NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN BĂNG KÉP CHO CÔNG NGHỆ 4G VÀ BLUETOOTH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÙI QUANG KHÁNH “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN BĂNG KÉP CHO CÔNG NGHỆ 4G VÀ BLUETOOTH” LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÙI QUANG KHÁNH “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN BĂNG KÉP CHO CÔNG NGHỆ 4G VÀ BLUETOOTH” Ngành : Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã số : 60 52 0203 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRƯƠNG VŨ BẰNG GIANG HÀ NỘI - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế anten băng kép cho công nghệ 4G Bluetooth” là công trính nghiên cứu thân Trong luận văn có dùng số tài liệu tham khảo nêu phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết trính bày luận văn là hoàn toàn trung thực, sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu kỷ luật khoa và nhà trường đề Tác giả luận văn Bùi Quang Khánh ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Trương Vũ Bằng Giang, thầy tận tính bảo, hướng dẫn và giúp cho có kiến thức, kinh nghiệm quý báu thời gian học tập và nghiên cứu trường Đại học Công Nghệ Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ, em sinh viên Phòng nghiệm khoa Điện tử - Viễn thông tận tính giúp đỡ, hướng dẫn chuyên môn và tạo điều kiện tốt cho thời gian thực luận văn này Cuối cùng, xin cảm ơn gia đính, người thân và bạn em, người bên cạnh động viên, khìch lệ và giúp đỡ em thời gian qua Luận văn này thực khuôn khổ đề tài Khoa học Công nghệ cấp Đại học Quốc gia Hà Nội, mã số QGTĐ.13.05 Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian thực luận văn có hạn, nên luận văn nhiều hạn chế Tôi mong nhận nhiều góp ý, bảo thầy, cô để hoàn thiện bài viết mính Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 06 năm 2015 Học viên Bùi Quang Khánh iii TÓM TẮT 4G LTE chứng tỏ là công nghệ di động có tốc độ phát triển nhanh từ trước đến Theo nghiên cứu ABI, cuối năm 2015 số lượng thuê bao sử dụng 4G LTE ước tình đạt 1,3 tỷ thuê bao, tăng khoảng 650 nghín so với năm 2014 Về lý thuyết, theo định nghĩa Liên minh Viễn thông Thế giới (ITU), 4G tăng tốc độ tải thiết bị lên tới 100 Mbps di chuyển, và đạt xấp xỉ Gbps điều kiện đứng yên Chình vượt trội tốc độ nên 4G LTE “một tiến hóa” công nghệ viễn thông 4G LTE hoạt động chủ yếu băng tần: 1800MHz (đây là băng tần chủ đạo với 45% nhà mạng giới khai thác) và 2600MHz (chiếm 26% số nhà mạng triển khai 4G) Bên cạnh đó, thống trị việc truyền nhận liệu tầm gần thiết bị đầu cuối thuộc công nghệ Bluetooth Với việc phát lên hệ Bluetooth 4.0 đạt tốc độ truyền tải lên đến 25Mbps, dễ dàng ghép đôi thiết bị với nhau, hiệu tiêu thụ thấp Bluetooth thực là lựa chọn hàng đầu công nghệ truyền nhận tầm gần Chình tình tuyệt vời công nghệ 4G LTE và Bluetooth, với thành công và tình ứng dụng cao anten vi dải, luận văn này nghiên cứu và trính bày thiết kế mẫu anten cho ứng dụng 4G/LTE (1.8 GHz & 2.6 GHz) và Bluetooth (2.4 GHz) Anten gồm ba nhánh xạ, hai ba nhánh thiết kể để tạo dải tần với băng thông lớn bao phủ từ 2.4 GHz đến 2.6 GHz Sau so sánh kết mô và đo đạc thực tế, cho thấy chênh lệch lớn yêu cầu băng thông, tần số hoạt động, độ suy hao Qua chứng minh thực tế, đưa anten gắn với thiết bị Wi-Fi Cards và Routers, kết cho thấy anten hoạt động tốt dải tần 2.4 GHz iv MỤC LỤC DANH MỤC HÌ NH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂ U viii DANH MỤC VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 4G/LTE VÀ BLUETOOTH 1.1 Công nghệ 4G (LTE) 1.1.1 Tình hình 1.1.2 Quá trình phát triển 1.1.3 Các đặc điểm công nghệ 4G/LTE 1.2 Bluetooth 1.2.1 Lịch sử phát triển 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.3 Chuẩn băng tần Bluetooth 1.3 Anten truyền thông vô tuyến 10 TỔNG QUAN VỀ ANTEN Error! Bookmark not defined 2.1 Lý thuyết chung anten Error! Bookmark not defined 2.1.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Các thông số anten Error! Bookmark not defined 2.2 Anten vi dải Error! Bookmark not defined 2.2.1 Đặc tính anten vi dải Error! Bookmark not defined 2.2.2 Hoạt động anten vi dải Error! Bookmark not defined 2.2.3 Các phương pháp cấp nguồn Error! Bookmark not defined 2.2.4 Các mô hình phân tích anten vi dải Error! Bookmark not defined THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, CHẾ TẠO VÀ ĐO ĐẠC ANTENError! Bookmark not defined v 3.1 Thiết kế và mô anten Error! Bookmark not defined 3.1.1 Phần mềm mô Error! Bookmark not defined 3.1.2 Lựa chọn chất điện môi Error! Bookmark not defined 3.1.3 Mục tiêu cần đạt Error! Bookmark not defined 3.1.4 Thiết kế anten Error! Bookmark not defined 3.1.5 Chế tạo anten Error! Bookmark not defined 3.2 Kết mô Error! Bookmark not defined 3.3 Kết đo đạc thực tế Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 vi DANH MỤC HÌ NH VẼ Hính 1-1: Quá trính phát triển mạng thông tin di động Hính 2-1: Anten thiết bị truyền sóng Error! Bookmark not defined Hính 2-2: Phương trính tương đương Thevenin Error! Bookmark not defined Hính 2-3: Hệ thống tọa độ phân tìch anten Error! Bookmark not defined Hính 2-4: Giản đồ xạ vô hướng Error! Bookmark not defined Hính 2-5: Giản đồ xạ mặt phẳng E và H cho anten loa Error! Bookmark not defined Hính 2-6: Các búp sóng anten xạ hướng tình Error! Bookmark not defined Hính 2-7: Độ rộng búp sóng Error! Bookmark not defined Hính 2-8: Cấu trúc phần tử anten vi dải hính chữ nhật Error! Bookmark not defined Hính 2-9: Một số dạng vi dải thông dụng Error! Bookmark not defined Hính 2-10: Hoạt động anten vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-11: Sóng phản xạ anten vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-12: Anten vi dải với đường tiếp điện đồng trục và mạch tương đương Error! Bookmark not defined Hính 2-13: Anten vi dải với đường truyền tiếp điện vi dải và mạch tương đương Error! Bookmark not defined Hính 2-14: Các kỹ thuật phối hợp trở kháng đường truyền vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-15: Anten vi dải với kỹ thuật ghép khe và mạch tương đương Error! Bookmark not defined Hính 2-16: Anten vi dải với kỹ thuật ghép gần và mạch tương đương Error! Bookmark not defined Hính 2-17: Mô hính đường truyền sóng Error! Bookmark not defined Hính 2-18: Hiệu ứng đường biên xung quanh anten vi dải Error! Bookmark not defined vii Hính 2-19: Đường truyền vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-20: Hiệu ứng đường biên anten vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-21: Hằng số điện môi hiệu dụng anten vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-22: Đường truyền vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-23: Phân bố điện tìch và mật độ dòng anten vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-24: Mô hính hộp cộng hưởng anten vi dải Error! Bookmark not defined Hính 2-25: Mô hính hốc cộng hưởng cho anten vi dải Error! Bookmark not defined Hính 3-1: Mặt phẳng xạ và mặt phẳng đất Error! Bookmark not defined Hính 3-2: Mô hính anten Error! Bookmark not defined Hính 3-3: Anten chế tạo thực tế Error! Bookmark not defined Hính 3-4: Suy hao phản hồi mẫu anten Error! Bookmark not defined Hính 3-5: Giản đồ xạ anten với tần số 1.8 GHz và 2.6 GHz Error! Bookmark not defined Hính 3-6: Giản đồ xạ anten với tần số 2.4 GHz Error! Bookmark not defined Hính 3-7: Độ lợi cùa anten Error! Bookmark not defined Hính 3-8: Hính ảnh đo hệ số suy hao phản xạ anten thực nghiệm Error! Bookmark not defined Hính 3-9: Kết so sánh hệ số suy hao phản xạ thực tế và mô Error! Bookmark not defined Hính 3-10: Kết nối anten làm Card mạng cho PC và Wi-Fi Router Error! Bookmark not defined viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Các thông số lớp vật lý 4G/LTE Bảng 1-2: Các dải tần Bluetooth 10 Bảng 3-1: Kìch thước anten Error! Bookmark not defined Bảng 3-2: Kết đồ thị suy hảo phản xạ Error! Bookmark not defined Bảng 3-3: So sánh hệ số suy hao phản xạ và băng thông thực tế và mô Error! Bookmark not defined ix DANH MỤC VIẾT TẮT LTE Long-Term Evolution 4G Fourth-Generations GSM Global System Mobile 3GPP Generation Partnership Project BWT Bluetooth Technology ISM Industrial, Scientific and Industrial IP Internet Protocol 2D Two Dimensions 3D Three Dimensions 3G Third Generations DSC Digital Cellular Service PCS Personal Communications Service EMI Electromagnetic Interference PCB Printed Circuit Board UMTS Universal Mobile Telecommunication System MỞ ĐẦU Trong xã hội ngày nay, nhu cầu trao đổi thông tin, truyền liệu, dịch vụ thiết bị di động thông minh ngày càng cao Các hệ thống thông tin di động 2G, 3G hoạt động tốt và ngày càng phát triển với ưu điểm mính Tuy nhiên chúng chưa phần nào đáp ứng mong đợi khách hàng có nhu cầu sử dụng truyền liệu tốc độ cao Ví công nghệ mạng di động hệ thứ tư 4G/LTE nghiên cứu và phát triển, cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập liệu cao lên đến hàng trăm Mb/s chì đạt 1Gb/s, cho phép phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến dựa tảng IP Công nghệ Bluetooth cho phép kết nối không dây thiết bị điện tử phạm vi 10 mét (33 feet) Một kết nối Bluetooth dùng để gửi hính ảnh, video, văn bản, danh thiếp, ghi lịch, để kết nối không dây đến thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth Một số đặc điểm chình công nghệ Bluetooth như: tiêu thụ lượng thấp, ứng dụng nhiều loại thiết bị, giá thành rẻ, tốc độ truyền liệu đạt tối đa 1Mbps, tình tương thìch cao nên nhiều nhà sản xuất phần cứng và phần mềm hỗ trợ Anten vi dải ngày càng sử dụng rộng rãi ứng dụng truyền thông vô tuyến lợi thế: cấu trúc nhỏ nhẹ, dễ chế tạo, giá thành thấp, dễ dàng tìch hợp lên bề mặt … Ví muc đìch nghiên cứu luận văn là đề xuất mẫu anten vi dải cho ứng dụng 4G/LTE và Bluetooth Mẫu anten thiết kế, mô phỏng, chế tạo và đo đạc thực tế Anten thiết kế vật liệu Fr4 – epoxy, độ dày h =1.6mm, số điện môi 𝜀𝑟 = 4.4, kìch thước 3D 20mm × 50mm × 1.6mm Luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan công nghệ 4G/LTE và Bluetooth Chương 2: Lý thuyết anten vi dải, thông số đặc trưng anten độ lợi, băng thông, độ định hướng, giản đồ xạ Chương 3: Quá trính thiết kế, mô phỏng, thiết kế và đo đạt mẫu anten Kết mô và đo đạc thực tế nói đến chương này Chương 4: Kết luận điều đạt luận văn này 2 Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 4G/LTE VÀ BLUETOOTH 1.1 Công nghệ 4G (LTE) 1.1.1 Tình hình Từ năm 2012, giới, công nghệ 4G có phát triển vượt bậc và bước chiếm thị phần công nghệ 3G Theo số liệu thống kê vào tháng năm 2015, giới có 646 đơn vị kinh doanh dịch vụ viễn thông 181 quốc gia cung cấp dịch vụ 4G/LTE Trong đó, khu vực châu Á có 61 đơn vị thuộc 25 quốc gia Riêng khu vực Đông Nam Á có 17 đơn vị cung cấp dịch vụ 4G quốc gia là Singapore, Malaysia, Indonesia, Philippines, Brunei, Thái Lan, Lào và Campuchia Trong đó, trừ quốc gia có tảng công nghệ cao Singapore, Malaysia hay quốc gia có điều kiện địa lý thuận lợi Bruei… triển khai thành công công nghệ 4G thí hầu hết quốc gia khác giai đoạn thử nghiệm Tuy nhiên, theo nghiên cứu tổng thể công ty Seed Planning, số lượng người sử dụng công nghệ 4G khu vực châu Á-Thái Bính Dương tăng từ 100 triệu người năm 2013 lên tỷ người năm 2018 Tại Hội thảo Quốc tế 4G LTE “Quy hoạch tổng thể, tối ưu hóa công nghệ, đa dạng hóa dịch vụ hướng tới đông công nghệ 4G tiểu vùng sông Mekong” diễn ngày 26/3 Hà Nội, Bộ TT&TT xác định năm 2015 là thời điểm thìch hợp để triển khai công nghệ 4G Việt Nam Dự kiến Việt Nam tổ chức triển khai cấp phép 4G từ đầu năm 2016 Trên sở đánh giá nhu cầu thị trường, công nghệ , thiết bị và điều kiện khác, Việt Nam cấp phép 4G với mục tiêu sử dụng hiệu băng tần cao, khả dùng chung, chia sẻ mạng tạo môi trường viễn thông ngày càng cạnh tranh và phát triển, tạo động lực cho phát triển kinh tế đất nước 1.1.2 Quá trình phát triển Thế hệ mạng di động (1G) phát triển vào năm 1980, cung cấp dịch vụ gọi thoại qua tần số 900 MHz và kĩ thuật tương tự đến thay mạng truyền vô tuyến số 2G Những hệ thống mạng 2G thí có dung lượng lớn hệ thống mạng hệ thứ Một kênh tần số thí đồng thời chia cho nhiều người dùng (bởi việc chia theo mã chia theo thời gian) Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobil Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với ưu điểm chình mong đợi đem lại hệ thống 3G như: cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện, truy cập internet,…[2] Hình 1-1: Quá trình phát triển mạng thông tin di động LTE là hệ thứ tư chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai toàn giới Để đảm bảo tình cạnh tranh cho hệ thống này tương lai, tháng 11/2004 3GPP bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phì cho bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với giao tiếp mở và giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối 4 1.1.3 Các đặc điểm công nghệ 4G/LTE Mục tiêu LTE là cung cấp dịch vụ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, gói liệu tối ưu, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông cách linh hoạt triển khai Đồng thời kiến trúc mạng thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu 28 lượng chuyển mạch gói với tình di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ, thời gian trễ tối thiểu  Các đặc tình 4G/LTE:  Hoạt động băng tần: 700 MHz – 2.6 GHz  Độ trễ: < 5ms  Độ rộng băng thông linh hoạt: 1,4 MHz; MHz; MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz Hỗ trợ hai trường hợp độ dài băng thông lên và xuống không  Phổ tần số:  Hoạt động chế độ FDD TDD  Độ phủ sóng: – 100 km  Dung lượng 200 user/cell băng tần MHz  Tốc độ quy định ITU là 100 Mbs di chuyển tốc độ cao và Gbps thuê bao đứng yên so với trạm  Tốc độ liệu ìt là 100 Mbps bất kí hai điểm nào giới  Hiệu suất phổ đường truyền là 15bit/s/Hz đường xuống và 6.75 bit/s/Hz đường lên (có nghĩa là 1000 Mbps đường xuống và nhỏ băng thông 67 MHz)  Hiệu suất sử dụng phổ hệ thống lên đến bit/s/Hz/cell đường xuống và 2.25 bit/s/Hz/cell cho việc sử dụng nhà  Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua mạng hỗn hợp  Chất lượng dịch vụ  Hỗ trợ tình đảm bảo chất lượng QoS  VoIP đảm bảo chất lượng âm tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng UMTS  Liên kết mạng:  Khả liên kết với hệ thống UTRAN/GERAN có và hệ thống không thuộc 3GPP đảm bảo 5  Thời gian trễ việc truyền tải E-UTRAN và UTRAN/GERAN nhỏ 300ms cho dịch vụ thời gian thực và 500ms cho dịch vụ lại  Tương thìch với chuẩn không dây tồn  Tất là IP, mạng chuyển mạch gói Băng thông linh hoạt vùng từ MHz đến 20 MHz, điều này có nghĩa là hoạt động dải băng tần 3GPP Trong thực tế, hiệu suất thực LTE tùy thuộc vào băng thông định cho dịch vụ và lựa chọn cho phổ tần chình Điều này giúp đáng kể cho nhà khai thác chiến lược kinh tế và kỹ thuật Triển khai tần số cao, LTE là chiến lược hấp dẫn tập trung vào dung lượng mạng, tần số thấp cung cấp vùng bao phủ khắp nơi Mạng LTE hoạt động dải tần sử dụng nào 3GPP Nó bao gồm băng tần lõi IMT-2000 (1.9-2 GHz) và dải mở rộng (2.5 GHz), 850-900 MHz, 1800 MHz, phổ AWS (1.7- 2.1 GHz)…Băng tần định 5MHz định nghĩa IUT thí phù hợp với dịch vụ IMT băng tần lớn 5MHz thí sử dụng cho dịch vụ có tốc độ cực cao Tình linh hoạt băng tần LTE cho phép nhà sản xuất phát triển LTE băng tần tồn họ  Các kĩ thuật sử dụng:  MIMO: để đạt hiệu suất phổ tần cao cách sử dụng phân tập theo không gian, đa anten, đa người sử dụng  Sử dụng lượng tử hóa miền tần số, chẳng hạn OFDM SCFDE đường xuống: để tận dụng thuộc tình chọn lọc tần số kênh mà không phụ phải lượng tử phức tạp  Ghép kênh miền tần số OFDMA DC-FDMA đường xuống: tốc độ bit thay đổi việc gán cho người dùng kênh khác dựa điều kiện kênh  Mã hóa sửa lỗi Turbo: để tối thiểu yêu cầu tỷ số SNR bên thu  Lập biểu kênh độc lập: để sử dụng kênh thay đổi theo thời gian  Thìch nghi đường truyền: điều chế thìch nghi và mã sửa lỗi  Các thông số lớp vật lý 4G/LTE Bảng 1-1: Các thông số lớp vật lý 4G/LTE UL DTFS-OFDM (SC-FDMA) DL OFDMA Kỹ thuật truy cập 1,4 MHz, MHz, MHz, 15 MHz, 20 Băng thông MHz TTI tối thiểu 1ms Khoảng cách sóng mang 15 KHz Ngắn 4,7  s Dài 16,7 s Chiều dài CP Điều chế QPSK, 16QAM, 64 QAM lớp cho UL/UE Ghép kênh không gian Lên đến lớp cho DL/UE Sử dụng MIMO cho UL và DL Sự khác 3G 4G Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và gọi có hính ảnh 4G phát triển thuộc tình kế thừa từ công nghệ 3G Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G có tốc độ nhanh mạng 3G từ đến 10 lần Tốc độ tối đa 3G là tốc độ tải xuống 14Mbps và 5.8Mbps tải lên Với công nghệ 4G, tốc độ đạt tới 100Mbps người dùng di động và 1Gbps người dùng cố định 3G sử dụng dải tần quy định quốc tế cho UL : 1885-2025 MHz; DL : 2110-2200 MHz; với tốc độ từ 144kbps-2Mbps, độ rộng BW: MHz Đối với 4G LTE thí Hoạt động băng tần : 700 MHz-2,6 GHz với mục tiêu tốc độ liệu cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói liệu tối ưu Tốc độ DL :100Mbps( BW 20MHz), UL : 50 Mbps với aten thu anten phát Độ trễ nhỏ 5ms với độ rộng BW linh hoạt là ưu điểm LTE so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz Hiệu trải phổ tăng lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so với WCDMA  Ưu điểm bật  Tốc độ liệu cao nhiều lần so với 3G  Tăng hiệu sử dụng phổ và giảm thời gian trễ  Cấu trúc mạng đơn giản hơn, và không chuyển mạch kênh  Hiệu trải phổ tăng lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA Độ rộng băng tần linh hoạt là ưu điểm quan trọng LTE WCDMA  Các ứng dụng tạo nên ưu điểm 4G LTE so với 3G Hiệu suất phổ cao - OFDM DL + Chống nhiễu đa đường + Hầu hết liệu người dùng thí ìt di động - SC-FDMA UL + PAPR thấp + Người dùng trực giao miền tần số - MIMO Tốc độ liệu cao + Phát nhiều dòng liệu độc lập song song qua anten riêng lẻ => tăng tốc độ liệu (sử dụng MIMO) Độ trễ thấp + Thời gian cài đặt và thời gian trí hoãn chuyển tiếp ngắn + Trễ HO và thời gian ngắt ngắn : TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản Giá thành rẻ + Cấu trúc mạng đơn giản, giảm thành phần mạng Chất lượng dịch vụ cao + Sử dụng tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ : LTE sử dụng dải tần số khác : 2100 MHz, 1900 MHz, 1700 MHz, 2600 MHz, 900 MHz, 800 MHz + Luôn thử nghiệm ( giảm thời gian trễ điều khiển định tuyến) + Giảm độ trễ ( round trip delay) Tần số tái sử dụng linh hoạt Giảm nhiễu liên cell với tần số tái sử dụng lớn -Sử dụng hai dải tần số: + Dải : hệ số tái sử dụng lớn => công suất phát cao + Dải : phổ lại + Các user cạnh cell : sử dụng dải => SIR tốt + Các user trung tâm cell : sử dụng toàn băng => tốc độ liệu cao 1.2 Bluetooth Bluetooth là công nghệ truyền thông vô tuyến công suất thấp tầm gần thiết kế để thay dây cáp việc kết nối thiết bị máy tình, máy in, bàn phìm và chuột Công nghệ này cho phép thiết bị điện tử giao tiếp với cách dễ dàng khoảng cách ngắn sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific and Industrial) dải tần 2.4 – 2.48 GHz.[4] 1.2.1 Lịch sử phát triển Ban đầu, Sven Mattison và Jaap Haartsen – hai nhân viên Ericsson (hiện là Sony Ericsson và Ericsson Mobile Platforms) phát triển tình Bluetooth vào năm 1994 Sau Bluetooth Special Interest Group (SIG) tiếp tục triển khai công nghệ này từ ngày 20/5/1999 Dần dần, Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba và Nokia nhiều công ty khác tham gia phát triển công nghệ không dây tầm gần này nhằm hỗ trợ việc truyền liệu qua khoảng cách ngắn thiết bị di động và cố định, tạo nên mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network-PANs) Do đó, Bluetooth gọi là IEEE 802.15.1 Từ đó, công nghệ này thu hút ý hang tram nhà sản xuất toàn giới Bluetooth SIG thiết lập quan đầu não toàn cầu Overland Park, Kansas, USA Bluetooth bắt đầu lên là công nghệ vô tuyến hàng đầu Các công ty điện thoại di động bắt tay vào khai thác thị trường sôi này cách cho đời hệ điện thoại di động đời hỗ trợ Bluetooth Các phiên 1.1, 1.2… và đến này là 4.1 đưa thị trường Khác với công nghệ tại, công nghệ hồng ngoại đề xuất IrDA (Infrared Data Association) hay là DECT, Bluetooth hỗ trợ cho ngành công nghiệp viễn thông và khoa học máy tình Dù có số lượng lớn nhà sản xuất hợp tác với hiệp hội IrDA sản phẩm điện thoại họ, bao gồm Ericsson, Motorola và Nokia, thay đổi này gây khó chịu cho người dùng, không tải thông tin họ từ máy tình PDAs lên điện thoại và ngược lại Những thiết bị tìch hợp Bluetooth nhận diện và giao tiếp với máy tình giao tiếp với máy in 9 Hơn nữa, sản phẩm có tìch hợp công nghệ này giá lại rẻ và phải nhiều Bluetooth có tốc độ phát triển chóng mặt với khả ứng dụng ngày càng đa dạng, tình đến số thiết bị sử dụng Bluetooth tình hết 1.2.2 Nguyên lý hoạt động Tất thiết bị phải trang bị micro chip thu phát để thu phát băng tần 2.4 GHz, có toàn cầu (băng thông cấp khác nước) Bên cạnh đó, có kênh thoại cung cấp Thông tin trao đổi với tốc độ lên đến mega bìt giây (2 mê-ga bìt giây thứ hệ thứ 2) Những thiết bị tìch hợp công nghệ Bluetooth có ưu điểm tiêu biểu sau:  Tiêu thụ ìt lượng, cho phép ứng dụng nhiều loại thiết bị, bao gồm thiết bị cầm tay, cố định và di động  Giá thành thiết bị này rẻ, thìch hợp với hầu hết người tiêu dùng  Cho phép giao tiếp hai thiết bị đầu cuối với khoảng cách lên đến 10 mét ngoài trời và mét tòa nhà Với điểm truy cập (access point) lên tới 100 mét ngoài trời và 30 mét tòa nhà  Bluetooth sử dụng băng tần không đăng ký 2.4 GHz băng tần ISM Tốc độ truyền liệu đạt tới 25 Mbps (với chuẩn 3.0 và 4.0) mà thiết bị không cần phải thấy trực tiếp ( light of sight requirements)  Dễ dàng việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối ứng dụng này với ứng dụng khác thông qua chuẩn “Bluetooth profiles”, độc lập phần cứng hệ điều hành sử dụng  Bluetooth dùng giao tiếp liệu tiếng nói: có kênh để truyền tiếng nói và kênh để truyền liệu mạng cá nhân  An toàn và bảo mật: tìch hợp với xác nhận người dùng và mã hóa Tình tương thìch cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng phần mềm hỗ trợ 1.2.3 Chuẩn băng tần Bluetooth Bluetooth sử dụng sóng vô tuyến cực ngắn dài tần 2,4 GHz đến 2,4835 GHz Trên giới, băng tần này là có sẵn, băng thông khác nước khác nhau, tùy theo dải tần có sẵn nước Để tuân theo giới hạn dải tần quốc gia, 10 thuật toán nhảy tần đặc biệt nghiên cứu và định nước này Nhưng cần ý sản phẩm thực thi để giảm băng tần không tương thìch với sản phầm hoạt động toàn dải Do đó, sản phẩm thực thi việc giảm băng tần cần xem xét với phiên địa phương cho thị trường đơn Bluetooth SIG thực chiến dịch để giải vượt qua khó khăn và tiến tới hài hòa băng tần Bảng 1-2: Các dải tần Bluetooth Kênh vô tuyến Khu vực Dải tần Europe and USA 2,4 – 2,4835 GHz Japan 2,471 – 2,497 GHz f = 2473 + k (MHz) k= 0,1, ,22 Spain 2,445 – 2,475 GHz f = 2449 + k (MHz) k= 0,1,…, 22 f = 2402 + k (MHz) k= 0, 1,…, 78 Do đó, để hệ thống và thiết bị sử dụng toàn cầu thí máy phát cần phủ dải tần từ 2.4 đến 2.5 GHz và tùy quốc gia chọn tần số thìch hợp Băng tần ISM là băng tần mở cho tất hệ thống vô tuyến hệ thống này cần phải ý tới nguồn nhiễu từ hệ thống điều khiển cửa gara, điện thoại không dây, và lò vi sóng (nguồn nhiễu cao) Với đời phiên Bluetooth 4.1 đánh dấu bước cải tiến vượt bậc cho công nghệ Bluetooth cải thiện tính trạng chồng chéo tình hiệu Bluetooth và mạng 4G/LTE Bluetooth 4.1 tự động nhận diện vùng phủ và công suất phát LTE từ điều chỉnh băng tần để thiết bị đầu cuối sử dụng tối đa lực 1.3 Anten truyền thông vô tuyến Bùng nổ vào đầu kỷ XX, cách mạng công nghệ làm thay đổi hoàn toàn sống người toàn giới Hàng loạt kỹ thuật công nghệ nghiên cứu và sử dụng nhằm cải thiện nâng cao đời sống người Nhu cầu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Anh, "Lý thuyết và kĩ thuật Anten", NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2007 [2] K Peter Analysis and Comparison of 1G , 2G , 3G , 4G and 5G Telecom Services [3] R A Bhatti, S Yi, and S Park, “Compact antenna array with port decoupling for LTE-Standardized Mobile Phones ”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 8, pp 1430-1433, 2009 [4] Bluetooth.com Retrieved 10 December 2013 [5] C A Balanis, Antenna Theory: Analysis and design, Canada: John Wiley & Sons, 2005 [6] Nguyễn Thanh Thái (2009), “Luận văn Thạc sĩ Thiết kế và mô anten vi dải tần số 900, 1800 MHz”, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên [7] K Fujimoto, “Mobile Antenna System Handbook”, United States: Artech House, Inc., 2008 [8] Ramesh Garg, Prakash Bartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon, “Microstrip Antenna Design Handbook’’, 2001, Artech House Inc Norwood, MA [9] Owens, R., “Predicted Frequency Dependence of Microstrip Characteristic Impedance Using the Planar – Waveguide Model,” Electron, Lett., Vol 12, 1976, pp 269 – 270 [10] Cohn, S.B., “Characteristic Impedance of Shielded Strip Tranmission Line,” IRE Trans, Vol MTT – 2, 1954, pp 52 – 55 [11] 3GPP LTE Standards Update, Release 11, 12 and Beyond Technology Leadership Organization Moray Rumney Lead Technologist October 25th 2012 [12] Dr Otman El Mrabet, “High Frequency Structure Simulator (HFSS) Tutorial”, IETR, UMR CNRS 6164, INSA, 20 avenue Butte des Coësmes 35043 Rennes, FRANCE 2005 - 2006 [...]... trính thiết kế, mô phỏng, thiết kế và đo đạt mẫu anten Kết quả mô phỏng và đo đạc thực tế được nói đến tại chương này Chương 4: Kết luận những điều đã đạt được trong luận văn này 2 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 4G/ LTE VÀ BLUETOOTH 1.1 Công nghệ 4G (LTE) 1.1.1 Tình hình hiện nay Từ năm 2012, trên thế giới, công nghệ 4G đã có sự phát triển vượt bậc và từng bước chiếm thị phần của công nghệ 3G... 1Gb/s, cho phép phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng IP Công nghệ Bluetooth cho phép kết nối không dây giữa các thiết bị điện tử trong phạm vi 10 mét (33 feet) Một kết nối Bluetooth có thể được dùng để gửi hính ảnh, video, văn bản, danh thiếp, ghi chú lịch, hoặc để kết nối không dây đến các thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth Một số đặc điểm chình của công nghệ Bluetooth. .. dải cho ứng dụng 4G/ LTE và Bluetooth Mẫu anten đã được thiết kế, mô phỏng, chế tạo và đo đạc thực tế Anten được thiết kế trên vật liệu Fr4 – epoxy, độ dày h =1.6mm, hằng số điện môi 𝜀𝑟 = 4.4, kìch thước 3D 20mm × 50mm × 1.6mm Luận văn gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về công nghệ 4G/ LTE và Bluetooth Chương 2: Lý thuyết về anten vi dải, các thông số đặc trưng của anten như độ lợi, băng thông, độ... 1 => công suất phát cao hơn + Dải 2 : phổ còn lại + Các user ở cạnh cell : sử dụng dải 1 => SIR tốt + Các user ở trung tâm cell : sử dụng toàn bộ băng => tốc độ dữ liệu cao 1.2 Bluetooth Bluetooth là công nghệ truyền thông vô tuyến công suất thấp tầm gần được thiết kế để thay thế dây cáp trong việc kết nối những thiết bị như máy tình, máy in, bàn phìm và chuột Công nghệ này cho phép các thiết. .. bước cải tiến vượt bậc cho công nghệ Bluetooth khi nó đã cải thiện được tính trạng chồng chéo tình hiệu của Bluetooth và mạng 4G/ LTE Bluetooth 4.1 sẽ tự động nhận diện vùng phủ và công suất phát của LTE từ đó nó có thể điều chỉnh băng tần để thiết bị đầu cuối sử dụng được tối đa năng lực của nó 1.3 Anten trong truyền thông vô tuyến Bùng nổ vào đầu thế kỷ XX, cuộc cách mạng công nghệ đã làm thay đổi... đang trong giai đoạn thử nghiệm Tuy nhiên, theo nghiên cứu tổng thể của công ty Seed Planning, số lượng người sử dụng công nghệ 4G trong khu vực châu Á-Thái Bính Dương sẽ tăng từ 100 triệu người năm 2013 lên hơn 1 tỷ người trong năm 2018 Tại Hội thảo Quốc tế 4G LTE “Quy hoạch tổng thể, tối ưu hóa công nghệ, đa dạng hóa dịch vụ hướng tới đông nhất công nghệ 4G tại tiểu vùng sông Mekong” diễn ra ngày 26/3... Sự khác nhau giữa 3G và 4G Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và các cuộc gọi có hính ảnh 4G được phát triển trên các thuộc tình kế thừa từ công nghệ 3G Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ tải xuống 14Mbps và 5.8Mbps tải lên Với công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100Mbps đối với... tại Overland Park, Kansas, USA Bluetooth bắt đầu nổi lên như là một công nghệ vô tuyến hàng đầu Các công ty điện thoại di động bắt tay vào khai thác thị trường sôi nổi này bằng cách cho ra đời các thế hệ điện thoại di động đời mới hỗ trợ Bluetooth Các phiên bản 1.1, 1.2… và đến này là 4.1 đã được đưa ra trên thị trường Khác với những công nghệ hiện tại, như công nghệ hồng ngoại đề xuất bởi IrDA... trong giây thứ 2 đối với thế hệ thứ 2) Những thiết bị tìch hợp công nghệ Bluetooth có những ưu điểm tiêu biểu sau:  Tiêu thụ rất ìt năng lượng, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay, cố định và di động  Giá thành của các thiết bị này rẻ, thìch hợp với hầu hết người tiêu dùng  Cho phép giao tiếp giữa hai thiết bị đầu cuối với khoảng cách có thể lên đến... hợp để triển khai công nghệ 4G tại Việt Nam Dự kiến Việt Nam sẽ tổ chức triển khai cấp phép 4G từ đầu năm 2016 Trên cơ sở đánh giá về nhu cầu thị trường, công nghệ , thiết bị và các điều kiện khác, Việt Nam sẽ cấp phép 4G với mục tiêu sử dụng hiệu quả băng tần cao, 3 khả năng dùng chung, chia sẻ mạng tạo một môi trường viễn thông ngày càng cạnh tranh và phát triển, tạo động lực cho phát triển kinh