Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu và phát triển bộ định dạng búp sóng thích nghi để chống nhiễu trong anten thông minh

• Tác giả: Tong Van Luyen
• Người hướng dẫn: Assoc. Truong Vu Bang Giang
• Trường học: Vietnam National University, Hanoi University of Engineering and Technology
• Chuyên ngành: Communication Engineering
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Phát Triển Bộ Định Dạng Búp Sóng Thích Nghi Cho Anten Thông Minh
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hanoi

• Declaration
• Acknowledgement
• Contents
• 1. CHƯƠNG 1: OVERVIEW OF BEAMFORMING
• 1.1. Beamforming for Smart Antennas
• 1.2. Mathematic Basis of Smart Antennas
• 1.3. Geometric Relations
• 1.4. The Model of Smart Antennas with Linear Arrays
• 1.5. Optimal Beamforming Techniques
• 1.6. Classical Optimization Techniques
• 1.7. Nature-inspired Optimization Techniques
• 2. CHƯƠNG 2: GENERAL PROCESS TO DEVELOP BA-BASED ADAPTIVE BEAMFORMERS FOR INTERFERENCE SUPPRESSION
• 2.1. Problem Determination
• 2.2. Array Factor Building
• 2.3. Pattern Nulling Techniques
• 2.3.1. Amplitude-only Control
• 2.3.2. Phase-only Control
• 2.3.3. Complex-weight Control
• 2.4. Formation of Objective Function
• 2.5. Building of BA-based Adaptive Beamforming Algorithms
• 2.6. Development of Adaptive Beamformers
• 2.7. Proposals of General Process to Build Adaptive Beamformers
• 3. CHƯƠNG 3: DEVELOPMENTS OF BA-BASED ADAPTIVE BEAMFORMERS FOR INTERFERENCE SUPPRESSION
• 3.1. Common Items of BA-based Adaptive Beamformers
• 3.2. The Beamformer Based on Phase-only Control
• 3.3. Penalty Parameter c in the Objective Function
• 3.4. Numerical Results and Discussions
• 3.5. The Beamformer Based on Amplitude-only Control
• 3.6. The Beamformer Based on Complex-weight Control
• 3.7. Effect of Mutual Coupling
• Conclusions and Future Works
• List of Publications
• Appendix
• A. Application Model of Smart Antennas
• B. Classical Optimization Techniques
• C. Adaptive Beamforming Algorithms
• D. Dolph-Chebyshev Weighting Method
• E. Software for Modeling Adaptive Beamforming in Smart Antennas
• F. Supported Simulation Results
• G. Additional Results for Patterns with Single and Multiple Nulls
• H. Some Sets of Weights for the Investigated Scenarios

I. Giới thiệu về búp sóng và anten thông minh

Búp sóng là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong các mảng cảm biến nhằm truyền hoặc nhận tín hiệu theo hướng nhất định trong không gian. Kỹ thuật này cho phép kết hợp các tín hiệu từ các phần tử mảng để tăng cường tín hiệu mong muốn và giảm thiểu tín hiệu không mong muốn, hay còn gọi là nhiễu. Anten thông minh sử dụng búp sóng để đạt được khả năng chọn lọc không gian, từ đó cải thiện hiệu suất truyền thông. Theo Andrew Viterbi, một trong những người sáng lập Qualcomm, "Xử lý không gian vẫn là biên giới hứa hẹn nhất trong sự phát triển của các hệ thống truy cập đa kênh". Điều này cho thấy tầm quan trọng của công nghệ anten trong các hệ thống truyền thông không dây hiện đại.

1.1. Tầm quan trọng của búp sóng trong truyền thông

Búp sóng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống truyền thông không dây, đặc biệt là trong các thế hệ mới. Công nghệ búp sóng đã được áp dụng trong các tiêu chuẩn di động từ thế hệ thứ hai đến thứ tư, và hiện tại đang được triển khai trong các mạng nội bộ như Wi-Fi. Sự phát triển của búp sóng đã dẫn đến việc đạt được mật độ tế bào cao và tốc độ truyền tải lớn hơn. Anten thông minh với khả năng giảm nhiễu thông qua việc điều chỉnh búp sóng đã trở thành một giải pháp khả thi cho các thách thức trong môi trường truyền thông hiện đại.

II. Nghiên cứu và phát triển bộ định dạng búp sóng thích nghi

Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển bộ định dạng búp sóng thích nghi nhằm giảm thiểu nhiễu trong các hệ thống anten thông minh. Các kỹ thuật điều khiển búp sóng như điều khiển chỉ độ lớn, chỉ pha, và điều khiển phức hợp đã được nghiên cứu và triển khai. Trong đó, điều khiển phức hợp được coi là kỹ thuật linh hoạt và hiệu quả nhất, cho phép điều chỉnh đồng thời cả độ lớn và pha. Tuy nhiên, kỹ thuật này cũng đòi hỏi tính toán phức tạp và thời gian xử lý lớn, đặc biệt trong các anten có số lượng phần tử lớn.

2.1. Các kỹ thuật điều khiển búp sóng

Các kỹ thuật điều khiển búp sóng bao gồm điều khiển độ lớn, điều khiển pha và điều khiển phức hợp. Mỗi kỹ thuật có những ưu điểm và hạn chế riêng. Điều khiển phức hợp, mặc dù phức tạp, nhưng mang lại hiệu quả cao nhất trong việc tối ưu hóa búp sóng. Việc áp dụng các thuật toán tối ưu hóa như thuật toán dơi (BA) đã cho thấy khả năng cải thiện đáng kể về tốc độ và độ chính xác trong việc điều chỉnh búp sóng. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc phát triển các anten thông minh trong tương lai.

III. Ứng dụng thực tiễn của bộ định dạng búp sóng thích nghi

Bộ định dạng búp sóng thích nghi có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như radar, sonar, và truyền thông không dây. Việc sử dụng anten thông minh với khả năng giảm nhiễu giúp cải thiện chất lượng tín hiệu và tăng cường hiệu suất truyền thông. Các ứng dụng này không chỉ giới hạn trong lĩnh vực viễn thông mà còn mở rộng ra các lĩnh vực khác như địa chất học và thiên văn học. Sự phát triển của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại những cải tiến đáng kể trong việc xử lý tín hiệu và truyền thông.

3.1. Tác động đến ngành công nghiệp viễn thông

Trong ngành công nghiệp viễn thông, bộ định dạng búp sóng thích nghi giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng tần và tăng cường khả năng phục vụ của các trạm phát sóng. Điều này không chỉ cải thiện trải nghiệm người dùng mà còn giảm thiểu chi phí vận hành cho các nhà cung cấp dịch vụ. Sự phát triển của công nghệ anten thông minh sẽ là yếu tố quyết định trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về dịch vụ truyền thông không dây chất lượng cao.