4 Đặt vấn đề nghiên cứu.

-28-



các hệ thống thông tin di động trong thời gian gần đây [17, 29, 36, 38, 55].

Việc tăng tính định hướng của búp sóng có thể làm tăng dung lượng (thường

được áp dụng trong thành phố) và mở rộng vùng phủ sóng (áp dụng cho vùng

nông thôn). Nhờ sử dụng nhiều búp sóng, anten thông minh giúp triệt nhiễu

tốt hơn do đó đem lại những ưu điểm sau cho hệ thống: [4, 17, 21, 22, 37]

- Cho phép sử dụng mẫu tái sử dụng tần số chặt hơn;

- Có thể cải thiện chất lượng thông tin thoại trên ô tô nhờ tăng tỉ số C/I;

- Có thể giảm hiệu ứng đa đường, do đó giảm yêu cầu dự trữ công suất.

Việc xử lý tín hiệu trên anten mảng có thể dựa trên hai kỹ thuật chính là

phân tập hoặc tạo búp. Với kỹ thuật phân tập, tín hiệu ở các nhánh anten khác

nhau được giả thiết là không tương quan, nghĩa là chỉ tiêu hệ thống càng tốt

khi mức độ tương quan của tín hiệu ở các nhánh càng nhỏ. Trong khi đó, kỹ

thuật tạo búp lại dựa trên giả thiết là tín hiệu ở các nhánh tương quan với nhau

[1, 25, 34]. Chính vì vậy khoảng cách giữa các phần tử trong anten của hệ

thống tạo búp sóng nhỏ hơn so với hệ thống phân tập.

Trên lý thuyết, đã có rất nhiều các thuật toán khác nhau được phát triển

cho anten thông minh trong thông tin di động [15, 19, 29, 36, 38]. Tuy nhiên,

do tính chất thay đổi liên tục của môi trường thông tin di động, cũng như

những hạn chế về khả năng xử lý của thiết bị thực tế mà các hệ thống thử

nghiệm đều chỉ sử dụng các thuật toán kinh điển như trung bình bình phương

nhỏ nhất, bình phương nhỏ tối thiểu đệ qui [27, 34]... Với hệ thống CDMA

trải phổ trực tiếp, luận án đã đề xuất sử dụng một thuật toán tạo búp thực hiện

kết hợp trên cả kênh hoa tiêu và kênh lưu lượng cho phép đạt được tốc độ hội

tụ nhanh hơn.

Luận án cũng đã nghiên cứu hiệu quả của việc sử dụng anten thông minh

đối với cấu hình hệ thống GSM hiện đang được triển khai [4, 5, 7], làm cơ sở

để đề xuất sử dụng mẫu tái sử dụng tần số mới khi triển khai anten thông



-29-



minh cho mạng GSM ở Việt Nam và xem xét đánh giá ảnh hưởng của phađinh và che khuất với trường hợp nhiễu đồng kênh trong mạng thông tin di

động tổ ong thực tế.

Phân tích sâu sắc hơn nữa, ta thấy rằng kỹ thuật phân tập thu dựa trên

việc kết hợp các tín hiệu không tương quan (do pha-đinh không tương quan)

thu được từ các phần tử khác nhau của anten mảng, hệ thống phân tập không

làm tăng chỉ tiêu trong môi trường tạp Gauss trắng cộng - AWGN [16,17].

Khi mức nhiễu đa truy nhập trong hệ thống CDMA cao thì nó là tác nhân

chính ảnh hưởng đến chỉ tiêu BER và kênh sẽ tiến tới xấp xỉ kênh Gauss nên

hiệu quả của hệ thống phân tập giảm [16, 52, 55]. Trong khi đó, hệ thống tạo

búp (hay thậm chí hệ thống sec-tơ hoá) sẽ làm giảm mức nhiễu bằng cách

“loại bỏ” nhiều người dùng khỏi hệ thống, làm cho chỉ tiêu BER tốt hơn [10].

Khi số người dùng ít và kênh bị pha-đinh mạnh (như trường hợp truyền sóng

ở điều kiện không nhìn thẳng), hệ thống tạo búp không cải thiện được tín hiệu

thu do không bổ sung được thông tin mới nào vào tín hiệu thu được, mà chỉ

hạn chế được nhiễu đa truy nhập. Do đó, hệ thống tạo búp không làm tăng chỉ

tiêu nhiều. Trái lại, hệ thống phân tập kết hợp được một số tín hiệu bị phađinh mạnh sẽ làm cải thiện chỉ tiêu hệ thống, đặc biệt khi pha-đinh có tác

động mạnh hơn ảnh hưởng của nhiễu đa truy nhập.[9]

Một hệ thống phối hợp cả tạo búp và phân tập sẽ có được ưu điểm của

việc giảm nhiễu búp sóng mà vẫn có được phân tập thu đặc biệt là trong môi

trường pha đinh khi tín hiệu tới các phần tử anten mảng không bao giờ có thể

là tương quan hoàn toàn. Đây cũng là một đề xuất áp dụng cho WCDMA của

luận án, kết quả đã được thực hiện bằng mô phỏng và so sánh với các kết quả

đo được sử dụng riêng biệt kỹ thuật phân tập (DIV) hoặc tạo búp trên hệ

thống thử nghiệm anten thông minh tại Viện Nghiên cứu Điện tử và Viễn

thông Hàn Quốc (ETRI) để đánh giá độ tin cậy của phương án đề xuất.



-30-



Kết quả mô phỏng cho thấy rằng trong môi trường nhiều người dùng,

pha-đinh mạnh, kỹ thuật phối hợp cả tạo búp và phân tập cho chỉ tiêu tốt hơn

hệ thống tạo búp ở giá trị Eb/No lớn hơn 8dB, mặc dù dưới giá trị này chỉ tiêu

của hệ thống tạo búp vẫn lớn hơn. Như vậy, có thể thấy rằng kỹ thuật phối

hợp được luận án đề xuất sẽ đặc biệt có ý nghĩa để triển khai các dịch vụ

truyền dữ liệu tốc độ cao, đòi hỏi có tỉ số Eb/No lớn.

Kết quả đo kiểm trên hệ thống anten thông minh cho W-CDMA IMT2000 tại Viện nghiên cứu ETRI [27] cho trường hợp anten-DIV và anten-ABF

đã được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của các kết quả mô phỏng. Ta thấy

rằng kết quả đo chỉ tiêu cho trường hợp anten-DIV rất giống với kết quả mô

phỏng. Còn trường hợp anten-ABF chỉ tiêu đo được tốt hơn kết quả mô phỏng

do hệ thống đo kiểm sử dụng 8 anten để tạo búp trong khi kết quả mô phỏng

được thực hiện cho chỉ 4 anten. Như vậy, kết quả mô phỏng là phù hợp với

các kết quả đo kiểm và chứng tỏ được độ tin cậy của phương án đề xuất. Tuy

nhiên, để áp dụng vào thực tế cần có những nghiên cứu tiếp theo về cấu trúc

cụ thể của anten mảng đáp ứng được cho kỹ thuật này.



-31-



Chương 2. Kỹ thuật xử lý đối với anten mảng

2.1. Kỹ thuật phân tập

Ảnh hưởng của pha-đinh đa đường trong các hệ thống vô tuyến có thể

được giảm bớt bằng cách sử dụng phân tập theo không gian (anten ở máy thu

gồm nhiều phần tử). Trong môi trường pha-đinh, công suất sóng mang cần

phải phát cao hơn công suất trung bình để có thể đạt được một tỉ lệ lỗi bít

(BER) mong muốn nào đó. Trong một anten mảng, tín hiệu thu được bởi các

phần tử khác nhau có thể được lấy trọng số phù hợp để tạo ra tín hiệu kết hợp

biến thiên chậm hơn từng tín hiệu thành phần. Anten mảng này sẽ yêu cầu

công suất thấp hơn so với trường hợp chỉ sử dụng anten một phần tử, mà vẫn

đạt được BER mong muốn.

Để hệ thống phân tập không gian hoạt động một cách hiệu quả, các tín

hiệu thu được từ các nhánh anten khác nhau phải không hoặc ít tương quan

với nhau để nếu tín hiệu ở một phần tử bị pha-đinh sâu thì vẫn có thể phục hồi

được bằng cách thu nó ở phần tử anten khác. Điều này có thể thực hiện được

bằng cách chọn khoảng cách giữa các phần tử một cách phù hợp.

Khoảng cách yêu cầu giữa các phần tử anten để đảm bảo độ không tương

quan (giải tương quan) phụ thuộc vào việc nối ghép cặp giữa các phần tử

anten và vị trí của các vật tán xạ gây ra truyền dẫn đa đường. Ví dụ, khi

không có ảnh hưởng của việc nối ghép cặp thì khoảng cách cần thiết giữa các

phần tử anten của máy di động có các vật tán xạ đồng nhất bao quanh phải là

khoảng λ/2. Trong khi đó, khoảng cách này phải là 10λ hoặc lớn hơn để đảm

bảo giá trị giải tương quan tương đương ở trạm gốc. Điều kiện thứ hai cần

thiết để cho kỹ thuật phân tập là cường độ tín hiệu trung bình của các đường

truyền phân tập phải xấp xỉ bằng nhau. Những nghiên cứu sâu về các kỹ thuật

kết hợp tuyến tính đã được đưa ra trong [32] và [53]. Một số phát triển gần



-32-



đây của việc ứng dụng phân tập anten trong thông tin di động được phân tích

trong [55].

Trong phần này, ta sẽ xem xét cơ sở của các kỹ thuật kết hợp phân tập

không gian. Giả sử các phần tử anten có khoảng cách phù hợp sao cho hoàn

toàn không có tương quan giữa các nhánh khác nhau (một nhánh có thể được

coi là 1 anten), ta hãy xem xét khả năng cải thiện của anten mảng với các kỹ

thuật kết hợp phân tập khác nhau; Sau đó mới phân tích đến ảnh hưởng của sự

tương quan nhánh gây ra do nối ghép giữa các phần tử anten hoặc trải góc của

tín hiệu đến. Chỉ tiêu BER của các cơ cấu điều chế cơ bản với anten mảng

phân tập cũng được đánh giá.

Có 3 cách cơ bản để kết hợp tín hiệu:

- Chọn lọc: Bộ chọn lọc là phương pháp đơn giản nhất trong các kỹ thuật

phân tập: từ một tập hợp M phần tử anten, nhánh có tỉ số tín hiệu trên

nhiễu lớn nhất được chọn ra và kết nối trực tiếp tới máy thu. Như vậy,

anten mảng có M càng lớn thì khả năng có được tỉ lệ tín hiệu trên

nhiễu càng lớn.

- Tỉ lệ cực đại: Phương pháp kết hợp tỉ lệ cực đại tận dụng tốt nhất khả

năng của các nhánh phân tập trong hệ thống. Tất cả M nhánh được

nhân trọng số với các tỉ số tín hiệu tức thời trên nhiễu tương ứng. Sau

đó tín hiệu từ các nhánh được đồng pha trước khi lấy tổng tín hiệu sao

cho tất cả các nhánh được gộp vào nhau theo pha sao cho tín hiệu đầu

ra có tăng ích phân tập lớn nhất. Tín hiệu tổng chính là tín hiệu đầu ra

thu được của mảng. Phương pháp Tỉ lệ cực đại có nhiều ưu điểm so

với phương pháp phân tập lựa chọn nhưng phức tạp hơn; do phải đảm

bảo tín hiệu từ các nhánh là hoàn toàn đồng pha với nhau và các trọng

số phải được cập nhật chính xác.