D = RV3N (2.3) Công thức tính diện tích của một hình lục giác theo bán kính
02 4 68 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Tỷ lệ phẩn trăm hệ thống ăng ten thòng minh trong mạng
3.2 HUỐNG PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ ĂNG TEN THÔNG MINH VÀ CÁC KHÓ KHĂN CAN GIẢI QUYẾT
THÔNG MINH VÀ CÁC KHÓ KHĂN CAN GIẢI QUYẾT
Ý tường về ăng ten thông minh không phải là mới, nhung rõ ràng mãi đến khi gặp môi trường là hệ thống thông tin di dộng, thì tiềm năng cùa ăng ten thông minh mới thực sự được khai thác và phát huy. Từ khi Ericsson và Manesmann Mobifuk trờ thành hãng đẩu tiên cho phép thương mại hóa ăng ten thông minh ương hệ thống GSM, tính hiện thực và lợi ích to lớn của công nghệ ăng ten thông minh trong đời sống con người đã được khẳng định. Điều này dự báo trong tương lai, sự tăng trưởng sử dụng dịch vụ hệ thống thõng tin cá nhân và di động sẽ diễn ra manh mẽ và bén vững, tương ứng với việc phát triển sổ lượng người sử dụng cũng như các dịch vụ số liệu tốc độ cao dược ra dời. Xu hướng này đã được nhận thấy ờ các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 và chắc
Chương 3: Hiện trạng và xu hướng phát triển công nghệ.. 103 chấn sẽ tiếp tục xảy ra đối với các hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 3, trên phạm vi toàn thế giói và trong thòi gian vài
năm tới.
3.2.1 Các khó khăn hiện tại đối với công nghệ ăng ten thông minh
Mặc dù lợi ích của ăng ten thông minh trong thông tin di động là rất nhiều, nhung đây là một công nghệ tinh vi, phức tạp nên việc thực hiện trên thực tế gặp không ít các khó khăn. Sau đây là một số vấn đề cơ bản đang cần được cải tiến, hoàn thiện dể đưa công nghệ ăng ten thông minh áp dụng rộng rãi vào cuộc sống.
a) Sự phức tạp của thiết bị thu phát
Một điểu thấy ngay được là máy thu phát ăng ten thông minh phức tạp hem rất nhiều so với máy thu phát trạm gốc truyền
thống, ăng ten thông minh sẽ cần một chuỗi các máy thu phát riêng rẽ cKo mỗi phẩn tử ăng ten và hiệu chỉnh thời gian thực một cách chính xác cho từng thành phần trong chúng. Thêm vào đó, việc định dạng chùm sóng ăng ten yêu cầu phải có khả năng xử lý mạnh mẽ trên máy tính, đặc biệt là khi dàn ăng ten thích nghi được sử dụng. Điều này có nghĩa là phải có các bộ xử lý dữ liệu rất mạnh.
Trên thực tế, các thuật toán và máy thu SA đã thực hiện được còn rất đơn giản. Để có thê thực hiện được các ăng ten có mức đô thông minh cao hơn, đã và đang rất cán các bộ xử lý có tốc độ cao khả năng xử lý tín hiệu mạnh mẽ. Đây là nhu cầu ngày càng lớn đối vói việc phát triển các thuật toán hiệu quà để bám tín
104 Ang ten tháng minh hiệu và tối ưu hóa thòi gian thực. Vì thế các trạm góc ăng ten thông minh sẽ đắt hơn rất nhiều so vói các trạm gốc thông thường.
b) Yêu cẩu cao về điều hành mạng
Ảng ten thông minh chủ yếu là một công nghệ vô tuyín, nhưng chúng cũng đặt ra những yêu cầu mới trong các chức nâng mạng của hệ thống di đông, chẳng hạn như quàn lý di động và nguồn tài nguyên. Khi một kết nối mới được thiết lập hay một
kết nối đang tồn tại được chuyển giao cho trạm gốc mới, khống có thông tin về góc nào là sẩn sàng cho trạm gốc mới và việc "tìm thấy" trạm di động là cần thiết.
Có thể giải quyết điều này bằng cách cho trạm góc liên tục quét qua ô vói chùm sóng "tìm kiếm" để phát hiện các trạm di động cần tham gia kết nối mới hay một cuộc chuyển giao sắp xảy ra.
Một khả năng khác là sử dụng hệ thống bên ngoài để xác định vị trí, chẳng hạn như hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System).
ơ mức độ một cuộc chuyển giao thì khả năng thứ 3 là các thòng tin định hướng từ ô đang tồn tại được sử dụng để cung cấp một "sự suy đoán khoa học" về việc ô này chuyển kết nối đi cho các ồ nào.
Như đã biết SDMA bao gồm những người sử dụng khác nhau dùng cùng một kênh thông tin vật lý trong cùng Ì ô, chi phân biệt bời góc phương vị. Khi tồn tại xung đột về góc phương vị giữa những người sử dụng, một trong chúng sẽ nhanh chóng
Chương 3: Hiện trạng và xu hướng phát triển công nghệ.. 105 chuyển sang một kênh khác để kết nối không bị mất đi. Điều này có nghĩa là trong các hệ thống cung cấp SDMA một cách đầy đủ, sẽ có các quá trình chuyển giao trong ô nhiều hơn nhiều so với các hệ thống TDMA hay CDMA truyền thống, và như vậy là cần
thiết phải kiểm soát qua mạng nhiều hon, yêu cầu điểu hành mạng cao hơn.
c) Kích thước vật lý của ăng ten thõng minh
Đối vói ăng ten thông minh, để có độ tăng ích chấp nhận được, cần thiết có một dàn ăng ten với một số các phẩn tử nhất định. Dàn tiêu biểu thực tế gồm có'6-10 phần tử phân biệt nằm ngang, được đề nghị cho môi trường di động bẽn ngoài nhà. Khoảng cách cần thiết giữa các phẫn tử là 0,4 - 0,5 độ dài bước sóng. Có nghĩa là một ăng ten 8 phấn tử sẽ xấp xỉ rộng Ì ,2 m ở 900 MHz và 60 em ờ 2 GHz. Mặc dù không quá lớn, kích thước này vẫn gây ra cả một vấn đề, từ việc triển khai ăng ten thông minh ở trạm gốc cho đến khả năng triển khai ăng ten thông minh ở thuê bao di động.
d) Yêu cầu thiết kế vô tuyến và mô hình kênh kháng gian
Một khó khăn cho khâu thiết kế vô tuyến là do các ô đô thị nhỏ, các ăng ten trạm gốc được đặt dưới các nóc nhà nên tín hiệu từ người sử dụng mong muốn và nguồn nhiễu đều có xu hướng đi dọc theo các hẻm, đường phố, như vậy sẽ rất khó khăn để phân biệt chúng về phương vị. Trong trường hợp này, rất cần các mẫu kênh không gian để làm các phép kiểm tra và giúp thiết kế vô
tuyến cho hệ thống SỪ dụng ăng ten thông minh. Hiện nay các
106 Ang ten thang minh về các mẫu kênh không gian chính xác, phù hợp với môi trường sử dụng ăng ten thông minh.
Ngoài một số khó khăn kể trên, còn nhiều các khố khản khác đang làm chậm sự phát triển và úng dụng ăng ten thông1
minh vào thực tế, chẳng hạn như: công nghệ mô-đem chua đáp ứng hoàn toàn cho cấu trúc máy thu; các thuật toán dinh dạng chùm sóng tối ưu chưa thực sự hiệu quả và khó thực hiện...
Vê mặt khách quan, các hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 hiện nay trên thế giới đều đang tiến lên thế hệ 2,5 rối thế hệ 3, vì vậy dôi với phần lòn các nhà khai thác, việc áp dụng ăng ten thông minh ở thê hệ 2 không có lợi bằng chờ đợi dể triển khai nỏ ngay từ đầu ở thế hộ 3.
3.2.2 Xu hướng phát triển công nghệ ăng ten thông minh Tất cả các kỹ thuật và công nghệ đã mô tả ỏ ưên đây đểu có khả năng thực hiện được. Mặc đù còn có nhiều khó khăn, song có thể dự báo trước một sự phát triển ứng dụng ăng ten thông minh theo hướng ngày càng có những giải pháp tiên tiến hơn trong lĩnh vực thõng tin cá nhân và thông tin di động. Sự phát triển này có thể được chia làm 3 giai đoạn:
* Giai đoạn ì: Ăng ten thông minh được sử dụng trong đường lên. Bằng cách sử dụng SA đã tăng được độ khuếch đại ờ trạm gốc, đồng thời cũng làm tăng cà độ nhạy và phạm vi phù sóng. Khái niệm này gọi là HSR (máy thu độ nhạy cao) và vé nguyên tắc không khác gì kỹ thuật phân tập được thực hiện trong những hệ thống thông tin di động ngày nay.
Chưang 3: Hiện trạng và xu hướng phát triển công nghệ. 107 * Giai đoạn 2: Trong giai đoạn này, các chùm sóng ăng ten
định hướng đã được sử dụng ờ dường xuống, kết hợp thêm vói HSR. Theo cách này tăng ích ăng ten được tăng lên ờ cả đường lên và dường xuống, như thế đã thực hiện một bộ lọc không gian ờ cả hai chiểu. Các tần số có thể được sử dụng lại chặt chẽ hơn nữa, vì thế dung lượng hệ thống tăng lên. Phương pháp này được gọi là lọc không gian để giảm thiểu can nhiêu (SFIR), điều này có khả năng được thực hiện trong hệ thống thế hệ 2.
* Giai đoạn ỉ: Là giai đoạn phát triển đa truy nhập phân chia theo không gian một cách đầy đủ (SDMA). Điều này nghĩa là có từ 2 người sử dụng trờ lên được cho phép trên cùng một kênh thông tin vật lý một cách đồng thời và trong cùng một ô, chì khác nhau ờ hướng góc. Khi đó trong hệ thống TDMA, hai người sử dụng sẽ được cho phép với cùng khe thời gian và cùng tần số sóng mang ờ cùng thời điểm và cùng ô.
- Ớ giai đoạn 2, sự tăng dung lượng đi liền với tái sù dụng tần số một cách chặt chẽ cho phép có nhiều sóng mang hơn trong cùng một trạm gốc.
- Ở giai đoạn 3, đạt được thêm sự tăng dung lượng bằng cách cho phép nhiều người sử dụng hơn trên một sóng mang.
Sự thực hiện SDMA trong các hệ thống TDMA thế hệ 2 sẽ khó khăn và có thể không thực hiện được, nhưng SDMA sẽ trở thành một phần tất yếu trong các hệ thống thế hệ thứ 3. Cái gọi là "mức độ thông minh" để mô tà mức độ của sự phát triển kỹ thuật, trong khi các bước phát triển được mô tả ở đây có thể coi như một phần cùa sự phát triển hệ thống.
108 Ang ten thõng minh Ngoài ra khi phát triển đến giai đoạn 3, khả nâng đặc biệt của ăng ten thích nghi sẽ tạo ra nhiều thị trường mới có nhu cẩu ứng dụng công nghệ này, từ những tĩnh vực thông tin liên lạc đến
lĩnh vục quản lý, nghiên cứu, y tế, khẩn cấp, an ninh quốc phồng, v.v...
Sự bắt buộc thực hiện công nghệ ăng ten thông minh còn do ăng ten thông minh cho phép thực hiện kỹ thuật SDMA một cách hoàn hảo nhất. Trong khi nhu cầu về dịch vụ thông tin di động liên tục tăng lên không ngừng, mà phổ tân số vô tuyến khống thay đổi và ngày càng chật hẹp, nên mục tiêu đặt ra hàng đầu của các nhà sản xuất, nhà khai thác thông tin di động là làm sao để hệ thống có dung lượng cao nhất, chất lượng tốt nhất trong giới hạn phổ tần đã cho. Để làm điều đó, đã có nhiều công nghệ đa truy nhập ra đòi và phát triển dựa trên việc khai thác các đặc tính thông tin của túi hiệu, như FDMA khai thác về mặt tần số, TDMA khai thác về mặt thòi gian, CDMA khai thác mã trải phổ, song như vậy vẫn chưa đủ. Trong khi đó thông tin vé mặt không gian của tín hiệu lại chưa được khai thác, vì vậy kỹ thuật SDMA sẽ là sự bắt buộc thực hiện và ăng ten thông minh là công cụ tốt nhất để thực hiện nó, cho dù điểu này còn ờ tương lai.
Nhận xét: Qua các thông tin về tình hình thử nghiệm, sàn xuất và khai thác ăng ten thông minh ờ trẽn, ta thấy rằng mặc dù sự ưu việt và khả năng hiện thực hóa ăng ten thông minh đã được chứng minh trong những năm gần đây, song sự triển khai áp dụng nó rõ ràng còn rất hạn chế, nhất là khả năng thương mại hóa rộng rãi trong mạng thế hệ 2 là không lớn.
Chương 3: Hiện trạng và xu hướng phát triển cõng nghệ. 109 Nguyên nhân của tình trạng này cần phải xem xét không chỉ
ở lĩnh vực kỹ thuật mà còn ở lĩnh vực kinh tế, không chỉ do bản thân công nghệ ăng ten thông minh gây ra mà còn do điểu kiện khách quan quỵ định.
Với sự phát triển tất yếu của khoa học, kỹ thuật, những khó khăn thách thức đối với ăng ten thông minh đang dần được giải
quyết. Nhiều khả năng, công nghệ ăng ten thông minh được dành để phổ biến cho hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3. Các kết quả mới về nghiên cứu, ứng dụng ăng ten thông minh sau này có thể tập trung chủ yếu vào các hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
KẾT LUẬN
Ảng ten thông minh có khả năng rất lớn trong việc cải thiện chì tiêu của hộ thống thông tin di động, giúp hệ thống đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao về chất lượng và khả năng dịch vụ cung cấp. Vì thế công nghệ ăng ten thông minh sẽ trỏ nên rất quan trọng trong tương lai gần và sẽ được sử dụng rộng rãi trong mạng thông tin vô tuyến mặc dù hiện nay công nghệ này còn đang trong giai đoạn tiếp tục được phát triển và hoàn thiện. Không những thế, với các hệ thống thông tin di động thế hệ sau, việc sử dụng ăng ten thông minh sẽ là không thể tránh khỏi để cung cấp các dịch vụ yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao.
Xét riêng vói các mạng vô tuyến tổ ong hiện đang tổn tại như hệ thống GSM hay CDMA, cũng cho phép cải thiện chỉ tiêu rất rõ rệt khi sử dụng ăng ten thông minh. Dựa trên một số phân tích mới thực hiện cho kiểu ăng ten thông minh đơn giản nhất như ăng ten chuyển mạch chùm sóng và các kết quả mô phỏng ăng ten thích nghi, dung lượng và cự ly của hệ thống có thể được cải thiện đáng kể. Khả năng thực hiện ăng ten thông minh cũng đã được khẳng định qua các kết quả thử nghiệm trên thực tế. Có thể vì lý do tạm thời về hiệu quả kinh tế, về trình độ công nghệ, kỹ thuật mà chưa ứng dụng rộng rãi ăng ten thông minh, song với những ưu điểm và ý nghĩa như trên, với sự phát triển không ngừng cùa khoa học kỹ thuật, công nghệ ăng ten thông minh chắc chắn là không thể thiếu và sẽ dược tận dụng khai thác triệt để trong tương lai.
112 Ang ten thông minh Có thể ờ mạng thông tin di động thế hệ 2, ăng ten thông minh không giữ một vai trò quan trọng nhung đến mạng thông tin di đông thế hệ 3 thì ăng ten thông minh sẽ trỏ thành một phán cùa hệ thống.
Không chỉ với các hệ thống thống tin di dộng, khi ăng ten thông minh phát triển đạt đến một trình độ "thông minh" nhất định nào đó thì các khả nâng kỹ thuật, công nghệ cùa ăng ten thông minh sẽ được nhiều lĩnh vực, chuyên ngành khác sử dụng. Tuy các ăng ten thử nghiệm và thương mại hiện nay háu hết
đều dựa trên các thuật toán đơn giản, nhưng càng về sau các
thuật toán ăng ten thông minh ngày càng phức tạp hon và có thể được kết hợp với xử lý theo miền thời gian - không gian (ST), tách sóng đa người sử dụng, hệ thống nhiều ăng ten ở cà máy di động với bài toán đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO)...
Vì vậy, việc đi sâu tim hiểu công nghệ ăng ten thông minh trong môi trường thông tin di động là điểu thực sự cần thiết và có
ý nghĩa lâu dài. Hơn nữa đây là một công nghệ còn mới, chưa có
nhiều nưóc làm chù được nó nên chúng ta có thể tranh thù cơ hội để nắm bắt và tham gia phát triển công nghệ này.
Một trong các khó khăn cùa công nghệ ăng ten thông minh như đã nói ờ trên và cũng rất thiết thực đối với Việt Nam là việc nghiên cứu mô hình kênh vô tuyến cho các mòi trường khác nhau, đây là yếu tố ảnh hường rất nhiều đến chì tiêu hệ thống và cần được quan tâm một cách thấu đáo cho các môi trường cụ thể cùa thành thị và nông thôn Việt Nam.
Kết luận 113 Việc quy hoạch mạng với các công cụ mới đặc thù, sử dụng ăng ten thông minh cũng cần được nghiên cứu phát triển.
Trước tình hình đó, có thể đưa ra một số đề xuất cụ thể để
tiếp tục phát triển vấn để này trong điều kiện nghiên cứu trước mắt như sau:
- Ảng ten thông minh có các mức độ phức tạp rất khác nhau tùy theo từng ứng dụng trong từng điều kiện cụ thể, tương ứng
với hiệu quả mang lại cũng sẽ khác nhau. Mặt khác nhiều nước mới chỉ bắt đầu nghiên cứu, chế tạo, triển khai, nên chúng ta có