Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.Nghiên cứu phát triển mô hình, thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THANH QUANG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH, THUẬT TỐN ƯỚC LƯỢNG SUY HAO TRUYỀN SĨNG VÀ HƯỚNG SĨNG TỚI TRONG HỆ THỐNG VƠ TUYẾN ĐA ANTEN Ở TẦN SỐ 28GHZ VÀ 38GHZ Ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 9520208 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THƠNG Hà Nội - 2023 Cơng trình hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Vũ Văn Yêm Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Luận án tập trung nghiên cứu đề xuất mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng millimet, tập trung dải tần số 28 GHz 38 GHz dựa mơ hình thuật tốn khai phá liệu Luận án tập trung vào phát triển giải pháp, hệ thống, thuật tốn ước lượng tham số hướng sóng tới tín hiệu vơ tuyến dải sóng sử dụng kiến trúc máy thu trung tần số định nghĩa chức bằng phần mềm với tốc độ lấy mẫu thấp Mục tiêu nghiên cứu luận án Luận án nghiên cứu phát triển, xây dựng, ước lượng mô hình suy hao truyền sóng dải sóng millimet đề xuất, cải tiến hệ thống, thuật toán xác định hướng sóng tới tín hiệu hệ thống vơ tuyến dải sóng millimet Luận án tập trung nghiên cứu xây dựng mơ hình cho tốn ước lượng suy hao truyền sóng dựa xử lý liệu, khai phá liệu Luận án đề xuất kiến trúc hệ thống thu vơ tuyến thuật tốn ước lượng hướng sóng tới tín hiệu tương quan khơng tương quan dùng giải thuật độ phân giải cao hệ thống vơ tuyến dải sóng millimet sử dụng nhiều anten Đối tượng nghiên cứu: - Hệ thống vô tuyến đa anten dải sóng millimet - Kênh truyền sóng hệ thống vơ tuyến đa anten dải sóng millimet - Xử lý tín hiệu miền khơng gian thời gian hệ thống vô tuyến dải sóng millimet - Kỹ thuật, thuật tốn ước lượng tham số tín hiệu kênh vơ tuyến dải sóng millimet, tập trung vào hướng sóng tới Phạm vi nghiên cứu luận án: - Mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng millimet mơi trường thị - Hướng sóng tới tín hiệu vơ tuyến mặt phẳng phương vị - Hệ thống vô tuyến đa anten dải sóng millimet hoạt động dải tần 28 GHz 38 GHz Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu luận án bao gồm việc nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mơ hình, đề xuất, cải tiến thuật toán xử lý liệu, xử lý tín hiệu kết hợp với mơ máy tính Cấu trúc Luận án: Luận án gồm chương với nội dung tóm tắt sau: Chương 1: Hệ thống kênh truyền vô tuyến đa anten dải sóng millimet Chương 2: Thuật tốn xử lý liệu ước lượng mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng mm Chương 3: Giải pháp xác định hướng sóng tới nguồn tín hiệu vơ tuyến dải sóng mm Phần kết luận hướng nghiên cứu luận án Những đóng góp luận án: 1) Đề xuất giải pháp, hướng tiếp cận dựa thuật tốn học máy hồi quy tuyến tính K-Nearest Neighbor xây dựng mơ hình suy hao truyền sóng tần số 28 GHz 38 GHz; đề xuất phương pháp xử lý liệu mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng mm sử dụng số mũ suy hao truyền sóng tham chiếu, nội suy liệu, sai số bình phương tối thiểu 2) Đề xuất giải pháp, mơ hình hệ thống thu đa anten tần số 28 GHz 38 GHz xác định hướng sóng tới tín hiệu vơ tuyến mặt phẳng phương vi Hệ thống, giải pháp đề xuất dựa đa kênh thu song song sử dụng kiến trúc máy thu vô tuyến trung tần số định nghĩa chức bằng phần mềm kết hợp di pha 90 độ thực phép trực giao cầu phương thuật toán độ phân giải cao phân loại tín hiệu đa đường có khả ước lượng hướng sóng tới tín hiệu tương quan khơng tương quan với độ xác, độ phân giải cao với số lượng mẫu nhỏ CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG VÀ KÊNH TRUYỀN VƠ TUYẾN ĐA ANTEN Ở DẢI SĨNG MILLIMET 1.1 Truyền sóng dải sóng millimet Một số nghiên cứu truyền sóng tần số 28 GHz, 38 GHz cung cấp dịch vụ trời nhà cho thấy tần số 38 GHz, cường độ tín hiệu nhà độ trễ tín hiệu cho thấy khả tiếp nhận tín hiệu yếu, khơng cung cấp dịch vụ tốt cho người dùng nhà từ trạm gốc cố định bên Đối với dải tần 28 GHz cho kết tốt nhà ngồi trời [15][16] Dải sóng milimét (hay cơng nghệ Millimeter Wave) tiềm cho hệ thống thông tin di động hệ quan tâm khai thác vài năm gần 1.2 Các mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng millimet 1.2.1 Mơ hình suy hao truyền sóng khơng gian tự Mơ hình suy hao truyền sóng khơng gian tự sử dụng để dự đốn cường độ tín hiệu thu mơi trường có tầm nhìn thẳng (LOS), nơi khơng có chướng ngại vật máy phát máy thu Trong thực tế lan truyền sóng điều kiện khơng gian tự có khả xảy thơng tin vệ tinh, thông tin vi ba, thông tin di động vùng ngoại 1.2.2 Mơ hình 3GPP TR 38.900 Tổ chức 3GPP (Third Generation Partnership Project) tổ chức chuẩn hóa cơng nghệ mạng thơng tin di động tế bào tiến hành đo đạc đánh giá mơ hình suy hao đường truyền dải sóng millimeter wave điều kiện khác [20][21] Tổ chức 3GPP đưa chuẩn 3GPP TR 38.900 mô hình kênh truyền cho phổ tần số 6GHz có nhiều phiên khác Ở ta đề cập tới phiên 3GPP TR 38.900-f00 cơng bố ngày 22/06/2018 Theo mơ hình truyền sóng phân tích chi tiết với nhiều kịch khác 1.2.3 Mơ hình Stanford University Interim Model Đây mơ hình phát triển đại học Stanford Bán kính cell cho SUI từ 0.1km đến 8km Tính toán thực cho chiều cao anten, trạm base station (ℎ 𝑇𝑋 ) khoảng từ 10m đến 80m chiều cao anten thu (ℎ𝑅𝑋 ) khoảng từ 2m đến 10m 1.2.4 Mơ hình suy hao NYU Việc kết hợp xác suất vào mơ hình suy hao truyền sóng cung cấp mơ hình thay cho mơ hình suy hao truyền sóng theo khoảng cách truyền thống Hiện có hai mơ hình suy hao truyền sóng khơng gian sử dụng để tham chiếu mơ hình tham chiếu khoảng cách khơng gian (close – in free space reference distance viết tắt mơ hình CI) mơ hình suy hao phạm vi hẹp liệu floating – intercept (mơ hình FI) [24] 1.3 Kênh vơ tuyến dải sóng mm 1.3.1 Bộ dị kênh vơ tuyến Để nghiên cứu kênh vơ tuyến dải sóng mm, người ta thường sử dụng cơng cụ dị kênh Trong hệ thống truyền đa đường, kênh vô tuyến phụ thuộc vào tần số, thời gian vị trí Do đó, thơng số mơ tả đặc trưng kênh hướng sóng (DOD: Direction of Departure), hướng sóng đến (DOA: Direction of Arrival), thời gian trễ truyền sóng, tần số Doppler Để xác định hàm tốn học biểu diễn kênh vơ tuyến đáp ứng xung (CIR), hàm truyền người ta thường sử dụng dị kênh, qua ước lượng thông số kênh truyền cải thiện hiệu suất hệ thống [25] 1.3.2 Mô kênh vô tuyến Sử dụng cơng cụ mơ dị kênh NYUSIM, nghiên cứu sinh thực mô dải tần 28 GHz 38 GHz 1.4 Các vấn đề tồn cần nghiên cứu giải Ở dải tần số siêu cao hay dải sóng mm cịn nhiều vấn đề thách thức lý thuyết lẫn công nghệ cần phải giải Về mặt công nghệ, dải sóng mm thách thức cần phải giải cơng nghệ thiết kế, chế tạo anten có kích thước nhỏ đảm bảo tính năng, tham số kỹ thuật hệ số khuếch đại đủ lớn, hiệu suất cao để bù lại suy hao nhiều hệ thống môi trường truyền dẫn vô tuyến [30][31] Thiết kế, chế tạo tích hợp mơ đun thu phát dải sóng millimet khuếch đại tạp âm thấp, trộn, khuếch đại cơng suất cịn nhiều vấn đề cơng nghệ cần phải nghiên cứu, đầu tư [32] Về kênh truyền vô tuyến dải sóng chủ đề thu hút quan tâm nghiên cứu cộng đồng khoa học nước [33]-[36] Ở dải tần số này, vấn đề cần phải giải fading đa đường hiệu ứng Doppler vấn đề lớn Đặc biệt mơ hình kênh, mơ hình suy hao kênh truyền sóng dải sóng millimet, xác định đặc tính, tham số kênh vơ tuyến dải sóng cịn nhiều vấn đề thực nghiệm lý thuyết phải giải [37][38] 1.5 Kết luận chương Chương đưa nghiên cứu cách khái quát đặc trưng truyền sóng vơ tuyến dải sóng mm trình bày mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng mm mơ hình suy hao truyền sóng khơng gian tự do, mơ hình SUI, mơ hình NYU mơ hình 3GPP Trong Chương 1, nghiên cứu sinh trình bày tổng thể kênh truyền vơ tuyến dải sóng milimét, tham số kênh vô tuyến đa đường, suy hao kênh truyền Nghiên cứu sinh thực mô trường hợp kênh truyền MIMO 2x2 tần số 28 GHz kênh truyền MIMO 8x8 tần số 38 GHz sử dụng phần mềm NYSIM Từ kết mô đáp ứng xung, hàm công suất trễ kênh, Doppler… giúp ta tìm tham số kênh truyền làm tảng cho thiết kế hệ thống cho ước lượng kênh truyền phía thu Chương phân tích làm rõ vấn đề cịn tồn cần giải hệ thống vô tuyến, kênh truyền vơ tuyến dải sóng mm vấn đề, phương pháp, cách tiếp cận xây dựng mô hình suy hao kênh để phù hợp với thực tế mơi trường truyền sóng thị đầy biến động nước ta giải pháp để xác định, ước lượng hướng sóng tới tín hiệu hệ thống vơ tuyến dải sóng mm Các nội dung cần phải nghiên cứu đề xuất trình bày chương chương luận án CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN XỬ LÝ DỮ LIỆU TRONG ƯỚC LƯỢNG MƠ HÌNH SUY HAO TRUYỀN SĨNG Ở DẢI SĨNG MILIMET 2.1 Thuật tốn học máy ước lượng mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng milimet 2.1.1 Thuật tốn Hồi quy tuyến tính Hồi quy tuyến tính phương pháp thống kê để hồi quy liệu với biến phụ thuộc có giá trị liên tục biến độc lập có hai giá trị liên tục giá trị phân loại Khi sử dụng hồi quy tuyến tính, mục tiêu tìm đường thẳng tạo phân bố gần với hầu hết điểm, điều quan trọng giảm khoảng cách (sai số) điểm liệu đường đó, có nghĩa rằng cần phải làm cho sai số dự đoán nhỏ tất cặp liệu đầu vào, đầu Để phân tích hồi quy có kết gần khơng thể thiếu phương tiện tối thiểu Để dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng theo khoảng cách, tác giả đề xuất sử dụng hồi quy tuyến tính với phương tiện tối thiểu Minimum Mean Squared Error (MMSE) cho mô hình Close-in (CI) Least Square Error (LSE) với mơ hình Floating-intercept (FI) MSE: 𝑚 𝑚 1 𝐽(𝜃0 , 𝜃1 ) = ∑(𝑦̂𝑙 − 𝑦𝑖 )2 = ∑(ℎ𝜃 (𝑥𝑖 ) − 𝑦𝑖 )2 2𝑚 2𝑚 𝑖=1 (2.1) 𝑖=1 LSE: 𝑚 𝐿(𝜃0 , 𝜃1 ) = ∑(𝑦̂𝑙 − 𝑦𝑖 )2 (2.2) 𝑖=1 Tác giả đề xuất trình thực trình xử lý tập liệu LOS NLOS để dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính lưu đồ Hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính 2.1.2 Thuật tốn K-Nearest Neighbor Thuật toán Nearest-Neighbor sử dụng quan sát tập huấn luyện T không gian đầu vào x để tạo Đặc biệt, với k điểm lân cận xác định sau [10]: 𝑌̂(𝑥) = 𝑘 ∑ 𝑦𝑖 (2.7) 𝑥𝑖 ∈𝑁𝑘 (𝑥) Trong 𝑁𝑘 (𝑥) lân cận x xác định 𝑘 điểm gần 𝑥𝑖 tập huấn luyện Lân cận đại lượng, tính theo khoảng cách Vì vậy, điều có nghĩa rằng, tìm 𝑘 điểm 𝑥𝑖 có khoảng cách gần 𝑥 không gian liệu đầu vào sau tính trung bình cộng metric chúng Tác giả đề xuất trình thực trình xử lý tập liệu LOS NLOS để dự đoán mơ hình suy hao truyền sóng lưu đồ Hình 2.2 Hình 2.2 Sơ đồ dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng sử dụng thuật tốn KNN 2.2 Mơ mơi trường truyền sóng 2.2.1 Mơ mơi trường truyền sóng Khu thị Times City khn viên trường trường THPT Nguyễn Huệ với chiều cao công suất anten phát khác Thực mô phần mềm Wireless Insite Times City khu đô thị đại với kết hợp kiến trúc nhiều nhà cao tầng Trong khn viên trường trường THPT Nguyễn Huệ có nhiều xanh, tịa nhà trường thấp, địa điểm phù hợp với microcell tiêu chuẩn Q trình mơ thực theo bước sau: Xây dựng mô hình mơ mơi trường truyền sóng khu thị Times City trường THPT Nguyễn Huệ Cài đặt anten phát theo kịch tương ứng với độ cao m 17 m, tần số phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 35 dBm 43 dBm; anten thu có chiều cao mặc định 1,5 m Đặt ngẫu nhiên mơ hình mơ 40 điểm anten thu LOS 40 điểm anten thu NLOS Công cụ mô phỏng: Phần mềm Wireless Insite 2.2.2 Kết dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng hai thuật tốn đề xuất Đối với khu đô thị Time City Kịch mô 1: Thiết lập tần số máy phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 35 dBm, chiều cao anten phát m Kết dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính cho thấy tần số 28 GHz 38 GHz, giá trị số mũ suy hao trung bình điều kiện LOS 1,81 1,84, điều kiện NLOS 3,58 3,63 Giá trị số mũ suy hao hợp lý so sánh với mơ hình lý thuyết (số mũ suy hao không gian tự bằng 3-5 cho mơi trường thị có hiệu ứng shadow) Số mũ suy hao tăng tần số máy phát tăng lên, điều cho thấy rằng tần số tăng lên làm cho số mũ suy hao tăng theo Độ lệch chuẩn mơ hình CI tượng shadow fading có giá trị lớn Kết sử dụng thuật toán K-Nearest Neighbor cho thấy số mũ suy hao truyền sóng giống với số mũ suy hao xử lý bằng thuật tốn Hồi quy tuyến tính, độ lệch chuẩn tối ưu bằng thuật toán K-Nearest Neighbor thấp giá trị phụ thuộc vào giá trị k Điều cho thấy thuật toán K-Nearest Neighbor cho kết tối ưu cuối mơ hình CI tốt thuật tốn Hồi quy tuyến tính Tuy nhiên, kết mơ hình FI (NLOS) khác biệt nhiều thuật tốn K-Nearest Neighbor thực lựa chọn k điểm liệu liền kề gần để tính giá trị điểm làm cho tham số mơ hình FI (NLOS) thay đổi liên tục tạo khác biệt lớn khơng xác Kịch mơ thứ 2: Thiết lập tần số máy phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 43 dBm, chiều cao anten phát m Kết dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính cho thấy số mũ suy hao độ lệch chuẩn điều kiện LOS mơ hình Close-in gần không thay đổi bằng 1,81 cho tần số 28 GHz 1,84 cho tần số 38 GHz Tuy nhiên, điều kiện NLOS số mũ suy hao độ lệch chuẩn tăng lên chút so với công suất 35 dBm Các giá trị tham số mơ hình FI (NLOS) cho kết hợp lý Khi sử dụng thuật toán K- Nearest Neighbor, số mũ suy hao mơ hình CI giống với số mũ suy hao đạt sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính giá trị độ lệch chuẩn tối ưu hai điều kiện LOS NLOS thấp nhiều Tuy nhiên, kết mơ hình FI (NLOS) nhiều khác biệt, đặc biệt tham số tồn giá trị âm Vì thuật tốn KNN khơng phù hợp với việc dự đốn mơ hình FI (NLOS) Kịch mơ thứ 3: Thiết lập tần số máy phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 35 dBm, chiều cao anten phát 17 m Kết dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính so với kịch công suất máy phát 35 dBm, Bảng cho thấy tăng chiều cao anten phát lên 17 m số mũ suy hao mơ hình CI (LOS) không thay đổi nhiều so với số mũ suy hao CI (LOS) chiều cao anten phát m, 1,80 cho 28 GHz 1,84 cho 38 GHz Tuy nhiên, mơ hình CI (NLOS) tăng chiều cao anten phát số mũ suy hao độ lệch chuẩn thấp chút so với số mũ suy hao độ lệch chuẩn trường hợp anten cao m Điều có nghĩa rằng, chiều cao anten ảnh hưởng đến số mũ suy hao độ lệch chuẩn Trong kịch này, số mũ suy hao tần số 38 GHz lớn so với tần số 28 GHz Độ lệch chuẩn mơ hình CI (NLOS) ảnh hưởng shadow fading lớn Khi sử dụng thuật toán K- Nearest Neighbor, kết cho thấy số mũ suy hao mơ hình CI giống với số mũ suy hao đạt sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính giá trị độ lệch chuẩn tối ưu hai điều kiện LOS NLOS thấp nhiều Các tham số mơ hình FI (NLOS) cho kết thiếu xác (kết âm) Kịch mô thứ 4: Thiết lập tần số máy phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 43 dBm, chiều cao anten phát 17 m Kết dự đốn mơ hình suy hao truyền sóng sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính tương tự kết kịch 3, chiều cao 17 m, tăng công suất lên 43 dBm số mũ suy hao độ lệch chuẩn mơ hình CI (LOS) khơng thay đổi, cịn mơ hình CI (NLOS) hai giá trị tăng lên chút không đáng kể Số mũ suy hao tần số 38 GHz lớn tần số 28 GHz Khi sử dụng thuật toán K- Nearest Neighbor, ta thấy số mũ suy hao mơ hình CI giống với số mũ suy hao đạt sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính giá trị độ lệch chuẩn tối ưu hai điều kiện LOS NLOS thấp nhiều Các tham số mơ hình FI (NLOS) cho kết thiếu xác hay khơng sử dụng thuật tốn KNN cho mơ hình FI (NLOS) Đối với Trường THPT Nguyễn Huệ Kịch 1: Thiết lập tần số máy phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 35 dBm, chiều cao anten phát m Khi sử dụng thuật tốn hồi quy tuyến tính, kết cho thấy tần số 28 GHz 38 GHz, giá trị số mũ suy hao trung bình mơ hình CI (LOS) 2,40 2,42, mơ hình CI (NLOS) 4,37 4,43 Giá trị số mũ suy hao hợp lý so sánh với mơ hình lý thuyết (số mũ suy hao không gian tự bằng 3-5 cho mơi thị có hiệu ứng shadow) Số mũ suy hao tần số 38 GHz lớn tần số 28 GHz, điều có nghĩa rằng tần số ảnh hưởng đến số mũ suy hao Độ lệch chuẩn mơ hình CI tượng shadow fading có giá trị lớn So với khu vực khu đô thị Times City, số mũ suy hao độ lệch chuẩn mơ hình CI khu vực trường THPT Nguyễn Huệ lớn nhiều khu vực Times City có hiệu ứng đường hầm (tunnel effect) Khi sử dụng thuật toán KNN số mũ suy hao mơ hình CI giống với kết sử dụng thuật toán Hồi quy tuyến tính, độ lệch chuẩn thấp nhiều Điều chứng tỏ thuật toán KNN cho kết tối ưu mơ hình CI tốt thuật tốn Hồi quy tuyến tính Tuy nhiên mơ hình FI (NLOS) kết có nhiều khác biệt, thiếu xác Kịch 2: Thiết lập tần số máy phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 43 dBm, chiều cao anten phát m Khi sử dụng thuật toán hồi quy tuyến tính, số mũ suy hao mơ hình CI tần số 28 GHz 2,43 cho LOS, 4,42 cho NLOS tần số 38 GHz 2,45 cho LOS, 4,48 cho NLOS Ta thấy số mũ suy hao tần số 38 GHz lớn so với tần số 28 GHz Hơn nữa, so với kịch số mũ suy hao cơng suất 43 dBm cao số mũ suy hao với cơng suất 35 dBm Điều chứng tỏ cơng suất máy phát anten ảnh hưởng đến số mũ suy hao Hơn nữa, ảnh hưởng hiệu ứng shadow fading lớn nên độ lệch chuẩn mơ hình CI lớn Khi sử dụng thuật toán KNN số mũ suy hao mơ hình CI giống với số mũ suy hao đạt sử dụng thuật toán Hồi quy tuyến tính giá trị độ lệch chuẩn tối ưu hai điều kiện LOS NLOS thấp nhiều Kết FI (NLOS) nhiều khác biệt mơ hình FI bị giới hạn số liệu phép đo trình tối ưu việc lựa chọn k điểm gần dựa tính toán khoảng cách điểm huấn luyện điểm làm cho kết có sai Kịch 3: Thiết lập tần số máy phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 35 dBm, chiều cao anten phát 17 m Khi sử dụng thuật tốn hồi quy tuyến tính, số mũ suy hao LOS NLOS tần số 28 GHz 2,67 3,98, tần số 38 GHz tương ứng 2,64 4,13 So với kịch 1, công suất máy phát 35 dBm, số mũ suy hao mơ hình CI trường hợp chiều cao anten phát 17 m 10 lớn so với trường hợp anten phát cao m Điều chứng tỏ chiều cao anten ảnh hưởng đến số mũ suy hao, anten cao số mũ suy hao lớn Giá trị số mũ suy hao hợp lý so sánh với mơ hình lý thuyết (số mũ suy hao không gian tự bằng 3-5 cho mơi trường thị có hiệu ứng shadow) Giá trị độ lệch chuẩn lớn zdo ảnh hưởng hiệu ứng shadow Do hạn chế phép đo làm cho kết mơ hình FI (NLOS) có nhiều khác biệt thiếu xác Khi sử dụng thuật toán KNN số mũ suy hao mơ hình CI giống với số mũ suy hao đạt sử dụng thuật toán Hồi quy tuyến tính giá trị độ lệch chuẩn tối ưu hai điều kiện LOS NLOS thấp nhiều Các tham số mơ hình FI (NLOS) cho kết thiếu xác Kịch 4: Thiết lập tần số máy phát 28 GHz 38 GHz, công suất máy phát 43 dBm, chiều cao anten phát 17 m Khi sử dụng thuật toán hồi quy tuyến tính, số mũ suy hao LOS NLOS tần số 28 GHz 2,70 4,01, tần số 38 GHz tương ứng 2,67 4,17 So với kịch 3, độ cao 17 m, số mũ suy hao mơ hình CI trường hợp công suất máy phát 43 dBm lớn so với trường hợp công suất máy phát 35 dBm Giá trị số mũ suy hao hợp lý so sánh với mơ hình lý thuyết (số mũ suy hao không gian tự bằng 3-5 cho mơi thị có hiệu ứng shadow) Do ảnh hưởng hiệu ứng shadow nên giá trị độ lệch chuẩn mơ hình CI cịn lớn, dao động từ 40 dB đến 55 dB Kết mơ hình FI (NLOS) có nhiều khác biệt thiếu xác Khi sử dụng thuật tốn KNN số mũ suy hao mơ hình CI giống với số mũ suy hao đạt sử dụng thuật toán Hồi quy tuyến tính giá trị độ lệch chuẩn tối ưu hai điều kiện LOS NLOS thấp nhiều Các tham số mơ hình FI (NLOS) cho kết thiếu xác 2.2.3 So sánh với kết 3GPP NYU Wireless Kết đạt với nhiều kịch khác cho thấy tăng tần số phát, công suất máy phát chiều cao anten phát làm cho số mũ suy hao tăng Độ lệch chuẩn đạt sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính cịn cao, sử dụng thuật tốn KNN giá trị độ lệch chuẩn không sai lệch nhiều so với công thức 3GPP Kết sử dụng thuật toán K-Nearest Neighbor cho thấy số mũ suy hao truyền sóng giống với số mũ suy hao xử lý bằng thuật toán Hồi quy tuyến tính, độ lệch chuẩn tối ưu bằng thuật toán K-Nearest Neighbor thấp giá trị phụ thuộc vào giá trị k 11 Các kết số mũ suy hao độ lệch chuẩn mô hình CI sau tối ưu tương đương với kết NYU Wireless dự án đo thành phố New York, điều chứng minh tính hợp lý kết Đối với mô hình FI (NLOS), sử dụng thuật tốn Hồi quy tuyến tính kết đạt tương đồng với kết NYU Wireless Đối với mơ hình FI (NLOS), thuật tốn KNN khơng phù hợp hay cho kết thiếu tin cậy Kết luận Chương Trong chương này, tác giả ứng dụng hai thuật toán Học máy Hồi quy tuyến tính K-Nearest Neighbor để xây dựng mơ hình suy hao truyền sóng tần số 28 GHz 38 GHz Thuật tốn Hồi quy tuyến tính dựa việc giảm khoảng cách (sai số) điểm liệu đường thẳng tuyến tính cần tìm bằng cách tối ưu hàm mát bằng thuật toán Gradient Descent thuật tốn K-Nearest Neighbor lại lựa chọn k điểm liệu gần để huấn luyện tập liệu để tìm giá trị k tối ưu cho mơ hình Để có kết khách quan mơ hình suy hao truyền sóng áp dụng hai thuật tốn này, tác giả mơ nhiều kịch khác khu đô thị Times City trường THPT Nguyễn Huệ thay đổi công suất máy phát, chiều cao máy phát cho hai tần số 28 GHz 38 GHz Nhận thấy tham số chiều cao máy phát, công suất máy phát, tần số máy phát địa hình khu vực mơ ảnh hưởng đến số mũ suy hao mô hình CI Nhưng số mũ suy hao hợp lý so sánh với công thức 3GPP NYU Wireless Thuật toán K-Nearest Neighbor cho kết tốt với độ lệch chuẩn mơ hình CI thuật tốn Hồi quy tuyến tính Tuy nhiên, mơ hình FI (NLOS) xây dựng mơ hình có phạm vi mơ tốt thuật tốn Hồi quy tuyến tính cho kết tối ưu xác Do đó, việc kết hợp hai thuật tốn vào việc xây dựng mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng milimet giúp cải thiện kết tối ưu mơ hình suy hao truyền sóng Chương nghiên cứu sinh đề xuất sử dụng thuật toán CoIEE phương pháp xử lý liệu sử dụng số mũ suy hao truyền sóng tham chiếu, nội suy từ liệu số mũ suy hao truyền sóng điểm thu, nội suy từ liệu suy hao truyền sóng khoảng cách Tx-Rx điểm thu sai số bình phương tối thiểu Minimum Mean Square Error (MMSE) cho tốn xây dựng mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng mm Các đề xuất kiểm chứng thông qua liệu mô triển khai số khu vực nội đô Hà Nội để kiểm chứng so sánh với để thấy ưu nhược điểm đề xuất 12 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH HƯỚNG SĨNG TỚI CỦA NGUỒN TÍN HIỆU VƠ TUYẾN Ở DẢI SĨNG MM 3.1 Hệ thống thu đa anten dựa kiến trúc máy thu định nghĩa chức phần mềm để xác định hướng sóng tới tín hiệu vơ tuyến dải sóng mm 3.1.1 Kiến trúc hệ thống Sơ đồ hệ thống thu vơ tuyến đa anten dải sóng mm để xác định hướng sóng tới tín hiệu mặt phẳng phương vị trình bày Hình 3.1 Hình 3.1 Hệ thống thu đa anten xác định hướng sóng tới mặt phẳng phương vị tín hiệu vơ tuyến dải sóng mm dựa kiến trúc máy thu trung tần số Hệ thống gồm dàn anten tuyến tính đồng gồm M phần tử xếp theo đường thẳng (gọi đường baseline) theo sau M máy thu song song trung tần số xử lý tín hiệu số để xác định hướng sóng tới tín hiệu thu Trong nghiên cứu này, NCS tập trung tốn ước lượng hướng sóng tới DOA sử dụng hệ thống Thuật tốn ước lương hướng sóng tới sử dụng thuật tốn Phân loại tín hiệu đa đường MUSIC 3.1.2 Xử lý tín hiệu ước lượng hướng sóng tới Bước 1: Tại đầu chuyển đổi tương tự số ADC ta thu tín hiệu miền thời gian rời rạc, tính đường bao phức tín hiệu miền rời rạc dùng phép biển đổi Hilbert sử dụng tính tốn thành phần thực I thành phần ảo Q Bước 2: Sắp xếp vector liệu thu x(n) Bước 3: Tính ma trận hiệp phương sai tín hiệu thu Bước 4: Triển khai thành vector riêng giá trị riêng từ ma trận hiệp phương sai 13 Bước 5: Xác định khơng gian tín hiệu (K) khơng gian nhiễu (M-K) sở việc xếp giá trị riêng theo thứ tự giảm dần Bước 6: Tính phổ giả hàm MUSIC, 𝑃𝑀𝑈𝑆𝐼𝐶 (𝜑) Bước 7: Ước lượng hướng sóng tới tín hiệu bằng việc tìm giá trị lớn hàm phổ giả MUSIC, 𝑃𝑀𝑈𝑆𝐼𝐶 (𝜑) 3.1.3 Kết mô Kịch mô 1: - Số tín hiệu (nguồn) phát: - Tần số phát: 28 GHz - Dàn anten thu đồng dạng tuyến tính cách xếp theo đường thẳng có số phần tử anten 8, khoảng cách phần tử anten thu nửa bước sóng - Hướng sóng tới mặt phẳng phương vị tín hiệu là: -25° - Tần số trung tần: 1210 MHz - Bộ ADC có tốc độ lấy mẫu 2420 MHz - Tỉ số tín hiệu tạp âm nguồn tín hiệu tới: 25 dB - Số lượng mẫu sau ADC: 5000 - Thuật toán ước lượng DOA: Phân loại tín hiệu đa đường (Multiple Signal Classification - MUSIC) Kết có đỉnh hàm phổ giả MUSIC tương ứng với góc tới tín hiệu ước lượng -25° Kịch mô 2: - Số tín hiệu phát: - Tần số phát: 28 GHz - Dàn anten thu đồng dạng tuyến tính cách xếp theo đường thẳng có số phần tử anten 8, khoảng cách phần tử anten thu nửa bước sóng - Hướng sóng tới mặt phẳng phương vị tín hiệu là: 50°, -30°, 5°, 100, 25° and 40o - Tần số trung tần: 1210 MHz - Bộ ADC có tốc độ lấy mẫu 2420 MHz - Tỉ số tín hiệu tạp âm nguồn tín hiệu tới: 25 dB - Số lượng mẫu sau ADC (số snapshot hay sample): 10000 - Thuật toán ước lượng DOA: MUSIC Từ kết ta thấy nguồn tín hiệu khơng tương quan tương ứng với góc tới mặt phẳng phương vị xác định xác với sai số không 0,5 độ Ở để đảm bảo sai số số lượng mẫu snapshot cần phải lớn (hàng nghìn) triển khai thực tế cần xử lý tín hiệu có cấu hình mạnh cần phải xử lý song song để tăng tốc độ tính tốn 14 Đánh giá ưu điểm nhược điểm giải pháp đề xuất: - Hệ thống đề xuất có ưu điểm triển khai miền số nên có khả tự cấu hình tốt, khơng cần thực giải điều chế bằng phần cứng nên ảnh hưởng sai số tính trực giao giải điều chế cầu phương khơng cịn - Độ phân giải hướng sóng tới cao sử dụng thuật tốn ước lượng có độ phân giải cao - Yêu cầu số lượng mẫu tín hiệu sau ADC đảm bảo đủ lớn để trì tính xác ước lượng hướng sóng tới - Chưa thực việc ước lượng với tín hiệu tương quan, tín hiệu tương quan mạnh khơng đảm bảo tính chất trực giao hai khơng gian - Tốc độ lấy mẫu chuyển đổi số tương tự ADC cần đảm bảo đủ lớn tăng chi phí hệ thống ảnh hưởng sai số dịch pha tín hiệu 3.2 Đề xuất hệ thống thu đa anten dựa kiến trúc máy thu trung tần số kết hợp di pha 90 độ để xác định hướng sóng tới tín hiệu vơ tuyến dải sóng mm 3.2.1 Kiến trúc hệ thống Hình 3.4 đề xuất hệ thống thu đa anten để xác định hướng sóng tới dải sóng mm mặt phẳng phương vị dựa kiến trúc máy thu trung tần số phân nhánh kết hợp với di pha cầu phương 90 độ Hình 3.4 Hệ thống thu đa anten xác định hướng sóng tới mặt phẳng phương vị tín hiệu vơ tuyến dải sóng mm dựa kiến trúc máy thu trung tần số phân nhánh kết hợp di pha cầu phương 90 độ Hệ thống đề xuất gồm dàn anten tyến tính đồng gồm M phần tử xếp cách theo đường thẳng kết nối với M máy thu trung tân số kết hợp với dịch pha 90 độ miền tương tự xử lý tín hiệu số băng sở 15 Tại máy thu, tín hiệu vơ tuyến cao tần RF sau anten thu đưa đến khối lọc thông dải, khuếch đại tạp âm thấp hạ tần (LNB: Low Noise Block) để hạ xng trung tần Tại trung tần tín hiệu chia thành nhánh, nhánh qua di pha 90 độ, nhánh không di pha, sau nhánh số hóa trực tiếp bằng hai chuyển đổi tương tự - số (ADC ADC 2) Tại đầu ADC, mẫu rời rạc thu thập ta tính tốn đường bao phức tín hiệu tính tích tương quan giữ hai nhánh chứa thơng tin pha biên độ tín hiệu Sau áp dụng bước ước lương hướng sóng tới nguồn tín hiệu trình bày phần 3.2.2 Kết mô Hệ thống đề xuất mơ hình hóa mơ sử dụng phần mềm Matlab Các tín hiệu phát khởi tạo tần số 28 GHz sau truyền qua kênh truyền sóng tới bên thu Tín hiệu tới bên thu tính đến yếu tố suy hao truyền sóng theo mơ hình trình bày chương - Số tín hiệu phát không tương quan nhau: - Tần số phát: 28 GHz - Dàn anten thu đồng dạng tuyến tính cách xếp theo đường thẳng có số phần tử anten 8, khoảng cách phần tử anten thu nửa bước sóng - Hướng sóng tới mặt phẳng phương vị tín hiệu là: -45°, -30°, 0°, 3° 10° - Tần số trung tần: 1210 MHz - Bộ ADC có tốc độ lấy mẫu 605 MHz - Tỉ số tín hiệu tạp âm nguồn tín hiệu tới: 15 dB - Số lượng mẫu sau ADC (số snapshot hay sample): 1000 - Thuật toán ước lượng DOA: MUSIC Kết có đỉnh hàm phổ giả MUSIC tương ứng với góc tới tín hiệu ước lượng -45°, -30°, 0°, 3,5° 10° Đánh giá ưu nhược điểm giải pháp đề xuất: - Hệ thống đề xuất có khả tự cấu hình triển khai miền số - Bộ chuyển đổi tương tự số ADC có tần số lấy mẫu thấp giảm chi phí hệ thống - Khả ước lượng hướng sóng tới với độ phân giải cao - Cần số chuyển đổi tương tự số tăng gấp đôi so với hệ thống phần 3.1 - Chưa thực việc ước lượng với tín hiệu tương quan, tín hiệu tương quan mạnh Để xử lý tốn tín hiệu tương quan, nghiên cứu sinh đề xuất giải pháp phân đoạn không gian kết hợp với áp dụng tiền xử lý làm mịn 16 khơng gian tín hiệu nhằm phá vỡ tương quan trình bày mục 3.3 3.3 Đề xuất giải pháp xác định hướng sóng tới tín hiệu vơ tuyến tương quan dải sóng mm sử dụng giải pháp phân đoạn không gian làm mịn không gian 3.3.1 Phân đoạn làm mịn khơng gian Thuật tốn để phá vỡ tính tương quan tín hiệu làm mịn khơng gian SS (Spatial Smoothing) làm mịn không gian thuận nghịch FB-SS (Forward Backward Spatial Smoothing) 3.3.2 Kết mô Mô thứ 1: Mô cho hệ thống đề xuất phần 3.1 tín hiệu tới dàn anten tương quan - Số tín hiệu phát: có tín hiệu tương quan mạnh với nhau, tín hiệu tương quan yếu với - Tần số phát: 28 GHz - Dàn anten thu đồng dạng tuyến tính cách xếp theo đường thẳng có số phần tử anten 16, khoảng cách phần tử anten thu nửa bước sóng - Hướng sóng tới mặt phẳng phương vị tín hiệu là: -50°, -20°, 15°, 45° 55° - Tần số trung tần: 1210 MHz - Bộ ADC có tốc độ lấy mẫu 2420 MHz - Tỉ số tín hiệu tạp âm nguồn tín hiệu tới: 25 dB - Số lượng mẫu sau ADC (số snapshot hay sample): 10000 - Thuật toán ước lượng DOA: MUSIC MUSIC kết hợp với làm mịn không gian SSP (Spatial Smoothing Processing) thuận nghịch - Tiền xử lý làm mịn không gian: Số phần tử anten mảng phụ số lượng mảng phụ Kết mơ góc tới tín hiệu ước lượng -50°, -20°, 15°, 45° 55° rõ ràng kết hợp làm mịn không gian để phá vỡ tương quan tín hiệu trước áp dụng thuật toán MUSIC Tuy nhiên áp dụng thuật tốn MUSIC khơng thể ước lượng tín hiệu tới, tín hiệu có tương quan nhẹ với góc tới 15° 45° xác định Kết mô khảng định cần phải tiền xử lý tín hiệu bằng cách làm mịn khơng gian trước sử dụng thuật toán MUSIC Một điều đáng lưu ý khác thuật tốn MUSIC ước lượng hướng sóng tới tín 17 hiệu tương quan thấp cần thiết phải có số lượng mẫu đủ lớn tỉ số tín hiệu tạp âm phải lớn Mô thứ 2: Mô cho hệ thống đề xuất phần 3.2 tín hiệu tới dàn anten tương quan - Số tín hiệu phát tương quan nhau: - Tần số phát: 28 GHz - Dàn anten thu đồng dạng tuyến tính cách xếp theo đường thẳng có số phần tử anten 16, khoảng cách phần tử anten thu nửa bước sóng - Hướng sóng tới mặt phẳng phương vị tín hiệu là: -40°, -20°, 0° 50° - Tần số trung tần: 1210 MHz - Bộ ADC có tốc độ lấy mẫu 605 MHz - Tỉ số tín hiệu tạp âm nguồn tín hiệu tới: 15 dB - Số lượng mẫu sau ADC (số snapshot hay sample): 1000 - Thuật toán ước lượng DOA: MUSIC MUSIC kết hợp với làm mịn không gian SSP thuận nghịch - Tiền xử lý làm mịn không gian: Số phần tử anten mảng phụ số lượng mảng phụ Ta thấy rằng tín hiệu hồn tồn tương quan mạnh với thuật tốn MUSIC khơng thể ước lượng Các tín hiệu ướng lượng kết hợp làm mịn khơng gian thuật tốn MUSIC góc tới tín hiệu ước lượng -40°, -20°, 0° 50° Sai số việc ước lượng hướng sóng tới thường tính dựa lỗi trung bình bình phương RMSE (Root Mean Square Error) Hình 3.10 trình bày sai số RMSE ước lượng hướng sóng tới DOA thay đổi tỷ số tín hiệu tạp âm SNR từ -10 dB đến 15 dB, bước cách dB Ta thấy rằng thuật tốn có độ phân giải cao, điều kiện mơ sai số ước lượng hướng sóng tới nhỏ Khi tỷ số tín hiệu tạp âm từ 10 dB trở lên sai số RMSE nhỏ (gần tiệm cần 0) Khi tỷ số tín hiệu tạp thấp (-10 dB) sai số RMSE nguồn ( 50 độ ứng với nguồn 4) hên đến gần 0,5 độ Kết luận chương Trong chương này, tác giả nghiên cứu đề xuất hệ thống vô tuyến đa anten thu cho tốn xác định hướng sóng tới tín hiệu vơ tuyến mặt phẳng phương vị hệ thống vơ tuyến dải sóng mm hoạt động tần số 28 GHz Hệ thống thuật tốn đề xuất giải pháp góp phần phát triển, cải tiến hiệu hệ thống vô tuyến để xác định tham số kênh truyền sóng hướng sóng tới, hàm cơng suất trễ kênh, đáp ứng xung, hàm truyền đạt kênh dải tần sóng millimet cho hệ thống 18 thơng tin, định hướng vơ tuyến hệ Các mơ hình, kiến trúc hệ thống, phương pháp xử lý tín hiệu, thuật tốn ước lượng xử lý tín hiệu đề xuất cho mục đích tối ưu hệ thống, nâng cao hiệu hệ thống thông tin, định hướng vô tuyến dải sóng millimet Do làm sở cho nhà khai thác viễn thơng đưa mơ hình, thiết bị phủ sóng phù hợp mơi trường ngồi tịa nhà để nâng cao dung lượng, chất lượng cho người sử dụng KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hệ thống vơ tuyến đa anten dải sóng mm có nhiều ưu điểm bật băng thơng rộng, hiệu suất sử dụng phổ tần cao, sử dụng kỹ thuật tiên tiến định dạng búp sóng chất lượng dung lượng hệ thống nâng cao Hệ thống vơ tuyến dải sóng mm có nhược điểm suy hao mơi trường truyền sóng lớn Để khắc phục nhược điểm này, số lượng phần tử thu - phát hệ thống thường lớn từ vài chục đến vài trăm phần tử kết hợp với kỹ thuật định dạng búp sóng thực nhằm tăng độ định hướng lượng tới nguồn tín hiệu có ích nguồn nhiễu tới vùng có đồ thị búp sóng nhỏ Ngồi ra, nhiều kỹ thuật, công nghệ triển khai hệ thống kỹ thuật đa truy cập phần chia theo không gian (SDMA), công nghệ vô tuyến định nghĩa chức bằng phần mềm để triển khai cách linh hoạt, thơng minh Về mặt khoa học, cịn nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu giải vấn đề ước lượng mơ hình kênh truyền sóng mơi trường khác nhau, kỹ thuật xử lý tín hiệu nhiều chiều, đặc biệt việc xác định hướng sóng tới, nguồn tín hiệu có ích qua thực phương pháp để nâng cao chất lượng hệ thống Luận án nghiên cứu sinh đề xuất hướng tiếp cận, mơ hình ước lượng suy hao truyền sóng dải tần 28 GHz 38 GHz mơi trường thị sử dụng thuật tốn học máy hồi quy tuyến tính thuật tốn K-Nearest Neighbor Thuật tốn Hồi quy tuyến tính dựa việc giảm khoảng cách (sai số) điểm liệu đường thẳng tuyến tính cần tìm bằng cách tối ưu hàm mát bằng thuật toán Gradient Descent thuật tốn KNearest Neighbor lại lựa chọn k điểm liệu gần để huấn luyện tập liệu để tìm giá trị k tối ưu cho mơ hình Luận án đề xuất phương pháp xử lý liệu để ước lượng số mũ suy hao truyền sóng kênh truyền sóng dải sóng mm Luận án nghiên cứu đề xuất hệ thống, kiến trúc hệ thống, kiến trúc máy thu trung tần số, máy thu trung tần số kết hợp với di pha cầu phương 90 độ thực việc dịch pha tín hiệu nhánh thu máy thu hệ thống để xác định hướng sóng tới tín hiệu Việc ước lượng hướng sóng tới mặt phẳng phương vị tín hiệu khơng tương quan tín hiệu tương quan sử dụng thuật tốn phân loại tín hiệu đa 19 đường kết hợp với tiền xử lý phá vỡ tương quan áp dụng phương pháp làm mịn không gian Các đóng góp luận án sau: Đề xuất giải pháp ước lượng mơ hình suy hao truyền sóng tần số 28 GHz 38 GHz môi trường nội đô theo hướng tiếp cận dựa liệu mơ thuật tốn học máy hồi quy tuyến tính K-Nearest Neighbor; đề xuất phương pháp xử lý liệu mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng mm sử dụng số mũ suy hao truyền sóng tham chiếu, nội suy liệu, sai số bình phương tối thiểu Kết đăng tải cơng trình số (1), số (2) số (4) danh mục cơng trình cơng bố luận án Đề xuất giải pháp, mơ hình hệ thống thu đa anten tần số 28 GHz xác định hướng sóng tới tín hiệu vơ tuyến mặt phẳng phương vị Hệ thống, giải pháp đề xuất dựa đa kênh thu song song dựa kiến trúc máy thu vô tuyến trung tần số định nghĩa chức bằng phần mềm kết hợp di pha 90 độ thực phép trực giao cầu phương thuật tốn độ phân giải cao phân loại tín hiệu đa đường có khả ước lượng hướng sóng tới tín hiệu tương quan khơng tương quan với độ xác, độ phân giải cao với số lượng mẫu nhỏ Kết đăng tải cơng trình số (3) danh mục cơng trình công bố luận án Các kết nghiên cứu góp phần phát triển sở khoa học, tảng cho nghiên cứu tiếp thep cho lĩnh vực xử lý tín hiệu đa anten, ước lượng tham số kênh truyền sóng dải tần sóng milimet cho hệ thống thông tin, định hướng vô tuyến hệ Các mơ hình, giải pháp, cách tiếp cận, thuật tốn đề xuất cho mục đích nâng cao hiệu năng, chất lượng hệ thống vơ tuyến dải sóng milimet, làm sở cho nhà phát triển công nghệ, khai thác mạng viễn thông hệ hoạt động dải sóng mm phát triển mơ hình thực nghiệm, thiết bị phủ sóng phù hợp môi trường đô thị để nâng cao dung lượng, chất lượng cho người sử dụng Hướng nghiên cứu Luận án: Phát triển, chế tạo dị kênh vơ tuyến dải sóng mm để thực việc đo đạc hàm toán học kênh hàm công suất trễ kênh, đáp ứng xung hàm truyền đạt kênh Qua kết hợp với mơ hình đề xuất chương để xác định mơ hình suy hao truyền sóng môi trường đô thị theo cách tiếp cận bán thực nghiệm Triển khai phần cứng phần cao tần phần xử lý tín hiệu băng sở cơng nghệ FPGA DSP cho tốn ước hướng sóng tới tín hiệu để kiểm tra tính khả thi thực nghiệm hệ thống đề xuất chương 20 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Vu Thanh Quang, Dinh Van Linh and To Thi Thao, “Propagation Path Loss Models at 28 GHz Using K-Nearest Neighbor Algorithm”, Journal of Communication and Computer, 19 (2021), p 1-8 Đinh Văn Linh, Đỗ Cao Khánh, Vũ Thanh Quang, Vũ Văn Yêm, “Ứng dụng thuật tốn học máy ước lượng mơ hình suy hao truyền sóng dải sóng milimet”, Tạp chí khoa học công nghệ quân sự, số 70, tháng 12, 2020, p.54-64 Vu Thanh Quang, Hoang Thi Phuong Thao and Vu Van Yem, “A robust direction of arrival estimation system for milimeterwave applications”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ lượng, số 31, 2023 Vu Thanh Quang, Hoang Thi Phuong Thao, Do Huu Duc and Vu Van Yem, “Novel Approach for Propagation Pathloss Estimation in Millimeter-wave Communication Systems”, Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, Vol 12, No 6, 2023, pp.3517-3528 21