TÓM TẮT NỘI DUNG

Luận văn này nghiên cứu tới các tham số ảnh hưởng đến thuật toán music, là một thuật toán phổ biến dùng để xác định hướng sóng tới từ các nguồn tín hiệu. Các tham số nghiên cứu được đặt ra ở đây bao gồm : tỉ số giữa khoảng cách giữa các phần tử trong anten thu chia cho bước sóng sử dụng; mối tương quan giữa số phần tử trong mảng và số nguồn tín hiệu tối đa có thể xác định được hướng tới; độ phân giải hay độ chênh lệch góc nhỏ nhất mà thuật toán music có thể phân biệt được; ảnh hưởng khi nguồn sóng đến ở góc 90 độ hoặc lân cận; ảnh hưởng khi các nguồn tín hiệu tương quan với nhau. Việc nghiên cứu được tiến hành bằng cách xây dựng nên thuật toán music qua việc lập trình trên matlab và thay đổi các tham số trên và quan sát sự thay đổi tương ứng của kết quả và từ đó tìm ra qui luật biến đổi của kết quả thuật toán khi các thông số biến đổi. Luận văn này cũng đưa ra một số giải pháp để thuật toán music có thể thực hiện được chính xác trong điều kiện áp dụng vào tình hình thực tế. Cuối cùng, luận văn nêu ra một số lĩnh vực có khả năng ứng dụng anten có sử dụng thuật toán music trong thực tế ở Việt Nam.

MỤC LỤC :

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I 8

KHÁI QUÁT VỀ ANTEN THÔNG MINH. 8

1.1. Mở đầu : 8

1.2. Nguyên lý hoạt động : 9

1.3. Ứng dụng của anten thông minh : 10

1.3.1. Anten thông minh trong mạng GSM : 11

1.3.3. Ứng dụng của anten thông minh trong việc xác định vị trí : 12

1.4.anten mảng thích nghi : 13

1.4.1. Định nghĩa anten mảng thích nghi : 13

1.4.2. Cấu trúc của anten thích nghi : 14

CHƯƠNG II 17

MỘT SỐ THUẬT TOÁN ƯỚC LƯỢNG HƯỚNG SÓNG TỚI 17

2.1.Thuật toán ước lượng phổ: 17

2.2. Thuật toán khả năng lớn nhất MLM (maximum likehood method): 18

2.3 Thuật toán MUSIC : 18

2.4. So sánh các thuật toán : 18

2.5.Ứng dụng thuật toán MUSIC xác định DOA: 19

2.6. Bài toán mô phỏng : 25

CHƯƠNG III 28

KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THUẬT TOÁN MUSIC. 28

3.1. Xây dựng chương trình để giải quyết thuật toán MUSIC bằng ngôn ngữ matlab: 28

3.1.1. Đặt giả thiết ban đầu về số nguồn tín hiệu, số phần tử mảng và số mẫu quan sát : 29

3.1.2. Đặt khoảng cách giữa các phần tử trong mảng và các góc ban đầu, xây dựng véctơ hướng. 29

3.1.3. Xây dựng ma trận tín hiệu thu được : 30

3.1.4. Xây dựng ma trận hiệp phương sai, các giá trị riêng, véctơ riêng của nó : 31

3.1.5. Xây dựng hàm độ lệch , xác định hướng sóng đến nhờ thuật toán MUSIC : 32

3.1.6. Chương trình thu được cuối cùng sẽ là : 32

3.2. Sự ảnh hưởng của các tham số đến kết quả của thuật toán MUSIC : 34

3.2.1. Ảnh hưởng của tham số dlamda ( d/ : khoảng cách giữa các phần tử anten trên bước sóng sử dụng ) : 34

3.2.2. Sự ảnh hưởng của số phần tử anten và số nguồn tín hiệu tới độ chính xác của thuật toán MUSIC : 37

3.2.3. Độ phân giải thuật toán : 40

3.2.4. Trường hợp khi có ít nhất một nguồn nằm ở góc 90 độ : 41

3.2.4.1. Trường hợp nguồn nằm ở góc lân cận 90 độ : 42

3.2.4.2. Khi có một nguồn nằm ở hướng đúng 90 độ : 46

3.2.5. Khi các nguồn tín hiệu tương quan với nhau : 47

3.3. Kết luận : 51

CHƯƠNG IV 54

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA THUẬT TOÁN MUSIC Ở VIỆT NAM. 54

4.1. Ứng dụng trong thông tin di động : 54

4.2. Ứng dụng trong việc xác định vị trí tàu thuyền : 56

4.3. Ứng dụng trong thông tin vệ tinh Và truyền hình : 58

MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi lĩnh vực thông tin truyền thông ngày càng phát triển, các loại anten có xử lý tín hiệu được sử dụng ngày càng phổ biến đem lại những ích lợi trong nhiều lĩnh vực ứng dụng như thông tin di động, truyền hình, thông tin vệ tinh, xác định vị trí vật thể… Một trong những hướng phát triển của kĩ thuật xử lý tín hiệu trong anten là xác định hướng các sóng tới, xa hơn nữa là từ các hướng sóng tới này xác định được vị trí các nguồn phát sóng và từ đó có những biện pháp xử lý tùy thuộc vào mục đích xác định như điều chỉnh búp sóng anten, điều chỉnh vị trí anten…. Có nhiều thuật toán được đề ra để xử lý phát hiện ra sóng tới như thuật toán ước lượng phổ, thuật toán khả năng lớn nhất, thuật toán MUSIC…Trong đó thuật toán được dùng phổ biến nhất hiện nay chính là thuật toán MUSIC với những ưu điểm vượt trội như : Độ chính xác cao, phân giải được các nguồn tốt, áp dụng phù hợp trong nhiều hoàn cảnh.

Tuy nhiên,những điều kiện hoàn cảnh khác nhau sẽ gây ảnh hưởng nhất định đến kết quả của thuật toán MUSIC. Bài luận văn này nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các thông số hay thay đổi thường gặp trong thực tế qua đó có thể giúp cho việc thiết kế, xử lý hệ thống anten hiệu quả hơn, phù hợp cho việc áp dụng trong các ứng dụng thực tế với điều kiện hoàn cảnh biến đổi hơn. Các thông số được đưa ra nghiên cứu ở đây bao gồm : tương quan giữa khoảng cách các phần tử trong hệ anten tuyến tính với bước sóng sử dụng ; tương quan giữa số phần tử mảng anten và số nguồn cần xác định hướng sóng tới ; độ phân giải của thuật toán ; trường hợp có nguồn nằm ở góc 90 độ hoặc những góc lân cận đấy ; trường hợp các nguồn cần xác định hướng sóng đến có tương quan với nhau.

Phương pháp được sử dụng trong bài luận văn này là lập trình matlab mô phỏng hệ thống xử lý tìm hướng sóng đến MUSIC bao gồm giả lập các nguồn sóng tới, sau đó thay đổi các thông số cần nghiên cứu và xem xét sự thay đổi tương ứng kết quả của thuật toán để từ đó tìm ra được những qui luật biến đổi cũng như sự phụ thuộc của kết quả thuật toán khi thay đổi các thông số. Việc cuối cùng sau khi tìm ra được những qui luật biến đổi là đề xuất những biện pháp khi thiết kế, những chú ý để cho thuật toán MUSIC có thể được ứng dụng phù hợp với điều kiện thực tế. Trong phần luận văn này cũng nêu ra một số lĩnh vực có tiềm năng to lớn trong việc ứng dụng anten thông minh có sử dụng thuật toán tìm hướng sóng đến MUSIC.

KẾT LUẬN :

Qua quá trình nghiên cứu sự ảnh hưởng của các tham số tới kết quả của thuật toán MUSIC, chúng ta thu được những kết quả đáng lưu ý như sau : Thuật toán MUSIC là một thuật toán tìm hướng sóng đến có độ chính xác cao, phân giải tốt, có khả năng ứng dụng trong thực tế cao. Trong quá trình thiết kế hệ thống anten có sử dụng thuật toán MUSIC chúng ta cần lưu ý những điểm sau : khoảng cách giữa các phần tử anten chia cho bước sóng sử dụng phải bằng 0.5; Số phần tử mảng anten nhận phải lớn hơn so với số nguồn cần xác định hướng một số nhất định nào đấy ( theo bảng 2.2 ); thuật toán music cho độ phân giải rất tốt ( phân biệt được 2 nguồn cách nhau 0.01 độ ) ; dùng tốt cho cả trường hợp các nguồn có mối liên hệ tương quan ( ví dụ như nguồn chính và tín hiệu của nó bị phản xạ rồi mới đến anten thu ); xử lý tốt với các góc tới khác nhau trừ góc tới đúng 90 độ ( góc lân cận 90 độ vẫn xử lý tốt ).

Việc sử dụng anten thông minh có xử lý tín hiệu bằng thuật toán MUSIC sẽ đem lại hiệu quả to lớn trong các lĩnh vực thông tin di động, thông tin vệ tinh, truyền hình cũng như trong việc xác định vị trí các tàu thuyền trên biển. Đây là những lĩnh vực có tiềm năng to lớn và việc ứng dụng anten thông minh vào sẽ giúp cho chúng ta tiết kiệm được những khoản tiền khổng lồ cũng như giúp cho khách hàng, người dân tiện lợi hơn khi sử dụng các dịch vụ này. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số trong thuật toán MUSIC sẽ có vai trò hết sức thiết thực trong việc nghiên cứu tới sự lắp đặt, sửa chữa hay thay đổi các hệ thống có ứng dụng anten thông minh dùng thuật toán MUSIC.