MỤC LỤC

MỤC LỤC i

MỤC LỤC HÌNH iv

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐÔNG 3

1.1. Sơ lược về hệ thống thông tin di động 3

1.1.1. Quá trình phát triển 3

1.1.2. Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động 6

1.1.2.1. Mô hình hệ thống thông tin di động 6

1.1.2.2. Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động 8

1.1.3. Đặc điểm truyền dẫn di động 9

1.1.3.1. Suy hao đường truyền 10

1.1.3.2. Pha đinh 12

1.1.3.3. Đồng chỉnh thời gian 12

1.2. Hệ thống thông tin di động CDMA 14

1.2.1. Trải phổ 14

1.2.2. Đa truy nhập vô tuyến 17

1.2.3. Hệ thống thông tin di động CDMA 19

1.3. Tình hình phát triển thông tin di động hiện nay 21

1.3.1. Tình hình chung trên thế giới 21

1.3.2. Việc phát triển thông tin di động tại Việt Nam 22

1.4. Tổng kết chương I 23

Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG 24

2.1 Khái niệm chung 24

2.1.1. Anten và anten thông minh 24

2.1.1.1. Khái niệm chung về anten 24

2.1.1.2. Anten thông minh 25

2.2.2. Anten giàn thích ứng (AAA) 29

2.2.2.1. Khái niệm 29

2.2.2.2. Dạng tín hiệu trong giàn anten thích ứng 31

2.2. Tạo búp sóng thích ứng 34

2.3. Tiêu chuẩn chọn lựa hiệu năng 38

2.3.1. Bình phương trung bình lỗi nhỏ nhất (MMSE) 38

2.3.2. Tỉ số tín hiệu trên tạp âm và nhiễu lớn nhất (MSINR) 40

2.3.2. Độ dao động nhỏ nhất (MV) 42

2.4. Thuật toán thích ứng 42

2.4.1. Thuật toán bình phương trung bình tối thiểu (LMS) 44

2.4.2. Thuật toán đệ quy bình phương tối thiểu 45

2.4.3. Thuật toán nghịch đảo ma trận mẫu 46

2.5. Lợi ích của giàn anten thích ứng 47

2.5.1. Cải thiện chất lượng tín hiệu 47

2.5.2. Mở rộng phạm vi truyền tin 48

2.5.3. Tiết kiệm công suất 50

2.6. Tổng kết chương II 50

Chương III: GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG CHO HỆ THỐNG CDMA 51

3.1. Các kỹ thuật của anten thông minh cho thông tin di động 51

3.1.1. Bộ xử lý không gian CDMA không liên kết 52

3.1.2. Bộ xử lý không gian CDMA liên kết 53

3.1.3. Bộ xử lý không gian cho hệ thống đa người dùng 55

3.1.4. Tạo búp sóng đường xuống cho hệ thống CDMA 56

3.2. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA 58

3.2.1. Cấu hình hệ thống giàn thích ứng cho DS-CDMA 59

3.2.2. Dạng tín hiệu 60

3.2.3. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNIR 63

3.2.4. So sánh với máy thu RAKE 64

3.2.4.1. Đối với kênh truyền thông đơn đường 66

3.2.4.2. Đối với kênh phađinh lựa chọn tần số đa đường 67

3.2.4.3. Độ phức tạp của tính toán 67

3.3. Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ 68

3.3.1. Thế hệ DS-CDMA đa mã đa tốc độ 68

3.3.2. Cấu hình SBAA cho hệ thống DS-CDMA đa mã 70

3.3.3. Dạng tín hiệu 72

3.3.4. Tỉ số SINR 75

3.3.5. Độ khuếch đại lớn nhất sử dụng mã trải phổ Cyclic 75

3.4. Tổng kết chương III 77

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động 3

Hình 1.2 Các thế hệ thông tin di động 4

Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống thông tin di động 7

Hình 1.4 Các vùng phục vụ MSC/VLR 8

Hình 1.5 Phần chia ô trong các vùng và vùng phục vụ MSC/VLR 9

Hình 1.6 Dạng tín hiệu trải phổ 17

Hình 2.1 Sự thay đổi đồ thị bức xạ khi thuê bao di chuyển 26

Hình 2.2 Các loại cấu trúc anten thông minh 27

Hình 2.3 Một mạng SB dùng một mạng tạo tia để tạo M tia từ M phần tử anten 29

Hình 2.4 Giàn anten thích ứng M phần tử 30

Hình 2.5 Cấu trúc giàn anten thích ứng 30

Hình 2.6 Dạng tín hiệu trong giàn anten thích ứng 31

Hình 2.7 Cấu trúc của bộ tạo búp băng hẹp 35

Hình 2.8 Bộ tạo búp băng hẹp sử dụng TDL 36

Hình 2.9 Bộ tạo búp miền tần số sử dụng FFT 37

Hình 2.10 Chât lượng tín hiệu của giàn anten thích ứng 48

Hình 2.11 Cải thiện vùng phủ sóng nhờ giàn anten thích ứng 49

Hình 3.1 Mô hình bộ lọc không gian cho trạm gốc CDMA 52

Hình 3.2 Triển khai hệ thống nhiều anten không liên kết cho bộ thu trạm gốc CDMA 52

Hình 3.3 Giàn liên kết cho thiết bị thu của hệ thống CDMA 54

Hình 3.4 Bộ xử lý không gian cho nhiều người sử dụng 55

Hình 3.5 Hệ thống điều khiển công suất không gian đường xuống cho hệ thống CDMA 58

Hình 3.6 Giàn anten thích ứng cho DS-CDMA 59

Hình 3.7 Máy thu RAKE hai chiều tiêu chuẩn cho DS-CDMA 65

Hình 3.8 Hệ thống DS-CDMA đa mã hai tốc độ 69

Hình 3.9 Cấu trúc giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã đa tốc độ 71

Hình 3.10 Mã trải phổ tiền tố Cyclic cho DS-CDMA 76

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

1D RAKE one Dimensional RAKE Máy thu RAKE một chiều

2D RAKE two Dimensional RAKE Máy thu RAKE hai chiều

1G 1st Generator Thông tin di động thế hệ thứ 1

2G 2nd Generator Thông tin di động thế hệ hai

3G 3rd Generator Thế hệ thông tin di động thứ ba

AAA Adaptive Array Antenna Anten giàn thích ứng

AGC Automatic Gain Control Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại

AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến.

AOA Angle Of Arrival Góc tới

AUC AUthentication Center Trung tâm nhận thực

BCCH Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển quảng bá

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khoá chuyển pha cơ hai

BS Base Station Trạm gốc

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CRC Cyclic Redundancy Code Mã dư vòng

CT-2 Cordless Telecommunication Điện thoại không dây.

D-AMPS Digital AMPS AMPS số

DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunication Viễn thông không dây số tiên tiến.

DOA Direction Of Arrival Hướng tới

DoF Degree of Freedom Độ dỗi

DS-CDMA Direct Sequence CDMA CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ dữ liệu gói tăng cường để phát triển GSM

EIR Equipment Identify Register Bộ nhận dạng thiết bị

ETACS Extended TACS TACS mở rộng.

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công theo tần số

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số.

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum trải phổ nhảy tần (FHSS

GMSC Gateway Mobile service Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu.

HSCSD High Speed Circuit-Switched Data Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

IF Intermidiate Frequency Tín hiệu trung tần

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi ngược Fourier nhanh

IS-136 Interim Standard -136 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ do AT&T đề xuất.

IS-54 Interim Standard 54 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ do AT&T phát triển

ISI Inter Symbol Interference Nhiễu giao thoa kí tự

IWF InterWorking Functions Các chức năng tương tác

JTACS Japanish TACS TACS do Nhật Bản phát triển.

LA Location Area Vùng định vị

LMS Least Mean Square Bình phương trung bình tối thiều

LUSA Linear Uniform Space Array Giàn cách đều tuyến tính

MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập

ML Maximum Likelihood Giá trị lớn nhất có thể

MMSE Minimum Mean Square Error Trung bình bình phương lỗi nhỏ nhất

MS Mobile Station Trạm di động

MSC Mobile service Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động

MSE Mean Square Error Trung bình bình phương lỗi

MSINR Maximum Signal to Interference plus Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tổng nhiễu và tạp âm lớn nhất

MT Mobile Terminal Kết cuối trạm di động

MV Minimum Variance Độ dao động nhỏ nhất

NAMPS Narrow AMPS AMPS băng hẹp

NMT450 Nordic Mobile Telephone 450 MHz Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 MHz.

NMT900 Nordic Mobile Telephone 900 MHz Hệ thống thông tin di động Bắc Âu băng tần 900 MHz.

NRZ Null Return to Zero Chuỗi xung không trởi về không

NTACS Narrow TACS TACS băng hẹp.

NTT Nippon Telegraph and Telephone Hệ thống điện thoại và điện báo do Nippon phát triển.

P/S Parallel-to-Serial conversion. Bộ biến đổi song song sang nối tiếp

PCN Personal Communication Network Mạng thông tin cá nhân.

PDC Personal Digital Cellular Hệ thống tổ ong số cá nhân.

PIC Parallel Interference Canceler Bộ chống nhiễu song song

PN Pseudo Noise Giả tạp âm ngẫu nhiên

REF Range Extension Factor Nhân tố mở rộng dải

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến

RLS Recursive Least Squares Đệ quy bình phương tối thiều

S/P Serial to Parallel conversion. Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song

SB Switched Beam Hệ thống chuyển búp sóng

SBA Switched Beam Antenna Anten chuyển búp

SBAA Subband Adaptive Antennas Hệ thống anten thích ứng

SI Self Interference Tự nhiễu

SINR Signal to Interference plus Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tổng nhiễu và tạp âm

SMI Sample Matrix Inversion Nghịch đảo ma trận mẫu

SNR Signal to Noise Rate Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

SS Spread Spectrum Trải phổ

TACS Total Access Communication System Hệ thống viễn thông truy nhập toàn bộ

TAF Terminal Adaptive Function Bộ thích ứng đầu cuối

TDD Time Division Duplex Ghép song công theo thời gian

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TE Termianl Equipment Thiết bị đầu cuối

THSS Time Hopping Spread Spectrum trải phổ dịch thời gian

TRAU Transcoder/Adapter Rate Unit Khối chuyển đổi mã và tốc độ

UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị thường chú

WCDMA Wideband CDMA CDMA Băng rộng

WCMF Walsh Chip Matched Filter Bộ lọc đối xứng chip Walsh

[a /b]

Tham khảo tại trang b, của tài liệu tham khảo thứ a (trong danh mục tài liệu tham khảo)

Tài liệu tham khảo thứ a

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những thập niên gần đây, cùng với sự phát triển vượt bậc về khoa học kỹ thuật, những nhà nghiên cứu đã không ngừng đưa ra những phương pháp truyền tin mới, hiệu quả và tiện dụng hơn đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng cao của con người. Phương pháp truyền dẫn di động là một trong những phương pháp tiêu biểu. Các thế hệ truyền dẫn di động liên tục ra đời và thay thế công nghệ cũ, ban đầu là công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA của thông tin di động thế hệ thứ nhất. Khắc phục những hạn chế của thế hệ thứ nhất, hệ thống thông tin di động GSM đã ra đời và phát triển rộng rãi với nhiều ưu điểm vượt trội. Tuy nhiên, hệ thống GSM vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu là một hệ thống thông tin thích hợp với cả truyền dẫn thoại và dữ liệu, lại tiết kiệm băng tần truyền dẫn. Một yêu cầu mới đặt ra là phải có một hệ thống thông tin mới với những tính năng ưu việt hơn hệ thống GSM. Hệ thống CDMA ra đời với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã cho phép nhiều người sử dụng dùng chung một dải tần truyền dẫn, với tốc độ truyền dẫn cao đã chứng tỏ vị trí và tính ưu việt của nó. Ở Việt Nam, công nghệ CDMA đang được khai thác và đang rất được quan tâm. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ hiện đại luôn luôn đòi hỏi phải có những sáng tạo mới, vì thế mà người ta không ngừng cải tiến hệ thống thông tin di động CDMA để tăng thêm những tiện ích cho hệ thống.

Một phương pháp rất được quan tâm đó là sử dụng thiết bị thu phát thông minh. Hệ thống anten thông minh là một sự lựa chọn khá hợp lý cho các nhà nghiên cứu cũng như khai thác hệ thống. Giàn anten thích ứng là một loại anten thông minh cho hiệu quả truyền dẫn khá cao. Triển khai giàn anten thích ứng cho hệ thống thông tin di động CDMA là một lựa chọn khá phù hợp. Vì vậy nó rất cần được nghiên cứu một cách có hệ thống và được phổ biến rộng rãi.

Là một sinh viên chuyên ngành Điện tử - viễn thông, với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về việc ứng dụng hệ thống anten thông minh và góp phần vào công cuộc xây dựng cũng như phát triển nâng cao chất lượng truyền dẫn di động ở nước ta thông qua việc ứng dụng anten thông minh, tôi đã quyết định lựa chọn đề tài “Ứng dụng giàn anten thích ứng cho thông tin di động CDMA” làm đề tài đồ án tốt nghiệp của mình.

Đề tài “Ứng dụng giàn anten thích ứng cho thông tin di động CDMA” bao gồm phần mở đầu, kết luận và phần nội dung đồ án với gần 80 trang được chia làm ba chương:

 Chương I Tổng quan về thông tin di động CDMA

 Chương II Tổng quan về giàn anten thích ứng.

 Chương III Giàn anten thích ứng cho hệ thống CDMA.

Để thực hiện đồ án tốt nghiệp này, chúng tôi đã sử dụng những kiến thức được trang bị trong 4 năm đại học và những kiến thức chọn lọc từ các tài liệu của các thầy giáo, cô giáo trong và ngoài học viện. Ngoài ra, đồ án còn sử dụng những tài liệu về anten thông minh đã được phổ biến rộng rãi trên Internet.

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do hạn chế về thời gian cũng như những hiểu biết có hạn của một sinh viên nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Để đồ án được hoàn thiện hơn, tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo cũng như các bạn sinh viên.