Xử lý anten mạng theo không gian và thời gian trong thông tin vô tuyến di động

ã số:2.07.14 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Đặng Đình Lâm 2. TS. Chu Ngọc Anh HÀ NỘI - 2006 -ii- Lời Cam Đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong bản luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố ở đâu và trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Quang Hưng -iii- Lời Cảm Ơn! Tôi xin bày tỏ lời biết ơn sâu sắc tới TS. Đặng Đình Lâm và TS. Chu Ngọc Anh đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình làm luận án. Đặc biệt, sự chỉ bảo tận tình và sự tạo điều kiện thuận lợi trong các hoạt động nghiên cứu khoa học của TS. Đặng Đình Lâm có ý nghĩa vô cùng to lớn để tôi có thể hoàn thành được luận án này. Tôi cũng xin cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Minh Dân vì những chỉ dẫn, định hướng quan trọng ngay từ khi xây dựng đề cương nghiên cứu. Các kết quả mang tính thực tiễn cao có được là nhờ sự giúp đỡ tạo điều kiện nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm ở Hàn Quốc của TS. Phùng Văn Vận, TS. Nguyễn Kim Lan, TSKH. Nguyễn Ngọc San. Tôi cũng không thể không cảm ơn TS. Seung Chan Bang, TS. Byung Han Ryu và các bạn đồng nghiệp Won Ik Kim, Il Guy Kim tại Phòng thí nghiệm thông tin di động-Viện nghiên cứu Điện tử Viễn thông Hàn Quốc (ETRI) vì những giúp đỡ quí báu trong thời gian tôi thực tập tại đây. Xin cảm ơn Won ok Kwon- người bạn luôn có cảm tình đặc biệt với Việt Nam và vẫn liên tục giữ liên lạc với tôi trong mấy năm qua qua việc cung cấp tài liệu, trao đổi những thông tin về những phát triển khoa học công nghệ mới nhất trong lĩnh vực liên quan tại Viện ETRI. Cảm ơn TS. Danie van Wyk-Đại học Tổng hợp Nam Phi đã hỗ trợ để tôi có thể phát triển phần mềm mô phỏng hệ thống W-CDMA từ phiên bản tuân theo tiêu chuẩn cũ của ông. Bên cạnh đó, sự sẵn sàng trao đổi, giúp đỡ của GS.TS. Hak Lim Ho- Đại học Tổng hợp Chon-An, Hàn Quốc cũng đã giúp tôi định hướng một cách rõ ràng hơn trong nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bố mẹ, tất cả gia đình, bạn bè, người thân đã trực tiếp hay gián tiếp giúp đỡ, chia sẻ, động viên tôi rất nhiều để có thể hoàn thành bản luận án này. -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 SIRtarget 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 γs so với γs/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 Zd. 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 dσ =6 và 12 dB. Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn Zd (hình trái) và Ne theo m (hình phải) (với ζ=0,7, n=4,5, Pout=1%, σd=6dB, qd=22 dB) Hình 3.15. Hàm hiệu suất phổ tương đối theo số búp sóng (với ζ=0,7, n=4,5, Pout=1%, σd=6dB, qd=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 MD = 4 anten, hệ thống tạo búp MB = 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 SIRtarget 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. -2- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án là tập trung giải quyết những vấn đề sau: - Nghiên cứu thuật toán tạo búp thích nghi có độ phức tạp tính toán thấp nhưng tốc độ hội tụ cao để phù hợp với khả năng của thiết bị thực tế. - Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng anten thông minh trong hệ thống GSM có tính đến các điều kiện cụ thể của hệ thống GSM ở Việt Nam để đề xuất phương án ứng dụng, triển khai nhằm sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả, có xem xét, đánh giá ảnh hưởng của pha-đinh và che khuất. - Nghiên cứu kỹ thuật nâng cao chỉ tiêu cho hệ thống anten thông minh cho W-CDMA, hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000. Phương pháp nghiên cứu được thực hiện là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng bằng chương trình máy tính để đánh giá kết quả: Với hệ thống GSM, có tính đến các tham số và điều kiện đặc thù của mạng lưới hiện đang triển khai ở Việt Nam; Với đề xuất cho hệ thống W-CDMA, kết quả đo kiểm thực hiện trên hệ thống thử nghiệm được sử dụng để đánh giá độ tin cậy. Nội dung luận án bao gồm 4 Chương. Sau phần Mở đầu, Chương 1 trình bày tổng quan về kỹ thuật xử lý mảng theo không gian-thời gian và đặt vấn đề nghiên cứu. Chương 2 đi sâu vào phân tích các anten mảng nhiều phần tử được sử dụng trong thông tin di động với hai kỹ thuật phân tập và tạo búp. Chương này cũng đã đề xuất sử dụng một thuật toán tạo búp thích nghi kết hợp cả kênh hoa tiêu và lưu lượng cho hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp. Chương 3 đánh giá hiệu quả của việc sử dụng anten thông minh trong các hệ thống thông tin di động tổ ong, đề xuất sử dụng cho hệ thống GSM ở Việt Nam có xem xét đến ảnh hưởng của pha-đinh và che khuất. Trên cơ sở nhận xét về những hạn chế của hệ thống anten thông minh thử nghiệm cho W- CDMA, qua phân tích các đặc tính của kỹ thuật phân tập và tạo búp trong môi trường pha-đinh và nhiễu đa truy nhập, Chương 4 đã đề xuất sử dụng kỹ -3- thuật phối hợp cho chép đạt được ưu điểm của cả hai kỹ thuật phân tập và tạo búp cho hệ thống W-CDMA. Kết quả đo kiểm được thực hiện trên hệ thống anten thông minh thử nghiệm cho W-CDMA tại Viện nghiên cứu Điện tử Viễn thông Hàn Quốc (ETRI) để đánh giá độ tin cậy của phương án đề xuất. Cuối cùng là phần kết luận và hướng phát triển tập trung vào những kết quả mới đạt được của luận án. -4- Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1. Sơ lược về quá trình phát triển kỹ thuật xử lý tín hiệu mảng 1.1.1. Sự phát triển của kỹ thuật anten: Sóng vô tuyến được phát minh ra vào năm 1861 khi Maxell (Đại học Hoàng Gia Luân đôn) đưa ra lý thuyết sóng điện từ. Hertz (Đại học Karlsruhe) đã chứng minh sự tồn tại của sóng này bằng thực nghiệm vào năm 1887 bằng sóng đứng (tĩnh). Năm 1890 Branly (Paris) đã xây dựng một “bộ nhất quán” có thể phát hiện sự có mặt của sóng điện từ bằng một cái chai thuỷ tinh chứa kim loại. Bộ nhất quán này sau đó được tiếp tục phát triển bởi Lodge (Anh). Mùa hè 1895, Marconi đã sử dụng máy phát của Hertz, bộ nhất quán của Lodge và lắp thêm anten để tạo ra một máy phát vô tuyến đầu tiên... Ứng dụng dân dụng đầu tiên của kỹ thuật vô tuyến là hệ thống điện thoại vô tuyến 2MHz vào năm 1921 trong ngành Cảnh sát. Những hệ thông được phát triển tiếp sau đó: FM (Armstrong-1933); Hệ thống thông tin của Bell ở tần số 150MHz, hệ thống IMTS sử dụng FM của AT&T (1946); Khái niệm celllular (mạng thông tin di động tổ ong) (Phòng thí nghiệm Bell-1947); Hệ thống AMPS (1970); Vào những năm 1990s: các hệ thống thông tin đi tổ ong GSM, IS-136 (TDMA), CDMA IS-95, 3G… ra đời và phát triển một cách mạnh mẽ [34,36]. Kỹ thuật anten được sử dụng cho các hệ thống thông tin vô tuyến cũng có sự phát triển như sau: - 1880- tới những năm1890: Hertz, Marconi, Popov đã thiết kế được các anten có tần số hoạt động và băng thông tốt hơn . - Những năm 1900: anten định hướng được sử dụng đã cho phép liên lạc qua biển Atlantic - 1905: sử dụng nhiều anten cho phân tập thu. -5- - Thập kỷ 1920: Dàn anten Yagi-Uda được phát minh đã đem lại tăng ích và băng thông tốt hơn. - Chiến tranh thế giới thứ 2: Dàn anten được sử dụng cho rađa - Thập kỷ 1970: Ứng dụng xử lý tín hiệu thích nghi ở máy thu vô tuyến để cải thiện phân tập thu và triệt nhiễu bằng các bộ xử lý tín hiệu số trong quân sự [29]. Việc sử dụng anten nhiều phần tử ở máy thu trong thông tin vô tuyến mở ra một chiều mới trong xử lý tín hiệu (chiều không gian), cho phép cải thiện chỉ tiêu hệ thống. Tuy nhiên, đến trước những năm 1990, vấn đề được phát triển chủ yếu với anten mảng mới chỉ là kỹ thuật xử lý riêng theo miền không gian (vd: xác định hướng tới) [16]. - Thập kỷ 1990: Kỹ thuật thu không gian-thời gian (kết hợp cả miền không gian và thời gian) [29, 38] + 1996: Anten nhiều phần tử được sử dụng ở trạm gốc để hỗ trợ nhiều người dùng trên cùng kênh + 1994: Đề xuất kỹ thuật tăng dung lượng kênh vô tuyến bằng cách sử dụng anten nhiều phần tử ở cả máy phát và máy thu. Ý tưởng này tiếp tục được phát triển 1995, 1996, 1998 -> bắt đầu một cuộc cách mạng về lý thuyết truyền thông [25, 28]. - Từ những năm 2000: Kỹ thuật thu-phát không gian-thời gian được tập trung nghiên cứu và phát triển [19, 20] Có thể thấy rằng, kỹ thuật xử lý không gian-thời gian với mảng (dàn) anten nhiều phần tử ở nhiều cấp độ phức tạp khác nhau đã được ứng dụng trong quân sự từ khá lâu, nhưng do tính chất thay đổi liên tục của môi trường truyền sóng thông tin di động trong khi khả năng xử lý theo thời gian thực của máy thu phát còn nhiều hạn chế mà kỹ thuật này mới thực sự được nghiên cứu ứng dụng trong các hệ thống thông tin di động trong thời gian gần đây [17, 29, 36, 38, 55]. Nhờ sử dụng nhiều phần tử anten kỹ thuật này cho phép tối ưu -6- hoá quá trình thu hoặc phát tín hiệu bằng cách dùng cả kỹ thuật xử lý tín hiệu theo miền không gian và theo miền thời gian tại máy thu phát, nhờ đó cho phép sử dụng tối đa hiệu quả phổ tần của mạng thông tin tổ ong [19]. 1.1.2. Tín hiệu trong miền thời gian, không gian 1.1.2.1. Biểu diễn tín hiệu theo thời gian Tín hiệu thực s(t) có biến đổi Fourier là S(f). Phép biến đổi Fourier này thoả mãn biểu thức đối xứng sau: S(f) = SH(-f) (1.1) Nếu nói tín hiệu là thực, nghĩa là ta chỉ xét các tần số dương. Gọi z(t) là đường bao phức của tín hiệu thực s(t), và Z(f) là biến đổi Fourier của z(t)[16]. Đường bao phức cho tần số fc nào đó (tần số sóng mang) được xác định trong miền Fourier là: Z(f-fc) = 2u(f)S(f) (1.2) trong đó hàm bước đơn vị được định nghĩa là:   < ≥= 0 0 0 1 )( f f fu Tín hiệu s(t) là thực và có phổ bằng: )( 2 1)( 2 1)( c H c ffZffZfS −−+−= (1.3) Tín hiệu thực s(t) có thể viết là: { }tfj cetzts π2)(Re)( = (1.4) Ký hiệu phần thực và phần ảo của z(t) tương ứng là x(t) và y(t), z(t) = x(t) + jy(t) (1.5) Kết hợp với phương trình (1.4) ta có: s(t) = x(t)cos2πfct - y(t)sin2πfct (1.6) 1.1.2.2. Biểu diễn tín hiệu theo không gian-thời gian Tín hiệu có thêm chiều không gian (không gian-thời gian) được biểu diễn [27, 38]: -7- s(t,x,y,z) = s(t,r) (1.7) trong đó r biểu diễn 3 biến không gian (x,y,z) Trong hệ toạ độ cầu: x = rsinφcosθ, y = rsinφsinθ, z = rcosθ, r = 222 zyx ++ , θ=cos-1     + 22 yx x (1.8) φ=cos-1     ++ 222 zyx z Hình 1.1. Tín hiệu trong không gian Với hệ có m phần tử anten: tín hiệu theo không gian-thời gian có thể viết bằng tổng các tính hiệu thành phần như sau: s(t,r)=∑ = m k krts 1 ),( (1.9) 1.1.2.3. Các kỹ thuật xử lý tín hiệu Với những biểu diễn tín hiệu như trình bày ở trên rõ ràng là ngoài kỹ thuật xử lý tín hiệu theo thời gian kinh điển, tín hiệu có thể được xử lý theo chiều không gian, hoặc cả không gian và thời gian. [16] Kỹ thuật xử lý chỉ theo miền không gian được dùng để đánh giá tín hiệu, ví dụ như các đáp ứng máy thu và tần số theo không gian, hướng tới (phương pháp hợp lý cực đại - ML (1964), phân loại nhiều tín hiệu - MUSIC (1980), x y z r φ θ -8- Đánh giá các tham số tín hiệu bằng kỹ thuật quay bất biến - ESPRIT (1985)), séc-tơ hoá vùng phủ trạm gốc (chia thành nhiều vùng phủ có hướng tới khác nhau) [49]. Các mô hình không gian được sử dụng do những nguyên nhân chính sau: - Không biết thông tin về tín hiệu phát. Mô hình không gian áp dụng cho rất nhiều tín hiệu khác nhau và cho phép đánh giá vết không gian mà thậm chí không cần biết tính chất thời gian của tín hiệu phát chẳng hạn như: chuỗi huấn luyện đã biết, hằng số theo khối, chuỗi mã đã biết... Khi đánh giá được vết không gian, có thể đánh giá được tín hiệu phát. Tức là, nhiều tín hiệu có thể được đánh giá và phân biệt khi được bù tần số ở máy phát và máy thu, mà không cần giải điều chế và đồng bộ. Nếu kết hợp được một mô hình không gian với các đặc trưng thời gian thì ta có thể cải thiện được việc đánh giá kênh và vết không gian nói trên. - Bằng mô hình không gian, ta có thể tính toán được các tham số vật lý của đường truyền. Những tham số xác định được qua đường lên (vd: vị trí người sử dụng) có thể được sử dụng cho đường xuống và các phần khác của hệ thống. Ví dụ: ở chế độ song công theo tần số - FDD (đường lên và đường xuống sử dụng tần số khác nhau), vị trí của máy phát là tham số không phụ thuộc vào tần số, nếu vị trí này được xác định nhờ quan sát ở đường lên thì đường xuống có thể phát chỉ theo hướng vị trí đó để giảm thiểu nhiễu. - Phân tích đường truyền: Bằng cách sử dụng các mô hình không gian dựa trên số liệu đo kiểm, ta có thể biết thêm về môi trường truyền sóng vô tuyến để sử dụng cho việc thiết kế các hệ thống vô tuyến khác. Hạn chế của mô hình không gian trong việc đánh giá tín hiệu là chỉ tiêu của phương pháp sử dụng mô hình này phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác của mô hình, trong khi luôn có sự chênh lệch giữa mô hình và hệ thống thực -9- tế và anten mảng phải được định cỡ (điều chỉnh) để mô hình không gian này đúng với hệ thống thực. Nếu kết hợp được một mô hình không gian với các đặc trưng thời gian thì việc đánh giá kênh và vết không gian có thể được cải thiện. Kỹ thuật xử lý tín hiệu được thực hiện theo cả miền không gian và thời gian được gọi là xử lý không gian-thời gian. 1.2. Xử lý không gian-thời gian trong thông tin di động 1.2.1. Mô hình hệ thống không gian-thời gian Kỹ thuật xử lý không gian-thời gian cho phép sử dụng tối đa hiệu quả phổ tần của mạng thông tin tổ ong. Nhờ sử dụng nhiều phần tử anten kỹ thuật này cho phép tối ưu hoá quá trình thu hoặc phát tín hiệu bằng cách dùng cả kỹ thuật xử lý tín hiệu theo miền không gian và theo miền thời gian tại máy thu phát. Các kỹ thuật phổ biến đã biết như anten dẻ quạt (séc-tơ hoá) (xử lý không gian), phân tập (xử lý không gian-thời gian) và anten mảng tạo búp sóng (xử lý không gian-thời gian) có thể được xem như những ví dụ điển hình của kỹ thuật xử lý theo không gian-thời gian. Trong thực tế, tất cả các hệ thống anten mảng có thể được xem như bộ xử lý không gian-thời gian. Các bộ xử lý không gian-thời gian tiên tiến hơn bao gồm cả bộ tách đa người sử dụng, mã hóa không gian-thời gian,… sẽ tạo thành một hệ đầy đủ về kỹ thuật xử lý không gian-thời gian. Để đơn giản hoá việc phân tích hệ thống xử lý không gian-thời gian, ta cần có một mô hình cơ bản về hệ thống thông tin bao gồm việc xác định các đầu vào, đầu ra và kênh của hệ thống. Hệ thống xử lý không gian-thời gian tổng quát có nhiều phần tử anten được sử dụng tại cả máy phát và máy thu (mô hình Nhiều đầu vào-Nhiều đầu ra: MIMO). Mô hình này có đặc điểm là tín hiệu mong muốn có nhiều đầu vào kênh thông tin (các anten phát) cũng như nhiều đầu ra (các anten thu). Một hệ thống MIMO có thể được xem như -10- hệ ghép nhiều kênh con một đầu vào / một đầu ra (SISO), dung lượng kênh của hệ thống MIMO là tổng hợp dung lượng của các kênh con thành phần. Dung lượng hệ thống MIMO bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi phân bố tăng ích đặc trưng của các k._.ênh con SISO. Xét Mô hình hệ thống thông tin với N anten phát và M anten thu hoạt động tại một tần số không lựa chọn, môi trường pha-đinh Rayleigh, như trong Hình 1.2. Hình 1.2. Mô hình hệ thống thông tin với N phần tử phát và M phần tử thu trong môi trường tán xạ. Đường bao phức của véc-tơ tín hiệu phát là TN tststst )](),...,(),([)( 21=s và của tín hiệu thu là TM trtrtrt )](),...,(),([)( 21=r , trong đó chỉ số T là toán tử chuyển vị; Biến thời gian t được giả thiết là rời rạc; Không phụ thuộc vào giá trị N, tổng công suất máy phát là hằng số Pt. Giả sử véc-tơ tín hiệu phát bao gồm N thành phần công suất bằng nhau, độc lập thống kê sao cho Nt H T NPttE Iss )/()]()([ = , trong đó IN là ma trận đơn vị NN × và ET(.) là kỳ vọng trên toàn bộ thời gian xét nhỏ hơn nhiều lần so với nghịch đảo của tốc độ pha-đinh. 1 2 3 N Tx 1 2 M Rx h11 h12 h1M hN1 -11- Giả thiết công suất của các phần tử phát là bằng nhau bởi vì máy phát không bị ảnh hưởng bởi các tính năng biến đổi của kênh vô tuyến và các phần tử anten được xem là giống hệt nhau; Công suất trung bình tại đầu ra của mỗi phần tử là Pr ; Tín hiệu nhận được còn bao gồm véc-tơ tạp Gauss trắng cộng AWGN, v(t), với các thành phần độc lập thống kê có công suất là 2σ . Tỉ số công suất sóng mang trên tạp (CNR) tại mỗi nhánh là 2/σrPΓ = , phụ thuộc vào M. Ma trận đáp ứng xung kênh g(t) có M hàng và N cột. Biến đổi Fourier của g(t) là G(f). Với giả thiết băng hẹp, các phần tử của G(f) là hằng số trên toàn băng đang xét, đại lượng f có thể được loại ra. Ngoại trừ g(0), g(t) là ma trận '0'. Ma trận đáp ứng xung kênh chuẩn hoá là h(t) với biến đổi Fourier là H, với sự chuẩn hoá theo HG tr PP = sao cho )(/)( tPPt tr hg = . Chú ý rằng tỉ số tr P/P là hệ số suy hao trường do suy hao đường trong không gian tự do. Ma trận hàm truyền của kênh được chuẩn hoá sao cho 1>=H< 2 mn , trong đó dấu ngoặc đơn là toán tử kỳ vọng theo thời gian, tỉ lệ nghịch với tốc độ pha-đinh. Ma trận H được giả thiết là được đo tại máy thu. Do đó, trong hầu hết trường hợp, máy phát không thể biết trước được ma trận kênh, trừ khi kênh vô tuyến có tính chất thuận nghịch - các đặc tính ở đường xuống và đường lên là tương tự nhau như trong trường hợp hệ thống song công theo thời gian (TDD), tần số đường lên và đường xuống là giống nhau. Hệ thống MIMO tổng quát thường vẫn chưa được sử dụng trong thực tế, mà người ta thường xét một số cấu hình khác sử dụng một anten tại máy di động và nhiều anten tại trạm gốc. Các mô hình này có thể được sử dụng cho trường hợp một người dùng hoặc nhiều người dùng. Trạm gốc có thể sử dụng kỹ thuật tạo búp hoặc phân tập. Tại máy phát, dữ liệu người dùng có thể được mã hoá sử dụng kỹ thuật mã hoá không gian-thời gian, trước khi điều chế và -12- được phát qua anten MT. Khi xem xét máy phát tại đầu cuối di động, số luồng dữ liệu bằng 1, trong đó số luồng dữ liệu được mã hoá và được ghép vào anten phát và K là số người sử dụng tại trạm gốc. Máy thu của người sử dụng thứ k sẽ phải khôi phục được tín hiệu gốc từ một hỗn hợp gồm: tín hiệu mong muốn, tạp AWGN và nhiễu đa truy nhập. Giải pháp sử dụng anten nhiều phần tử tại cả máy thu và máy phát cho phép khôi phục dữ liệu phát tốt hơn. Hiện tại, các vấn đề nghiên cứu về xử lý ở máy thu hầu hết được tập trung vào các thuật toán tối ưu hoặc trong miền thời gian hoặc trong miền mã. Việc đưa thêm miền không gian vào mạng thông tin di động tổ ong thông qua việc sử dụng hệ thống anten nhiều phân tử tạo ra nhiều khả năng mới trong việc phát triển các thuật toán cho máy thu. Đặc biệt, việc dùng anten nhiều phần tử tại cả máy phát và máy thu cho phép cải thiện quá trình tách tín hiệu của người sử dụng. Nhờ kỹ thuật không gian-thời gian, mức nhiễu đa truy nhập và pha-đinh tại máy thu sẽ được giảm xuống đáng kể, do đó sẽ làm tăng dung lượng của toàn hệ thống. Như vậy, hệ thống xử lý không gian - thời gian có thể cải thiện chất lượng kênh truyền theo hai cách: cách thứ nhất là sử dụng phân tập trong hệ thống để tối thiểu ảnh hưởng của pha-đinh đối với tín hiệu thu được; cách thứ hai là làm thay đổi thích nghi giản đồ phương hướng của hệ thống anten để giảm thiểu tổng mức nhiễu đa truy nhập tại máy thu. Năng lực xử lý không gian - thời gian dựa trên kỹ thuật tạo búp sóng và phân tập được kết hợp trong việc thiết kế toàn bộ hệ thống. Do vậy, khái niệm xử lý không gian - thời gian được hiểu như sau: • Xử lý không gian - thời gian là kỹ thuật giảm thiểu pha-đinh và nhiễu đa truy nhập (MAI) thông qua việc sử dụng tích hợp anten nhiều phần tử, kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến, cấu trúc máy thu tiên tiến và sửa lỗi trước. -13- Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật xử lý không gian-thời gian và anten thông minh Như vậy, các kỹ thuật như: lọc không gian để giảm nhiễu (giảm nhiễu cho hệ thống thông tin di động ở đường xuống bằng cách tập trung năng lượng phát xạ điện từ theo hướng một hoặc một nhóm người dùng, tránh vùng không có thuê bao đang hoạt động), thu độ nhậy cao (sử dụng anten mảng thông minh ở đường lên để tập trung búp sóng anten vào một người dùng, làm tăng tăng ích anten ở hướng có người dùng và triệt tín hiệu từ thuê bao gây nhiễu), đa truy nhập theo không gian… là các dạng khác nhau của xử lý không gian - thời gian. Trong đó, kỹ thuật xử lý không gian - thời gian được sử dụng theo các cách khác nhau để giảm pha-đinh và nhiễu đa truy nhập. Khái niệm Anten thông minh có thể được hiểu như sau: • Anten thông minh là sự kết hợp của anten với các thuật toán xử lý tín hiệu để tạo ra một hệ thống anten có các tính năng linh hoạt. Vi dụ, các tính năng linh hoạt này có thể là một giản đồ phương hướng có thể thay đổi theo sự chuyển động của thuê bao. Về cơ bản, anten thông minh được sử dụng để chia nhỏ hơn vùng phủ hình dẻ quạt, mỗi vùng phủ dẻ quạt sẽ được phủ sóng bằng nhiều búp sóng kế Tạo búp Xử lý không gian-thời gian: Giảm thiểu pha-đinh và MAI Anten thông minh Các kỹ thuật xử lý tín hiệu cao cấp Cấu trúc máy thu cao cấp Sửa lỗi trước (FEC) Phân tập Chia séc-tơ -14- tiếp nhau do anten mảng tạo ra. Số búp sóng trong mỗi vùng phủ dẻ quạt phụ thuộc vào cấu trúc anten mảng.[19, 28] 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). Máy đầu cuối di động có thể giảm công suất phát do tăng ích của anten trạm gốc lớn hơn, nhờ đó kéo dài thời gian sử dụng của pin. Như vậy, ta thấy rằng mục đích chính của kỹ thuật không gian - thời gian cho hệ thống thông tin di động vẫn là đảm bảo một mức chất lượng nhất định bằng cách tăng tối đa tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm và nhiễu (SINR) cho mỗi người dùng trong hệ thống. Một anten mảng bao gồm MB phần tử có thể tạo ra tăng ích công suất gấp MB lần đối với tạp âm trắng, nhưng việc triệt nhiễu từ những người dùng khác trong mạng thông tin di tổ ong thì còn phụ thuộc vào dạng của tín hiệu nhận được. 1.2.2. Môi trường thông tin di động Ưu điểm mà xử lý không gian-thời gian có thể đạt được phụ thuộc vào nhiều tham số, trong đó có một số tham số phụ thuộc vào môi trường. Do đó chúng phải được mô hình hoá một cách chính xác khi phân tích hệ thống. Hai tham số ảnh hưởng quan trọng là: đường truyền sóng của tín hiệu, và pha- đinh thời gian. Ngoài ra, còn có một số tham số về: môi trường tán xạ và phân bố thuê bao theo góc… có thể tham khảo thêm trong [36]. Những tham số này ảnh hưởng lớn tới chỉ tiêu hệ thống và cần được đặc biệt chú ý khi thiết kế hệ thống tối ưu. 1.2.2.1. Đường truyền sóng Mô hình đường truyền sóng cần tính đến các ảnh hưởng sau: • Suy hao đường truyền; -15- • Sự che khuất: môi trường tán xạ cụ thể (vd: cây cối, toà nhà) trên đường truyền ở một khoảng cách nào đó sẽ khác nhau đối với các đường truyền khác nhau, gây ra những sai lệch so với mô hình suy hao đường truyền chuẩn. Một số đường truyền sóng có suy hao lớn, trong khi các đường truyền khác bị che khuất ít hơn và có cường độ tín hiệu lớn hơn. Hiện tượng này được gọi là che khuất hoặc pha-đinh chậm và có thống kê pha- đinh log-chuẩn); • Số lượng thành phần đa đường và phân bố các đường bao của chúng (Do môi trường tán xạ cục bộ xung quanh máy di động và/hoặc trạm gốc quyết định); • Pha-đinh thời gian (đặc tính quan trọng trong môi trường vô tuyến di động); • Sự tương quan: các thành phần đa đường được tạo ra bởi một vùng tán xạ cục bộ (nhỏ) có tương quan khá cao - phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố liên quan tới phân bố không gian của các phần tử tán xạ cục bộ. Tương quan là khái niệm rất quan trọng trong hệ thống không gian-thời gian do nó ảnh hưởng tới giản đồ phương hướng anten trong kỹ thuật tạo búp sóng và độ lớn tăng ích phân tập có thể đạt được trong hệ thống. Các đặc tính truyền sóng trên có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu của thuật toán tạo búp sóng được dùng. Hầu hết các thuật toán tạo búp sóng đều dự trên giả thiết rằng các tín hiệu tới mỗi phần tử của mảng có tương quan lớn với nhau ( ijρ >0,8). Suy hao đường truyền Nếu không xác định được các đặc tính truyền sóng của một kênh vô tuyến, người ta thường tính suy hao tín hiệu theo khoảng cách bằng suy hao -16- trong môi trường không gian tự do - mô hình coi vùng giữa anten phát và anten thu là vùng không có bất kỳ vật hấp thụ hoặc phản xạ năng lượng sóng vô tuyến nào. Trong vùng này, khí quyển được xem như môi trường không hấp thụ và đồng nhất hoàn toàn. Ngoài ra, trái đất được xem như ở rất xa so với tín hiệu truyền sóng. Trong mô hình không gian tự do, suy hao của năng lượng sóng vô tuyến tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Công suất thu được biểu diễn theo công suất phát với hệ số suy hao Ls(R) - được gọi là hệ số suy hao đường truyền hoặc suy hao không gian tự do. Trong các ứng dụng thông tin vô tuyến di động, suy hao đường truyền trung bình, )(RLs , là một hàm phụ thuộc khoảng cách R giữa máy di động và trạm gốc, tương ứng với nl lần tỉ số R trên khoảng cách tham chiếu r0. Tức là: ln s r RRL    = 0 )( (1.10) Khi có hiện tượng dẫn sóng mạnh như khi tín hiệu truyền dọc theo các đường phố ở đô thị, thì nl có thể nhỏ hơn 2. Khi xuất hiện các vật che khuất, nl sẽ lớn hơn và nằm trong khoảng giá trị từ 2,5 đến 5 [36, 51]. Các đo đạc thực nghiệm cho thấy rằng với bất kỳ giá trị nào của R, tổng suy hao đường Lx(R) là một biến ngẫu nhiên có phân bố log-chuẩn xung quanh giá trị trung bình phụ thuộc khoảng cách )(RLs . Do đó, suy hao tổng Lx(R) có thể được biểu diễn bởi )(RLs cộng với một biến ngẫu nhiên σX , như sau (tính bằng dB): [62] ( ) ( ) ( ) σXrRnrLRL lsx ++= 0100 /log10 (1.11) Trong đó σX là biến ngẫu nhiên Gauss có trung bình bằng không (tính bằng dB) và phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí trạm gốc. Việc chọn lựa giá trị cho σX thường dựa trên đo đạc thực tế và phụ thuộc vào loại môi trường -17- thông tin tổ ong: macro-ô (ô lớn), micro-ô (ô nhỏ), hoặc picro-ô (ô rất nhỏ), và các tham số kênh khác. Giá trị thường được sử dụng nằm trong khoảng từ 6 đến 10 dB. 1.2.2.2. Pha-đinh và ảnh hưởng đến vùng phủ sóng Pha-đinh có thể được chia thành hai loại pha-đinh chậm và/hoặc pha- đinh nhanh (có tài liệu dùng là pha-đinh large-scale, và small-scale). Pha-đinh chậm (hay che khuất) có suy hao như được trình bày trong mục 1.2.2.1. Pha- đinh nhanh biểu hiện hai đặc tính là méo tín hiệu (trải trễ tín hiệu) và sự biến đổi theo thời gian của kênh. Do sự chuyển động giữa máy phát và máy thu, kênh truyền sẽ biến đổi theo thời gian khi thay đổi đường truyền sóng. Tốc độ thay đổi của các điều kiện truyền sóng này được xem như tốc độ biến thiên nhanh của pha-đinh. Pha-đinh nhanh thường được mô tả thống kê bằng phân bố Rayleigh, Rice [64] hoặc Nakagami-m [65]. Việc lựa chọn mô hình phù hợp chủ yếu phụ thuộc vào môi trường hoạt động của hệ thống thông tin. Nếu số các đường phản xạ đa đường lớn và không có thành phần tín hiệu trong tầm nhìn thẳng, đường bao của tín hiệu thu thường được mô tả thống kê bằng hàm mật độ xác suất Rayleigh. Khi có sự xuất hiện của thành phần tín hiệu không pha-đinh với cường độ mạnh, ví dụ như tín hiệu đến từ đường truyền trong tầm nhìn thẳng, đường bao pha-đinh nhanh đuợc mô tả bằng hàm mật độ xác suất Rice. Ngoài các đặc tính toán học đặc biệt của mô hình pha-đinh Nakagami-m, người ta thấy rằng mô hình này có thể mô tả chính xác đặc tính pha-đinh của các tín hiệu đa đường và các quá trình tán xạ vật lý khác. [66] Kích thước của một ô trong hệ thống thông tin di động tổ ong có thể được xác định bằng tỉ lệ phần trăm vùng nằm trong đường tròn bán kính R mà trong đó cường độ tín hiệu thu được từ trạm gốc lớn hơn một ngưỡng cụ thể nào đó. Ta đặt phần vùng có dịch vụ Fu là vùng này (trong đường tròn bán kính R, cường độ tín hiệu thu được ở anten máy di động vượt quá ngưỡng xo -18- cho trước). Nếu ox P là xác suất tín hiệu thu được x lớn hơn xo trong một vùng dA thì: ∫= R xu dAPR F o 0 2 1 π (1.12) Giả sử trị trung bình của cường độ tín hiệu x phụ thuộc vào khoảng cách r-n, trong đó r là khoảng cách từ máy phát và n là hệ số suy hao đường truyền, thì công suất tín hiệu trung bình (tính bằng dBm) là: R rnx log10−=α (1.13) trong đó α (dBm) là hằng số phụ thuộc vào tăng ích, độ cao anten, công suất phát,… và bằng tín hiệu trung bình thu được tại r=R. Giả sử tín hiệu trung bình cục bộ (cường độ tín hiệu trung bình cục bộ trên pha-đinh Rayleigh) tính bằng dB được biểu diễn bằng một biến ngẫu nhiên chuẩn x có trị trung bình x (dB) và độ lệch chuẩn σ (dB), x là trị trung bình theo dự đoán hoặc đo đạc. Tín hiệu x (dB) khi có pha-đinh log-chuẩn được viết là: xxx ~σ+= (1.14) trong đó x~ là trị trung bình bằng không (zero mean) - phương sai đơn vị của biến ngẫu nhiên Gauss. Vậy, hàm mật độ xác suất của x là : 2 2 2 )( 2 1)( σσπ xx exp −−= (1.15) Phương trình (1.15) cho thấy công suất tín hiệu thu được tức thời biễn thiên theo khoảng cách là nx r −10/ ~ 10σ . Quĩ tích các điểm có công suất tín hiệu bằng nhau quanh máy phát sẽ không còn là một đường trong nữa mà có dạng càng bất thường khi σ càng tăng. Ở điều kiện pha-đinh log-chuẩn, xác suất tín hiệu thu được x lớn hơn xo là: -19- )(rP ox = Xác suất (x ≥ xo) = ∫ ∞ ox dxxp )( (1.16)    −−= σ22 1 2 1 xxerf o (1.17)    +−−= σ α 2 /log10 2 1 2 1 Rrnxerf o (1.18)    +−= σ α RrnxQ o /log10 (1.19) trong đó erf(.) là hàm lỗi kinh điển đã biết : ∫ −= x t dtexerf 0 22)( π (1.20) = -erf(-x) (1.21) và có mối liên quan với hàm Q(.) : ∫∞ = −= xt t dtexQ 2/ 2 2 1)( π (1.23) bằng biểu thức :   =   −= 22 1) 2 (1 2 1)( xerfcxerfxQ (1.24) trong đó erfc(.) là hàm lỗi bù. Chú ý là Q(-x) = 1 – Q(x). Với các giá trị agumen lớn (≥3), Hàm Q có thể được lấy xấp xỉ bằng biên dưới của nó [61] : 2/ 2 211 2 1~)( xe xx xQ −   −π (1.25) Đặt a = (xo-α)/ σ2 và b = 10nlog(e)/ σ2 , ta có ∫  +−= R u drR rbaerfr R F 0 2 log 1 2 1 (1.26) -20-           −−+−= − b aberfeaerf b ab 11)(1 2 1 221 (1.27)    −+= − b abQeaQ b ab 12)2( 2 21 (1.28)    −+= − b abQeRP b ab xo 12)( 2 21 (1.29) Xác xuất để cường độ tín hiệu trên chu vi của đường tròn lớn hơn xo là )2()](1[5,0)( aQaerfRP ox =−= . Phương trình cuối cho thấy rõ ràng là Fu lớn hơn )(RP ox . Cho ví dụ, nếu tồn tại α sao cho x = xo tại r=R, thì a = 0, )(RP ox = 0,5 và : )2( 2 1 21 b QeF bu += (1.30) Vậy, nếu n=3 và σ =9 dB, thì Fu=0,71. Điều này có thể được giải thích như sau: nếu một nửa số vị trí trên chu vi đường trong bán kính R là nằm trên ngưỡng thì 71% vị trí phía trong đường tròn sẽ có mức tín hiệu trên mức ngưỡng đó. Kích thước của ô có thể được xác định dựa trên vùng/đường biên vùng phủ cụ thể, mức ngưỡng, hệ số suy hao, mức công suất ở khoảng cách đang xét hoặc phần bị chặn của phương trình suy hao đường truyền trung bình. Ví dụ, từ một vùng đường bao cho trước )(RP ox =β ta có : βπ α 21 2 )( −=   −= oxerfaerf (1.31) Có thể giải phương trình này theo a rồi α, rồi dựa trên mức công suất theo khoảng cách để xác định bán kính ô. -21- 1.2.3. Mô hình và đánh giá kênh không gian-thời gian Dựa trên các mô hình kênh thực tế của một hệ thống thông tin di động, các cơ cấu xử lý tín hiệu hiệu quả có thể được sử dụng để cải thiện chỉ tiêu hệ thống ; việc phân tích hệ thống một cách chính xác cũng cho phép dự đoán dung lượng và chỉ tiêu hệ thống. Nói chung, các mô hình mô tả tham số như cường độ tín hiệu thu, đặc tính trễ công suất và phổ Doppler rất quan trọng cho việc phân tích hệ thống dùng anten đẳng hướng. Nhưng một tham số rất quan trọng trong các hệ thống không gian-thời gian là hướng tới của tín hiệu thu lại không có trong các mô hình truyền thống. Dựa trên các khái niệm cơ bản đã biết về pha-đinh, trải Doppler, tương quan, … các mô hình kênh mới có thể được xây dựng để có thể đề cập các khái niệm mới như trải trễ, HƯớNG TớI và hình dạng của anten mảng thích nghi. Nhưng cần chú ý là đặc tính truyền sóng ở đường lên và đường xuống có thể khác nhau (do sự trải góc khác nhau ở máy di động và trạm gốc) - điều này rất quan trọng trong việc phân tích chỉ tiêu hệ thống không gian-thời gian. 1.2.3.1. Mô hình kênh cơ bản Trong một hệ thống vô tuyến di động, một tín hiệu có thể truyền từ máy phát tới máy thu qua nhiều đường phản xạ - hiện tượng này được gọi là truyền sóng đa đường. Hiệu ứng này gây ra sự thay đổi về biên độ, pha và góc tới của tín hiệu thu được, và được gọi là pha-đinh đa đường. Giả sử rằng hệ thống không gian-thời gian bao gồm K người sử dụng, mỗi người sử dụng phát một tín hiệu trên một kênh đa đuờng rời rạc độc lập với đường truyền L tới máy thu, mỗi tín hiệu có một biên độ, pha và hướng tới riêng. Phân bố của các tham số này phụ thuộc vào loại môi trường thông tin di động (macro-ô, micro-ô, hoặc picro-ô). Hướng tới phụ thuộc vào ba thành phần khác nhau là: -22- • Tán xạ tại đầu cuối di động (hiện tượng nhiễu xạ này cũng thường bị ảnh hưởng bởi tốc độ di động); • Tán xạ tại trạm gốc; • Các vật tán xạ ở xa. Loại tán xạ này có thể xuất hiện trong các môi trường thành thị và nông thôn do các vật thể có cấu trúc lớn như núi đồi, các toà nhà, ... và có ảnh hưởng nhất định tới kênh thông tin di động kể cả khi các vật tán xạ này ở xa so với trạm gốc và máy di động. Nếu các vật tán xạ này nằm trong tầm nhìn thẳng đối với cả trạm gốc và máy di động thì chúng có thể có vai trò giống như các vật phản xạ rời rạc hoặc vật phản xạ tập trung theo nhóm. Khi các vật phản xạ được nhóm lại, anten trạm gốc hoặc máy di động có thể xem như các thành phần tán xạ như ở điểm 1 và điểm 2 nêu trên. Ta thấy rằng, mô hình phân bố của môi trường tán xạ chiếm một vai trò quan trọng trong việc thiết kế hệ thống. Nhiều mô hình phân bố của môi trường tán xạ khác nhau đã được đề xuất, với các thuộc tính và độ chính xác khác nhau. Chi tiết về các mô hình kênh có những ứng dụng khác nhau trong việc phân tích hệ sử dụng anten thông minh có thể tìm thấy trong tài liệu [36]. Một số mô hình đã được phát triển cho thực tế, còn hầu hết mô hình khác có xu hướng phục vụ cho mục đích mô phỏng. 1.2.3.2. Đánh giá đặc tính kênh không gian Người ta đã thực hiện nhiều đo đạc thực nghiệm để đánh giá đặc tính của kênh không gian trong điều kiện thực tế [36]. Một số kết quả đánh giá đáng chú ý được tóm tắt sau đây: - Phần lớn năng lượng tín hiệu tập trung trong một khoảng trễ nhỏ và trong phạm vi hướng tới nhỏ ở môi trường vùng nông thôn, ngoại ô và thậm chí trong nhiều môi trường thành thị. - Bằng cánh sử dụng anten định hướng, có thể giảm được sự trải trễ. -23- - Trải góc tăng khi độ cao anten trạm gốc giảm. - Trải góc tăng khi môi trường truyền sóng thay đổi từ nông thôn sang thành thị. - Mảng các phần tử anten với búp sóng nhỏ có thể cung cấp khá chính xác thông tin về hướng tới của máy di động đang di chuyển với tốc độ cao. - Sự thay đổi theo thời gian của ký hiệu không gian có xu hướng tăng lên theo tốc độ di chuyển của máy di động. Người ta cũng thực hiện phép đo tìm hiểu sự biến đổi của ký hiệu không gian cả về thời gian và tần số. Kết quả đo cho thấy rằng khi máy di động và các vật xung quanh không chuyển động, tín hiệu không gian thay đổi nhỏ; khi môi trường và các vật xung quanh chuyển động thì sự thay đổi này ở mức trung bình; và khi máy di động di chuyển thì sự thay đổi tín hiệu không gian ở mức lớn nhất. Các kết quả đo cũng cho thấy tín hiệu không gian thay đổi đáng kể khi tần số sóng mang thay đổi. Trong thực tế, sự thay đổi biên độ tương đối của ký hiệu không gian có thể lớn hơn 10dB khi tần số thay đổi 10MHz. Do đó, ký hiệu không gian ở đường lên không thể được áp dụng trực tiếp cho việc tạo búp sóng ở đường xuống trong hầu hết các hệ thống thông tin di động tổ ong hiện nay (thường có khoảng cách vài chục MHz giữa đường lên và đường xuống). 1.2.4. Ưu, nhược điểm của kỹ thuật xử lý không gian-thời gian Kỹ thuật không gian-thời gian có khả năng cải thiện chỉ tiêu của hệ thống thông tin di động bằng nhiều cách khác nhau. Các ưu điểm nổi bật của kỹ thuật không gian-thời gian là: • Dung lượng tăng (hiệu quả phổ tần tăng) nhờ tăng số người sử dụng tích cực đối với một giá trị BER cho trước. -24- • Giảm nhiễu đồng kênh để cải thiện chất lượng dịch vụ và/hoặc tăng hệ số tái sử dụng tần số. • Giảm trải trễ và pha-đinh. Bằng các kỹ thuật tạo búp sóng và phân tập, có thể cải thiện tỷ số SINR của hệ thống trong môi trường pha-đinh. Liên quan đến vấn đề này là giảm ảnh hưởng của trải góc của tín hiệu thu được do các vật tán xạ phân bố xung quanh thuê bao nhờ sử dụng các búp sóng hẹp để thu tín hiệu từ thuê bao. • Giảm xác suất mất liên lạc. Bằng cách giảm nhiễu nhờ kỹ thuật không gian-thời gian, xác suất mất liên lạc có thể được giảm xuống. • Tăng hiệu quả truyền dẫn. Do tính định hướng và tăng ích của hệ thống không gian-thời gian cao, bán kính trạm gốc có thể dược mở rộng và thuê bao có thể chỉ cần phát công suất thấp hơn cho phép kéo dài thời gian sử dụng pin. • Gán kênh động. Khi dung lượng của hệ thống tổ ong vượt quá giá trị giới hạn, có thể thực hiện việc chia tách ô để tạo ra các ô mới, mỗi ô mới sẽ được phân bổ một trạm gốc cùng với tần số mới, làm cho tỷ lệ chuyển giao tăng lên. Điều này có thể khắc phục được bằng các bộ xử lý không gian- thời gian cho phép tạo ra các búp sóng độc lập. • Cải thiện độ chính xác định vị bằng cách sử dụng anten mảng nhiều phần tử. • Giảm chi phí, độ phức tạp về cấu trúc mạng. Do không phải lo ngại về các vấn đề như chuyển giao mềm, gán kênh động, tạo búp sóng không linh hoạt. Tuy nhiên, việc sử dụng anten mảng cũng có một số hạn chế đáng kể về chi phí và độ phức tạp sau: -25- • Tăng các yêu cầu về phần cứng cũng như phần mềm khi tăng số lượng phần tử anten của mảng. • Trong các trường hợp thực tế, chỉ tiêu của anten mảng có thể gây ra các ảnh huởng bất lợi bởi các lỗi mô hình kênh, lỗi định chuẩn (calibration), lệch pha và tạp âm tương quan giữa các phần tử anten. 1.3. Phân loại anten Các kỹ thuật anten thông minh có thể được phân thành ba loại chính [37]: Tạo búp sóng, phân tập, chia séc-tơ. Tùy theo phương thức thực hiện mà các kỹ thuật tạo búp sóng và phân tập có thể tiếp tục được phân loại cụ thể hơn nữa như Hình 1.4. Một anten mảng thích nghi bao gồm một nhóm các phần tử phát xạ được phân bố theo không gian, mỗi phần tử tương ứng với bản sao có độ tương quan cao của tín hiệu có ích. Đầu ra của mỗi phần tử được đặt trọng số thích nghi và kết hợp với các đầu ra khác để tách ra tín hiệu hữu ích bằng cách xếp chồng các tín hiệu thu được. Hình 1.4. Phân loại anten thông minh Anten thông minh Tạo búp sóng Phân tập Chia séc-tơ Thích nghi Chuyển búp Phát -26- Các yếu tố như môi trường tán xạ, phân bố người dùng, môi trường pha- đinh.v.v. đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chỉ tiêu của hệ thống di động không gian-thời gian. Một hệ thống thông tin di động được thiết kế tốt phải sử dụng phần truyền dẫn chung sao cho: tổng lưu lượng thông tin phát trung bình càng lớn càng tốt; xác suất lỗi trung bình ở phía người dùng càng nhỏ càng tốt; và trễ trung bình càng nhỏ càng tốt. Tuy nhiên không phải mọi tiêu chí này đều có thể được thoả mãn đồng thời; một thiết kế tốt đòi hỏi phải cân đối được các tiêu chí này. Ví dụ, kỹ thuật tạo búp sóng có thể được dùng để giảm xác suất lỗi của hệ thống bằng cách giảm nhiễu CDMA. Điều này được thực hiện bằng cách kết hợp thông minh các tín hiệu thu được từ nhiều phần tử anten ở trạm gốc hoặc máy di động. Trong một hệ thống thông tin di động dùng anten mảng, thành phần tín hiệu pha-đinh nhanh tạo ra biên độ và pha ngẫu nhiên cho tín hiệu thu được trên mỗi phần tử anten, làm nhiễu loạn véc-tơ quay của mảng. Trong trường hợp pha-đinh Rayleigh hoặc Nakagami, pha có thể là giá trị bất kỳ trong khoảng (0, 2π], và không thể xác định được hướng tới của sóng nếu chỉ giám sát tín hiệu trong một thời gian ngắn. Tương tự, khái niệm giản đồ phương hướng của mảng dựa trên giả thiết sóng phẳng tới các phần tử của mảng có biên độ không đổi. Do đó, trong môi trường pha-đinh, việc thực hiện các bộ tạo búp để tạo và triệt (null) búp tương ứng về phía nguồn tín hiệu mong muốn và nhiễu có thể là không hiệu quả. Khi pha-đinh nhanh có tương quan mạnh giữa các phần tử, nó có thể được coi như một nhân vô hướng với vec-tơ quay, tác động đều lên các phần tử. Do đó có thể thực hiện việc khôi phục lại véc-tơ quay này. Tuy nhiên, sẽ không có được tăng ích phân tập thu do kỹ thuật này dựa trên pha-đinh không tương quan. Chính vì thế phát sinh mâu thuẫn giữa việc tránh làm nhiễu búp sóng và mong muốn có được phân tập thu. -27- Từ những phân tích ở trên, ta thấy rằng có thể loại bỏ bớt được ảnh hưởng của kênh với thiết kế máy thu tốt hơn. Tuy nhiên, do yêu cầu hạn chế độ phức tạp ở máy đầu cuối và do đặc tính của đường xuống, giải pháp được sử dụng để cải thiện đường xuống sẽ là dùng nhiều anten phát ở trạm gốc, nhờ đó không làm tăng độ phức tạp của máy đầu cuối. 1.4. Đặt vấn đề nghiên cứu Nhờ sử dụng nhiều phần tử anten, kỹ thuật xử lý không gian-thời gian 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. Các kỹ thuật phổ biến được biết là sử dụng anten dẻ quạt (séc-tơ) (xử lý tín hiệu theo không gian), phân tập (xử lý tín hiệu theo không gian-thời gian) và anten mảng tạo búp sóng (xử lý tín hiệu theo không gian-thời gian) có thể được xem như những ví dụ điển hình của kỹ thuật xử lý theo không gian-thời gian. [16,17,19, 28, 36] Trong thực tế, tất cả các hệ thống anten mảng có thể được xem như bộ xử lý không gian-thời gian. Các bộ xử lý không gian-thời gian tiên tiến hơn bao gồm cả bộ tách đa người sử dụng, và mã hóa không gian- thời gian sẽ tạo thành một hệ đầy đủ về kỹ thuật xử lý không gian-thời gian. [6, 16, 52] Kỹ thuật MIMO tổng quát dùng nhiều anten ở cả đầu thu và phát sẽ làm cho dung lượng của hệ thống thông tin vô tuyến lớn hơn đáng kể so với các hệ thống thông thường. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu cần tiếp tục phát triển để có thể áp dụng kỹ thuật này vào thực tế [1, 4, 16, 27]. Luận án nghiên cứu kỹ thuật xử lý không gian thời gian bằng Anten thông minh. Anten thông minh ở nhiều cấp độ phức tạp khác nhau đã được ứng dụng trong quân sự từ khá lâu, nhưng mới thực sự được nghiên cứu sử dụng trong -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 pha- đinh và che khuất với trường hợp nhiễu đồng kênh trong mạng thông tin di động tổ ong th._.ỉ tiêu yêu cầu của anten thông minh, các phần tử anten phải có đặc tính giống nhau. Chỉ cần một khác biệt nhỏ cũng gây ra ảnh hưởng lớn lên cường độ hoặc độ trễ của sóng mang. Khối định cỡ RF có nhiệm vụ bù trừ những khác biệt đó sao cho các phần tử anten có chỉ tiêu giống hệt nhau. 4.4.3. Cấu hình hệ thống và điều kiện đo Hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-CDMA đã được phát triển để đo kiểm các khả năng của hệ thống anten thông minh cho W-CDMA một cách hiệu quả. Hệ thống thử nghiệm anten thông minh có bốn phần -123- chính: thiết bị người dùng (UE), phân hệ RF (RFS); phân hệ xử lý số (DPS) và phân hệ mô phỏng mạng (NSS). Các phân hệ này được thực hiện dựa trên mô hình tham chiếu hệ thống chuẩn của Dự án đối tác hệ thống thế hệ thứ 3 - 3GPP . Các giao thức mạng và báo hiệu tuân thủ theo cấu trúc của Dự án đối tác hệ thống thế hệ thứ 3 . Hình 4.10. Hệ thống anten thông minh thử nghiệm tại Viện Nghiên cứu ETRI Hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-CDMA IMT-2000 được sử dụng dể đo kiểm tại Viện Nghiên cứu ETRI có những đặc trưng chính sau: [27] + Khối RF/IF: o Định cỡ tức thời o IF kỹ thuật số -124- SA-RTS ABFCC #0 Sect. 1 BFNC Sect. 2 BFNC SPDM (PC) Sector 1 Sect. 3 BFNC ... ANT # 8 ANT # 1 ABFCC #1 Hub BF Display (PC) SMAT Commercial UE CKURECAU RECU (8way) TRCU (8way) TRCAU CALU (8way) RFFU (8way) Sector 2 Sector 3 1 2 3 4 5 6 7 8 RF/IF Digital UE thương mại o 8 anten/ séc-tơ (4 tần số (FA)/séc-tơ) + Khối xử lý số o Đường xuống: bộ chuyển búp sóng, 12 búp cố định / 1 séc-tơ o Đường lên: Bộ tạo búp thích nghi, sử dụng thuật toán Trung bình Bình phương Nhỏ nhất chuẩn o Bộ giải điều chế: mỗi nhánh có thể hoạt động ở ba chế độ: tạo búp thích nghi, chuyển búp sóng và phân tập 2 anten. + Điều kiện đo kiểm: o Bộ mô phỏng thiết bị đầu cuối người sử dụng (UE): Công cụ phân tích modem anten thông minh o Máy đầu cuối W-CDMA thương mại của Samsung o Bộ mô phỏng lớp 2/3 ở trạm gốc BS: Khối giám sát phân tích chỉ tiêu anten thông minh (SPDM) Hình 4.11. Cấu hình hệ thống anten thông minh cho W-CDMA sử dụng trong đo kiểm Hình 4.11 trình bày cấu trúc khối chức năng của hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-CDMA. UE là một máy cầm tay thương mại do Samsung sản xuất. Phân hệ RF bao gồm: bộ khuyếch đại công suất cao, bộ -125- khuyếch đại tạp âm thấp, bộ đổi tần phát (TRCU), Bộ đổi tần thu (RECU), và bộ định cỡ (CALU); Bộ đổi tần lên và xuống tương ứng trong Bộ đổi tần phát và Bộ đổi tần thu. Bộ lọc đáp ứng impulse hữu hạn cho tín hiệu I- và Q- băng gốc được lắp trong Bộ định cỡ CALU. Mỗi bộ khuyếch đại công suất cao và bộ khuyếch đại tạp âm thấp tương ứng với một Bộ đổi tần phát và Bộ đổi tần thu. Mỗi hệ thống hỗ trợ tối đa 4 tần số (FA) hoặc anten; Một bộ định cỡ hỗ trợ một tần số. Do mảng 8 anten được sử dụng và mỗi séc-tơ hỗ trợ tối đa 4 tần số, nên 8 bộ khuyếch đại công suất cao, 8 Bộ đổi tần phát, 8 bộ khuyếch đại tạp âm thấp, 8 Bộ đổi tần thu và 4 Bộ định cỡ CALU sẽ được lắp đặt trong một séc-tơ. Hệ thống anten thông minh cho W-CDMA hỗ trợ tối đa 3 séc-tơ và lên tới 192 tín hiệu băng gốc (2 tín hiệu băng gốc/anten x 8 anten/séc-tơ x 4 tần số x 3 séc-tơ), với tốc độ 30,72 Mcps (384 kcps x 8 bít/chip) được truyền từ khối xử lý số qua đường báo hiệu vi sai điện áp thấp (LVDS). Hình 4.12. Cạc kênh của Bộ tạo búp thích nghi (hỗ trợ 3 séc-tơ x 8 anten) -126- Phân hệ xử lý số bao gồm bộ điều khiển mạch tạo búp sóng, hệ thống modem, bộ điều khiển modem, và bộ xử lý trung tâm (DCPU). Bộ điều khiển mạch tạo búp sóng định truyến tín hiệu băng gốc giữa Bộ định cỡ và hệ thống modem. Hệ thống modem trong hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-CDMA được thực hiện nhờ vi mạch có thể lập trình và sẽ có kiểu chíp là mạch tổ hợp riêng cho ứng dụng (ASIC). Bộ điều khiển modem và bộ xử lý trung tâm được thực hiện bằng cách sử dụng bộ xử lý tín hiệu số và cạc kênh tương ứng. Bộ xử lý chính của cạc kênh xử lý các bản tin báo hiệu giữa UE và Phân hệ mô phỏng mạng. Một bộ điều khiển mạch tạo búp sóng hỗ trợ 1 séc- tơ và truyền tải tối đa 64 tín hiệu băng gốc 30,72 Mcps. Với một tần số, 12 búp sóng được tạo lập trong 1 séc-tơ và có thể đáp ứng tối đa 360 người sử dụng đàm thoại đồng thời trong 1 sec-tơ. Mỗi cạc kênh hỗ trợ tối đa 64 kênh, và cần 6 cạc kênh để hỗ trợ 1 séc-tơ có 1 tần số. Có thể trang bị tối đa 18 cạc kênh trong một giá xử lý số - ứng với 3 séc-tơ x tần số. - Định cỡ: + Mục đích: bù đắp những phần không trùng khít của các đường truyền đẫn RF để tạo lập búp sóng một cách chính xác. + Đặc điểm: Đánh giá mỗi hàm truyền bằng một tín hiệu định cỡ khác nhau. Tính toán hiệu quả định cỡ phức từ các hàm truyền đã được đánh giá bằng bộ điều khiển DSP. Ghép các tín hiệu phát hoặc tín hiệu thu dựa vào hiệu quả định cỡ. + Thực hiện tương ứng trên máy phát và máy thu Phân hệ mô phỏng mạng bao gồm Khối giao diện mạng, Khối quản lý lưu lượng, bộ xử lý trung tâm và khối giao diện người sử dụng. Nền của phân hệ mô phỏng mạng là một máy tính PC và các nhiệm vụ đều được thực hiện bằng phần mềm. Khối giao diện mạng được nối với bộ xử lý trung tâm của phân hệ xử lý số qua mạng Ethernet. Lưu lượng được xử lý trong Khối quản -127- lý lưu lượng mạng. Bộ xử lý trung tâm là bộ xử lý chính của phân hệ mô phỏng mạng và làm nhiệm vụ xử lý các bản tin báo hiệu. Khối giao diện người sử dụng cung cấp cho người dùng dịch vụ thoại hoặc hình. Chức năng của Khối quản lý lưu lượng mạng, bộ xử lý trung tâm, và Khối giao diện người sử dụng tương ứng với lớp 2, lớp 3, và lớp ứng dụng của giao thức của Dự án đối tác hệ thống thế hệ thứ 3 . Các khối chức năng này liên tục với khối giao thức tương ứng của UE. - Bộ điều chế: + Kênh không truyền dẫn: Kênh hoa tiêu chung - CPICH, Kênh đồng bộ - SCH, Kênh báo chiếm kênh - AICH, Kênh báo nhắn tin - PICH + Tối đa 32 kênh truyền dẫn: kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp - PCCPCH, kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp - SCCPCHs, kênh vật lý dành riêng - DPCHs + Mỗi kênh kênh vật lý dành riêng DPCH có thể hoạt động ở cả chế độ phân tập và chế độ tạo búp sóng chuyển mạch + Tạo búp sóng đường xuống: 12 búp sóng cố định (số búp sóng trên một séc-tơ là 12). - Bộ giải điều chế: + Cấu trúc dùng chung nhánh + Mỗi nhánh có thể hoạt động ở 3 chế độ: tạo búp sóng thích nghi, tạo búp sóng cố định, 2 anten phân tập + Thuật toán Trung bình bình phương nhỏ nhất chuẩn được sử dụng cho ABF ở đường lên + Tín hiệu tham chiếu chuẩn để đánh giá kênh, bám thời gian, đánh giá SIR và ABF là kênh điều khiển vật lý dành riêng-DPCCH ở đường lên. - Bộ dò tìm: -128- + Bộ dò tìm ban đầu: của sổ tìm kiếm là 256 chíp, chỉ ở chế độ phân tập (đẳng hướng) + Bộ dò tìm đa đường: dò trễ và búp sóng (chuyển búp sóng)- của sổ dò tìm là 64, số búp sóng là 12; Kết quả tìm kiếm có thể được sử dụng cho kỹ thuật Chuyển búp sóng ở đường xuống; có thể hoạt động cả ở chế độ phân tập (đẳng hướng) - Khối xử lý số: + Mã hoá và giải mã kênh truyền dẫn: Turbo/Viterbi + Giao diện với lớp cao hơn qua bộ xử lý trung tâm + Điều khiển modem: điều khiển thủ tục kênh truy nhập ngẫu nhiên, điều khiển công suất ban đầu, điều khiển Chuyển búp sóng đường xuống, điều khiển ABF đường lên, thuật toán phân bổ nhánh cho đường lên. Hình 4.13. Mẫu búp sóng cố định đường xuống -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-20 -15 -10 -5 0 5 10 Độ Công suất 8 phần tử anten, 12 búp sóng, khoảng cách:63mm, 2000 MHz -129- 4.4.4. Kết quả đo kiểm trên hệ thống thử nghiệm Kết quả giám sát búp sóng ở đường lên và đường xuống của hệ thống thử nghiệm. Hình 4.14. Dạng búp sóng đường xuống (chuyển mạch búp sóng) và đường lên (búp sóng thích nghi) Kết quả đo kiểm chỉ tiêu: Hình 4.15 và Hình 4.16 giới thiệu chỉ tiêu hệ thống khi dùng ABF trong hệ thống thử nghiệm. Trong Hình 4.15, ta thấy tỉ số tín hiệu trên tạp âm tăng thêm khoảng 3,5-4,5dB khi dùng ABF 8-anten so với khi sử dụng phân tập 2 -130- anten (DIV). Hình 4.16 cho thấy sự cải thiện thêm 1,2dB khi dùng ABF 8- anten thay cho DIV 2-anten. Như vậy, tổng thể chỉ tiêu của hệ thống được cải thiện khoảng 5,5 đến 6 dB khi dùng ABF 8-anten so với DIV 2-anten. Hình 4.15. Kết quả đo kiểm SNR trên Hệ thống thử nghiệm theo giá trị SIRtarget đặt trước Hình 4.16. Kết quả đo kiểm BLER cho ABF 8-anten và DIV 2-anten 1 2 3 4 5 6 7 -2 0 2 4 6 8 3.5 dB 3.5 dB 4.5 dB M ea su re d SN R Target SIR(For ABF) ABF DIV -4 -3 -2 -1 0 1 0.01 0.1 1 1.2 dB U pl in k BL ER Target SIR(ABF and DIV respectively) ABF DIV -131- Qua việc phát triển hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-CDMA, chúng ta có thể khẳng định rằng hệ thống anten thông minh sẽ làm tăng đáng kể dung lượng hệ thống. Trong hệ thống thử nghiệm, 12 búp sóng được tạo lập trong 1 séc-tơ và dung lượng hệ thống tăng khoảng 4 lần. 4.5. Xử lý kết quả đo kiểm và so sánh với kết quả mô phỏng Để có thể so sánh kết quả đo kiểm và kết quả mô phỏng, trước tiên ta cần chuyển đổi từ kết quả đo BLER theo SIR sang BER theo Eb/No. Trong cấu trúc đường lên W-CDMA, kênh vật lý dành riêng - DPCH gồm kênh dữ liệu vật lý dành riêng - DPDCH (với các hệ số trải phổ có thể là: 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256) và kênh điều khiển vật lý dành riêng - DPCCH (chỉ với hệ số trải phổ là 64). Hai kênh này tuỳ theo hệ số trải phổ của mình sẽ có công suất tương ứng là βd, và βc. Đại lượng tỉ số công suất được định nghĩa là β= c d β β . Đề xuất công thức chuyển đổi Eb/No và SIRtarget: Trong hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W-CDMA, luồng bít thông tin được mã hoá với tỉ lệ 1/3 cho điều chế ký hiệu, như vậy năng lượng bít thông tin bằng 3 lần năng lượng ký hiệu kênh DPDCH, tính bằng dB: Eb=Es|DPDCH + 10log3= Es|DPDCH+4,77 (dB) (4.28) Theo tỉ lệ tuyến tính: Es|DPDCH = β2.Es|DPCCH. 256 |DPDCHfactS (4.29) Định nghĩa: χ = 256 |DPDCHfactS (4.30) Es|DPDCH tính bằng dB có thể được tính theo công thức sau: -132- 0 1 2 3 4 5 6 7 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 5 dB BE R Eb/No ABF DIV Es|DPDCH = β2 + Es|DPCCH + χ (dB) (4.31) Thay (4.31) vào (4.28), Eb có thể được tính theo công thức sau (tính bằng dB) Eb = β2 + Es|DPCCH + χ + 4,77 (dB) (4.32) Trong hệ thống thử nghiệm sử dụng trong đo kiểm, Sfactor của DPDCH = 64, Sfactor của DPCCH = 256, như vậy χ = 64/256 = ¼ (hay bằng –6dB). βd =15, βc=8 nên β =15/8, Như vậy: β2(dB) = 5,45 dB Với SIRtarget = t DPCCHS I E | = 1dB (trong đó It là tổng nhiễu) thì Eb/No bằng: Eb/No = 5,45 + 1 – 6 + 4,77 = 5,22 dB (4.33) Nói cách khác, có thể chuyển đổi Eb/No = SIRtarget + 4,22 dB (4.34) Với hệ thống W-CDMA, tỉ lệ lỗi bít khối BLER thấp hơn BER khoảng 10 lần (nghĩa là nếu BLER =10-2 thì BER xấp xỉ cỡ 10-3) [33]. Như vậy, kết quả đo có thể được biểu diễn lại như Hình 4.17. Hình 4.17. Tỉ lệ lỗi bít BER đo được với ABF 8-anten và DIV 2-anten -133- Kết quả đo chỉ tiêu cho trường hợp DIV 2-anten rất giống với kết quả mô phỏng cho kỹ thuật phân tập. Còn trường hợp ABF 8-anten 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. 4.6. Tổng kết chương Chương này đã đề xuất một kỹ thuật phối hợp cho chép có được ưu điểm của cả hai kỹ thuật phân tập và tạo búp cho hệ thống W-CDMA. Hệ thống này sẽ tận dụng 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. 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 thử nghiệm anten thông minh cho W- CDMA tại Viện nghiên cứu ETRI cho trường hợp DIV 2-anten và ABF 8- anten đã được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của các kết quả mô phỏng. Để có thể so sánh kết quả mô phỏng và đo kiểm, công thức chuyển đổi giữa SIRtarget và Eb/No cho hệ thống W-CDMA cũng đã được xây dựng. Qua đó, ta thấy rằng kết quả mô phỏng phù hợp với các kết quả đo kiểm và chứng tỏ được độ tin cậy của phương án đề xuất. -134- KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận 1. Thuật toán tạo búp thích nghi kết hợp trung bình bình phương nhỏ nhất và hằng số theo khối trên cả kênh hoa tiêu và kênh lưu lượng được sử dụng cho đường lên hệ thống DS-CDMA có tốc độ hội tụ nhanh hơn nhờ phép cập nhật trọng số kết hợp. Thuật toán kết hợp này hoàn toàn dựa trên hai thuật toán kinh điển, không làm tăng độ phức tạp tính toán và phù hợp với khả năng xử lý của các thiết bị hiện nay. 2. Việc ứng dụng anten thông minh chuyển búp sóng ở các hệ thống thông tin di động GSM hiện tại (N=4) có thể làm dung lượng hệ thống tăng thêm 30% so với anten dẻ quạt, và lớn gấp 3 lần (khi số búp sóng của anten là 12) so với anten đẳng hướng. Việc sử dụng mẫu tái sử dụng tần số mới N=3 được đề xuất trong luận án có thể tiếp tục làm tăng dung lượng hệ thống lên thêm 30% nữa. 3. Mẫu tái sử dụng tần số mới N=3 cho hệ thống GSM khi sử dụng anten thông minh là khả thi do tỉ số CIR hiện tại được tính toán, so sánh đã bao gồm mức dự trữ công suất từ 7,5dB đến 8,5dB đủ dự phòng cho các ảnh hưởng của pha-đinh và che khuất. Hơn nữa, hiệu suất phổ khi dùng anten chuyển búp sóng so với anten đẳng hướng trong môi trường pha-đinh và che khuất đã được chứng minh là lớn hơn trong không gian tự do. 4. Trong môi trường pha-đinh, tín hiệu tới các phần tử anten mảng không bao giờ là tương quan hoàn toàn. Kỹ thuật phối hợp tạo búp và phân tập được đề xuất cho hệ thống W-CDMA tận dụng được ưu điểm của việc làm giảm nhiễu búp sóng mà vẫn có được phân tập thu. Kết quả mô phỏng cho thấy trong môi trường nhiều người dùng, pha-đinh mạnh, kỹ thuật phối hợp tạo -135- búp và phân tập cho chỉ tiêu tốt hơn hệ thống tạo búp ở giá trị Eb/No lớn hơn 8dB – phù hợp để triển khai các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao. 5. Kết quả đo kiểm trên hệ thống thử nghiệm anten thông minh cho W- CDMA tại Viện nghiên cứu ETRI - Hàn Quốc cho thấy chỉ tiêu tổng thể của hệ thống được cải thiện khoảng 5,5 đến 6 dB khi dùng anten tạo búp sóng thích nghi so với anten phân tập thông thường, tương ứng dung lượng hệ thống có thể tăng khoảng 4 lần. Thông qua công thức chuyển đổi giữa SIRtarget và Eb/No được xây dựng cho hệ thống W-CDMA, kết quả đo kiểm giống kết quả mô phỏng cho trường hợp phân tập và trường hợp tạo búp, chứng tỏ kết quả mô phỏng kỹ thuật phối hợp tạo búp và phân tập cho hệ thống W-CDMA cũng đáng tin cậy. Hướng phát triển tiếp theo: 1. Triển khai áp dụng vào thực tiễn thuật toán tạo búp kết hợp trung bình bình phương nhỏ nhất và hằng số theo khối cho hệ thống W-CDMA. 2. Đánh giá ảnh hưởng của pha-đinh và che khuất khi sử dụng anten thông minh cho các điều kiện địa hình, thành phố cụ thể khi triển khai. 3. Nghiên cứu cấu trúc anten mảng phù hợp cho kỹ thuật phối hợp tạo búp và phân tập đã đề xuất cho hệ thống W-CDMA. 4. Nghiên cứu bài toán áp dụng anten mảng nhiều phần tử cả ở trạm gốc và máy di động - MIMO cho W-CDMA với kỹ thuật mã hoá không gian-thời gian. -136- Bài báo, Công trình đã công bố 1. Nguyễn Quang Hưng và Đặng Đình Lâm, “Phát triển thuật toán tạo búp sóng thích nghi cho hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Tập 43 - Số 45, 11/2005. 2. Đặng Đình Lâm, Nguyễn Minh Dân, Chu Ngọc Anh, Il Guy Kim, Nguyễn Quang Hưng. “Phối hợp kỹ thuật tạo búp sóng và phân tập cho hệ thống W- CDMA trong môi trường pha-đinh”, Tạp chí BCVT&CNTT, Chuyên san các Công trình nghiên cứu-triển khai viễn thông và Công nghệ thông tin, Hà Nội, Số 13, tháng 12/2004. 3. Dang Dinh Lam, Nguyen Minh Dan, Chu Ngoc Anh, and Nguyen Quang Hung, “Capacity improvement of cellular systems by switched beam antennas” Proceedings of Vietnam Conference on Radio&Electronics (REV’04), Hanoi, 11/2004. 4. Nguyen Quang Hung and Dang Dinh Lam, “Capacity improvement of GSM systems by switched beam antennas”, Proceedings of The 9th International Conference on CDMA, Seoul, Korea, 25-28/10/2004. 5. Đặng Đình Lâm và Nguyễn Quang Hưng, “Nâng cao dung lượng hệ thống thông tin di động băng hẹp bằng anten thông minh chuyển mạch búp sóng”, Tạp chí BCVT&CNTT, Chuyên san các Công trình nghiên cứu-triển khai viễn thông và Công nghệ thông tin, Hà Nội, Số 10, tháng 10/2003. 6. Đặng Đình Lâm và Nguyễn Quang Hưng, “Xây dựng cấu trúc mạng thông tin di động 3G”, Kỷ yếu Hội thảo khoa học quốc gia lần thứ nhất về Nghiên cứu, Phát triển và Ứng dụng Công nghệ thông tin và Truyền thông (ICT.rda), trang 401-410, Hà Nội, 03/2003. 7. Nguyen Quang Hung et.al. ”Comparisons of investment scenarios for mobile networks toward 3G in Vietnam”, Asian info-communications Council (AIC) 28th Conference, Manila, Philippines, 11/2002. 8. Nguyen Quang Hung et al., “Capacity enhancements of CDMA systems by spatial processing“, The 5th Info-communications seminar between ETRI&PTIT, DaeJeon, Korea, 06/2002 9. Nguyen Quang Hung et.al., “Initial proposals for network evolution towards 3G in Vietnam”, The 5th Info-communications seminar between ETRI&PTIT, DaeJeon, Korea, 06/2002 -137- 10. Dang Dinh Lam, Nguyen Minh Dan, Chu Ngoc Anh, Nguyen Quang Hung, “Potential models toward 3G mobile network in Vietnam”, Asian info- communications Council (AIC) 26th Conference, Hanoi, Vietnam, 11/2001. 11. Nguyen Quang Hung, Chu Ngoc Anh, Nguyen Minh Dan, “ W-CDMA Radio Network Dimensioning and Co-planning with GSM”, Proceedings of The 2nd Conference on Information Technology in Asia (CITA’01), Sarawak, Maylaysia, Oct. 2001 12. Nguyen Quang Hung and Chu Ngoc Anh, “An estimation on multiple-operator interference of W-CDMA systems”, The 4th Information Technology Seminar between PTIT and ETRI, Ha Noi, Aug., 2001. 13. Nguyen Quang Hung et.al., "Simple calculations for W-CDMA radio network dimensioning”, The 4th Information Technology Seminar between PTIT and ETRI, Ha Noi, Aug., 2001. 14. Nguyen Minh Dan, Nguyen Quang Hung, and Chu Ngoc Anh, “Spatial Processing for wireless systems with smart antnennas”, The 4th Information Technology Seminar between PTIT and ETRI, Ha Noi, Aug., 2001. 15. Nguyen Quang Hung & Chu Ngoc Anh, “Studying on deployments of high speed data services on GSM networks in Viet Nam”, Asian info- communications Council (AIC) 25 Conference, Shanghai, China, 04/2001. -138- Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1]. Phan Anh, Lý thuyết và kỹ thuật anten, bản in lần 4, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2002. [2]. Lê Xuân Công, Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm hệ số suy giảm môi trường truyền sóng thông tin di động dải tần 900 MHz, Luận án Tiến sỹ, Học Viện CN Bưu chính Viễn thông, Hà Nội, 2001. [3]. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động số thế hệ 3, Nhà Xuất Bản Bưu Điện, Hà Nội, 2002. [4]. Nguyễn Quang Hưng, “Nghiên cứu kỹ thuật xử lý theo không gian cho thông tin di động”, Đề tài Học Viện CN BCVT, 12/2002. [5]. Nguyễn Quang Hưng, Chu Ngọc Anh, “Nghiên cứu ảnh hưởng của dịch vụ thoại và dữ liệu trên hệ thống GSM/GPRS”, Đề tài TCT Bưu chính Viễn thông VN, 2002. [6]. Nguyễn Quang Hưng, Lương Lý, “Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến dùng anten nhiều phần tử nhằm nâng cao dung lượng, chất lượng các hệ thống thông tin di động”, Đề tài Bộ Bưu chính, Viễn thông, 2004. [7]. Đặng Đình Lâm và nnk., Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2004. [8]. Đặng Đình Lâm, Nghiên cứu tiếp thu và phát triển công nghệ điện thoại di động 3G, Đề tài cấp nhà nước KC.01.06, Hà Nội, 2003. [9]. Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất bản Khoa học&Kỹ thuật, Hà Nội 1997. [10]. “Qui hoạch Phát triển mạng viễn thông”, Viện Kinh tế Bưu Điện, Nhà xuất bản Khoa học&Kỹ thuật, 2000. [11]. Đỗ Văn Lưu, Giải Tích Hàm, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 1999. [12]. Nguyễn Quốc Trung, Xử lý tín hiệu và lọc số - Tập I, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2002. [13]. Nguyễn Quốc Trung, Xử lý tín hiệu và lọc số -Tập 2 , Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2003. -139- [14]. Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 1998. Tiếng Anh [3]. [15]. M. Abramowitz and I.Stegun, Handbook of Mathematical Functions. Dover, 1972 [Alam02] . [16]. F. Alam, Space Time Processing for Third Generation CDMA systems, Ph.D Desseration, VirginiaTech, 2002 [Al- Jazzr00]. [17]. Saleh Al-Jazzar, A report on “Smart Antennas in Wireless Communications”, University of Cincinnati, 06/2000. [Bang02]. [18]. Seung Chan Bang, et. al., “BER performance of W-CDMA/FDD and TDD based smart antenna system in vector channel model”, The 5th Information Technology Seminar between PTIT&ETRI, Daejeon, Korea, June 2002. [2]. [19]. A.O. BOUKALOV and S.G. HAGGMAN, “System aspects of smart-antenna technology in cellular wireless communications- An overview”, IEEE tran. on micr. theory and tech., vol 48, No.6, June 2000. [Choi02]. [20]. Seungwon Choi, “Experimental results from a smart antenna BTS for IS2000 1X”, The 4th smart antenna workshop for IMT-2000, Seoul, Korea, 05/2002. [Dam99] [21]. H. Dam et.al., “Performance evaluation of adpative antenna base station in a commercial GSM network”, Proceeding of VTC 1999-fall. [22]. G. Montalbano, Array Processing for Wireless Communications, Doctoral thesis, 1998. [Der02]. [23]. A Derneryd, Technology for advanced antenna systems, Ericsson ISART’02, 03/2002. [2]. [24]. G. Efthymoglou, V. Aalo, and H. Helmken, “Performance analysis of coherent DS-CDMA in Nakagami fading channel with arbitrary parameter,” IEEE Trans. Veh. Tech., vol. 46, pp. 289-297, 05/1997. [60]. [25]. P. Eggers, “TSUNAMI: Spatial radio spreading as seen by directive antennas,” Tech. Rep. COST 231 TD(94) 119, EURO-COST, 09/2004. [1]. [26]. T.Eng and L. Milstein, “Coherent DS-CDMA performance in Nakagami multipath fading”, IEEE Trans. Comm., vol.43, 02-03-04/1995. -140- [7]. [27]. ETRI, WCDMA Smart Antenna, 02/2004. [1]. [28]. L.C. GODARA, “Applications of antenna arrays to mobile communications”, Part I & II, Proceeding of the IEEE, Vol.85, No.7, July 1997. Haykin [29]. Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, 4th Edition, Prentice Hall, 2002. [Holma01 ]. [30]. Harri Holma & Antti Toskala, W-CDMA for UMTS: Radio Access for third generation mobile communications, John Wiley & Sons, 2001. [SA]. [31]. “Smart Antennas”, IEEE Personal Communications, February 1998, Vol.5 No.1 [53]. [32]. W.C. Jakes, Microwave Mobile Communications, IEEE Press Classic Reissue, Piscatsaway, New Jersey, IEEE Press, 1994 [8]. [33]. Keiji T., W-CDMA: Mobile Communications System, John Wiley & Sons, 2002 [Kuchar9 9]. [34]. A. Kuchar et.al., “Field trial with GSM/DCS1800 Smart Antenna Base Station”, Proceeding of VTC 1999-fall. [195]. [35]. Kenvin Laird, et.al., “A-Peak-to-Average Power Reduction Method for Third Generation CDMA Reverse Links,” Pro. IEEE VTC, 1999. [5]. [36]. J. S. LIBERTI, JR and T. S. RAPPAPORT, Smart antennas for wireless communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications, Prentice Hall, 1999. [9]. [37]. A.R. Lopez, “Performance predictions for cellular switched-beam intelligent antenna systems”, IEEE Communications Magazine, pp.152-154, 10/1996 [Manolak is00]. [38]. D.G. Manolakis et.el., Statistical and Adaptive Signal Processing, McGraw- Hill, 2000. [Martinez 01]. [39]. Ramon Martinez et.al., “Smart antennas peroformance evaluation and capacity increase for W-CDMA UMTS”. Proceeding of VTC 2001-Spring. [10]. [40]. Matlab Curriculum Series, Mastering Matlab 5.0, “A comprehensive Tutorial and Reference” [Metawa] [41]. Metawave, “CDMA solutions seminar series”, 1999-2000. [42]. E. Lindskog, Space-time processing and equalization for wireless communications, Ph.D. Dessertation, Uppsala University, 1999. -141- [43]. P. Pelin, Space-time Algorithms for Mobile Communications, Ph.D. Dessertation, Chalmers University of Technology, Sweden, 1999. [44]. T. Svantesson, Antennas and Propagation from a Signal Processing Perspective, Ph.D. Dessertation, Chalmers University of Technology, Sweden, 2001. [Nguyen0 4b] [45]. Nguyen Quang Hung, “Smart Antenna in GSM and Space-time processing in W-CDMA: problem raising” Team’s Seminar, Daejeon, Korea, 07/2004. [46]. A. Paulraj et.al., Introduction to Space-Time Wireless Communications, Cambridge University Press, 2003. [Nguyen0 4c]. [47]. Nguyen Van Yen and Nguyen Quang Hung, “3G Evolution and the trial system for VNPT network”, Symposium AP-NeGeMo’04, Hanoi, 02/2004. [94]. [48]. A.Papoulis, The Fourier Integral and its Appilcations, New York: McGraw- Hill, 1962. [3]. [49]. B. PATTAN, Robust Modulation Methods and Smart Antenna in Wireless Communications, Pretice Hall, 2000 [4]. [50]. M. Prusley, “Performance evaluation for phase-coded spread-spectrum multiple access communications – Part I: system analysis,” IEEE Trans. Commun., vol.COM-25, 08/1977. [8]. [51]. T.S. RAPPAPORT, Wireless Communications, 2nd Edition, Prentice Hall, 2002. [5]. [52]. P. van Rooyen and R. Kohno, “DS-CDMA performance with maximum ratio combining and multiple-antenna transmit diversity for capacity space-time coded DS/CDMA.” in Proc. IEEE MILCOM (Atlantic City, U.S.A.), 1999. [113]. [53]. M.S. shwartz, et.al., Communication Systems and Techniques, An IEEE Press Classic Reissue, Piscatsaway, New Jersey, IEEE Press, 1996 [Tho92]. [54]. H.J. Thomas, et.al., “A Novel Dual Antenna Measurement of the Angular Distribution of Received Waves in the Mobile Radio Environment as a Function of Position and Delay time,” IEEE Vehicular Technology Conf., Vol.1, 1992. [121]. [55]. R.G. Vaughan and J.B. Andersen, “Antenna diversity in mobile communications”, IEEE Trans. Veh. Tech. 36(4), 11/1987. [6]. [56]. A. Wojnar, “Unknown bounds on performance in Nakagami channels,” IEEE -142- Trans. Comm., vol. COM-34, pp.22-24, 01/1986. [57]. Savo G. Glisic, Adaptive WCDMA: Theory and Practice, John Wiley & Sons, 2003 [10] [58]. N.C. Beaulieu et.al., “Estimating the distribution of a sum independent log- normal random variables” IEEE Tran. Comm. Vol.43(12), pp. 2869-2873, Dec. 1995. [37] [59]. R.C. French, “The effect of fading and shadowing on channel reuse in mobile radio”, IEEE Trans. Veh. Tech., vol. VT-28(3), pp. 171-181, Aug. 1979 [88] [60]. R. Muammar and S.C.Gupta, “Cochannel interference in high-capacity mobile radio system”, IEEE Trans. Comm., vol. COM-30(8), pp. 1973-1982, Aug. 1982. [130] [61]. J.M. Wozencraft and I.M. Jacobi, Priciples of Communication Engineering, New York: John Willey&Son, 1965. [209] [62]. T. Rappaport, Wireless Communications. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1996 [250] [63]. B. Sklar, “Rayleigh fading channels in mobile digital communications systems Part I: Characterization,” IEEE Comm. Mag., pp. 90-100, July, 1997 [205] [64]. J.G Proakis, Digital communications, McGraw-Hill, 3rd Edition, 1995 [255] [65]. G.S Tuber, Fundamentals of Mobile communications, Kluwer Academic Publisher, 1998. [35] [66]. W.Brawn and U. Dersch, “ A physical mobile radio channel model”, IEEE Trans. Veh. Tech., Vol.40, pp. 472-483, May 1991. [67]. Ertel R.B. et.al., “Overview of Spatial Channel Models for Antenna Array Communication Systems”, IEEE Personal Communications 02/1998. [68]. Kohno R., “Spatial and Temporal Communication Theory Using Adaptive Antenna Array”, IEEE Personal Communications 02/1998. [69]. Paparristo G., “Array Processing Algorithms for multipath fading and co- channel interference in wireless systems”, Ph.D. thesis, University of Southern California, 12/1998. [70]. Paulraj A.J. & Boon Chong Ng, “Space-Time modems for wireless personal communications”, IEEE Personal Communications 02/1998. [71]. Reial, Andres, “Concatenated space-time coding for large antenna arrays”, -143- Ph.D. thesis, University of Virginia, 2000. [72]. Tian, Zhi, “Blind multiuser detection with space-time adaptive processing for CDMA wireless communications”, Ph.D. Desertation, George Mason university, 2000. [73]. Torlak M. and G. Xu, “Minimum distance of space-division-access channels”, Proc. IEEE Vehicular Technology Conf., vol.3, pp 2223-2227, 05/1997. [74]. Torlak M. et.al., “A capacity measure for space-division-multiple-access channels”, Proc. IEEE Asilomar Conf. On Signals, Systems, and Computers, Nov.1-4,1998 [75]. Tranter W.H., Wireless Personal Communications – Channel Modeling and Systems Engineering, Kluwer Academic Publishers, 1999 [76]. Wennstrom M., “Smart antenna implementation issues for wireless communications”, Ph.D. thesis, Uppsala University, 10/1999. Astely99 [77]. D. Astely, “Spatial and Spatio-Temporal Processing with Antenna arrays in Wireless Systems”, Ph.D Deserstation, Royal Institute of Technology, Sweden, 1999 Litva96 [78]. J. Litva and T.K-Y. Lo, Digital Beamforming in Wireless Communications, Artech House, 1996. [79]. P.R.P. Hoole and D.Phil. Oxon, Smart Antennas and Signal Processing for Communications, Biomedical and Radar Systems, WIT Press, 2001 [80]. W. H. Tranter et.al., Principles of Communication Systems Simulation with Wireless Applications, Prentice Hall, 2004. ._.