4. Cấu trúc hệ thống anten thông
minh
Cấu trúc dàn hình tròn
Các phần tử anten tạo với tâm hệ thống 1 góc
Δ Φ=2 π/N. Búp sóng chính của đồ thị bức xạ
phủ toàn vùng ngang.


4. Cấu trúc hệ thống anten thông
minh
Cấu trúc dàn chữ nhật và cấu trúc dàn
lập phương
Điều khiển búp sóng theo cả 2 phương dọc ngang. Hai cấu trúc này cần

thiết cho môi trường truyền sóng phức tạp. Về mặt lí thuyết nếu hệ thống có
L phần tử anten có thể tạo L-1 nút sóng hướng về phía các thuê bao nhiễu
đồng kênh trong cell. Tuy nhiên trong môi trường đa đường con số này có
thể nhỏ hơn.


5.Ưu điểm và hạn chế của anten
thông minh
Ưu điểm của hệ thống anten thông minh
• Cải thiện chất lượng tín hiệu của các hệ thống truyền thông vô
tuyến.
• Cải thiện dung lượng hệ thống do tăng khả năng sử dụng lại
tần số trong cùng 1 cell.
• Công suất phát thấp cho phép thời gian sử dụng năng lượng
lâu hơn, và do đó có thể giảm kích thước và khối lượng của
các thiết bị đầu cuối.
• Anten thông minh thích hợp với hầu hết các hệ thống truyền
thông vô tuyến hiện nay.


5.Ưu điểm và hạn chế của anten
thông minh


Hạn chế của hệ thống anten thông minh

• Hệ thống phức tạp, yêu cầu các trạm anten với
bộ vi xử lí số và hệ thống điều khiển mạnh.
Nên gặp sự cố khó chuẩn đoán hơn.
• Giá thành cao hơn.

6. Công nghệ anten thông minh
Mở rộng vùng phủ sóng
•Ở các vùng mật độ thuê bao thấp, tối ưu phủ sóng là hướng tới
mục tiêu là tăng độ rộng vùng phủ và tăng khoảng cách phủ
sóng. Khi sử dụng anten thông minh ở các khu vực này cho phép
tăng bán kính phủ sóng của trạm nhiều lần so với anten đẳng
hướng hay anten sector như mô tả trong hình 6.1

Hình 6.1. Mở rộng vùng phủ sóng sử dụng anten thông minh


6. Công nghệ anten thông minh
Giảm nhiễu đường truyền
• Nhiễu xuyên kênh đường lên có thể loại trừ bằng cách hướng búp sóng về đúng
hướng thuê bao và bằng không tại các hướng có các thuê bao đồng kênh.
• Như vậy, giảm nhiễu đồng kênh được thực hiện bằng cách lái búp sóng hoặc
chuyển mạch búp sóng. Nhờ việc sử dụng các búp sóng định hướng, nhiễu giữa các
trạm phủ sóng dùng cùng tập kênh tần số cũng giảm đáng kể so với trường hợp
anten đẳng hướng như mô tả trong Hình 6.2. Trong trường hợp lý tưởng, số lượng
trạm phủ sóng cần có thể giảm xuống, tăng hiệu quả sử dụng băng tần và dung
lượng.

Hình 6.2. Giảm nhiễu đường xuống và loại trừ nhiễu đường lên dùng anten thông minh

•


6. Công nghệ anten thông minh

Đa truy nhập phân chia theo không gian
•Hệ thống anten thông minh cũng cho phép một trạm phủ sóng có thể liên lạc
với 2 hay nhiều thuê bao sử dụng cùng một tần số khi sử dụng công nghệ đa
truy nhập phân chia theo không gian (SDMA – Space Division Multiple
Access), do đó cho phép hệ thống sử dụng các tài nguyên mạng hiệu quả
hơn.

Hình 6.3. Đa truy nhập phân chia theo không gian


7. Ứng dụng trong thông tin di động.
 Ứng dụng trong quân sự: truyền thông tin trên chiến trường dễ dàng và tin
cậy hơn.
 Ứng dụng trong truyền thông vệ tinh.
 Ứng dụng trong hệ thống thông tin di động.
 Ứng dụng trong mạng cảm biến không dây.
 Ứng dụng trong thu phát truyền hình chất lượng cao.
 Ứng dụng trong các khối thu phát vô tuyến thế hệ mới 3G, WIMAX, LTE,
WLAN....