HỆ THỐNG ANTEN THÔNG MINH

Hệ thống anten thông minh Nguyễn Thanh Hiếu GIỚI THIỆU CHUNG Hệ thống anten thông minh hệ thống gồm nhiều phần tử anten kết hợp với khả xử lý tín hiệu để tối ưu hoá phát xạ và/hoặc thu nhận tự động đáp ứng với môi trường tín hiệu Vậy anten đóng vai trò hệ thống thông tin? Câu trả lời anten đóng vai trò cổng truyền lượng tần số vô tuyến (RF) ghép với phát tới môi trường bên ngược lại đến thu từ môi trường bên Anten hệ thống bị nhãng hệ thống truyền thông cá nhân Cách thức mà lượng phát thu từ không gian xung quanh có ảnh hướng lớn đến hiệu suất sử dụng phổ, chi phí thiết lập mạng mới, chất lượng dịch vụ mạng cung cấp Bài viết giới thiệu khái niệm hệ thống anten thông minh đặc tính vượt trội quan trọng thiết kế hệ thông anten thông minh so với phương pháp vô hướng truyền thống Những điểm khác biệt để phân biệt công nghệ khác đề cập đến Các công nghệ bao gồm anten phân tập đơn giản đến hệ thống dàn anten thích nghi Đồng thời báo đề cập đến vấn đề truyền tín hiệu thông tin vô tuyến cuối nêu ứng dụng hệ thống anten thông minh Thuật ngữ anten thông minh thích nghi Để hiểu rõ hệ thống anten thông minh làm việc, nhắm mắt tưởng tượng có người quanh phòng Bạn nhận thấy bạn xác định vị trí họ mà không nhìn thấy họ vì: • Bạn nghe thấy tín hiệu người nói qua hai tai, cảm giác âm • Giọng nói đến tai vào thời điểm khác • Não bạn, xử lý tín hiệu chuyên nghiệp, thực nhiều tính toán phối hợp thông tin tính vị trí người nói Não bạn thêm thông tin cường độ tín hiệu từ hai tai nên bạn cảm nhận âm theo hướng chọn to nhiều so với hướng khác Các hệ thống anten thích nghi thực giống vậy, sử dụng anten thay tai Kết 8, 10 hay 12 tai dụng để chỉnh tăng tín hiệu thông tin Vì anten thực hai chức nghe nói, nên hệ thống anten thích nghi gửi tín hiệu ngược lại hướng phát Điều có nghĩa hệ thống anten không nghe lớn gấp 8, 10 hay 12 lần mà trả lời đáp lại to trực tiếp Đi thêm bước nữa, có thêm người nói, hệ thống xử lý tín hiệu nội chỉnh nhiễu không mong muốn sau tập trung vào nói chuyện thời điểm Do đó, hệ thống dàn thích nghi nâng cao có khả tương tự phân biệt tín hiệu mong muốn tín hiệu không mong muốn Anten hệ thống anten Anten Anten vô tuyến nhân đôi lượng điện từ từ môi trường (không gian) đến môi trường khác (ví dụ dây, cáp đồng trục, ống dẫn sóng) Thiết kế vật lý thay đổi đáng kể Anten vô hướng Từ xuất truyền thông không dây, có anten đơn cực, phát nhận hướng Để tìm đối tượng sử dụng, phần tử phát quảng bá theo hướng với giản đồ giống hệt Môi trường tần số vô tuyến (RF) đối tượng sử dụng, phương pháp tán xạ tín hiệu, tới đối tượng sử dụng lượng tín hiệu phần nhỏ tổng lượng phát xạ vào môi trường Sơ đồ vùng phủ sóng Sơ đồ vùng phủ sóng Anten Anten Nhìn ngang Nhìn từ xuống Hình Anten vô hướng vùng phủ Vì hạn chế này, chiến lược thiết kế anten đơn hướng cố gắng vượt qua thách thức môi trường cách đơn giản nâng cao mức công suất tín hiệu phát quảng bá Trong số lượng lớn đối tượng sử dụng (và nhiễu), tạo tình xấu đối tượng sử dụng bị tín hiệu nhiễu đối tượng tế bào tế bào liền kề Trong ứng dụng hướng lên (đối tượng sử dụng đến trạm gốc), anten đơn hướng không cung cấp tăng ích mong muốn cho tín hiệu đối tượng sử dụng dành riêng Nói cách khác, đối tượng sử dụng át lượng tín hiệu cạnh tranh Tuy vậy, kĩ thuật phần tử loại bỏ có lựa chọn tín hiệu gây nhiễu với tín hiệu đối tượng sử dụng phục vụ khả định hướng đa đường không gian hay khả cân Các chiến lược đơn hướng trực tiếp ngược lại ảnh hưởng đến hiệu suất phổ, tái sử dụng tần số Những hạn chế thúc đẩy nhà thiết kế hệ thống hoạch định mạng liên tục có phát minh điều chỉnh hiệu Trong năm gần đây, hạn chế chất lượng, dung lượng vùng phủ sóng công nghệ anten phát quảng bá hệ thống không dây đưa đến cách mạng thiết kế tảng vai trò anten hệ thống không dây Các anten định hướng Một anten định hướng xây dựng để có hướng phát thu ưu tiên cố định Như giải pháp thay cho phương pháp bổ sung thêm vị trí phát mới, nhiều tháp anten thông thường ngày phân chia thành tế bào hình quạt Một vùng 3600 thường phân chia thành vùng nhỏ 1200, vùng bao phủ phương pháp quảng bá hẹp Để cân hơn, anten quạt cho độ tăng ích cao vùng hạn chế góc phương vị so sánh với anten đơn hướng Điều thường biết đến tăng ích phần tử anten không nên nhầm với tăng ích xử lý hệ thống anten thông minh Khi anten quạt nhân lên số kênh sử dụng, chúng không tránh khỏi hạn chế anten đơn hướng tiêu chuẩn nhiễu đồng kênh, miêu tả chi tiết phần sau Nhìn ngang Nhìn từ xuống Hình Anten định hướng vùng bao phủ Các hệ thống anten Làm anten thông minh hơn? Trước tiên, thiết kế vật lý phải thay đổi cách thêm nhiều phần tử Thứ hai, anten trở thành hệ thống anten thiết kế để dịch tín hiệu trước phát phần tử liên tiếp để đảm bảo có hiệu tổng hợp Khái niệm phần cứng mềm biết đến anten mảng dịch pha Phần sau tóm tắt phát triển theo thứ tự tăng dần lợi ích tính thông minh Các hệ thống phân vùng (quạt) Các hệ thống anten phân vùng nhận vùng tế bào truyền thống phân chia thành phân vùng mà phân vùng bao phủ ăng ten định hướng điểm trạm gốc Về mặt hoạt động, vùng xem tế bào riêng biệt, phạm vi lớn trường hợp đơn hướng Các anten phân vùng tăng khả tái sử dụng kênh tần số hệ thống tế bào cách giảm nhiễu đáng kể tế bào gốc, chúng sử dụng rộng rãi cho mục đích Trên thực tế, dùng phân vùng cho tế bào Khi kết hợp nhiều anten định hướng, trạm gốc bao phủ hướng Nhìn ngang Nhìn từ xuống Hình Anten quạt vùng phủ Các hệ thống phân tập Trong hệ anten thông minh, hệ thống phân tập tích hợp hai phần tử anten trạm gốc, có phân tách nhỏ vật lý (phân tập không gian) để cải thiện khả thu Phân tập giúp tăng cường cường độ hiệu dụng tín hiệu thu cách sử dụng hai phương pháp sau: ƒ Phân tập chuyển mạch: Giải thiết có anten vị trí mong muốn thời điểm cho trước, hệ thống liên tục chuyển mạch anten (kết nối kênh thu với anten phục vụ tốt nhất) nên luôn sử dụng phần tử có tín hiệu lớn Trong giảm ảnh hưởng tiêu cực fađinh, chúng không làm tăng độ tăng ích thời điểm sử dụng anten ƒ Kết hợp phân tập: Phương pháp hiệu chỉnh sai pha hai tín hiệu đa đường kết hợp cách hiệu công suất hai tín hiệu để tạo độ tăng ích Các hệ thống phân tập khác, hệ thống kết hợp tỉ số cực đại, kết hợp tín hiệu tất anten để cực đại hoá tỉ số lượng tín hiệu thu tổng hợp nhiễu Vì trạm gốc kiểu tế bào vĩ mô thường phát công suất lớn nhiều hướng xuống (từ trạm gốc tới đối tượng sử dụng) so với thiết bị đầu cuối di động phát hướng ngược lại, nên phần lớn hệ thống anten phân tập cải tiến để thực hướng lên (từ đối tượng sử dụng tới trạm gốc) Hố đen Anten Vùng phủ đơn phần tử với fađinh Vùng phủ với phân tập chuyển mạch Hình Phân tập chuyển mạch vùng phủ Anten Vùng phủ - đơn phần tử Vùng phủ - phân tập kết hợp Hình Kết hợp phân tập vùng phủ Anten phân tập hoàn toàn thao tác chuyển mạch từ phần tử làm việc sang phần tử khác Mặc dù phương pháp làm giảm đáng kể fađinh đa đường, thời điểm dùng phần tử nên không cải thiện tăng ích hướng lên so với phương pháp phần tử Trong môi trường nhiễu cao, giải pháp đơn giản khoá tín hiệu mạnh trích công suất tín hiệu cực đại từ anten không phù hợp gây việc thu tín hiệu nhiễu thay tín hiệu mong muốn Nhu cầu phát số lượng lớn đối tượng sử dụng hiệu mà không trộn lẫn nhiễu đưa đến tiến hệ thống anten, hệ thống tích hợp cách thông minh vận hành đồng thời phần tử anten phân tập Tính thông minh Việc sử dụng nhiều anten xử lý tín hiệu phục vụ tế bào tỏ thông minh Trên thực tế, việc phát minh xử lý tín hiệu số (DSP), xử lý đa năng, phần mềm cho kỹ thuật xử lý tín hiệu (các thuật toán) tạo anten thông minh cho hệ thống thông tin tế bào Ngày nay, giải pháp sử dụng phổ hiệu gia tăng, hệ thống cho vùng phủ sóng rộng cho vị trí tế bào, khả loại bỏ nhiễu tốt hơn, cải thiện dung lượng nhiều Thế hệ thống anten thông minh? Thực tế, anten không thông minh, mà phải hệ thống anten thông minh Cùng đặt trạm gốc, hệ thống anten thông minh kết hợp dàn anten với khả xử lý tín hiệu số để phát thu với độ nhạy không gian cao thích nghi tốt Nói cách khác, hệ thống tự động thay đổi hướng giản đồ xạ để đáp ứng với môi trường tín hiệu Điều làm tăng đáng kể đặc tính chất lượng (như dung lượng) hệ thống vô tuyến Các loại hệ thống anten thông minh Các thuật ngữ phổ biến thường nhắc đến nhiều lĩnh vực công nghệ hệ thống anten thông minh bao gồm anten thông minh, dàn dịch pha, SDMA, xử lý không gian, tạo chùm số, hệ thống anten thích nghi Các hệ thống anten thông minh thường phân loại thành chùm chuyển mạch hệ thống dàn thích nghi - Chùm chuyển mạch: số hữu hạn mẫu xác định trước, cố định kết hợp - Dàn thích nghi: Một số không xác định mẫu điều chỉnh theo thời gian thực Anten chùm chuyển mạch Các hệ thống anten chùm chuyển mạch tạo chùm cố định với độ nhạy tăng lên theo hướng đặc biệt Các hệ thống anten phát cường độ tín hiệu, chọn từ chùm cố định, xác định trước chùm, chuyển từ chùm sang chùm khác mà đối tượng sử dụng di động khắp vùng Thay định dạng mẫu anten định hướng đặc tính kim loại thiết kế vật lý phần tử đơn, hệ thống chùm tia chuyển mạch kết hợp đầu anten để tạo chùm quạt (định hướng) với độ nhạy không gian cao phương pháp phần tử thông thường Hình Vùng phủ anten chùm Anten dàn thích nghi Công nghệ anten thích nghi giới thiệu loại anten thông minh tiên tiến Sử dụng thuật toán xử lý tín hiệu mới, hệ thống thích nghi tận dụng khả để định vị có hiệu tìm kiếm cách chủ động loại tín hiệu khác để tối thiểu hoá nhiễu cực đại hoá tín hiệu định thu Cả hai phương pháp cố gắng tăng độ tăng ích theo vị trí người sử dụng, nhiên hệ thống thích nghi có độ tăng ích tối ưu xác định, tìm tối thiểu hoá tín hiệu nhiễu Người dùng Nhiễu Hình Vùng phủ anten dàn thích nghi Mô tả hệ thống Các anten đơn hướng khác biệt rõ ràng với anten thông minh số lượng anten sử dụng Tuy nhiên, hệ thống dàn thích nghi chùm chuyển mạch chung nhiều đặc tính phần cứng phân biệt chủ yếu tính thông minh thích nghi Để xử lý thông tin có độ nhạy hướng cao cần phải có dàn phần tử anten (thường từ đến 12 phần tử), tín hiệu vào từ phần tử kết hợp tạo tín hiệu phát điều khiển thích nghi Các phần tử anten xếp theo đường thẳng, đường tròn, hay cấu hình mặt phẳng, thường lắp đặt trạm gốc, chúng sử dụng máy tính xách tay hay điện thoại di động Tại chúng lại anten thông minh? Một anten đơn giản làm việc môi trường tần số vô tuyến (RF) đơn giản Giải pháp anten thông minh cần số lượng người sử dụng, nhiễu, độ phức tạp môi trường truyền sóng tăng lên Sự thông minh nằm khả xử lý tín hiệu số Và nhờ định dạng số mà phát huy mạnh độ xác linh hoạt cách vận hành Việc bắt đầu kết thúc đàm thoại tương tự thông tin tương tự Nhưng hệ thống anten thông minh bắt tín hiệu, chuyển đổi điều chế tín hiệu tương tự truyền dạng tín hiệu số lại đổi ngược trở thông tin tương tự Trong hệ thống anten thích nghi, khả xử lý tín hiệu tăng lên nhờ áp dụng thuật toán tiên tiến để điều khiển thao tác điều kiện hoạt động phức tạp Mục đích hệ thống anten thông minh Mục đích hệ thống anten thông minh tăng chất lượng tín hiệu tăng dung lượng hệ thống Các đặc trưng lợi ích anten thông minh liệt kê bảng Bảng 1: Các đặc trưng lợi ích hệ thống anten thông minh Đặc trưng Lợi ích Tăng ích tín hiệu: Các tín hiệu vào từ Vùng phủ sóng rộng hơn: Tập trung phần tử anten kết hợp với để tối lượng phát tế bào làm tăng ưu hoá công suất sẵn có nhằm tạo bán kính phủ sóng trạm gốc Yêu cầu mức độ phủ sóng định công suất thấp giúp cho tuổi thọ nguồn pin dài hơn, kích cỡ thiết bị nhỏ gọn Loại bỏ nhiễu: Mẫu anten phát Dung lượng tăng: Điều khiển xác phía nguồn nhiễu kênh, nhờ cải mức không tín hiệu, giảm nhiễu, kết thiện tỉ số tín hiệu nhiễu hợp với giảm khoảng cách tái sử dụng tần tín hiệu thu số làm tăng dung lượng Nhiều công nghệ thích nghi hỗ trợ khả tái sử dụng tần số tế bào Phân tập không gian: Thông tin tổng hợp Loại bỏ hiệu ứng đa đường: giảm từ dàn sử dụng để tối thiểu hoá fađinh trải trễ kênh cách hiệu quả, hỗ trợ hiệu ứng không mong muốn khác tốc độ bit cao mà không cần cân truyền sóng đa đường Tiết kiệm công suất: Kết hợp tín hiệu Giảm chi phí: Chi phí cho khuếch đại vào từ phần tử để tối ưu hoá tăng ích công suất thấp hơn, công suất tiêu thụ xử lý hướng xuống độ tin cậy cao Truyền sóng: Nhiễu đa đường nhiễu kênh Những suy luận truyền sóng Chúng ta tưởng tượng ném đá xuống hồ nước Các vòng sóng phát từ điểm ném hoàn toàn đồng dạng mà khác cường độ Việc phát quảng bá hoàn toàn đơn hướng giống tín hiệu người gọi thiết bị đầu cuối lên Nó thể tín hiệu khắp nơi mà truyền Với trạm gốc cự ly từ sóng gốc Nếu mẫu không bị nhiễu trạm gốc không gặp khó khăn việc nhận biết sóng Nhưng sóng chạm đến bờ phản xạ lại giao với sóng gốc ban đầu Khi kết hợp với chúng bị yếu hay mạnh lên Đây vấn đề nhiễu đa đường Bây giờ, ném nhiều đá vào vùng khác hồ nước, tương đương nhiều gọi khác bắt đầu Vậy trạm gốc vị trí hồ làm để phân biệt tín hiệu nguồn từ hướng đến Vấn đề gọi nhiễu kênh Đây suy luận hai chiều, để phân biệt người gọi (hay tín hiệu không gian), trạm gốc phải đủ thông minh để đặt thông tin mà phân tích vào bối cảnh không gian Đa đường Khi tín hiệu vô tuyến phát bị phản xạ cấu trúc vật lý, gây nhiều đường tín hiệu trạm gốc thiết bị đầu cuối sử dụng Tín hiệu A hướng trực tiếp Trạm gốc Hình Hiệu ứng đa đường Các vấn đề liên quan đến đa đường Một vấn đề tín hiệu phản xạ không mong muốn pha sóng đến trạm thu không phù hợp với Hình minh hoạ hai tín hiệu bị lệch pha với máy thu Tín hiệu mong muốn Thời gian Tín hiệu phản xạ Hình Tín hiệu đa đường pha Những vấn đề tượng đa đường gây ra: ƒ Fađinh: Khi sóng tín hiệu đa đường bị lệch pha, cường độ tín hiệu bị giảm Hiện tượng biết đến “fađinh Rayleigh” hay “fađinh nhanh” Sự suy giảm thay đổi liên tục, tượng chiều Cường độ tín hiệu thu bị thay đổi thất thường nhanh chóng gây suy giảm chất lượng Chu trình không giảm Biên độ tín hiệu Chu trình không giảm Ngưỡng Giảm Giảm Thời gian Hình 10 Hiệu ứng fađinh Rayleigh ƒ Triệt tiêu pha: Khi sóng hai tín hiệu đa đường lệch pha 1800 chúng triệt tiêu nhau, khó trì gọi Nói cách khác, gọi trì khoảng thời gian định tín hiệu với chất lượng tồi Hậu tín hiệu kênh điều khiển bị mất, vùng phục vụ mà gọi thiết lập thực Tín hiệu mong muốn Thời gian Tín hiệu phản xạ Hình 11 Triệt tiêu pha ƒ Trải trễ: Ảnh hưởng tượng đa đường đến chất lượng tín hiệu giao diện không gian số có chút khác biệt Các tín hiệu phản xạ tín hiệu đến thu thời điểm khác Điều gây nhiễu xuyên ký tự Khi điều xảy tỉ lệ lỗi bit tăng, chí chất lượng tín hiệu bị suy giảm đáng kể Time Time Time Trạm gốc Hình 12 Đa đường gây nên trải trễ ƒ Nhiễu đồng kênh: Hiện tượng xuất tần số sóng mang đến máy thu từ hai máy phát khác nhau, gây suy giảm chất lượng tín hiệu Hình 13 Nhiễu giao thoa đồng kênh mạng tế bào Như biết, anten quảng bá hệ thống anten tập trung tán xạ tín hiệu vùng tương đối rộng Các tín hiệu không đến với người sử dụng ý muốn, chúng lại nhiễu cho người sử dụng khác tần số tế bào hay tế bào lân cận Khi anten phân vùng nhân số kênh sử dụng lên, chúng không khắc phục nhược điểm anten quảng bá Vấn đề quản lý nhiễu đồng kênh trở thành hạn chế việc cực đại hoá dung lượng hệ thống Để khắc phục nhiễu kênh, hệ thống anten thông minh không tập trung hướng vào đối tượng sử dụng ý muốn mà nhiều trường hợp, điểm vô giá trị khoảng nhiễu có chủ tâm hướng phía đối tượng không mong muốn Kiến trúc hệ thống anten thông minh Các hệ thống anten thông minh làm việc nào? Các hệ thống dàn thích nghi chùm chuyển mạch truyền thống cho phép trạm gốc đáp ứng yêu cầu chùm tia mà chúng phát cho đối tượng sử dụng xa cách hiệu nhờ điều khiển phản hồi nội Nói chung, lần tạo búp sóng phía đối tượng sử dụng riêng biệt cố gắng loại bỏ nhiễu hay tạp âm búp sóng Xử lý hướng lên Ở giả thiết anten thông minh lắp đặt trạm gốc mà không lắp đặt khối thuê bao Các thiết bị đầu cuối vô tuyến từ xa phát cách dùng anten vô hướng Đến trạm gốc, tách biệt tín hiệu mong muốn với nhiễu Thông thường, tín hiệu thu từ phần tử anten phân bố không gian nhân với trọng số, điều chỉnh biên độ pha Các tín hiệu kết hợp để tạo mảng đầu Một thuật toán thích nghi điều khiển trọng số theo mục đích xác định trước Với hệ thống chùm tia chuyển mạch, tiêu chí độ khuếch đại tối đa, với hệ thống dàn thích nghi, phải xem xét đến nhiều yếu tố khác Việc tính toán động cho phép hệ thống thay đổi mẫu xạ để tối ưu hoá tín hiệu thu Xử lý hướng xuống 10 Nhiệm vụ phát có lựa chọn theo không gian vấn đề để phân biệt hệ thống chùm tia chuyển mạch hệ thống dàn thích nghi Như mô tả đây, hệ thống chùm tia chuyển mạch thông tin với đối tượng sử dụng cách thay đổi mẫu định hướng đặt trước, phần lớn dựa cường độ tín hiệu Trong đó, hệ thống dàn thích nghi cố gắng nhận biết môi trường RF tốt phát có chọn lọc Loại xử lý hướng xuống sử dụng tuỳ theo hệ thống thông tin sử dụng TDD, phát thu tần số (ví dụ PHS DECT); hay FDD, dùng tần số phát thu riêng biệt Phần lớn, hệ thống FDD, xem xét đặc tính truyền sóng fading hướng lên hướng xuống cách độc lập Trong đó, với hệ thống TDD, kênh hướng lên hướng xuống coi tương hỗ Vì vậy, kênh hướng lên hệ thống TDD sử dụng để phát chọn lọc theo không gian Trong hệ thống FDD, kênh hướng lên lại sử dụng trực tiếp cần phải xem xét loại xử lý khác xử lý hướng xuống Các hệ thống chùm tia chuyển mạch Về khía cạnh mẫu xạ, chùm tia chuyển mạch mở rộng phương pháp vi tế bào hay phương pháp phân vùng tế bào việc chia tế bào thông thường Phương pháp chia vùng vĩ mô thành nhiều vùng vi mô nhằm cải thiện dung lượng phạm vi Mỗi vùng vi mô gồm mẫu tia cố định xác định trước với độ nhạy lớn đặt trung tâm chùm tia độ nhạy thấp đặt vị trí khác Việc thiết kế hệ thống liên quan đến phần tử anten có độ rộng chùm tia góc phương vị hẹp, tăng ích lớn Hệ thống chùm tia chuyển mạch chọn số mẫu chùm tia cố định xác định trước (dựa kết hợp trọng số đầu anten) có công suất đầu lớn kênh đối tượng sử dụng xa Sự lựa chọn định hướng RF hay phần cứng phần mềm DSP băng gốc Hệ thống chuyển mạch chùm tia theo hướng khác toàn không gian cách thay đổi pha tín hiệu dẫn đến phần tử anten hay thu từ phần tử anten Khi đối tượng sử dụng di động vào vùng vĩ mô định, hệ thống chọn vùng vi mô có tín hiệu mạnh Trong suốt gọi, hệ thống giám sát cường độ tín hiệu chuyển mạch sang vùng vi mô cố định khác cần thiết Chiến lược chuyển mạch Chiến lược thích ứng Hình 14 Búp sóng búp sóng không mà hệ thống chùm chuyển mạch hệ thống dãy thích ứng lựa chọn tín hiệu người sử dụng (đường xanh) nhiễu đồng kênh (đường vàng) Hệ thống anten thông minh thông tin trực tiếp cách tạo mẫu chùm tia xác định Khi anten thông minh hướng búp sóng với độ tăng ích tăng cường hướng đối tượng sử dụng, tự nhiên tạo búp biên không (hay vùng tương ứng có độ tăng ích trung bình tối thiểu so với búp sóng chính) 11 Sự khác biệt hai hệ thống điều khiển búp sóng búp không với mức độ xác độ linh hoạt biến thiên Phương pháp anten thích nghi Các hệ thống anten thích nghi thông tin đối tượng sử dụng trạm gốc theo cách khác, có chịu ảnh hưởng mặt không gian Bằng cách điều môi trường RF thay đổi, công nghệ anten thích nghi thay đổi mẫu tín hiệu cách chủ động tới gần vô cực để tối ưu hoá chất lượng hệ thống vô tuyến Dàn thích nghi sử dụng thuật toán xử lý tín hiệu phức tạp để phân biệt cách liên tục tín hiệu mong muốn, tín hiệu đa đường tín hiệu nhiễu tính toán hướng đến chúng Phương pháp cập nhật liên tục hướng phát chiến lược dựa vào việc thay đổi vị trí tín hiệu mong muốn nhiễu Khả xác định đối tượng sử dụng với búp sóng nhiễu với búp không đảm bảo quỹ dự trữ đường truyền luôn cực đại vùng vi mô mẫu xác định trước Hình 15 minh hoạ vùng phủ sóng tương đối hệ thống chùm tia chuyển mạch phân vùng truyền thống hệ thống anten thích nghi Cả hai loại hệ thống anten thông minh có độ tăng ích đáng kể so với hệ thống phân vùng truyền thống Mức nhiễu thấp phía bên trái thể cho hệ thống vô tuyến với mức thâm nhập thấp Mức nhiễu lớn phía bên phải thể cho hệ thống vô tuyến có nhiều đối tượng sử dụng đối tượng sử dụng nhiều mẫu tái sử dụng tần số lấn Khi ấy, khả loại nhiễu hệ thống thích nghi cho vùng phủ sóng đáng kể so với hệ thống chùm tia chuyển mạch hay truyền thống Thích ứng Thích ứng Chùm chuyển mạch Chùm chuyển mạch Ô quy ước Ô quy ước Môi trường nhiễu thấp Môi trường nhiễu cao Hình 15 Vùng phủ với chùm chuyển mạch anten thích nghi Những lợi ích hạn chế hệ thống dàn thích nghi chùm chuyển mạch Tích hợp: Các hệ thống chùm chuyển mạch thiết kế để triển khai rộng rãi hệ thống tế bào với xu hướng trang bị thêm Trong đó, hệ thống dàn thích triển khai theo phương án tích hợp đầy đủ Vùng phủ sóng: Các hệ thống chùm tia chuyển mạch tăng bán kính phủ sóng trạm gốc từ 20 đến 200% so với hệ thống tế bào phân vùng thông thường, tuỳ điều kiện môi trường phần mềm phần cứng sử dụng Vùng phủ sóng tăng lên tiết kiệm cho nhà khai thác chi phí cho sở hạ tầng, giá thành trung bình cho khách hàng thấp xuống Việc chuyển mạch động từ chùm tia sang chùm tia tiết kiệm dung lượng hệ thống không cần phát tất tín 12 - - - hiệu theo hướng Tuy nhiên, hệ thống dàn thích nghi phủ sóng rộng hơn, đồng có mức công suất hệ thống chùm chuyển mạch Nén nhiễu: Anten chùm chuyển mạch nén nhiễu đến từ hướng, trừ hướng trung tâm chùm chủ động Đây giải pháp thích hợp để giảm thiểu mức độ nhiễu đồng kênh lại khó khăn việc phân biệt tín hiệu mong muốn tín hiệu nhiễu Nếu tín hiệu nhiễu trung tâm chùm tia chọn, người sử dụng xa trung tâm chùm tia tín hiệu nhiễu tăng nhiều so với tín hiệu mong muốn Trong trường hợp này, chất lượng cho người sử dụng chịu suy giảm mạnh Công nghệ dãy thích ứng giúp loại bỏ nhiễu mạnh Bởi truyền nguyên dạng tổ hợp nên tập trung hơn, tạo can nhiễu so với trường hợp chùm chuyển mạch Đa truy nhập phân chia theo không gian: Trong số công nghệ phức tạp mà anten thông minh sử dụng có đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA để định vị, đánh dấu thiết bị đầu cuối cố định hay di động, quét cách thích nghi tín hiệu phát phía người sử dụng để tránh nhiễu Công nghệ dàn thích nghi đạt độ nén nhiễu cao nên việc tái sử dụng tần số có hiệu tốt mô hình tái sử dụng tần số lục giác cố định tiêu chuẩn Kỹ thuật cấp phát tần số thích nghi cho người sử dụng vị trí Việc xử lý không gian động tạo vùng khác cho người sử dụng cấp phát tần số/kênh theo thời gian thực Xử lý tín hiệu không gian tích hợp phân tích đo tán xạ môi trường RF mức cao Trong kỹ thuật quét chùm cho hướng phát xác phía người sử dụng, xử lý không gian cực đại hoá việc sử dụng anten để kết hợp tín hiệu không gian theo phương pháp người sử dụng - chùm tia Người dùng Người dùng Hình 16 Xử lý không gian đầy đủ hỗ trợ hai thuê bao kênh Ai sử dụng công nghệ anten thông minh ? Công nghệ anten thông minh cải thiện đáng kể chất lượng chi phí kinh tế cho hệ thống vô tuyến Nó cho phép nhà khai thác mạng PCS, tế bào mạch vòng nội hạt vô tuyến thực hoá việc tăng đáng kể chất lượng tín hiệu, dung lượng vùng phủ sóng Các nhà khai thác thường đòi hỏi kết hợp lợi ích khác tuỳ thời điểm Do vậy, hệ thống thường có độ linh hoạt cao cấu hình khả nâng cấp có hiệu mặt chi phí giải pháp mang tính lâu dài Các tiêu chuẩn áp dụng Các hệ thống anten thông minh áp dụng cho tất chuẩn giao thức vô tuyến bảng 2, với vài hiệu chỉnh 13 Bảng 2: Các tiêu chuẩn áp dụng Phương thức truy nhập Tương tự - Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) (ví dụ: AMPS, TACS, NMT) Số - Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) (ví dụ: GSM, IS-136), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) ( ví dụ: IS-95) Phương thức song công Song công chia theo tần số (FDD), song công chia theo thời gian (TDD) Tính suốt với mạng Tính linh hoạt công nghệ anten thông minh thích nghi cho phép tạo sản phẩm dịch vụ giá trị gia tăng, điều tạo cho nhà khai thác nhiều ưu cạnh tranh Anten thông minh thích nghi không bị giới hạn định dạng điều chế đặc biệt hay giao thức giao diện không gian Chúng phù hợp với tất kỹ thuật điều chế giao diện không gian hành Ưu bổ sung xử lý không gian Việc xử lý không gian đem lại lợi ích cho nhiều hệ thống thông tin vô tuyến hệ thống tế bào có tính di động cao, hệ thống dải ngắn có tính di động thấp, ứng dụng mạch vòng nội hạt vô tuyến, thông tin vệ tinh, mạng LAN vô tuyến Nhờ dùng dàn anten, mà nhân kênh lên không gian, giống tần số thời gian Để tăng dung lượng hệ thống, cần phải phát thu theo không gian lựa chọn Nhiều người đồng ý lợi ích xử lý không gian ảnh hưởng không giới hạn tới mặt thiết kế hệ thống vô tuyến TÀI LIỆU THAM KHẢO - IEC Web tutorials - ITU-R documentations 14 ... dung lượng nhiều Thế hệ thống anten thông minh? Thực tế, anten không thông minh, mà phải hệ thống anten thông minh Cùng đặt trạm gốc, hệ thống anten thông minh kết hợp dàn anten với khả xử lý... nhiều lĩnh vực công nghệ hệ thống anten thông minh bao gồm anten thông minh, dàn dịch pha, SDMA, xử lý không gian, tạo chùm số, hệ thống anten thích nghi Các hệ thống anten thông minh thường phân... động phức tạp Mục đích hệ thống anten thông minh Mục đích hệ thống anten thông minh tăng chất lượng tín hiệu tăng dung lượng hệ thống Các đặc trưng lợi ích anten thông minh liệt kê bảng Bảng