Luận văn Ứng dụng giàn anten thích ứng cho thông tin di động CDMA

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGKHOA VIỄN THÔNG I §å ¸N TèT NGHIÖP §¹I HäC ỨNG DỤNG GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG CHO THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA Giáo viên hướng dẫn: ThS. Phạm Thị Thúy Hiền Sinh viên thực hiện: Vũ Xuân Đại Lớp: D2001 VT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Giới thiệu đề tài I. Tổng quan về thông tin di động CDMA: Giới thiệu về thông tin di động và Công nghệ CDMA II. Giàn anten thích ứng - Giới thiệu chung về anten thông minh, - Giàn anten thích ứng: cấu trúc, thuật toán, … III. Ứng dụng AAA cho CDMA: Cho hệ thống DS-CDMA và DS-CDMA đa mã đa tốc độ Kết luận GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Lý do chọn đề tài: - Sự phát triển của thông tin di động - Nhu cầu sử dụng các thiết bị thu phát thông minh Mục đích của đề tài: Nghiên cứu các thiết bị thu phát thông minh, Phương pháp ứng dụng cho CDMA Nguồn tài liệu: Từ các sách trong thư viện, các sách và tài liệu từ các nguồn khác, đặc biệt là từ Internet. 1. Các hệ thống thông tin di động Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất: sử dụng kỹ thuật truyền dẫn tương tự (Analoge). Hệ thống thông tin di động thế hệ hai (2G): GSM sử dụng cả hai công nghệ đa truy nhập FDMA và TDMA với dải tần sử dụng là 900 MHz. Hệ thống thông tin di động Thế hệ thứ 3: ứng dụng công nghệ CDMA, làm việc ở dải tần 2 GHz cho phép cung cấp rất nhiều dịch vụ tốc độ thấp cũng như tốc độ cao I. THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA 2. CDMA và thông tin di động trải phổ Các phương pháp trải phổ: Trải phổ chuỗi trực tiếp, trải phổ nhảy tần và trải phổ nhảy thời gian Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS: thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với chuỗi giả ngẫu nhiên Hệ thống TTDĐ CDMA: cho chất lượng truyền dẫn cao tiết kiệm tần số, và phù hợp với các kiểu dữ liệu Có 4 cấu trúc mạng CDMA được đưa ra là : release 3, release 4, release 5 và release 2000 I. THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA - Anten thông minh: hệ thống anten làm tăng sự liên kết giữa các thiết bị - Nguyên lý hoạt động của anten thông minh Hệ thống anten gồm nhiều phần tử kết hợp với DSP cho phép thay đổi đồ thị bức xạ cho phù hợp với hệ thống. - Phân loại: Anten chuyển búp và Giàn anten thích ứng II. GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG Giàn anten thích ứng (Adaptive Array Antena) là hệ thống gồm giàn chấn tử anten và bộ xử lý thích ứng thời gian thực để tự động điều khiển búp sóng Giới thiệu chung Cấu trúc AAA Xét giàn M chấn tử Tín hiệu nhận được tại chấn tử thứ m là: Tín hiệu thu được cho người dùng thứ i: Dạng tín hiệu Tạo búp sóng: Dựa vào dữ liệu đầu vào để điều chỉnh tạo ra búp sóng phát phù hợp với hướng thu của thiết bị. Tín hiệu đầu ra có dạng: y(t) = ωHx(t) (2.9) (2.15) Tạo búp sóng Tiêu chuẩn lựa chọn hiệu năng 1. Bình phương trung bình lỗi nhỏ nhất (MMSE) ωMMSE = Rxx-1rxr 2. Tỉ số tín hiệu trên tạp âm và nhiễu lớn nhất (MSINR) ωMSINR = βRuu-1a(θ) 3. Độ dao động nhỏ nhất (MV) ωMV = βRuu-1a(θ) Thuật toán thích ứng 1. Trung bình bình phương bé nhất (LMS) ω(n+1) = ω(n) + μx(n)e*(n) (2.44) 2. Nghịch đảo ma trận mẫu (SMI) ω(n+1) = ω(n-1) + q(n)[r*(n) + ωH(n-1)x(n) (2.53) 3. Đệ quy bình phương tối thiểu (RLS) ω(n) = Rxx-1(n).rxr(n) (2.55) Cải thiện chất lượng tín hiệu SINRout[dB] = 10log10M + 10 log102 + SINRin[dB] 2. Mở rộng phạm vi truyền tin Tiết kiêm công suất phát: Nhờ vào việc làm tăng độ khuếch đại của anten phát 6. Lợi ích của giàn anten thích ứng III. GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG CHO HỆ THỐNG CDMA Các kỹ thuật của anten thông minh cho hệ thống CDMA Ứng dụng cho hệ thống DS-CDMA Ứng dụng AAA cho hệ thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ Xử lý không gian CDMA 1. Các kỹ thuật của anten thông minh cho hệ thống CDMA Kỹ thuật chủ yếu được ứng dụng đó là kỹ thuật xử lý không gian cho các trạm gốc Bộ xử lý không gian CDMA không liên kết Bộ xử lý không gian CDMA liên kết Bộ xử lý không gian cho hệ thống đa người dùng Tạo búp sóng đường xuống cho hệ thống CDMA 1. Các kỹ thuật của anten thông minh cho hệ thống CDMA 2. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA Cấu hình hệ thống giàn thích ứng cho DS-CDMA Dạng tín hiệu Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNIR So sánh với máy thu RAKE 2. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA 2. Dạng tín hiệu Khi có U người sử dụng, trong môi trường pha đinh đa đường, tín hiệu nhận được trên giàn có dạng Véctơ tương quan có dạng: Véctơ trọng số xác định theo: Tín hiệu đầu ra xác định bởi: yk(t) = yT.c0* 2. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA 3. SINR SINR được tính thông qua hệ số tương quan chéo: Khi đó: 2. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA 4. So sánh với máy thu RAKE Đối với kênh truyền thông đơn đường: Có cùng hiệu năng, và có SINR là tương đương Kênh pha đinh chọn lựa tần số đa đường: Hai thiết bị này cũng cho kết quả tương đương Độ phức tạp của tính toán: Máy thu RAKE có độ tính toán phức tạp hơn nhiều 2. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA 3. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ Thế hệ DS-CDMA đa mã đa tốc độ Cấu hình SBAA cho hệ thống DS-CDMA đa mã Dạng tín hiệu Tỉ số SINR 3. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ 1. Thế hệ DS-CDMA đa mã đa tốc độ - Trong hệ thống DS-CDMA, dữ liệu truyền dẫn được tách thành các luồng tín hiệu, trải phổ và truyền đi bởi các mã khác nhau ở cùng một độ dài - Cho phép truyền dữ liệu với tốc độ khác nhau, đáp ứng tới các lớp dịch vụ - Tín hiệu truyền dẫn được cho bởi: 3. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ Hệ thống đa mã 3. Dạng tín hiệu - Tín hiệu thu được: - Tín hiệu đầu ra: 3. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ 4. SINR Tương tự ta cũng có: Và SINR xác định theo: 3. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ KẾT LUẬN Kết quả đạt được: - Tổng quan về thông tin di động CDMA & Thiết bị thu phát thông minh, đặc biệt là AAA - Đưa ra ứng dụng của AAA đối với hệ thống CDMA Hạn chế: Đồ án mới chỉ dừng lại ở lý thuyết Hướng phát triển: - Xây dựng các chương trình mô phỏng AAA cũng như ứng dụng AAA đối với CDMA - Phát triển với hệ thống thực tế EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! Công thức Lựa chọn hiệu năng rxr = ε{x*(t).r(t)} : gọi là Véctơ tương quan Rxx = ε{x(t).xH(t)} : gọi là Ma trận thống kê. Ruu = ε{u(t).uH(t)} a(θ): là véctơ đáp ứng của giàn ứng với góc tới θ Công thức Thuật toán thích ứng μ là tham số điều khiển hội tụ e*(n) = r*(n) – y*(n) γ là “hệ số quên” 0 < γ < 1 CT Dạng tín hiệu Tín hiệu trên các chấn tử s(t): tín hiệu tại chấn tử gốc d: Khoách cách giữa hai chấn tử liền kề a(θ): là véctơ đáp ứng của giàn ứng với góc tới θ Tín hiệu với người dùng: si,p(t): là tín hiệu của người dùng thứ i khi có phađinh. αi,p: là biên độ tín hiệu tổng hợp. θ i, p: là góc tới. Pi : là Pha đinh nhiều đường Τi, p: là thời gian trễ.