-iv-
Mục Lục
Chữ Viết Tắt vii
Mục lục Hình vẽ ix
Mục lục Bảng biểu xii
Mở Đầu 1
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 4
1.1.
Sơ lược về quá trình phát triển kỹ thuật xử lý tín hiệu mảng 4
1.1.1.
Sự phát triển của kỹ thuật anten: 4
1.1.2.
Tín hiệu trong miền thời gian, không gian 6
1.2.
Xử lý không gian-thời gian trong thông tin di động 9
1.2.1.
Mô hình hệ thống không gian-thời gian 9
1.2.2.
Môi trường thông tin di động 14
1.2.3.
Mô hình và đánh giá kênh không gian-thời gian 21
1.2.4.
Ưu, nhược điểm của kỹ thuật xử lý không gian-thời gian 23
1.3.
Phân loại anten 25
1.4.
Đặt vấn đề nghiên cứu 27
Chương 2. Kỹ thuật xử lý đối với anten mảng 31
2.1.
Kỹ thuật phân tập 31
2.1.1.
Kết hợp tỉ lệ cực đại 36
2.1.2.
Tăng ích phân tập 41
2.1.3.
Tăng ích anten 42
2.1.4.
Ảnh hưởng của tương quan nhánh 43
2.2.
Kỹ thuật tạo búp sóng 47
2.2.1.
Chuyển búp sóng 47
2.2.2.
Tạo búp sóng thích nghi 50
2.2.3.
Các thuật toán thích nghi 55
-v-
2.3.
Thuật toán tạo búp thích nghi có hỗ trợ của kênh hoa tiêu cho
đường lên DS-CDMA 59
2.3.1.
Anten thông minh cho DS-CDMA 59
2.3.2.
Mô hình tín hiệu 61
2.3.3.
Kết hợp theo không gian ở máy thu trạm gốc 64
2.4.
Tổng kết chương 67
Chương 3. Hiệu quả về dung lượng của anten thông minh đối với hệ
thống GSM 68
3.1.
Đánh giá hiệu quả về dung lượng khi sử dụng anten thông minh
chuyển búp sóng 68
3.2.
Kết quả tính số 72
3.2.1.
Hiệu quả về dung lượng với hệ thống AMPS 72
3.2.2.
Hiệu quả về dung lượng đối với hệ thống GSM 74
3.2.3.
Đề xuất mẫu tái sử dụng tần số cho mạng GSM ở Việt Nam khi sử dụng anten thông
minh 76
3.3.
Ảnh hưởng của pha-đinh và che khuất tới việc tái sử dụng tần số
77
3.3.1.
Ảnh hưởng của sự che khuất 82
3.3.2.
Các vùng nhiễu 83
3.3.3.
Đánh giá ảnh hưởng của các nguồn nhiễu đồng kênh trong thực tế 85
3.4.
Hiệu quả về dung lượng của anten chuyển búp sóng với ảnh
hưởng của che khuất và pha-đinh 90
3.5.
Tổng kết chương 94
Chương 4. Phối hợp kỹ thuật tạo búp và phân tập cho hệ thống W-
CDMA 96
4.1.
Hệ thống W-CDMA 96
4.1.1.
Các đặc tính chủ yếu của W-CDMA 97
-vi-
4.1.2.
Kênh vật lý đường lên 98
4.1.3.
Kênh vật lý đường xuống 100
4.1.4.
Môi trường mô phỏng W-CDMA 102
4.2.
Phối hợp kỹ thuật tạo búp sóng và phân tập cho hệ thống W-
CDMA 107
4.2.1.
Chỉ tiêu kỹ thuật tạo búp sóng 107
4.2.2.
Chỉ tiêu kỹ thuật phân tập thu 112
4.2.3.
Đề xuất phối hợp kỹ thuật tạo búp và phân tập cho hệ thống W-CDMA 115
4.3.
Kết quả mô phỏng 117
4.4.
Đo kiểm hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-CDMA
119
4.4.1.
Giới thiệu hệ thống thử nghiệm 119
4.4.2.
Anten mảng thông minh 120
4.4.3.
Cấu hình hệ thống và điều kiện đo 122
4.4.4.
Kết quả đo kiểm trên hệ thống thử nghiệm 129
4.5.
Xử lý kết quả đo kiểm và so sánh với kết quả mô phỏng 131
4.6.
Tổng kết chương 133
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 134
Kết luận 134
Hướng phát triển tiếp theo: 135
Bài báo, Công trình đã công bố 136
Tài liệu tham khảo 138
Tiếng Việt 138
Tiếng Anh 139
-vii-
Chữ Viết Tắt
Tiếng Anh Tiếng Việt
ABF
AMPS
AWGN
BER
BLER
BPSK
cdf
CIR
CNR
DIV
DPCH
DPCCH
DPDCH
DS
FDD
GSM
LMS
LOS
MIMO
MRC
pdf
RF
rms
SIR
SIR
target
Adaptive beam-forming
Advanced Mobile Phone System
Additive White Gaussian Noise
Bit Error Rate
Block Error Rate
Binary Phase Shift Keying
Cumulative Distribution Function
Carrier-to-Interference Ratio
Carrier-to-Noise Ratio
Diversity
Dedicated Physical Channel
Dedicated Physical Control Channel
Dedicated Physical Data Channel
Direct Sequence
Frequency Division Duplex
Global System for Mobile
Communications
Least Mean Square
Line Of Sight
Multiple-Input Multiple-Output
Maximum Ratio Combiner
probability density function
Radio Frequency
Root Mean Square
Signal-to-Interference Ratio
Signal-to-Interference Ratio Target
Tạo búp sóng thích nghi
Hệ thống điện thoại di động AMPS
Tạp Gauss Trắng Cộng
Tỉ lệ Lỗi Bít
Tỉ lệ lỗi khối
Khoá Chuyển Pha Nhị phân
Hàm Phân bố Tích luỹ
Tỉ số công suất sóng mang trên
nhiễu
Tỉ số công suất sóng mang trên tạp
Phân tập
Kênh vật lý dành riêng
Kênh điều khiển vật lý dành riêng
Kênh dữ liệu vật lý dành riêng
Chuỗi trải phổ trực tiếp
Song công phân tần
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
GSM
Trung bình Bình phương Nhỏ nhất
Nhìn thẳng
Nhiều đầu vào Nhiều đầu ra
Bộ kết hợp Tỉ lệ Cực đại
Hàm mật độ xác suất
Cao tần / Tần số vô tuyến
Căn Trung bình Bình phương (Căn
quân phương)
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu đích (được
-viii-
SNR
TCP
TDD
TDMA
TDTD
UE
UMTS
W-CDMA
Signal-to-Noise Ratio
Trasmission Control Protocol
Time Division Duplex
Time Division Multiple Access
Time Division Transmit Diversity
User Equipment
Universal Mobile
Telecommunications System
Wideband Code Division Multiple
Access
đặt trước trong phép đo)
Tỉ số tín hiệu trên tạp
Giao thức điều khiển truyền
Song công phân thời
Đa truy nhập phân thời
Phân tập phát theo thời gian
Thiết bị đầu cuối
Hệ thống thông tin di động UMTS
3G sử dụng W-CDMA
CDMA băng rộng
-ix-
Mục lục Hình vẽ
Hình Trang
Hình 1.1. Tín hiệu trong không gian
Hình 1.2. Mô hình hệ thống thông tin với N phần tử phát và M phần tử
thu trong môi trường tán xạ.
Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật xử lý không gian-thời gian và anten thông
minh
Hình 1.4. Phân loại anten thông minh
Hình 2.1. Anten mảng phân tập M phần tử
Hình 2.2. Hàm phân bố tích luỹ của γ
s
so với γ
s
/Г cho kỹ thuật kết hợp tỉ
lệ cực đại.
Hình 2.3. BER so với ‹γ› = MГ khi M thay đổi
Hình 2.4. Hai phần tử với các tín hiệu tương quan
Hình 2.5. Ảnh hưởng của tương quan nhánh lên phân bố công suất đầu ra
ở bộ kết hợp tỉ lệ cực đại phân tập kép.
Hình 2.6. BER so với ‹γ› (dB) của bộ kết hợp tỉ lệ cực đại 2 nhánh có pha-
đinh tương quan
Hình 2.7. Anten mảng thích nghi
Hình 3.1. Mẫu tái sử dụng tần số trong thông tin di động
Hình 3.2. Tăng dung lượng bằng anten chuyển búp sóng cho nhà khai thác
AMPS có băng thông 12,5 MHz, hệ số tái sử dụng N=7.
Hình 3.3. Tăng dung lượng bằng anten chuyển búp sóng cho nhà khai thác
AMPS có băng thông 12,5 MHz, hệ số tái sử dụng N=4.
Hình 3.4. Tăng dung lượng bằng anten chuyển búp sóng cho nhà khai thác
GSM có băng thông 8 MHz, hệ số tái sử dụng N=4.
Hình 3.5. Tăng dung lượng bằng anten chuyển búp sóng cho nhà khai thác
GSM có băng thông 12,5 MHz, hệ số tái sử dụng N=4.
8
11
14
27
34
40
42
45
46
47
53
69
73
74
75
75
-x-
Hình 3.6. Thay đổi CIR khi hệ số tái sử dụng tần số giảm từ 4 xuống 1
(__: N=4, -x-: N=3, -o-: N=1)
Hình 3.7. Tăng dung lượng bằng anten chuyển búp sóng cho nhà khai
thác GSM có băng thông 8 MHz, hệ số tái sử dụng N=3.
Hình 3.8. Tăng dung lượng bằng anten chuyển búp sóng cho nhà khai thác
GSM có băng thông 12,5 MHz, hệ số tái sử dụng N=3.
Hình 3.9. Vùng có nhiễu và không nhiễu (a) không có pha-đinh (b) có
pha-đinh và che khuất.
Hình 3.10. Xác suất mất liên lạc khi có pha-đinh và che khuất
Hình 3.11. Ranh giới vùng nhiễu với các xác suất nhiễu khác nhau khi có
pha-đinh và che khuất
Hình 3.12. Xác suất nhiễu đồng kênh, với i cho trước, theo Z
d
.
Hình 3.13. Chỉ ra một điểm của xác suất rớt cuội gọi với sáu ô đồng kênh
cho m=1,6 và 12 búp và
d
σ
=6 và 12 dB.
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn Z
d
(hình trái) và N
e
theo m (hình phải)
(với ζ=0,7, n=4,5, P
out
=1%, σ
d
=6dB, q
d
=22 dB)
Hình 3.15. Hàm hiệu suất phổ tương đối theo số búp sóng
(với ζ=0,7, n=4,5, P
out
=1%, σ
d
=6dB, q
d
=22 dB)
Hình 4.1. Cấu trúc khung của kênh DPDCH/DPCCH đường lên
Hình 4.2. Cấu trúc khung của kênh DPCH đường xuống
Hình 4.3. Sơ đồ khối tổng thể đường lên
Hình 4.4. Sơ đồ khối tổng thể đường xuống
Hình 4.5. Giao diện chính của phần mềm mô phỏng
Hình 4.6. Giao diện để thiết lập các tham số mô phỏng
Hình 4.7. Kết quả mô phỏng đối với phân tập M
D
= 4 anten, hệ thống tạo
búp M
B
= 4 anten và hệ thống phối hợp cả phân tập và tạo búp ở môi
trường không nhìn thẳng
Hình 4.8. Cấu hình hệ thống anten thông minh
Hình 4.9. Anten mảng
76
77
77
80
82
84
89
92
92
94
99
102
103
104
105
106
118
120
121
-xi-
Hình 4.10. Hệ thống anten thông minh thử nghiệm tại Viện Nghiên cứu
ETRI
Hình 4.11. Cấu hình hệ thống anten thông minh cho W-CDMA sử dụng
trong đo kiểm
Hình 4.12. Cạc kênh của bộ tạo búp sóng thích nghi (hỗ trợ 3 séc-tơ x 8
anten)
Hình 4.13. Mẫu búp sóng cố định đường xuống
Hình 4.14. Dạng búp sóng đường xuống (chuyển mạch búp sóng) và
đường lên (búp sóng thích nghi)
Hình 4.15. Kết quả đo kiểm SNR trên Testbed theo giá trị SIR
target
đặt
trước
Hình 4.16. Kết quả đo kiểm BLER cho ABF 8-anten và DIV 2-anten
Hình 4.17. Tỉ lệ lỗi bít BER đo được với ABF 8-anten và DIV 2-anten
123
124
125
128
129
130
130
132
-xii-
Mục lục Bảng biểu
Bảng Trang
Bảng 4.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của W-CDMA
Bảng 4.2. Các tham số đầu vào để đánh giá chỉ tiêu BER
97
117
-1-
Mở Đầu
Các hệ thống thông tin di động đang phát triển bùng nổ trên thế giới và
cả ở Việt Nam. Trước yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng dịch vụ
thông tin di động về chất lượng, dung lượng và tính đa dạng của dịch vụ và
đặc biệt là các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao và đa phương tiện, việc
nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ và kỹ thuật tiên tiến đáp ứng nhu cầu
này luôn là một đòi hỏi cấp thiết.
Một trong số các kỹ thuật để có thể giúp cải thiện đáng kể chỉ tiêu và
dụng lượng của hệ thống đang được tập trung nghiên cứu trên thế giới trong
thời gian gần đây là kỹ thuật xử lý không gian-thời gian. Kỹ thuật này cho
phép sử dụng tối đa hiệu quả phổ tần cho hệ thống thông tin vô tuyến nói
chung và hệ thống thông tin di động tổ ong nói riêng. Nhờ sử dụng nhiều
phần tử anten, kỹ thuật này cho phép tối ưu hoá quá trình thu hoặc phát tín
hiệu bằng cách xử lý theo cả hai miền không gian và miền thời gian tại máy
thu phát.[16,17,19, 28, 36]
Việc tiếp tục nghiên cứu phát triển kỹ thuật này để tiến tới có được các
sản phẩm hữu dụng có chỉ tiêu chất lượng cao, đồng thời phù hợp với khả
năng xử lý, tính toán của các thiết bị hiện có cũng như ứng dụng nó vào trong
các hệ thống thông tin di động hiện có một cách hiệu quả thực sự là vấn đề
cấp thiết. Việc thực hiện tốt những nghiên cứu này sẽ mang lại hiệu quả rất to
lớn về dung lượng cũng như hiện thực hoá khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao
cho các hệ thống thông tin di động như GSM hay CDMA hiện tại cũng như
các hệ thống thông tin di động thế hệ mới.
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu kỹ thuật xử lý không-gian thời gian
bằng anten thông minh cho thông tin di động với các trường hợp cụ thể anten
thông minh cho mạng GSM ở Việt Nam và các hệ thống CDMA.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét