Giải pháp cho thông tin di động trong tương lai - Ăng ten thông minh: Phần 1

Chia sẻ: Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST

Báo xấu

86
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 Tài liệu Ăng ten thông minh giải pháp cho thông tin di động trong tương lai cung cấp cho người đọc các kiến thức: Tổng quan về công nghệ ăng ten thông minh trong hệ thống thông tin di động. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giải pháp cho thông tin di động trong tương lai - Ăng ten thông minh: Phần 1

T h S . N G U Y Ễ N M Ạ N H H Á I ạ m u m ỉ m M a g i ả i p h á p c h o t h ô n g t i n d i đ ộ n g t r o n g t ư ơ n g l a i N H À X U Ấ T B Ả N B Ư U Đ I Ê N
ĂNG TEN THÕNG MINH giải pháp cho thông tin di động trong tương lai
ThS. NGUYỄN MẠNH HÀI ĂNG T E N T H Ô N G M I N H giải p h á p cho thông tin di động trong tương lai ĐẠI HỌC THÁI NGUYỄN TRUNG TẮM HỌC LIỆU NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN Hà Nội, tháng 3 - 2005
í
ThS. NGUYỄN MẠNH HẢI ĂNG TEN THỐNG M I N H giải p h á p cho thông tin di động trong tương lai ĐẠI HỌC THẤI NGUYÊN TRUNG TÂM HỌC LIỆU NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN Hà Nội, tháng 3 - 2005
ThS. NGUYỄN MẠNH HẢI ĂNG TEN THÔNG M I N H g i ả i p h á p cho t h ô n g tin di đ ộ n g t r o n g t ư ơ n g lai ĐẠI HỌC THẤI NGUYÊN 1 TRUNG TẮM HỌC LIỆU NHÀ XUẤT BẢN BƯU DIỆN Hà Nội, tháng 3 - 2005
Mã sỏ: HV 02 HM 05
LỜI NÓI ĐẨU Hiện nay tốc độ phát triển của thông tin di động đang tăng lên rất nhanh, tiêm năng sù dụng các dịch vụ và thiết bị di động khá lớn, vấn đề đặt ra là làm sao phải nâng cao dung lượng cùa hệ thốn thông tin di động. Công nghệ ăng ten thông minh ra đời đã đáp ứn được yêu cầu trên. Ảng ten thông minh có thể kết hợp hiệu quà vớ nhiều kỹ thuật khác trong mạng, cho phép điều khiển và quy hoạch mạng, giúp tối ưu hoa cấu trúc mạng vô tuyến. Nhằm giới thiệu công nghệ trên đến bạn đọc, Nhà xuất bản Bưu điện xuất bàn cuốn sách "Ăng ten thông minh: giải pháp thôngtindi động trong tương lai". Cuốn sách gồm 3 chương: Chương ì : Giới thiệu khái niệm, nguyên tắc, tính năng cùa ăn ten thông minh, các thuật toán định dạng chùm sóng, các khả năng ứng dụng thuật toán và cấu trúc máy thu ăng ten thông minh vào từng loại ô cụ thê trong mạng thực. Chương 2: Phàn tích lợi ích cùa kỹ thuật SDMA thực hiện ba ăng ten thông minh trong hệ thống thông tin di động. Nghiên cứu đánh giá khả năng cải thiện chì tiêu cùa các hệ thống GSM và CDMA nhờ ăng ten thõng minh. Chương 3: Giới thiệu một số kết quả nghiên cứu, áp dụng côn nghệ ăng ten thõng minh trong thực tê hiện nay trên thế giới nhằm cải thiện chi tiêu cùa hệ thống thông tin di động, đưa ra một số khó khăn cần giãi quyết, xu hướng phát triển công nghệ này trong tương lai và khả năng áp dụng ờ Việt Nam trong thời gian tới.
Hy vọng cuốn sách là tài liệu tham khảo hữu ích cho các cán bô của ngành Bưu diên, các kỹ thuât viên quản lý vân hành mạng những nhà sàn xuất thiết bị và hệ thống thông tin di động, nhũng nhà cung cấp dịch vụ và các nhà khai thác quan tâm đến ảng ten thông minh và quan tâm đến việc nâng cao chất lượng cho thông tin di động. Y kiến đóng góp cùa quý vị và bạn đọc xin gửi vé Nhà xu Bưu điện - 18 Nguyên Du, Hà Nội. Trân trọng cảm ơn./. Hà Nội, tháng 3 năm 2005 NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN
MỎ ĐẨU Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động cùa con người trong xã hội ngày càng trở lên mạnh mẽ, đòi hỏi nâng cao dịch vụ cả về chất lượng và số lượng. Các nhà khai thác muốn cung cấp dịch vụ thõng tin di động cho càng nhiều người càng tốt trong giới hạn đầu tư về công nghệ, về chi phí sử dụng tài nguyên phổ tần số... Còn mỗi người sử dụng đều mong muốn chất lượng dịch vụ tốt hơn, giá thành rẻ hơn, sử dụng dịch vụ thuận tiện hơn, nhiều loại dịch vụ hơn nữa, đặc biệt các dịch vụ truyền số liệu, dịch vụ hình ảnh, âm thanh, v.v... Có thể nói nhu cầu về thòng tin di đông hiện nay là cực kỳ to lớn, cần thiết, nó thúc đẩy sự phát triển cùa thông tin di động theo hướng toàn cầu hóa về mọi phương diện. Tuy nhiên muốn làm được điều này, chắc chắn phải dựa trên các kỹ thuật và công nghệ tiên tiến. Với lý do đó, luôn tổn tại một động lực mạnh mẽ thúc đẩy các công nghệ mới liên tục ra đòi, phát triển và hoàn thiện nhằm hỗ trợ hệ thống thông tin di động tăng cường các khả năng dịch vụ của mình. Đồng thời cũng đặt ra các yêu cầu tìm hiểu, ứng dụng công nghệ mới vào hệ thống thông tin di động sao cho phù hợp với điều kiện cùa các nước đang phát triển. Để cải thiện các chi tiêu hệ thống, nâng cao khả năng cung cấp dịch vụ cùa hệ thòng thông tin di động, hiện nay có một cõng nghệ mới đang trong giai đoạn đầu được nghiên cứu thử
X Ang ten thông minh nghiệm và triển khai áp dụng vào thực tế, đó là công nghệ ảng ten thông minh. Công nghệ ăng ten thông minh hay ăng ten thích nghi trong thông tin di động đã thu hút được sự quan tâm to lõm trong những năm gần đây trên phạm vi toàn thế giới. Nguyên nhân cơ bàn để ăng ten thông minh ra đòi là nó tạo ra khả năng tăng dung lượng cao trong hệ thống thông tin di động, thực tế đã chứng minh là có thể tăng 3 lẩn vói hệ thống TDMA và tâng tới 5 lẩn với hệ thống CDMA thông thường. Ảng ten thông minh cho phép thực hiện kỹ thuật đa truy nhập theo không gian (SDMA: Spatial Division Multiple Access) một cách đầy đủ nhất, mang lại nhiều lợi ích khác nhau cho hệ thống. Mặt khác ăng ten thông minh có thể kết hợp hiệu quả vói nhiều kỹ thuật khác trong mạng, cho phép điều khiển và quy hoạch mạng, giúp tối ưu hóa cấu trúc mạng vô tuyên v.v... Đã có nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào ăng ten thông minh nhưng việc phối hợp ăng ten thông minh trong các mạng hiện tại và tương lai vẫn chưa thực sự rõ ràng, toàn diên. Trên thực tế, mặc dù có những lợi ích nổi bật nhưng ăng ten thông minh chưa được ứng dụng một cách rộng rãi vào các lĩnh vực thực tiễn, đối với nhiều người khái niệm ăng ten thông minh còn tương đối xa lạ. Trên cơ sờ đó, cuốn sách này nhằm mục đích tìm hiểu rõ về khái niệm ăng ten thông minh, nguyên tắc cơ bàn cùa công nghệ này, nghiên cứu kỹ thuật đa truy nhập theo không gian bằng ăng ten thông minh vói tiềm năng cải thiện chi tiêu cùa hệ thống thòng tin di động, từ đó đánh giá vị trí lợi ích và khả năng thực
Mỏ đẩu 9 thi cùa ăng ten thông minh trong hệ thống thông tin di động nói chung. Nội dung cũng mô tả một số kết quả nghiên cứu, áp dụng công nghệ ăng ten thông minh trong thực tế hiện nay trên thế giới nhằm cải thiện chì tiêu của hệ thống thông tin di động, đồng thời thảo luận về những khó khăn cẩn giải quyết, xu hướng phát triển công nghệ ăng ten thông minh trong tương lai và khả năng áp dụng công nghệ nàyở Việt Nam. Ngoài ra cuốn sách còn tổng kết lại tiềm năng lợi ích cùa ăng ten thông minh trong hệ thống thông tin di động hiện tại và tương lai; khẳng định vai trò không thể thiếu của nó đối với sự phát triển của thông tin di động mặt đất và thông tin cá nhân trên cơ sở hiện trạng phát triển của công nghệ ăng ten thông minh và điều kiện thực tế của Việt Nam. Cuốn sách cũng đưa ra một số hướng triển khai và phát triển của ăng ten thông minh ỏ Việt Nam trong thời gian tới.
Chương Ì TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĂNG TEN THÔNG MINH TRONG HỆ THONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 GIỚI THIỆU VÊ CÔNG NGHỆ ĂNG TEN THÔNG M TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1.1 Khái niệm ăng ten thông minh Cho đến nay các ăng ten trạm gốc được sử dụng vẫn là ăng ten vó hướng hay ăng ten dẻ quạt. Việc sử dụng các ăng ten này có thể coi là một sự lãng phí công suất cấc thiết bị thu phát cùa hệ thống vì phần lòn năng lượng sẽ phát xạ ra các hướng khác nhau so với hướng về phía người sử dụng mong muốn. Thêm vào đó, phần năng lượng phát xạ ra các hướng khác ấy thực tế sẽ trờ thành các nhiễu, gây ra bời những người sử dụng ngoài ý muốn. Ý tưởng ăng ten thông minh là sử dụng giản đồ ăng ten trạm gốc không cố định, mà biểu đổ bức xạ được biến đổi phù hợp với các điều kiện truyền sóng hiện tại và có thể tạo ra các búp sóng theo ý muôn trong giản đổ ăng ten. Bằng cách khuếch đại độ tăng ích ăng ten theo hướng có thông tin mong muốn, đồng thời tạo ra giàn đồ với hướng phát xạ nhỏ (thậm chí tới 0) về phía vật gây nhiễu, ăng ten thông minh có thể tránh được tối đa những nguồn nhiều không mong muốn, đồng thời tăng khả năng thu thông tin hữu ích, từ đó làm cho chất lượng của tuyến kết nối thông tin có thể được cài thiện một cách đáng kể, vói nhiều ưu
12 Ăng ten thông minh điểm khác nhau. Hình ảnh của một ăng ten thông minh có nhiều búp sóng cực đại thay đổi linh hoạt như trên hình 1.1. Hình 1.1 Minh họa giàn đồ phát xạ của một ăng ten thõ Điểu này có thể hình dung như một ăng ten chỉ hướng chù sóng (búp sóng) vế phía thành phần được liên lạc. Sự khác nhau giữa khái niệm ăng ten thông minh và ăng ten cố định được minh họa ờ hình Ì .2. (1): Ang ten dẻ quạt tiêu chuẩn 65* (2): Ang ten dàn pha (PA), thuê bao chuyển động theo chiểu kim dóng hố (3): Ang ten dàn pha (PA). thuê bao chuyển động ngược chiểu kim dâng hố (4): Dẻ quạt khác Hình Ì .2 Mình họa sự khác nhau giữa giàn đó phái cua trạm góc truyền thống và trạm gốc ăng ten thòng
Chuông 1: Tổng quan vế công nghệ ăng ten thông minh... 13 Các nguyên tắc chung của ăng ten thông minh là phù hợp với cả hệ thống TDMA (GSM) và hệ thống CDMA (IS-95 và UMTS). Trong cuốn sách này, phần lớn các kỹ thuật được trình bày và các kết quả thử nghiệm dựa trên các phép kiểm tra dựa trên TDMA, vì vậy cuốn sách không đi sâu phân tích cụ thể, toàn diện được tất cả các mặt của công nghệ ăng ten thông minh trong thông tin di động nói chung. Tuy nhiên, một quan điểm toàn diện về ăng ten thông minh ứng dụng cho CDMA đã được Liberti và Rappaport đưa ra và nghiên cứu kỹ lưỡng. 1.1.2 Động lực phát triển cồng nghệ ăng ten thông minh Công nghệ ăng ten thông minh là công nghệ còn hết sức mới mẻ nhưng là một xu hướng đẩy tiềm năng trong kỹ thuật xử lý theo không gian trong thông tin di động. Ngoài ra ăng ten thông minh còn có thể phân biệt những người sử dụng khác nhau, thông qua không gian hay còn gọi là phương pháp đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA: Spatial Division Multiple Access). Bằng phương pháp SDMA, nhiều người sử dụng trong cùng một ó (cell) có thể sử dụng cùng một kênh thông tin vật lý: cùng sóng mang, cùng khe thòi gian và cùng mã trải phổ. Việc nghiên cứu và áp dụng ăng ten thông minh trong thông tin vô tuyến tổ ong bắt đầu từ những năm đầu thập kỷ 1990 và sự chú ý đến công nghệ này ngày càng tăng lên vì đa truy nhập phân chia theo không gian được xem như là bước đột biến trên con đường khai phá nhằm nâng cao dung lượng của hệ thống bị giới hạn bời phổ tần.
14 Ăng ten thòng minh Trong tương lai, ăng ten thông minh còn nâng cao hon nữa hiệu suất sử dụng năng lượng và phổ tần số, làm tăng năng luông thu hữu ích cũng như giảm thiểu các nhiễu và khả năng gây nhiễu. Cùng vái việc tăng dung lượng, ăng ten thõng minh còn một số ưu điểm khác đối với mạng tế bào bao gồm tăng vùng phù sóng, nâng cao mức bảo mật của hệ thống, tạo điều kiện triển khai thực hiện các dịch vụ mới. Điều này sẽ được trình bày chi tiết hơn ở phần sau. Có thể tóm tắt động lực thúc đẩy sự ra đời và phát triển công nghệ ăng ten thông minh trong thông tin di dộng như sau: - Triệt nhiễu ỏ đường V Dung lượng lẽn và đường xuống - Cải thiện SNR nhờ có Phạm vi phù sóng khuếch đại ăng ten Ì ỉ / - Giảm thiểu hiện tương / Chất lượng dịch vụ (QoS). đa đường ' tốc độ bít, tốc dỏ di dõng Hình 13 Công nghệ áng len thông minh Dụng lượng mạng, phạm vi phủ sóng. điền Nhà khai thác đầy "điểm chết", ít trạm gốc hơn, QoS cao hơn, các dịch vụ mói..-> Các lợi ích. Ị sàn xuất và Bào duỡngThị trường mới cho các trạm gốc hiệ ị Người sử dụng ~^^>điếu khiển mạng vô tuyến mềm dẻo hơn.. QoS cao hơn, linh hoạt hơn, bảo mậ tin, các dịch vụ mái, tuổi thọắc quy dài hơn... Hình 1.4 Các im điềm cùa công nghệ ăng len thông m