Hệ thống anten thông minh

Bài viết này giới thiệu các khái niệm cơ bản về các hệ thống anten thông minh và các đặc tính vượt trội quan trọng của thiết kế hệ thông anten thông minh so với các phương pháp vô hướng truyền thống. Những điểm khác biệt để phân biệt giữa các công nghệ khác nhau cũng được đề cập đến. Các công nghệ này bao gồm các anten phân tập đơn giản đến các hệ thống dàn anten thích nghi. Đồng thời bài báo cũng đề cập đến vấn đề truyền tín hiệu trong thông tin vô tuyến và cuối cùng là nêu những ứng dụng của hệ thống anten thông minh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ thống anten thông minh Hệ thống anten thông minh  Nguyễn Thanh Hiếu  1.    GIỚI THIỆU CHUNG  Hệ thống anten thông minh là một hệ thống gồm nhiều phần tử anten kết hợp với khả  năng xử lý tín hiệu để tối ưu hoá phát xạ và/hoặc thu nhận tự động đáp ứng với môi  trường tín hiệu. Vậy anten đóng vai trò gì trong hệ thống thông tin? Câu trả lời là anten  đóng vai trò là cổng truyền năng lượng tần số vô tuyến (RF) được ghép với bộ phát tới  môi trường bên ngoài và ngược lại đến bộ thu từ môi trường bên ngoài. Anten là hệ thống  bị  sao nhãng nhất trong các hệ  thống truyền thông cá nhân. Cách thức mà năng lượng  được phát và thu từ không gian xung quanh có ảnh hướng lớn đến hiệu suất sử dụng phổ,  chi phí thiết lập một mạng mới, và chất lượng dịch vụ do mạng cung cấp.  Bài viết này giới thiệu các khái niệm cơ bản về các hệ thống anten thông minh và các đặc  tính vượt trội quan trọng của thiết kế hệ thông anten thông minh so với các phương pháp  vô hướng truyền thống. Những điểm khác biệt để phân biệt giữa các công nghệ khác  nhau cũng được đề cập đến. Các công nghệ này bao gồm các anten phân tập đơn giản đến  các hệ thống dàn anten thích nghi. Đồng thời bài báo cũng đề cập đến vấn đề truyền tín  hiệu trong thông tin vô tuyến và cuối cùng là nêu những ứng dụng của hệ thống anten  thông minh.  2.   Thuật ngữ về anten thông minh thích nghi  Để hiểu rõ hệ thống anten thông minh làm việc, hãy nhắm mắt và tưởng tượng có   người đi quanh phòng. Bạn sẽ nhận thấy bạn có thể xác định vị trí của họ mà không nhìn   thấy họ bởi vì:  •   Bạn nghe thấy tín hiệu của người nói qua hai tai, cảm giác âm thanh  •   Giọng nói đến tai vào các thời điểm khác nhau  •   Não của bạn, một bộ xử lý tín hiệu chuyên nghiệp, thực hiện rất nhiều tính toán và  phối hợp thông tin tính ra vị trí người nói  Não của bạn cũng thêm thông tin về cường độ tín hiệu từ hai tai nên bạn có thể cảm nhận  được âm thanh theo một hướng đã chọn to hơn nhiều so với hướng khác. Các hệ thống  anten thích nghi cũng thực hiện giống như vậy, sử dụng anten thay vì tai. Kết quả là 8, 10  hay 12 tai có thể được sự dụng để chỉnh và tăng tín hiệu thông tin. Vì anten thực hiện cả  hai chức năng nghe và nói, nên hệ thống anten thích nghi có thể gửi tín hiệu ngược lại  trên cùng hướng đã phát đi. Điều này có nghĩa là hệ thống anten không chỉ nghe được lớn  hơn gấp 8, 10 hay 12 lần mà còn trả lời đáp lại to và trực tiếp hơn. Đi thêm một bước  nữa, nếu có thêm người nói, hệ thống xử lý tín hiệu nội có thể  chỉnh các nhiễu không  mong muốn và sau đó tập trung vào một cuộc nói chuyện tại một thời điểm. Do đó, các  hệ thống dàn thích nghi nâng cao có khả năng tương tự phân biệt giữa các tín hiệu mong  muốn và tín hiệu không mong muốn.  3.   Anten và các hệ thống anten  Anten  Anten vô tuyến nhân đôi năng lượng điện từ từ một môi trường (không gian) đến môi  trường khác (ví dụ dây, cáp đồng trục, ống dẫn sóng). Thiết kế vật lý có thể thay đổi đáng  kể.  Anten vô hướng  1  Từ khi xuất hiện truyền thông không dây, có anten đơn cực, phát và nhận như nhau trong  mọi hướng. Để tìm được đối tượng sử dụng, phần tử này phát quảng bá theo mọi hướng  với giản đồ giống hệt nhau. Môi trường tần số vô tuyến (RF) không biết về đối tượng sử  dụng, phương pháp này tán xạ các tín hiệu, khi tới được đúng đối tượng sử dụng thì năng  lượng tín hiệu chỉ bằng một phần nhỏ tổng năng lượng đã phát xạ vào môi trường.  Sơ đồ Sơ đồ vùng phủ sóng vùng phủ sóng Anten Anten Nhìn ngang Nhìn từ trên xuống Hình 1. Anten vô hướng và vùng phủ của nó  Vì hạn chế này, chiến lược thiết kế anten đơn hướng cố gắng vượt qua những  thách thức của môi trường bằng cách đơn giản là nâng cao mức công suất của tín hiệu   phát quảng bá. Trong một số lượng lớn các đối tượng sử dụng (và nhiễu), nó tạo ra tình   huống xấu nhất là đối tượng sử dụng bị mất tín hiệu do nhiễu của các đối tượng trong   cùng tế bào hoặc các tế bào liền kề.  Trong ứng dụng hướng lên (đối tượng sử dụng đến trạm gốc), anten đơn hướng không  cung cấp tăng ích mong muốn cho tín hiệu của đối tượng sử dụng dành riêng. Nói một  cách khác, đối tượng sử dụng át năng lượng tín hiệu cạnh tranh. Tuy vậy, kĩ thuật một  phần tử không thể loại bỏ có lựa chọn các tín hiệu gây nhiễu với các tín hiệu của đố i  tượng sử dụng được phục vụ và không có khả năng định hướng đa đường không gian hay  khả năng cân bằng.  Các chiến lược đơn hướng trực tiếp và ngược lại ảnh hưởng đến hiệu suấ t phổ, tái sử  dụng tần số. Những hạn chế này thúc đẩy các nhà thiết kế hệ thống và hoạch định mạng   liên tục có các phát minh và điều chỉnh hiệu quả. Trong những năm gần đây, hạn chế về  chất lượng, dung lượng và vùng phủ sóng của công nghệ anten phát quảng bá trong các  hệ thống không dây đã đưa đến một cuộc cách mạng trong thiết kế nền tảng và vai trò của   anten trong hệ thống không dây.  Các anten định hướng  Một anten định hướng được xây dựng để có các hướng phát và thu ưu tiên cố  định. Như   một giải pháp thay thế cho phương pháp bổ sung thêm các vị trí phát mới, rất nhiều tháp  anten thông thường ngày nay phân chia thành các tế  bào hình quạt. Một vùng 3600   thường được phân chia thành 3 vùng nhỏ 1200, mỗi vùng này được bao phủ bởi phương  pháp quảng bá hẹp. Để cân bằng hơn, các anten quạt cho độ tăng ích cao hơn trong những  vùng hạn chế của góc phương vị khi so sánh với các anten đơn hướng. Điều này thường  được biết đến như là tăng ích phần tử anten và không nên nhầm với tăng ích xử lý trong  các hệ thống anten thông minh.  Khi các anten quạt nhân lên số kênh sử dụng, chúng không tránh khỏi những hạn chế của   anten đơn hướng tiêu chuẩn như nhiễu đồng kênh, được miêu tả chi tiết ở phần sau.   ...