Giải pháp đảm bảo chất lượng truyền dẫn trong mạng thông tin không dây dùng anten thông minh

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUỐC CHIẾN GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY DÙNG ANTEN THÔNG MINH Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 LUẬN VĂN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ HỒNG TUẤN PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, NGÀY… THÁNG……NĂM 2009 ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo - Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ QUỐC CHIẾN Ngày, tháng, năm sinh: 08-07-1982 Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Khoá (Năm trúng tuyển): 2007 MSHV : 01407329 Giới tính: Nam Nơi sinh: Vĩnh Long 1- TÊN ĐỀ TÀI: Giải pháp đảm bảo chất lượng truyền dẫn mạng thông tin không dây dùng anten thông minh 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Tìm hiểu sở lý thuyết dãy anten thơng minh • Ứng dụng giải thuật việc xử lý dãy anten thơng minh • Ứng dụng phương pháp Sparse Arrays việc xử lý dãy • Mơ đánh giá kết cho hai giải thuật LCMV LMS vào toán đưa 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06 – 07 – 2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ HỒNG TUẤN PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) iii LỜI CẢM ƠN Tơi xin kính gởi đến thầy TS Đỗ Hồng Tuấn lòng biết ơn sâu sắc Thầy dành nhiều thời gian quý báu để trực tiếp hướng dẫn, dạy cho kiến thức quý báu cung cấp cho nhiều tài liệu để tơi hồn thành luận văn cách tốt đẹp Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Điện-Điện tử trường Đại học Bách Khoa, người truyền đạt kiến thức, định hướng cho từ năm đại học sau này, năm sau đại học Tôi nhận giúp đỡ bạn khoá, lớp Các bạn đóng góp cho tơi ý kiến tài liệu giá trị Xin gởi đến bạn lời cảm ơn chân thành Cuối cùng, tơi xin kính gởi đến gia đình lịng biết ơn chân thành, sâu sắc Gia đình, Cha Mẹ động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu qua TP HCM, ngày 28 tháng 06 năm 2009 LÊ QUỐC CHIẾN iv TÓM TẮT Ngày nay, công nghệ truyền dẫn mạng thông tin không dây dùng dãy anten thông minh phát triển ngày mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu ngày nhiều lĩnh vực thông tin vô tuyến Luận văn liên quan đến ứng dụng hệ thống dãy anten thông minh hệ thống thông tin di động Trong hệ thống này, dãy anten thông minh có khả tự hiệu chỉnh cấu trúc đồ thị búp sóng để tạo búp sóng định hướng theo hướng di động mong muốn, tạo null phía di động khác (triệt tiêu thành phần can nhiễu) Có nhiều thuật tốn thích nghi đề xuất áp dụng cho hệ thống dãy anten thông minh, ta đặc biệt quan tâm tới hai thuật toán Least Mean Square (LMS) Linearly Contrained Minimum Variance ( LCMV), biết nhiều đến ứng dụng phổ biến dãy anten thơng minh Thuật tốn LMS liên tục điều chỉnh trọng số từ liệu ngõ vào lấy mẫu liên tục cập nhật nó hội tụ đến tiêu chuẩn cực tiểu trung bình bình phương lỗi – Minimum Mean Square Error (MMSE) tín hiệu thu tín hiệu chuẩn Khi đó, tín hiệu ngõ dãy anten thơng minh LMS, tín hiệu thu nhân với trọng số thích nghi, xem ước lượng tốt tín hiệu mong muốn Trong đó, dãy anten thơng minh dùng thuật tốn LCMV, ta cần xác định trước góc đến tín hiệu mong muốn sau ta tìm vector trọng số tối ưu hệ thống anten thông minh theo giải thuật LCMV cho giá trị phương sai ngõ hệ thống tối thiểu, đồng thời thỏa mãn điều kiện ràng buộc độ lợi định hướng hệ thống Mặt khác, tính khả thi tính kinh tế nên đề tài tìm cách hạn chế số lượng phần tử anten dãy anten Bài toán sử dụng nhiều phần tử anten cho dãy yêu cầu tính khả thi kinh tế đặc biệt vùng tần số HF (Ví dụ cho ứng dụng liên lạc tàu bè biển sử dụng băng tần HF) Vì luận văn đưa lời giải thích hợp cho tốn v vận dụng phương pháp Sparse arrays (dãy lược) đảm bảo độ lợi khoảng cách truyền dẫn chúng Luận văn mô thành công giải pháp đưa toán, giải pháp đảm bảo chất lượng truyền dẫn mạng thông tin không dây dùng anten thơng minh vi MỤC LỤC Tóm tắt v Mục lục vii Danh mục hình ix Danh mục bảng x Danh mục từ viết tắt xi CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu vấn đề tình hình nghiên cứu .1 1.1.1.Giới thiệu vấn đề 1.1.2.Tình hình nghiên cứu 1.2 Giải vấn đề phạm vi nghiên cứu 1.3 Bố cục đề tài 1.4 Ý nghĩa đề tài CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ANTEN THÔNG MINH 10 2.1 Anten 10 2.1.1 Anten 10 2.1.2 Anten đẳng hướng 10 2.1.3 Anten định hướng 10 2.2 Lý thuyết dãy anten thông minh 11 2.3 Phân loại anten thông minh .19 2.3.1 Switched Beam Antennas ( Anten búp sóng chuyển đổi ) 20 2.3.2 Adaptive Antennas Arrays ( Dãy anten thích nghi ) .20 2.4 Các thông số anten 22 2.5 Lợi ích anten thông minh .24 CHƯƠNG III: CÁC GIẢI THUẬT TRONG VIỆC XỬ LÝ DÃY ANTEN THÔNG MINH TRÊN TÀU BIỂN 27 3.1 Giải thuật LCMV (Linearly Constrained Minimum Variance) 27 3.2 Giải thuật LMS (Least Mean Square) .34 vii 3.3 Các giải pháp đưa hai giải thuật LCMV LMS thích hợp vào toán tàu biển 43 3.3.1 Giải thuật LCMV ứng dụng để liên lạc tàu biển với đất liền 44 3.3.2 Giải thuật LMS ứng dụng để liên lạc tàu biển với 44 3.3.3 Giải thuật LMS ứng dụng để liên lạc đất liền với tàu biển .45 3.4 Khoảng cách truyền sóng vơ tuyến dãy anten dãy tần HF (High Frequency) 45 3.5 Các sản phẩm anten thông minh, máy thu-máy phát dãy tần HF có thị trường 48 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SPARSE ARRAYS VÀO DÃY ANTEN THÔNG MINH 49 4.1 Giới thiệu 49 4.2 Minimum Redundancy Arrays and Minimum Hole Arrays .50 4.3 Phương pháp chọn dãy Sparse Arrays 53 4.3.1 Phương pháp MRA (Minimum Redundancy Arrays) .53 4.3.2 Phương pháp MHA (Minimum Hole Arrays) 56 4.4 Kết mô 58 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 69 5.1 Kết luận 69 5.2 Hướng phát triển đề tài 69 PHỤ LỤC 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Tàu thuyền liên lạc với qua việc truyền dẫn không dây Mơ hình thiết kế giải thuật để giải vấn đề truyền dẫn Anten đẳng hướng đồ thị phủ sóng 10 Anten định hướng đồ thị phủ sóng 11 Dùng dạng hình học để xác định hướng đến sóng mặt với dãy anten có phần tử 12 Hình 2.4 Các dãy anten (a) ULA,(b) UCA,(c) URA,(d) dãy anten chiều 13 Hình 2.5 Dãy anten ULA nằm trục x hệ trục tọa độ đề cát 14 Hình 2.6 Mơ hình dãy anten ULA định hướng theo trục x, thu nhận sóng mặt theo hướng (θ, ф ) 15 Hình 2.7 Mơ tả kỹ thuật anten thích nghi búp chuyển đổi 19 Hình 2.8 Switched beam antennas 20 Hình 2.9 Adaptive antenna arrays 21 Hình 2.10 Hệ thống dãy anten thích nghi 22 Hình 2.11 Đồ thị xạ anten 23 Hình 2.12 Đồ thị kiểu xạ với dãy anten tuyến tính có bước sóng số phần tử anten khác 24 Hình 3.1 Mơ hình dãy anten ULA định hướng theo trục x 30 Hình 3.2 Mơ hình tổng qt hệ thống anten thơng minh dùng tín hiệu tham khảo 35 Hình 3.3 Minh họa ngõ vào ngõ hệ thống 42 Hình 3.4 Mơ tả hai giải thuật LCMV LMS vào toán tàu biển .44 Hình 3.5 Mơ hình cặp thu-phát vô tuyến 45 Hình 4.1 Cách xếp hai dãy anten 52 Hình 4.2 Maximum SLL vs.3dB beamwidth for a minimum redundancy array with n=6 M=14 54 Hình 4.3 Sơ đồ hình học, mơ hình co-array kết mơ beampatern minimum redundancy array với n=6 M=14 56 Hình 4.4 Sơ đồ hình học, mơ hình co-array kết mơ beampatern minimum hole array với n=6 M=18 57 Hình 4.5 Đồ thị hướng tính phần tử anten thiết kế góc đến 00 độ lợi 10dBi 59 Hình 4.6 Đồ thị kiểu búp sóng cho dãy anten gồm phần tử thang tuyến tính với góc đến 00 60 Hình 4.7 Đồ thị kiểu búp sóng cho dãy anten gồm phần tử thang dB với góc đến 00 60 Hình 4.8 Đồ thị kiểu búp sóng cho dãy anten gồm phần tử thang tuyến tính với góc đến -100 61 Hình 4.9 Đồ thị kiểu búp sóng cho dãy anten gồm phần tử thang dB với góc đến -100 61 ix Hình 4.10 Đồ thị kiểu búp sóng cho dãy anten gồm phần tử thang tuyến tính với góc đến 100 62 Hình 4.11 Đồ thị kiểu búp sóng cho dãy anten gồm phần tử thang dB với góc đến 100 62 Hình 4.12 Đồ thị hướng tính phần tử anten thiết kế góc đến 00 độ lợi 10 dBi 63 Hình 4.13 Sai số MSE tín hiệu mẫu với ngõ hệ thống tạo búp sóng 64 Hình 4.14 Đồ thị kiểu búp sóng hướng -400; 00; 400 cho dãy anten ULA phần tử (vẽ nét liền) dãy anten Sparse Array phần tử (nét vẽ chấm chấm) 64 Hình 4.15 Đồ thị kiểu búp sóng hướng -600; 00; 600 cho dãy anten ULA phần tử (vẽ nét liền) dãy anten Sparse Array phần tử (nét vẽ chấm chấm) 65 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Bảng 4.4 Bảng 4.5 So sánh dãy anten ULA với dãy anten MRA dãy anten MHA 58 Mô tả mối quan hệ số phần tử anten, độ lợi khoảng cách thuphát vô tuyến với f=30Mhz Pt=-38,5dBm 67 Mô tả mối quan hệ số phần tử anten, độ lợi khoảng cách thuphát vô tuyến với f=3Mhz Pt=-38,5dBm 67 Mô tả mối quan hệ số phần tử anten, độ lợi khoảng cách thuphát vô tuyến với f=30Mhz Pt=-28,5dBm 68 Mô tả mối quan hệ số phần tử anten, độ lợi khoảng cách thuphát vô tuyến với f=3Mhz Pt=-28,5dBm 68 x Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Tuy nhiên, chọn dãy anten cho thỏa mãn vấn đề sau: ¾ Độ rộng 3dB phải hẹp ( narrow beamwidth) ¾ Đỉnh side lobe level thấp Từ chọn dãy cho thỏa mãn hai yếu tố Bảng 4.1 cho ta biết việc thiết kế dãy thích hợp n M R H -3 dB Beamwidth Max SLL [dB] 14 18 14 18 15 91 153 0 14 18 17.2° 7.3° 5.7° 6.1° 6.0° 6.1° 4.8° 4.4° 4.8° 4.6° -12.426 -13.112 -13.171 -6.0606 -6.3212 -6.0606 -5.8592 -5.3444 -5.8592 -5.7285 Array Geometry 11111 1111111111111 11111111111111111 13162 15322 11443 13625 13652 17324 17423 Array Type ULA ULA ULA MRA MHA Bảng 4.1: So sánh dãy ULA ( gồm 6,14 18 phần tử anten) với phần tử anten cho dãy MRA phần tử anten cho dãy MHA.(Trang 47,[2]) Kết luận: Từ hai phương pháp ta rút nhận xét sau: ¾ Aperture size yếu tố định độ rộng búp sóng chính, aperture size lớn độ rộng búp sóng hẹp hay độ phân giải cao ¾ Cả hai yếu tố: số lượng phần tử anten cách xếp hình học phần tử dãy định mức độ side lobe 4.4 Kết mô phỏng: 4.4.1 Kết mô cho hai giải thuật LCMV LMS: Trong luận văn này, tất chương trình mơ viết chạy Matlab 7.0 ¾ Giải thuật LCMV cho hướng đến cố định: HVTH: Lê Quốc Chiến 58 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn • Cho dãy anten với N=6 phần tử anten có hướng tính có độ lợi phần tử 10 dBi • Trong hình 4.6, tổng cộng có tín hiệu hướng đến hệ thống từ hướng DOA = [-200 -150 -100 -50 00 50 100 150 200] Giả sử có hướng đến tín hiệu mong đợi SOI vị trí DOA (00) có cơng suất -160dBw hướng cịn lại vị trí 1,2, 3,4, 6, 7, 8,9 DOA [-200 -150 -100 -50 50 100 150 200] có công suất -140dBw can nhiễu mà ta cần triệt tiêu • Phương pháp Sparse Array luận văn từ N=6 phần tử anten xếp với khoảng cách lamda/2: 111111 ta rút hai phần tử vị trí:3 tức 110011 ( số 1: vị trí đặc anten thực, số 0: vị trí mà anten rút ra) Do thi huong tinh cua moi phan tu anten chon goc mong muon la 10 Gain [dB] -100 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.5: Đồ thị hướng tính phần tử anten thiết kế góc đến 00 độ lợi 10 dBi HVTH: Lê Quốc Chiến 59 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn LCMV Algorithm-DOA of SOI and SNOI [-20 -15 -10 -5 10 15 20] 60 day anten dang huong day anten huong tinh Sparse Arrays N=4 50 Beam pattern 40 30 20 10 -100 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.6: Đồ thị kiểu búp sóng cho dãy anten gồm phần tử thang tuyến tính với góc đến 00 LCMV Algorithm-DOA of SOI and SNOI [-20 -15 -10 -5 10 15 20] 20 Beam pattern (dB) 10 -10 -20 -30 -40 -100 day anten dang huong day anten huong tinh Sparse Array N=4 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.7: Đồ thị kiểu búp sóng dãy anten gồm phần tử thang dB với góc đến 00 HVTH: Lê Quốc Chiến 60 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn LCMV Algorithm-DOA of SOI and SNOI [-20 -15 -10 -5 10 15 20] 60 day anten dang huong day anten huong tinh Sparse Arrays N=4 50 Beam pattern 40 30 20 10 -100 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.8: Đồ thị kiểu búp sóng dãy anten gồm phần tử thang tuyến tính với góc đến -100 LCMV Algorithm-DOA of SOI and SNOI [-20 -15 -10 -5 10 15 20] 20 10 Beam pattern (dB) -10 -20 -30 -40 -50 -100 day anten dang huong day anten huong tinh Sparse Array N=4 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.9: Đồ thị kiểu búp sóng dãy anten gồm phần tử thang dB với góc đến -100 HVTH: Lê Quốc Chiến 61 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn LCMV Algorithm-DOA of SOI and SNOI [-20 -15 -10 -5 10 15 20] 60 day anten dang huong day anten huong tinh Sparse Arrays N=4 50 Beam pattern 40 30 20 10 -100 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.10: Đồ thị kiểu búp sóng dãy anten gồm phần tử thang tuyến tính với góc đến +100 LCMV Algorithm-DOA of SOI and SNOI [-20 -15 -10 -5 10 15 20] 20 10 Beam pattern (dB) -10 -20 -30 -40 -50 -100 day anten dang huong day anten huong tinh Sparse Array N=4 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.11: Đồ thị kiểu búp sóng dãy anten gồm phần tử thang dB với góc đến +100 HVTH: Lê Quốc Chiến 62 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Nhận xét: Từ đồ thị kiểu búp sóng ta rút nhận xét thiết kế anten với góc mong muốn 00 users nằm hướng 00 thu phát xác Tuy nhiên users nằm gần góc 00 nhiều tương đối xác tức nằm khoảng [-200:200] thu-phát tốt ¾ Giải thuật LMS cho nhiều hướng đến khác nhau: • Cho dãy anten với N=6 phần tử anten có hướng tính có độ lợi phần tử 10 dBi • Phương pháp Sparse Array luận văn từ N=6 phần tử anten xếp với khoảng cách lamda/2: 111111 ta rút hai phần tử vị trí:3 tức 110011 ( số 1: vị trí đặc anten thực, số 0: vị trí mà anten rút ra) Do thi huong tinh cua moi phan tu anten chon goc den la 10 Gain [dBi] -100 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.12: Đồ thị hướng tính phần tử anten thiết kế góc đến 00 độ lợi 10dBi HVTH: Lê Quốc Chiến 63 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn LMS Algorithm for adaptive beamformer, muy = 0.0081756, number of antennas = -5 Mean-Squared Error in dB -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 100 200 300 400 500 600 Iteration Number 700 800 900 1000 Hình 4.13: Sai số MSE tín hiệu mẫu với ngõ hệ thống tạo búp DOA[degrees]: -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 ; SOI at -40 40; SNOI at others 70 60 Beam pattern 50 40 30 20 10 -100 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.14: Đồ thị kiểu búp sóng hướng -400; 00; 400 cho dãy anten ULA phần tử (nét vẽ liền) dãy anten Sparse Array phần tử (nét vẽ chấm chấm) HVTH: Lê Quốc Chiến 64 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn DOA[degrees]: -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 ; SOI at -60 60; SNOI at others 60 50 Beam pattern 40 30 20 10 -100 -80 -60 -40 -20 20 Angles [degrees] 40 60 80 100 Hình 4.15: Đồ thị kiểu búp sóng hướng -600, 00,600 cho dãy anten ULA phần tử (nét vẽ liền) dãy anten Sparse Array phần tử (nét vẽ chấm chấm) Nhận xét: • Hình 4.15 sai số MSE tín hiệu tham khảo với ngõ hệ thống Ta thấy MSE hội tụ -40dBw (10-40/10 = 10-4 w) đạt • Hình 4.16 cho thấy hướng đến tín hiệu mong đợi SOI(3,5,7) = -400; 00; 400 có đồ thị xạ đạt giá trị cực đại 60 với dãy tuyến tính 40 với dãy Sparse Array, cịn hướng lại can nhiễu (800; -600;-200; 200;600; 800) đồ thị xạ đạt giá trị zero hay gần với zero • Hình 4.17 cho thấy hướng đến tín hiệu mong đợi SOI(3,5,7) = mong đợi -600, 00,600 có đồ thị xạ đạt giá trị cực đại gần 60 với dãy tuyến tính gần 40 với dãy Sparse Array, cịn hướng lại can nhiễu (-800; -400;-200; 200;400; 800) đồ thị xạ đạt giá trị zero hay gần với zero HVTH: Lê Quốc Chiến 65 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn • Khi sử phương pháp LMS, ta sử dụng nhiều hướng mong đợi tốt ta mở rộng tầm phủ sóng cho ta kết xác 4.4.2 Kiểm chứng lại khoảng cách thu-phát anten thơng minh có hướng tính hoạt động tần số HF ( 3Mhz-30Mhz) cho hai giải thuật LCMV LMS: ¾ Khoảng cách truyền không gian cho bởi: Pr,dBm = Pt,dBm + Gt,dBi + Gr,dBi - 20log( 4πdf/c) Ö 20log( 4πdf/c) = Pt,dBm + Gt,dBi + Gr,dBi - Pr,dBm Pt,dBm : Công suất phát anten (dBm) Pr,dBm : Công suất thu anten (dBm) Gt,dBi : Độ lợi phát anten (dBi) Gr,dBi : Độ lợi thu anten (dBi) d: Khoảng cách anten thu phát (m) f: Tần số hoạt động (Hz) c: Vận tốc ánh sáng (m/s) c=3.108 (m/s) dBmV = 46.9897 + dBm50Ω dBmV = 48.7506 + dBm75Ω dBμV = 60 + dBmV => dBm50Ω = dBμV- 46.9897-60 = dBμV – 107 => dBm75Ω = dBμV- 48.7506-60 = dBμV - 109 PdBm = 10log(Pw) + 30 Từ bảng số liệu sau ta chọn antennas có thơng số sau : ¾ Smart antennas ¾ Máy thu HF ¾ Máy phát HF Từ thơng số cho data sheet phần phụ lục luận văn ta chọn thông số sau: HVTH: Lê Quốc Chiến 66 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn • Mỗi phần tử anten có độ lợi 10 dBi dùng cho việc thu phát • Mức cơng suất thu tối thiểu cho phép: -104 dBm (Chọn Sensitivity =3dBμV, Models FS-1562-15/FS-1562-25) • Mức công suất phát tối đa cho phép :150W = 51.76dBm(FS-156215) 250W= 54 dBm (FS-1562-25) ¾ Xét dãy anten hoạt động tần số f= 30Mhz công suất phát Pt = 38,5dBm phẫn tử anten có độ lợi Gt=Gr=10dBi Ta có mối liên hệ số phần tử anten N khoảng cách d theo bảng 4.2 sau: N 10 G(độ lợi) 10dBi 13dBi 16dBi 17.8dBi 20dBi d(Km) 14,9972 29,9233 59,7049 90,3671 149,9720 Bảng 4.2: Mô tả mối quan hệ số phần tử anten, độ lợi khoảng cách thu-phát vô tuyến với f=30Mhz Pt=-38,5dBm ¾ Xét dãy anten hoạt động tần số f= 3Mhz công suất phát Pt = 38,5dBm phẫn tử anten có độ lợi Gt=Gr=10dBi Ta có mối liên hệ số phần tử anten N khoảng cách d theo bảng 4.3 sau: N 10 G(độ lợi) 10dBi 13dBi 16dBi 17,8dBi 20dBi d(Km) 149,972 299,233 597,049 903,671 1.499,720 Bảng 4.3: Mô tả mối quan hệ số phần tử anten, độ lợi khoảng cách thu-phát vô tuyến với f=3Mhz Pt=-38,5dBm HVTH: Lê Quốc Chiến 67 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn ¾ Xét dãy anten hoạt động tần số f= 30Mhz công suất phát Pt = 28,5dBm phẫn tử anten có độ lợi Gt=Gr=10dBi Ta có mối liên hệ số phần tử anten N khoảng cách d theo bảng 4.3 sau: N 10 G(độ lợi) 10dBi 13dBi 16dBi 17,8dBi 20dBi d(Km) 47,425 94,625 188,803 285,765 474,253 Bảng 4.4: Mô tả mối quan hệ số phần tử anten, độ lợi khoảng cách thuphát vô tuyến với f=30Mhz Pt=-28,5dBm ¾ Xét dãy anten hoạt động tần số f= 3Mhz công suất phát Pt = 28,5dBm phẫn tử anten có độ lợi Gt=Gr=10dBi Ta có mối liên hệ số phần tử anten N khoảng cách d theo bảng 4.3 sau: N 10 G(độ lợi) 10dBi 13dBi 16dBi 17,8dBi 20dBi d(Km) 474,250 946,250 1.888,036 2.857,650 4.742,530 Bảng 4.5: Mô tả mối quan hệ số phần tử anten, độ lợi khoảng cách thuphát vơ tuyến với f=3Mhz Pt=-28,5dBm ¾ Kết luận: Từ bảng số liệu cho ta thấy việc truyền dẫn khơng dây với khoảng cách xa hàng trăm hay hàng nghìn Km với việc sử dụng dãy anten hoạt động tần số HF khả thi Ta thấy dãy anten ta cần từ 2, phần tử ta truyền dẫn với khoảng cách mong muốn giảm chi phí lắp đặt cho thiết bị HVTH: Lê Quốc Chiến 68 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận: Luận văn trình bày mơ thành cơng cho tốn đảm bảo chất lượng truyền dẫn mạng thông tin không dây dùng dãy anten thông minh ứng dụng thực tế tàu biển Trên thực tế muốn đạt việc truyền dẫn khoảng cách xa mong muốn dãy anten địi hỏi phải có độ lợi cao mở rộng tầm phủ sóng , nên dãy anten đề xuất luận văn dãy anten mà phần tử có hướng tính hoạt động tần số HF (3Mhz-30Mhz) Tuy nhiên phần tử anten thiết kế dãy tần số có kích thước to lớn số lượng phần tử anten nhiều (để đạt độ lợi cao) nên từ nảy sinh vấn đề tính khả thi kinh tế Bởi khơng thể sử dụng số lượng phần tử anten nhiều dãy đặt tàu biển để đạt độ lợi cao hay khoảng cách truyền dẫn mong muốn Vì chương 4, đề tài đưa phương pháp Sparse arrays để giải cho vấn đề giảm bớt số phần tử anten mà đảm bảo độ lợi khoảng cách truyền dẫn cách tốt Mặt khác để tàu thuyền biển liên lạc với hay với đất liền đảm bảo luận văn đưa hai giải thuật LCMV LMS cách thích hợp việc mô 5.2 Hướng phát triển đề tài: Do thời gian thực luận văn có giới hạn nên đề tài xét dãy anten phân bố đường thẳng ULA ( Uniform Linear Array) Tuy nhiên xét tới dãy anten phân bố theo nhiều cách khác như: dãy anten hình chữ nhật URA ( Uniform Rectangular Array), dãy anten hình trịn UCA ( Uniform Circular Array) dãy anten phân bố chiều (Conformal Arrays) HVTH: Lê Quốc Chiến 69 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn Mặt khác việc xác định góc đến DOA (Direction-Of-Arrival) users di chuyển tốt khoảng [-200;200], phải tạo linh hoạt main lobe mở rộng tầm phủ sóng tốt PHỤ LỤC Phần tơi xin giới thiệu sản phẩm có bán thị trường biết thông qua số trang web như: www.maritech.com.vn www.usantennaproducts.com [11] HVTH: Lê Quốc Chiến 70 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Joseph C Liberti, JR.Theodore S Rappaport, Smart Antennas For Wireless Communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications, 1999, Prentice Hall [2] Ahmet Coskun, “ Master Thesis Complexity-Reduced Wideband Beamforming”, Technische Universität München [3] A T Moffet, “Minimum-redundancy linear arrays”, IEEE Trans Antennas and Propagation, vol AP-16, no 2, pp 172-175, March 1968 [4] T Do-Hong, P Russer, “Signal Processing for Wideband Smart Antenna Array Applications”, IEEE Microwave Mag., pp 57-67, March 2004 [5] T Do-Hong, “Wideband Direction-of-Arrival Estimation and Wideband Beamforming for Smart Antenna Systems”, Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik der Technischen Universität München, 2004 [6] Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, 1996, Prentice Hall [7] Frank B Gross, Smart Antennas For Wireless Communications with Matlab, 2005, McGraw-Hill [8] Ho Le Viet Trung, “Triet can nhieu dung day anten thich nghi cho nguon phan bo va day anten khong ly tuong”, Truong dai hoc Bach Khoa TP.HCM, 2007 [9] Nguen Tuan Kiet, “Ung dung bo loc kalman va anten thong minh he thong GPS va DGPS”, Truong dai hoc Bach Khoa TP.HCM, 2009 [10] Ahmed El-Rabbany, Introduction to GPS-The Global Positioning System, 2002, Artech House mobile communications series [11] Một số trang web: www.maritech.com.vn www.usantennaproducts.com HVTH: Lê Quốc Chiến 71 MSHV: 01407329 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS Đỗ Hồng Tuấn LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : LÊ QUỐC CHIẾN Ngày sinh : 08/07/1982 Lý lịch: Nguyên quán : Rạch Vọp-Quới Thiện-Vũng Liêm-Vĩnh Long Nơi sinh : Rạch Vọp-Quới Thiện-Vũng Liêm-Vĩnh Long Hộ thường trú : Rạch Vọp-Quới Thiện-Vũng Liêm-Vĩnh Long Nơi : 488/23 Điện Biên Phủ, Phường 21,Q.Bình Thạnh, TP.HCM Dân tộc : Kinh Tơn giáo : Không Điện thoại : 0908.838.953 Email : lquocchienvl@yahoo.com Quá trình đào tạo: Đại học: Chế độ học : Chính quy Thời gian học : Từ 05/09/2001 đến 01/12/2006 Nơi học : Trường Đại học Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học : Điện tử – Viễn thơng Cao học: Chế độ học : Chính quy Thời gian học : Từ 05/09/2007 đến Nơi học : Trường Đại học Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học : Kỹ thuật điện tử Quá trình cơng tác: Thời gian cơng tác : Từ 01/09/2008 đến Chức vụ : Kỹ sư Điện tử – Viễn thông Đơn vị công tác : Trường Cao Đẳng Kinh Tế-Công Nghệ TP.HCM HVTH: Lê Quốc Chiến MSHV:01407329 ... 1- TÊN ĐỀ TÀI: Giải pháp đảm bảo chất lượng truyền dẫn mạng thông tin không dây dùng anten thông minh 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Tìm hiểu sở lý thuyết dãy anten thơng minh • Ứng dụng giải thuật việc... lời giải thích hợp cho toán v vận dụng phương pháp Sparse arrays (dãy lược) đảm bảo độ lợi khoảng cách truyền dẫn chúng Luận văn mô thành công giải pháp đưa toán, giải pháp đảm bảo chất lượng truyền. .. nghệ truyền dẫn mạng thông tin không dây dùng dãy anten thông minh phát triển ngày mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu ngày nhiều lĩnh vực thông tin vô tuyến Luận văn liên quan đến ứng dụng hệ thống dãy anten