Ứng dụng kỹ thuật búp sóng sử dụng anten mảng cho hệ thống thông tin tế bào

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN HÀ DUY ỨNG DỤNG KỸ THUẬT BÚP SÓNG SỬ DỤNG ANTEN MẢNG CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN TẾ BÀO Ngành: Kỹ thuật điện tử - viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trịnh Anh Vũ Hà Nội-2008 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤCLỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ … .v DANH MỤC BẢNG ….……….………………………………………… .….vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ………….…………………… .…………… vii MỞ ĐẦU ………… .………………………………………… .……… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT BÚP SÓNG …… .… …… 1.1 Giới thiệu……………………… ………………………… .…………3 1.2 Tổng quan kỹ thuật búp sóng ………………………… …… 1.2.1 Kỹ thuật búp sóng…………………………………… …………5 1.2.2 Phân loại kỹ thuật búp sóng…………………… .… …… 1.3 Ứng dụng kỹ thuật búp sóng…………… ……… ………12 1.4 Tổng kết chương …………………………………… … ……… 15 CHƯƠNG KỸ THUẬT TẠO BÚP SĨNG …………………… …… 17 2.1 Búp sóng chuyển mạch…………… …………………….… …… 17 2.2 Búp sóng thích nghi…………………………….…………………………21 2.2.1 Hệ anten mảng tuyến tính…………….………………………………….24 2.2.2 Một tạo búp sóng đơn giản……….………………………………… 27 2.2.3 Tiêu chuẩn tối ưu trọng số………………………………………… 30 2.2.3.1 Trung bình bình phương phương sai nhỏ (MMSE)…… 31 2.2.3.2 Tỷ số tín hiệu nhiễu lớn (MSIR)…… … 34 2.2.3.3 Phương sai nhiễu đầu nhỏ (LCMV)…………… … 35 2.2.3.4 Mối liên hệ tiêu chuẩn ……………… ……… ……36 2.2.4 Các thuật tốn thích nghi ………………… …………………… …….37 2.2.4.1 Thuật tốn trung bình bình phương tối thiểu (LMS) ………….38 2.2.4.2 Nghịch đảo ma trận liên hiệp lấy mẫu nhỏ (SMI) ………39 2.2.4.3 Thuật tốn bình phương tối thiểu (RLS) …………………… 40 iv 2.3 Tổng kết chương…………………………………………………….…….43 CHƯƠNG ƯỚC LƯỢNG HƯỚNG ĐẾN (DOA)………………………… 44 3.1 Giới thiệu ………………………… …….………………………………44 3.2 Các phương pháp ước lượng DOA truyền thống …… ………….…….46 3.2.1 Phương pháp ước lượng phổ (delay - and - sum) ……… ………….… 46 3.2.2 Phương pháp phương sai nhỏ Capon ……………… ….…… 49 3.3 Các phương pháp ước lượng DOA dựa không gian ………….51 3.3.1 Thuật toán MUSIC ……………………………………… …………… 51 3.3.2 Các thuật toán MUSIC cải tiến …………… ……………………………57 3.3.2.1 Thuật toán Root-MUSIC ………….…….…………….……… 57 3.3.2.2 Thuật toán Cyclic-MUSIC …………… ……………….…… 58 3.3.3 Thuật toán ESPRIT 60 3.4 Các kỹ thuật giống nhiều (ML: Maximum Likelihood) … 65 3.5 Ước lượng DOA với tín hiệu có liên quan chặt với 67 3.5.1 Các kỹ thuật làm mượt không gian 68 3.5.2 MUSIC đa chiều 70 3.6 Ước lượng số lượng tín hiệu đến .71 3.7 Tổng kết chương 73 CHƯƠNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT BÚP SÓNG SỬ DỤNG ANTEN MẢNG CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN TẾ BÀO 75 4.1 Tham số CIR .76 4.2 Các chương trình mơ tính tốn CIR .78 4.3 Các kết mô .83 4.4 Tổng kết chương 87 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO .90 PHỤ LỤC 92 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Anten đẳng hướng mơ hình phủ sóng……………………………… Hình 1-2 Anten Sector vùng phủ sóng .4 Hình 1-3 Vùng phủ sóng anten sử dụng kỹ thuật búp sóng .6 Hình 1-4 Sơ đồ khối anten mảng M phần tử Hình 1-5 Mơ tả kỹ thuật búp sóng chuyển mạch ………………………………….9 Hình 1-6 Mơ tả kỹ thuật búp sóng thích nghi ……………………………………10 Hình 1-7 Vùng phủ với hệ anten sử dụng kỹ thuật búp sóng chuyển mạch búp sóng thích nghi .10 Hình 1-8 Anten thu phát theo kỹ thuật SDMA………………………………… 13 Hình 2-1 Ma trận Butler tạo búp sóng đầu 19 Hình 2-2 Dạng búp sóng đầu ma trận tạo búp Butler tần số 2.400 Ghz 19 Hình 2-3 Sơ đồ khối anten mảng sử dụng kỹ thuật búp sóng thích nghi .22 Hình 2-4 Phần mềm hệ thống anten mảng sử dụng kỹ thuật búp sóng thích nghi 24 Hình 2-5 Hệ anten mảng tuyến tính 25 Hình 2-6 Mảng hai phần tử đẳng hướng .28 Hình 2-7 Hệ thống tạo búp sóng tổng quát 30 Hình 2-8 Bộ tạo búp sóng thích nghi 31 Hình 2-9 Sơ đồ thực thuật toán LMS 39 Hình 2-10 Sơ đồ thực thuật tốn RLS 42 Hình 3-1 Các tín hiệu đến mảng anten với góc khác .45 Hình 3-2 Sơ đồ tạo búp sóng cổ điển 47 Hình 3-3 So sánh chất lượng phương pháp ước lượng phổ phương pháp phương sai nhỏ Capon 50 Hình 3-4 So sánh chất lượng phương pháp phương sai nhỏ Capon thuật toán MUSIC 56 Hình 3-5 Mơ hình mảng anten theo thuật tốn ESPRIT ……………………….…61 Hình 3-6 So sánh thuật tốn MUSIC truyền thống thuật toán MUSIC sử dụng kỹ thuật làm mượt không gian việc xác định DOA 70 vi Hình 4-1 Sử dụng kỹ thuật búp sóng trạm sở hệ thống thơng tin tế bào 76 Hình 4-2 Mối quan hệ trạm sở trạm di động 78 Hình 4-3 Mơ hình xắp xếp tế bào mơ hình mơ phỏng: (a) 19 tế bào sử dụng tần số, (b) lựa chọn tế bào kích thước cluster 7, (c) lựa chọn tế bào kích thước cluster 79 Hình 4-4 Biểu đồ q trình mơ 80 Hình 4-5 Vị trí trạm sở tế bào sử dụng tần số 81 Hình 4-6 Cải thiện tham số CIR ………………………………………………… 84 Hình 4-7 Cải thiện tham số CIR trường hợp tính đến hiệu ứng sigma …… 85 Hình 4-8 Cải thiện tỷ số CIR đồng thời sử dụng kỹ thuật búp sóng trạm di động trạm sở …………………………………………………… 86 DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1 Đầu ma trận Butler .19 Bảng 4-1 Chức chương trình sử dụng 78 vii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2G Second-Generation wireless telephone technology - mạng điện thoại di động hệ thứ 3G Third-Generation wireless telephone technology - mạng điện thoại di động hệ thứ ABF Analog BeamForming – Kỹ thuật búp sóng tương tự ADCs Analog Digital Converter – Bộ chuyển đổi tương tự sang số AIC Akaike Information theoretic Criteria – Tiêu chuẩn lý thuyết thông tin Akaike AWGN Additive White Gaussian Noise – Tạp âm trắng cộng BER Bit Error Rate – Tỉ lệ lỗi bit BF Beamformer – Bộ tạo búp sóng BFN BeamForming Network – Mạch định dạng búp sóng BTS Base Transceiver Station – Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access – Đa truy nhập phân mã CIR Carrier to Interference Ratio - Tỷ số cơng suất tín hiệu mong muốn tổng cơng suất tín hiệu giao thoa đồng kênh DAMPS Digital Advanced Mobile Phone System - Hệ thống điện thoại số DBF Digital BeamForming- Kỹ thuật búp sóng số DFT Discrete Fourier Transform – Biến đổi Fourier rời rạc DOA Direction Of Arrival – Hướng tới ESPRIT Estimate of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques Ước lượng tham số tín hiệu thơng qua kỹ thuật bất biến luân phiên FDMA Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo mã FFT Fast Fourier Transform – Biến đổi Fourier nhanh GSM Global System for Mobile Communications – Hệ thống GSM viii LCMV Linearly constrained Minimum variance - Phương sai nhiễu đầu nhỏ LMS Least Mean Squares - Trung bình bình phương tối thiểu MDL Rissanen Minimum Descriptive Length – Tiêu chuẩn MDL Rissanen ML Maximum Likehood – Giống lớn MMSE Minimum Mean Square Error – Trung bình bình phương sai số nhỏ MS Mobile Staion – Máy di động MSINR Maximum Signal to Interference ratio - Tỷ số tín hiệu nhiễu lớn MUSIC MUltipe Signal Classification – Phân loại tín hiệu đa đường MVDR Minimum Variance Distortionless Response - Đáp ứng không méo phương sai nhỏ OFDM Orthogonal Frequency - Division Multiplexing - đa truy nhập theo tần số trực giao RAKE Máy thu RAKE RLS Recursive Least Squares - Thuật tốn bình phương tối thiểu SDMA Spatial Division Multipe Access - Đa truy nhập theo không gian SH Sequential Hypothesis – giả thuyết theo dãy SIR Signal-to-Interference Ratio – Tỉ số tín hiệu nhiễu SINR Signal-to-Interference plus Noise Ratio - Tỉ số tín hiệu nhiễu tạp âm SMI Direct Sample Covariance Matrix- Ngịch đảo ma trận liên hiệp lấy mẫu nhỏ TD-SCDMA Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access - Đa truy nhập theo mã đồng phân kênh theo thời gian ix TDMA Time Division Multiple Access – Đa truy nhập phân thời gian TSL Total Least Squares Criterion - Tiêu chuẩn tổng bình phương nhỏ UMTS Universal Mobile Telecommunications System – Hệ thống thông tin di động UMTS Luận văn Thạc sỹ MỞ ĐẦU Các hệ thống thông tin di động tế bào ngày phát triển nhằm phục vụ cho nhu cầu dịch vụ ngày lớn khách hàng Do vậy, kỹ thuật, công nghệ cần nghiên cứu triển khai để đáp ứng nhu cầu Trong thời gian gần đây, hệ thống anten sử dụng kỹ thuật búp sóng dùng cho hệ thống thông tin di động công nghệ quan tâm nghiên cứu rộng rãi thu kết khả quan, bao gồm thuật toán, thử nghiệm sản phẩm thương mại Đến nay, hệ thống anten sử dụng kỹ thuật khơng cịn khái niệm xa lạ vài năm trước xem công nghệ đầy hứa hẹn cho hệ thống thông tin di động 3G sau 3G nhằm đáp ứng yêu mở rộng dung lượng, vùng phủ tăng chất lượng dịch vụ di động Ngoài phương thức đa truy nhập truyền thống TDMA, FDMA CDMA, với việc sử dụng kỹ thuật búp sóng cho hệ thống anten, hệ thống hỗ trợ phương thức đa truy nhập mới, đa truy nhập theo không gian SDMA, cho phép sử dụng tối đa tài nguyên hệ thống truy nhập vô tuyến (thời gian, tần số, mã không gian) Nhận thấy việc ứng dụng kỹ thuật búp sóng hệ thống anten giải tốt việc cải thiện dung lượng chất lượng hệ thống thông tin di động, nên em chọn đề tài: “ứng dụng kỹ thuật búp sóng sử dụng anten mảng cho hệ thống thông tin tế bào” Đề tài bố cục thành chương, với nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan kỹ thuật búp sóng Chương trình bày khái quát kỹ thuật búp sóng, phân loại kỹ thuật búp sóng ứng dụng kỹ thuật búp sóng Chương 2: Kỹ thuật tạo búp sóng Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng để tạo búp sóng sử dụng với mảng anten, bao gồm búp sóng chuyển mạch búp sóng thích nghi Kỹ thuật tạo búp sóng chuyển mạch đơn giản độ tăng ích chất lượng… Các thuật toán tạo búp sóng thích nghi sử dụng Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 Luận văn Thạc sỹ trọng số để tạo búp sóng đầu theo mong muốn, tiêu chuẩn để chọn trọng số cho đầu tối ưu nghiên cứu Chương 3: Nghiên cứu thuật toán ước lượng hướng đến tín hiệu (DOA) Đây bước quan trọng hệ thống anten sử dụng kỹ thuật búp sóng Sử dụng thuật tốn ước lượng hướng đến xác định xác hướng th bao di động thời điểm, để từ sử dụng tạo búp sóng để tạo búp sóng đầu theo hướng mong muốn Chương 4: Ứng dụng kỹ thuật búp sóng vào hệ thống thơng tin tế bào Chương trình bày số kết mô matlab để hệ thống có sử dụng kỹ thuật búp sóng cải thiện số CIR so với hệ thống khơng sử dụng kỹ thuật búp sóng Từ đó, tăng dung lượng chất lượng hệ thống Cuối phần kết luận đưa số đánh giá dựa quan điểm học viên kết đạt luận văn Với bố cục nội dung vậy, luận văn nghiên cứu khía cạnh liên quan đến cơng nghệ búp sóng hệ anten mảng Việc nghiên cứu công nghệ thực gặp nhiều khó khăn liên quan tới nhiều tham số môi trường vô tuyến, vốn môi trường hở có tính ngẫu nhiên, địi hỏi hàm lượng tính tốn khối lượng kiến thức lớn Vì vậy, cố gắng thực hạn chế thời gian trình độ, chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, học viên mong quý thầy bạn đọc quan tâm, đóng góp ý kiến để luận văn hoàn thiện Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 81 Luận văn Thạc sỹ Chương trình mơ gồm hai phần thiết lập giá trị ban đầu (Status initialization) lặp (loop), cụ thể sau: [Status initialization] Đầu tiên, kích thước cluster định cách thiết lập tham số I J Kích thước cluster tính thơng qua công thức sau: I + J + I ⋅ J (4.2) Ví dụ, I=J=1 kích thước cluster Tiếp theo, dựa kích thước cluster, ta định cách xếp trạm sở (Việc xếp đưa hai chương trình set_D.m stationinit.m Trong đó, chương trình set_D.m xác định khoảng cách hai trạm sở hai tế bào đồng kênh chương trình stationinit.m xác định vị trí trạm sở này) Kết chương trình stationinit.m hình vẽ 4.5 Chúng ta chọn độ cao trạm sở bán kính tế bào (ở đây, ta giả sử bán kính tế bào r = 100 [m]) Hình 4.5 Vị trí trạm sở tế bào sử dụng tần số Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 82 Luận văn Thạc sỹ Thứ hai, ta xác định đặc điểm của độ lợi anten trạm gốc trạm di động Gọi trạm sở trạm di động tế bào thứ i Bi Mi Trong chương trình mơ này, ta giả sử: G HBi (φ ) = G HM i (φ ) = GVBi (φ ) = GVM i (φ ) (i=0,…,18) (4.3) tất góc đến φ trường hợp Mặt khác ta gán giá trị cụ thể cho tham số độ lợi anten trường hợp hợp 1, cụ thể xấp xỉ sau: ⎧10 log10 cos n (φ ),−π / ≤ φ ≤ π / GHBi (φ ) = ⎨ (4.4) ⎩ x, φ ∉ [− π / 2, π / 2] Trong đó, x độ lợi anten theo hướng ngược Tham số n sử dụng để xác định độ rộng búp sóng φ Giá trị không 3dB Giá trị tham số n xác định theo công thức sau: n= log10 / (4.5) log10 cos(θπ / 180) Ta dùng công thức (4.4) để xác định giá trị GHB (φ ) , GHM (φ ) , GVB (φ ) i i i GVM (φ ) i [Loop] Vị trí trạm di động tế bào xác định cách ngẫu nhiên Đầu tiên ta tính tốn khoảng cách Mi Bi để xác định công suất yêu cầu Pi Mi (i=0,…,18) Bằng cách điều khiển Pi, ta thực kỹ thuật điều khiển công suất Kỹ thuật cách có hiệu để cải thiện CIR điều khiển búp sóng Sử dụng kỹ thuật trạm di động điều khiển cơng suất truyền cho phù hợp với khoảng cách trạm di động trạm gốc mong muốn Thứ hai, ta tính tốn khoảng cách trạm gốc trung tâm B0 trạm di động Mi −α tế bào thứ i để tìm mát đường truyền d i Thứ ba, ta tính góc theo phương nằm ngang phương thẳng đứng θ HB , i θ VB từ Bi đến Mi Trong trường hợp 1, Mi có giá trị độ lợi anten lớn i Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 83 Luận văn Thạc sỹ Bi Cụ thể G HM có đỉnh φ = theo (4.4), G HM (0) đạt i i hướng θ HB (i = 0, ,18) Cũng tương tự vậy, độ lợi lớn theo phương nằm i ngang GVM (0) đạt hướng θ VB Tiếp theo, ta tính góc theo i i phương thẳng đứng nằm ngang θ HB θ VB trạm trung tâm B0 Mj 0 (j=1,…18) Sự khác θ HB θ HB , θ VB θ VB sử dụng để tính i i giá trị GHM (θ HB ) GVM (θVB ) j j Tương tự vậy, ta tính góc theo phương nằm ngang phương thẳng đứng θ HM θVM trạm di động M0 trạm gốc B0, giá trị GHB (0) GVB (0) lớn 0 0 tương ứng với góc θ HM θVM Tiếp theo, ta tính góc theo 0 phương thẳng đứng nằm ngang θ HM θVM Mj (j=1,…,18) B0 Sự khác j j θ HM θ HM , θVM θVM sử dụng để tính giá trị j j 0 GHB0 (θ HM j ) GVB0 (θVM j ) Cuối cùng, dựa vào cơng thức (4.1), ta tính CIR cho đường lên trạm gốc trung tâm cho hai trường hợp Sau kết thúc trình lặp (loop), thống kê CIR cho hai trường hợp đưa 4.3 Các kết mơ Hình vẽ 4.6 đưa kết việc cải thiện CIR đường lên trạm sở trung tâm, ta thấy khác biệt lớn hai trường hợp Các tham số dùng chương trình mơ sau: • I = 1, J=1; • G HB (φ ) xác định theo (4.4), đó, x = -100[dB], n=2.41 i ( θ = 60 ); • GVB (φ ) = G HM (φ ) = GVM (φ ) = với góc φ trường hợp không i i i sử dụng kỹ thuật búp sóng; • Độ lệch chuẩn hiệu ứng sigma 0; Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 84 Luận văn Thạc sỹ • Hệ số mát đường truyền alpha = 3.5; • Khơng dùng điều khiển cơng suất; • Độ cao trạm sở 0[m] Hình 4.6 Cải thiện tham số CIR Trong hình vẽ trên, trục ngang biểu thị độ rộng búp sóng trạm sở trục ngang biểu thị khác tham số CIR trạm sở trường hợp trường hợp Nhìn vào hình vẽ ta thấy, độ rộng búp sóng nhỏ khác CIR hai trường hợp lớn, nghĩa tỷ số CIR trường hợp có sử dụng kỹ thuật búp sóng cải thiện Bây giờ, ta thay độ lệch chuẩn hiệu ứng sigma 6.5 (tức có tính đến ảnh hưởng hiệu ứng) nguyên tham số khác, ta thu kết hình vẽ sau: Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 85 Luận văn Thạc sỹ Hình 4.7 Cải thiện tham số CIR trường hợp tính đến hiệu ứng sigma Từ hình vẽ ta thấy rằng, tính đến hiệu ứng sigma, tỷ số CIR trường hợp có sử dụng kỹ thuật búp sóng cải thiện Khi độ lệch chuẩn hiệu ứng sigma cao, tỷ số CIR cải thiện với trạm sở sử dụng kỹ thuật búp sóng Khi sử dụng kỹ thuật búp sóng trạm di động trạm sở, tỷ số CIR cải thiện Hình vẽ sau hiển thị việc cải thiện tỷ số CIR với độ rộng búp sóng khác trạm di động, giá trị độ rộng búp sóng ký hiệu w_HMS ([horizontal] beam width at MS: độ rộng búp sóng theo trục ngang trạm di động) Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 86 Luận văn Thạc sỹ Hình 4.8 Cải thiện tỷ số CIR đồng sử dụng kỹ thuật búp sóng trạm di động trạm sở Trong đó: • I = 1, J=2 (hay kích thước cluster 7); • Độ lệch chuẩn hiệu ứng sigma 6.5; • Hệ số mát đường truyền alpha = 3.5; • Khơng dùng điều khiển cơng suất; • Độ cao trạm sở 0[m] Hình vẽ 4.9 sau biểu thị tỷ số CIR khơng sử dụng kỹ thuật búp sóng giá trị I J thay đổi Ta thấy, kích thước cluster lớn tỷ số CIR cao Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 87 Luận văn Thạc sỹ 4.4 Tổng kết chương Chương tập trung vào mô để làm rõ việc cải thiện tỷ số CIR trạm sở hệ thống thơng tin tế bào sử dụng kỹ thuật búp sóng Ta thấy rằng, hệ thống có sử dụng kỹ thuật búp sóng cho tỷ số CIR lớn so với hệ thống không sử dụng, tức chất lượng tín hiệu nhận cải thiện Từ đó, tăng dung lượng hệ thống cách giảm kích thước tế bào đảm bảo tín hiệu thu đầu thu đủ tốt Do vậy, việc sử dụng kỹ thuật búp sóng trạm sở hay trạm di động cần thiết cho hệ thống thông tin di động tương lai Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 88 Luận văn Thạc sỹ KẾT LUẬN Các hệ thống anten sử dụng kỹ thuật búp sóng trở nên quan trọng tương lai gần Các hệ thống anten sử dụng rộng rãi mạng thông tin vô tuyến khả cải thiện tiêu hệ thống mà đem lại Khơng thế, với hệ thống thông tin di động hệ sau, việc sử dụng kỹ thuật búp sóng hệ thống anten tránh khỏi để cung cấp dịch vụ yêu cầu tốc độ truyền liệu cao Hiện có sản phẩm anten sử dụng kỹ thuật cho hệ thống thông tin di động, việc sử dụng hay khơng mang tính chất tuỳ chọn nhà khai thác Khả cải thiện tiêu hệ thống thông tin tế bào sử dụng kỹ thuật búp sóng lớn Dựa kết phân tích phần mềm Matlab, thấy dung lượng cự ly hệ thống cải thiện đáng kể Chính tính cấp thiết khả cải thiện tốt vậy, nên em chọn đề tài luận văn mình: “Ứng dụng kỹ thuật búp sóng sử dụng anten mảng cho hệ thống thông tin tế bào” Trong luận văn em cố gắng đưa số kết nghiên cứu cách có hệ thống công nghệ anten nhiều phần tử, đặc biệt có đề cập đến việc ước lượng hướng đến tín hiệu, thuật tốn tạo búp sóng Các nội dung nghiên cứu công nghệ bao gồm: Nghiên cứu kỹ thuật tạo búp sóng búp sóng chuyển mạch, búp sóng thích nghi Các thuật tốn dùng để tạo búp sóng thích nghi thuật tốn trung bình bình phương tối thiểu (LMS), thuật tốn nghịch đảo ma trận liên hiệp lấy mẫu nhỏ (SMI) thuật tốn bình phương tối thiểu (RLS) Nghiên cứu kỹ thuật ước lượng hướng đến tín hiệu, phương pháp truyền thống, phương pháp dựa không gian phương pháp giống nhiều Trong phần này, học viên cố gắng trình bày cách tổng quan số thuật toán sử dụng MUSIC, ESPRIT… Nghiên cứu việc áp dụng kỹ thuật búp sóng vào hệ thống thơng tin tế bào Một số kết mô trình bày nhằm việc cải thiện tỷ số CIR hệ thống thông tin tế bào đưa kỹ thuật búp sóng vào sử dụng Qua nâng Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 89 Luận văn Thạc sỹ cao dung lượng chất lượng hệ thống, khắc phục tượng nghẽn mạch điểm nóng Nguyễn Hà Duy – K11 Đ2 90 Luận văn Thạc sỹ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt GS.TS Phan Anh, (2007), Lý thuyết kỹ thuật anten, Nxb Khoa học kỹ thuật Nguyễn Quang Hưng, (2002), Nghiên cứu kỹ thuật xử lý theo không gian thông tin di động, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Viễn thông, Học Viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, Hà nội TS Trịnh Anh Vũ, (2007), Giáo trình thơng tin di động, Nxb Khoa học kỹ thuật Tài liệu tiếng Anh A.J Barabell, (1983), “Improving the Resolution Performance of Eigenstructure – based Direction Finding Algorithms”, IEEE Int’l Conf on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 83, pp.336-339 F Haber and M Zoltowski, (1986), “Spatial Spectrum Estimation in a Coherent Singal Environment Using an Array in Motion”, IEEE Trans on Antennas and Propagation, Vol AP, 34, pp.301-310 Hiroshi Harada and Ramjee Prasad, (2002), Simulation and software radio for mobile communications, chapter 7 I.Ziskind and M Wax, (1988), “Maximum Likelihood Localization of Multiple Sources by Alternating Projection”, IEEE Trans on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol, 36, No.10, pp.1553-1560 J.E Evans, J R Johnson, and D F Sun, (1982), “High Resolution Angular Spectrum Estimation Techniques for Terrain Scattering Analysis and Angle of Arrival Estimation in ATC Navigation and Surveillance System”, M.I.T Lincoln Lab, Lexington, MA, Rep.582 Joseph C LIBERTI, JR and Theodore S RAPPAPORT, (1999), Smart antennas for wireless communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications, Prentice Hall Nguyễn Hà Duy – K11Đ2 91 Luận văn Thạc sỹ 10 John Litva and Titus Kwok-Yeung Lo, (1996), Digital Beamforming in Wireless Communications, chapter 1,2,3,4, Artech House Boston, London 11 K Takao and N Kikuma, (1987), “An Adaptive Array Utilizing an Adaptive Spatial Averaging Technique for Multipath Environments”, IEEE Trans on Antennas and Propagation, Vol AP-35, No.12, pp.1389-1396 12 R.Muhamed and T.S.Rappaport, (1996), “Direction of Arrival Estimation Using Antenna Arrays”, Technical Report MPRG-TR-96-03, Mobile & Portable Radio Research Group, Virginia Tech, Blacksburg, VA 13 R.O.Schmidt, (1979), “Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation”, Proc of RADC Spectrum Estimation Workshop, Griffiss, AFB, NY, pp 243-258 14 R.O.Schmidt, (1986), “Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation”, IEEE Trans on Antennas and Propagation, Vol AP-34, No.3 15 S.V.Schell, Calabretta, W.A.Gardner, B.G.Agee, (1989), “Cycle MUSIC Algorithms for Signal Selective DOA Estimation”, Proc.of the Int’l Conf on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 89, pp.2278-2281 16 S U Pillai and B H Kwon, (1989), “Forward/Backward Spatial Smoothing Technique for Coherent Singal Identification”, IEEE Trans on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol 37, No.1, pp.8-15 17 S V Shell, W.A.Gardner, (1993), “High Resolution Direction Finding”, Chapter 17, K, Bose and C.R Rao, pp 755-817 18 T.W Anderson, (1963), “Asymptotic Theory for Principle Component Analysis,” Ann Math Stat, Vol 34, pp 122-148 19 T.J Shan, M WaxJ, and T Kailath, (1985), “On Spatial Smoothing for Estimation of Coherent Signal,” IEEE Trans on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol ASSP-33, pp.802-811 Nguyễn Hà Duy – K11Đ2 92 Luận văn Thạc sỹ PHỤ LỤC Chương trình mơ việc cải thiện tỷ số CIR mạng thông tin tế bào sử dụng kỹ thuật búp sóng: % Programmed by A.Kanazawa % Checked by H.Harada %%%%%%%%%%%%%%% Status initialization I = 2; % The cluster size is determined from I and J J = % n = J*J + I*I + J*I r = 100; % the radius of the cell[m] h = 0; % the height of the BS[m] D = set_D(I,J,r); % D is distance between two adjacent cochannel cells station = stationInit(D); % determining position of base station xbs = real(station); % The x axis of the BS ybs = imag(station); % The y axis of the BS sigma = 6.5; % standard deviation of shadowing alpha = 3.5; % path loss factor % Characteristics of antenna gain decision for BS w_HBS = 60; % [horizontal]: beam width at BS for the target direction backg_BS = -100; % [horizontal]: antenna gain at BS for the opposite direction [dB] w_VBS = 360; % [vertical]: beam width at BS [degree] % Characteristics of antenna gain decision for MS w_HMS = 360; % [horizontal]: beam width at MS for the target direction [degree] backg_MS = -100; % [horizontal]: antenna gain at MS for the opposite direction [dB] w_VMS = 360; % [vertical]: beam width at MS [degree] if h == 0, % In the case of macro cell situation, w_VBS = 360; w_VMS = 360; %the effect of beam tilt becomes less end % Antenna gain calculation of each BS g_HBS = antgain(w_HBS, backg_BS); g_VBS = antgain(w_VBS, 0); g_HMS = antgain(w_HMS, backg_MS); g_VMS = antgain(w_VMS, 0); Nguyễn Hà Duy – K11Đ2 93 Luận văn Thạc sỹ %%%%%%%%%%%%%%% Loop % -Initialization of MS positions N=3000; % The number of repeat for num = 1:N, Rx = rand(1,19); % the random values: [0-1] Ry = rand(1,19); % the random values: [0-1] X = r*Rx; Y = Ry.* sqrt (r ^2 - X.^2); tx = 2*((rand(1,19)>0.5) -0.5); % the random values: -1 or ty = 2*((rand(1,19)>0.5) -0.5); % the random values: -1 or x= X.* tx; % The x axis of the MS when we regard the position of each BS as (0,0) y= Y.* ty; % The y axis of the MS when we regard the position of each BS as (0,0) x2 = x + xbs.'; % The x axis of the MS when we regard the position of central BS as (0,0) y2 = y + ybs.'; % The y axis of the MS when we regard the position of central BS as (0,0) z(1,:) = x + i * y; % The complex expression of MS The complex expression of MS when we regard the position of each BS as (0,0) z(2,:) = x2+ i * y2; % when we regard the position of central BS as (0,0) d(1,:) = abs(z(1,:)); %The distance between BS_i and MS_i in horizontal axis d(2,:) = abs(z(2,:)); %The distance between central BS and MS_i in horizontal axis d2 = sqrt(d.^2 + h^2); %The distance phai(1,:) = angle(z(1,:)); %The angle difference between BS_i and MS_i [rad] phai(2,:) = angle(z(2,:)); %The angle difference between central BS and MS_i [rad] deg = phai*180/pi; %the conversion of radian to degree if h ==0, degH = 90*ones(1,19); else phaiH = atan(d(2,:)/h); %the elevation angle between central BS and MS_i degH = phaiH*180/pi; % the conversion of radian to degree end % -shadowing -for m = 1:19 g(m) = 10*log10(shadow(sigma)); end Nguyễn Hà Duy – K11Đ2 94 Luận văn Thạc sỹ % - propagation loss Loss(1,:) = 10 * log10(d2(1,:).^alpha); % The propagation loss from MS_i to BS_i [dB] Loss(2,:) = 10 * log10(d2(2,:).^alpha); % The propagation loss from MS_i to BS_0 [dB] Loss_max = 10 * log10(r.^alpha); % The propagation loss from the cell boundary to BS [dB] % Transmission power level of each MS [dB] -Ptm_0= Loss_max*ones(1,19); % no power control %Ptm_0= Loss(1,:) + margin; %power control (with margin [dB] % - Calculation of antenna gain for the target direction deg_B = deg(2,1)-deg(2,:); % the angle difference between the MS_0 and MS_i from central BS deg_M = deg(1,:)-deg(2,:); % the angle difference between the BS_0 and BS_i from MS_i degHBS = mod(round(deg_B),360); degHMS = mod(round(deg_M),360); degVBS = round(degH-degH(1)); % the angle difference in vertical direction between MSs and central BS degVMS = degVBS; % the angle difference in vertical direction between MSs and central BS % -Calculation of CIR at centered BS %Control CIdB_a= Ptm_0(1:19)+g_HBS(degHBS(1:19)+1) + g_VBS(degVBS(1:19)+1) g_HMS(degHMS(1:19)+1) + g_VMS(degVMS(1:19)+1)- Loss(2,1:19)-g(1:19); % Received level at central BS (beam forming) CIw_a = 10.^ ( CIdB_a / 10); % dB isum_a = sum( CIw_a(2:19)); CIR_a(num) = CIw_a(1) / isum_a; %No Control CIdB_o= Ptm_0(1:19)- Loss(2,1:19)-g(1:19); % Received level at centered BS (Omni) CIw_o= 10 ^ ( CIdB_o / 10 ); % dB isum_o = sum( CIw_o(2:19)); CIR_o(num) = CIw_o(1) / isum_o; % -Calculation of CIR under various w_HBS ii = 1; for w_HBS2=30:10:180, g_HBS2 = antgain(w_HBS2, backg_BS); CIdB_a2= Ptm_0(1:19)+g_HBS2(degHBS(1:19)+1) + g_VBS(degVBS(1:19)+1) + g_HMS(degHMS(1:19)+1) + g_VMS(degVMS(1:19)+1)- Loss(2,1:19)- g(1:19); Nguyễn Hà Duy – K11Đ2 + 95 Luận văn Thạc sỹ % Received level at central BS (beam) CIw_a2 = 10 ^ ( CIdB_a2 / 10 ); % dB ciw_a2 = sum( CIw_a2(2:19)); CIR_a2(num,ii) = CIw_a2(1) / ciw_a2; ii = ii+1; end end % -statistics CA = 10 * log10(sum(CIR_a)/N); CO = 10 * log10(sum(CIR_o)/N); % result CA-CO % Improvement end % -Calculation of CIR under various w_HBS CA2= 10 * log10(sum(CIR_a2)/N); CA2-CO plot(30:10:180,CA2-CO, 'k') % CIR improvement when beamwidth at base station varies %************ End of file ************ Nguyễn Hà Duy – K11Đ2 ... quát kỹ thuật búp sóng, phân loại kỹ thuật búp sóng ứng dụng kỹ thuật búp sóng Chương 2: Kỹ thuật tạo búp sóng Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng để tạo búp sóng sử dụng với mảng anten, bao gồm búp sóng. .. tổng quát hệ thống anten mảng sử dụng kỹ thuật búp sóng thích nghi sau: Hình 2.3 Sơ đồ khối anten mảng sử dụng kỹ thuật búp sóng thích nghi Các hệ thống anten mảng sử dụng kỹ thuật búp sóng thích... kỹ thuật búp sóng vào hệ thống thơng tin tế bào Chương trình bày số kết mô matlab để hệ thống có sử dụng kỹ thuật búp sóng cải thiện số CIR so với hệ thống khơng sử dụng kỹ thuật búp sóng Từ đó,