Luận án tiến sĩ anten thông tin áp dụng trong các hệ thống thông tin đa sóng mang (TT)

A MỞ ĐẦU Lý nghiên cứu Hiện hệ thông tin vô tuyến di động hệ thứ phát triển mạnh mẽ Yêu cầu tăng dung lượng cho hệ thống để hỗ trợ dịch vụ truyền liệu tốc độ cao, xem video trực tuyến, duyệt Web vv, lúc nơi với với dịch vụ thoại phi truyền thống tăng lên Các vấn đề nghiên cứu quan tâm không kỹ thuật riêng rẽ tách biệt như: mã hóa, điều chế, phân tập, hợp kênh với anten dàn, anten thông minh mà góc độ phối hợp tổ hợp kỹ thuật lúc để nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên hệ thống Tuy nhiên, nghiên cứu góc độ tổ hợp kỹ thuật năm qua hạn chế Đặt vấn đề Mục đích luận án xây dựng mô hình phối hợp kỹ thuật anten thông minh, kỹ thuật phát hướng sóng đến điều khiển búp sóng bám theo người dùng, bổ sung cho anten trạm gốc hệ thông tin di động hành Để chứng tỏ hiệu hệ thống này, tiến hành đánh giá dung lượng dung hệ thống phối hợp OFDM/SDMA có sử dụng đa truy cập theo không gian dùng với sơ đồ anten thông minh Vấn đề chưa nghiên cứu nhiều năm qua Các mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng sơ đồ anten thông minh bao gồm hệ tìm hướng để xác định hướng sóng đến dùng kỹ thuật anten không tâm pha hệ điều khiển búp sóng bám theo thuê bao di động - Áp dụng sơ đồ vào hệ thống thông tin di động OFDM để tạo nên tổ hợp cấu trúc OFDM/SDMA với kịch cụ thể - Đánh giá khả tăng dung lượng dung tổ hợp cấu trúc Kết cấu luận án: Luận án gồm mở đầu, 04 chương, kết luận, có 30 hình, bảng, 62 tài liệu tham khảo, 107 trang luận án Phạm vi giới hạn luận án Hệ anten thông minh đề xuất luận án áp dụng cho hệ thông tin di động hành có cấu trúc tế bào hình lục giác với mẫu sử dụng lại tần số 3x3x1 Môi trường truyền sóng xem xét đô thị vùng phụ cận với suy giảm công suất theo cự ly coi tuân theo luật Lognormal với phương sai  s  dB Dịch tần PAPR (Peak to Average Power Ratio) không xem xét luận án Dàn anten mảng pha băng rộng có khả điều khiển búp sóng thích nghi Phương pháp nghiên cứu  Tính toán lý thuyết: Dựa sở lý thuyết anten dàn, anten không tâm pha, xử lý tín hiệu ngẫu nhiên, tách nhận tín hiệu tổng hợp vấn đề lý thuyết có liên quan đến đề tài  Mô máy tính: Được tiến hành với kịch cụ thể so sánh với tính toán lý thyết B NỘI DUNG Chương MỘT SỐ KỸ THUẬT CHO HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI 1.4.3 Dung hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output) Dung kênh MIMO Fading Rayleigh với nT anten phát nR anten thu, công suất phát tổng P, phương sai tạp âm  biểu diễn C  Bk log det(I m  P nT  HH H ) (1.42) - m  min(nT , nR ) ; H ma trận kênh truyền; Bk băng thông kênh nhỏ Từ công thức (1.42) ta suy ma trận kênh H có hạng đầy đủ, anten phát thu không tương quan dung kênh MIMO tỷ lệ với det(I m  P HH H ) theo hàm logarit nT  1.6 Anten thông minh cho OFDM Việc áp dụng anten thông minh cho hệ thống OFDM có số nghiên cứu bước đầu K K Wong [24]; Y Li N R Sollenberger [60] F Wang cộng [16] K K Wong thực tối ưu trọng số phức (biên độ pha) dàn anten trạm gốc người dùng để có mức SNR cực đại đầu Y Li N R Sollenberger xem xét áp dụng anten thích nghi cho hệ thống OFDM để nén nhiễu đồng kênh; sử dụng kết hợp dự đoán kênh thuận ngược; khai thác trạng thái kênh khứ, tương lai vào việc dự đoán kênh Do độ xác đáp ứng kênh dự đoán tăng lên Véc-tơ trọng số phụ thuộc vào ma trận tự tương quan tín hiệu đáp ứng kênh truyền Song hạn chế công trình hệ anten xử lý tín hiệu phức tạp mô hình cấu trúc búp sóng cho mạng di động OFDM chưa rõ ràng Chương TẠO BÚP SÓNG TRONG HỆ ANTEN THÔNG MINH Có nhiều phương pháp tạo búp sóng anten để phục vụ mục đích khác Chương đề cập đến hai phương pháp điều khiển búp sóng điều khiển tối ưu theo mục tiêu cố định (sơ đồ phần tử búp sóng sơ đồ không gian búp sóng) điều khiển tổ hợp búp thích nghi (thuật toán LMS) cho trường hợp mục tiêu di động Do yêu cầu hệ xử lý tín hiệu anten phải đơn giản anten phải có khả thích nghi với mục tiêu di động nên lựa chọn phương pháp quay búp sóng thích nghi Phương pháp quay búp thích nghi : Búp sóng hệ anten thông minh đặt trạm gốc có khả quay bám theo mục tiêu di chuyển phạm vi séctơ [3-4] Thật vậy, luận án sử dụng dàn anten mảng pha nên cần điều khiển pha phần tử anten để xoay búp sóng dàn anten hướng vào mục tiêu Mục tiêu vị trí có mật độ người dùng cao séc-tơ Véc-tơ trọng số dàn anten biểu diễn w  a( ) L L số phần tử (từ đến 8) dàn anten mảng pha, θ hướng sóng đến từ mục tiêu mặt phẳng phương vị Để thực việc quay búp thích nghi, hệ điều khiển búp sóng anten cần có thông tin hướng sóng đến mục tiêu (véc-tơ hướng a(θ)) từ hệ thống tìm hướng (hệ thống trình bày chi tiết chương 3) Khi mục tiêu di chuyển, véc-tơ hướng thay đổi véc-tơ trọng số cập nhật theo Kết búp sóng thực việc quay búp thích nghi Chương XÁC ĐỊNH HƯỚNG SÓNG DÙNG DÀN ANTEN KHÔNG TÂM PHA 3.5.5 Phân tích dàn anten không tâm pha với đặc tính pha phi tuyến Dàn anten không tâm pha dùng dipole đứng xếp thành cặp để trục cặp thứ vuông góc với trục cặp thứ Tọa độ Đề Các dipole pha dòng kích thích chúng mô tả sau: Số (0, -d1/2, 0), radian; số (0, d1/2, 0),  radian; số (d2/2, 0, 0),  /2 radian; số (-d2/2, 0, 0),  /2 radian Suy ra, hệ số dàn cặp dipole thứ nhất, AF12 , biểu diễn kd (3.47) AF12  2I o j sin( sin  ) I o biên độ dòng kích thích θ góc phương vị Tương tự, hệ số dàn cặp dipole thứ hai AF34  2I o j sin(  d2 cos ) (3.48) Đặc tính pha hệ anten kd1    sin( sin  )   AF12   ( )  artg     artg   sin( kd2 cos )   AF34    (3.49) Nói chung,  ( ) hàm phi tuyến theo θ Nếu chọn d1  5 , d  3 ta có  sin(5 sin  )  ( )  artg    sin(3 cos )  (3.50) Đây rõ ràng hàm phi tuyến theo θ 3.6 Kết hợp dùng dàn anten không tâm pha thuật toán MUSIC (Multiple Signal Classification) Trước tiên mô tả cấu trúc dàn anten bao gồm hai phần tử Chúng đề xuất phần tử thứ đơn cực (monopole) đặc tính pha không thay đổi (đẳng pha) Chúng đề xuất phần tử anten thứ hai dàn anten không tâm pha (việc phân tích chi tiết kiểu phần tử mô tả mục 3.5.5) với đặc tính pha phần tử thứ hai mô tả Hình 3.6 Một điểm quan trọng đặc tính pha anten thứ hai biểu diễn hàm góc phương vị Có nghĩa  A ( )  C,   (0,2 ) (3.51)  A ( )  ( ),   (0,2 ) (3.52) 90 120 60 1.5 150 30 0.5 180 210 330 240 300 270 Hình 3.6 Đặc tính pha phần tử thứ hai hệ tọa độ cực Tiếp theo phân tích việc sử dụng dàn anten đề xuất kết hợp với thuật toán MUSIC để xác định hướng nguồn phát sóng: Thay sử dụng dàn anten L phần tử tuyến tính cách đều, đề nghị dùng dàn anten phần tử kết hợp dịch pha lấy mẫu phần tử thứ hai theo thời gian L-2 lần Với cách làm phần tử thứ có đặc tính pha phi tuyến hình thành ma trận dàn có hạng L tương tự ma trận dàn truyền thống (sử dụng dàn anten L phần tử tuyến tính cách đều) Các bước xử lý tín hiệu hoàn toàn tương tự phương pháp MUSIC truyền thống Vì ma trận tự tương quan đầu dàn anten đồng hạng với ma trận dàn, chéo hóa ta có L giá trị riêng, 1 , 2 , , L Trong số trị riêng tìm D trị riêng không âm, tương ứng với D nguồn phát sóng Kết hoàn toàn tương đương với kết sử dụng dàn anten L phần tử tuyến tích cách Trong dàn anten L phần tử tuyến tích cách đều, khoảng cách phần tử nhỏ  / Đối với dàn anten phần tử kết hợp di pha lấy mẫu theo thời gian lượng di pha tương ứng lần dịch pha nhỏ  Vì phần tử sau phần tử thứ véc-tơ hướng xây dựng mẫu đo thời gian khác đặc tính pha phần tử anten thứ hai nên véc-tơ hướng hiệu chỉnh công trình số [2] trở thành aM ( )  1,exp( jB (1 )), ,exp( jB (D )) (3.53) T Sau thay véc-tơ hướng thông thường hướng hiệu chỉnh phổ MUSIC hiệu chỉnh trở thành PM ( )  H a M ( )Vn VnH a M ( ) (3.54) véc-tơ 3.7 Mô đánh giá chất lượng phương pháp MUSIC dùng dàn anten không tâm pha Giả thiết có nguồn tín hiệu điều chế theo phương thức đó, đặt hướng : 0.2, 1, radians Mức tín tạp nguồn 20 dB (SNR1=SNR2=SNR3=20dB) Dùng dàn anten để so sánh Dàn thứ dàn anten không tâm pha phần tử (dàn anten đề nghị), dàn thứ hai dàn tuyến tính phần tử Các bước xử lý tín hiệu mô tả mục 3.6, đạt kết mô sau: - Cả hai dàn anten phát nguồn hướng radians Các đỉnh phổ dàn anten đề nghị dàn anten tuyến tính xấp xỉ 30dB 40 dB (Hình 3.7) - Thuật toán MUSIC phát tới L-1 nguồn dàn anten L phần tử (dàn tuyến tính phần tử phát nguồn) Song dàn anten đề nghị phát thêm nguồn hướng 0.2 radians dàn anten tuyến tính truyền thống (dàn phần tử phát nguồn) - Một cách tổng quát giải thích mục 3.6 dàn anten đề nghị phát D nguồn số phần tử dàn anten nhỏ D Về nguyên tắc, số nguồn phát không giới hạn số phần tử dàn anten (Hình 3.7 3.8) - Chất lượng dàn anten đề nghị phụ thuộc vào góc quay anten không tâm pha có đặc tính pha phi tuyến Khi góc quay 0.1 0.5 radians, đỉnh phổ dàn anten đề nghị 30dB (Hình 3.7) Khi góc quay 0.5 0.8 radians đỉnh phổ dàn anten đề nghị 35dB (Hình 3.8) Pho MUSIC voi dan anten tuyen tinh va dan anten de nghi(dB) 60 50 40 30 20 10 -10 Goc quet(Radians) - Pho MUSIC voi dan anten tuyen tinh va dan anten de nghi(dB) Hình 3.7 Phổ nguồn 0.2, radians mặt phẳng phương vị Đường liền nét với dàn tuyến tính đường đứt nét với dàn anten không tâm pha Góc quay anten không tâm pha 0.1 0.5 radians 60 50 40 30 20 10 -10 Goc quet(Radians) Hình 3.8 Phổ nguồn 0.2, 1, radians mặt phẳng phương vị Đường liền nét với dàn anten tuyến tính đường đứt nét với dàn anten không tâm pha Góc quay anten không tâm pha 0.5 0.8 radians 3.8 Kết luận Mặc dù phương pháp MUSIC tìm hướng sóng đến hiệu quả, nhiên số mục tiêu tối đa mà thuật toán phát giới hạn số phần tử dàn anten (số mục tiêu phát L-1 mục tiêu dùng dàn anten L phần tử tuyến tính cách đều) Chúng đề xuất sử dụng hệ tìm hướng mới, dùng anten hai phần tử thuật toán MUSIC Phần tử thứ đẳng pha, phần tử thứ tâm pha có đặc tính pha phi tuyến Các kết phân tích mô cho thấy hệ tìm hướng làm việc tốt Do phần tử thứ hai có đặc tính pha phi tuyến, lấy mẫu L-2 lần không gian, tập liệu tương đương với việc sử dụng dàn anten tuyến tính L phần tử cách Vì ma trận dàn có hạng D, nên ta phát D mục tiêu Nói cách khác số mục tiêu phát nguyên tắc không bị giới hạn số phần tử dàn (ở dùng anten có phần tử mà có khả phát D mục tiêu) Các đóng góp hệ tìm hướng thể ba điểm Điểm thứ mặt cấu trúc dàn anten, hệ tìm hướng có cấu trúc dàn anten hai phần tử đơn giản nhiều cấu trúc dàn anten tuyến tính L phần tử Điểm thứ hai số lượng mục tiêu phát Theo đó, số lượng mục tiêu phát không bị giới hạn số phần tử dàn anten sử dụng Điểm thứ ba chất lượng dự đoán, tính toán mô chứng minh chất lượng dự đoán hướng sóng đến 10 tương đương chất lượng phương pháp MUSIC truyền thống Kết khoa học liên quan công bố công trình số [2] Chương ANTEN THÔNG MINH DÙNG CHO HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI 4.1 Anten thông minh trạm gốc 4.1.1 Anten trạm gốc truyền thống Cấu trúc trạm BTS truyền thống Hình 4.1 Anten đặt cạnh tam giác (trên hình vẽ cạnh) Mỗi cạnh phục vụ séc-tơ 120o Trên séc-tơ, có Tx1 Rx1 dùng để phát thu thông tin Rx2 Rx3 dùng để xác định hướng sóng đến Rx2 Tx1và Rx1 Rx3 Hình 4.1 Cấu trúc dàn anten BTS cũ 4.1.2 Anten thông minh trạm gốc 4.1.2.1 Anten thu phát Chúng đề xuất dùng anten thứ dipole đặt tâm trạm gốc, ký hiệu Tx1 Rx1 Hình 4.2 Anten thứ hai dàn anten mảng pha băng rộng L phần tử (thường từ đến 11 phần tử) đặt ba cạnh trạm gốc, ký hiệu Tx2 Rx2 Hình 4.2 Cả hai anten làm việc chế độ song công 4.1.2.2 Hệ anten tìm hướng trạm gốc Monopole (đơn cực) Anten không tâm pha dùng để xác định hướng sóng đến, đặt đỉnh trạm gốc Tx1 Rx1 (dipole) Tx2 Rx2 (là anten mảng pha L phần tử) Hình 4.2 Cấu trúc dàn anten BTS Chúng đề xuất dùng hệ tìm hướng để xác định hướng sóng đến gồm hai phần tử thuật toán MUSIC miêu tả mục 3.6 Dàn anten đặt đỉnh trạm gốc (Hình 4.2) 4.3 Các hệ thống cụ thể mô 4.3.1 Hệ thống dùng cải tiến hỗ trợ OFDM (hệ thống 1) Các anten đặt cạnh tam giác Anten cạnh bao phủ séc-tơ rộng 120o hoạt động chế độ song công Trong hệ thống OFDM gọi hệ SISO-SECTOR-OFDM 4.3.2 Hệ thống dùng cải tiến hỗ trợ OFDM tạo búp sóng thích nghi theo hướng người dùng (hệ thống 2) Khác với hệ thống anten cạnh anten mảng pha băng rộng tạo búp sóng có độ rộng 60o (30o, 15o) Búp sóng bám theo mục tiêu (vị trí có mật độ người 12 dùng cao séc-tơ 120o) dựa kết dự đoán hướng sóng đến dùng dàn anten không tâm pha thuật toán MUSIC Trong hệ thống OFDM gọi hệ SISO-ADAPTIVE-OFDM 4.3.2.1 Các tính toán dung lượng cho đường lên hệ thống Giả thiết toán: Xét cấu trúc tế bào hình lục giác hai lớp tế bào xung quanh tế bào trung tâm (số lượng tế bào khảo sát, M=18) Các trạm gốc đặt tâm tế bào Mỗi séc-tơ có tối đa K người dùng hoạt động Mẫu sử dụng lại tần số 3x3x1 Có điều khiển công suất tế bào để công suất phát người dùng P Suy giảm công suất theo cự ly coi tuân theo luật Lognormal, phương sai,  s  dB Hệ thống thông tin di động OFDM hỗ trợ nhiều kiểu đa truy cập Luận án xét ví dụ trường hợp đa truy cập theo không gian(SDMA) xem người dùng séc-tơ sử dụng N sóng mang có khả lúc truy cập vào hệ thống theo phương khác nhau, khoảng cách khác Anten trạm gốc anten mảng pha băng rộng L phần tử cách (4 đến 8) với độ rộng búp khoảng 30o Hệ tìm hướng dùng dàn anten không tâm pha thuật toán MUSIC (đã trình bày Chương 3) Anten người dùng yêu cầu anten vô hướng Thông tin hướng đến mục tiêu từ hệ tìm hướng BTS dùng để điều khiển búp sóng dàn anten mảng pha sector bám theo mục tiêu (ở vị trí có mật độ người dùng cao sector) Từ đó, ta tính toán xác suất vượt ngưỡng hàm số số người dùng độ rộng búp sóng anten với mức BER=10 -5 (để đáp ứng khả truyền tín hiệu hình ảnh) sau 13 Tín hiệu đầu vào trạm gốc sau qua anten : P N x(t )  P N  P N  N 1 x o n ,o cos n (t   o )ao n o K 1 N 1  x o n,k cos n (t   k )a k (4.1) k 1 n  o M K 1 N 1   m 1 k  o n  o m km xn , k cos n (t   km )a km  η(t ) - P công suất phát người dùng - K số người dùng hoạt động séc-tơ; N số sóng mang mà người dùng sử dụng (N=2, 8, 16, 32); M số lượng tế bào mô hình toán (M=18) - x nm,k liệu đầu vào người dùng thứ k sóng mang thứ n tế bào thứ m - a k véc-tơ hướng dàn anten người dùng thứ k tế bào trung tâm a k m véc-tơ hướng dàn anten người dùng thứ k tế bào thứ m -  k trễ từ người dùng thứ k vào tâm tế bào  km  rm   ko  rk o  k    km m k tỷ số công suất nhiễu đồng kênh người dùng thứ k, từ tế bào thứ m vào tế bào trung tâm; - r khoảng cách từ người dùng thứ k tế bào thứ m vào tế bào trung tâm;  s  dB  km tuân theo luật Lognormal với phương sai, - η(t ) tạp âm tuân theo phân bố Gauss với trung bình không, phương sai,  14 Sau lấy FFT x(t ) , liệu thu từ người dùng thứ (người dùng mong muốn) sóng mang thứ n tế bào trung tâm z o ( n)  P N P o P xn ,o ao  N N M K 1   m 1 k 1 K 1 x o n ,k a k  ε ( n) m km xn , k a km  k 1 (4.2) Dùng anten mảng pha biên độ trọng số sóng mang (subcarrier) nhau, nên sau nhân với trọng số cộng chúng lại ta có zo   P N P N N 1 x o n ,o a o n o  P N N 1 K  x o n ,k a k n  o k 1 N 1 M K 1   n  o m 1 k 1 m km xn.k a km ε (4.3) z o  So ao  I1  I  ε I , I nhiễu đồng kênh từ người dùng tế bào trung tâm từ người dùng tế bào xung quanh Quá trình dự đoán a o : việc dự đoán a o thực dùng hệ tìm hướng giới thiệu Chương Trong trường sử dụng anten thông minh, dàn anten có đáp ứng đơn vị theo hướng mục tiêu, aoH ao  Dùng giá trị a o dự đoán tính chất dàn anten thông minh thành lập biến định: d o  z oa oH 15 d o  So   P N N 1 K  x P N o H n ,k ao a k n  o k 1 N 1 M K 1   n  o m 1 k 1 d o  So  K 1  m H km xn , k a o a km I k aoH a k  k 1  εaoH M 1 K 1  I m 1 k 1 H km a o a km (4.4)  εaoH d o  So  n1  n2  n3 Phương sai n1 n2 tính sau var(n1 )  P K 1 a H o ak  PI k 1 var(n2 )  P (4.5) M 1 K 1   m 1 k  km aoH a k  PI đó: - I3 tỷ lệ công suất nhiễu tín hiệu tế bào trung tâm - I4 tỷ lệ công suất nhiễu tín hiệu tế bào xung quanh Xét tỷ số lượng bit mật độ nhiễu tạp âm sau Eb P   No  I o    PI  PI  I3  I L LP Yêu cầu chất lượng BER > 10-5 Eb  6dB  S No  I o để đáp ứng khả truyền tín hiệu hình ảnh 16 (4.6) Pv  Pr( BER  Po )  Pr(  Pr(  LP Eb  S) No  Io  S )  Pr( I  I   I3  I 2  ) S LP (4.7) Ta suy xác suất vượt ngưỡng hàm số hai biến số I I Xét tải tối đa cho séc-tơ : K người dùng hoạt động Vì số lượng nguồn nhiễu người dùng khác ngẫu nhiên nên thay a oH a k I , I biến ngẫu nhiên Bernoulli,  k Biến có xác suất xuất p 1 p 0 q   p k   Từ I viết lại (4.8) K 1 I3   k (4.9) k 1 Ta suy I có phân bố nhị thức với tham số (K-1, p) Tính p: Ta giả thiết người dùng phân bố thành cụm tế bào Đồng thời hợp lý giả thiết phân bố cụm người dùng theo góc séc-tơ tuân theo phân bố Gauss, trung bình m; phương sai, σ Tại thời điểm ban đầu quan sát, vị trí trung bình séc-tơ (trường hợp 1) Vì séc-tơ bao phủ góc 120o nên ta có  =60o Suy xác suất vị trí trung bình rơi vào búp sóng anten Bảng 4.3 Trong trường hợp người dùng phân bố séc-tơ, ta dùng anten vô hướng m=60o, 17 Bảng 4.3 Xác suất vị trí trung bình, trường hợp Độ rộng búp 60 độ 30 độ 15 độ p Q(0) Q(0.5) Q(0.75) Với Q(x) hàm lỗi xác định sau Q( x )  2  e  y2 / dy x Trên thực tế, vị trí trung bình di chuyển ngẫu nhiên phạm vi séc-tơ quan sát Chúng xét trường hợp, trung bình di chuyển đến cạnh séc-tơ (trường hợp 2)  =60o Xác suất mà vị trí trung bình nằm búp sóng anten Bảng 4.4 Bảng 4.4 Xác suất vị trí trung bình, trường hợp Lúc m=120o, Độ rộng búp p 60 độ 30 độ 15 độ 1-2Q(0.5) 1-2Q(0.25) 1-2Q(0.125) Với giả thiết  k ta suy I viết lại I4  M 1 K 1   m 1 k 1 k  k2 (4.10) m Đối với số lớn người dùng, biến ngẫu nhiên I (chịu nhiễu từ KM người dùng) xấp xỉ biến Gauss với trung bình  k K phương sai  k K (  k ,  k phụ thuộc vào p, phương sai bóng che  s số tế bào gây nhiễu M) Nếu gọi   công trình [6] 2  xác suất vượt ngưỡng đường lên Hệ S LP 18 K 1 Pv   Pr(I    k I  k ) Pr(I  k ) k 0 (4.11)  K  1 k   k  k K  p (1  p) K 1k Q( Pv    ) k 0  k  k2 K  K 1 Kết mô xác suất vượt ngưỡng đường lên Hệ cho Hình 4.7, Hình 4.8 Bảng 4.5 Xác suất vượt ngưỡng đường lên, TH 1, N=2,8,16,32 100 200 300 400 Pr(BER[...]... 4.3 Các hệ thống cụ thể và mô phỏng 4.3.1 Hệ thống hiện dùng cải tiến hỗ trợ OFDM (hệ thống 1) Các anten được đặt trên 3 cạnh của một tam giác đều Anten trên mỗi cạnh sẽ bao phủ một séc-tơ rộng 120o và hoạt động ở chế độ song công Trong hệ thống OFDM gọi là hệ SISO-SECTOR-OFDM 4.3.2 Hệ thống hiện dùng cải tiến hỗ trợ OFDM và tạo búp sóng thích nghi theo hướng người dùng (hệ thống 2) Khác với hệ thống. .. giác đều vào hệ thống 2 hay là kết hợp kỹ thuật tạo búp của anten trên mỗi cạnh cùng sự phối hợp của anten vô hướng ở tâm tạo nên hệ MIMO 2x2 Trong hệ thống OFDM chúng tôi gọi hệ này là hệ MIMO 2x2-ADAPTIVE-OFDM Hệ anten này có thể dùng làm anten trạm gốc của thế hệ di động thứ 4, bổ sung cho các anten của thế hệ di động hiện hành sẵn có C KẾT LUẬN Luận án nghiên cứu và xây dựng mô hình sử dụng kết hợp... lượng đường lên hệ thống OFDM/SDMA dùng các loại anten khác nhau Loại Anten Số người dùng tối đa trong séc-tơ Séc-tơ 35 Thông minh (Búp chính rộng 60o) 75 o Thông minh (Búp chính rộng 30 ) o Thông minh (Búp chính rộng 15 ) 120 230 20 4.3.2.2 Các tính toán dung lượng đường xuống hệ thống 2 Các tính toán dung lượng cho đường xuống Hệ 2 tương tự như các tính toán dung lượng đường lên Hệ 2 Kết quả mô phỏng... dB Hệ thống thông tin di động OFDM hỗ trợ nhiều kiểu đa truy cập Luận án xét ví dụ trường hợp đa truy cập theo không gian(SDMA) xem như mỗi người dùng trong một séc-tơ sử dụng N sóng mang và đều có khả năng cùng một lúc truy cập vào hệ thống theo các phương khác nhau, khoảng cách khác nhau Anten ở trạm gốc là anten mảng pha băng rộng L phần tử cách đều (4 đến 8) với độ rộng búp chính khoảng 30o Hệ. .. ngưỡng đường xuống Hệ 2, trường hợp 2, N=2, 8, 16, 32, δ=30 Bảng 4.6 Dung lượng đường xuống hệ thống OFDM/SDMA dùng các loại anten khác nhau Loại Anten Số người dùng tối đa trong séc-tơ Séc-tơ 30 o Thông minh (Búp chính rộng 60 ) 60 Thông minh (Búp chính rộng 30o) 110 Thông minh (Búp chính rộng 15o) 200 4.3.3 Hệ thống hiện dùng cải tiến hỗ trợ OFDM và MIMO 2x2 (hệ thống 3) Ngoài các anten trên 3 cạnh... của dàn anten tuyến tính cách đều L phần tử, phải tiến hành lấy mẫu trong không gian L-2 lần nữa để được tập dữ liệu tương đương Đề xuất mô hình kết hợp anten thông minh (là anten điều khiển - búp sóng theo hướng sóng tới) vào hệ thông tin di động OFDM để tạo nên hệ thống tổ hợp OFDM/SDMA với 4 cấu hình cụ thể:  Hệ1 : SISO-SECTOR-OFDM  Hệ 2: SISO-ADAPTIVE-OFDM 23  Hệ 3: MIMO 2x2-SECTOR-OFDM  Hệ 4:... 1 anten trên mỗi cạnh là anten mảng pha băng rộng có thể tạo ra một búp sóng chính có độ rộng 60o hoặc (30o, 15o) Búp sóng này có thể bám theo mục tiêu (vị trí có mật độ người 12 dùng cao nhất trong một séc-tơ 120o) dựa trên kết quả dự đoán hướng sóng đến dùng dàn anten không tâm pha và thuật toán MUSIC Trong hệ thống OFDM gọi là hệ SISO-ADAPTIVE-OFDM 4.3.2.1 Các tính toán dung lượng cho đường lên hệ. .. tam giác đều như hệ thống 1, ta bổ sung thêm một anten vô hướng (thu phát song công) ở tâm tam giác đều phối hợp phục vụ cho cả 3 cạnh Như vậy theo hướng của 22 mỗi cạnh ta có hệ MIMO 2x2 (người dùng cũng đòi hỏi có 2 anten) Trong hệ thống OFDM gọi là hệ MIMO 2x2-SECTOR-OFDM 4.3.4 Hệ thống hiện dùng cải tiến hỗ trợ OFDM và MIMO 2x2 kết hợp tạo búp sóng thích nghi (hệ thống 4) Ta bổ sung anten vô hướng... dùng trong tế bào trung tâm và từ các người dùng trong các tế bào xung quanh Quá trình dự đoán a o : ở đây việc dự đoán a o được thực hiện dùng hệ tìm hướng đã giới thiệu ở Chương 3 Trong trường sử dụng anten thông minh, thì dàn anten có áp ứng đơn vị theo hướng mục tiêu, hay là aoH ao  1 Dùng giá trị a o dự đoán được và tính chất trên của dàn anten thông minh thành lập biến quyết định: d o  z oa...của chúng tôi tương đương như chất lượng của phương pháp MUSIC truyền thống Kết quả khoa học liên quan đã công bố là công trình số [2] Chương 4 ANTEN THÔNG MINH DÙNG CHO HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI 4.1 Anten thông minh ở trạm gốc 4.1.1 Anten ở trạm gốc truyền thống Cấu trúc một trạm BTS truyền thống như ở Hình 4.1 Anten được đặt trên 3 cạnh của một tam giác đều (trên hình chỉ vẽ một