MỤC LỤC Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 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 t[.]
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 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 M λ đầu 1.2 Hệ thống ănten thông minh 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Nguyên lý hoạt động ănten thông minh 1.2.3 Cấu trúc xếp phần tử ănten 1.2.4 Các tham số dàn ănten 1.3 Mơ hình tín hiệu 1.4 Ưu điểm ănten thông minh thông tin di động 10 1.4.1 Giảm trải trễ pha đinh đa đường .10 1.4.2 Giảm nhiễu đồng kênh 13 1.4.3 Tăng dung lượng hệ thống cải thiện hiệu suất phổ 13 1.4.4 Tăng hiệu suất truyền dẫn 14 1.4.5 Giảm chuyển giao 14 1.4.6 M λ rộng tầm sóng .14 1.4.7 Tăng diện tích vùng phủ sóng 16 1.4.7.1 Mức độ vùng phủ ănten thu đơn phần tử 16 1.4.7.2 Mức độ vùng phủ ănten thu L phần tử 18 1.4.8 Giảm công suất phát trạm di động 20 1.4.9 Cải thiện chất lượng tín hiệu 20 1.4.10 Tăng tốc độ liệu 20 1.5 Tổng kết .20 CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT TRONG ĂNTEN THÔNG MINH .21 Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 2.1 Kết hợp phân tập .21 2.1.1 Phân tập chuyển mạch 21 2.1.2 Phân tập lựa chọn (SD) 22 2.1.3 Phân tập kết hợp tỷ lệ tối đa (MRC) .23 2.1.4 Kết hợp độ lợi cân (EGC) 25 2.1.5 Kết hợp lựa chọn tổng quát hoá GSC (Generalized Selection Combining) 25 2.1.6 Tổng kết .29 2.2 Tạo búp sóng .30 2.2.1 Ví dụ tạo búp sóng 30 2.2.2 Các loại tạo búp sóng 32 2.2.2.1 Tạo búp sóng tương tự 32 2.2.2.2 Tạo búp sóng số 32 2.2.2.3 Tạo búp sóng khơng gian phần tử 33 2.2.2.4 Tạo búp sóng khơng gian – búp sóng 34 2.2.3 Kỹ thuật tham chiếu thời gian 38 2.2.3.1 Bình phương trung bình tối thiểu 40 2.2.3.2 Bình phương trung bình tối thiểu chuẩn hố (NLMS) 43 2.2.3.3 Nghịch đảo ma trận mẫu (SMI) .44 2.2.3.4 Bình phương tối thiểu đệ quy (RLS) 51 2.2.4 Kỹ thuật tham chiếu không gian - Định cỡ ănten 53 2.2.5 Thuật toán mô đun (CM) 56 2.3 Tổng kết .59 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY TRONG HỆ THỐNG WCDMA 60 3.1 Ănten thông minh máy cầm tay 60 3.2 Hệ thống truyền thông vô tuyến hệ 63 3.2.1 Hệ thống 3GPP .63 3.2.2 Hệ thống cdma2000 65 Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 3.2 Các lược đồ kết hợp 66 3.2.1 Kết hợp phân tập 67 3.3.2 Kết hợp tương thích .68 3.3.3 Kết hợp lai ghép 70 3.4 Mơ hình kênh .71 3.4.1 Giới thiệu chung mơ hình kênh 71 3.4.2 Tương quan đường bao 73 3.4.3 Mơ hình kênh pha đinh tương quan khơng gian mơ hình kênh pha đinh tương quan không chặt 74 3.4.4 Mơ hình kênh pha đinh tương quan đường bao 76 3.4.5 Thủ tục lấy profile kênh sử dụng GBSB 78 3.4.5.1 Mơ hình GBSB 78 3.4.5.2 Thủ tục lấy profile kênh sử dụng GBSB 80 3.4.6 Mơ hình kênh có phađinh logarit chuẩn .82 3.5 Tổng kết .82 CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY 83 4.1 Hiệu kết hợp phân tập 83 4.1.1 Môi trường mô 83 4.1.2 Các kết mơ mơ hình kênh đường tròn GBSB 84 4.1.3 Các kết mơ mơ hình kênh elip GBSB 90 4.2 Hiệu kết hợp tương thích 96 4.2.1 Môi trường mô 96 4.2.2 Các kết mô cho AC .97 4.3 Hiệu kết hợp lai ghép .99 4.3.1 Môi trường mô cho mơ hình GBSB 100 4.3.2 Hiệu DC AC mơ hình GBSB 100 4.3.3 Hiệu HC mơ hình GBSB 105 4.4 Tổng kết 107 Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục KẾT LUẬN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 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 Kết hợp lựa chọn tổng Generalized Selection quát hoá ngưỡng tuyệt đối Combining AWGN Additive White Gaussian Tạp âm Gaussian trắng Noise cộng BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân Code Division Multiple Đa truy cập phân chia theo Access mã chuyển mạch Constant Modulus Khối CPICH Common PIlot CHannel Kênh hoa tiêu chung DC Diversity Combining Kết hợp phân tập DECT Digital European Cordless Mạng điện thoại không Telephone dây số Châu Âu DOA Direction Of Arrival Hướng góc đến DSP Digital Signal Procesor Bộ xử lý tín hiệu số Envelope correlated Fading Mơ hình kênh pha đinh Channel Model tương quan đường bao Estimation of Signal ước tính tham số tín hiệu Parameters by Rotation dựa kỹ thuật quay bất Invariance Technique biến Equal Gain Combining Kết hợp độ lợi cân B C CDMA D E ECFCM ESPRIT EGC Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục F FDMA FDD Frequency Division Đa truy cập phân chia theo MultiAccess tần số Frequency Division Duplex Ghép song công theo tần số G GBSB GSC GSM Geometrically - Based Đường bao mơ hình Single - Bounce địa lý Generalized Selection Kết hợp lựa chọn tổng Combining quát Global System for Mobile Hệ thống thông tin di Communication động toàn cầu Global Position System Hệ thống vị trí tồn cầu Hybrid Combining Kết hợp lai ghép International Mobile Hội thông tin di động Telecommunication quốc tế International Liên đồn viễn thơng quốc Telecommunication Union tế Intermidiate Frequency Trung tần Loosely Correlated Fading Mơ hình kênh pha đinh Channel Model tương quan không chặt Line Of Sight đường truyền thẳng Maximum Likehood Khả giống GPP GPS H HC I IMT ITU IF L LCFCM LOS M MLE Estimation MMSE MRC Minimum Mean Square Lỗi bình phương trung Error bình nhỏ Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ tối đa Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học MSE Mục lục Mean Square Error Lỗi bình phương trung bình MUSIC MUltiple SIgnal Phân chia đa tín hiệu Classification N NLMS NT-GSC Normalized Least Mean Bình phương trung bình Square tối thiểu chuẩn hố Normalized Threshold Kết hợp lựa chọn tổng Generalized Selection quát ngưỡng chuẩn hoá Combining P PDF Propability Density Hàm mật độ phổ công suất Function PCH Pilot Channel Kênh hoa tiêu PN Pseudo - Noise Giả tạp âm Quadrature Phase Shift Khoá dịch pha tồn Keying phương RF Radio Frequency Tần số vơ tuyến RLS Recurstive Least Square Bình phương tối thiểu đệ Q QPSK R quy S SA Smart Antenna Ănten thông minh SC Selective Combing Kết hợp lựa chọn SCFCM Spatially Correlated Fading Mơ hình kênh pha đinh channel Model tương quan không gian SCH Synchronization CHannel Kênh đồng SD Seletive Diversity Phân tập lựa chọn SDMA Space Division Multiple Đa truy cập phân chia theo Access không gian Signal- to – Interference Tỷ số tín hiệu tạp âm SINR Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học SIR Mục lục plus Noise Ratio cộng nhiễu Signal - to – Interference Tỷ số tín hiệu nhiễu Ratio 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 tạp âm Time Division Duplex ghép song công phân chia T TDD theo thời gian TDMA Time Division Multiple đa truy cập phân chia theo Access thời gian Telecommunication Hội công nghiệp viễn Industry Association thông UC Unit Controll Đơn vị điều khiển UCFCM Uncorrelated Fading Mơ hình kênh pha đinh Channel Model khơng tương quan Wireless Local Area Mạng vô tuyến nội hạt TIA U W WLAN Network Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Dàn ănten thơng minh Hình 1.2: Các loại cấu trúc ănten thơng minh .3 Hình 1.3: Hệ số dàn dàn ănten tuyến tính với khoảng cách ănten λ/2 định hướng 00, đáp ứng phần tử dàn ănten mẫu xạ kết hợp hai điều kiện Hình 1.4: Hệ số dàn dàn ănten tuyến tính đồng phần tử với khoảng cách ănten λ/2 3λ/2 Hình 1.5: Sơ đồ thu tín hiệu dàn ănten tuyến tính khơng gian Hình 1.6: Bộ tạo búp sóng cộng tín hiệu phần tử ănten gán trọng số Hình 1.7:Minh hoạ thành phần truyền thẳng từ trạm gốc đến trạm di động cho thấy hướng di chuyển trạm di động, 11 Hình 1.8: Phổ Doppler trạm di động, sử dụng ănten có hướng trạm gốc, ănten vô hướng trạm di động, so sánh với mơ hình Clarke, R = 1km, D= 3km, fm = 100 Hz 13 Hình 1.9 : Hệ số tầm sóng theo số phần tử ănten 15 Hình 1.10 : Mức độ phủ phân đoạn cell anten thu đơn phần tử .18 Hình 1.11 : Mức độ phủ phân đoạn cell anten thu nhiều phần tử 19 Hình 2.1 : Kết hợp phân tập chuyển mạch 22 Hình 2.2 :Kết hợp phân tập lựa chọn 22 Hình 2.3 : Kết hợp tỷ kệ tối đa .25 Hình 2.4: SNR kết hợp GSC, AT-GSC NT-GSC 29 Hình 2.5: Bộ thu tạo búp sóng phần tử có tín hiệu mong muốn góc 00 tín hiệu nhiễu 300, khoảng cách phần tử λ/2 31 Hình 2.6: Mẫu búp sóng tạo sử dụng phương trình 1.5 với dàn ănten phần tử với khoảng cách phần tử λ/2 33 Hình 2.7: Bộ thu tạo búp sóng khơng gian-phần tử với L phần tử ănten có khả định dạng K búp sóng .34 Hình 2.8: Bộ thu tạo búp sóng khơng gian – búp sóng với L phần tử ănten có khả định dạng K búp sóng .36 Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục Hình 2.9: Hệ số dàn, F(Φ,α), dàn ănten phần tử sử dụng tạo búp sóng khơng ), dàn ănten phần tử sử dụng tạo búp sóng khơng gian – búp sóng cho thấy tạo bốn búp sóng trực giao khơng gian .37 Hình 2.10: Cấu trúc tạo búp sóng tham chiếu thời gian với L phần tử ănten 39 Hình2.11:Ví dụ bề mặt lỗi toàn phương trọng số hệ thống hai phần tử theo hướng âm gradient để tối thiểu hố lỗi bình phương trung bình 41 Hình 2.12: SINR chuẩn hoá kỳ vọng (SNR), E[ρρ2] đánh giá từ phương trình 3.50, với số lượng mẫu đầu dàn khác nhau, theo số lượng phần tử dàn ănten, sử dụng để tạo ma trận tương quan nhiễu tạp âm SNR phần tử ănten 12.0 dB .46 Hình 2.13: SNR đầu kết hợp dàn xác định b λi SNR tối ưu mơ theo phương trình 3.67với số lượng mẫu đầu dàn khác nhau, theo số lượng phần tủe dàn ănten, sử dụng để tạo ma trận tương quan nhiễu tạp âm SNR phần tử ănten 12.0 dB 48 Hình 2.14:SNR chuẩn hố, ρi, số lượng mẫu khác nhau, theo số phần tử ănten .50 Hình 2.15: Sơ đồ khối thu dàn ănten 8x8 phần tử hệ thống định chuẩn vốn có Passman Wixforth cho thấy cổng phân cực phương ngang phương thẳng đứng 56 Hình 3.1: Hệ thống ănten kép cho HDR .60 Hình 3.2 : Bộ cầm tay ănten thơng minh cho hệ thống DECT 61 Hình 3.3: Hệ thống ănten thông minh so với hệ thống ănten 62 Hình 3.4: Sơ đồ khối phát đường xuống hệ thống 3GPP 64 Hình 3.5 : Đường xuống cdma2000 66 Hình 3.6: Kết hợp phân tập 68 Hình 3.7: Kết hợp tương thích 68 Hình 3.8: Bộ kết hợp lai ghép hệ thống ănten kép 71 Hình 3.10: Sự khác pha dàn ănten tuyến tính .73 Hình 3.11: Tương quan đường bao khoảng cách ănt .74 Hình 3.12: Hai mơ hình kênh .75 Hình 3.13: Mơ hình kênh phađinh tương quan đường bao 76 Sinh viên: Trần Hoàng Vũ – Lớp ĐT3 – K48