LUẬN VĂN LẬP TRÌNH MATLAB ANTEN THÔNG MINH

c l ng ph , thu t toán kh năng l n nh t, thu t toán MUSIC…Trong

đó thu t toán đậ ược dùng ph bi n nh t hi n nay chính là thu t toánổ ế ấ ệ ậMUSIC v i nh ng u đi m vớ ữ ư ể ượt tr i nh : Đ chính xác cao, phân gi iộ ư ộ ả

Tuy nhiên,nh ng đi u ki n hoàn c nh khác nhau s gây nh hữ ề ệ ả ẽ ả ưở ng

nh t đ nh đ n k t qu c a thu t toán MUSIC Bài lu n văn này nghiênấ ị ế ế ả ủ ậ ậ

c u v s nh hứ ề ự ả ưởng c a các thông s hay thay đ i thủ ố ổ ường g p trongặ

th c t qua đó có th giúp cho vi c thi t k , x lý h th ng anten hi uự ế ể ệ ế ế ử ệ ố ệ

qu h n, phù h p cho vi c áp d ng trong các ng d ng th c t v i đi uả ơ ợ ệ ụ ứ ụ ự ế ớ ề

ki n hoàn c nh bi n đ i h n Các thông s đệ ả ế ổ ơ ố ược đ a ra nghiên c u đâyư ứ ởbao g m : tồ ương quan gi a kho ng cách các ph n t trong h anten tuy nữ ả ầ ử ệ ế tính v i bớ ước sóng s d ng ; tử ụ ương quan gi a s ph n t m ng anten vàữ ố ầ ử ả

s ngu n c n xác đ nh hố ồ ầ ị ướng sóng t i ; đ phân gi i c a thu t toán ;ớ ộ ả ủ ậ

trường h p có ngu n n m góc 90 đ ho c nh ng góc lân c n đ y ;ợ ồ ằ ở ộ ặ ữ ậ ấ

trường h p các ngu n c n xác đ nh hợ ồ ầ ị ướng sóng đ n có tế ương quan v iớ nhau

Phương pháp đượ ử ục s d ng trong bài lu n văn này là l p trình matlab môậ ậ

ph ng h th ng x lý tìm hỏ ệ ố ử ướng sóng đ n MUSIC bao g m gi l p cácế ồ ả ậngu n sóng t i, sau đó thay đ i các thông s c n nghiên c u và xem xét sồ ớ ổ ố ầ ứ ự thay đ i tổ ương ng k t qu c a thu t toán đ t đó tìm ra đứ ế ả ủ ậ ể ừ ược nh ngữ qui lu t bi n đ i cũng nh s ph thu c c a k t qu thu t toán khi thayậ ế ổ ư ự ụ ộ ủ ế ả ậ

đ i các thông s Vi c cu i cùng sau khi tìm ra đổ ố ệ ố ược nh ng qui lu t bi nữ ậ ế

đ i là đ xu t nh ng bi n pháp khi thi t k , nh ng chú ý đ cho thu tổ ề ấ ữ ệ ế ế ữ ể ậ toán MUSIC có th để ượ ức ng d ng phù h p v i đi u ki n th c t Trongụ ợ ớ ề ệ ự ế

ph n lu n văn này cũng nêu ra m t s lĩnh v c có ti m năng to l n trongầ ậ ộ ố ự ề ớ

vi c ng d ng anten thông minh có s d ng thu t toán tìm hệ ứ ụ ử ụ ậ ướng sóng

Em xin chân thành c m n các th y cô trong t Vô Tuy n – Khoa V t Lý-ả ơ ầ ổ ế ậ

Trường Đ i H c Khoa H c T Nhiên – Đ i H c Qu c Gia Hà N i đãạ ọ ọ ự ạ ọ ố ộtham gia gi ng d y cho l p Vô tuy n K52ả ạ ớ ế

Do đi u ki n th i gian và trình đ có h n nên trong khóa lu n này khôngề ệ ờ ộ ạ ậ

th không có sai sót.Em r t mong để ấ ượ ực s góp ý t các th y đ khóa lu nừ ầ ể ậ

được hoàn thi n h nệ ơ

CHƯƠNG IKHÁI QUÁT V ANTEN THÔNG MINH.Ề1.1 M đ u :ở ầ

Sóng đi n t truy n trong không gian t i đi m thu, ngoài các thôngệ ừ ề ớ ểtin bi n đ i theo th i gian còn mang các thông tin v đ c tính không gian,ế ổ ờ ề ặ

vì th ta có th coi đó là d ng tín hi u không gian – th i gian.ế ể ạ ệ ờ

Khi s d ng m t anten thu đ n gi n, ví d m t ph n t đ n đ c thìử ụ ộ ơ ả ụ ộ ầ ử ơ ộ

b n thân tín hi u nh n đả ệ ậ ượ ở ầc đ u ra anten s không ph n ánh đẽ ả ược đ cặ tính không gian c a sóng t i Còn khi s d ng m t h anten g m nhi uủ ớ ử ụ ộ ệ ồ ề

ph n t s p x p trong không gian thì vi c x lý các tín hi u nh n đầ ử ắ ế ệ ử ệ ậ ượ ừ c t

m i ph n t s cho phép khai thác đỗ ầ ử ẽ ược c lả ượng tin t c mang đ c tínhứ ặkhông gian c a sóng đó.ủ

H anten, trong đó có k t h p s d ng các phệ ế ợ ử ụ ương th c x lý tínứ ử

hi u s làm tăng kh năng c a h th ng trong vi c thu nh n thông tin, vàệ ẽ ả ủ ệ ố ệ ậ

m c đ cao h n có th đáp ng m t cách linh ho t nh ng bi n đ ng có

th x y ra đ duy trì các m c tiêu đã đ t ra cho h th ng Ta g i đó là hể ả ể ụ ặ ệ ố ọ ệ anten có x lý tín hi u, hay m c đ cao h n là an ten thông minh.ử ệ ở ứ ộ ơ

Ngày nay, thu t ng anten thông minh đậ ữ ược s d ng khá r ng rãiử ụ ộ

đ ch các h anten có x lý tín hi u do các phể ỉ ệ ử ệ ương th c và các thu t toánứ ậ

x lý tín hi u đã đ t t i trình đ cao và đ t đử ệ ạ ớ ộ ạ ược hi u qu rõ r t.ệ ả ệ

M t anten thông minh (Smart Antennas) bao g m nhi u ph n tộ ồ ề ầ ử anten Tín hi u đ n các ph n t này đệ ế ầ ử ược tính toán và x lý giúp anten xácử

đ nh đị ược hướng c a ngu n tín hi u, t p trung b c x theo hủ ồ ệ ậ ứ ạ ướng mong

mu n và t đi u ch nh theo s thay đ i c a môi trố ự ề ỉ ự ổ ủ ường tín hi u Côngệ

vi c tính toán này đòi h i th c hi n theo th i gian th c, đ Anten thôngệ ỏ ự ệ ờ ự ểminh có th bám theo ngu n tín hi u khi nó chuy n đ ng Vì v y, Antenể ồ ệ ể ộ ậthông minh còn được g i b ng m t tên khác là “Anten thích nghi”ọ ằ ộ(Adaptive Antennas).V i tính ch t nh v y, Anten thông minh có khớ ấ ư ậ ả năng gi m thi u nh hả ể ả ưởng c a hi n tủ ệ ượng đa đường và can nhi u.ễ

Anten thông minh là m t trong nh ng xu hộ ữ ướng được quan tâmnhi u trong nh ng năm g n đây V i ng d ng trong các h th ng thôngề ữ ầ ớ ứ ụ ệ ốtin vô tuy n, nó có th c i thi n ch t lế ể ả ệ ấ ượng tín hi u, tăng dung lệ ượng, mở

r ng ph m vi ho t đ ng c a h th ng V i ng d ng trong các h th ngộ ạ ạ ộ ủ ệ ố ớ ứ ụ ệ ố rađa, đ nh v , anten thông minh cho phép nâng cao kh năng phát hi n m cị ị ả ệ ụ tiêu, nâng cao đ chính xác xác đ nh t a đ và t o thêm nh ng kh năngộ ị ọ ộ ạ ữ ả

m i mà các h th ng bình thớ ệ ố ường không có được

1.2 Nguyên lý ho t đ ng :ạ ộ

Công ngh Anten thông minh gi ng nh vi c đ nh hệ ố ư ệ ị ướng âm thanh

c a con ngủ ười Con người có hai cái tai đ nghe (thu tín hi u), m m để ệ ồ ể

nói (phát tín hi u) và b não đ suy nghĩ - đ nh hệ ộ ể ị ướng (x lý, phân tích tínử

hi u).ệ

Hãy tưởng tượng b n đang đ ng m t cánh đ ng và nh m m tạ ứ ở ộ ồ ắ ắ

l i M t ngạ ộ ườ ở ằi đ ng xa nói v i b n Đ nghe rõ nh t ngớ ạ ể ấ ười đó nói gì thì

b n ph i quay v phía ngạ ả ề ười đó B n có th xác đ nh v trí c a ngạ ể ị ị ủ ười nói

nh vào s khác nhau v tr c a âm thanh mà hai tai c a b n nghe th y.ờ ự ề ễ ủ ủ ạ ấ

B não s phân tích s khác nhau này và ch cho b n chính xác hộ ẽ ự ỉ ạ ướng c aủ ngu n âm phát ra Nh v y b n có th quay đúng v hồ ư ậ ạ ể ề ướng đ b n vàể ạ

người nói chuy n cùng có th nghe rõ nh t L i nói c a b n phát ra đúngệ ể ấ ờ ủ ạ

v i hớ ướng c a ngu n âm thanh mà b n nghe đủ ồ ạ ược

M t Anten thông minh bao g m nhi u Anten thành ph n.ộ ồ ề ầ Cũng gi ng nh cách phân tích c a b não v s khác nhau gi a âm thanhố ư ủ ộ ề ự ữthu đượ ởc hai tai, nh ng tín hi u phát ra t nh ng máy di đ ng đ n Antenữ ệ ừ ữ ộ ếthành ph n đầ ược phân tích giúp xác đ nh hị ướng c a ngu n tín hi u Trênủ ồ ệ

th c t thì các Anten thành ph n đự ế ầ ược phân b tĩnh Vi c xác đ nh đố ệ ị ượ c

hướng c a ngu n tín hi u là k t qu c a vi c tính toán tín hi u nh nủ ồ ệ ế ả ủ ệ ệ ậ

đượ ừc t nh ng Anten thành ph n, và không có ph n nào c a Anten ph iữ ầ ầ ủ ả quay đ i hổ ướng c ả

Anten thông minh s d ng các phép tính đ n gi n, nh đó giúp giúpử ụ ơ ả ờcho nh ng gói tin có th truy n đ n ngu n tín hi u trong m t búp sóngữ ể ề ế ồ ệ ộ

h p theo đúng hẹ ướng t ngu n tín hi u phát ra đ n n i nh n, vi c nàyừ ồ ệ ế ơ ậ ệgiúp cho năng lượng sóng truy n đi theo m t hề ộ ướng t p trung, nh đóậ ờ

gi m thi u năng lả ể ượng máy phát mà n i thu v n có th nh n đở ơ ẫ ể ậ ược tín

hi u rõ ràng S d ng Anten thông minh đ phát tín hi u r t gi ng nhệ ử ụ ể ệ ấ ố ư

vi c chi u đèn vào các di n viên trên sân kh u N u nh đèn chi u r ngệ ế ễ ấ ế ư ế ộ thì r t ít ánh sáng chi u đúng vào ngấ ế ười di n viên B ng m t đèn chi uễ ằ ộ ế

t p trung, h u nh toàn b ánh sáng chi u đúng ph n c n thi t còn nh ngậ ầ ư ộ ế ầ ầ ế ữ khu v c còn l i thì t i, tăng hi u d ng công su t phát sáng ự ạ ố ệ ụ ấ

Công vi c tính toán ph c t p và đòi h i th i gian đáp ng nhanhệ ứ ạ ỏ ờ ứ

L i ích c a vi c s d ng Anten thông minh : Anten thông minhợ ủ ệ ử ụđóng góp hai l i ích chính đ i v i đợ ố ớ ường truy n vô tuy n là t i u hoáề ế ố ưcông su t, gi m nhi u đấ ả ễ ường truy n B i vì Anten thông minh đ c bi tề ở ặ ệ

hi u qu trong vi c tăng công su t tín hi u thu đệ ả ệ ấ ệ ược và gi m công su tả ấ phát đ n ngế ưỡng nh nh t Bên c nh đó, nó đỏ ấ ạ ượ ử ục s d ng giúp tăng dung

lượng đường truy n Vi c gi m đáng k công su t phát ra chính là gi mề ệ ả ể ấ ả

s can nhi u trong m t vùng ph sóng c a tr m phát (làm tăng m c tínự ễ ộ ủ ủ ạ ứ

hi u trên t p âm - SNIR).ệ ạ

1.3 ng d ng c a anten thông minh :Ứ ụ ủ

1.3.1 Anten thông minh trong m ng GSM : ạ

Đã có m t s lo i Anten thông minh độ ố ạ ượ ảc s n xu t cho th trấ ị ườ ng

m ng di đ ng s d ng công ngh GSM Chúng giúp t i u công su t thuạ ộ ử ụ ệ ố ư ấphát, gi m nhi u Nh ng cho đ n nay vi c s d ng Anten thông minhả ễ ư ế ệ ử ụtrong m ng GSM v n còn r t h n ch Đây không ph i b i lý do côngạ ẫ ấ ạ ế ả ởngh mà b i công ngh GSM s d ng đa truy nh p theo th i gianệ ở ệ ử ụ ậ ờ(TDMA) và qu n lý v trí t n s Đi u này có nghĩa là m i kênh vô tuy nả ị ầ ố ề ỗ ế

có m t khe th i gian và m t băng t n Không có s can nhi u gi a nh ngộ ờ ộ ầ ự ễ ữ ữ

người dùng trong m t ô (cell) tr m phát Gi ng nh hai ngộ ạ ố ư ười nói chuy nệ

v i nhau trong m t căn phòng v ng không có ti ng n c a nh ng cu cớ ộ ắ ế ồ ủ ữ ộ

h i tho i khác Đi u này có nghĩa là l i ích c a Anten thông minh trongộ ạ ề ợ ủ

m ng GSM là r t h n ch ạ ấ ạ ế

1.3.2 Anten thông minh trong m ng 3G : ạ

B i Anten thông minh giúp tăng công su t thu và gi m nhi u nênở ấ ả ễ

đi u này đ c bi t có ý nghĩa đ i v i các m ng di đ ng 3G s d ng côngề ặ ệ ố ớ ạ ộ ử ụngh CDMA CDMA (Code Division Multiple Access) chia ph t n b ngệ ổ ầ ằ

cách xác đ nh m i kênh vô tuy n trong m t tr m thu phát và thuê bao b ngị ỗ ế ộ ạ ằ

m t mã s Thuê bao ch độ ố ỉ ược nh n ra b ng mã c a mình Tín hi u thu vàậ ằ ủ ệphát t nh ng máy di đ ng khác (v i nh ng mã khác) đ i v i m t máyừ ữ ộ ớ ữ ố ớ ộ

đi n tho i di đ ng chính là nhi u Cho nên, càng nhi u đi n tho i trongệ ạ ộ ễ ề ệ ạ

m t vùng ph sóng c a tr m thu phát thì nhi u càng nhi u Đi u đó làmộ ủ ủ ạ ễ ề ề

gi m s đi n tho i di đ ng mà tr m thu phát có th ph c v đả ố ệ ạ ộ ạ ể ụ ụ ược T tấ

c các tiêu chu n đi n tho i 3G (UMTS, cdma2000 và TD-SCDMA )ả ẩ ệ ạ

đ u s d ng công ngh CDMA Đ i v i nh ng h th ng CDMA, Antenề ử ụ ệ ố ớ ữ ệ ốthông minh giúp gi m nhi u trong m t ô b i vì nó tăng công su t phát đả ễ ộ ở ấ ể duy trì t t c các kênh vô tuy n t tr m phát t i m i thuê bao Đi u nàyấ ả ế ừ ạ ớ ọ ề

đ c bi t quan tr ng khi nhu c u t c đ s li u cao ngày càng tăng M tặ ệ ọ ầ ố ộ ố ệ ộ kênh vô tuy n t c đ cao c n m c công su t cao g p 10 l n m t kênhế ố ộ ầ ứ ấ ấ ầ ộtho i trong m ng GSM Tăng m c công su t đ duy trì m t kênh vô tuy nạ ạ ứ ấ ể ộ ế cũng có nghĩa là gi m kh năng ph c v các thuê bao còn l i trong ô cũngả ả ụ ụ ạ

nh t các ô li n k ư ừ ề ề

Anten thông minh gi m s can nhi u b ng 2 cách:ả ự ễ ằ

- Búp sóng c a Anten hủ ướng chính xác đ n thuê bao, do v y côngế ậ

K t h p nh ng l i ích c a Anten thông minh, h th ng CDMAế ợ ữ ợ ủ ệ ố

gi m đả ược chi phí tính toán công su t, tăng dung lấ ượng ph c v ụ ụ

1.3.3 ng d ng c a anten thông minh trong vi c xác đ nh v trí :Ứ ụ ủ ệ ị ị

B ng cách xác đ nh đằ ị ược hướng sóng t i t anten phát t i ít nh t 2ớ ừ ớ ấ

h anten thu ta có th xác đ nh đệ ể ị ược v trí c a anten phát t giao đi m c aị ủ ừ ể ủ

2 hướng đó Vi c xác đ nh hệ ị ướng được th c hi n v i m t s thu t toánự ệ ớ ộ ố ậ

nh thu t toán ư ậ ướ ược l ng ph , thu t toán kh năng l n nh t hay ph bi nổ ậ ả ớ ấ ổ ế

nh t là thu t toán MUSIC Hình dấ ậ ưới mô t vi c xác đ nh ngu n phát quaả ệ ị ồ

vi c xác đ nh đệ ị ược hướng sóng t i t ngu n phát t i 3 tr m thu có sớ ừ ồ ớ ạ ử

d ng anten thông minh có s d ng phụ ử ụ ương pháp xác đ nh hị ướng sóng t iớ DOA

Anten thông minh là m t t p h p các Anten thành ph n độ ậ ợ ầ ược đi uề khi n đ có th b c x ra các búp sóng h p v i m c công su t phù h pể ể ể ứ ạ ẹ ớ ứ ấ ợ

v i yêu c u nên nó nâng cao đớ ầ ược công su t thu, gi m nhi u n i b gi aấ ả ễ ộ ộ ữ các kênh vô tuy n trong cùng m t tr m phát V i nh ng đ c đi m vàế ộ ạ ớ ữ ặ ểnguyên lý ho t đ ng c a Anten thông minh, vi c s d ng Anten thôngạ ộ ủ ệ ử ụminh trong m ng 2G (GSM) không mang l i hi u qu cao Đ i v i m ngạ ạ ệ ả ố ớ ạ

di đ ng 3G (CDMA), khi thi t k , xây d ng c n xem xét kh năng tri nộ ế ế ự ầ ả ể khai Anten thông minh ngay đ gi m s tr m phát, tăng dung lể ả ố ạ ượng thuêbao, ch t lấ ượng d ch v ị ụ

1.4.anten m ng thích nghiả :

1.4.1 Đ nh nghĩa anten m ng thích nghi :ị ả

Anten thông minh thông thường được chia làm 3 lo i : Anten đ nhạ ị

d ng búp sóng băng h p, Anten thích nghi và Anten thích nghi băng r ng.ạ ẹ ộtrong đó anten đ nh d ng búp sóng băng h p là các h anten có x lý tínị ạ ẹ ệ ử

hi u v i thu t toán không ph c t p, trong khi anten thích nghi x d ng cácệ ớ ậ ứ ạ ử ụ

phương th c cũng nh thu t toán ph c t p h n.ứ ư ậ ứ ạ ơ

M t m ng anten là m t dãy các anten độ ả ộ ược đ t theo m t tr t t xácặ ộ ậ ự

đ nh t i nh ng đi m c đ nh trong không gian M t m ng thích nghi làị ạ ữ ể ố ị ộ ả

m t h th ng anten có th bi n đ i nh ng m u tín hi u b ng đi u khi nộ ệ ố ể ế ổ ữ ẫ ệ ằ ề ể

ph n h i trong h th ng anten đi u khi n.ả ồ ệ ố ề ể

Các ph n t c a anten có th đầ ử ủ ể ược s p đ t nh ng v trí b t kìắ ặ ở ữ ị ấtrong không gian, trên th c t lo i anten thự ế ạ ường được s d ng là antenử ụ

m ng thích nghi ph ng, là lo i anten mà tâm các ph n t c a anten đả ẳ ạ ầ ử ủ ượ c

s p x p n m trên cùng m t m t ph ng Có 2 lo i anten m ng ph ngắ ế ằ ộ ặ ẳ ạ ả ẳ

được bi t đ n r ng rãi là anten m ng tròn và anten tuy n tính Trongế ế ộ ả ế

m ng tuy n tính, tâm các ph n t anten đả ế ầ ử ược s p x p theo m t đắ ế ộ ườ ng

th ng, các ph n t c a anten thẳ ầ ử ủ ường được đ t cách nhau m t kho ngặ ộ ả khác không

Đ nh d ng búp ị ạ sóng

B x ộ ử

lý thích nghi

U1

M ng ả

anten

Hình trên mô t m t trong các mô hình c a anten thích nghi, trong đóả ộ ủ

có 3 kh i c b n là kh i m ng anten, kh i b x lý thích nghi và kh iố ơ ả ố ả ố ộ ử ố

đ nh d ng búp sóng M ng anten là m t h th ng bao g m m t dàn cácị ạ ả ộ ệ ố ồ ộanten ph n t , thầ ử ường là bao g m M ph n t đồ ầ ử ược s p x p tuy n tính.ắ ế ế

B x lý thích nghi x lý v i th i gian th c, nó ti p nh n các thong tinộ ử ử ớ ờ ự ế ậliên t c t đ u vào c a dàn r i t đ ng đi u khi n các tr ng s Wi c aụ ừ ầ ủ ồ ự ộ ề ể ọ ố ủ

b đ nh đ ng búp sóng nh m đi u khi n liên t c đ th phộ ị ạ ằ ề ể ụ ồ ị ương hướ ng

c a dàn sao cho th a mãn yêu c u đ ra v i các ch tiêu nh t đ nh Cácủ ỏ ầ ề ớ ỉ ấ ị

tr ng s đọ ố ược đi u ch nh đ đ t b tr ng s t i u theo m t tiêu chu nề ỉ ể ạ ộ ọ ố ố ư ộ ẩ nào đó, phù h p v i thu t toán đợ ớ ậ ượ ực l a ch n.ọ

Trong h anten x lý tín hi u thích nghi, thông thệ ử ệ ường ta s d ngử ụ phép đ nh d ng búp sóng c a dàn anten sao cho đ th phị ạ ủ ồ ị ương hướng có

c c đ i c a búp sóng hự ạ ủ ướng theo phía ngu n tín hi u có ích, còn cácồ ệ

hướng không ho c hặ ướng c c ti u hự ể ướng theo các ngu n nhi u đ tri tồ ễ ể ệ tiêu ho c gi m thi u nhi u Trong trặ ả ể ễ ường h p này, vi c xác đ nh đợ ệ ị ượ c

hướng ngu n tín hi u có ích hay hồ ệ ướng ngu n nhi u là r t quan tr ng, nóồ ễ ấ ọ

là đi u ki n thi t y u đ có th đ nh d ng đề ệ ế ế ể ể ị ạ ược búp sóng nh mongư

mu n Đ tìm ra hố ể ướng các tín hi u này, b x lý tín hi u thích nghi ph iệ ộ ử ệ ả bao hàm m t s thu t toán đ tìm ra hộ ố ậ ể ướng sóng đ n, thu t toán đế ậ ượ cdùng ph bi n v i đ chính xác cao đó là thu t toán MUSIC ( Multipleổ ế ớ ộ ậSignal Classification algorithm ) Thu t toán này do Schmidt đ xu t nămậ ề ấ

1979, đ t đạ ược đ phân gi i cao khi phát hi n và phân lo i nhi u sóngộ ả ệ ạ ề

đ n đ ng th i.ế ồ ờ

CHƯƠNG II

M T S THU T TOÁN Ộ Ố Ậ ƯỚC LƯỢNG HƯỚNG SÓNG T I Ớ

M t trong nh ng công vi c x lý tín hi u quan tr ng nh t trongộ ữ ệ ử ệ ọ ấanten thông minh chính là vi c xác đ nh đệ ị ược hướng c a búp sóng t i.ủ ớ Quá trình nghiên c u và phát tri n anten thông minh đã đ a ra đứ ể ư ược m tộ

s lo i thu t toán ố ạ ậ ướ ược l ng hướng sóng t i nh thu t toán ớ ư ậ ướ ượ c l ng

ph , thu t toán kh năng l n nh t và đ c bi t đổ ậ ả ớ ấ ặ ệ ượ ức ng d ng r ng rãiụ ộ

v i đ chính xác cao là thu t toán MUSIC.ớ ộ ậ

2.1.Thu t toán ậ ướ ược l ng ph :ổ

Trên c s n u ta ơ ở ế ướ ược l ng được ma tr n t tậ ự ương quan đ u vàoầ

và bi t các véct hế ơ ướng a(φ), thì ta có th xác đ nh để ị ược công su t đ u raấ ầtheo hàm c a góc sóng t i ( là giá tr góc φ ng v i giá tr c a hàm phủ ớ ị ứ ớ ị ủ ổ công su t này.ấ

L

A R A

H

2

) ( ) ( ]

Trong đó :

A(φ) là véct hơ ướng hay còn g i là véct dõi theoọ ơ

Ruu là mà tr n t tậ ự ương quan hay ma tr n hi p phậ ệ ương sai c aủ

t ng các tín hi u thu đổ ệ ược U(t) t i m ng anten thu.ạ ả

P(φ) là hàm ph công su t trung bình theo góc t iổ ấ ớ

L là c c a dãy tín hi u hay s m u quan sátỡ ủ ệ ố ẫ

2.2 Thu t toán kh năng l n nh t MLM (maximum likehood method):ậ ả ớ ấ

Thu t toán này t i đa hóa hàm loglikehood đ ậ ố ể ướ ược l ng DOA từ

m t b m u chu i cho trộ ộ ẫ ỗ ước Hàm likehood được cho b i hàm m t đ xácở ậ ộ

xu t c a d li u t các thông tin v DOA :ấ ủ ữ ệ ừ ề

|)()()(

|

1exp(

]det[

1

i i

M i

t S A t x

δδ

∏+

Khi các bi n không tế ương quan, thu t toán MLM cho k t qu khá t tậ ế ả ố

2.3 Thu t toán MUSIC :ậ

MUSIC là thu t toán s d ng các phép toán mà tr n đ tìm ra DOAậ ử ụ ậ ể

b ng cách phân lo i các ngu n tín hi u đi t i t ng ph n t anten theo gócằ ạ ồ ệ ớ ừ ầ ử

đ không gian Thu t toán này cho phép xác đ nh s lộ ậ ị ố ượng ngu n phát,ồ

cường đ c a tín hi u và công su t nhi u.ộ ủ ệ ấ ễ

2.4 So sánh các thu t toán :ậ

K t qu mô ph ng kh năng ế ả ỏ ả ướ ược l ng hướng sóng t i ( DOA)ớtrong trường h p các góc t i b ng 30ợ ớ ằ o và 60o c a ba thu t toán trên đủ ậ ượ ctrình bày hình dở ưới :

Hình 2.1c Thu t toán MUSICậ

T k t qu trên ta có th th y đừ ế ả ể ấ ược thu t toán DOA cho k t quậ ế ả chính xác vượt tr i so v i 2 thu t toán ộ ớ ậ ướ ược l ng ph và kh năng l nổ ả ớ

nh t.ấ

Hình 2.1a thu t toán ậ ướ c

l ượ ng ph ổ Hình 2.1b thu t toán kh năng l n nh t ớậ ấ ả

2.5 ng d ng thu t toán MUSIC xác đ nh DOA:Ứ ụ ậ ị

Gi s ta có K ngu n phát phát đi K sóng, cùng t n s v i các gócả ử ồ ầ ố ớ

phương v tị ương ng là φứ 1 , φ2 , …, φ k , … φK t i dàn anten thông minhớ

g m M ph n t v i K < M (hình 2).ồ ầ ử ớ

G i U(t) là t ng các tín hi u nh n đọ ổ ệ ậ ượ ở ầc đ u ra c a M máy thu Rxủ 1

….RxMđ t trên M ph n t dàn, bao g m c nhi u, và coi ph n t thặ ầ ử ồ ả ễ ầ ử ứ

nh t là chu n, ta có :ấ ẩ

U(t)= ( ) ( ) ( )

1

t N t s

K k

U(t)=A(φ).S(t)+N(t) (2-2)Trong đó :

-U(t) là véct M chi u bi u th đáp ng đ u ra c a M c ng máy thu :ơ ề ể ị ứ ầ ủ ổ

U(t)=[u1(t),u2(t),….u3(t),…u4(t)] (2-3)-A(φ) là ma tr n các véc t ch phậ ơ ỉ ương (direction vector ho c steeringặvector), kích thước M x K mang thông tin v góc pha c a các tín hi u t i.ề ủ ệ ớ

A(φ)=[a(φ1),a(φ2),…,a(φk),…a(φK)] (2-4)

H t U t U

Coi nhi u N là t p âm tr ng ta nh n đễ ạ ắ ậ ược :

Ruu = A.Rs.AH + σ 2I (2-11)Trong đó :

-Rs= E[S.SH] là ma tr n hi p phậ ệ ương sai c a tín hi u không k nhi u.ủ ệ ể ễ

-σ 2 là năng lượng t p âm tr ng.ạ ắ

- I là ma tr n đ n v kích thậ ơ ị ước K x K

T ma tr n hi p phừ ậ ệ ương sai Ruu ta tính được các giá tr riêngị µi và

véct riêng Vì ma tr n Rơ ậ uu là Hermitlien và xác đ nh dị ương, nên các giá trị riêng c a nó là th c và dủ ự ương K giá tr riêng không âm bi u th cho Kị ể ịsóng t i, đớ ượ ắc s p x p theo th t biên đ gi m d n :ế ứ ự ộ ả ầ

1

µ > µ2 >µ 3 > …>µk….> µM > 0

Do năng lượng t p âm là ạ σ 2 nên các giá tr riêng nh n đị ậ ượ ở ổ c c ng

ra c a các máy thu, khi tính c nhi u b ng :ủ ả ễ ằ

M giá tr riêng ng v i M véct riêng ị ứ ớ ơ β 1, β 2, …., β K, …, β M

Ma tr n hi p phậ ệ ương sai cu i cùng có th vi t nh sau :ố ể ế ư

Ruu = H

k k K k

k β β

λ 1

∑

= = N.Λ NH (2-13)Trong đó :

N = [β 1, β 2, …., β K , β k+1,…, β M] (2-14)

Λ= diag[λ 1,λ 2, …λK, σ 2, …,σ 2,] (2-15)

N = [β 1, β 2, …., β K , β k+1,…, β M] l i có th đạ ể ược tách làm 2 véct Eơ

K và EM−K :

EK là véct h p thành c a Kgiá tr riêng có giá tr l n nh t Eơ ợ ủ ị ị ớ ấ K ch a cácứvéct riêng lien k t v i không gian con tín hi u, cùng phơ ế ớ ệ ương v i cácớvéct ch phơ ỉ ương

EK = [β 1, β 2, …., β K ] (2-16)

EM−K là véct h p thành c a các véct riêng tơ ợ ủ ơ ương ng v i M-K giá trứ ớ ị riêng nh nh t, Eỏ ấ M−K ch a các véct riêng c a không gian con nhi u, tr cứ ơ ủ ễ ự giao v i các véct ch phớ ơ ỉ ương

EM−K= [β k+1,β k+2…, β M] (2-17)Trên hình 3 là gi n đ trình bày các giá tr riêng c a ma tr n Rả ồ ị ủ ậ uu

Nh v y, b ng cách tính ma tr n hi p phư ậ ằ ậ ệ ương sai và các giá trị riêng ta đã phân lo i tín hi u và nhi u thu đạ ệ ễ ược thành 2 không gian con :

- Không gian con tín hi u có kích thệ ước K, tương ng K tín hi u và K giáứ ệ

tr riêng đị ượ ắc s p x p theo th t biên đ gi m d n.ế ứ ự ộ ả ầ - Không gian con nhi u,ễ kích thước M-K , mà giá tr riêng có cùng m c là ị ứ σ 2.Ta th y đ t n t i khôngấ ể ồ ạgian con nhi u thì c n có đi u ki n M > K Đó chính là đi u ki n đ xâyễ ầ ề ệ ề ệ ể

d ng thu t toán MUSIC ự ậ

Nh v y, đ xác đ nh đ ng th i K sóng t i ta c n m t dàn anten thíchư ậ ể ị ồ ờ ớ ầ ộnghi v i s ph n t ít nh t là M = K +1.ớ ố ầ ử ấ

D a trên Eự K và EM−K ta xây d ng hàm đ l ch (hàm phân lo i) kíự ộ ệ ạ

FD(λ, ϕ) =

) , (

1

ϕ λ

F = a (ϕ).E1.E H.a(ϕ)

N N H

hi u ệ MUSIC

ph n biên đ đầ ộ ường bao ph c S(t) và ma tr n véct nhi u N(t) đ có tínứ ậ ơ ễ ể

hi u t ng U(t) hay đáp ng nh n đệ ổ ứ ậ ượ ở ầc đ u ra c a c dàn anten thíchủ ảnghi, đ a và x lý theo thu t toán MUSIC Hình 2.5 là s đ th c hi nư ử ậ ơ ồ ự ệ

vi c mô ph ngệ ỏ

Vi c kh o sát các thông s nh hệ ả ố ả ưởng đ n k t qu c a thu t toánế ế ả ủ ậ

s đẽ ược th c hi n b ng cách đ t gi thi t các góc t i ban đ u c đ nh,ự ệ ằ ặ ả ế ớ ầ ố ịsau đó thay đ i các tham s c n kh o sát nh kho ng cách gi a các ph nổ ố ầ ả ư ả ữ ầ

t trong dàn anten chia cho bử ước sóng s d ng, m i tử ụ ố ương quan gi a sữ ố

ph n t trong m ng anten và s ngu n tín hi u, Khi các ngu n n m gócầ ử ả ố ồ ệ ồ ằ ở

90 đ ho c lân c n, khi các ngu n tín ộ ặ ậ ồ

Chúng ta s l n lẽ ầ ượt gi i quy t bài toán qua các bả ế ước sau :

- Bước 1 : Gi thi t ban đ u v s ngu n D, s ph n t c a m ngả ế ầ ề ố ồ ố ầ ử ủ ả anten Ne và s m u quan sát hay có th coi nh là s bit tín hi u g i v tố ẫ ể ư ố ệ ử ề ừ ngu n t i m ng ( càng cao càng t t do mang tính th ng kê) Nb.ồ ớ ả ố ố

- Bước 2 : Gi thi t v kho ng cách gi a các ph n t anten trongả ế ề ả ữ ầ ử

m ng chia cho kho ng cách n a bả ả ử ước sóng, các góc ban đ u và xây d ngầ ự véct hơ ướng A

- Bước 3 : Xây d ng ma tr n tín hi u thu đự ậ ệ ược b ng các tín hi uằ ệ