BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
*********
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Nghành: Kỹ thuật điện tử
Kỹ thuật tạo dạng búp sóng thích nghi
(Adaptive Beamforming) trong Anten mảng pha
cho hệ thống vệ tinh tầm thấp
MAI QUANG LUẬN
Hà Nội - 2009
- 1 -
MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................4
Mục lục hình vẽ......................................................................................................5
Mục lục bảng biểu..................................................................................................7
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................8
TÓM TẮT ĐỒ ÁN.................................................................................................9
ABSTRACT.........................................................................................................10
CHƯƠNG I Các mảng anten ...............................................................................11
1.1 Giới thiệu về các mảng anten..................................................................11
1.1.1 Các tham số mảng anten cơ bản .......................................................11
1.1.2 Mảng tuyến tính................................................................................15
1.1.3 Mảng vòng .......................................................................................17
1.1.4 Nhân mẫu..........................................................................................19
1.1.5 Mảng phẳng ......................................................................................20
1.2 Beamforming tương tự............................................................................22
1.3 Các mảng pha..........................................................................................27
1.4 Beamforming số......................................................................................29
1.4.1 Beamforming khoảng các phần tử....................................................32
1.4.2 Beamforming khoảng cách búp sóng ...............................................33
1.4.3 Beamforming 2 chiều........................................................................35
1.5 Kết luận ...................................................................................................36
CHƯƠNG II Anten mảng pha ............................................................................37
2.1 Giới thiệu ....................................................................................................37
2.2 Nền tảng lý thuyết.......................................................................................38
2.3 Các kỹ thuật trong anten mảng pha ............................................................56
2.3.1 Lý thuyết xử lý mảng ...........................................................................56
2.3.1.1 Đáp ứng số tần số sóng và các mô hình búp sóng. ......................57
- 2 -
2.3.1.2 Bộ tạo búp sóng tổng và trễ. ........................................................60
2.3.1.3 Bộ tạo búp sóng băng hẹp............................................................61
2.3.2 Kỹ thuật phân tập . ...............................................................................63
2.4 Kết luận.......................................................................................................68
CHƯƠNG III Các mảng anten và beamforming ................................................69
3.1 Mô hình của các mảng chung.....................................................................69
3.1.1 Hệ số mảng...........................................................................................70
3.1.2 Mô hình mảng. .....................................................................................71
3.2 Pha và quét định thời ..................................................................................71
3.2.1 Quét pha ...............................................................................................72
3.2.2 Quét thời gian.......................................................................................74
3.3 Các kỹ thuật beam forming cố định............................................................75
3.3.1 Ma trận Butler ......................................................................................75
3.3.2 Ma trận Blass........................................................................................76
3.3.3 Mảng Wullenweber..............................................................................77
3.3.4 Các kỹ thuật beamforming cố định khác. ............................................78
3.4 Beamforming tối ưu....................................................................................78
3.4.1 Vector đáp ứng mảng. ..........................................................................80
3.4.2 Ký hiệu phân cực không gian...............................................................80
3.4.3 Ma trận ký hiệu phân cực không gian..................................................81
3.4.4 Các tín hiệu và tạp âm..........................................................................81
3.4.5 Các trọng số tối ưu. ..............................................................................82
3.4.5.1 Tiêu chuẩn cho các trọng số tối ưu. .............................................82
3.5 Các thuật toán thích nghi............................................................................87
3.5.1 Thuật toán quân phương tối thiểu (LMS) ............................................87
3.5.2 Nghịch đảo ma trận hiệp phương sai lấy mẫu trực tiếp (DMI)............88
3.5.3 Thuật toán bình phương tối thiểu đệ quy (RLS)..................................89
- 3 -
3.5.4 Các thuật toán trực tiếp quyết định ......................................................90
3.5.5 Thuật toán mô đun không đổi (CMA) .................................................90
3.5.6 Các kỹ thuật khác .................................................................................92
3.6 Tổ hợp phân tập ..........................................................................................93
3.7 Kết luận.......................................................................................................93
CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG: Beamforming thích nghi .......................................95
4.1 Giới thiệu ....................................................................................................95
4.1.1 Hệ số mảng của mảng tuyến tính.........................................................95
4.1.2 Phương trình Wiener-Hopf ..................................................................96
4.2 Beamforming sử dụng thuật toán quân phương tối thiểu LMS..................97
4.2.1 Độ hội tụ của thuật toán LMS ..............................................................98
4.2.2 Thiết lập thiết kế...................................................................................98
4.3 Nhận xét....................................................................................................103
4.4 Kết luận.....................................................................................................104
KẾT LUẬN CHUNG.........................................................................................110
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................111
- 4 -
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABF Adaptive beam-forming Tạo búp sóng thích nghi
CIR Carrier-to-Interference Ratio Tỉ số công suất sóng mang trên nhiễu
CNR Carrier-to-Noise Ratio Tỉ số công suất sóng mang trên tạp
LMS Least Mean Square Trung bình Bình phương Nhỏ nhất
RF Radio Frequency Cao tần / Tần số vô tuyến
SIR Signal-to-Interference Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp
CDMA Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập theo mã
MSE Minimum Square Error Sai số bình phương nhỏ nhất
DMI Direct sample covariance matrix
inversion
Nghịch đảo ma trận hiệp phương sai
lấy mẫu trực tiếp
RLS Recursive least squares Thuật toán bình phương tối thiểu đệ
quy
CMA Constant modulus algorithm Thuật toán mô đun không đổi
LSCMA Least-squares constant modulus
algorithm
CMA bình phương tối thiểu
SCORE Spectral self-coherence restoral Khôi phục tự đồng nhất quang phổ
DBF Digital beam-forming Tạo búp sóng số
MRA Main response axis Trục đáp ứng chính
PAA Phased Array Antenna Anten mảng pha
CWM Complex Weight Multiplication Nhân trọng số phức
BER Bit Error Rate Tỉ lệ Lỗi Bít
FFT Fast Fourier Transformer Biến đổi Fourier nhanh
AOA Angle of arrival Góc tới
SA Smart Antenna Anten thông minh