Đa dạng Ăng-ten (Antenna Diversity) là một khái niệm quan trọng trong bối cảnh rộng hơn của Khái niệm Ăng-ten (Antenna Concepts) và Hành vi Tần số Vô tuyến (RF), được sử dụng để giảm thiểu các tác động tiêu cực của hiện tượng đa đường (multipath).
Dưới đây là thông tin chi tiết về Đa dạng Ăng-ten và các kỹ thuật liên quan, dựa trên các nguồn:
1. Vai trò và Bản chất của Đa dạng Ăng-ten
Đa dạng Ăng-ten, còn được gọi là đa dạng không gian (spatial diversity), là một cơ chế được triển khai rộng rãi trong thiết bị mạng không dây, đặc biệt là các điểm truy cập (AP), để giúp bù đắp cho các tác động của đa đường.
Định nghĩa: Đa dạng Ăng-ten tồn tại khi một thiết bị truy cập (AP) có hai hoặc nhiều ăng-ten cùng một bộ thu hoạt động chung để giảm thiểu các tác động tiêu cực của đa đường.
Cơ chế: Vì bước sóng của mạng không dây 802.11 ngắn (dưới 5 inch), các ăng-ten có thể được đặt rất gần nhau mà vẫn cho phép tính năng đa dạng hoạt động hiệu quả. Khi AP cảm nhận tín hiệu RF, nó sẽ so sánh tín hiệu nhận được trên cả hai ăng-ten và sử dụng ăng-ten nào có cường độ tín hiệu cao hơn để nhận khung dữ liệu.
Hoạt động: Việc lấy mẫu này được thực hiện trên cơ sở từng khung (frame-by-frame basis), chọn ăng-ten nào có cường độ tín hiệu cao hơn.
2. Các Kỹ thuật Đa dạng Chính (Diversity Techniques)
a. Đa dạng Chuyển mạch (Switched Diversity)
Hầu hết các radio trước chuẩn 802.11n (SISO) đều sử dụng đa dạng chuyển mạch (switched diversity).
Khi nhận các tín hiệu đến, hệ thống đa dạng chuyển mạch lắng nghe bằng nhiều ăng-ten. Nhiều bản sao của cùng một tín hiệu đến các ăng-ten thu với biên độ khác nhau.
Tín hiệu có biên độ tốt nhất được chọn, và các tín hiệu khác bị bỏ qua.
Đa dạng chuyển mạch còn được gọi là đa dạng thu (receive diversity).
b. Đa dạng Phát (Transmit Diversity)
Đa dạng chuyển mạch cũng được sử dụng khi phát, nhưng chỉ một ăng-ten được sử dụng.
Bộ phát sẽ phát ra từ ăng-ten đa dạng nơi tín hiệu biên độ tốt nhất được nghe lần cuối. Phương pháp này được gọi là đa dạng phát (transmit diversity).
c. Vị trí Ăng-ten
Khi sử dụng đa dạng ăng-ten, các ăng-ten nên có độ lợi (gain) giống hệt nhau và phải được lắp đặt ở cùng một vị trí với cùng một định hướng.
Khoảng cách giữa các ăng-ten nên là bội số của bước sóng (1/4, 1/2, 1, 2).
Mặc dù khoảng cách vật lý giữa các ăng-ten rất nhỏ, sự khác biệt nhỏ về cường độ tín hiệu mà mỗi ăng-ten nhận được có thể là đáng kể.
3. Mối quan hệ với Công nghệ MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output)
Đa dạng ăng-ten là một khía cạnh của MIMO, nhưng chúng không phải là một.
MIMO là một dạng đa dạng ăng-ten tinh vi hơn.
MIMO sử dụng nhiều ăng-ten để tận dụng đa đường thay vì chỉ bù đắp cho các tác động tiêu cực của nó.
MIMO Diversity: MIMO sử dụng các khả năng đa dạng ăng-ten tiên tiến, giúp tăng phạm vi và độ tin cậy.
MRC (Maximal Ratio Combining): Các hệ thống MIMO sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu số (DSP) tiên tiến được gọi là kết hợp tỷ lệ tối đa (MRC). MRC là một kỹ thuật đa dạng thu, nơi nhiều tín hiệu nhận được được kết hợp tối ưu để cải thiện độ nhạy. Bằng cách sử dụng MRC, hệ thống MIMO sẽ tăng mức SNR (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu) của tín hiệu nhận được.
Tóm lại, đa dạng ăng-ten là một chiến lược quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của giao tiếp RF bằng cách sử dụng nhiều đường dẫn thu và phát để chống lại sự suy giảm tín hiệu do đa đường, đặc biệt là trong các hệ thống đơn đầu vào, đơn đầu ra (SISO) cũ. Với MIMO, các kỹ thuật như MRC tiếp tục sử dụng đa dạng ăng-ten để tăng cường SNR và phạm vi.