Nghiên cứu, mô phỏng và thiết kế hệ điều khiển búp sóng cho anten mảng pha luận văn ths kỹ thuật điển tử viễn thông 2 07 00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN THỊ THÚY QUỲNH

Nghiên cứu, mô phỏng và thiết kế hệ điều khiển búp
sóng cho Anten mảng pha

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Người hướng dẫn: GS.TSKH. Phan Anh

Hà nội - 2005


1

MC LC
Trang
MC LC................................................................................................................................................... 1
DANH MC CC Kí HIU V CC CH VIT TT.................................................................... 4
DANH MC CC BNG........................................................................................................................ 4
DANH MC CC HèNH V, TH................................................................................................... 5
M U..................................................................................................................................................... 7

CHNG 1

ANTEN MNG PHA V MễI TRNG TRUYN SểNG................10

1.1.

Khỏi nim anten mng pha................................................................................................ 10

1.2.

ng dng ca anten mng pha......................................................................................... 11

1.3.

Mụi trng truyn súng..................................................................................................... 12

1.3.1. Mụi trng truyn súng mt t..................................................................................... 13
1.3.2. Mụi trng truyn súng trong khụng gian t do khụng vt cn.........................13
1.4.

S khi hot ng ca mt h anten mng pha................................................... 14

1.4.1. Cu trỳc ca mt h anten mng pha............................................................................ 14
1.4.2. Nguyờn tc hot ng ca h anten mng pha........................................................... 15
1.5.

Kt lun chng 1................................................................................................................ 15

CHNG 2

H THNG X Lí TN HIU XC NH HNG SểNG N
CHO H ANTEN MNG PHA...................................................................... 16

2.1.

S lc v cỏc thut toỏn xỏc nh hng súng n DOA.................................. 16

2.1.1. Xỏc nh DOA bng cỏch ỏnh giỏ cụng sut tớn hiu thu c theo khụng
gian............................................................................................................................................. 16
2.1.2. Xỏc nh DOA s dng vic phõn tớch cu trỳc riờng ca khụng gian tớn
hiu............................................................................................................................................ 17
2.2.

ỏnh giỏ v la chn thut toỏn...................................................................................... 18

2.3.

Lý thuyt v mụ hỡnh tớn hiu s dng thut toỏn MUSIC................................... 21

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


2

2.3.1. iu kin ỏp dng thut toỏn MUSIC........................................................................... 21
2.3.2. Mụ hỡnh h thng.................................................................................................................. 21
2.4.

Mụ phng thut toỏn MUSIC xỏc nh hng súng n bng chng trỡnh
MATLAB................................................................................................................................. 30

2.4.1. Xõy dng h anten................................................................................................................ 30
2.4.2. Xõy dng vect tớn hiu thu thp.................................................................................... 31
2.4.3. Kt qu mụ phng................................................................................................................. 31

2.5.

Kt lun chng 2................................................................................................................ 32

CHNG 3

XY DNG DN ANTEN V H THNG IU KHIN BP
SểNG CHO ANTEN MNG PHA............................................................... 33

3.1.

Vi nột v cụng ngh mch di........................................................................................ 34

3.2.

Nguyờn lý iu khin bỳp súng chớnh theo hng mong mun......................... 36

3.3.

Thit k h thng anten trong cu trỳc anten mng pha......................................... 37

3.3.1 Mụ phng mt mu anten mch di hỡnh ch nht.................................................. 38
3.3.2 Mụ phng kh nng iu khin bỳp súng ca anten mng pha...........................39
3.4.

Thit k h iu khin pha trong cu trỳc anten mng pha................................... 43

3.4.1. Khỏi quỏt v b quay pha.................................................................................................. 43
3.4.2. Phõn tớch c ch hot ng ca b quay pha kt hp gia mch hybrid v cỏc
it bin dung........................................................................................................................ 49

3.5.

Kt lun chng 3................................................................................................................ 52

CHNG 4

LP T V O C H THNG IU KHIN BP SểNG CHO
ANTEN MNG PHA....................................................................................... 53

4.1.

Thit k, ch to cỏc phn t trong h thng anten mng pha.............................53

4.1.1. S thc nghim h anten v khi iu khin bỳp súng cho anten mng
pha............................................................................................................................................................ 53
4.1.2. H anten mch di gm hai phn t.............................................................................. 54
4.1.3. B quay pha............................................................................................................................ 55
4.2.

o c gin hng ca h anten mng pha.......................................................... 57

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


3

4.2.1. Điều kiện đo đạc.................................................................................................................... 57
4.2.2. Giản đồ hƣớng của hệ anten mảng pha ứng với một số độ lệch pha giữa hai

phần tử...................................................................................................................................... 59
4.3.

Kết luận chƣơng 4................................................................................................................ 60

KẾT LUẬN.............................................................................................................................................. 61
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ LUẬN VĂN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.......................... 62
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ............................................................................ 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................... 64
PHỤ LỤC (Bảng các thông số đo đạc khả năng điều khiển búp sóng cho anten mảng

pha).......................................................................................................................................................... 65

TrÇn ThÞ Thuý Quúnh

LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc


4

DANH MC CC Kí HIU V CC CH VIT TT

C/I

Carrier/Interference

DOA

Direction of Arrival

DSP

Digital Signal Processing

ESPRIT

Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique

MUSIC

Multiple Signal Classification

ULA

Uniform Linear Antenna

DANH MC CC BNG

Bng 1. ỏnh giỏ phc tp v chớnh xỏc ca cỏc thut toỏn DOA

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.

Giản đồ hƣớng của các loại anten khác nhau trong họ anten thông minh

Hình 2.

Sơ đồ khối hoạt động củ

Hình 3.

Sơ đồ xác định hƣớng s

Hình 4.

Sơ đồ xác định hƣớng s

riêng của không gian tín
Hình 5.

Mô hình tín hiệu thu đƣ

Hình 6.
Hình 7.

Phổ không gian của tín
Cấu trúc mạch dải

Hình 8.

Cấu trúc anten mạch dả

Hình 9.

Anten mạch dải hình ch

Hình 10.

Hệ số phản xạ đo tại lối

Hình 11.

Đồ thị phƣơng hƣớng c

Hình 12.

Cấu trúc hệ anten 2 phầ

Hình 13.

Trƣờng hợp các phần tử

Hình 14.
Hình 15.

Trƣờng hợp các phần tử
Cấu trúc hệ anten 4 phầ

Hình 16.

Đồ thị phƣơng hƣớng c
đồng pha

Hình 17.

Đồ thị phƣơng hƣớng c

Hình 18.

lệch pha nhau 900
Cấu trúc bộ quay pha dù

Hình 19.
Hình 20.

Cấu trúc của bộ hybrid
Mạch hybrid đƣợc chuẩ

Hình 21.

Khai triển mạch hybrid

Hình 22.

Khai triển mạch hybrid

Hình 23.

Cấu trúc chuẩn hoá của

Hình 24.

Sơ đồ khối hệ anten và

TrÇn ThÞ Thuý Quúnh


6

Hình 25. Hệ anten 2 phần tử (thực nghiệm)
Hình 26. Tham số return loss của các phần tử trong hệ anten
Hình 27. Hệ số sóng đứng của mỗi phần tử trong hệ anten
Hình 28. Cấu trúc bộ quay pha mạch dải
Hình 29. Độ suy giảm của bộ quay pha theo điện áp điều khiển
Hình 30. Khoảng dịch pha của bộ quay pha theo điện áp điều khiển
Hình 31. Anten thu trong thí nghiệm
Hình 32. Tham số return loss của anten thu tại tần số hoạt động
Hình 33. Đồ thị mô tả khả năng quay búp sóng của hệ anten

TrÇn ThÞ Thuý Quúnh

LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc


7

M U

Vi s bựng n ca cỏc dch v vin thụng cng nh s ũi hi ngy cng kht khe
ca khỏch hng v cht lng v chng loi dch v, nhng vn cụng ngh mi
luụn l ng lc thỳc y s tỡm tũi v sỏng to ca cỏc nh khoa hc v cỏc nh
kinh doanh.
Anten thụng minh l mt cụng ngh mi ha hn ci thin ỏng k dung lng cng

nh cht lng ca cỏc h thng khụng dõy trong mụi trng truyn thụng cú t s
C/I (tớn hiu/nhiu) thp. Đã có những công trình nghiên cứu và những ứng

dụng cụ thể dựa trên nhiều khía cạnh vật lý của hệ ph-ơng trình Maxwell;
tuy nhiờn, cũn mt khớa cnh c bit ca nguyên lý anten cn phi cp n, ú
l anten mng pha (phased antenna array) c dựng trong ng dng quõn s
nh h thng radar tỡm hng hoc trong mt s ng dng đặc bit phc v ph
súng cho cỏc mc tiờu di ng với tốc độ nhanh.
Bng nghiờn cu lý thuyt v thc nghim, lun vn ó thc hin c nhng ni
dung sau:
-

Nghiờn cu lý thuyt anten mng pha v tng quan v anten thụng minh.

-

Xõy dng mụ hỡnh hot ng ca anten mng pha.

-

Mụ phng thut toỏn nh hng súng n cho anten mng pha (s dng
chng trỡnh MATLAB).

-

ó xõy dng thnh cụng h anten v h iu khin bỳp súng cho anten mng
pha hot ng ti tn s 2.36 GHz.

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


8

Chi tit lun vn bao gm 4 chng v 1 mc hng phỏt trin tip theo ca
lun vn:
Chng 1: Anten mng pha v mụi trng truyn súng
-

Gii thiu s lc v cỏc loi anten thụng minh m anten mng pha l mt
trong s ú.

-

Mụi trng truyn súng i vi cỏc ng dng s dng anten mng pha.

-

S khi hot ng ca anten mng pha.

Chng 2: H thng x lý tớn hiu xỏc nh hng súng n cho h anten mng
pha
-

Gii thiu s lc cỏc thut toỏn xỏc nh hng súng n: ỏnh giỏ v la
chn mt thut toỏn.

-

Lý thuyt v mụ hỡnh tớn hiu s dng thut toỏn MUSIC.

-

Mụ phng thut toỏn MUSIC - xỏc nh hng súng n s dng chng
trỡnh MATLAB.

Chng 3: Xõy dng dn anten v h thng iu khin bỳp súng cho anten mng
pha.
-

Gii thiu lý thuyt anten dn v nguyờn lý iu khin bỳp súng bng cỏch
iu khin pha trong anten dn (anten mng pha).

-

Mụ phng kh nng iu khin bỳp súng ca anten mng pha.

-

Nghiờn cu lý thuyt v mụ phng h anten gm 2 phn t.

-

Nghiờn cu lý thuyt, thit k v ch to b quay pha tớn hiu cao tn.

Chng 4: Lp t v o c h thng iu khin bỳp súng cho anten mng pha.
-

Hỡnh nh ca h thng.

-

iu kin, mụi trng o.

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


9

-

Đo giản đồ bức xạ ứng với các trƣờng hợp lệch pha khác nhau của hệ thống
anten mảng pha.

Đánh giá kết quả của luận văn và hƣớng nghiên cứu tiếp theo.

TrÇn ThÞ Thuý Quúnh

LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc


10

CHƢƠNG 1
ANTEN MẢNG PHA VÀ MÔI TRƢỜNG TRUYỀN SÓNG
-

Giới thiệu sơ lược về các loại anten thông minh mà anten mảng pha là một
trong số đó.

-

Môi trường truyền sóng đối với các ứng dụng sử dụng anten mảng pha.

-

Sơ đồ khối hoạt động của anten mảng pha.

1.1. Khái niệm anten mảng pha – phân biệt anten mảng pha với các loại anten
khác trong họ anten thông minh.
Anten mảng pha là một loại anten thuộc họ anten thông minh mới phát triển trong
những thập niên gần đây.
Một cách tổng quát, anten thông minh là một hệ anten gồm nhiều phần tử anten đơn
giản kết hợp với bộ xử lý tín hiệu có khả năng thay đổi giản đồ hƣớng một cách tự
động theo những biến động của môi trƣờng.
Cho đến nay, anten thông minh đƣợc chia thành 3 loại chính - tuỳ theo mức độ xử
lý phức tạp của bộ xử lý tín hiệu:
-

Anten chuyển mạch búp sóng (Switched beam system)

-

Anten mảng pha (Phased Array Antenna)

-

Anten thích nghi (Adaptive antenna system)

Anten chuyển mạch búp sóng thực chất nhằm mục đích chọn búp sóng chính (trong
số các búp sóng sẵn có) sao cho tín hiệu nhận đƣợc là mạnh nhất. Trong khi đó,
anten thích nghi lại thực hiện việc điều khiển búp sóng thích nghi để búp sóng chính
hƣớng về phía nguồn tín hiệu mong muốn còn các điểm 0 hƣớng về các nguồn

TrÇn ThÞ Thuý Quúnh

LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc


11

nhiu. Anten mng pha l trung gian gia anten chuyn mch bỳp súng v
anten thớch nghi. Gin hng ca anten mng pha cú bỳp súng chớnh hng v
phớa tớn hiu mong mun nhng li khụng quan tõm n cỏc bỳp súng ph v cỏc
im 0, ngha l khụng quan tõm n cỏc ngun nhiu khỏc.
Hng tớn
hiu mong
mun

Hng can
nhiu

a. Anten chuyn mch bỳp súng

b. Anten mng pha

c. Anten thớch nghi

Hỡnh 1. Gin hng ca cỏc loi anten khỏc nhau
trong h anten thụng minh
1.2.

ng dng ca anten mng pha

Vi nhng c trng v gin hng ó mụ t mc 1.1, h thng vụ tuyn s
dng anten mng pha cú nhng kh nng sau:
-

S dng nhiu phn t nờn h anten cú:
tng ớch cao:
i vi mỏy thu: gim cụng sut phỏt yờu cu ca thuờ bao

thi gian s dng ca pin, gim kớch thc ca thuờ bao.

i vi mỏy phỏt: ti u hoỏ cụng sut phỏt



tng



gim chi phớ cho b
khuch i, gim mc tiờu th in nng v nõng cao tin cy ca
h.

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


12

Xỏc nh hng súng n: bng cỏch kt hp vi cỏc thut toỏn x lý

khụng gian, thi gian, vic xỏc nh hng súng n trong cỏc ng dng
quõn s khụng cn phi thc hin vic phỏt v thu tớn hiu cao tn cng
nh vic quay anten bng c khớ nh trong cỏc h rada trc õy.
-

Bỳp súng chớnh cú kh nng quột hoc quay v mt hng nht nh trong
khụng gian:
Tng t s tớn hiu/nhiu: t s ny c nõng lờn nh gim c s



ngun nhiu tỏc ng lờn bỳp súng chớnh cho phộp gim nh khong
cỏch tỏi s dng, t ú tng thờm dung lng ca h thng.
Cú kh nng phõn tp theo khụng gian : do bỳp súng chớnh ch ph trong

mt phn khụng gian nht nh ca t bo
thng.



tng dung lng ca h

Cú kh nng chng hiu ng a ng: h anten cú nng lng ch tp

trung v phớa ngun phỏt tớn hiu nờn gim ỏng k s lng súng n l
bn sao ca tớn hiu gc
dựng n b cõn bng.



cho phộp nõng cao tc bớt m khụng cn

Tng s lng dch v: bỳp súng chớnh cú kh nng thay i bỏm theo s



chuyn ng ca vt th phc v cỏc dch v truyn thụng riờng bit
nh ph súng cho cỏc mỏy bay chin u, mỏy bay dõn dng... m khụng
cn n v tinh.
1.3.

Mụi trng truyn súng

cú c cỏc ng dng nờu trong mc 1.2, anten mng pha phi lm vic trong 2
mụi trng, ú l:

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


13

1.3.1. Mụi trng truyn súng mt t
-

L mụi trng cú a hỡnh phc tp. Súng in t truyn trong mụi trng
ny cú th b hp th bi ao, h, sụng, sui; b phn x ti b mt trỏi t,
cỏc to nh hay cỏc bc tng; b nhiu x bi g, cnh ca cỏc to nh,;
b tỏn x khi súng in t gp nhng vt cn nh so vi bc súng nh b
mt xự xỡ, lỏ cõy, ct ốn,Tt c nhng nhõn t ny gõy nờn s suy gim v
hin tng phainh ti u thu tớn hiu. [12]

-

Hn na, i vi cỏc ng dng luụn cú s di chuyn ca mỏy thu khin ỏp
ng kờnh luụn thay i theo tc chuyn ng ca mỏy thu v c coi
tng ng l hin tng di tn Doppler lm m rng rng bng ca tớn
hiu mt khong Bd =

vf

c
c vi v l vn tc chuyn ng ca mỏy thu, fc l tn

s hot ng ca mỏy thu v c l vn tc ỏnh sỏng. [12]
1.3.2. Mụi trng truyn súng trong khụng gian t do khụng vt cn
Trong khụng gian t do khụng cú vt cn, súng in t chu nh hng nhiu nht
ca tng i lu v tng in ly bao quanh Trỏi t.
Nu ch xột cỏc vt th bay thụng thng ( cao nh hn 12.000 m so vi mt
nc bin) thỡ vic truyn súng c thc hin trong tng i lu.
Vi quỏ trỡnh thụng tin trong mụi trng ny, tớn hiu nhn c ti mỏy thu s ch

yu chu nh hng bi cỏc hin tng [2]:
-

Suy gim trong mụi trng: ch yu do ma v sng mự v ch cỏc súng
cú bc súng centimột v milimột l b nh hng nhiu.

-

Pha inh: do trong tng i lu, mt hi nc trong khớ quyn thay i
theo chiu cao lm thay i chit sut ca khớ quyn, t ú gõy ra cỏc hin
tng phn x v khỳc x cng vi s chuyn ng ca vt bay to nờn s
thng giỏng tớn hiu.

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


14

1.4.

S khi hot ng ca mt h anten mng pha



Receiver

A/D

DOA

CONTROL

SPLITER

PA

Hỡnh 2. S khi hot ng ca h anten mng pha
1.4.1. Cu trỳc ca mt h anten mng pha
Nh trờn hỡnh 2, h anten mng pha gm 3 khi chớnh:



-

H anten : gm nhiu phn t anten cú tng ớch thp. Cỏc phn t ny
cú th sp xp trong khụng gian mt cỏch tu ý.

-

Khi thu v tớnh hng súng n DOA : bao gm cỏc b thu (bng s phn



t anten) nhm chuyn i t cao tn xung trung tn sau ú thc hin ly
mu ri a vo b x lý tớn hiu DSP tớnh ra hng súng ti DOA bng
thut toỏn ỏnh giỏ gúc.

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


15

-



Khi iu khin bỳp súng anten : l cỏc b quay pha c iu khin bi
cỏc thụng s in ỏp.

1.4.2. Nguyờn tc hot ng ca h anten mng pha
-

H anten luụn trng thỏi nghe ngúng thụng tin trong khụng gian.

-

Sau khi c chuyn v trung tn hoc tớn hiu bng gc (thng l trung
tn), sau mi khong thi gian u n, h anten li thc hin ly mu tớn
hiu n.

-

Cỏc mu ny c a vo mt b x lý tớn hiu tớnh ma trn tng
quan, t ú xỏc nh c hng súng n nh cỏc thut toỏn ỏnh giỏ
hng súng n.

-

Thụng tin t b tớnh hng súng n DOA c a vo mt b iu khin
a ra in ỏp iu khin cỏc b quay pha.

-

Cỏc b quay pha s lm quay bỳp súng chớnh v hng mong mun (theo
hng m b ỏnh giỏ gúc súng n DOA xỏc nh c).

Quỏ trỡnh nghe ngúng v phỏt tớn hiu luụn c thc hin song song nh b
circulator. Vỡ vy, cu trỳc anten mng pha nh trờn hỡnh 2 hon ton cú kh nng
bỏm theo cỏc mc tiờu di ng vi tc nhanh.
1.5.

Kt lun chng 1

Chng ny ó trỡnh by mt cỏch tng quỏt v cỏc ni dung hc thut liờn quan
n h anten mng pha v anten thụng minh nh: khỏi nim, phõn loi, ng dng,
mụi trng truyn súng, cu trỳc v nguyờn tc hot ng ca h thng.
Cỏc chng sau s tip tc tỡm hiu chi tit hn v thut toỏn xỏc nh hng
súng n cng nh cỏch xõy dng b iu khin pha ca h thng.

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


16

CHNG 2
H THNG X Lí TN HIU XC NH
HNG SểNG N CHO H ANTEN MNG PHA
-

Gii thiu s lc cỏc thut toỏn xỏc nh hng súng n: ỏnh giỏ v la
chn mt thut toỏn.

-

Lý thuyt v mụ hỡnh tớn hiu s dng thut toỏn MUSIC.

-

Mụ phng thut toỏn MUSIC - xỏc nh hng súng n s dng chng
trỡnh MATLAB.

2.1.

S lc v cỏc thut toỏn xỏc nh hng súng n DOA

K thut xỏc nh hng súng n DOA cú th chia lm 2 loi chớnh sau:
-

Xỏc nh DOA bng cỏch ỏnh giỏ cụng sut tớn hiu thu c theo
khụng gian.

-

Xỏc nh DOA s dng vic phõn tớch cu trỳc riờng ca khụng gian tớn hiu.

2.1.1. Xỏc nh DOA bng cỏch ỏnh giỏ cụng sut tớn hiu thu c theo khụng
gian

W0

sum

Hỡnh 3. S xỏc nh hng súng n theo phng phỏp ỏnh giỏ ph

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


17

Theo phng phỏp ny, cỏc trng s ca mi phn t anten thc hin vic iu
khin bỳp súng anten quột liờn tc tt c cỏc gúc trong khụng gian. Cỏc gúc m ti
ú cụng sut thu c cc i chớnh l cỏc gúc cn xỏc nh.
in hỡnh ca phng phỏp ny l: phng phỏp cỏc b tr kt hp vi cỏc b
cng v phng phỏp ti thiu hoỏ phng sai ca Capon.
2.1.2. Xỏc nh DOA s dng vic phõn tớch cu trỳc riờng ca khụng gian tớn
hiu.

DOA

Hỡnh 4. S xỏc nh hng súng n
theo phng phỏp phõn tớch cu trỳc riờng ca khụng gian tớn hiu

Phng phỏp ny ch da trờn tp cỏc tớn hiu thu c t khụng gian m
khụng cn phi quột bỳp súng ca h anten theo cỏc gúc trong khụng gian.
H cỏc thut toỏn ca phng phỏp ỏnh giỏ DOA ny da trờn vic khai trin ma
trn t tng quan Ruu = E[uuH ]vi u l tp cỏc tớn hiu thu c t mi phn t
ca h anten.
Khụng gian ca ma trn hip bin c phõn chia thnh 2 khụng gian con l khụng
gian tớn hiu v khụng gian nhiu. Hai khụng gian ny trc giao vi nhau. Cỏc

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


18

vect tớn hiu nm trong khụng gian tớn hiu do ú s trc giao vi khụng gian
nhiu. Da vo nguyờn lý ny, cỏc thut toỏn thc hin vic tớnh toỏn tỡm ra cỏc
vect tớn hiu.
Cú 2 thut toỏn c s dng trong phng phỏp ny, ú l:
-

Thut toỏn phõn lp nhiu tớn hiu MUSIC.

-

V thut toỏn ỏnh giỏ tớn hiu thụng qua cỏc k thut bt bin luõn phiờn
ESPRIT.

Trờn thc t, MUSIC l thut toỏn c phỏt trin trc (bt u t nm 1979) v
khỏ ph bin. Trong khi ú, ESPRIT phỏt trin sau (bt u t nm 1986) vi nhng

tớnh nng u vit nh tc tớnh toỏn nhanh hn do ch cn tớnh mt s vect lỏi
tia trc giao vi khụng gian nhiu m khụng cn phi tớnh tt c nh thut toỏn
MUSIC. Tuy nhiờn, ch mt s mụ hỡnh anten nht nh mi cú th thc hin c
thut toỏn ny do nú ũi hi phi cú cỏc cp phn t cỏch u nhau.
2.2.

ỏnh giỏ v la chn thut toỏn

Cỏc tiờu chớ ỏnh giỏ kh nng ca mt thut toỏn DOA l:
-

Kh nng thc hin

-

Tc tớnh toỏn (liờn quan n phc tp ca thut toỏn v tc x lý
ca phn cng)

-

chớnh xỏc

Thut toỏn tt nht l thut toỏn hi t y c ba tiờu chớ trờn, ngha l: cú kh
nng thc hin bng phn cng, tc tớnh toỏn nhanh, chớnh xỏc cao.
Kh nng thc hin bng phn cng cng nh tc x lý ca phn cng ph
thuc vo s phỏt trin ca cỏc b DSP.

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học

19

õy, vic ỏnh giỏ cỏc thut toỏn c thc hin ch yu da trờn tiờu chớ

phc tp v chớnh xỏc ca cỏc thut toỏn.

Bng 1. ỏnh giỏ phc tp v chớnh xỏc ca cỏc thut toỏn DOA

Phõn

Cỏc thut toỏn

loi
Phng
to

chựm

in

(kt

ỏnh giỏ cụng sut tớn hiu thu

cỏc b tr v b
cng)

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


20

Phân

Các thuật

loại

Phƣơng phá
thiểu

phƣơng sai

Phân

tíchcấu trúc

riêng

Capon

MUSIC


TrÇn ThÞ Thuý Quúnh

LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc


21

Phõn

Cỏc thut

loi
ESPRIT

Cỏc
phỏp khỏc

Cn c vo nhng phõn tớch bng 1, tỏc gi ó la chn thut toỏn MUSIC
nghiờn cu v mụ phng chi tit.
2.3. Lý thuyt v mụ hỡnh tớn hiu s dng thut toỏn MUSIC
(Thut toỏn ny c phỏt minh bi Schmidt vo nm 1979)
2.3.1. iu kin ỏp dng thut toỏn MUSIC
-

S ngun tớn hiu n phi nh hn s phn t ca h anten.

-

Cỏc tớn hiu n khụng tng quan vi nhau.

2.3.2. Mụ hỡnh h thng
Mụ hỡnh h thng bao gm:

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


22

-

H anten.

-

Tớn hiu thu

-

Thut toỏn MUSIC tớnh hng súng n.

H anten: h anten c xột l h thng thng cỏch u ULA vi cỏc thụng s c
trng:
-

Khong cỏch gia cỏc phn t l d: khong cỏch ny khụng c quỏ ln
biờn cỏc tớn hiu ti cỏc phn t ca h anten c coi l nh nhau; v
khụng c quỏ nh (ln hn na bc súng) trỏnh vic ghộp tng h
gia cỏc phn t.

-

Mi phn t trong h l mt ngun ng hng.

-

Cỏc phn t l ng pha vi nhau - ngha l tớn hiu ti b x lý khụng b
thay i v pha cng nh biờn so vi tớn hiu ti h anten.

Mụ hỡnh tớn hiu thu:

s
o

s

(

th

e

)
ta

th
et
a

dc

u

d

M-1
Hỡnh 5. Mụ hỡnh tớn hiu thu c ti mi phn t anten

Trần Thị Thuý Quỳnh

Luận văn tốt nghiệp cao học


23

Với mô hình anten là hệ gồm M phần tử cách đều nhau một khoảng d, tín hiệu đến
hợp với trục của hệ anten một góc θ .
Tín hiệu nhận đƣợc tại phần tử thứ nhất (phần tử 0) đƣợc biểu diễn dƣới dạng:

với

a(t)
fc
ψ (t ) : thành phần mang tin
α

Coi phần tử 0 của hệ là phần tử tham chiếu, nguồn tín hiệu xuất phát từ khu trƣờng
xa của hệ anten nên các tia sóng của nguồn tín hiệu đến hệ anten song song với
nhau và giả thiết rằng các sóng phẳng truyền qua môi trƣờng đồng nhất, đẳng
hƣớng thì các tia sóng tới mỗi phần tử của hệ anten đƣợc coi là các phiên bản trễ về
mặt thời gian so với tia sóng tới phần tử tham chiếu.

Cụ thể nhƣ trên hình 5, tia sóng tới phần tử 1 phải đi qua một quãng đƣờng bằng
quãng đƣờng đi tới phần tử 0 cộng với d cosθ , liên tục cho tới phần tử M-1.
Thời gian trễ truyền dẫn giữa hai phần tử liên tiếp sẽ là:

τ=
với c là vận tốc ánh sáng.
Tín hiệu thu đƣợc tại phần tử 1 là:

x1(t ) = a(t −τ )cos(2πfc (t −τ )+ψ (t −τ )+α)
Chỉ xét trong trƣờng hợp tín hiệu băng hẹp nên có thể coi tín hiệu điều chế ổn định
trong khoảng thời gian τ hay (2.3) có thể biểu diễn thành:

TrÇn ThÞ Thuý Quúnh

LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc