ỨNG DỤNG ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY TRONG HỆ THỐNG WCDMA

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Đinh Thị Thái Mai , D01VT i

MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ xi
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... xii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĂNTEN THÔNG MINH ...................................... 1
1.1 M λ đầu ............................................................................................................. 1

1.2 Hệ thống ănten thông minh ............................................................................. 1

1.2.1 Khái niệm .................................................................................................... 1

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của ănten thông minh ................................................ 2

1.2.3 Cấu trúc sắp xếp của các phần tử ănten ....................................................... 3

1.2.4 Các tham số dàn ănten ................................................................................ 4

1.3 Mô hình tín hiệu .............................................................................................. 5

1.4 Ưu điểm của ănten thông minh trong thông tin di động ............................... 9

1.4.1 Giảm trải trễ và pha đinh đa đường .............................................................. 9

1.4.2 Giảm nhiễu đồng kênh .............................................................................. 11

1.4.3 Tăng dung lượng hệ thống và cải thiện hiệu suất phổ ................................. 12

1.4.4 Tăng hiệu suất truyền dẫn ......................................................................... 12

1.4.5 Giảm chuyển giao ..................................................................................... 12

1.4.6 M λ rộng tầm sóng .................................................................................... 12

1.4.7 Tăng diện tích vùng phủ sóng ................................................................... 14

1.4.7.1 Mức độ vùng phủ của ănten thu đơn phần tử ....................................... 14

1.4.7.2 Mức độ vùng phủ của ănten thu L phần tử .......................................... 15

1.4.8 Giảm công suất phát trạm di động ............................................................. 17

1.4.9 Cải thiện chất lượng tín hiệu ..................................................................... 17

1.4.10 Tăng tốc độ dữ liệu ................................................................................. 17

1.5 Tổng kết ......................................................................................................... 17

CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT TRONG ĂNTEN THÔNG MINH ................... 19
2.1. Kết hợp phân tập .......................................................................................... 19

2.1.1 Phân tập chuyển mạch ............................................................................... 19

2.1.2 Phân tập lựa chọn (SD) .............................................................................. 20

2.1.3 Phân tập kết hợp tỷ lệ tối đa (MRC) .......................................................... 21

2.1.4 Kết hợp độ lợi cân bằng (EGC) ................................................................ 23

2.1.5 Kết hợp lựa chọn tổng quát hoá GSC (Generalized Selection Combining) 23

2.1.6 Tổng kết ................................................................................................... 26

2.2 Tạo búp sóng ................................................................................................. 27

2.2.1 Ví dụ về tạo búp sóng ............................................................................... 27

2.2.2 Các loại tạo búp sóng ................................................................................ 29

2.2.2.1 Tạo búp sóng tương tự........................................................................ 29



Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Đinh Thị Thái Mai , D01VT ii

2.2.2.2 Tạo búp sóng số ................................................................................. 29

2.2.2.3 Tạo búp sóng không gian phần tử ....................................................... 29

2.2.2.4 Tạo búp sóng không gian – búp sóng .................................................. 31

2.2.3 Kỹ thuật tham chiếu thời gian ................................................................... 34

2.2.3.1 Bình phương trung bình tối thiểu ........................................................ 35

2.2.3.2 Bình phương trung bình tối thiểu chuẩn hoá (NLMS) ......................... 38

2.2.3.3 Nghịch đảo ma trận mẫu (SMI) .......................................................... 39

2.2.3.4 Bình phương tối thiểu đệ quy (RLS) .................................................... 45

2.2.4 Kỹ thuật tham chiếu không gian - Định cỡ ănten....................................... 47

2.2.5 Thuật toán mô đun hằng (CM) ................................................................ 49

2.3 Tổng kết ......................................................................................................... 51

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY
TRONG HỆ THỐNG WCDMA ............................................................................. 53

3.1 Ănten thông minh tại máy cầm tay .............................................................. 53

3.2 Hệ thống truyền thông vô tuyến thế hệ 3 ..................................................... 55

3.2.1 Hệ thống 3GPP .......................................................................................... 56

3.2.2 Hệ thống cdma2000 ................................................................................. 58

3.2 Các lược đồ kết hợp ....................................................................................... 59

3.2.1 Kết hợp phân tập ........................................................................................ 59

3.3.2 Kết hợp tương thích .................................................................................. 60

3.3.3 Kết hợp lai ghép........................................................................................ 62

3.4 Mô hình kênh.................................................................................................. 63

3.4.1 Giới thiệu chung về mô hình kênh ............................................................. 63

3.4.2 Tương quan đường bao ............................................................................. 65

3.4.3 Mô hình kênh pha đinh tương quan không gian và mô hình kênh pha đinh
tương quan không chặt ....................................................................................... 65

3.4.4 Mô hình kênh pha đinh tương quan đường bao ......................................... 67

3.4.5 Thủ tục lấy profile kênh sử dụng GBSB .................................................... 69

3.4.5.1 Mô hình GBSB ................................................................................... 69

3.4.5.2 Thủ tục lấy profile kênh sử dụng GBSB .............................................. 70

3.4.6 Mô hình kênh có phađinh logarit chuẩn .................................................... 72

3.5 Tổng kết ......................................................................................................... 73

CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA ĂNTEN THÔNG MINH TẠI
MÁY CẦM TAY ...................................................................................................... 74

4.1 Hiệu năng của kết hợp phân tập ................................................................... 74

4.1.1 Môi trường mô phỏng ............................................................................... 74

4.1.2 Các kết quả mô phỏng trong mô hình kênh đường tròn GBSB .................. 75

4.1.3 Các kết quả mô phỏng trong mô hình kênh elip GBSB ............................. 80

4.2 Hiệu năng của kết hợp tương thích .............................................................. 86

4.2.1 Môi trường mô phỏng ............................................................................... 86

4.2.2 Các kết quả mô phỏng cho AC .................................................................. 87



Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Đinh Thị Thái Mai , D01VT iii

4.3 Hiệu năng của kết hợp lai ghép .................................................................... 89

4.3.1 Môi trường mô phỏng cho mô hình GBSB ................................................ 89

4.3.2 Hiệu năng của DC và AC trong mô hình GBSB ........................................ 90

4.3.3 Hiệu năng của HC đối với mô hình GBSB ................................................ 94

4.4 Tổng kết ......................................................................................................... 96

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 97
TÀI LIỆU THAM KH¶O ....................................................................................... 99





Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thuật ngữ và các từ viết tắt

Đinh Thị Thái Mai , D01VT iv

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
A

AC Adaptive Combining Kết hợp tương thích
ADC Analogue – Digital Convert Bộ chuyển đổi tương tự số
AOA Angle Of Arrival Góc tới
AT- GSC Absolute Threshold
Generalized Selection
Combining
Kết hợp lựa chọn tổng quát
hoá ngưỡng tuyệt đối
AWGN Additive White Gaussian
Noise
Tạp âm Gaussian trắng
cộng

B

BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit
BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân
C

CDMA Code Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo
mã
chuyển mạch Constant Modulus Khối hằng
CPICH Common PIlot CHannel Kênh hoa tiêu chung
D

DC Diversity Combining Kết hợp phân tập
DECT Digital European Cordless
Telephone
Mạng điện thoại không dây
số Châu Âu
DOA Direction Of Arrival Hướng góc đến
DSP Digital Signal Procesor Bộ xử lý tín hiệu số
E

ECFCM Envelope correlated Fading
Channel Model
Mô hình kênh pha đinh
tương quan đường bao
ESPRIT Estimation of Signal
Parameters by Rotation
Invariance Technique

ước tính tham số tín hiệu
dựa trên kỹ thuật quay bất
biến
EGC Equal Gain Combining Kết hợp độ lợi cân bằng
F

FDMA Frequency Division
MultiAccess
Đa truy cập phân chia theo
tần số


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thuật ngữ và các từ viết tắt

Đinh Thị Thái Mai , D01VT v

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công theo tần số
G

GBSB Geometrically - Based
Single - Bounce
Đường bao trên mô hình
địa lý
GSC Generalized Selection
Combining
Kết hợp lựa chọn tổng quát
GSM Global System for Mobile
Communication

Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
GPP
GPS Global Position System Hệ thống vị trí toàn cầu
H

HC Hybrid Combining Kết hợp lai ghép
I

IMT International Mobile
Telecommunication
Hội thông tin di động quốc
tế
ITU International
Telecommunication Union
Liên đoàn viễn thông quốc
tế
IF Intermidiate Frequency Trung tần
L

LCFCM Loosely Correlated Fading
Channel Model
Mô hình kênh pha đinh
tương quan không chặt
LOS Line Of Sight đường truyền thẳng
M

MLE Maximum Likehood
Estimation
Khả năng giống nhất

MMSE Minimum Mean Square
Error
Lỗi bình phương trung bình
nhỏ nhất
MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ tối đa
MSE Mean Square Error Lỗi bình phương trung bình
MUSIC MUltiple SIgnal
Classification
Phân chia đa tín hiệu
N
NLMS Normalized Least Mean
Square
Bình phương trung bình tối
thiểu chuẩn hoá
NT-GSC Normalized Threshold Kết hợp lựa chọn tổng quát


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thuật ngữ và các từ viết tắt

Đinh Thị Thái Mai , D01VT vi

Generalized Selection
Combining
ngưỡng chuẩn hoá
P

PDF Propability Density
Function

Hàm mật độ phổ công suất
PCH Pilot Channel Kênh hoa tiêu
PN Pseudo - Noise Giả tạp âm
Q

QPSK Quadrature Phase Shift
Keying
Khoá dịch pha toàn phương
R

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RLS Recurstive Least Square Bình phương tối thiểu đệ
quy
S

SA Smart Antenna Ănten thông minh
SC Selective Combing Kết hợp lựa chọn
SCFCM Spatially Correlated Fading
channel Model
Mô hình kênh pha đinh
tương quan không gian
SCH Synchronization CHannel Kênh đồng bộ
SD Seletive Diversity Phân tập lựa chọn
SDMA Space Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo
không gian
SINR Signal- to – Interference
plus Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

cộng nhiễu
SIR Signal - to – Interference
Ratio
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SLC Square Law Combining Kết hợp theo bình phươngg
SMI Sample Matrix Inversion nghịch đảo ma trận mẫu
SNR Signal- to- Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
T

TDD Time Division Duplex ghép song công phân chia
theo thời gian
TDMA Time Division Multiple
Access
đa truy cập phân chia theo
thời gian


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thuật ngữ và các từ viết tắt

Đinh Thị Thái Mai , D01VT vii

TIA Telecommunication
Industry Association
Hội công nghiệp viễn thông

U

UC Unit Controll Đơn vị điều khiển

UCFCM Uncorrelated Fading
Channel Model
Mô hình kênh pha đinh
không tương quan
W

WLAN Wireless Local Area
Network
Mạng vô tuyến nội hạt


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục các hình

Đinh Thị Thái Mai , D01VT viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Dàn ănten thông minh ................................................................................. 2
Hình 1.2: Các loại cấu trúc ănten thông minh ............................................................. 3
Hình 1.3: Hệ số dàn của dàn ănten tuyến tính với khoảng cách ănten là λ/2 được định
hướng tại 0
0
, đáp ứng của mỗi phần tử dàn ănten và mẫu bức xạ do kết hợp cả hai
điều kiện trên. .......................................................................................................... 5
Hình 1.4: Hệ số dàn của dàn ănten tuyến tính đồng nhất 8 phần tử với khoảng cách
các ănten con là λ/2 và 3λ/2. .................................................................................... 6
Hình 1.5: Sơ đồ thu tín hiệu của dàn ănten tuyến tính không gian .............................. 6
Hình 1.6: Bộ tạo búp sóng cộng các tín hiệu phần tử ănten gán trọng số .................... 7

Hình 1.7:Minh hoạ thành phần truyền thẳng từ trạm gốc đến trạm di động cho thấy
hướng di chuyển của trạm di động, ....................................................................... 10
Hình 1.8: Phổ Doppler tại trạm di động, khi sử dụng một ănten có hướng tại trạm
gốc, và một ănten vô hướng tại trạm di động, được so sánh với mô hình Clarke, R =
1km, D= 3km, f
m
= 100 Hz ..................................................................................... 11
Hình 1.9 : Hệ số tầm sóng theo số phần tử của ănten ................................................ 13
Hình 1.10 : Mức độ phủ phân đoạn cell đối với anten thu đơn phần tử ..................... 15
Hình 1.11 : Mức độ phủ phân đoạn cell đối với anten thu nhiều phần tử .................. 17
Hình 2.1 : Kết hợp phân tập chuyển mạch ................................................................. 20
Hình 2.2 :Kết hợp phân tập lựa chọn ........................................................................ 20
Hình 2.3 : Kết hợp tỷ kệ tối đa. ................................................................................. 23
Hình 2.4: SNR kết hợp của GSC, AT-GSC và NT-GSC .............................................. 26
Hình 2.5: Bộ thu tạo búp sóng 2 phần tử có tín hiệu mong muốn tại góc 0
0
và tín hiệu
nhiễu tại 30
0
, khoảng cách giữa các phần tử là λ/2 ................................................ 28
Hình 2.6: Mẫu búp sóng được tạo ra sử dụng phương trình 1.5 với dàn ănten 2 phần
tử với khoảng cách giữa các phần tử là λ/2 và ...................................................... 30
Hình 2.7: Bộ thu tạo búp sóng không gian-phần tử với L phần tử ănten có khả năng
định dạng K búp sóng ............................................................................................ 31
Hình 2.8: Bộ thu tạo búp sóng không gian – búp sóng với L phần tử ănten có khả
năng định dạng K búp sóng .................................................................................... 32
Hình 2.9: Hệ số dàn, F(Φ,α), của dàn ănten 5 phần tử sử dụng tạo búp sóng không
gian – búp sóng cho thấy có thể tạo ra bốn búp sóng trực giao không gian ............ 33
Hình 2.10: Cấu trúc của bộ tạo búp sóng tham chiếu thời gian với L phần tử ănten . 34
Hình2.11:Ví dụ về bề mặt lỗi toàn phương và các trọng số của hệ thống hai phần tử

theo hướng âm của gradient để tối thiểu hoá lỗi bình phương trung bình ............... 36


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục các hình

Đinh Thị Thái Mai , D01VT ix

Hình 2.12: SINR chuẩn hoá kỳ vọng (SNR), E[ρ
2
] được đánh giá từ phương trình
3.50, với số lượng mẫu đầu ra dàn khác nhau, theo số lượng các phần tử dàn ănten,
được sử dụng để tạo ma trận tương quan chỉ nhiễu hoặc chỉ tạp âm. SNR tại mỗi
phần tử ănten là 12.0 dB ........................................................................................ 41
Hình 2.13: SNR tại đầu ra của bộ kết hợp dàn được xác định b λi SNR tối ưu và mô
phỏng theo phương trình 3.67với số lượng mẫu đầu ra dàn khác nhau, theo số lượng
các phần tủe của dàn ănten, được sử dụng để tạo ma trận tương quan chỉ nhiễu
hoặc chỉ tạp âm. SNR tại mỗi phần tử ănten là 12.0 dB .......................................... 42
Hình 2.14:SNR chuẩn hoá, ρ
i
, đối với số lượng các mẫu khác nhau, theo số các phần
tử ănten . ................................................................................................................ 44
Hình 2.15: Sơ đồ khối của bộ thu dàn ănten 8x8 phần tử và hệ thống định chuẩn vốn
có của Passman và Wixforth cho thấy các cổng phân cực phương ngang và phương
thẳng đứng ............................................................................................................. 49
Hình 3.1: Hệ thống ănten kép cho HDR .................................................................... 53
Hình 3.2 : Bộ cầm tay ănten thông minh cho hệ thống DECT.................................... 54
Hình 3.3: Hệ thống ănten thông minh so với hệ thống một ănten. ............................. 55
Hình 3.4: Sơ đồ khối bộ phát đường xuống của hệ thống 3GPP ................................ 56

Hình 3.5 : Đường xuống của cdma2000 .................................................................... 58
Hình 3.6: Kết hợp phân tập ....................................................................................... 60
Hình 3.7: Kết hợp tương thích ................................................................................... 60
Hình 3.8: Bộ kết hợp lai ghép của hệ thống ănten kép ............................................... 62
Hình 3.10: Sự khác pha trong dàn ănten tuyến tính. .................................................. 64
Hình 3.11: Tương quan đường bao đối với khoảng cách ănt ..................................... 65
Hình 3.12: Hai mô hình kênh .................................................................................... 66
Hình 3.13: Mô hình kênh phađinh tương quan đường bao ........................................ 67
Hình 3.14: Hai tín hiệu pha đinh Rayleigh trong ECFCM ......................................... 68
Hình 3.16: Hình học của mô hình GBSB elip ............................................................ 70
Hình 3.17: Dạng kênh của mô hình elip và đường tròn GBSB ................................... 71
Hình 3.18: Mô hình kênh pha đinh không tương quan. .............................................. 73
Hình 4.1: Bộ thu ănten thông minh kép với bộ kết hợp phân tập ............................... 74
Hình 4.2: BER với các lược đồ phân tập và hai mô hình kênh ................................... 77
Hình 4.3: BER với các khoảng cách ănten khác nhau ............................................... 77
Hình 4.4 : BER với các độ trễ lớn nhất khác nhau..................................................... 78
Hình 4.5: BER với số lượng người sử dụng khác nhau .............................................. 79
Hình 4.6: BER với số lượng đa đường khác nhau ...................................................... 80
Hình 4.7: BER với ba lược đồ kết hợp và hai mô hình kênh ...................................... 82
Hình 4.8: BER với số lượng người sử dụng khác nhau .............................................. 83


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục các hình

Đinh Thị Thái Mai , D01VT x

Hình 4.9: BER với các vận tốc di chuyển khác nhau ................................................. 83
Hình 4.10: BER với số lượng đa đường khác nhau .................................................... 84

Hình 4.11: So sánh BER trong mô hình elip và đường tròn GBSB. ............................ 85
Hình 4.12: BER trong mô hình đường tròn và elip GBSB .......................................... 88
Hình 4.13: BER với các vận tốc khác nhau ............................................................... 89
Hình 4.14: Hiệu năng của DC và AC với các khoảng cách ănten khác nhau. ............ 91
Hình 4.15: Hiệu năng của DC và AC với các vận tốc di chuyển khác nhau ............... 92
Hình 4.16: Hiệu năng của DC và AC với các tương quan đường bao khác nhau. ...... 93
Hình 4.17 : Hiệu năng của HC với các vận tốc khác nhau ........................................ 96












Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục các bảng

xiĐinh Thị Thái Mai , D01VT
xi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: So sánh ba kỹ thuật kết hợp GSC ............................................................... 24
Bảng 2.2: SNR trung bình với kết hợp phân tập ......................................................... 26
Bảng 4.1: So sánh hiệu năng của EGC và MRC ........................................................ 86

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời nói đầu

Đinh Thị Thái Mai , D01VT xii

LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động ra đời vào cuối những năm 1940. Khi đó phương thức thông tin
mới này chỉ là những hệ thống thông tin di động điều vận. Đến nay thông tin di động
đã tr λ thành hệ thống toàn cầu và trải qua nhiều thế hệ . Thế kỷ 21 của chúng ta đã và
đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ không ngừng của ngành công nghiệp viễn
thông và trong đó không thể thiếu thông tin di động. Con người càng vươn tới những
đỉnh cao trong cuộc sống, trong khoa học thì nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng
nhiều và chính vì thế mà nhu cầu thông tin di động ngày một cấp thiết. Với lượng dân
số thế giới là trên 6 tỷ người, thì việc trao đổi thông tin không chỉ đơn thuần là đối
thoại thông thường với băng thông hẹp, tốc độ thấp mà con người ngày nay còn đòi
hỏi phải được truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao băng thông rộng.
Làm thế nào để nâng cao dung lượng của hệ thống nhưng không làm tăng băng tần
của vô tuyến? Làm thế nào để hệ thống đảm bảo cung cấp dịch vụ với giá thành rẻ,
chất lượng và tốc độ truyền dữ liệu cao, đồng thời phải giảm thiểu năng lượng truyền
tín hiệu từ thuê bao nhằm tăng tuổi thọ của pin, làm cho cấu trúc của máy di động
ngày càng gọn nhẹ? Việc đi tìm lời giải cho các câu hỏi này quả là một thách thức lớn
cho các nhà quản lý và khai thác mạng viễn thông cũng như các nhà thiết kế hệ thống

vì dường như các yêu cầu này không có tính dung hoà với nhau. Đã có rất nhiều giải
pháp đưa ra nhằm giải quyết những vướng mắc này. Trong hệ thống những giải pháp
đó, ănten thông minh với những ưu điểm vượt trội đã tr λ thành một giải pháp quan
trọng được chú ý và lựa chọn. Ănten thông minh bắt đầu được nghiên cứu từ những
năm 90 và ngày nay đang được triển khai rộng rãi nhiều nơi trên thế giới.
Ănten thông minh giúp giải quyết vấn đề xuyên nhiễu giữa các máy di động ảnh
hư λng lên nhau và tạp âm của môi trường truyền dẫn vô tuyến bằng cách tăng SINR.
Ănten thông minh còn cải thiện tín hiệu đầu thu, tăng dung lượng hệ thống, m λ rộng
vùng phủ sóng, tăng chất lượng tín hiệu, làm giảm chi phí lắp đặt các trạm BTS, kéo
dài thời gian sử dụng pin của máy cầm tay, cho phép truy cập dữ liệu tốc độ cao. Công
nghệ ănten áp dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo không gian SDMA, bên cạnh
đó còn kết hợp các kỹ thuật đa truy cập khác như CDMA, TDMA và FDMA và gần
đây nhất là sự ra đời của hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật WCDMA để đạt
được hiệu quả tối ưu nhất. Ngày nay, ănten thông minh không chỉ được áp dụng tại
trạm gốc mà còn được tích hợp trong các thiết bị đầu cuối nhằm cải thiện hơn nữa các
chỉ tiêu chất lượng và dung lượng của hệ thống. Và mặc dù đã được nghiên cứu nhiều
năm nhưng cho đến nay, ănten thông minh luôn là một vấn đề thu hút sự quan tâm của
nhiều người.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời nói đầu

Đinh Thị Thái Mai , D01VT xiii

Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình là
“Ănten thông minh và ứng dụng trong WCDMA”. Đề tài đã đi vào nghiên cứu từ
những kiến thức cơ bản nhất cho đến những ứng dụng mới mẻ của ănten thông tại máy
cầm tay trong hệ thống WCDMA. Theo đó, đề tài tiến hành nghiên cứu các nội dung

chính theo bố cục gồm bốn chương.
Chương I: Trình bày một cách tổng quan về ănten thông minh bao gồm : Khái
niệm, nguyên lý hoạt động, cấu trúc và các tham số dàn ănten, mô hình tín hiệu và
những lợi ích khi sử dụng ănten thông minh trong hệ thống thông tin di động.
Chương II: Trình bày các thuật toán được áp dụng trong ănten thông minh bao
gồm: kết hợp phân tập và kết hợp tương thích. Ngoài việc giới thiệu các thuật toán
được sử dụng trong ănten thông minh, chương còn đưa ra những phân tích, đánh giá và
so sánh các thuật toán này với nhau.
Chương III: Đi vào nghiên cứu ứng dụng của ănten thông minh tại máy cầm tay
trong hệ thống WCDMA, gồm hệ thống 3GPP và cdma2000. Chương đã giới thiệu
một số các cấu trúc của hệ thống ănten thông minh kép được tích hợp trong các đầu
cuối di động. Theo đó, chương cũng đưa ra những cấu trúc của ănten thông minh trong
các môi trường truyền lan khác nhau cũng như ănten thông minh sử dụng các thuật
toán khác nhau trong thực tế.
Chương IV: Đánh giá hiệu năng của việc sử dụng ănten thông minh tại máy cầm
tay khi sử dụng các lược đồ kết hợp phân tập, tương thích hay lai ghép cho hệ thống 3
GPP. Đồng thời trong chương cũng đã có những phép so sánh giữa ba loại lược đồ kết
hợp này.
Phần kết luận làm toát lên những kết quả mà đồ án đã đạt được cũng như m λ ra
những hướng phát triển mới để hoàn thiện hơn nữa đề tài này trong thời gian tới.
Do giới hạn về thời gian và phạm vi của đồ án tốt nghiệp nên đồ án chỉ đi vào
nghiên cứu một phần rất nhỏ trong pham vi rộng lớn của lĩnh vực thông tin di động nói
chung và ănten thông minh nói riêng. Mặc dù người thực hiện đã có nhiều cố gắng
nhưng chắc chắn đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Rất mong được
sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo cũng như ý kiến đóng góp của các bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng đã tận tình hướng dẫn em
trong suốt thời gian làm đồ án để em có được kết quả ngày hôm nay.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời nói đầu

Đinh Thị Thái Mai , D01VT xiv

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn vô tuyến cũng như các
thầy cô giáo trong khoa viễn thông đã có những ý kiến đóng góp và tạo điều kiện cho
em được hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình.
Xin chân thành cảm ơn bạn bè đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2005
Sinh viên:
Đinh Thị Thái Mai


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĂNTEN THÔNG MINH
1.1 M λ đầu
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển không ngừng của thông tin di động,
công nghệ ănten trong hệ thống thông tin di động đang rất được quan tâm và đã có
nhiều công trình nghiên cứu nhằm đáp ứng nhu cầu về chất lượng phục vụ cho mạng
di động.
Hệ thống ănten thông minh là một trong những thành tựu quan trọng trong công
nghệ ănten với nhiều ưu điểm đã cải thiện đáng kể chất lượng, dung lượng mạng thông
tin di động.

Trong chương này, chúng ta sẽ đi tìm hiểu những nội dung cơ bản nhất của ănten
thông minh và các vấn đề liên quan.
1.2 Hệ thống ănten thông minh
1.2.1 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.
Chức năng của các phần tử ănten là giám sát tín hiệu theo không gian và thời gian.
Khác với ănten thu đơn là chỉ thu cố định tín hiệu λ một vị trí không gian, ănten thông
minh có khả năng thích ứng với các chuyển động cơ học của các thiết bị vô tuyến.
Thường thì thuật ngữ “ănten” chỉ bao gồm chuyển đổi cấu trúc cơ học từ sóng điện
từ tự do sang tín hiệu tần số vô tuyến truyền sóng trong môi trường cáp và ngược lại.
Với ănten thông minh, thuật ngữ “ănten” có ý nghĩa m λ rộng hơn: nó bao gồm một
mạng phân chia hoặc kết hợp và một đơn vị điều khiển (UC- Unit Control). Đơn vị
điều khiển thể hiện sự thông minh của ănten, nó dùng các thuật toán phức tạp để điều
khiển ănten. Thông thường UC là một bộ xử lý tín hiệu số DSP điều chỉnh các tham số
của ănten dựa vào nhiều đầu vào, để tối ưu đường truyền thông tin. Như vậy, ănten
thông minh tốt hơn nhiều so với ănten thông thường nhưng đồng thời nó cũng phức
tạp hơn rất nhiều.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 2

0
W
l
W
1L
W
−
1
W
0
( )u t
1
( )u t
( )
l
u t
1
( )
L
u t
−
∑
x∆
sin∆ ∆ φ θd xcos=
==
=
φ
φ
φ
θ

x
y
z

Hình 1.1: Dàn ănten thông minh
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của ănten thông minh
Lúc đầu ănten chỉ đơn giản là bức xạ và nhận năng lượng như nhau theo mọi
hướng. Để truyền tín hiệu đến thuê bao, nó phát sóng đẳng hướng theo phương ngang,
Khi truyền tín hiệu như vậy thì nó không có ý thức nào về vùng lân cận thuê bao, năng
lượng tín hiệu truyền đi một cách phân tán, phần năng lượng tín hiệu truyền đến thuê
bao chỉ là một phần rất bé so với năng lượng mà ănten truyền ra môi trường xung
quanh.Do hạn chế này mà công suất tín hiệu phát phải lớn hơn đầu thu mới nhận đủ
một năng lượng tín hiệu cần thiết (SNR tại nơi thu đủ lớn). Trong trường hợp có nhiều
thuê bao đồng kênh, khi nâng công suất truyền, phần năng lượng không đến được thuê
bao mong muốn lại tr λ thành nguồn nhiễu đồng kênh cho các thuê bao khác.
ý tư λng của hệ thống ănten thông minh là đồ thị bức xạ năng lượng tại các cell
không cố định nữa mà là rất linh hoạt. Hệ thống ănten thông minh chỉ tập trung năng
lượng về phía thuê bao mong muốn mà nó đang phục vụ. Mỗi thuê bao được phục vụ b


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 3

λi một đồ thị bức xạ của riêng nó. Trước đây, chỉ có trạm gốc mới có khả năng tích
hợp ănten thông minh, các thuê bao vẫn phát và nhận năng lượng một cách đẳng
hướng. Nhưng với những nghiên cứu mới đây, ănten thông minh đã được đưa vào sử
dụng tại máy cầm tay. Và đây cũng chính là một trong những nội dung mà đồ án đi

vào nghiên cứu.
1.2.3 Cấu trúc sắp xếp của các phần tử ănten
Vị trí của các phần tử ănten luôn đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra chất
lượng của đồ thị bức xạ. Một đồ thị bức xạ đạt chất lượng cao trong ănten 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.
∆x
x
y
∆φ
x
y
∆y
∆z
∆x
y
x
z
∆x
∆y
x
y

Hình 1.2: Các loại cấu trúc ănten 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 vùng phủ sóng hình quạt. Trong cấu trúc này,
khoảng cách giữa các phần tử là
∆
x. Búp sóng chính của hệ thống có thể phủ sóng
trong một hình quạt.

Cấu trúc dàn hình tròn: Các phần tử ănten tạo với tâm hệ thống một góc
2 / N
π
∆Φ =
. Búp sóng chính của đồ thị bức xạ phủ toàn vùng ngang.
Cấu trúc dàn chữ nhật và cấu trúc dàn lập phương: Điều khiển búp sóng theo cả
hai phương dọc và ngang. Hai cấu trúc này cần thiết cho môi trường truyền sóng phức
tạp (đô thị đông đúc). Về mặt lý thuyết nếu hệ thống có L phần tử ănten, 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 thì con số này có thể nhỏ hơn.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 4

1.2.4 Các tham số dàn ănten
Dưới đây là một số các định nghĩa được sử dụng để mô tả hệ thống ănten:
Mẫu bức xạ: Mẫu bức xạ của một ănten là sự phân phối tương đối công suất bức xạ
như một hàm hướng trong không gian. Mẫu bức xạ của một ănten là kết quả của một
mẫu phần tử và hệ số dàn, hai cái này được định nghĩa bên dưới. Nếu
),(
φθ
f
là mẫu
bức xạ của mỗi phần tử ănten và
),(
φθ

F
là hệ số dàn thì mẫu bức xạ của dàn,
),(
φθ
G
,
được gọi là mẫu búp sóng được cho b λi phương trình dưới đây:

),(),(),(
φθφθφθ
FfG =
(1.1)
Hình 1.3 là một ví dụ của đáp ứng phần tử ănten đã được cách điệu hoá, một hệ số
dàn của dàn ănten tuyến tính 8 phần tử với một khoảng cách giữa các ănten phần tử là
2/
λ
hướng tại 0
0
và mẫu bức xạ, kết quả của việc kết hợp hai thành phần trên.
Hệ số dàn: Hệ số dàn,
),(
φθ
F
, là mẫu bức xạ trường xa của dàn ănten gồm các
phần tử bức xạ đẳng hướng, trong đó
θ
là góc phương vị và
φ
là góc ngẩng.
Búp sóng chính: Búp sóng chính của một mẫu bức xạ ănten là búp sóng chứa

hướng của công suất bức xạ lớn nhất.
Búp sóng phụ: Búp sóng phụ là các búp sóng không tạo thành búp sóng chính.
Chúng cho phép các tín hiệu được nhận theo các hướng khác hướng của búp sóng
chính do đó, các búp sóng này là không mong muốn nhưng không thể tránh khỏi.
Độ rộng búp sóng: Độ rộng búp sóng của một ănten là độ rộng góc của búp sóng
chính. Độ rộng búp sóng 3 dB là độ rộng góc giữa các điểm trên búp sóng chính đạt
giá trị 3 dB bên dưới đỉnh của búp sóng chính. Độ rộng búp sóng nhỏ hơn là kết quả
của một dàn có kích thước rộng hơn nghĩa là khoảng cách giữa hai phần tử xa nhất của
dàn.
Hiệu suất ănten: Hiệu suất ănten là tỉ số của tổng công suất bức xạ của ănten trên
tổng công suất đầu vào ănten.
Búp sóng nhiễu xạ: Khi khoảng cách giữa các phần tử dàn ănten d >
2
λ
thì xảy ra
hiện tượng lấy mẫu không gian của sóng mang tần số vô tuyến nhận được, gây ra hiện
tượng tối đa thứ cấp, được gọi là các búp sóng nhiễu xạ, xuất hiện trong mẫu bức xạ,
chúng ta có thể thấy trong hình 1.4. Hiện tượng lấy mẫu không gian dẫn đến sự không
rõ ràng trong hướng của các tín hiệu đến, điều này có nghĩa là xuất hiện những bản sao
của búp sóng chính trong những hướng không mong muốn. Hiện tượng búp sóng
nhiễu xạ trong lấy mẫu không gian tương tự với hiệu ứng gán biệt danh trong lấy mẫu
thời gian. Do đó khoảng cách d giữa các phần tử trong dàn phải được chọn nhỏ hơn


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 5

hoặc bằng
2/
λ
, để tránh các búp sóng nhiễu xạ . Tuy nhiên, khoảng cách không gian
giữa các phần tử lớn hơn
2/
λ
sẽ cải thiện giải pháp không gian cho dàn ănten, tức là
giảm độ rộng búp sóng 3dB như trong hình 1.4, và giảm tính tương quan giữa các tín
hiệu đến tại các phần tử ănten.

θ φ
θ φθ φ
θ φ( , )G
θ φ
θ φθ φ
θ φ( , )F
θ φ
θ φθ φ
θ φ( , )f
θ
θθ
θ

Hình 1.3: Hệ số dàn của dàn ănten tuyến tính với khoảng cách ănten là
2/
λ
được định
hướng tại 0
0

, đáp ứng của mỗi phần tử dàn ănten và mẫu bức xạ do kết hợp cả hai điều
kiện trên.
1.3 Mô hình tín hiệu
Xét một dàn ănten gồm L thành phần ănten vô hướng đặt tại vùng xa của một nguồn
điểm hình sin như λ hình 1.5. Giả thiết khoảng cách các phần tử dàn là d và mặt sóng
phẳng m λ rộng trên dàn tại góc
θ
đối với pháp tuyến dàn, mặt sóng đến phần tử thứ
l+1 trước khi đi đến phần tử thứ l . Khi đó, khoảng cách mà mặt sóng phải đi từ phần
tử thứ l+1 đến phần tử thứ l là
θ
sind
. Tuy nhiên, đối với một dàn gồm L phần tử tuỳ
ý, giả thiết điểm có độ trễ bằng không, thì các độ trễ tương ứng là :

Ll
c
yx
t
ll
l
,....1,
cossin
)( =
+
=
θθ
θ
(1.2)
Trong

đ
ó, c là t
ố
c
độ
truy
ề
n sóng, t
ứ
c là t
ố
c
độ
c
ủ
a ánh sáng,
l
x
và
l
y
là to
ạ

độ
x
và y c
ủ
a ph
ầ

n t
ử
th
ứ
l
đố
i v
ớ
i
đ
i
ể
m g
ố
c có to
ạ

độ
(0,0). Thu
ậ
t ng
ữ
cosin ph
ụ
do
độ

l
ệ
ch y có th

ể
có t
ừ
to
ạ

độ
x c
ủ
a các ph
ầ
n t
ử
dàn b
ằ
ng 0, và do
đ
ó b
ị
lo
ạ
i b
ỏ
, nh
ư
trong
hình 1.5. Tín hi
ệ
u,
,

( )
l i
x t ,
đượ
c t
ạ
o ra trong ph
ầ
n t
ử
th
ứ
l do ngu
ồ
n th
ứ
i có th
ể

đượ
c
bi
ễ
u di
ễ
n nh
ư
sau:

( )

,
( ) ( )
l
j t
l i i
x t m t e
ω θ
=
, (1.3)


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 6

Kho¶ng c¸ch phÇn tö =
Kho¶ng c¸ch phÇn tö =
λ / 2
λ /3 2
Biªn ®é (dB)
Gãc (®é)

Hình 1.4: Hệ số dàn của dàn ănten tuyến tính đồng nhất 8 phần tử với khoảng cách
các ănten con là
2/
λ
và 3
2/

λ
.
Với
)(tm
i
chỉ hàm điều chế phức. Phương trình này dựa trên giả thiết băng tần hẹp
đối với xử lý tín hiệu dàn, cái này giả thiết rằng băng tần của tín hiệu tương đối nhỏ,
để hệ số trọng số duy trì một biến pha hằng xuyên qua tất cả các phần tử dàn ănten.
Giả thiết có M nguồn có hướng và tạp âm nền đẳng hướng, tín hiệu tổng tại phần tử
thứ l là:

( )
( ) ( )
l
M
j t
l i l
i
x m t e n t
ω θ
=
= +
∑
1
, (1.4)
φ
φsind

Hình 1.5: Sơ đồ thu tín hiệu của dàn ănten tuyến tính không gian

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 7

Trong đó
( )
l
n t
là thành phần tạp âm ngẫu nhiên trên phần tử ănten thứ l, gồm có
tạp âm nền và tạp âm điện. Giả thiết tạp âm trắng có bình phương trung bình bằng 0 và
phương sai
2
n
σ
.
Hệ số dàn
( )F θ
đượ
c tính toán nh
ư
sau:

( )
( )
l
L
j t

l
l
F e
− ω θ
=
θ = ω
∑
1
(1.5)
Trong
đ
ó
l
ω
là tr
ọ
ng s
ố
ph
ứ
c
đượ
c áp d
ụ
ng cho ph
ầ
n t
ử
th
ứ

l
để

đ
i
ề
u khi
ể
n búp
sóng
ă
nten trong h
ướ
ng c
ủ
a
0
θ
. Giá tr
ị
l
ớ
n nh
ấ
t c
ủ
a
( )F θ

đạ

t
đượ
c khi
0
θθ
=
.
x
1
x
2
L
x
ω
ωω
ω
1
ω
ωω
ω
2
L
ω
ωω
ω
∑
y

Hình 1.6: Bộ tạo búp sóng cộng các tín hiệu phần tử ănten gán trọng số,
thu được tín hiệu y(t) =

∑
=
L
l
l
tx
1
1
*
)(
ω

Xét sóng
λ
b
ă
ng t
ầ
n h
ẹ
p, nh
ư
th
ấ
y
λ
hình 1.6, trong
đ
ó tín hi
ệ

u t
ừ
m
ỗ
i ph
ầ
n t
ử

đượ
c nhân lên b
λ
i m
ộ
t tr
ọ
ng s
ố
ph
ứ
c,
l
ω
, l = 1,2,...., L và tính t
ổ
ng
để
t
ạ
o nên

đầ
u ra
c
ủ
a dàn.
Đầ
u ra dàn,
)(ty

λ
hình 1.6 t
ạ
i th
ờ
i
đ
i
ể
m
t
có công th
ứ
c:

∑
=
=
L
l
ll

txty
1
*
)()(
ω
, (1.6)
Trong
đ
ó * ch
ỉ
liên h
ợ
p ph
ứ
c,
)(tx
l
là tín hi
ệ
u
đế
n t
ừ
ph
ầ
n t
ử
th
ứ

l
c
ủ
a dàn, và
l
ω

là tr
ọ
ng s
ố

đượ
c áp d
ụ
ng cho thành ph
ầ
n th
ứ

l
. Các tr
ọ
ng s
ố
c
ủ
a b
ộ
t

ạ
o búp sóng bi
ễ
u
di
ễ
n nh
ư
sau:

],...,,[
21 L
ωωωω
=
, (1.7)
Và các tín hi
ệ
u th
ự
c hi
ệ
n trong t
ấ
t c
ả
các thành ph
ầ
n là:
,)](),...,(),([
21

T
L
txtxtxx =
(1.8)


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 8

Đầ
u ra c
ủ
a b
ộ
thu t
ạ
o búp sóng
λ
hình 1.6 tr
λ
thành:
)()( txty
T
ω
=
, (1.9)
V

ớ
i
T
và
H
, t
ươ
ng
ứ
ng xác
đị
nh ma tr
ậ
n chuy
ể
n v
ị
và ma tr
ậ
n chuy
ể
n v
ị
liên h
ợ
p
ph
ứ
c c
ủ

a m
ộ
t vect
ơ
hay m
ộ
t ma tr
ậ
n.
Cho
R
xác
đị
nh ma tr
ậ
n t
ươ
ng quan
L
×
L
c
ủ
a tín hi
ệ
u thu b
λ
i L ph
ầ
n t

ử
:
[ ]


























== )(...)()(

)(
...
)(
)(
)]()([
**
2
*
1
2
1
txtxtx
tx
tx
tx
EtxtxER
L
L
H
, (1.10)
Trong
đ
ó H xác
đị
nh chuy
ể
n v
ị
Hermitian (t
ứ

c là chuy
ể
n v
ị
k
ế
t h
ợ
p v
ớ
i liên h
ợ
p
ph
ứ
c).
Ma tr
ậ
n t
ươ
ng quan
R
có th
ể
bi
ễ
u di
ễ
n
λ

d
ạ
ng m
λ
r
ộ
ng nh
ư
sau:












−
−
+−+−
−
=
)0(
...
)2(
)1(

...
...
...
...
)2(
...
)0(
)1(
)1(
...
)1(
)0(
r
Lr
Lr
Lr
r
r
Lr
r
r
R
(1.11)
Ph
ầ
n t
ử

r(0)
trên

đườ
ng chéo chính luôn có giá tr
ị
th
ự
c.
Đố
i v
ớ
i d
ữ
li
ệ
u giá tr
ị

ph
ứ
c, các ph
ầ
n t
ử
còn l
ạ
i c
ủ
a
R

đượ

c gi
ả
thi
ế
t là có giá tr
ị
ph
ứ
c. Ma tr
ậ
n t
ươ
ng quan
c
ủ
a quá trình ng
ẫ
u nhiên r
ờ
i r
ạ
c t
ĩ
nh là Hermitian, t
ứ
c là
R
H
= R
. K

ế
t qu
ả
là
r(-k) =
r
*
(k)
, v
ớ
i
r(k)
là hàm t
ự
t
ươ
ng quan c
ủ
a quá trình ng
ẫ
u nhiên
đố
i v
ớ
i
độ
tr
ễ
c
ủ

a
l
. Do
đ
ó, ph
ươ
ng trình (1.11)
đượ
c vi
ế
t l
ạ
i nh
ư
sau:
*
* *
(0) (1) ( 1)
(1) (0) ( 2)
( 1) ( 2) (0)
r r r L
r r r L
R
r L r L r
−
 
 
−
 
=

 
 
− −
 
K
K
M M O K
K
. (1.12)
Các ph
ầ
n t
ử
c
ủ
a ma tr
ậ
n ,
R
, xác
đị
nh m
ố
i t
ươ
ng quan gi
ữ
a tín hi
ệ
u

đầ
u ra c
ủ
a các
ph
ầ
n t
ử

ă
nten khác nhau trong hình 1.6. Ví d
ụ
,
ij
R
xác
đị
nh m
ố
i t
ươ
ng quan gi
ữ
a ph
ầ
n
t
ử
th
ứ

i
và th
ứ

j
c
ủ
a dàn. Cho r
ằ
ng vect
ơ

đ
i
ề
u khi
ể
n có quan h
ệ
v
ớ
i h
ướ
ng
i
θ
hay
ngu
ồ

n th
ứ

i
có th
ể

đượ
c mô t
ả
vect
ơ
ph
ứ
c L h
ướ
ng
s
i
:


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 9

[ ]
T

iLi
i
tjtjs ))(exp()),...,(exp(
1
θωθω
=
, (1.13)
Trong
đ
ó, L là s
ố
ph
ầ
n t
ử
c
ủ
a dàn
ă
nten, và
t
i
là tr
ễ
th
ờ
i gian gây ra do sóng ph
ẳ
ng
đế

n t
ừ
ngu
ồ
n th
ứ

i
,
đặ
t t
ạ
i h
ướ
ng
i
θ
, và
đượ
c
đ
o t
ừ
ph
ầ
n t
ử
ban
đầ
u, khi

đ
ó ma tr
ậ
n
t
ươ
ng quan,
R
, c
ủ
a các tín hi
ệ
u
đầ
u ra t
ạ
i các ph
ầ
n t
ử
dàn trong hình 1.6 có th
ể

đượ
c
bi
ễ
u di
ễ
n nh

ư
sau:
∑
=
+=
M
i
n
H
iii
IsspR
1
2
,
σ
(1.14)
Trong
đ
ó,
p
i
là công su
ấ
t c
ủ
a ngu
ồ
n th
ứ
i,

2
n
σ
là công su
ấ
t t
ạ
p âm và
I
là ma tr
ậ
n
đơ
n v
ị
.
S
ử
d
ụ
ng ký hi
ệ
u ma tr
ậ
n, ma tr
ậ
n t
ươ
ng quan ,
R

, có th
ể

đượ
c bi
ễ
u di
ễ
n
λ
d
ạ
ng
sau:
H
n
H
UUIASAR Λ=+=
2
σ
, (1.15)
V
ớ
i
[ ]
H
i i
S E s s=
là ma tr
ậ

n hi
ệ
p bi
ế
n c
ủ
a các
đầ
u ra c
ủ
a các ph
ầ
n t
ử
dàn trong
hình 1.6,
],....,,[
21 M
sssA=
là ma tr
ậ
n
L
×
M
c
ủ
a các vect
ơ
di

ề
u khi
ể
n. H
ơ
n n
ữ
a, ma
tr
ậ
n chéo
],....,,[
21 L
diag
λλλ
=Λ
đượ
c t
ạ
o thành b
λ
i các giá tr
ị
riêng th
ự
c c
ủ
a
R
,

trong khi
đ
ó
U g
ồ
m các vect
ơ
riêng chu
ẩ
n
đơ
n v
ị
c
ủ
a
R.

1.4 Ưu điểm của ănten thông minh trong thông tin di động
1.4.1 Giảm trải trễ và pha đinh đa đường
Trải trễ do đường truyền đa đường gây ra, trong đó một tín hiệu đến từ các hướng
khác nhau sẽ bị trễ do đi theo các khoảng cách khác nhau. λ phía phát, một ănten
thông minh có thể tập trung năng lượng theo hướng yêu cầu, hỗ trợ trong việc giảm
phản xạ đa đường và do đó giảm trải trễ. λ phía thu, dàn ănten có thể thực hiện kết
hợp tối ưu sau khi bù trễ cho các tín hiệu đa đường tới dàn. Những tín hiệu mà trễ
không thể bù đắp có thể bị xoá bỏ do hình thành các nút sóng trong hướng của chúng.
Trạng thái hướng của một dàn ănten cũng dẫn đến hiện tượng trải phổ nhỏ hơn của
các tần số Doppler tại máy di động. Đối với một ănten vô hướng tại cả trạm gốc và tại
máy di động, hướng góc đến λ máy di động được phân bố giống nhau. Do đó phổ
Doppler được cho b λi mô hình Clarke như sau:

2
0
( )
1 ( )
r m
m m
A
S f f f
f f f
π
= <
−
(1.16)


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 10

Trong đó,
0
A
là công suất trung bình được phát và
m
f v
λ
=
là độ dịch Doppler

lớn nhất, với
v
là vận tốc của máy di động và
λ
là độ dài bước sóng mang. Tuy nhiên,
nếu một ănten có hướng được sử dụng tại trạm gốc thì mật độ phổ công suất được tính
theo công thức:

( )
( / )
( cos ( / ) ) ( cos ( / ) ) ,
r
m m
v m v m m
A
S f
f f f
f f f f f f f f
θ θ
φ φ
− −
=
−
 
+ + − <
 
2
0
2
1 1

1
(1.17)
Trong đó
v
φ
là hướng di chuyển của máy di động so với đường thẳng nối trạm gốc
đến máy di động và
()
θ
f
là PDF của DOA các thành phần đa đường tại máy di động,
có công thức tính như sau:
v
φ

H
ình 1.7:Minh hoạ thành phần truyền thẳng từ trạm gốc đến trạm di động cho thấy
hướng di chuyển của trạm di động,
v
φ

,
( tan( ))
( ) ,
(sin( ) cos( ) tan( ))
,
R
I
D
f

I
R
I
θ
θ θ θ
α
θ θ θ θ
θ θ α
θ θ θ

− < ≤



= < ≤

+


< ≤ −


2
1 1
2
1 2
2
2 2
(1.18)
Trong

đ
ó:
)(sin)sin(4)(2
222
21
2
ααθθπ
DRDRI −+−+=
(1.19)
H
ơ
n n
ữ
a,
α
2
là
độ
r
ộ
ng búp sóng c
ủ
a
ă
nten có h
ướ
ng g
ọ
i là ‘flat- top’ lý t
ư

λ
ng,
có
độ
l
ợ
i b
ằ
ng 0, ngo
ạ
i tr
ừ
tr
ả
i góc
α
2
, trong khi
đ
ó
độ
l
ợ
i là 1,
R
là bán kính c
ủ
a khu
v

ự
c tròn bao g
ồ
m t
ấ
t c
ả
các b
ộ
tán x
ạ
và
D
là kho
ả
ng cách riêng bi
ệ
t gi
ữ
a tr
ạ
m g
ố
c và
máy di
độ
ng. Cu
ố
i cùng,
1

θ
và
2
θ
là các h
ằ
ng s
ố

đượ
c s
ử
d
ụ
ng
để
tính toán:


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I. Tổng quan về ănten thông minh

Đinh Thị Thái Mai , D01VT 11

1 2 2 2 2
cos( )
cos sin ( ) sin ( )
D
R D

R R
α
θ α α
−
 
= ± −
 
 
(1.20)
Hình 1.8
đư
a ra nh
ữ
ng ví d
ụ
c
ủ
a ph
ổ
Doppler cho
độ
r
ộ
ng búp sóng là 2, 10, 20
độ

đố
i v
ớ
i máy di

độ
ng di chuy
ể
n t
ạ
i góc 0, 45, 90 so v
ớ
i thành ph
ầ
n LOS, trong
đ
ó
kho
ả
ng cách tr
ạ
m g
ố
c
đế
n máy di
độ
ng là 3 km, n
ơ
i mà các b
ộ
tán x
ạ

đượ

c
đặ
t trong
m
ộ
t vòng tròn có bán kính 1 km, tâm là máy di
độ
ng.
MËt ®é phæ c«ng suÊt (dB)
TÇn sè Doppler(Hz)
TÇn sè Doppler(Hz)
MËt ®é phæ c«ng suÊt (dB)
(a) H−íng di chuyÓn,
v
φ
=
0
0
(b) H−íng di chuyÓn,
v
φ
=
0
45
(c) H−íng di chuyÓn,
v
φ
=
0
90

TÇn sè Doppler(Hz)
MËt ®é phæ c«ng suÊt (dB)

Hình 1.8: Phổ Doppler tại trạm di động, khi sử dụng một ănten có hướng tại trạm gốc,
và một ănten vô hướng tại trạm di động, được so sánh với mô hình Clarke, R = 1km,
D= 3km, f
m
= 100 Hz
1.4.2 Giảm nhiễu đồng kênh
Dàn ănten cho phép sử dụng phương pháp lọc không gian, phương pháp này được
áp dụng cho cả bên thu cũng như bên phát để giảm nhiễu đồng kênh. Khi phát, ănten
được sử dụng để tập trung năng lượng phát xạ nhằm tạo ra một búp sóng có hướng
trong vùng có bộ thu. Điều này có nghĩa là có ít nhiễu hơn trong các hướng khác mà
búp sóng không hướng đến. Nhiễu đồng kênh bên phát có thể giảm bằng cách hình
thành những nút sóng trong hướng của các bộ thu khác. Lược đồ này mục đích là giảm
năng lượng phát trong hướng của các bộ thu đồng kênh và do đó cần những thông tin
về quyền ưu tiên vị trí của chúng.