CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY TRONG HỆ THỐNG WCDMATAY TRONG HỆ THỐNG WCDMA
3.2 Các lược đồ kết hợp
Chúng ta giới thiệu một hệ thống ăntenkép được tích hợp vào máy cầm tay được sử dụng trong hệ thống truyền thông cá nhân vô tuyến trong đó khoảng cách giữa hai ănten là 1/4 bước sóng (3.5 cm). Để nghiên cứu các kết quả hiệu năng của việc sử dụng máy cầm tay có hai ănten, các lược đồ phân tập khác nhau được sử dụng.
3.2.1 Kết hợp phân tập
Một bộ kết hợp phân tập kết hợp các tín hiệu ănten sử dụng lược đồ phân tập kết hợp. λ đây chúng ta xét ba lược đồ kết hợp phân tập : phân tập lựa chọn (SD), kết hợp độ lợi cân bằng (EGC), và kết hợp tỷ lệ lớn nhất (MRC). Lược đồ SD lựa chọn tín hiệu có công suất cao hơn. EGC chỉ cộng hai tín hiệu có trọng số bằng nhau và bằng 0.5.
Lược đồ MRC đo các mức tín hiệu và cộng chúng lại theo công thức a a b b+ , trong đó a và b là đầu ra của hai bộ thu rake hoặc đầu ra của hai rake finger.
Để xử lý các tín hiệu ănten kép, có hai mức lược đồ kết hợp được xem xét. Mức lược đồ thứ nhất là kết hợp phân tập mức Rake trong đó bộ kết hợp phân tập kết hợp các tín hiệu đầu ra của máy thu rake. Mức thứ hai là kết hợp phân tập mức rake finger trong đó bộ kết hợp kết hợp các đầu ra của từng rake finger. Hai lược đồ này được biễu diễn trong hình 3.6. Để đơn giản, chỉ có ba phần tử được mô tả trong hình. Cần chú ý là tất cả các tín hiệu bộ phận đều đã được gán trọng số trước đó (theo thông tin về pha và cường độ của tín hiệu hao tiêu) trước khi bộ kết hợp phân tập kết hợp các tín hiệu đầu ra bộ phận.
Rake Rx 1
Rake Rx 2
Bé kÕt hîp ph©n tËp
Rake finger SD/EGC/
MRC
TÝn hiÖu
®Çu ra
r (t)2
r (t)1
(a) kết hợp phân tập mức Rake
r (t)2
r (t)1 TÝn hiÖu
®Çu ra
Rake finger SD/EGC/
MRC
SD/EGC/
MRC
SD/EGC/
MRC
(b) Kết hợp phân tập mức bộ phận Hình 3.6: Kết hợp phân tập 3.3.2 Kết hợp tương thích
Để kết hợp mỗi một tín hiệu đa đường từ hai ănten, một lược đồ kết hợp tương thích dựa trên thuật toán N-LMS như giới thiệu trong chương 2 được sử dụng, trong đó các trọng số ănten đạt được theo đệ quy để làm tối thiểu lỗi bình phương trung bình. Hệ thống ănten kép với bộ kết hợp tương thích (AC) được biễu diễn trong hình 3.7
AC AC AC
TÝn hiÖu
®Çu ra
Rake finger
Hình 3.7: Kết hợp tương thích
Thủ tục để đạt được các trọng số ănten được giải thích bên dưới. Một trọng số ănten mới ωm( )j (n+1)của tín hiệu đa đường thứ m trên ănten thứ j được tính toán như sau:
2 2
( ) ( ) ( ) ( ) *
0, 0, 0,
1
( 1) ( ) ( ( ) / ( ) ) ( )
j j j j
m m m m m
j
n n y n y n e n
ω ω µ
=
+ = + ∑ (3.6) Trong đó, ωm( )j ( )n là trọng số ănten hiện tại, y0,( )jm( )n là tín hiệu hoa tiêu giải trải phổ của đa đường thứ m trên ănten thứ j, μ là kích thước bậc trong khoảng 0 < μ < 2, và
0,m( )
e n là tín hiệu lỗi. Tín hiệu lỗi e0,m( )n được biễu diễn như z∨0,m( )n −z0,m( )n , với
0,m( )
z n
∨ là tín hiệu hoa tiêu tham chiếu của tín hiệu đa đường thứ m và z0,m( )n là tín hiệu hoa tiêu kết hợp. Giả thiết rằng các tín hiệu hoa tiêu từ mỗi một ănten được dịch pha và kết hợp một cách lý tư λng để đạt được tín hiệu hao tiêu tham chiếu như mong muốn. do đó, tín hiệu hoa tiêu tham chiếu mong muốn z∨0,m( )n đạt được bằng cách trung bình tín hiệu hoa tiêu giải trải phổ như sau:
1 (1) ( 2 )
0 , 0 ,
0 , 0
( ( 1) ( 1) )
( ) (1 ) 2
Q
m m
m l
y n y n
n i
z Q
−
=
∨ − + −
= + ∑ (3.7) Với Q là số các ký tự hoa tiêu trung bình và (1+i) là ký tự hoa tiêu được phát như đã biết. tín hiệu hoa tiêu kết hợp z0,m( )n của đa đường thứ m đạt được sử dụng các tín hiệu hoa tiêu yk m( ),j ( )n từ mỗi một ănten và các trọng số ănten hiện thời ωm( )j ( )n như sau:
2 ( ) ( )
0, ,
1
( ) j ( ) j *( )
m k m m
j
z n y n ω n
=
=∑ (3.8) Sau khi tính toán được các trọng số ănten tín hiệu người sử dụng thứ k giải trải phổ của tín hiệu đa đường thứ m từ mỗi một ănten được gán trọng số và kết hợp như sau:
2 ( ) ( )
, ,
1
( ) j ( ) j *( )
k m k m m
j
z n y n ω n
=
=∑ (3.9) Với yk m( ),j ( )n là tín hiệu người sử dụng thứ k giải trải phổ của đa đường tín hiệuứ m trên ănten thứ j và ωm( )j ( )n là trọng số ănten tính được. Khi đó, tín hiệu người sử dụng kết hợp từ mỗi một đa đường zk m, ( )n được kết hợp coherent để rạo ra một đầu ra :
, 0, 1
( ) ( ) *( )
L
k k m m
m
z n z n z n
=
=∑ (3.10) Với L là số các bộ phận rake. Nếu hệ số trải phổ của tín hiệu người sử dụng thứ k SFk nhỏ hơn hệ số trải phổ của tín hiệu hoa tiêu SFp, tín hiệuì trọng số ănten giống nhau
( )j ( )
m n
ω được sử dụng để đạt được p
k
SF
SF ký tự người sử dụng liên tiếp.
Cuối cùng, trọng số ănten phải tương thích đủ nhanh để tách pha đinh của tín hiệu nhiễu và tín hiệu mong muốn, nhưng cần phải chậm hơn tốc độ dữ liệu.
3.3.3 Kết hợp lai ghép
Bộ kết hợp phân tập (DC) tận dụng phân tập không gian giữa các tín hiệu và đạt được hiệu năng cao hơn khi các tín hiệu ănten ít tương quan hơn. một bộ kết hợp tương thích (AC) kết hợp các đầu ra bộ phận tương ứng của hai ănten với các trọng số thích hợp được tính toán theo thuật toán N-LMS. Vì hai lược đồ kết hợp này có những đặc tính bổ sung cũng như đối nghịch nhau, nên người ta đã đưa ra một lược đồ mới để tận dụng những ưu điểm của cả hai lược đồ này. Như có thể thấy trong chương 4, DC và AC có những đặc điẻm khác nhau về SỉN và vận tốc di chuyển. Liệu có thể lựa chịn một lược đồ vận hành tốt hơn (giữa DC và AC ) dựa trên môi trường đang vận hành hiện tại.
tuy nhiên, điều này là không thể, vì chúng ta khôgn thể ước tính chính xác hiệu năng hay BER của mỗi một lược đồ do tính ước tính không chính xác SINR và khó khăn trong việc đo vận tốc di động. Để khắc phục vấn đề này, một lược đồ đơn giản nhưng hiệu quả đã được giới thiệu và được gọi là bộ kết hợp lai ghép (HC). HC kết hợp DC và AC sử dụng MRC. Sơ đồ khối của HC được trình bày trong hình 3.8. Vì rất khó để tính toán SNR nên giá trị tín hiệu cộng tạp âm tức thời (S +N) được sử dụng để tính đầu ra của mỗi một bộ kết hợp thay cho SNR của nó.
AC AC AC
DC
tÝn hiÖu
®Çu ra
Rake finger MRC
Hình 3.8: Bộ kết hợp lai ghép của hệ thống ănten kép