CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĂNTEN THÔNG MINH 1.1 M λ đầu1.1 M λ đầu
1.4 Ưu điểm của ănten thông minh trong thông tin di động .1 Giảm trải trễ và pha đinh đa đường.1 Giảm trải trễ và pha đinh đa đường
1.4.7 Tăng diện tích vùng phủ sóng
Trong phần này, chúng ta sẽ thấy rằng ănten thông minh cũng được dùng để tăng diện tích phủ sóng trong khi vẫn đảm bảo được mức tín hiệu. Giả thiết rằng kích thước của cell là không thay đổi và công suất phát của máy di động là cố định hướng tới các phần tử ănten thu.
1.4.7.1 Mức độ vùng phủ của ănten thu đơn phần tử
Để tính được mức độ tăng vùng phủ sóng khi sử dụng ănten thông minh, trước hết ta phải tính vùng phủ sóng của một phần tử ănten. Vì tăng vùng phủ đạt được bằng mảng ănten là tăng vùng phủ của từng phần tử ănten.
Giả sử độ lớn tín hiệu được xác định bằng khoảng cách từ trạm gốc. Nên, khi công suất tín hiệu thu P được tính bằng dB, hàm mật độ xác suất của công suất tín hiệu thu là:
2 2
1 ( )
( ) exp
2 2 f P P P
σ π σ
− −
=
(1.27) Trong đó P : công suất tín hiệu thu được.
σ : trung bình bình phương tính theo dB.
Khi đó xác suất công suất tín hiệu dựa trên ngưỡng yêu cầu β là :
[ ] ( ) 1 12 2
r 2
Pβ P P f P dP erf P
β
β β
σ
∞ −
= ≥ = = −
∫ (1.28) Với erf(x) là hàm lỗi chuẩn. Phương trình (1.28) cho biết xác suất chất lượng tín hiệu thu khi hàm mật độ xác suất của công suất tín hiệu thu có dạng như trong phương trình (1.27). Nhưng do suy hao đường truyền của tín hiệu thu trung bình rất khác nhau theo khoảng cách truyền dẫn. Giả sử suy hao đường truyền tỷ lệ thuận với d-n , trong đó d là khoảng cách giữa trạm gốc và thuê bao di động, n là hệ số mũ suy hao đường truyền, thì ta có mức tín hiệu trung bình là:
10 log ( / )10
P =−α n d R (1.29) Với α : công suất truyền tính theo dB.
R : bán kính cell.
Kết hợp 1.28 và 1.29, ta có xác suất mức tín hiệu cần thiết là hàm của khoảng cách d:
( ) 1/2 (1/2) ( 10 log ( 10))/ 2
P dβ = − erf − + β α n d R σ (1.30) Đặt a = (β α σ− ) / 2 và b = 10 logn 10e/ σ2 khi đó ta có:
[ ]
( ) 1 2 (1/ 2) ln( / )
P dβ = − erf a b+ d R (1.31) Hình 1.10 thể hiện mức lệch chuẩn của logarit phađinh chung σ. Các cung đánh nhãn tương ứng với các tương tác λ biên cell. Tăng mức độ phủ biên cell sẽ làm tăng mức độ vùng phủ trong cell. Đồ thị cũng cho thấy mức độ vùng phủ của cell giảm khi tăng mức lệch chuẩn của hiệu ứng màn chắn.
Hình 1.10 : Mức độ phủ phân đoạn cell đối với anten thu đơn phần tử 1.4.7.2 Mức độ vùng phủ của ănten thu L phần tử
Giả sử cell có bán kính không thay đổi và hệ thống có nhiễu giới hạn, khi đó ta có thể tăng diện tích vùng phủ sóng bằng cách sử dụng một dàn ănten L phần tử. Như đã đề cập λ trên dàn ănten L phần tử sẽ tăng công suất tín hiệu lên L2 lần và công suất nhiễu chỉ tăng lên L lần. Kết quả này chỉ đúng khi nhiễu λ phần tử ănten này không tương tác với nhiễu λ những phần tử ănten khác.
Khi công suất nhiễu tăng lên L lần, để SNR được đảm bảo thì mức công suất tín hiệu cũng phải tăng lên L lần. Do đó, mức công suất ngưỡng tính theo dB của dàn ănten là:
10log 10
l L
β β= + (1.32)
Với β là ngưỡng tín hiệu ban đầu đối với bộ thu một phần tử. Hơn nữa, khi sử dụng dàn kết hợp thì tín hiệu thu được λ mỗi phần tử có công suất tăng lên L2 lần. Vì vậy công suất đầu ra là:
20log 10
P Pl = + L (1.33) Xác suất để công suất tín hiệu mong muốn cao hơn mức ngưỡng βm của mảng ănten được xác định b λi:
Pβl = (P Pr l≥βl)
= 1/ 2 (1/ 2)− erf (βl −Pl ) /σ 2
= 1/ 2 (1/ 2)− erf (β −10 log10 L P− ) /σ 2
=1/ 2 (1/ 2)− erf (β −10 log10L− +α 10 log ( / )) /n 10 d R σ 2 (1.34) Đặt al = (β −10log 10L−α σ)/ 2 và b = 10log ( )/10 e 2σ , khi đó ta lại có:
[ ]
( ) 1/ 2 (1/ 2) ln( / )
m m
P dβ = − erf a+ b d R (1.35) Hình 1.11 thể hiện phân đoạn cell với công suất tín hiệu mức ngưỡng là hàm của ú với n = 4 và M = 4 đối với nhiều giá trị vùng phủ của phân đoạn biên cell khi sử dụng bộ thu đơn phần tử. Khi so sánh hình 1.10 và hình 1.11 ta có thể thấy, vùng phủ sóng được tăng lên khi sử dụng dàn ănten. Cũng từ sơ đồ này, ta có thể xác định được số phần trăm tăng lên khi sử dụng dàn ănten trong mỗi phân đoạn cell. Phần trăm tăng lên được tính như sau:
G = (Fl - Fu)/Fu (1.36)
Hình 1.11 : Mức độ phủ phân đoạn cell đối với anten thu nhiều phần tử 1.4.8 Giảm công suất phát trạm di động
Khi sử dụng dàn ănten L phần tử thì tín hiệu thu λ trạm gốc tăng lên, do đó công suất phát λ máy di động có thể giảm xuống L lần. Vì vậy mà tuổi thọ pin của máy di động lâu hơn, đồng thời lại có thể giảm được kích thước của pin, cả hai yếu tố này sẽ là một ưu điểm quan trọng cho máy cầm tay.