Các hệ thống Anten trong thông tin di động

Bài viết "Các hệ thống Anten trong thông tin di động" này sẽ gửi tới độc giả những kiến thức cơ bản về các hệ thống Anten đã và đang được nghiên cứu áp dụng trong các hệ thống thông tin di động, bao gồm các loại các an ten truyền thống áp dụng trong các hệ thông thông tin di động thế hệ thứ nhất cho đến những hệ thống Anten thông minh đang được nghiên cứu cho các hệ thống 3G.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các hệ thống Anten trong thông tin di động Các hệ thống anten trong thông tin di động Bài báo này sẽ gửi tới độc giả những kiến thức cơ bản về các hệ thống Anten đã và đang được nghiên cứu áp dụng trong các hệ thống thông tin di động, bao gồm các loại các an ten truyền thống áp dụng trong các hệ thông thông tin di động thế hệ thứ nhất cho đến những hệ thống an ten thông minh đang được nghiên cứu cho các hệ thống 3G. ThS. Nguyễn Trọng Đường Trong thời đại bùng nổ của công nghệ thông tin hiện nay, yêu cầu đối với các dịch vụ thông tin di động liên tục tăng lên nhanh chóng cả về chất lượng dịch vụ lẫn dung lượng hệ thống. Điều này bắt buộc các nhà cung cấp dịch vụ phải tìm kiếm các công nghệ mới nhằm sử dụng một cách hiệu quả nhất phổ tần của họ và nâng cao dung lượng hệ thống cũng như chất lượng dịch vụ. Một trong những giải pháp hiệu quả nhất cho vấn đề này là cải tiến công nghệ chế tạo an ten cho hệ thống. Bài báo này sẽ gửi tới độc giả những kiến thức cơ bản về các hệ thống Anten đã và đang được nghiên cứu áp dụng trong các hệ thống thông tin di động, bao gồm các loại các an ten truyền thống áp dụng trong các hệ thông thông tin di động thế hệ thứ nhất cho đến những hệ thống an ten thông minh đang được nghiên cứu cho các hệ thống 3G. Tổng quan về Anten và các hệ thống Anten truyền thống Có nhiều loại an ten đã được nghiên cứu áp dụng trong suốt quá trình phát triển của các thế hệ thông tin di động, trước khi tìm hiểu về các hệ thống an ten phức tạp, chúng ta hãy cùng điểm qua hai loại an ten cơ bản được dùng khá phổ biến, đó là an ten đẳng hướng (omnidirectional antenna) và an ten định hướng (directional antenna). Hình 1. Anten đẳng hướng và đặc tuyến phủ sóng An ten đẳng hướng là loại an ten đơn giản dùng để phát và thu sóng đồng đều đối với tất cả các hướng (Hình 1). Loại an ten này thích hợp cho việc tìm kiếm một máy điện thoại di động (mobile station - MS) khi không biết chính xác máy này nằm ở vị trí nào, tuy nhiên nó làm phân tán năng lượng và cường độ tín hiệu đến được MS chỉ bằng một phần nhỏ của tổng năng lượng tín hiệu phát ra. Để khắc phục nhược điểm này người ta phải nâng công suất phát, nhưng điều này lại làm tăng sự xuyên lẫn giữa các kênh (còn gọi là xuyên nhiễu). Nói chung an ten đẳng hướng có nhiều hạn chế về độ tăng ích, hiệu năng sử dụng phổ tần và khả năng tái sử dụng các kênh tần số. An ten định hướng cũng là loại an ten đơn giản, nhưng khác với an ten đẳng hướng nó được thiết kế để phát và thu tín hiệu tập trung về một hướng nhất định (Hình 2). Trong các hệ thống thông tin di động, đặc tuyến phủ sóng của an ten định hướng thường hình quạt với góc mở là 1200. So với anten đẳng hướng, an ten định hướng có độ tăng ích và hiệu năng tín hiệu cao hơn nhờ sự tập trung tín hiệu. Tuy nhiên nó vẫn không thể khắc phục được một nhược điểm lớn của an ten đẳng hướng, đó là vấn đề xuyên lẫn giữa các kênh. Hình 2. Anten định hướng và đặc tuyến phủ sóng Để khắc phục nhược điểm của các loại an ten đơn giản nêu trên người ta đã cố gắng kết hợp nhiều an ten với nhau để tạo thành một hệ thống an ten. Các an ten trong cùng hệ thống phải làm việc đồng bộ với nhau nhằm nâng cao độ tăng ích cũng như mở rộng vùng phủ sóng. Phần tiếp sau đây sẽ tóm lược các hệ thống an ten đã được nghiên cứu phát triển cho các hệ thống thông tin di động. Hệ thống an ten hình quạt (sectored systems) Hệ thống an ten hình quạt kết hợp các an ten định hướng đặt ở trạm gốc (base station- BS) để chia các ô (cell) truyền thống thành từng phần hình quạt (sector). Một cell thường được chia thành 3 hoặc 6 sector, các sector hoạt động như các cell độc lập. Hệ thống an ten hình quạt cho phép tăng khả năng tái sử dụng các kênh tần số và giảm bớt xuyên nhiễu trong các hệ thống thông tin di động (Hình 3). Hình 3. Hệ thống anten hình quạt và đặc tuyến phủ sóng Hệ thống an ten phân tán (diversity systems) Hệ thống an ten phân tán kết hợp các an ten đặt các vị trí khác nhau ở trạm gốc nhằm hạn chế hiệu ứng đa đường (fading). Để đơn giản ở đây ta chỉ xét hệ thống an ten phân tán gồm hai an ten. Hệ thống này cải thiện độ lớn của tín hiệu thu được bằng cách sử dụng một trong hai phương pháp sau: Hình 4. Sự cải thiện hiệu ứng fađing của anten phân tán chuyển mạch An ten phân tán chuyển mạch - Sử dụng bộ chuyển mạch tự động để chọn kết nối kênh tín hiệu với an ten nào ở vị trí thu được tín hiệu tốt nhất. Hệ thống này có khả năng cải thiện được hiệu ứng fading (Hình 4), tuy nhiên nó không thể nâng cao độ tăng ích do tại mỗi thời điểm chỉ có một an ten làm việc. An ten phân tán phối hợp - Thực hiện việc nhận tín hiệu từ cả hai an ten, sửa sự lệch pha nhằm phối hợp hai tín hiệu để đưa ra tín hiệu tốt nhất. Hệ thống này không những cải thiện được hiện tượng fading mà còn tăng được độ tăng ích của an ten (Hình 5). Hình 5. Sự cải thiện độ tăng ích của anten phân tán phối hợp Bởi vì cường độ tín hiệu phát ra của trạm gốc (hướng xuống) thường lớn hơn nhiều cường độ tín hiệu phát ra bởi mobile (hướng lên) nên hệ thống an ten phân tán thường được dùng ở các trạm gốc để cải thiện tín hiệu thu được từ mobile. Hệ thống an ten phân tán mặc dù có cải thiện được hiệu ứng fading nhưng vẫn chưa đáp ứng được đòi hỏi phải giảm xuyên lẫn gữa các kênh, nâng cao độ nhạy, tăng khả năng tái sử dụng kênh tần số cũng như tăng dung lượng của hệ thống. Các yêu cầu này dẫn đến việc đòi hỏi nghiên cứu phát triển các hệ thống an ten thông minh hơn cho các hệ thống thông tin di động thế hệ mới. Phần tiếp sau sẽ trình bày tổng quan về các loại an ten thông minh đang được nghiên cứu phát triển hiện nay. An ten thông minh An ten thông minh là một hệ thống gồm một ma trận các an ten phối hợp với nhau bằng công nghệ số nhằm tối ưu hoá việc phát và thu tín hiệu. Các an ten này có khả năng tự động điều chỉnh hướng đặc tuyến phủ sóng của mình sao cho phù hợp nhất với môi trường tín hiệu. An ten thông minh không những làm tăng ...