Đề tài : Angten thông minh

Giáo viên hướng dẫn: Ths. Phạm Thị Thúy Hiền Nhóm sinh viên thực hiện: 1/ Vũ Đức Long 2/ Dương Thị Mỹ 3/ Hoàng Xuân Quý D12DCVT223 4/ Nguyễn Văn Thăng D12DCVT230 Nội Dung Chính 1. Giới thiệu về Anten thông minh 2. Nguyên lý hoạt động của anten thông minh 3. Phân loại anten thông minh 4. Cấu trúc hệ thống anten thông minh 5. Ưu điểm và hạn chế 6. Công nghệ anten thông minh. 7. Ứng dụng trong thông tin di động. 8. Kết luận. 1.Giới Thiệu Về Anten Thông Minh Khái Niệm Ănten thông minh là một hệ thống dàn ănten gồm nhiều phần tử ănten có độ lợi thấp được bố trí trong không gian theo một trật tự nhất định và kết nối với nhau thông qua một mạch kết nối. Ănten thông minh có khả năng thay đổi đồ thị bức xạ thu hay phát (hay nói cách khác là các búp sóng) một cách linh hoạt sao cho thích hợp với môi trường tín hiệu trong cell di động. 1.Giới Thiệu Về Anten Thông Minh Sự khác biệt giữa anten thường và anten thông minh : Hình 1.1: Vùng bức xạ của Anten thường và Anten thông minh =>Từ hình trên ta có thể nhận thấy sự khác biệt giữa vùng bức xạ của hệ thống anten thường và của anten thông minh. Anten thông minh có những búp sóng (beam) hẹp hơn và có tính định hướng cao hơn so với anten thường. 2.Nguyên lý hoạt động * Hệ thống anten thông minh làm việc theo cách: dựa trên thời gian trễ của tín hiệu, bộ xử lí tín hiệu số tính toán hướng (DOA) của tín hiệu quan tâm (SOI) và điều chỉnh pha để tạo ra kiểu bức xạ chỉ tập trung vào SOI và bỏ qua các tín hiệu nhiễu hay tín hiệu không quan tâm (SNOI). Hình 2.1 :Khái quát nguyên lí anten thông minh 2.Nguyên lý hoạt động Vì sao Anten thông minh có thể đạt được tính “thông minh” như vậy? Thực ra, trong hệ thống Anten thông minh, bản thân các phần tử Anten không thông minh, mà sự thông minh được tạo ra do quá trình xử lý số tín hiệu các tín hiệu đến các phần tử Anten. Quá trình kết hợp tín hiệu và sau đó tập trung bức xạ theo một hướng đặc biệt được gọi là Beamforming. Hãy xem hình 2.2: Sơ đồ tổng quát của Anten thông minh,  2.Nguyên lý hoạt động => Ta Thấy :tín hiệu đến các phần tử Anten, sau đó được nhân với một bộ trọng số rồi tổng lại để được tín hiệu ngõ ra. Chính bộ trọng số này giúp Anten có thể tập trung bức xạ theo hướng mong muốn. Bằng cách sử dụng các giải thuật thích nghi trong quá trình beamforming, bộ trọng số này luôn được cập nhật để Anten thông minh có thể bám theo user khi họ di chuyển. 2 đặc điểm của quá trình beamforming   Biên độ của trọng số quyết định độ rộng búp sóng chính và Side lobe level Pha của bộ trọng số quyết định hướng của búp sóng chính. 3. Phân loại anten thông minh Hình 3.1: Minh họa vùng phủ sóng của anten chuyển búp , anten dàn thích nghi và anten thường 3. Phân loại anten thông minh Anten chuyển mạch búp sóng (SBA) Đặc điểm Gồm các thành phần thu phát 1 cách độc lập,biểu đồ hướng anten sẽ thay đổi chuyển từ anten thành phần này sang anten thành phần khác để bám theo đối tượng khi thuê bao di chuyển. Được trang bị thêm những bộ phận mới để phát triển mở rộng hệ thống tế bào, người ta có thể bổ sung bằng cách cộng thêm những Hình 3.2: Hệ thống SBA đơn giản địa chỉ thông tin cần thiết trong mạng sau khi đã tính toán kĩ càng 3. Phân loại anten thông minh Công dụng Hệ thống SBA có thể nâng cao vùng phủ của trạm gốc hơn từ 20% đến 200% so với hệ thống phân vùng tế bào cổ điển phụ thuộc vào hoàn cảnh môi trường phần cứng và phần mềm được dùng. Vùng phủ sóng được cộng thêm có thể tiết kiệm nguồn nhân lực, giá cơ sở hạ tầng thực tế và giá trung bình cho người tiêu dùng sẽ thấp hơn/ Ưu điểm Đơn giản, dễ lắp đặt. Nhược điểm Dung lượng hệ thống phụ thuộc vào số lượng anten thành phần trong mạng anten Không tận dụng được tính chất đa đường để tăng cường tín hiệu. 3. Phân loại anten thông minh Anten dàn thích nghi (AAA) Đặc điểm Là 1 hệ thống bao gồm 1 giàn các chấn tử anten và 1 bộ xử lí thích ứng thời gian thực cho phép điều khiên búp sóng tự động thông qua các tiêu chuẩn lựa chọn thuật toán Biểu đồ hướng sóng không xác định, mang tính chất động và các biểu đồ hướng sóng anten đó có thể điều chỉnh theo thời gian thực. Hình 3.3: Cấu trúc hệ thống AAA đơn giản 3. Phân loại anten thông minh Ưu điểm Dung lượng của hệ thống có thể thay đổi 1 cách linh hoạt nhờ tính chất động của hệ thống anten. Khắc phục những nhược điểm cơ bản của hệ thống SBA, lợi dụng tính chất đa đường để tăng cường tín hiệu. Nhược điểm Hệ thống phức tạp. 3. Phân loại anten thông minh 4. Cấu trúc hệ thống anten thông minh Vị trí các phần tử anten luôn đóng 1 vai trò quan trọng trong việc tạo ra chất lượng của đồ thị bức xạ. Một đồ thị chất lượng cao trong anten thông minh là búp sóng chính lớn hơn rất nhiều so với các búp phụ khác và hướng về phía thuê bao mong muốn, các nút sóng chỉ về phía các thuê bao nhiễu đồng kênh trong cell đó 1. Dàn hình chữ nhật 2. Dàn hình lập phương Hình 4.1: Các loại cấu trúc anten thông minh 4. Cấu trúc hệ thống anten thông minh Cấu trúc dàn đường thẳng Cấu trúc dàn hình tròn Cấu trúc dàn chữ nhật và cấu trúc dàn lập phương 4. Cấu trúc hệ thống anten thông minh Cấu trúc dàn đường thẳng Đây là cấu trúc thông dụng nhất vì nó đơn giản, được sử dụng khi BS được chia thành nhiều nhiều vùng phủ sóng hình quạt. Trong cấu trúc này khoảng cách giữ các phần tử là Δx. Búp sóng chính của hệ thống có thể phủ sóng trong 1 hình quạt. 4. Cấu trúc hệ thống anten thông minh Cấu trúc dàn hình tròn Các phần tử anten tạo với tâm hệ thống 1 góc Δ Φ=2 π/N. Búp sóng chính của đồ thị bức xạ phủ toàn vùng ngang. 4. Cấu trúc hệ thống anten thông minh Cấu trúc dàn chữ nhật và cấu trúc dàn lập phương Điều khiển búp sóng theo cả 2 phương dọc ngang. Hai cấu trúc này cần thiết cho môi trường truyền sóng phức tạp. Về mặt lí thuyết nếu hệ thống có L phần tử anten có thể tạo L-1 nút sóng hướng về phía các thuê bao nhiễu đồng kênh trong cell. Tuy nhiên trong môi trường đa đường con số này có thể nhỏ hơn. 5.Ưu điểm và hạn chế của anten thông minh Ưu điểm của hệ thống anten thông minh Cải thiện chất lượng tín hiệu của các hệ thống truyền thông vô tuyến. Cải thiện dung lượng hệ thống do tăng khả năng sử dụng lại tần số trong cùng 1 cell. Công suất phát thấp cho phép thời gian sử dụng năng lượng lâu hơn, và do đó có thể giảm kích thước và khối lượng của các thiết bị đầu cuối. Anten thông minh thích hợp với hầu hết các hệ thống truyền thông vô tuyến hiện nay. 5.Ưu điểm và hạn chế của anten thông minh Hạn chế của hệ thống anten thông minh Hệ thống phức tạp, yêu cầu các trạm anten với bộ vi xử lí số và hệ thống điều khiển mạnh. Nên gặp sự cố khó chuẩn đoán hơn. Giá thành cao hơn. 6. Công nghệ anten thông minh Mở rộng vùng phủ sóng Ở các vùng mật độ thuê bao thấp, tối ưu phủ sóng là hướng tới mục tiêu là tăng độ rộng vùng phủ và tăng khoảng cách phủ sóng. Khi sử dụng anten thông minh ở các khu vực này cho phép tăng bán kính phủ sóng của trạm nhiều lần so với anten đẳng hướng hay anten sector như mô tả trong hình 6.1 Hình 6.1. Mở rộng vùng phủ sóng sử dụng anten thông minh 6. Công nghệ anten thông minh Giảm nhiễu đường truyền Nhiễu xuyên kênh đường lên có thể loại trừ bằng cách hướng búp sóng về đúng hướng thuê bao và bằng không tại các hướng có các thuê bao đồng kênh. Như vậy, giảm nhiễu đồng kênh được thực hiện bằng cách lái búp sóng hoặc chuyển mạch búp sóng. Nhờ việc sử dụng các búp sóng định hướng, nhiễu giữa các trạm phủ sóng dùng cùng tập kênh tần số cũng giảm đáng kể so với trường hợp anten đẳng hướng như mô tả trong Hình 6.2. Trong trường hợp lý tưởng, số lượng trạm phủ sóng cần có thể giảm xuống, tăng hiệu quả sử dụng băng tần và dung lượng. Hình 6.2. Giảm nhiễu đường xuống và loại trừ nhiễu đường lên dùng anten thông minh   6. Công nghệ anten thông minh Đa truy nhập phân chia theo không gian Hệ thống anten thông minh cũng cho phép một trạm phủ sóng có thể liên lạc với 2 hay nhiều thuê bao sử dụng cùng một tần số khi sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA – Space Division Multiple Access), do đó cho phép hệ thống sử dụng các tài nguyên mạng hiệu quả hơn.     Hình 6.3. Đa truy nhập phân chia theo không gian 7. Ứng dụng trong thông tin di động. Ứng dụng trong quân sự: truyền thông tin trên chiến trường dễ dàng và tin cậy hơn. Ứng dụng trong truyền thông vệ tinh. Ứng dụng trong hệ thống thông tin di động. Ứng dụng trong mạng cảm biến không dây. Ứng dụng trong thu phát truyền hình chất lượng cao. Ứng dụng trong các khối thu phát vô tuyến thế hệ mới 3G, WIMAX, LTE, WLAN.... 8. Kết luận. Hệ thống anten thông minh nâng cao hiệu năng truyền thông di động. Công nghệ anten thông minh là giải pháp đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập không dây băng thông rộng tốc độ cao trong tương lai Sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên khan hiếm của truyền thông không dây hiện nay, phổ tần số RF. Phần trình bày của nhóm 2 đến đây là hết xin chân thành cám ơn sự lắng nghe và góp ý nhiệt tình của các bạn