5. Phương pháp nghiên cứu
2.5.2 Tăng dạng chùm
Có hai loại độ lợi liên quan đến kỹ thuật tạo chùm: độ lợi mảng và độ lợi phân tập. Độ lợi mảng được định nghĩa là sự gia tăng của SNR đầu ra trung bình tùy thuộc vào các phần tử ăng ten. Nếu có M số phần tử ăng ten trong một mảng, thì độ lợi của mảng là tối đa M. Một ULA 30 phần tử sẽ cung cấp SNR tốt hơn ULA 10 phần tử. Ví dụ, một tín hiệu hình chữ nhật đến ULA gồm 10 phần tử đẳng hướng từ góc 450 góc phương vị và 00 độ cao. Một bộ định dạng chùm dịch chuyển theo giai đoạn được sử dụng để thu thập tín hiệu có nhiễu và đầu ra được hiển thị trong hình. 2.17. Tín hiệu trở nên mạnh hơn nhiều so với nhiễu khi số lượng phần tử tăng lên trong mảng. Tầng nhiễu giảm khi sự gia tăng của các phần tử ăng tencung cấp SNR tốt hơn. Độ lợi đa dạng được quan sát trong quá trình truyền đa đường. Trung bình trong quá trình mờ dần, đối với một BER nhất định, sự giảm của SNR nhận được trung bình được gọi là độ lợi phân tập.
Hình 2.17: SNR cải thiện với số lượng phần tử ăng ten
Định luật Friis xác định mối quan hệ giữa công suất phát 𝑃𝑡 và công suất nhận
35 2 ( ) 4 r r t t P G G P d (2.8)
Trong đó tất cả các công suất đều theo thang tuyến tính, 𝑑 là khoảng cách giữa máy phát và máy thu, 𝜆 là bước sóng và 𝐺𝑡 và 𝐺𝑟 lần lượt là độ lợi ăng ten máy phát và máy thu. Với một lượng 𝑃𝑡, 𝜆, 𝑑 cho trước, công suất nhận được 𝑃𝑟 phụ thuộc vào lợi ích ăng ten 𝐺𝑟 và 𝐺𝑡. Hơn nữa, các tần số cao hơn trong 5G như 30-300GHz mang lại 𝜆
thấp hơn so với các tần số thấp hơn thông thường. Vì vậy, từ Định luật Friis, có thể dễ dàng hình dung ra rằng nếu không có ăng ten định hướng cao, công suất nhận được trung bình sẽ thấp hơn trong bất kỳ đường truyền nào. Do đó, định dạng chùm tia với mảng chiều cao có thể giúp tăng độ lợi của ăng ten và do đó cải thiện công suất thu được.
Thứ tự phân tập của định dạng chùm đơn (truyền một ký hiệu từ tất cả các ăng ten phát đồng thời bằng cách sử dụng kênh phụ tốt nhất) và định dạng nhiều chùm (ký hiệu truyền S, S> 1) [28]. Các kênh phụ được tách ra khỏi kênh MIMO bằng phương pháp phân rã giá trị đơn lẻ (SVD). Nếu số lượng ăng ten phát là M và số ăng ten thu là N trong hệ thống MIMO, thì chứng tỏ rằng định dạng chùm tia đơn có thể đạt được phân tập không gian cực đại theo bậc của (M.N).
Đối với nhiều dạng chùm tia sử dụng kênh con số S hoặc ký hiệu, thứ tự phân tập sẽ xuất hiện (M-S + 1). (N-S + 1).
Một ăng ten khẩu độ chia sẻ (SAA) được đề xuất cho hệ thống 5G với độ lợi cao và đa dạng mẫu. Khái niệm của SAA là kết hợp một hoặc nhiều ăng ten trong một khẩu độ chia sẻ để có đa chức năng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của các ăng ten khác được chia sẻ trên cùng một nền tảng.
Độ lợi của tia được đo trong một thử nghiệm 5G liên quan đến nguồn tín hiệu nhận được từ giới thiệu di động (M-RSRP) của thiết bị người dùng (UE). Các môi trường trong nhà và ngoài cửa khác nhau đã được chọn để đo và ghi lại M-RSRP. Lưới dầm tương tự (48 chùm cố định) với công suất ngang nhau trên tất cả các chùm đã được sử dụng tại trạm gốc (BS). Độ lợi đo được được so sánh với một ăng ten tham chiếu chùm
36
rộng. Nó được chỉ ra rằng độ lợi định dạng chùm đo được cho các môi trường khác nhau cao hơn độ lợi tham chiếu. Giả sử truyền đồng nhất pha hoàn hảo trên N số chùm tia mạnh nhất, độ lợi tạo chùm lai cũng được đo với hai tùy chọn công suất phát: (1) công suất phân bố bằng nhau trên các chùm và (2) công suất tối ưu hóa tỷ lệ với công suất nhận trong UE. Đối với định dạng chùm tương tự, giới hạn trên được đặt thành 15 dB và đối với giới hạn trên của định dạng chùm lai được đặt thành 16 dB theo các thông số hệ thống.