CHƯƠNG III : CÁC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU
3.2. Kỹ thuật đa anten:
Đa anten là tên chung cho cho tập hợp những kỹ thuật dựa trên việc sử dụng nhiều anten ở phía thu/phía phát, và ít nhiều kết hợp với kỹ thuật xử lý tín hiệu, thường được gọi là MIMO. Kỹ thuật đa anten có thể được sử dụng để nâng cao hiệu năng hệ thống, bao gồm làm tăng dung lượng hệ thống (số người dùng trong một ô tăng) và tăng vùng phủ (mở rộng ô) cũng như là làm tăng khả năng cung cấp dịch vụ.
Một trong những đặc tính quan trọng trong cấu hình đa anten là khoảng cách giữa các phần tử anten do quan hệ giữa khoảng cách các anten có mối quan hệ tương quan tương hỗ giữa fading kênh vô tuyến tại các anten khác nhau (được xác định bởi tín hiệu tại các anten). Các anten được đặt xa nhau để độ tương quan fading thấp. Ngược lại, các anten được đặt gần nhau để độ tương quan fading cao, bản chất là các anten khác nhau sẽ có fading tức thời tương tự nhau.
Khoảng cách thực tế cần thiết giữa các anten để độ tương quan cao/thấp phụ thuộc vào bước sóng, tương ứng là tần số sóng mang được sử dụng. Tuy nhiên, nó cũng phụ thuộc vào kịch bản khi triển khai. Trường hợp các anten trạm gốc, môi trường macro-cell (nghĩa là ơ lớn và vị trí anten trạm gốc phải cao), khoảng cách anten vào khoảng 10 bước sóng thì mới đảm bảo độ tương quan thấp, trong khi đó thì khoảng cách anten cho máy đầu cuối di động khoảng nửa bước sóng. Lý do khác nhau giữa trạm gốc với máy đầu cuối di động là do trong kịch bản macro, phản xạ đa đường gây ra fading chủ yếu xuất hiện ở những vùng gần xung quanh máy đầu cuối di động. Do đó, khi nhìn từ vị trí máy đầu cuối thì ta thấy là những đường khác nhau đi đến trong một góc lớn, độ tương quan vẫn sẽ thấp với khoảng cách anten tương ứng nhỏ. Cịn nhìn ở vị trí trạm gốc, những đường khác nhau sẽ đến trong một góc nhỏ hơn nhiều, nên khoảng cách anten phải đủ lớn để độ tương quan thấp.
Trong kịch bản triển khai khác, ví dụ triển khai kịch bản micro-cell với các anten trạm gốc thấp hơn nóc nhà và triển khai trong nhà. Mơi trường trạm gốc lúc này giống với môi trường máy đầu cuối hơn, cho nên khoảng cách giữa các anten trạm gốc sẽ nhỏ hơn vẫn đảm bảo độ tương quan thấp. Các
anten giả thiết ở trên có cùng phân cực. Một cách khác để đạt được độ tương quan fading thấp là áp dụng phân cực khác nhau đối với anten khác nhau. Khi đó các anten có thể được đặt gần nhau.
Kỹ thuật đa anten mang lại những lợi ích khác nhau phụ thuộc vào những mục đích khác nhau:
Nhiều anten phát/thu có thể được sử dụng để phân tập, chống lại fading kênh vô tuyến. Trong trường hợp này, kênh khác nhau trên các anten khác nhau sẽ có độ tương quan thấp. Để đạt được điều đó thì khoảng cách giữa các anten phải đủ lớn (phân tập khơng gian) hoặc sử dụng các anten có phân cực khác nhau (phân tập phân cực).
Nhiều anten phát/thu có thể được sử dụng để ‘định hình’ cho búp sóng anten tổng (búp sóng phía phát và búp sóng phía thu) theo một cách nào đó. Ví dụ, tối đa hóa độ lợi anten theo một hướng thu/phát nhất định hoặc để triệt nhiễu lấn át tín hiệu. Kỹ thuật tạo búp sóng này có thể dựa trên cả độ tương quan cao hoặc thấp giữa các anten.
Độ khả dụng của đa anten phát và thu có thể được sử dụng để tạo ra nhiều kênh truyền song song thông qua giao diên vô tuyến. Điều này mang lại khả năng tận dụng băng thông mà không cần giảm thông tin với cùng cơng suất. Nói cách khác là khả năng cho tốc độ dữ liệu cao với băng tần hạn chế mà không cần thu hẹp vùng phủ. Ta gọi đây là kỹ thuật ghép kênh không gian.
Hệ số tương quan ECC : Chúng ta có thể xác định tương hỗ thơng qua
ảnh hưởng của trường điện từ trên mặt phẳng E, khơng chỉ vậy bên cạnh đó chúng ta có thể sử dụng một cách khác dùng để xác định ảnh hưởng tương hỗ trong anten MIMO đó là hệ số tương quan giữa anten i và anten j trong hệ anten MIMO NxN có thể được xác định dựa trên tham số tán xạ và truyền dẫn thông bằng:
|ρe(i, j , N)|= ∑ n=1 N Si ,N¿ SN , j √|∏ k(¿i , j)[1−∑ n=1 N Si ,N¿ SN , j]|(3.1)
Khi một hệ anten MIMO có 2 phần tử thì hệ số tương quan (ρe) có thể được tính bằng:
ρe= |S11¿ S12+S21¿ S22|2 (1−|S11|2
−|S21|2)(1−|S22|2
−|S12|2)(3.2)
Hệ số tương quan ρe nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Với ρe=0, thì hệ thống sẽ khơng có ảnh hưởng tương hỗ. Và chính vì vậy mà ρe càng tiệm cận về 0 thì ta sẽ có được hệ thống càng tốt. Đối với hệ thống liên lạc không dây thông thường, ρe lớn nhất ở giá trị cho phép là 0,5 và đối với hệ thống truyền thông LTE, ρe=0.3.