Luận án tiến sĩ: Phát triển mô hình thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz

• Tác giả: Vũ Thanh Quang
• Người hướng dẫn: GS. Vũ Văn Yêm
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Mô Hình, Thuật Toán Ước Lượng Suy Hao Truyền Sóng Và Hướng Sóng Tới Trong Hệ Thống Vô Tuyến Đa Anten Ở Tần Số 28GHz Và 38GHz
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG VÀ KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN ĐA ANTEN Ở DẢI SÓNG MILIMET
• 1.1. Truyền sóng ở dải sóng milimet
• 1.2. Các mô hình suy hao truyền sóng ở dải sóng milimet
• 1.2.1. Mô hình suy hao truyền sóng trong không gian tự do
• 1.2.2. Mô hình 3GPP TR 38
• 1.2.3. Mô hình Stanford University Interim Model (SUI model)
• 1.2.4. Mô hình suy hao NYU
• 1.3. Kênh vô tuyến ở dải sóng mm
• 1.3.1. Bộ dò kênh vô tuyến
• 1.3.2. Mô phỏng kênh vô tuyến
• 1.4. Các vấn đề tồn tại cần nghiên cứu giải quyết
• 1.5. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN XỬ LÝ DỮ LIỆU TRONG ƯỚC LƯỢNG MÔ HÌNH SUY HAO TRUYỀN SÓNG Ở DẢI SÓNG MILIMET
• 2.1. Thuật toán học máy trong ước lượng mô hình suy hao truyền sóng dải sóng milimet
• 2.1.1. Thuật toán Hồi quy tuyến tính
• 2.1.2. Thuật toán K-Nearest Neighbor
• 2.2. Mô phỏng môi trường truyền sóng
• 2.2.1. Mô phỏng môi trường truyền sóng
• 2.2.2. Kết quả dự đoán mô hình suy hao truyền sóng bằng hai thuật toán đề xuất
• 2.2.3. So sánh với kết quả của 3GPP và NYU Wireless
• 2.3. Thuật toán xử lý dữ liệu trong mô hình suy hao truyền sóng ở dải sóng milimet
• 2.3.1. Thuật toán CoIEE
• 2.3.2. Phương pháp 1: Sử dụng các số mũ suy hao truyền sóng tham chiếu
• 2.3.3. Phương pháp 2: Nội suy từ bộ dữ liệu các số mũ suy hao truyền sóng của các điểm thu
• 2.3.4. Phương pháp 3: Nội suy từ bộ dữ liệu suy hao truyền sóng và khoảng cách Tx-Rx của các điểm thu
• 2.3.5. Phương pháp 4: Minimum Mean Square Error (MMSE)
• 2.3.6. So sánh kết quả của 4 phương pháp
• 2.4. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH HƯỚNG SÓNG TỚI CỦA NGUỒN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN Ở DẢI SÓNG MM
• 3.1. Hệ thống thu đa anten dựa trên kiến trúc máy thu định nghĩa chức năng bằng phần mềm để xác định hướng sóng tới của tín hiệu vô tuyến ở dải sóng mm
• 3.1.1. Kiến trúc hệ thống
• 3.1.2. Xử lý tín hiệu và ước lượng hướng sóng tới
• 3.1.3. Kết quả mô phỏng
• 3.2. Đề xuất hệ thống thu đa anten dựa trên kiến trúc máy thu trung tần số kết hợp bộ di pha 90 độ để xác định hướng sóng tới của tín hiệu vô tuyến ở dải sóng mm
• 3.2.1. Kiến trúc hệ thống
• 3.2.2. Xử lý tín hiệu và ước lượng hướng sóng tới
• 3.2.3. Kết quả mô phỏng
• 3.3. Đề xuất giải pháp xác định hướng sóng tới của tín hiệu vô tuyến tương quan ở dải sóng mm sử dụng giải pháp phân đoạn không gian và làm mịn không gian
• 3.3.1. Phân đoạn và làm mịn không gian
• 3.3.2. Kết quả mô phỏng
• 3.4. Kết luận chương 3
• MỞ ĐẦU
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ thống vô tuyến đa anten và tần số 28GHz 38GHz

Luận án tập trung vào nghiên cứu phát triển mô hình thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz. Các tần số này thuộc dải sóng milimet, được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ 5G. Hệ thống vô tuyến đa anten đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa tín hiệu và giảm thiểu nhiễu. Luận án đề cập đến các mô hình suy hao truyền sóng như mô hình 3GPP, mô hình SUI, và mô hình NYU, cùng với các kỹ thuật mô phỏng kênh vô tuyến.

1.1. Tổng quan về suy hao truyền sóng

Suy hao truyền sóng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu trong hệ thống vô tuyến đa anten. Các mô hình như mô hình không gian tự do và mô hình log-distance được sử dụng để ước lượng suy hao. Luận án phân tích các yếu tố như khoảng cách, tần số, và môi trường truyền sóng để đánh giá suy hao. Các kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa các mô hình ở tần số 28GHz và 38GHz.

1.2. Kỹ thuật truyền sóng trong hệ thống đa anten

Kỹ thuật truyền sóng trong hệ thống vô tuyến đa anten bao gồm các phương pháp như MIMO và beamforming. Các kỹ thuật này giúp tăng cường chất lượng tín hiệu và giảm nhiễu. Luận án đề xuất các giải pháp xác định hướng sóng tới dựa trên kiến trúc máy thu định nghĩa bằng phần mềm. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các phương pháp này trong việc cải thiện độ chính xác ước lượng hướng sóng.

II. Thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng

Luận án giới thiệu các thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng như Hồi quy tuyến tính và K-Nearest Neighbor (KNN). Các thuật toán này được áp dụng để dự đoán suy hao trong các môi trường truyền sóng khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy độ chính xác cao của các thuật toán này so với các mô hình truyền thống như 3GPP và NYU Wireless.

2.1. Thuật toán Hồi quy tuyến tính

Thuật toán Hồi quy tuyến tính được sử dụng để dự đoán suy hao truyền sóng dựa trên các tham số như khoảng cách và tần số. Luận án trình bày các bước thực hiện và kết quả mô phỏng cho thấy độ lệch chuẩn thấp và độ chính xác cao của thuật toán này. Các kết quả được so sánh với các mô hình truyền thống để đánh giá hiệu quả.

2.2. Thuật toán K Nearest Neighbor KNN

Thuật toán KNN được áp dụng để ước lượng suy hao truyền sóng dựa trên dữ liệu lân cận. Luận án phân tích các tham số như số lượng lân cận (k) và khoảng cách Euclidean để tối ưu hóa thuật toán. Kết quả mô phỏng cho thấy thuật toán KNN đạt độ chính xác cao, đặc biệt trong môi trường NLOS (Non-Line of Sight).

III. Giải pháp xác định hướng sóng tới

Luận án đề xuất các giải pháp xác định hướng sóng tới dựa trên kiến trúc máy thu đa anten. Các giải pháp bao gồm phân đoạn không gian và làm mịn không gian, giúp cải thiện độ chính xác ước lượng hướng sóng. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các giải pháp này trong việc giảm thiểu sai số và tăng cường chất lượng tín hiệu.

3.1. Phân đoạn không gian

Phân đoạn không gian là kỹ thuật chia nhỏ không gian để xác định hướng sóng tới một cách chính xác hơn. Luận án trình bày các bước thực hiện và kết quả mô phỏng cho thấy độ chính xác cao của kỹ thuật này. Các kết quả được so sánh với các phương pháp truyền thống để đánh giá hiệu quả.

3.2. Làm mịn không gian

Làm mịn không gian là kỹ thuật giảm thiểu nhiễu và cải thiện độ chính xác ước lượng hướng sóng tới. Luận án phân tích các tham số và kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của kỹ thuật này trong việc tăng cường chất lượng tín hiệu. Các kết quả được so sánh với các phương pháp truyền thống để đánh giá hiệu quả.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Luận án đã đề xuất và phát triển các mô hình thuật toán ước lượng suy hao truyền sóng và hướng sóng tới trong hệ thống vô tuyến đa anten ở tần số 28GHz và 38GHz. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các thuật toán và giải pháp được đề xuất. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm ứng dụng các thuật toán này trong các hệ thống thực tế và nghiên cứu thêm về các kỹ thuật tối ưu hóa tín hiệu.