Đang tải... (xem toàn văn)
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục Đinh Thị Thái Mai , D01VT i MỤC LỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT . iv DANH MỤC CÁC HÌNH . viii DANH MỤC CÁC BẢNG xi LỜI NÓI ĐẦU . xii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĂNTEN THÔNG MINH 1 1.1 M λ đầu . 1 1.2 Hệ thống ănten thông minh . 1 1.2.1 Khái niệm 1 1.2.2 Nguyên lý hoạt động của ănten thông minh 2 1.2.3 Cấu trúc sắp xếp của các phần tử ănten . 3 1.2.4 Các tham số dàn ănten 4 1.3 Mô hình tín hiệu 5 1.4 Ưu điểm của ănten thông minh trong thông tin di động . 9 1.4.1 Giảm trải trễ và pha đinh đa đường 9 1.4.2 Giảm nhiễu đồng kênh 11 1.4.3 Tăng dung lượng hệ thống và cải thiện hiệu suất phổ . 12 1.4.4 Tăng hiệu suất truyền dẫn . 12 1.4.5 Giảm chuyển giao . 12 1.4.6 M λ rộng tầm sóng 12 1.4.7 Tăng diện tích vùng phủ sóng . 14 1.4.7.1 Mức độ vùng phủ của ănten thu đơn phần tử . 14 1.4.7.2 Mức độ vùng phủ của ănten thu L phần tử 15 1.4.8 Giảm công suất phát trạm di động . 17 1.4.9 Cải thiện chất lượng tín hiệu . 17 1.4.10 Tăng tốc độ dữ liệu . 17 1.5 Tổng kết . 17 CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT TRONG ĂNTEN THÔNG MINH . 19 2.1. Kết hợp phân tập 19 2.1.1 Phân tập chuyển mạch . 19 2.1.2 Phân tập lựa chọn (SD) 20 2.1.3 Phân tập kết hợp tỷ lệ tối đa (MRC) 21 2.1.4 Kết hợp độ lợi cân bằng (EGC) 23 2.1.5 Kết hợp lựa chọn tổng quát hoá GSC (Generalized Selection Combining) 23 2.1.6 Tổng kết . 26 2.2 Tạo búp sóng . 27 2.2.1 Ví dụ về tạo búp sóng . 27 2.2.2 Các loại tạo búp sóng 29 2.2.2.1 Tạo búp sóng tương tự 29 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục Đinh Thị Thái Mai , D01VT ii 2.2.2.2 Tạo búp sóng số . 29 2.2.2.3 Tạo búp sóng không gian phần tử . 29 2.2.2.4 Tạo búp sóng không gian – búp sóng 31 2.2.3 Kỹ thuật tham chiếu thời gian . 34 2.2.3.1 Bình phương trung bình tối thiểu 35 2.2.3.2 Bình phương trung bình tối thiểu chuẩn hoá (NLMS) . 38 2.2.3.3 Nghịch đảo ma trận mẫu (SMI) 39 2.2.3.4 Bình phương tối thiểu đệ quy (RLS) 45 2.2.4 Kỹ thuật tham chiếu không gian - Định cỡ ănten . 47 2.2.5 Thuật toán mô đun hằng (CM) 49 2.3 Tổng kết . 51 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY TRONG HỆ THỐNG WCDMA . 53 3.1 Ănten thông minh tại máy cầm tay 53 3.2 Hệ thống truyền thông vô tuyến thế hệ 3 . 55 3.2.1 Hệ thống 3GPP 56 3.2.2 Hệ thống cdma2000 . 58 3.2 Các lược đồ kết hợp . 59 3.2.1 Kết hợp phân tập 59 3.3.2 Kết hợp tương thích 60 3.3.3 Kết hợp lai ghép 62 3.4 Mô hình kênh 63 3.4.1 Giới thiệu chung về mô hình kênh . 63 3.4.2 Tương quan đường bao . 65 3.4.3 Mô hình kênh pha đinh tương quan không gian và mô hình kênh pha đinh tương quan không chặt . 65 3.4.4 Mô hình kênh pha đinh tương quan đường bao . 67 3.4.5 Thủ tục lấy profile kênh sử dụng GBSB 69 3.4.5.1 Mô hình GBSB . 69 3.4.5.2 Thủ tục lấy profile kênh sử dụng GBSB 70 3.4.6 Mô hình kênh có phađinh logarit chuẩn 72 3.5 Tổng kết . 73 CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY 74 4.1 Hiệu năng của kết hợp phân tập . 74 4.1.1 Môi trường mô phỏng . 74 4.1.2 Các kết quả mô phỏng trong mô hình kênh đường tròn GBSB 75 4.1.3 Các kết quả mô phỏng trong mô hình kênh elip GBSB . 80 4.2 Hiệu năng của kết hợp tương thích 86 4.2.1 Môi trường mô phỏng . 86 4.2.2 Các kết quả mô phỏng cho AC 87 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục Đinh Thị Thái Mai , D01VT iii 4.3 Hiệu năng của kết hợp lai ghép 89 4.3.1 Môi trường mô phỏng cho mô hình GBSB 89 4.3.2 Hiệu năng của DC và AC trong mô hình GBSB 90 4.3.3 Hiệu năng của HC đối với mô hình GBSB 94 4.4 Tổng kết . 96 KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KH¶O . 99 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ và các từ viết tắt Đinh Thị Thái Mai , D01VT iv THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT A AC Adaptive Combining Kết hợp tương thích ADC Analogue – Digital Convert Bộ chuyển đổi tương tự số AOA Angle Of Arrival Góc tới AT- GSC Absolute Threshold Generalized Selection Combining Kết hợp lựa chọn tổng quát hoá ngưỡng tuyệt đối AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gaussian trắng cộng B BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã chuyển mạch Constant Modulus Khối hằng CPICH Common PIlot CHannel Kênh hoa tiêu chung D DC Diversity Combining Kết hợp phân tập DECT Digital European Cordless Telephone Mạng điện thoại không dây số Châu Âu DOA Direction Of Arrival Hướng góc đến DSP Digital Signal Procesor Bộ xử lý tín hiệu số E ECFCM Envelope correlated Fading Channel Model Mô hình kênh pha đinh tương quan đường bao ESPRIT Estimation of Signal Parameters by Rotation Invariance Technique ước tính tham số tín hiệu dựa trên kỹ thuật quay bất biến EGC Equal Gain Combining Kết hợp độ lợi cân bằng F FDMA Frequency Division MultiAccess Đa truy cập phân chia theo tần số Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ và các từ viết tắt Đinh Thị Thái Mai , D01VT v FDD Frequency Division Duplex Ghép song công theo tần số G GBSB Geometrically - Based Single - Bounce Đường bao trên mô hình địa lý GSC Generalized Selection Combining Kết hợp lựa chọn tổng quát GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GPP GPS Global Position System Hệ thống vị trí toàn cầu H HC Hybrid Combining Kết hợp lai ghép I IMT International Mobile Telecommunication Hội thông tin di động quốc tế ITU International Telecommunication Union Liên đoàn viễn thông quốc tế IF Intermidiate Frequency Trung tần L LCFCM Loosely Correlated Fading Channel Model Mô hình kênh pha đinh tương quan không chặt LOS Line Of Sight đường truyền thẳng M MLE Maximum Likehood Estimation Khả năng giống nhất MMSE Minimum Mean Square Error Lỗi bình phương trung bình nhỏ nhất MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ tối đa MSE Mean Square Error Lỗi bình phương trung bình MUSIC MUltiple SIgnal Classification Phân chia đa tín hiệu N NLMS Normalized Least Mean Square Bình phương trung bình tối thiểu chuẩn hoá NT-GSC Normalized Threshold Kết hợp lựa chọn tổng quát Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ và các từ viết tắt Đinh Thị Thái Mai , D01VT vi Generalized Selection Combining ngưỡng chuẩn hoá P PDF Propability Density Function Hàm mật độ phổ công suất PCH Pilot Channel Kênh hoa tiêu PN Pseudo - Noise Giả tạp âm Q QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha toàn phương R RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RLS Recurstive Least Square Bình phương tối thiểu đệ quy S SA Smart Antenna Ănten thông minh SC Selective Combing Kết hợp lựa chọn SCFCM Spatially Correlated Fading channel Model Mô hình kênh pha đinh tương quan không gian SCH Synchronization CHannel Kênh đồng bộ SD Seletive Diversity Phân tập lựa chọn SDMA Space Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo không gian SINR Signal- to – Interference plus Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu SIR Signal - to – Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SLC Square Law Combining Kết hợp theo bình phươngg SMI Sample Matrix Inversion nghịch đảo ma trận mẫu SNR Signal- to- Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm T TDD Time Division Duplex ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access đa truy cập phân chia theo thời gian Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ và các từ viết tắt Đinh Thị Thái Mai , D01VT vii TIA Telecommunication Industry Association Hội công nghiệp viễn thông U UC Unit Controll Đơn vị điều khiển UCFCM Uncorrelated Fading Channel Model Mô hình kênh pha đinh không tương quan W WLAN Wireless Local Area Network Mạng vô tuyến nội hạt Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục các hình Đinh Thị Thái Mai , D01VT viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Dàn ănten thông minh . 2 Hình 1.2: Các loại cấu trúc ănten thông minh . 3 Hình 1.3: Hệ số dàn của dàn ănten tuyến tính với khoảng cách ănten là λ/2 được định hướng tại 0 0 , đáp ứng của mỗi phần tử dàn ănten và mẫu bức xạ do kết hợp cả hai điều kiện trên. 5 Hình 1.4: Hệ số dàn của dàn ănten tuyến tính đồng nhất 8 phần tử với khoảng cách các ănten con là λ/2 và 3λ/2. 6 Hình 1.5: Sơ đồ thu tín hiệu của dàn ănten tuyến tính không gian 6 Hình 1.6: Bộ tạo búp sóng cộng các tín hiệu phần tử ănten gán trọng số 7 Hình 1.7:Minh hoạ thành phần truyền thẳng từ trạm gốc đến trạm di động cho thấy hướng di chuyển của trạm di động, . 10 Hình 1.8: Phổ Doppler tại trạm di động, khi sử dụng một ănten có hướng tại trạm gốc, và một ănten vô hướng tại trạm di động, được so sánh với mô hình Clarke, R = 1km, D= 3km, f m = 100 Hz . 11 Hình 1.9 : Hệ số tầm sóng theo số phần tử của ănten 13 Hình 1.10 : Mức độ phủ phân đoạn cell đối với anten thu đơn phần tử . 15 Hình 1.11 : Mức độ phủ phân đoạn cell đối với anten thu nhiều phần tử 17 Hình 2.1 : Kết hợp phân tập chuyển mạch . 20 Hình 2.2 :Kết hợp phân tập lựa chọn 20 Hình 2.3 : Kết hợp tỷ kệ tối đa. . 23 Hình 2.4: SNR kết hợp của GSC, AT-GSC và NT-GSC 26 Hình 2.5: Bộ thu tạo búp sóng 2 phần tử có tín hiệu mong muốn tại góc 0 0 và tín hiệu nhiễu tại 30 0 , khoảng cách giữa các phần tử là λ/2 28 Hình 2.6: Mẫu búp sóng được tạo ra sử dụng phương trình 1.5 với dàn ănten 2 phần tử với khoảng cách giữa các phần tử là λ/2 và 30 Hình 2.7: Bộ thu tạo búp sóng không gian-phần tử với L phần tử ănten có khả năng định dạng K búp sóng 31 Hình 2.8: Bộ thu tạo búp sóng không gian – búp sóng với L phần tử ănten có khả năng định dạng K búp sóng 32 Hình 2.9: Hệ số dàn, F(Φ,α), của dàn ănten 5 phần tử sử dụng tạo búp sóng không gian – búp sóng cho thấy có thể tạo ra bốn búp sóng trực giao không gian 33 Hình 2.10: Cấu trúc của bộ tạo búp sóng tham chiếu thời gian với L phần tử ănten . 34 Hình2.11:Ví dụ về bề mặt lỗi toàn phương và các trọng số của hệ thống hai phần tử theo hướng âm của gradient để tối thiểu hoá lỗi bình phương trung bình . 36 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục các hình Đinh Thị Thái Mai , D01VT ix Hình 2.12: SINR chuẩn hoá kỳ vọng (SNR), E[ρ 2 ] được đánh giá từ phương trình 3.50, với số lượng mẫu đầu ra dàn khác nhau, theo số lượng các phần tử dàn ănten, được sử dụng để tạo ma trận tương quan chỉ nhiễu hoặc chỉ tạp âm. SNR tại mỗi phần tử ănten là 12.0 dB 41 Hình 2.13: SNR tại đầu ra của bộ kết hợp dàn được xác định b λi SNR tối ưu và mô phỏng theo phương trình 3.67với số lượng mẫu đầu ra dàn khác nhau, theo số lượng các phần tủe của dàn ănten, được sử dụng để tạo ma trận tương quan chỉ nhiễu hoặc chỉ tạp âm. SNR tại mỗi phần tử ănten là 12.0 dB 42 Hình 2.14:SNR chuẩn hoá, ρ i , đối với số lượng các mẫu khác nhau, theo số các phần tử ănten . 44 Hình 2.15: Sơ đồ khối của bộ thu dàn ănten 8x8 phần tử và hệ thống định chuẩn vốn có của Passman và Wixforth cho thấy các cổng phân cực phương ngang và phương thẳng đứng . 49 Hình 3.1: Hệ thống ănten kép cho HDR 53 Hình 3.2 : Bộ cầm tay ănten thông minh cho hệ thống DECT 54 Hình 3.3: Hệ thống ănten thông minh so với hệ thống một ănten. . 55 Hình 3.4: Sơ đồ khối bộ phát đường xuống của hệ thống 3GPP 56 Hình 3.5 : Đường xuống của cdma2000 58 Hình 3.6: Kết hợp phân tập . 60 Hình 3.7: Kết hợp tương thích . 60 Hình 3.8: Bộ kết hợp lai ghép của hệ thống ănten kép . 62 Hình 3.10: Sự khác pha trong dàn ănten tuyến tính. 64 Hình 3.11: Tương quan đường bao đối với khoảng cách ănt . 65 Hình 3.12: Hai mô hình kênh 66 Hình 3.13: Mô hình kênh phađinh tương quan đường bao 67 Hình 3.14: Hai tín hiệu pha đinh Rayleigh trong ECFCM . 68 Hình 3.16: Hình học của mô hình GBSB elip 70 Hình 3.17: Dạng kênh của mô hình elip và đường tròn GBSB . 71 Hình 3.18: Mô hình kênh pha đinh không tương quan. 73 Hình 4.1: Bộ thu ănten thông minh kép với bộ kết hợp phân tập . 74 Hình 4.2: BER với các lược đồ phân tập và hai mô hình kênh . 77 Hình 4.3: BER với các khoảng cách ănten khác nhau . 77 Hình 4.4 : BER với các độ trễ lớn nhất khác nhau . 78 Hình 4.5: BER với số lượng người sử dụng khác nhau 79 Hình 4.6: BER với số lượng đa đường khác nhau 80 Hình 4.7: BER với ba lược đồ kết hợp và hai mô hình kênh 82 Hình 4.8: BER với số lượng người sử dụng khác nhau 83 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục các hình Đinh Thị Thái Mai , D01VT x Hình 4.9: BER với các vận tốc di chuyển khác nhau . 83 Hình 4.10: BER với số lượng đa đường khác nhau 84 Hình 4.11: So sánh BER trong mô hình elip và đường tròn GBSB. 85 Hình 4.12: BER trong mô hình đường tròn và elip GBSB 88 Hình 4.13: BER với các vận tốc khác nhau . 89 Hình 4.14: Hiệu năng của DC và AC với các khoảng cách ănten khác nhau. 91 Hình 4.15: Hiệu năng của DC và AC với các vận tốc di chuyển khác nhau . 92 Hình 4.16: Hiệu năng của DC và AC với các tương quan đường bao khác nhau. 93 Hình 4.17 : Hiệu năng của HC với các vận tốc khác nhau 96 [...]... nten thụng minh ti mỏy cm tay trong h thng WCDMA, gm h thng 3GPP v cdma2000 Chng ó gii thiu mt s cỏc cu trỳc ca h thng nten thụng minh kộp c tớch hp trong cỏc u cui di ng Theo ú, chng cng a ra nhng cu trỳc ca nten thụng minh trong cỏc mụi trng truyn lan khỏc nhau cng nh nten thụng minh s dng cỏc thut toỏn khỏc nhau trong thc t Chng IV: ỏnh giỏ hiu nng ca vic s dng nten thụng minh ti mỏy cm tay khi s... I: Trỡnh by mt cỏch tng quan v nten thụng minh bao gm : Khỏi nim, nguyờn lý hot ng, cu trỳc v cỏc tham s dn nten, mụ hỡnh tớn hiu v nhng li ớch khi s dng nten thụng minh trong h thng thụng tin di ng Chng II: Trỡnh by cỏc thut toỏn c ỏp dng trong nten thụng minh bao gm: kt hp phõn tp v kt hp tng thớch Ngoi vic gii thiu cỏc thut toỏn c s dng trong nten thụng minh, chng cũn a ra nhng phõn tớch, ỏnh giỏ... nghiờn cu nhiu nm nhng cho n nay, nten thụng minh luụn l mt vn thu hỳt s quan tõm ca nhiu ngi inh Th Thỏi Mai , D01VT xii ỏn tt nghip i hc Li núi u Xut phỏt t nhng vn trờn, em ó la chn ti nghiờn cu ca mỡnh l nten thụng minh v ng dng trong WCDMA ti ó i vo nghiờn cu t nhng kin thc c bn nht cho n nhng ng dng mi m ca nten thụng ti mỏy cm tay trong h thng WCDMA Theo ú, ti tin hnh nghiờn cu cỏc ni dung... minh CHNG I: TNG QUAN V NTEN THễNG MINH 1.1 M u Nhng nm gn õy, cựng vi s phỏt trin khụng ngng ca thụng tin di ng, cụng ngh nten trong h thng thụng tin di ng ang rt c quan tõm v ó cú nhiu cụng trỡnh nghiờn cu nhm ỏp ng nhu cu v cht lng phc v cho mng di ng H thng nten thụng minh l mt trong nhng thnh tu quan trng trong cụng ngh nten vi nhiu u im ó ci thin ỏng k cht lng, dung lng mng thụng tin di ng Trong. .. gi l cỏc bỳp súng nhiu x, xut hin trong mu bc x, chỳng ta cú th thy trong hỡnh 1.4 Hin tng ly mu khụng gian dn n s khụng rừ rng trong hng ca cỏc tớn hiu n, iu ny cú ngha l xut hin nhng bn sao ca bỳp súng chớnh trong nhng hng khụng mong mun Hin tng bỳp súng nhiu x trong ly mu khụng gian tng t vi hiu ng gỏn bit danh trong ly mu thi gian Do ú khong cỏch d gia cỏc phn t trong dn phi c chn nh hn inh Th Thỏi... quan v nten thụng minh i mt th bc x ca riờng nú Trc õy, ch cú trm gc mi cú kh nng tớch hp nten thụng minh, cỏc thuờ bao vn phỏt v nhn nng lng mt cỏch ng hng Nhng vi nhng nghiờn cu mi õy, nten thụng minh ó c a vo s dng ti mỏy cm tay V õy cng chớnh l mt trong nhng ni dung m ỏn i vo nghiờn cu 1.2.3 Cu trỳc sp xp ca cỏc phn t nten V trớ ca cỏc phn t nten luụn úng mt vai trũ quan trng trong vic to ra cht... bn nht ca nten thụng minh v cỏc vn liờn quan 1.2 H thng nten thụng minh 1.2.1 Khỏi nim nten thụng minh l mt h thng dn nten gm nhiu phn t nten cú li thp c b trớ trong khụng gian theo mt trt t nht nh v kt ni vi nhau thụng qua mt mch kt ni nten thụng minh cú kh nng thay i th bc x thu hay phỏt (hay núi cỏch khỏc l cỏc bỳp súng) mt cỏch linh hot sao cho thớch hp vi mụi trng tớn hiu trong cell di ng Chc... c to thnh b i cỏc giỏ tr riờng thc ca R, trong khi ú U gm cỏc vect riờng chun n v ca R 1.4 u im ca nten thụng minh trong thụng tin di ng 1.4.1 Gim tri tr v pha inh a ng Tri tr do ng truyn a ng gõy ra, trong ú mt tớn hiu n t cỏc hng khỏc nhau s b tr do i theo cỏc khong cỏch khỏc nhau phớa phỏt, mt nten thụng minh cú th tp trung nng lng theo hng yờu cu, h tr trong vic gim phn x a ng v do ú gim tri tr... quyt nhng vng mc ny Trong h thng nhng gii phỏp ú, nten thụng minh vi nhng u im vt tri ó tr thnh mt gii phỏp quan trng c chỳ ý v la chn nten thụng minh bt u c nghiờn cu t nhng nm 90 v ngy nay ang c trin khai rng rói nhiu ni trờn th gii nten thụng minh giỳp gii quyt vn xuyờn nhiu gia cỏc mỏy di ng nh h ng lờn nhau v tp õm ca mụi trng truyn dn vụ tuyn bng cỏch tng SINR nten thụng minh cũn ci thin tớn... th bc x t cht lng cao trong nten thụng minh l bỳp súng chớnh ln hn rt nhiu so vi cỏc bỳp ph khỏc v hng v phớa thuờ bao mong mun, cỏc nỳt súng ch v phớa cỏc thuờ bao nhiu ng kờnh trong cell ú y y x x x y y x z y x x y z x Hỡnh 1.2: Cỏc loi cu trỳc nten thụng minh Cu trỳc dn ng thng : õy l cu trỳc thụng dng nht vỡ nú n gin, c s dng khi BS c chia thnh nhiu vựng ph súng hỡnh qut Trong cu trỳc ny, khong
