Báo cáo BTL hệ thống viễn thông Phân tập anten

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG
----------

BÁO CÁO
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
Đề tài:

TÌM HIỂU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TẬP ANTENNA
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thành Chuyên
Sinh viên thực hiện:

Hà Nội, 12-2017

MỤC LỤC
Danh sách hình vẽ..................................................................................................3


A. LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................3
B. NỘI DUNG.........................................................................................................5
Chương I : Tổng quan về phân tập antenna.................................................5
1. Tổng quan về phân tập..........................................................................5
2. Phân tập anten (antenna diversity)......................................................5
Chương II : Các kỹ thuật phân tập anten.......................................................7
1. Các kỹ thuật phân tập thu kết hợp.......................................................7
2. Các kỹ thuật phân tập phát..................................................................12
CHƯƠNG III : Mô phỏng các phương pháp phân tập anten.....................16
1. Mô phỏng các kỹ thuật phân tập thu.................................................16
2. Mô phỏng các kỹ thuật phân tập phát...............................................17
CHƯƠNG IV: Ứng dụng của phân tập anten...............................................19

C. KẾT LUẬN.......................................................................................................20
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................21
PHỤ LỤC................................................................................................................ 22


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Ví dụ về phân tập antenna……………………………………………………………….6
Hình 2.1 Mô hình kỹ thuật phân tập thu kết hợp lựa chọn……………………………………..7
Hình 2.2 Mô hình kỹ thuật phân tập thu kết hợp theo tỉ số tối đa (MRC)………………….. 10
Hình 2.3 Mô hình kỹ thuật phân tập thu kết hợp cùng độ lợi (EGC)…………………….…. 12
Hình 2.4 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với một anten thu………………….…………….…13
Hình 2.5 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với hai anten thu………………….………………..15
Hình 3.1 BER của điều chế BPSK sử dụng kỹ thuật phân tập thu trên kênh Rayleigh……
16
Hình 3.2 BER với số anten thu khác nhau……………………………………………….……...17
Hình 3.3 BER của điều chế BPSK với kỹ thuật phân tập Almouti trên kênh truyền
Rayleigh………………………………………………………………………………………...……18

3


A. LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay các nhu cầu về thông tin vô tuyến đang phát tri ển m ột cách
nhanh chóng. Trong thời đại công nghệ số, ứng dụng của chúng giúp cải thi ện
và nâng cao chất lượng đời sống của con người đi ển hình về các lĩnh vực nh ư :
truyền hình, thông tin di động, truy cập Internet… Vi ệc chú tr ọng vào nghiên
cứu và tìm hiểu sâu vào lĩnh vực thông tin truyền thông đã được các n ước phát
triển chú trọng và nhiều nơi coi lĩnh vực này là then ch ốt trong vi ệc phát tri ển
thời đại.
Trong thời gian qua, nhóm chúng em được nhận đề tài “Tìm hi ểu về các

phương pháp phân tập antenna (antenna diversity)” . Đây là một đề tài r ất hay
và mới mẻ đối với chúng em. Nó được ứng dụng nhi ều trong đ ời s ống ngày
nay, đặc biệt là những xu hướng công nghệ mới của th ời đại,phần nào cũng
giúp chúng em nắm vững hơn cơ sở lý thuyết đồng thời hi ểu rõ h ơn về các
kiến thức được học trên lớp.
Được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Thành Chuyên, nhóm đã phân chia
công việc và thực hiện các yêu cầu được giao. Do ki ến thức còn h ạn hẹp, nên
không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy chúng em mong mu ốn nhận đ ược s ự
chỉ bảo và khắc phục của thầy để đề tài có thể hoàn thiện và phát tri ển thêm.

4


B. NỘI DUNG
Chương I : Tổng quan về phân tập antenna
1. Tổng quan về phân tập
1.1 Khái niệm
Phân tập (diversity) là một phương pháp dùng trong viễn thông, giúp
cho phía thu cải thiện chất lượng tín hiệu, tín hiệu thu bị suy giảm ch ất l ượng
do fading nhờ việc kết hợp tín hiệu thu đa đường đến từ cùng m ột ngu ồn
phát.
1.2 Phân loại
1.2.1 Theo cách thức triển khai
- Phân tập phát
- Phân tập thu
1.2.2 Theo kỹ thuật phân tập
- Phân tập không gian Space Diversity (antenna diversity)
- Phân tập tần số Frequency Diversity
- Phân tập thời gian Time Diversity
- Phân tập phân cực Polarization Diversity

1.3 Ứng dụng của phân tập
Mỗi một loại phân tập được ứng dụng tùy vào loại công nghệ. Trong
thời đại ngày nay úng dụng nổi bật nhất của phân tập là cho các m ạng GSM và
CDMA.
2. Phân tập anten (antenna diversity)

5


Phân tập anten hay còn gọi là phân tập không gian là m ột d ạng của
phân tập, trong kỹ thuật này tín hiệu được truyền trên nhiều đường khác
nhau. Trong truyền dẫn vô tuyến, người ta hay sử dụng phân tập anten là
phân tập trên nhiều anten phát, anten thu. N ếu các anten đ ặt g ần nhau
khoảng vài bước sóng thì gọi là phân tập gần (microdiversity). N ếu các anten
đặt cách xa nhau thì gọi là phân tập xa (macrodiversity). Mục đích chính của
phân tập anten là để nâng cao độ tin cậy của thông tin truyền đi.
Phân tập anten đặc biệt hiệu quả trong việc gi ảm thi ểu các tình hu ống
đa đường, điều này là do nhiều anten cùng quan sát tín hi ệu. Trong đó m ỗi
anten sẽ ở một môi trường khác nhau. Vì vậy, mỗi anten ph ải tr ải qua s ự suy
giảm tín hiệu do fading, thì thông qua nhau nó sẽ kết hợp lại thành m ột tín
hiệu đầy đủ. Nhìn chung một hệ thống phân tập antenna có s ự liên k ết m ạnh
mẽ.
Thông thường, một hệ thống phân tập antenna đòi hỏi cần có thêm
phần cứng và tích hợp cho hệ thống bởi các anten đơn. Do tính ph ổ bi ến c ủa
các đường dẫn tín hiệu nên có thể chia sẻ một số lượng nhất định các tín hi ệu
cần truyền đi xa nhằm giúp giảm bớt gánh nặng cho một anten. Ngoài ra, v ới
nhiều yêu cầu cao từ máy thu, chúng ta có th ể làm các liên k ết m ột cách ch ặt
chẽ hơn.

Hình 1.1 Ví dụ về phân tập antenna

6


Trong trường hợp được thể hiện ở hình trên, tín hiệu ở anten s ố 1 có
tín hiệu lớn nhất và do đó có thể được sử dụng. Công suất thu có th ể thay đ ổi
30dB (1000 lần) bằng cách di chuyển anten ở một khoảng cách tương đ ối
nhỏ. Do đó để chống lại ảnh hưởng của hiện tượng này, phân tập antenna có
thể làm giảm đáng kể ảnh hưởng đó.

Chương II : Các kỹ thuật phân tập anten
Phân tập anten có thể được thực hiện bằng nhiều cách. Tùy thuộc vào
môi trường và những ảnh hưởng bên ngoài, chúng ta có thể thi ết kế phương
pháp để nâng cao chất lượng tín hiệu. Trong thực tế, có nhi ều phương pháp
được sử dụng để tăng thêm độ tin cậy. Trong kỹ thuật phân tập anten người ta
chia ra làm hai loại : kỹ thuật phân tập phát và kỹ thuật phân tập thu.
1. Các kỹ thuật phân tập thu kết hợp
Phân tập thu là kỹ thuật sử dụng nhiều anten khác nhau ở phía thu. Các
anten thu sẽ thu được nhiều bản sao của cùng một tín hiệu truy ền. Các b ản
sao này chứa cùng một lượng thông tin như nhau. Tín hi ệu thu bao gồm m ột
sự kết hợp hợp lý của các phiên bản tín hiệu khác nhau.
1.1Kỹ thuật phân tập thu kết hợp lựa chọn (Selection Combining –
SC)

7


h1
h2 hn

Hình 2.1 Mô hình kỹ thuật phân tập thu kết hợp l ựa ch ọn
Trong kỹ thuật phân tập thu kết hợp lựa chọn, tín hi ệu tại đầu ra của
bộ kết hợp là tín hiệu tại nhánh có tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) cao nh ất
Sơ đồ kết hợp lựa chọn(Selection Combiner) sử dụng bộ kết hợp đơn
giản nhất, trong đó bộ kết hợp chỉ đơn giản tính cường độ tín hiệu tức thời
trong số Nr anten thu sau đó chọn lựa anten có tín hiệu m ạnh nh ất. Vì SC lo ại
bỏ năng lượng hữu ích từ các luồng khác, nên sơ đồ này rõ ràng không ph ải t ối
ưu tuy nhiên do tính đơn giản của nó nên nó được sử dụng trong nhi ều
trường hợp khi cần giảm bớt các yêu cầu phần cứng.
Để xác định độ lợi phân tập trong trường hợp này, ta giả sử SNR tức
thời của một nhánh là i = , SNR trung bình của mỗi nhánh là o = , trong đó Ei là
năng lượng tín hiệu tức thời trên nhánh m, E o là năng lượng công suất tín hiệu
trên một nhánh và = là mật độ tạp âm song biên nhánh i.
Hàm phân phối xác suất SNR trên mỗi nhánh được định nghĩa là SNR
đầu ra nhỏ hơn hoặc bằng giá trị ngưỡng s cho trước như sau:
Pout =P(m s) = .d()
= 1-

(1)

Hàm phân phối xác suất SNR tất cả các nhánh cùng nh ỏ h ơn m ột giá tr ị
ngưỡng s như sau :
Pout =P(n s)=P(1,2,3,…,Nrs) = .d()
Nr

 Pout(s) = (1-)

= 1(2)
8

Nếu coi rằng s là ngưỡng mà dưới nó ta sẽ không chọn được bất kỳ
nhánh nào, thì Pout(s) sẽ là xác suất mất thông tin và phương trình xác suất m ất
thông tin sẽ giảm đi đáng kể nếu số anten Nr tăng.
Ta có thể xác định xác suất ít nhất có một anten được lựa chọn như sau:
P(ít nhất một nhánh được chọn s) = 1 - Pout(s)

(3)

Pout cũng đại diện cho các hàm phân phối tích lũy của SNR đầu ra, như là
chức năng của ngưỡng các pdf của SNR đầu ra đó.
f() = = .(1-)Nr-1d()

(4)

Giá trị trung bình SNR đầu ra của bộ kết hợp thu được với Nr nhánh
trong kênh fading Rayleigh là :
E() = = (1-)Nr-1d()
=
(C+lnN+

(5)

Giá trị gần bằng cuối cùng hợp lệ khi N đủ lớn, C là hằng s ố Euler cải
thiện SNR là một phần duy nhất để sắp xếp theo lnN
Nhận xét :
+, Tại một thời điểm chỉ có một nhánh được sử dụng nên phương pháp SC ch ỉ
yêu cầu máy thu được chuyển đến vị trí anten tích cực
+, Kỹ thuật đòi hỏi trên mỗi nhánh của máy thu ph ải có b ộ theo dõi SNR đ ồng
thời và liên tục

+, Với việc lựa chọn thì tín hiệu sẽ được tối đa hóa mức đ ộ tin c ậy, tăng công
suất truyền đi đồng thời cần sử dụng với nhiều anten
+, Thông thường thì kĩ thuật sẽ đạt lợi ích từ 10-15 dB cho 2-3 anten, t ức là 5
dB cho mỗi anten

1.2 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp theo ngưỡng (Threshold
Combining – TC)
Nguyên lý của kỹ thuật này là quét tuần tự từng nhánh và xu ất ra tín
hiệu trên nhánh đầu tiên có SNR lớn hơn một mức ngưỡng Y cho trước.
9


Kỹ thuật này ít được áp dụng trong thực tế do độ chính xác không cao,
nó không lựa chọn được nhánh có SNR cao nhất như SC
Vì kỹ thuật này cũng chỉ cần một nhánh được đưa vào xử lý nên cũng
không cần đến sự đồng pha trong tín hiệu, nó phụ thuộc vào các m ức ng ưỡng
đặt ra trong bộ so sánh nên phương pháp có độ lợi phân tập thấp.
1.3 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp theo tỉ số tối đa (Maximal Ratio
Combining – MRC)
Trong kỹ thuật phân tập thu kết hợp theo tỉ số tối đa, đầu ra là tổng
trọng số của tất cả các nhánh.
Do pha tín hiệu sẽ khác nhau trên các nhánh, vì v ậy đ ể k ết h ợp chính
xác các tín hiệu đa đường đòi hỏi phải đồng pha các tín hiệu.
Việc đồng pha được thực hiện bằng cách nhân mỗi nhánh với giá trị α i =
ai. với i là pha trên nhánh thứ i
Vì các đường truyền từ anten phát đến anten thu đ ộc l ập v ới nhau và
độ lợi đường truyền từ anten phát đến anten i là hi = i.
hi là đáp ứng xung kênh truyền thứ i
i

là độ lợi kênh thứ i
là pha trên nhánh thứ i

Nên ta có thể viết tín hiệu thu sau kết hợp như sau:
y(t) = x(t) +

(6)

Ta xác định SNR với giả thiết = - như sau:
SNR =

(7)

Mục đích của chúng ta là phải chọn được các giá trị i sao cho SNR đạt giá
trị lớn nhất. Nếu ta thực hiện tối ưu các tr ọng s ố i thì kết quả SNR sẽ đạt
được giá trị lớn nhất vì i tỉ lệ thuận với SNR trên các nhánh = ,đi ều này có
nghĩa là mỗi nhánh nhân với chính tỷ số tín hiệu trên tạp âm của chính nó –
nói một cách khác các nhánh có năng lượng tốt hơn sẽ được tăng cường, còn
các nhánh có năng lượng thấp hơn sẽ được cấp trọng s ố th ấp h ơn. Khi này ta
tính được SNR như sau:
SNR = =

(8)

10


h1
h2 hn

w1
w2

wn
Hình 2.2 Mô hình kỹ thuật phân tập thu kết hợp theo t ỉ số tối đa
(MRC)
Các trọng số MRC thực hiện 2 mục đích:
+, Quay pha tín hiệu thu được tại các anten khác nhau đ ể bù pha của kênh
tương ứng và đảm bảo rằng các tín hiệu đồng pha khi cộng với nhau
+, Cân bằng tín hiệu tỷ lệ với độ lợi đáp ứng kênh, áp dụng tr ọng số cao h ơn
tín hiệu thu mạnh hơn.
Nhận xét :
+, Một cách trực giác ta thấy ưu điểm nổi trội của MRC ở ch ỗ tổng SNR đ ạt
được bằng cách cộng các SNR của các nhánh với các tr ọng số tương ứng. Do
đó SNR của tín hiệu thu được sẽ tăng tuyến tính theo số nhánh phân tập i. Mặc
dù MRC cho phép đạt được SNR cực đại và nói chung hoạt đ ộng t ốt, nh ưng
trong nhiều trường hợp nó không tối ưu vì nó bỏ qua công suất nhi ễu mà các
thông số thống kê của nhiễu trong nhiều trường hợp có th ể khác nhau gi ữa
các nhánh.
+, MRC là một chiến lược kết hợp anten thích hợp khi tín hi ệu thu ch ủ y ếu b ị
ảnh hưởng với tạp âm. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, tín hiệu thu bị ảnh
hưởng chính của nhiễu từ nhiều anten phát trong hệ th ống hơn là tạp âm.
Trong hoàn cảnh số lượng tín hiệu nhiễu khá lớn xấp xỉ cường độ tín hiệu.

11


+, MRC vẫn là một lựa chọn tối ưu lúc này, nhiễu tổng sẽ xu ất hi ện t ương đ ối
giống tạp âm, không có hướng đến cụ thể. Tuy nhiên, trong nh ững hoàn c ảnh
chỉ có một nguồn nhiễu trội hiệu năng sẽ được cải thi ện nếu thay vì l ựa ch ọn

trọng số anten để tối đa hóa tỉ số tín hiệu trên nhiễu sau khi k ết h ợp, thì các
trọng số sẽ được lựa chọn để triệt nhiễu.
1.4 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp cùng độ lợi (Equal-gain
Combining – EGC)
Trong kỹ thuật phân tập thu MRC thì yêu cầu phải bi ết s ự bi ến đ ổi c ủa
SNR trên từng nhánh theo thời gian. Tuy nhiên thông s ố này rất khó đo được.
Vì vậy để đơn giản hóa kỹ thuật MRC người ta dùng kỹ thuật phân t ập thu
EGC(Equal Gain Combiner). Về bản chất kỹ thuật EGC cũng gi ống v ới MRC,
đều sử dụng tất cả các tín hiệu thu được tại các nhánh đ ể đưa vào xử lý, tuy
nhiên trọng số trong phương pháp MRC được thay thế bằng trọng số , , cho
tất cả các nhánh trong phương pháp EGC
Trong trường hợp này ta được SNR sau kết hợp như sau :
là công suất tạp âm
là năng lượng ký hiệu phát

SNR =

(9)

Hình 2.3 Mô hình kỹ thuật phân tập thu kết hợp cùng đ ộ l ợi (EGC)
12


1.5 Tổng kết
+, Có nhiều kỹ thuật được sử dụng trong phân tập thu kết h ợp, m ỗi m ột kỹ
thuật có ưu và nhược điểm riêng nhưng nhìn chung sự tồn tại c ủa chúng đ ều
phục vụ cho mục đích cuối cùng nâng cao độ tin cậy của các b ản tin truy ền đi
đến nơi nhận
+, Kỹ thuật MRC có hiệu suất cao nhất nhưng cũng là kỹ thu ật khó th ực hi ện
nhất

+, Kỹ thuật SC đơn giản nhưng hiệu suất đôi khi không được như mong muốn
+, Đối vs EGC thì phức tạp hơn SC nhưng lại đơn gi ản h ơn MRC, hi ệu su ất cao
hơn SC nhưng lại không bằng so với MRC
+, Tùy vào từng hệ thống và yêu cầu thực tế, các kỹ thuật sẽ được ứng dụng.
2. Các kỹ thuật phân tập phát
2.1 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với một anten thu
Sơ đồ Alamouti làm việc cho tất cả các ki ểu chum ký tự x1,x2 khác
nhau. Tuy nhiên để đơn giản, ở đây chỉ xét BPSK với truyền 2 bit trong th ời
gian hai ký tự

Hình 2.4 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với một anten thu
13


Kỹ thuật Alamouti thực hiện với ba bước sau:
+, Mã hóa và truyền dẫn
+, Sơ đồ kết hợp tại máy thu
+, Quy tắc quyết định khả năng cực đại
2.1.1 Mã hóa và truyền dẫn
Trong khoảng thời gian cho trước của một ký hiệu, hai ký hiệu được
truyền đồng thời từ hai anten phát. Ký hiệu tín hi ệu phát từ anten m ột là x 1(k)
= x1 và tín hiệu phát từ anten hai là x 2(k) = x2. Trong thời gian ký hiệu tiếp
theo, x1(k+1) = -x2* được phát đi từ anten một và x 2(k+1) = -x1* được phát từ
anten hai
Giả thiết fading không đổi trong thời gian hai ký tự phát, có thể vi ết :
Y=Hx+

(10)

Trong đó vector phía thu : y = [y1 y2*]T

Độ lợi kênh truyền

H=

Với h1(k) = h1(k+1) = h1 = β1.ejθ1 và
h2(k) = h2(k+1) = h2 = β2.ejθ2

(11)

Tín hiệu phát và nhiễu Gauss:
x = [x1

x2]T và η = [η1

η2*]T

(12)

2.1.2 Bộ kết hợp (combiner)
Giả thiết rằng trạng thái kênh truyền là hoàn hảo. Bộ kết hợp sẽ th ực
hiện nhân vector thu y với ma trận chuyển vị Hermitian HH để có:
= HHy + HHη = + HHη
= + HHη
= .x + HHη

(13)

Khai triển ta được x1 và x2 như sau:
14

= (β12 + β22).x1 + η1 + h2

(14)

= (β12 + β22).x2 - η2* + 1

(15)

2.1.3 Quy tắc quyết định khả năng cực đại (ML)
Từ hai tín hiệu đầu ra bộ kết hợp, những tín hiệu kết hợp này sau đó
được gửi đến bộ quyết định khả năng cực đại (ML) và sẽ ch ọn x1 và x2 sao
cho:
d(,x1) d(,xk)
d(,x2) d(,xk)
Tính SNR tổng hợp (nếu coi công suất tín hiệu phát chia đều cho hai anten)

= = =

(16)

Eb là năng lượng của tín hiệu phát, = No/2 với No là công suất tạp âm đơn biên

2.2 Sơ đồ hệ thống Alamouti hai anten phát và hai anten thu
SNR trong trường hợp này được tính như sau :
= =

(17)

Ta thấy rằng các tín hiệu kết hợp từ hai anten nh ận được là phép c ộng

đơn giản của từng anten thu, nghĩa là sơ đồ kết hợp này gi ống hệt v ới m ột
anten thu duy nhất. Vì vậy ta có thể mở rộng h ệ th ống ra hai anten phát và M
anten thu dễ dàng để cải thiện chất lượng hệ thống mà không cần có nh ững
tính toán phức tạp.

15


Hình 2.5 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với hai anten thu

CHƯƠNG III : Mô phỏng các phương pháp phân tập anten
Các phương pháp phân tập anten được mô ph ỏng và làm vi ệc trên
Matlab.Việc mô phỏng các kỹ thuật phân tập ta tính các chỉ s ố BER của đi ều
chế BPSK trên kênh truyền Rayleigh là kênh truyền có truy ền đi v ới ch ất
lượng tồi nhất. Do đó khi tính toán và thiết kế vô tuyến (tính toán mức độ phủ
sóng) người ta thường tính với trường hợp xấu nhất là kênh Rayleigh.
1. Mô phỏng các kỹ thuật phân tập thu
Sử dụng điều chết BPSK
Eb/N0 = 0:1:35 [dB]
Kênh truyền Rayleigh
16


Số lần mô phỏng: M = 100
Mô phỏng 1: Sử dụng 3 kỹ thuật phân tập MRC, EGC, SC(hình 3.1)
Mô phỏng 2: Sử dụng kỹ thuât phân tập MRC với số anten bên thu từ 1
đến 4(hình 3.2)

Hình 3.1 BER của điều chế BPSK sử dụng kỹ thuật phân tập thu trên kênh
Rayleigh

Nhận xét : Kết quả mô phỏng đã chứng tỏ rằng sử dụng phương pháp phân
tập cho kết quả cải thiện BER tốt hơn nhiều so với vi ệc không s ử dụng, phù
hợp với cả phân tích lý thuyết cũng như các nghiên cứu khác. Trong đó
phương pháp MRC đem lại hiểu quả tốt nhât, tuy nhiên, đ ộ ph ức t ạp trong thi
công phương pháp MRC cao hơn nhiều so với SC hay EGC. Đi ều này đòi h ỏi
phải có những đánh giá chuyên sâu về hiệu quả kinh tế khi l ựa ch ọn ph ương
pháp kết hợp để triển khai thực tế.

17


Hình 3.2 BER với số anten thu khác nhau
Nhận xét : Hình 3.2 cho thấy khi sử dụng càng nhiều anten ở phía thu thì BER
của tín hiệu càng giảm. Tuy nhiên do vấn đề kinh tể, chúng ta phải l ựa ch ọn
sao cho phù hợp.
2. Mô phỏng các kỹ thuật phân tập phát
Điều chế BPSK
Kênh truyền Rayleigh
EB/N0 = 0:1:25
Số lần mô phỏng: M=100
Các trường hợp:
 No diversity: 1Tx, 1Rx
 Alamouti STBC 2Tx,1Rx
 Alamouti STBC 2Tx,2Rx

18


Hình 3.3 BER của điều chế BPSK với kỹ thuật phân tập Alamouti (kênh truy ền
Rayleigh)

Nhận xét : Kỹ thuật phân tập bên phát cũng đem l ại s ự hi ệu quả rõ r ệt so v ới
việc không sử dụng. Và với việc sử dụng thêm 1 anten bên thu thì ch ất l ượng
tín hiệu cũng tăng lên đáng kể
Nhận xét chung : Thông số BER được cải thiện đáng kể so với khi không sử
dụng phân tập và nó được gia tăng khi tăng s ố lượng anten. Tuy nhiên, cùng
với sự gia tăng của số anten thì độ gia tăng độ l ợi h ệ th ống có xu h ướng gi ảm.
Kết quả mô phỏng cho ta thấy rằng độ gia tăng độ lợi tốt nhất khi tăng từ 1
lên 2 anten. Đây cũng là một ưu đi ểm đáng quan tâm cho vi ệc ứng d ụng kỹ
thuật phân tập anten vào thực tế, đặc biệt khi tri ển khai trên máy đ ầu cu ối
của mạng di động. Số anten không nhiều sẽ giúp ti ết ki ệm chi phí và đ ộ ph ức
tạp thi công, đáp ứng được yêu cầu giảm kích thước máy đầu cuối mà v ẫn
đảm bảo ứng dụng kỹ thuật phân tập anten và nâng cao chất lượng dịch vụ.

CHƯƠNG IV: Ứng dụng của phân tập anten
Kỹ thuật phân tập là một trong những phương pháp được dùng đ ể h ạn
chế ảnh hưởng của fading. Trong thông tin di động, kỹ thuật phân tập được sử
dụng để hạn chế ảnh hưởng của fading đa đường, tăng độ tin cậy của vi ệc
truyền tin mà không phải gia tăng công suất phát hay băng thông
Được ứng dụng trong các hệ thống cao tần, ví d ụ nh ư Wimax vì t ần s ố
cao nên bước sóng của nó sẽ nhỏ, các anten đặt cách nhau ở nh ững b ước sóng
càng nhỏ thì khả năng truyền tín hiệu càng cao

19


Kỹ thuật phân tập anten hiện đang đ ược quan tâm và ứng d ụng vào h ệ
thống đa lối vào đa lối ra (MIMO) vì:
+, Khả năng khai thác hiệu quả thành phần không gian trong nâng cao ch ất
lượng và dung lượng hệ thống
+, Giảm ảnh hưởng fading

+, Tránh được hao phí băng thông tần số - yếu tố rất được quan tâm trong
hoàn cảnh tài nguyên tần số ngày càng khan hiếm
Trong thời đại công nghệ số ngày càng phát tri ển m ột cách m ạnh mẽ
điển hình như hệ thống thông tin di động thứ 4 (4G) các phương pháp phân
tập được coi là một vấn đề rất đáng quan tâm trong việc nâng cao ch ất l ượng
hệ thống

C. KẾT LUẬN
Kỹ thuật phân tập anten được sử dụng trong các hệ th ống thông tin vô
tuyến cải thiện đáng kể chất lượng của hệ thống mà không cần phải tăng
công suất phát hay độ rộng băng thông. Các phương pháp phân tập thu
thường sử dụng nhiều anten ở nơi nhận và nó thực hiện kết hợp hoặc lựa
chọn và chuyển đổi tín hiệu để nâng cao chất lượng tín hiệu nhận đ ược. Tuy
nhiên, các vấn đề lớn với cách sử dụng cách ti ếp c ận này là chi phí, kích c ỡ và
20


công suất của các thiết bị. Việc sử dụng nhiều anten và chu ỗi tần s ố vô tuy ến
(RF) làm cho các thiết bị lớn và đắt hơn.
Do đó các kỹ thuật phân tập hầu như chỉ được áp dụng cho các tr ạm c ơ s ở đ ể
nâng cao chất lượng. Thông thường một trạm cơ sở thường xuyên phục vụ
hàng tram đến hàng nghìn thiết bị. Do đó, phân tập tại tr ạm cơ s ở t ốt h ơn so
với tại thiết bị về mặt kinh tế. Vì lý do này, kỹ thuật phân tập nói chung và
phân tập anten nói riêng là rất hấp dẫn và có tính khả thi cao.
Mở rộng ra chúng ta có thể thêm nhiều anten hơn ở n ơi phát đ ể ph ục v ụ cho
tất cả các thiết bị từ xa. Vì vậy chắc chắn đây là m ột giải pháp mang tính kinh
tế rất cao.
Kỹ thuật phân tập anten có thể cải thiện hiệu suất l ỗi, tốc đ ộ d ữ li ệu, ho ặc
năng lực của hệ thống không dây. Đặc biệt nó có th ể gi ảm thi ểu fading và s ử
dụng kỹ thuật điều chế mức cao hơn để tăng tốc độ dữ liệu, hoặc các y ếu t ố

tái sử dụng nhỏ hơn trong một môi trường đa tế bào để tăng cường năng l ực
hệ thống.
Kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng để tăng phạm vi hoặc khu vực ph ủ
sóng của hệ thống không dây. Nói cách khác, kỹ thuật mới có hiệu qu ả trong
tất cả các ứng dụng nơi mà năng lực của hệ th ống bị hạn ch ế b ởi fading đa
đường và do đó, đây có thể là một cách đơn gi ản và hiệu qu ả đ ể gi ải quy ết
nhu cầu thị trường về chất lượng và hiệu quả mà không cần thiết kế lại hệ
thống hiện có.
Đề tài tập trung nghiên cứu về kỹ thuật phân tập thu và phân tập phát v ới hai
anten phát. Kênh được truyền sử dụng trong mô phỏng là kênh Rayleigh.
Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu nhóm còn gặp nhiều khó khăn trong
việc tìm nguồn tài liệu và hiểu các phép toán cũng như các kỹ thu ật nên không
tránh khỏi những sai sót. Qua bài tập lớn nhóm chúng em đã đ ược tìm hi ểu
thêm một kiến thức mới và quan trọng trong mảng viễn thông, hi ểu được tầm
quan trọng của các kỹ thuật trong các ứng dụng vô tuy ến v ới th ời đ ại ngày
nay. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguy ễn Thành Chuyên đã
giao đề tài và hướng dẫn chúng em trên lớp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
21


[1] John G.Proakis, Digital Communications, 5th Edition, McGraw-Hill, 2008.
[2] truy cập cuối cùng ngày
30/11/2017.
[2] , truy
cập cuối cùng ngày 30/11/2017.
[3] truy cập
cuối cùng ngày 1/12/2017.
[4] />truy cập cuối cùng ngày 29/11/2017.

[5]
/>sp, truy cập cuối cùng ngày 30/11/2017.
[6] truy cập cuối cùng
ngày 30/11/2017.
[7] W.Ludwin, A.Jajszczyk, Mobile Communication Systems, 1st Edition, Wiley,
2002.
[8] truy cập cuối cùng ngày
1/12/2017.

22


PHỤ LỤC
Code matlab mô phỏng:
Hình 3.1 Hình 3.1 BER của điều chế BPSK sử dụng kỹ thu ật phân tập thu trên
kênh Rayleigh
clear
N = 10^6;
%dieu che BPSK
ip = rand(1,N)>0.5;
s = 2*ip-1;
nTX = 1;%so anten phat
nRx = 2;%so anten thu
Eb_N0_dB = [0:35];
for ii = 1:length(Eb_N0_dB)
for M=1:100
n = 1/sqrt(2)*[randn(nRx