BTL trường điện từ và anten

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 thảo luận

Trường điện từ và kỹ thuật anten

 Nguyễn Quốc Trung

 Đoàn Quốc Trung

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.

Có nhiều loại anten 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)

 Anten đẳng hướng là loại an ten đơn giản dùng để phát và thu sóng đồng đều đối với tất cả các

hướng 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

 Anten 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 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  

 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 anten đã được nghiên cứu phát triển cho các hệ thống thông tin di động

Hệ thống anten 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 anten 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

 Hệ thống anten 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 anten:

 Anten 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, tuy nhiên nó

không thể nâng cao độ tăng ích do tại mỗi thời điểm chỉ có một an ten làm việc  

 Anten 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.

Anten thông minh là một hệ thống gồm một ma trận các anten phối hợp với nhau bằng công nghệ

số nhằm tối ưu hoá việc phát và thu tín hiệu Các anten 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 chất lượng tín hiệu mà còn làm tăng dung lượng hệ thống thông qua việc tăng khả năng tái sử dụng kênh tần số

Anten chuyển búp (beam) bao gồm một số các beam cố định được định dạng để tăng độ nhạy

ở một hướng xác định Hệ thống này đo cường độ tín hiệu để chọn một beam thích hợp nhất tại thời điểm nhận tín hiệu để phục vụ và nó sẽ chuyển từ beam này sang beam khác khi máy mobile di chuyển vị trí trong setor Thay vì định dạng các búp sóng bằng cách thay đổi cấu trúc vật lý các

chấn tử như kiểu an ten định hướng, an ten chuyển beam kết hợp đầu ra của nhiều an ten một cách đặc biệt nhằm đạt được sự sector hoá chùm beam một cách tinh vi và linh hoạt hơn nhiều

Anten thích nghi là loại an ten thông minh nhất cho đến nay Bằng cách sử dụng nhiều thuật toán

xử lý tín hiệu mới, nó có khả năng vượt trội hơn hẳn trong việc định vị, theo dõi và xử lý các loại tín hiệu nhằm giảm thiểu độ xuyên lẫn cũng như tăng tối đa cường độ tín hiệu cần nhận Mặc dù cả anten

chuyển beam và an ten thích nghi đều cố gắng tăng độ tăng ích, tuy nhiên chỉ có an ten thích nghi là có thể cho một độ tăng ích tối ưu cùng với việc định vị, theo dõi và giảm thiểu xuyên lẫn

THE END