Array Antenna)
ăngten dãy thích nghi là một công nghệ để tăng độ tăng ích của tín hiệu mong muốn phụ thuộc môi tr−ờng truyền thông, cải thiện chất l−ợng tín hiệu nhờ triệt nhiễu, và đóng góp vào sự nâng cao dung l−ợng hệ thống, hiệu quả sử dụng phổ tần bằng việc xóa bỏ các sóng vô tuyến không mong muốn, thông qua việc điều khiển một cách thích nghi h−ớng của nhiều ăngten đặt trong cùng một dãy.
Nói cách khác, kỹ thuật này có thể ứng dụng cho chức năng xác định vị trí bằng việc đánh giá h−ớng về của những tín hiệu dựa vào sự sai pha giữa các thành phần ăngten. Kỹ thuật này có thể nâng cao hiệu năng bằng cách tăng số ăngten nh−ng điều đó lại làm tăng các yếu tố mạch điện và tăng sự phức tạp trong xử lý tín hiệu [6]. Do đó vẫn cần phải giải quyết vấn đề tối thiểu hóa các thành phần và đơn giản hóa các chức năng.
Kỹ thuật ăngten dãy thích nghi tiên tiến (Advanced Adaptive Array Antenna):
Trong các hệ thống thông tin di động, fading và tán sắc Doppler tồn tại trong kênh truyền dẫn giữa trạm gốc và đầu cuối di động gây ra sự tăng giảm mức tín hiệu và suy giảm chất l−ợng tín hiệu phát đi. Hệ thống W-CDMA là một trong những hệ thống cho truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao trong môi tr−ờng di động, có ít nhiễu tín hiệu hơn giữa những ng−ời sử dụng, chỗ trũng trong mức tín hiệu nhỏ hơn, và sự suy giảm chất l−ợng phát nhỏ hơn [7].
Tuy nhiên, để tăng nhiều hơn tốc độ truyền dẫn cho hệ thống thông tin di động 4G, công suất phát cần tăng lên, nh−ng điều đó lại dẫn tới tăng nhiễu. Do đó, để duy trì chất l−ợng truyền thông cần hạn chế số l−ợng ng−ời sử dụng có thể liên lạc đồng thời xuống mức thấp. Nói cách khác, tăng công suất phát dẫn tới tiêu thụ công suất nhiều hơn tại thiết bị đầu cuối di động làm ng−ời sử
dụng không đ−ợc thuận tiện. Để không giảm số l−ợng ng−ời dùng liên lạc đồng thời, nhiễu cần phải giảm xuống, và ăngten dãy thích nghi (Adaptive Array Antenna – AAA) đ−ợc xem là một trong những kỹ thuật để giải quyết vấn đề này. AAA đ−ợc triển khai ở các thiết bị trạm gốc bằng việc tích hợp các kỹ thuật thành phần sau:
+ Kỹ thuật định cỡ đ−ờng lên/đ−ờng xuống + Bộ tìm kiếm đ−ờng độ chính xác cao
+ Kỹ thuật tạo chùm số đ−ờng lên/đ−ờng xuống + Bộ giải điều chế nhóm
+ Kỹ thuật truyền dẫn quang
Hình 3.22. Nguyên lý của AAA [9]
ở đ−ờng lên, sóng vô tuyến đ−ợc thu bởi nhiều ăngten (A0-A3). Đối với sóng vô tuyến từ ng−ời dùng, do có sự sai pha từ những đ−ờng truyền khác nhau (d*sinθ) phụ thuộc vào góc tới θ, bằng việc thực hiện trễ phù hợp để bù sự sai khác này ta có thể tăng c−ờng chỉ với tín hiệu mong muốn cần thu và làm suy yếu các tín hiệu khác.
ở đ−ờng xuống, bằng việc thiết lập thích hợp pha của tín hiệu vô tuyến phát ta có thể làm tăng c−ờng chỉ những tín hiệu có một h−ớng cụ thể.
Kỹ thuật ăngten dãy thích nghi đ−ợc triển khai ở các thiết bị trạm gốc. Một số đặc tr−ng đ−ợc mô tả trong hình 3.23. Đ−ờng OMNI biểu diễn ăngten không định h−ớng, còn DoA, OMNI-NLMS chỉ ra các đặc tr−ng của ăngten dãy thích nghi. Để đạt đ−ợc cùng tốc độ lỗi bit BER (Bit Error Rate), AAA yêu cầu công suất ít hơn 6dB so với các ăngten không định h−ớng. AAA có độ tăng ích cao hơn 6dB so với ăngten không định h−ớng, và giá trị này là một giá trị độ tăng ích lý t−ởng. Điều này cho thấy ăngten dãy thích nghi có −u thế là giảm đ−ợc công suất phát giúp cho cải thiện độ nhạy ăngten.
Hình 3.23. Độ tăng ích của AAA [9]
Các kỹ thuật ăngten dãy thích nghi
AAA là một kỹ thuật thực thi định hình búp sóng bằng việc điều khiển pha giữa các tín hiệu của nhiều ăngten, để thu tín hiệu một cách có lựa chọn từ h−ớng mong muốn, để phát các tín hiệu một cách có lựa chọn tới một h−ớng mong muốn. AAA đã đ−ợc tiêu chuẩn hóa trong IMT-2000, và phần này cùng với MIMO đ−ợc nghiên cứu h−ớng về hệ thống di động thế hệ thứ t−, là hệ
thống có hiệu suất sử dụng phổ tần cao. AAA đã đ−ợc triển khai ở các trạm gốc của hệ thống PHS (Personal Handyphone System).
Ưu điểm:
AAA có thể đ−ợc coi là một kỹ thuật cải tiến hiệu năng hệ thống nhờ giảm đ−ợc nhiễu giữa các tín hiệu, nhiễu này luôn tồn tại ở các hệ thống thông tin di động. Có nhiều kỹ thuật giảm nhiễu khác, nh− bộ hủy nhiễu, nh−ng AAA có hiệu suất giảm nhiễu thiết yếu hơn, trong đó nó nâng cao độ tăng ích trên đ−ờng truyền để chống lại nhiễu.
Những vấn đề về kỹ thuật:
Kỹ thuật định hình búp sóng là một kỹ thuật để định hình búp sóng ăngten. Kỹ thuật này sẽ gán độ tăng ích thấp cho h−ớng truyền sinh ra nhiễu, và gán độ tăng ích cao cho h−ớng truyền mục tiêu.
Kỹ thuật theo dõi búp sóng: là kỹ thuật điều khiển động búp sóng ăngten để theo dõi sự chuyển động của thiết bị đầu cuối. Hình 3.25 biểu diễn một ph−ơng thức định hình một búp sóng cho tất cả các h−ớng của đa đ−ờng.
Hình 3.25. Thuật toán theo dõi búp sóng [9]
Lập danh mục búp sóng: là kỹ thuật điều khiển nhiều búp sóng có sự phối hợp với một búp sóng khác để giảm nhiễu tới nhiều thiết bị đầu cuối và các trạm gốc. Khi danh mục búp sóng đ−ợc thực thi tới các thiết bị đầu cuối, thông qua sự phối hợp giữa các trạm gốc, cho phép đạt đ−ợc hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.