Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến
MUC LUC
PHẦN A GIỚI THIỆU
Lời cảm ơn i
Quyết định giao đề tài ii
Nhận xét giáo viên hướng dẫn iii
Nhận xét giáo viên phản biện . iv
Lời nói đầu . v
Mục lục . ix
Liệt kê hình . xv
Liệt kê bảng xxv
PHẦN B NỘI DUNG
Chương 1 Giới thiệu 1
1.1. Anten thông minh là gì? . 1
1.2. Tại sao Anten Thông Minh đang là vấn đề nóng? . 2
1.3. Các lợi ích của Anten thông minh 3
1.4. Anten thông minh bao gồm nhiều lĩnh vực 5
1.5. Tổng quan về đề tài 6
Chương 2 Cơ sở về trường điện tử 8
2.1. Các phương trình Maxwell 8
2.2. Phương trình sóng Helmholtz 9
2.3. Sự lan truyền trong hệ tọa độ vuông góc . 11
2.4. Sự lan truyền trong hệ tọa độ cầu 13
2.5. Các điều kiện bờ của trường điện 14
2.6. Các điều kiện bờ của trường từ 17
2.7. Sự phản xạ sóng phẳng và hệ số truyền sóng 19
2.7.1. Tia tới vuông góc 19
2.7.2. Sự tới xiên góc (tia tới bị lệch) . 22
2.8. Sự lan truyền trên mặt đất phẳng . 26
2.9. Nhiễu xạ lưỡi dao . 29
Chương 3 Cơ sở về anten 32
3.1. Các vùng trường anten . 32
3.2. Mật độ công suất (power density) 34
3.3. Cường độ bức xạ (radiation intensity) . 38
3.4. Các thuật ngữ anten cơ bản 39
3.4.1. Đồ thị của anten . 39
3.4.2. Antenna boresight 41
3.4.3. Đồ thị của mặt phẳng cơ sở (Principal plane pattern) . 41
3.4.4. Độ rộng búp sóng . 42
3.4.5. Độ định hướng (Directivity) 43
3.4.6. Góc khối của anten (Beam solid angle) . 44
3.4.7. Độ tăng ích (độ lợi) 44
3.4.8. Diện tích hiệu dụng (effective aperture) 45
3.4.9. Độ rộng giữa các giá trị không đầu tiên (BWFN: Beamwidth Between
First Nulls) . 46
3.4.10. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP :Equivalent
Isotropically Radiated Power) 46
3.4.11.Mức bức xạ phụ của anten và tỉ số trước sau (Front to Back Ratio) . 46
3.5. Phương trình truyền dẫn Friis 46
3.6. Vectơ điện áp từ và trường xa 47
3.7. Anten tuyến tính . 49
3.7.1. Anten dipole vô cùng bé 49
3.7.2. Anten dipole có độ dài hữu hạn. 51
3.8. Anten vòng . 54
3.8.1. Vòng của dòng phasor hằng 54
Chương 4 Cơ sở về anten mảng . 58
4.1. Anten mảng tuyến tính . 59
4.1.1. Anten mảng hai phần tử . 59
4.1.2. Anten mảng tuyến tính N phần tử đồng dạng 61
4.1.3. Anten mảng tuyến tính hướng tính N phần tử đều 69
4.2. Chỉnh bù anten mảng . 73
4.2.1. Anten mảng có trọng số và anten mảng lái búp 81
4.3. Anten mảng vòng . 82
4.3.1. Anten mảng vòng lái búp . 83
4.4. Anten mảng phẳng hình chữ nhật 85
4.5. Anten mảng búp cố định 87
4.5.1. Ma trận Butler 87
4.6. Loại bỏ búp phụ cố định 90
4.7. Anten mảng hướng Retro . 92
4.7.1. Anten mảng hướng Retro thụ động . 93
4.7.2. Anten mảng hướng Retro chủ động . 94
Chương 5 Khảo sát đặc tính một số anten trong thực tế và bằng phần
mềm PCAAD 95
5.1. Giới thiệu ATS05 và phần mềm AMITEC ANTENNA PLOTTING . 95
5.1.1. Bộ ATS05 . 95
5.1.2. Phần mềm AMITEC ANTENNA PLOTTING 100
5.1.3. Phần mềm PCAAD . 101
5.2. Khảo sát các anten thực tế dùng ATS05 và phần mềm AMITEC ANTENNA
PLOTTING 104
5.2.1. Các anten khảo sát 104
5.2.2. Anten dipole 106
5.2.3. Anten monopole . 114
5.2.4. Anten yagi 117
5.2.5. Patch anten 123
5.2.6. Anten vòng vuông . 130
5.2.7. Anten hình chữ V 131
5.2.8. Mảng broadside . 138
5.2.9. Mảng enfire . 154
5.3. Nhận xét . 156
Chương 6 Cơ sở về biến ngẫu nhiên và quá trình xử lí ngẫu nhiên 158
6.1. Định nghĩa biến ngẫu nhiên . 159
6.2. Hàm mật độ xác xuất . 159
6.3. Kỳ vọng và moment . 161
6.4. Các hàm mật độ xác xuất thông dụng 163
6.4.1. Mật độ Gaussian 163
6.4.2. Mật độ Rayleigh 164
6.4.3. Mật độ đều (Uniform density) 165
6.4.4. Mật độ hàm mũ 166
6.4.5. Mật độ Rician 168
6.4.6. Mật độ Laplace 168
6.5. Quá trình dừng và tính chất Ergodic 169
6.6. Quá trình tự tương quan và mật độ phổ công suất . 171
6.7. Ma trận tương quan 173
Chương 7 Các đặc tính của kênh truyền sóng . 175
7.1. Mô hình mặt đất phẳng 176
7.2. Cấu tạo kênh truyền đa đường . 180
7.3. Các kênh truyền sóng cơ bản . 181
7.3.1. Fading 181
7.3.2. Mô hình Fading nhanh . 182
7.3.3. Đáp ứng xung của kênh truyền 193
7.3.4. Hình bao độ trễ công suất 194
7.3.5. Dự đoán đường bao độ trễ công suất . 197
7.3.6. Đường bao góc công suất 197
7.3.7. Dự đoán độ mở rộng của góc . 201
7.3.8. Đường bao góc trễ công suất . 204
7.3.9. Sự phân tán kênh 205
7.3.10. Mô hình kênh fading chậm 207
7.4. Cải thiện chất lượng tín hiệu 209
7.4.1. Sự cân bằng 210
7.4.2. Phân tập 212
7.4.3. Mã hóa kênh 214
7.4.4. MIMO 215
Chương 8 Các phương pháp ước lượng hướng góc tới . 218
8.1. Cơ sở về đại số ma trận 219
8.1.1. Một số kiến thức cơ bản về Vector 219
8.1.2. Một số kiến thức cơ bản về ma trận . 220
8.2. Ma trận tương quan mảng 224
8.3. Các phương pháp ước lượng AOA 226
8.3.1. Ước lượng AOA Bartlett . 226
8.3.2. Ước lượng AOA Capon . 228
8.3.3. Ước lượng AOA dự báo tuyến tính . 229
8.3.4. Ước lượng AOA entropy cực đại 231
8.3.5. Ước lượng AOA phân tích hài Pisarenko 232
8.3.6. Ước lượng AOA chuẩn bé nhất (Min-norm) . 233
8.3.7. Ước lượng AOA MUSIC . 235
8.3.8. Ước lượng AOA Root-MUSIC . 239
8.3.9.Ước lượng AOA ESPRIT 244
Chương 9 Anten thông minh . 249
9.1. Giới thiệu 249
9.2. Lịch sử phát triển của anten thông minh 251
9.3. Cơ sở về việc định dạng búp sóng có trọng số cố định 253
9.3.1. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu cực đại 253
9.3.2. Sai số bình phương trung bình nhỏ nhất (MSE) 260
9.3.3. Hợp lý cực đại (Maximum likelihood) 264
9.3.4. Phương sai nhỏ nhất . 266
9.4. Định dạng búp sóng thích nghi 269
9.4.1. Bình phương trung bình thối thiểu (LMS) 270
9.4.2. Nghịch đảo ma trận mẫu 273
9.4.3. Bình phương đệ quy bé nhất (RLS) . 277
9.4.4. Hằng số Modulus . 282
9.4.5. Bình phương bé nhất hằng số Modulus . 284
9.4.6. Phương pháp gradient liên hợp 291
9.4.7. Trải chuỗi trọng số anten mảng . 295
9.4.8. Mô tả về bộ thu SDMA mới 298
Chương 10 Tăng độ phủ sóng và tăng dung lượng trong mạng 3G 307
10.1.Quỹ đường truyền và độ phủ sóng 308
10.1.1.Các thông số của trạm di động (MS) . 308
10.1.2.Các thông số của trạm gốc . 308
10.1.3.Các thông số hệ thống 309
10.1.4.Margin 309
10.1.5.Một số thông số khác . 309
10.1.6.Độ dự trữ pha-đing (Fade Magin) 310
10.1.7.Độ tin cậy (Diện tích Cell) . 311
10.1.8.Tải lưu lượng CDMA 312
10.2.Dịch vụ thoại . 313
10.3.1.Quỹ đường lên . 313
10.3.2.Quỹ đường xuống 314
10.3.Các ứng dụng dữ liệu 318
10.4.Giới hạn về độ phủ sóng và dung lượng mạng . 322
10.4.1.Các giới hạn về độ phủ sóng 323
10.4.2.Các giới hạn về dung lượng mạng . 324
10.5.Tác động của anten thông minh đến độ phủ sóng và dung lượng đường
uplink 325
10.6.Tác động của anten thông minh đến dung lượng đường downlink 329
10.6.1.Phân tập phát 330
10.6.2.Định dạng búp sóng . 334
10.6.3.Môi trường Microcell 336
10.7.Tổng kết 337
Chương 11 Anten thông minh trong các trạm di động . 339
11.1.Thiết kế MS đa anten 341
11.2.Các kỹ thuật kết hợp 345
11.2.1. Phân tập lựa chọn (chuyển đổi) . 345
11.2.2. Kết hợp tỉ số tối đa (Maximal Ratio Combining: MRT) . 346
11.3.Định dạng búp sóng thích nghi hay việc kết hợp tối ưu . 346
11.4.Kích thước máy thu RAKE . 351
11.5.Các ảnh hưởng của việc ghép hỗ cảm . 352
11.6.Tăng chất lượng anten đôi . 353
11.7.Tăng dung lượng đường xuống . 356
11.8.Tổng kết 358
Chương 12 Anten thông minh trong hệ thống MIMO 360
12.1.Nguyên lý của hệ thống MIMO 361
12.1.1 SISO . 362
12.1.2 SIMO . 362
12.1.3 MISO . 363
12.1.4 MIMO 364
12.2.Các phương pháp phát tín hiệu . 365
12.2.1. Water Filling 366
12.2.2. Cấp phát công suất đồng nhất 367
12.2.3. Định dạng búp sóng . 367
12.2.4. Lái búp . 367
12.3.Các phương pháp MIMO 367
12.4.Thuận lợi của MIMO và các vấn đề chính về chất lượng . 368
12.5.Đặc tính truyền dẫn RF . 369
12.6.Môi trường SINR 369
12.7.Đa hợp theo không gian 370
12.8.Kết luận . 373
Chương 13 Tổng kết, hướng phát triển và chương trình mô phỏng . 374
13.1.Tổng kết 374
13.2.Hướng phát triển . 375
13.3.Chương trình mô phỏng 375
13.3.1. Ước lượng AOA Bartlett . 377
13.3.2. Ước lượng AOA Capon . 377
13.3.3. Ước lượng AOA dự báo tuyến tính . 378
13.3.4. Ước lượng AOA entropy cực đại 379
13.3.5. Ước lượng AOA phân tích hài Pisarenko 380
13.3.6. Ước lượng AOA chuẩn bé nhất (Min-norm) . 381
13.3.7. Ước lượng AOA MUSIC . 382
13.3.8. Ước lượng AOA Root-MUSIC . 383
13.3.9.Lưu đồ giải thuật 384
PHẦN C PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC I Tài liệu tham khảo 391
PHỤ LỤC II Các thuật ngữ viết tắt . 411
8 trang |
Chia sẻ: banmai | Lượt xem: 3206 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
PHẦN B
NỘI DUNG
Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến Trang 1
Chương 1 Giới thiệu
Chương
1
Giới thiệu
Đề tài này được thực hiện nhằm lý giải về lợi ích rất lớn của việc phát triển nhanh
chóng lĩnh vực anten thông minh. Mặc dù anten thông minh đã xuất hiện trong khoảng
hơn 40 năm, nhưng các ứng dụng không dây đòi hỏi phải dùng anten thông minh đang
phát triển theo hàm mũ. Mặt khác, các thuật toán điều khiển anten thông minh gần đây
đã gần như hoàn hảo và cực kỳ hiệu quả trong môi trường đa đường phân tán và môi
trường đa đường động. Do đó, anten thông minh đang trở thành một phần không thể
thiếu trong việc gia tăng chất lượng của vô số ứng dụng không dây. Kỹ thuật mới này
có một vai trò chính trong tất cả các dạng hệ thống không dây từ điện thoại di động tới
các dịch vụ thông tin công cộng (PCS) cho tới radar. Đề tài này sẽ không chỉ ra nhiều
ứng dụng đặc trưng mà sẽ giới thiệu tới người đọc các bản chất cơ bản là cơ sở của
anten thông minh. Một nền tảng vững chắc là rất cần thiết nếu muốn hiểu đầy đủ về
khả năng ứng dụng và các lợi ích của công nghệ đang phát triển rất nhanh này.
1.1. Anten thông minh là gì?
Thuật ngữ “anten thông minh” nói chung là để chỉ bất kỳ anten mảng nào, được nối
đến bộ xử lý tín hiệu phức tạp, bộ xử lý này có thể hiệu chỉnh hay làm thích nghi các
đồ thị búp sóng của chính nó để làm nổi bật các tín hiệu có ích và tối thiểu các tín hiệu
nhiễu.
Anten thông minh thường bao gồm cả hai hệ thống thích nghi chuyển búp và định
dạng búp. Các hệ thống chuyển búp sẽ chứa một vài mẫu búp sóng cố định trong đó,
qua đó, búp sóng tới sẽ được chọn khi muốn truy cập tại bất kỳ thời điểm cho trước
nào, tùy thuộc vào các yêu cầu của hệ thống. Các hệ thống thích nghi định dạng búp
Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến Trang 2
Chương 1 Giới thiệu
cho phép anten lái búp tới bất kỳ hướng nào có ích đồng thời cũng làm triệt các tín
hiệu nhiễu. Khái niệm anten thông minh trái ngược với búp cố định “anten đổ”, không
làm thích nghi đồ thị bức xạ của nó tới môi trường trường điện từ thường xuyên thay
đổi. Trong những năm trước, anten thông minh được gọi là anten mảng thích nghi
hoặc các anten mảng định dạng búp sóng bằng số. Thuật ngữ mới này phản ánh đúng
kỹ thuật “thông minh” của chúng ta ngày nay và chỉ ra một cách rõ ràng hơn rằng một
anten mảng thích nghi được điều khiển bởi quá trình xử lý tín hiệu tinh vi.
Hình 1.1 (a) Anten mảng truyền thống (b) Anten thông minh
Hình 1.1 cho thấy dạng rút gọn của hai loại anten mảng. Đầu tiên là một mảng búp
sóng cố định, truyền thống, tại đây búp sóng chính có thể được lái bằng cách xác định
các trọng số mảng ̅. Tuy nhiên, cấu hình này không phải là thích nghi cũng như
thông minh
Mảng thứ hay trong hình là một anten thông minh được thiết kế để thích nghi với
môi trường tín hiệu thay đổi để tối ưu hóa một thuật toán cho trước. Một tiêu chuẩn tối
ưu hóa, hay hàm giá trị, thường được xác định dựa theo các đòi hỏi có thể làm được.
Trong ví dụ này, hàm giá trị được xác định bằng biên độ của bình phương lỗi, | | ,
giữa tín hiệu mong muốn d và ngõ ra mảng y. Các trọng số mảng ̅ được hiệu chỉnh
đến khi ngõ ra phù hợp với tín hiệu mong muốn và hàm giá trị là tối thiểu. Việc này sẽ
cho ra mẫu bức xạ tốt nhất.
1.2. Tại sao Anten Thông Minh đang là vấn đề nóng?
Có hai lý do dẫn đến việc phát triển nhanh chóng về nhu cầu sử dụng anten thông
minh. Thứ nhất, công nghê đòi hỏi tối độ chuyển đổi tương tự sang số ADC nhanh và
tốc độ xử lý tín hiệu số nhanh đang phát triển ở mức báo động. Mặc dù khái niệm về
anten thông minh đã hình thằng trong khoảng thập niên 50 [1-3], công nghệ này để
thoã mãn sự cần thiết về tốc độ và các phép toán khổng lồ bằng máy tính đã xuất hiện
gần đây. Anten thông minh trong giai đoạn đầu, hay các mảng thích nghi, có khả năng
Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến Trang 3
Chương 1 Giới thiệu
bị giới hạn vì các thuật toán thích nghi thường được bổ sung trong phần cứng tương tự.
Cùng với sự phát triển của ADC và xử lý tín hiệu số (DSP), hai kỹ thuật này trước đây
được thực hiện thông qua phần cứng và bây giờ có thể được thực hiện nhanh chóng và
bằng kỹ thuật số [4]. Các bộ ADC có độ phân giải trong khoảng 8 tới 24 bits, và tốc độ
lấy mẫu xấp xỉ 20 Gigasamples/s [5]. Trong thời đại ngày nay, các bộ chuyển đổi dữ
liệu siêu dẫn sẽ có thể lấy mẫu dữ liệu với tốc độ lên đến 100 Gsa/s [6]. Qua đó, ta có
thể số hóa trực tiếp hầu hết các tín hiệu âm tần (RF) trong nhiều ứng dụng không dây.
Điều này làm cho hầu hết các quá trình xử lý tín hiệu được thực hiện bằng phần mềm
ở đầu bộ thu. Ngoài ra, DSP có thể được thực hiện bằng quá trình xử lý song song với
tốc độ cao khi sử dụng các FPGA. Các FPGA trên thị trường bây giờ có tốc độ lên tới
256 BMACS
1. Do đó, các lợi nhuận của việc tích hợp anten thông minh có thể phát
triển mạnh một khi sự phát triển theo cấp số nhân của kỹ thuật số tiếp tục phát triển.
Thứ hai, nhu cầu của thế giới về mọi dạng thông tin và cảm biến không dây tiếp tục
phát triển với tối độ nhanh. Anten thông minh là một kết quả thực tế về việc xử lý tín
hiệu mảng thích nghi và có một chuỗi các ứng dụng thú vị. Các ứng dụng này bao
gồm: thông tin di động không dây [7], đo đạc phần mềm vô tuyến [8, 9], nạng không
dây cục bộ (WLAN) [10], vòng nội bộ không dây (WMAN) [12], các dịch vụ thông tin
vệ tin cá nhân địa tĩnh, rada [13], rađa mọi nơi [14], nhiều dạng cảm biến từ xa, mạng
di động ad hoc (MANET) [15], các thông tin tốc độ cao [16], thông tin vệ tin [17], hệ
thống MIMO [18], và hệ thống đa dạng sóng [19].
Sự phát triển nhanh chóng của riêng viễn thông là đã đủ để làm tăng dung lượng và
tốc độ của hệ thống khi kết hợp với anten thông minh. Theo như dự án của Hoa Kỳ thì
sẽ đầu tư 137 triệu USD vào viễn thông trong năm 2006. Các chỉ tiêu toàn cầu về viễn
thông đang nhanh chóng đạt đến mức 3 ngàn tỷ USD
1.3. Các lợi ích của Anten thông minh
Anten thông minh có rất nhiều lợi ích quan trọng trong các ứng dụng không dây cũng
như là các cảm biến như rađa. Trong thế giới của các ứng dụng không dây di động,
anten thông minh có thể làm tăng dung lượng hệ thống bằng cách hướng các tia hẹo
đến thuê bao có ích, trong khi triệt đi các thuê bao không có ích còn lại. Việc này tạo
ra một tỉ số tín hiệu trên nhiễu cao hơn, mức công suất thấp hơn, và có thể tái sử dụng
tần số nhiều hơnn trong cùng một cell. Khái niệu này được gọi là đa truy cập phân chia
theo không gian (SDMA). Tại Hoa Kỳ, hầu hết các trạm gốc đều sectơ hóa mỗi cell
với góc 120O như hình 1.2a. Điều này sẽ làm tăng dung lượng hệ thống lên gấp 3 lần
trong một cell bởi vì các thuê bao trong mỗi 3 sectơ này có thể chia sẽ cùng nguồn tài
nguyên phổ với nhau. Hầu hết các trạm gốc có thể được điều chỉnh để trang bị anten
thông minh trong mỗi sectơ. Do đó, các sectơ 120O có thể được chia nhỏ hơn như hình
1.2b. Việc chia nhỏ hơn này giúp có thể sử dụng mức công suất thấp hơn, làm tăng
dung lượng hệ thống và băng thông.
1
BMACS: Billion multifly accumlates per second
Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến Trang 4
Chương 1 Giới thiệu
Một lợi ích khác của anten thông minh là có thể làm giảm các ảnh hưởng có hại
của hiệu ứng đa đường. Như sẽ đề cập ở chương 8. một thuật toán hằng số module để
điều khiển anten thông minh có thể được hoàn thành để triệt đi các tín hiệu đa đường.
Việc này sẽ làm giảm pha đinh một cách đột ngột ở tín hiệu thu. Tốc độ dữ liệu sẽ cao
hơn vì anten thông minh có thể đồng thời vừa giảm can nhiễu cùng kênh vừa giảm
hiệu ứng pha đinh đa đường. Việc giảm đa đường không chỉ đem lại lợi ích cho thông
tin di động mà còn cho nhiều ứng dụng của hệ thống rađa khác.
Hình 1.2 (a) Đã sectơ hóa (b) Anten thông minh
Anten thông minh có thể được dùng để nâng cao các kỹ thuật tìm phương (DF)
bằng kỹ thuật chính xác hơn đó là kỹ thuật tìm góc tới (AOA) [20]. Việc tích hợp một
mảng rất lớn các kỹ thuật ước lượng phổ sẽ làm cô lập AOA bằng thuật toán hiệu
chỉnh góc, thuật toán này sẽ khuếch đại độ phân giải của mảng ướng lượng phổ đó lên.
Phần này sẽ được đề cập chi tiết hơn ở Chương 7. Việc ước lượng chính xác góc tới
(AOA) thì rất hữu dụng đặc biệt là trong các hệ thống rađa trong vấn đề giải quyết
hiện tượng vật ảnh hoặc vật di chuyển. Khả năng tìm phương (DF) của anten thông
minh cũng có thể làm mở rộng phạm vi cung cấp dịch vụ trong hệ thống không dây vì
nó có thể làm tăng khả năng xác định vị trí của một thuê bao di động đặc biệt. Ngoài
ra, anten thông minh thậm chí có thể hướng dãy búp sóng chính về phía các tín hiệu có
ích khi không có tín hiệu tham chiếu hoặc chuỗi huấn luyện cho trước. Khả năng này
được gọi là định dạng búp sóng mù.
Anten thông minh cũng là một phần trong hệ thống thông tin MIMO [18] và trong
hệ thống rađa MIMO đa dạng sóng [21, 22]. Vì mỗi dạng sóng khác nhau được phát từ
một phần tử trong dãy anten phát và được kết hợp lại tại dãy anten thu, khi đó anten
thông minh sẽ có vai trò trong việc xác định các mẫu bức xạ để làm tối ưu khả năng
nhận diện tín hiệu đa đường. Đối với hệ thống rađa MIMO, anten thông minh có thể
khai thác tính độc lập giữa các tín hiệu khác nhau tại mỗi dãy phần tử nhằm sử dụng
phương pháp mục tiêu nhấp nháy đối với các tín hiệu có chất lượng đã được tăng, để
tăng độ phân giải, và để làm giảm tín hiệu dội [19].
Nhiều lợi ích của anten thông minh sẽ được trình bày chi tiết hơn ở Chương 7 và 8.
Tóm lại, nhóm thực hiện sẽ liệt kê các lợi ích có thể có của anten thông minh như sau:
Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến Trang 5
Chương 1 Giới thiệu
Tăng dung lượng hệ thống
Băng thông cho phép sẽ cao hơn
Đa truy cập phân chia theo không gian
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu cao hơn
Tăng khả năng tái sử dụng tần số
Triệt hoặc lái búp phụ sang hướng không
Giảm đang kể hiệu ứng đa đường
Khôi phục hằng số module thành tín hiệu điều pha
Thích nghi mù
Tăng khả năng ước lượng hướng góc tới và hướng tới
Đổi track ngay lập tức đối với nguồn di động
Giảm vết đốm trong hiện tượng ảnh rađa
Triệt tín hiệu dội
Tăng góc truy cập rỗi
Tăng độ phân giải của chuỗi anten
Tương thích MIMO ở cả thông tin và rađa
1.4. Anten thông minh bao gồm nhiều lĩnh vực
Vấn đề chung của anten thông minh là sự hợp nhất cần thiết giữa các lĩnh vực liên
quan như trường điện từ, anten, lan truyền sóng, thông tin, xử lý ngẫu nhiên, lý thuyết
thích nghi, ước lượng phổ, và xử lý tín hiệu mảng. Hình 1.3 giải thích tính quan hệ
giữa mỗi lĩnh vực.
Hình 1.3 Biểu đồ Venn về mối quan hệ của các lĩnh vực liên quan đến anten
thông minh.
Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến Trang 6
Chương 1 Giới thiệu
Nhiều thực nghiệm trước đây đã được thực hiện để mô tả anten thông minh từ cái
nền của một lĩnh vực đơn lẻ; tuy nhiên, cái nhìn thiển cận này chỉ lôi cuốn một thành
phần nhỏ các kỹ sư thông tin và không mang lại sự đánh giá đầy đủ về chủ đề có giá trị
này. Không một kỹ sư một lĩnh vực nào có thể đứng vững trong lĩnh vực đang phát
triển cực nhanh này. Chủ đề của anten thông minh vượt xa các ứng dụng đặc trưng và
do đó nó xứng đáng trở thành một vấn đề toàn cầu. Để hiểu về nền tảng của anten
thông minh, cần phải có một người hội đủ các kiến thức về các lĩnh vực liên quan. Một
người có thể hợp nhất một số lĩnh vực ở Hình 1.3 lại thành một danh sách nhỏ hơn.
Tuy nhiên, đặc biệt hơn cả là từng lĩnh vực đặc trưng đó sẽ đóng góp một phần kiến
thức của nó vào kho tàng kiến thức của anten thông minh. Do đó, đề tài này là một
biểu mẫu để xem xét tất cả các lĩnh vực đó và gắn kết chúng vào một vấn đề chung.
1.5. Tổng quan về đề tài
Như đã đề cập, đề tài này được thực hiện để làm cho người đọc hiểu nền tảng và tổng
quát về vấn đề anten thông minh. Các kiến thức nền về những nguyên lý cơ bản có liên
quan tới anten thông minh sẽ được trình bày ở mỗi lĩnh vực đã đề cập. Và các lĩnh vực
khác nhau này sẽ được phát thảo thành từng chương trong đề tài này. Trường điện từ,
anten, và mảng được trình bày ở Chương 2 và 4. Kiến thức nền sẽ có tính quyết định
khi muốn hiểu tốt hơn về cấu trúc vật lý của anten thông minh. Các quá trình ngẫu
nhiên cùng với các phân bố đặc trưng được trình bày ở Chương 5 sẽ giúp hiểu về
nhiễu, kênh, trãi trể, trãi góc, và các đường bao kênh. Đặc tính kênh truyền dẫn được
trình bày ở Chương 6 sẽ giúp hiểu về các tính cơ bản của hiệu ứng đa đường và pha
đinh. Điều này sẽ chứng minh giá trị thực sự của việc hiểuu các giới hạn của chất
lượng anten thông minh. Ước lượng AOA được trình bày ở Chương 7. Chương này sẽ
khai thác các kỹ thuật khác nhau dùng để ước lượng AOA và đặt nền tảng cho việc
hiểu các phương thức hình thành cấu trúc. Cuối củng, anten thông minh đuợc trình bày
rõ ràng ở Chương 8 bao gồm lịch sử của sự phát triển anten thông minh. Nhiều thuật
toán thích nghi được khai thác và giải thích.
Dự kiến là các độc giả quan tâm có thể sử dụng các nguyên lý được trình bày trong
đề tài này để nâng cao kiến thức về nền tảng anten thông minh của mình. Mặt khác,
còn có nhiều ví dụ MATLAB được trình bày để người đọc có thể hiểu cặn kẽ về anten
thông minh vì nó được trực quan hóa bằng phần mềm. Nhiều file tập lệnh MATLAB
được cung cấp trong đĩa CD để sinh viên có thể hiểu cách lập trình các thuật toán khác
nhau này và quan sát chất lượng của chúng. Hi vọng rằng, khi hiểu được nền tảng này,
sinh viên có thể dùng nó như một điểm tựa để thuận lợi hơn trong công việc trong lĩnh
vực tài chính.
Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến Trang 7
Chương 1 Giới thiệu
Các chương được tổng quát như sau:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Các cơ sở về Trường Điện Từ
Chương 3: Các cơ sở về Anten
Chương 4: Các cơ sở về Mảng
Chương 5: Khảo sát đặc tính một số anten trong thực tế và bằng phần mềm PCAAD
Chương 6: Các nguyên lý của việc xử lý ngẫu nhiên và biến ngẫu nhiên
Chương 7: Các đặc tính của kênh truyền dẫn
Chương 8: Ước lượng hướng góc tới
Chương 9: Anten thông minh
Chương 10: Tăng độ phủ sóng và tăng dung lượng trong mạng 3G
Chương 11: Anten thông minh trong các trạm di động
Chương 12: Anten thông minh trong hệ thống MIMO
17_CHN~1.DOC
