Khoa viễn thông 1 ĐỒ Án tốt nghiệP ĐẠi họC



tải về 5.22 Mb.
trang8/11
Chuyển đổi dữ liệu05.12.2017
Kích5.22 Mb.
#3884
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

2.7. Đa anten phát


Như một sự thay thế hoặc bổ sung cho kỹ thuật đa anten thu, phân tập và tạo búp sóng cũng có thể đạt được với việc áp dụng kỹ thuật đa anten phát. Việc sử dụng nhiều anten phát rất phù hợp với đường xuống, như là nhiều anten phát ở trạm gốc. Trong trường hợp này, việc sử dụng nhiều anten phát đưa ra cơ hội phân tập và tạo búp mà không cần thêm anten thu.Mặt khác, vì lý do độ phức tạp nên việc sử dụng nhiều anten phát cho đường lên tức là ở máy đầu cuối không mấy hấp dẫn. Trường hợp này tốt hơn là sử dụng đa anten thu ở trạm gốc.

2.7.1. Phân tập phát


Nếu không biết các kênh đường xuống của các anten phát khác nhau có khả dụng không, kỹ thuật anten phát không thể thực hiện tạo búp sóng được mà chỉ thực hiện phân tập. Để đạt được phân tập thì giữa các kênh của các anten khác nhau phải có độ tương quan rất thấp. Như đã nói đến trong phần 2.1 điều này có được bằng cách tăng khoảng cách giữa các anten hoặc các anten phân cực khác nhau.

2.7.1.1. Sơ đồ Alamouti hai anten phát với một anten thu


Sơ đồ Alamouti được thiết kế cho hai anten phát, tuy nhiên ở mức độ nhất định có thể được tổng quát hóa cho nhiều hơn hai anten.

Với pha đinh phẳng, hai anten phát và một anten thu, có thể viết kênh thu đơn như sau:



(2.35)

Trong đó, hn là độ lợi kênh từ anten phát n, k là chỉ số biểu thị thời điểm phát. Sơ đồ Alamouti phát hai ký hiệu phức x1 và x2 trên hai thời gian ký hiệu trên hai anten 1 và 2 như sau: tại thời điểm k, x1(k) = x1 và x2(k) = x2; tại thời điểm k+1 , x1(k+1) = và x2(k+1)=.

Nếu coi rằng kênh không đổi trong thời gian hai ký hiệu và đặt h1 = h1(k) = h1(k+1), h2 = h2(k) = h2(k+1), khi này có thể viết ma trận vào dạng sau:

(2.36)

Có thể viết lại phương trình trên vào dạng sau:



(2.37)

Nhận thấy cột của ma trận chữ nhật trong phương trình trên trực giao với nhau. Vì thế nhiệm vụ tách sóng x1 và x2 được chia thành hai nhiệm vụ vô hướng trực giao.





Hình 2.10. Sơ đồ Alamouti hai anten phát và một anten thu

Sơ đồ Alamouti làm việc cho tất cả các kiểu chùm ký hiệu x1, x2 khác nhau, tuy nhiên để đơn giản, ở đây chỉ xét BPSK với truyền 2 bit trong thời gian hai ký hiệu. Trong sơ đồ mã lặp cần sử dụng 4-PAM để đạt được cùng tốc độ bít. Để đạt được cùng khoảng cách tối thiểu như các ký hiệu BPSK trong sơ đồ Alamouti, cần tăng 5 lần năng lượng ký hiệu.

Hình 2.10 cho trình bày sơ đồ Allamouti hai anten phát và một anten thu với 3 chức năng sau:


  • Mã hóa và chuỗi các ký hiệu phát tại máy phát

  • Sơ đồ kết hợp tại máy thu

  • Quy tắc quyết định khả năng giống cực đại

a. Mã hóa và chuỗi phát

Trong khoảng thời gian cho trước một ký hiệu, hai ký hiệu được truyền đồng thời từ hai anten phát. Ký hiệu tín hiệu phát từ anten một là x1(k)=x1 và tín hiệu phát từ anten hai là x2(k)=x2. Trong thời gian ký hiệu tiếp theo, x1(k+1) = được phát đi từ anten một và x2(k+1)=được phát đi từ anten hai.

Ký hiệu h1(k) và h2(k) là đáp ứng kênh cho đường truyền từ anten phát 1 và đường truyền từ anten phát 2 tại thời điểm k. Giả thiết phađinh không đổi trong thời gian hai ký hiệu phát, có thể viết:

(2.38a)

(2.38b)

Trong đó T là độ dài ký hiệu và kT là thời gian xét. Khi này ta có thể viết các biểu thức sau cho các ký hiệu thu:





(2.39)

Trong đó y1 và y2 là ký hiệu cho các tín hiệu thu tại thời điểm k và k+1, là các biến ngẫu nhiên phức thể hiện tạp âm có phân bố Gauss.

Từ (2.38), có thể viết lại phương trình (2.39) vào dạng sau:

(2.40)

Trong đó: là vector thu.



(2.41)

là ma trận kênh tương đương.



b. Sơ đồ kết hợp

Giả thiết rằng máy thu hoàn toàn biết được trạng thái kênh. Bộ kết hợp thực hiện nhân bên trái vector thu y với ma trận chuyển vị Hermitian HH để được :

=

= (2.42)

Sử dụng khai triển (2.42), được các ước tính của các ký hiệu x1 và x2 như sau:



(2.43a)

(2.43b)

Bộ kết hợp trên hình tạo ra hai ký hiệu kết hợp và gửi chúng đến bộ quyết định khả giống cực đại.

c.Quy tắc quyết định khả năng giống cực đại

Từ hai tín hiệu đầu ra bộ kết hợp, bộ tách sóng khả giống cực đại sẽ chọn ra hai tín hiệu ước tính x1 và x2 sao cho:



(2.44)

(2.45)

d. SNR tổng hợp có thể được tính như sau (nếu coi rằng năng lượng tín hiệu phát chia đều cho hai anten)







(2.46)

Trong đó Eb là năng lượng của tín hiệu phát, với N0 là công suất tạp âm đơn biên.


2.7.1.2. Sơ đồ Alamouti hai anten phát và Nr anten thu




Hình 2.11.Sơ đồ Alamouti hai anten phát và hai anten thu
Trong trường hợp này sử dụng hai anten phát và Nr anten thu. Để minh họa, ta xét trường hợp hai anten thu (Nr = 2) như trên hình 2.11 . Xét quá trình xử lý trong thời gian hai ký hiệu và coi rằng độ lợi kênh không thay đổi trong thời gian này.

Mã hóa và chuỗi phát của các ký hiệu thông tin trong trường hợp này như sau:






Anten 1

Anten 2

Thời điểm k

x1

x2

Thời điểm k+1





Bảng 2.1. Mã hóa và chuỗi ký hiệu phát cho sơ đồ phân tập phát hai anten




Anten thu 1

Anten thu 2

Anten phát 1

h11

h12

Anten phát 2

h21

h22

Bảng 2.2 .Định nghĩa các kênh giữa anten phát và anten thu




Anten thu 1

Anten thu 2

Thời gian k

h11

h12

Thời gian k+1

h21

h22

Bảng 2.3. Ký hiệu các tín hiệu thu tại hai anten thu

Biểu thức cho các tín hiệu thu như sau:



(2.47a)

(2.47b)

(2.47c)

(2.47d)

Trong đó, là độ lợi đường truyền từ anten phát n đến anten thu m.

Từ phương trình (2.47), đối với hai ký hiệu liên tiếp được thu từ máy thu thứ nhất tại thời điểm k và k+1, ta có:

Y1=H1x+N1 (2.48)

Trong đó:



là ma trận kênh tương đương





Tương tự đối với hai ký hiệu liên tiếp được thu từ máy thu thứ hai, ta có:

Y2=H2x+N2 (2.49)

Trong đó:



là ma trận kênh tương đương



Để tính toán ước tính, nhân (4.72) và (4.73) với các ma trận kênh chuyển vị Hermitian tương ứng:



(2.50)

(2.51)

Sau đó kết hợp hai phương trình (2.50) và (2.51) với nhau:



(2.52)

Trong đó: ,





Khai triển (2.52) ta được:



(2.53)


(2.54)


Sau đó các tín hiệu kết hợp này được đưa đến bộ tách sóng khả giống cực đại, tại đây ước tính cho x1 được chọn dựa trên các tiêu chuẩn:

Chọn xi nếu và chỉ nếu: (2.55)

Hay: (2.56)

Tương tự đối với x2, sử dụng quy tắc trên để chọn xi nếu và chỉ nếu



(2.57)

SNR trong trường hợp này được tính như sau:



(2.58)

Như vậy, các tín hiệu kết hợp từ hai anten thu chỉ là cộng đơn thuần các tín hiệu từ từng anten, nghĩa là sơ đồ kết hợp giống như trường hợp một anten thu.


2.7.1.1. Phân tập trễ


Kênh vô tuyến thường bị tán thời, tín hiệu truyền từ đầu phát tới đầu thu theo qua nhiều tuyến fading độc lập có trễ khác nhau, mang lại khả năng phân tập đa đường hoặc phân tập tần số tương ứng. Truyền dẫn đa đường mang lại lợi ích về hiệu năng đường truyền vô tuyến, với giả thiết là số lượng đường truyền không quá lớn và sơ đồ truyền dẫn phải chứa công cụ để bù méo tín hiệu ví dụ bằng cách truyền dẫn OFDM hoặc sử dụng bộ cân bằng tiên tiến ở phía thu.

Nếu bản thân kênh vô tuyến không tán thời, kỹ thuật đa anten phát có thể được sử dụng để tạo tán thời giả, tương đương là tính chọn lọc tần số giả bằng cách phát các tín hiệu giống nhau với trễ tương ứng khác nhau từ nhiều anten. Bằng cách này, fading từ các anten khác nhau sẽ có độ tương quan thấp, từ đó có thể đạt được phân tập tần số. Loại phân tập trễ này được minh họa trong hình 2.12 với trường hợp 2 anten phát. Trễ tương ứng T sẽ được lựa chọn để đảm bảo phù hợp với tính chọn lọc tần số thông qua băng tần của tín hiệu phát đi. Hình 2.12 minh họa với trường hợp 2 anten phát. Phân tập trễ có thể được mở rộng với nhiều hơn 2 anten phát với trễ tương ứng khác nhau trên mỗi anten.

Phân tập trễ bản chất là không thể thấy được ở máy đầu cuối. Ở đó chỉ có thể thấy được một kênh vô tuyến gây ra tán thời. Do đó, phân tập trễ có thể được đưa vào hệ thống truyền thông di dộng một cách dễ dàng mà không cần bất kỳ một sự hỗ trợ đặc biệt nào về chuẩn giao diện vô tuyến. Phân tập trễ cũng được áp dụng trong một số sơ đồ truyền dẫn cơ bản, những sơ đồ này được thiết kế để lợi dụng fading chọn lọc tần số, bao gồm WCDMA và CDMA2000.



Hình 2.12. Phân tập trễ 2 anten

2.7.1.2. Phân tập trễ vòng CDD


Phân tập trễ vòng CDD tương tự như phân tập trễ, khác ở chỗ là CDD hoạt động theo khối và áp dụng dịch vòng thay vì trễ tuyến tính cho các anten khác nhau. Do đó CDD được áp dụng cho những sơ đồ truyền dẫn dựa trên khối như OFDM và DFTS-OFDM.

Trong trường hợp truyền dẫn OFDM, dịch vòng tín hiệu miền thời gian thì tương ứng là dịch pha phụ thuộc tần số trước khi điều chế OFDM như được minh họa trong hình 6.8b. Giống như phân tập trễ, nó cũng tạo ra tính lựa chọn tần số giả ở máy thu.





Hình 2.13. Phân tập trễ vòng 2 anten (CDD)

2.7.1.3. Phân tập bằng mã hóa không gian thời gian


Mã hóa không gian thời gian là thuật ngữ để chỉ những sơ đồ truyền dẫn đa anten mà ở đó việc điều chế các ký hiệu được ánh xạ sang miền thời gian và không gian (đa anten phát) để đạt được phân tập. Mã hóa khối không gian - thời gian STBC phức tạp hơn sơ đồ phân tập phát không gian- thời gian STTD, STBC là một phần của chuẩn 3G CDMA từ phát hành đầu tiên của nó.

Như minh họa trong hình 2.14, STTD thực hiện theo từng cặp ký hiệu điều chế. Các ký hiệu điều chế được phát trực tiếp trên anten đầu tiên. Tuy nhiên, trên anten thứ hai thứ tự của các ký hiệu sẽ đảo lại, đồng thời đảo dấu và chuyển liên hợp phức.





Hình 2.14. Phân tập phát không gian- thời gian WCDMA (STTD)

Truyền dẫn STTD được biểu thị theo vector như sau:



(2.59)

Trong đó y2n và y2n+1 là ký hiệu thu trong khoảng 2n và 2n+1. Biểu thức trên được giả thiết là các tham số h1 và h2 không thay đổi trong khoảng 2 ký hiệu kề nhau. Ma trận H là ma trận nhất phân. Ký hiệu phát x2n và x2n+1 sẽ được phục hồi lại bằng cách nhân ma trận W=H-1 với ma trận vector





Hình 2.15. Phân tập phát không gian/tần số 2 anten

2.7.1.4. Phân tập dựa trên mã hóa không gian-tần số


Mã hóa khối không gian- tần số SFBC cũng giống như mã hóa khối không gian -thời gian chỉ khác nhau là việc mã hóa thực hiện trong miền tần số chứ không phải trong miền thời gian. Vì thế, SFBC được ứng dụng trong OFDM và những sơ đồ truyền dẫn ”miền tấn số”. Không gian – tần số tương đương với STTD (mà được gọi là phân tập phát không gian- tần số SFTD) như được minh họa trong hình 2.15. Khối tín hiệu điều chế (miền tần số) a0, a1, a2, a3,... được ánh xạ trực tiếp sang các sóng mang OFDM trên anten thứ nhất, trong khi khối ký hiệu được ánh xạ sang các sóng mang con tương ứng ở anten thứ hai.



Hình 2.16. Tạo búp song cổ điển với độ tương cao anten cao:

a) Cấu hình anten. b) Cấu trúc búp sóng

So sánh hình 2.15 với nửa trái hình 2.13, ta thấy về bản chất sự khác nhau giữa SFBC với phân tập trễ vòng là ở chỗ khối ký hiệu điều chế miền tần số được ánh xạ như thế nào tới anten thứ hai. Lợi ích của SFBC so với CDD là SFBC cung cấp phân tập ngay ở mức ký hiệu điều chế trong khi CDD phải dựa vào mã hóa kênh kết hợp với đan xen miền tần số để đưa ra phân tập.


2.7.2. Tạo búp sóng phía phát


Nếu thông tin về các kênh đường xuống của các anten phát khác nhau, và các thông tin chi tiết hơn về pha của kênh tương ứng được biết ở phía anten phát, thì ngoài khả năng cung cấp phân tập, kỹ thuật đa anten phát còn đưa ra khả năng tạo búp sóng. Nói chung, tạo búp sóng làm tăng cường độ tín hiệu ở phía thu theo hệ số NT, tỷ lệ với số anten phát. Khi thảo luận về sơ đồ truyền dẫn dựa trên đa anten để tạo búp sóng có thể tách riêng giữa hai trường hợp độ tương quan cao và thấp.

Độ tương quan cao tức là trong cấu hình anten thì khoảng cách giữa các anten nhỏ như hình 2.16a. Trong trường hợp này, các kênh giữa các anten khác nhau và một máy thu nào đó sẽ giống nhau, giống về fading kênh vô tuyến, ngoại trừ sự khác nhau về pha phụ thuộc hướng. Búp sóng truyền dẫn tổng có thể được lái theo các hướng khác nhau bằng cách áp dụng dịch pha khác nhau cho các tín hiệu được truyền trên các anten khác nhau như minh họa trong hình 2.16b.

Tạo búp anten phát với dịch pha khác nhau áp dụng cho các anten có độ tương quan cao thường được gọi là tạo búp phân lớp. Do khoảng cách giữa các anten nhỏ, búp sóng tổng sẽ tương đối rộng và bất kỳ một sự thay đổi nào về hướng búp sóng ( trong thực tế sẽ là sự thay đổi dịch pha ) sẽ được thực hiện chậm. Sự thay đổi này dựa trên các ước tính về hướng máy di dộng đầu cuối xuất phát từ các phép đo đường lên. Ngoài ra, do giả thiết độ tương quan giữa các anten cao, tạo búp phân lớp không thể mang lại khả năng phân tập mà chỉ làm tăng cường độ tín hiệu thu mà thôi.



Hình 2.17. Tạo búp sóng dựa trên tiền mã hóa trong trường hợp tương quan anten thấp

Độ tương quan giữa các anten thấp tức là khoảng cách giữa các anten khá lớn như minh họa trong hinh 2.17 hoặc phân cực khác nhau. Với độ tương quan thấp, nguyên lý tạo búp cơ bản tương tự như trong hình 2.16, tức là tín hiệu được phát trên các anten khác nhau sẽ được nhân với trọng số phức khác nhau. Tuy nhiên, trái ngược với tạo búp phân lớp, lúc này trọng số anten sẽ mang giá trị phức tức là pha và biên độ của tín hiệu sẽ được thay đổi. Nó phản ánh một thực tế là do độ tương quan thấp nên pha và hệ số tăng ích tức thời trên mỗi anten sẽ không giống nhau.

Việc áp dụng các trọng số khác nhau cho các tín hiệu được phát trên các anten khác nhau có thể được biểu diễn dưới dạng vector giống như áp dụng một vector tiền mã hóa cho tín hiệu phát như sau:

(2.60)

Giả thiết là tín hiệu được phát đi từ các anten khác nhau chỉ bị tác động bởi fading phẳng và nhiễu trắng, tức là sẽ không có tán thời kênh vô tuyến, để công suất tín hiệu thu lớn nhất, các trọng số tiền mã hóa sẽ được lựa chọn theo công thức:



(2.61)

Đây là liên hợp phức chuẩn hóa của hi để đảm bảo công suất phát tổng cố định. Vì thế vector tiền mã hóa phải :



  • Quay pha tín hiệu phát để bù lại pha kênh tức thời và đảm bảo tín hiệu thu được chỉnh pha.

  • Gán công suất cho các anten khác nhau với quy tắc là công suất cao sẽ được gán anten có điều kiện kênh tốt (độ lợi anten cao)

  • Đảm bảo giữ công suất phát tổng không đổi

Sự khác nhau chính giữa tạo búp sóng cổ điển theo hình 2.16 với giả thiết độ tương quan anten cao và tạo búp theo hình 2.17 với giả thiết độ tương quan anten thấp là đối với trường hợp thứ hai thì cần nhiều thông tin về kênh hơn, bao gồm việc ước tính fading tức thời của kênh. Do đó việc cập nhật vector tiền mã hóa được thực hiện trong thời gian tương đối ngắn để cập nhật lại sự thay đổi fading. Khi thay đổi các trọng số của bộ tiền mã hóa cũng phải tính đến fading tức thời bao gồm độ lợi kênh tức thời, tạp búp nhanh như hình 2.17 cũng đưa ra phân tập.

Ngoài ra, ít nhất trong trường hợp truyền dẫn dựa trên FDD, với truyền dẫn đường lên và đường xuống thực hiện trong băng tần khác nhau, fading vì thế mà sẽ không tương quan giữa đường lên và đường xuống. Do đó, chỉ máy đầu cuối di động mới xác định fading đường xuống. Máy đầu cuối sẽ báo cáo về ước tính kênh đường xuống cho trạm gốc bằng tín hiệu đường lên. Máy đầu cuối lựa chọn vector tiền mã hóa thích hợp từ một tập hợp hữu hạn các vector tiền mã hóa được gọi là codebook, và báo cáo về trạm gốc.

Mặt khác, trong trường hợp TDD, với truyền dẫn đường lên và đường xuống thực hiện trong cùng băng tần nhưng tại các khe thời gian khác nhau, giữa đường lên và đường xuống sẽ có tương quan fading cao. Trong trường hợp này, trạm gốc có thể xác định fading đường xuống tức thời (ít nhất là về mặt lý thuyết) từ các phép đo trên đường lên mà không cần hồi tiếp. Tuy nhiên phải giả thiết máy đầu cuối phát liên tục trên đường lên.



Hình 2.18.Tiền mã hóa trên mỗi sóng mang con của OFDM (2 anten phát)


Каталог: file -> downloadfile8
downloadfile8 -> Giáo viên hướng dẫn : gs. Ts. Phan Hữu Tôn
downloadfile8 -> Nguyễn Ngọc Thùy Linh
downloadfile8 -> Khái niệM, phân loạI
downloadfile8 -> Phần mở ĐẦu lý do chọn đề tài
downloadfile8 -> ĐỒ Án tốt nghiệP
downloadfile8 -> Dân số, môi trường và môi trường trong những năm gần đây đã trở thành mối quan tâm của nhiều quốc gia và các tổ chức quốc tế
downloadfile8 -> Báo Cáo Thực Tế Môi Trường
downloadfile8 -> ChẩN ĐOÁn tâm lý Ths. Phạm Thị Xuân Cúc
downloadfile8 -> Câu 1: Phân tích khái niệm, đối tượng nghiên cứu và cơ cấu của xhh?Lấy ví dụ minh họa?
downloadfile8 -> Luận văn Ảnh hưởng của mô hình nuôi xen ghép nước lợ ở các vùng triều khác nhau lên tốc độ tăng trưởng của tôm sú (Penaeus monodon) và sự biến động của một số yếu tố môi trường phầN 1

tải về 5.22 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2022
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương