Đang tải... (xem toàn văn)
11 II VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐÍỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐÒ ÁN lui nưniẸr LTẠ1 nỌC • • • ĐẺ TÀl Đa truy nhập mã thưa SCMA trong 5G Giăng viên hưóĩig dẫn Sinh viên thực hiện Lóp Khóa học Hệ Th s.
11 II VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐÍỆN TỬ VIỄN THƠNG ĐỊ ÁN lui nưniẸr LTẠ1 nỌC ••• ĐẺ TÀl:Đa truy nhập mã thưa SCMA 5G : Th.s DỎ DĨNH HƯNG Giăng viên hưóĩig dẫn : CHU VĂN SINH Sinh viên thực nà nội, tháng năm 2017 : K16B Lóp : 2013-2017 Khóa học : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hệ MỰC LỤC LỜI CAM ƠN .II MỤC LỤC - ii DANH MỤC HÌNH VÈ VÀ BÁNG BIÊU V DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT vi LỜI MỚ ĐÀU CHƯƠNG l TỐNG QUAN HỆ THỐNG THỒNGT1N DI ĐỘNG 1.1 Các hệ thống thông tin di động tiền 5G .3 1.1.1 Hệ thống thông ti n di động thể hệ thử 1.1.1.1 Lịch sừ phát triển 1.1.1.2 Đặc điểm công nghệ 1.1.2 1.1.3 1.1.3.1 1.1.3.2 1.1.4 1.1.4.1 Hệ thổng thông tin di động thể hệ thứ 4 Đặc diêm công nghệ Những ưu nhược diêm 2G so với 1G Hệ thống thông tin di động thể hệ thứ Lịch sử phát triển 1.1.4.2 Đặc điểm công nghệ 1.1.4.3 Ưu điểm công nghệ W-CDMA so với GSM 1.1.4.4 1.1.5 Thếhệ3.5G Hệ thống thông tin di động hệ thử 1.1.5.1 Lịch sử phát triển 1.1.5.2 Đặc điểm công nghệ 10 1.2 Hệ thong thông tin di động hệ thứ .11 1.2.1 Kiến trúc tong quan mạng 5G 12 1.2.2 Yêu cẩu nãng cùa 5G 13 1.2.2.1 Năng lượng hệ thống lớn 13 1.2.2.3 Trề truyền dẫn rẩt thấp 14 1.2.2.4 Độ tin cậy khả dụng siêu cao .,.,., 14 1.2.5 Các thành phẩn công nghệ 5G 17 1.2.5.5 Truyền dẫn đa an ten 19 1.3 Ket luận chương 20 CHƯƠNG 21 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP THEO MÃ THƯA SCMA 21 2.1 Khái niệm SCMA 21 2.1.1 Các phương pháp đa truy nhập đà có hệ thong thông tin di động 21 2.1.2 Đa truy nhập theo mã thưa SCMA 21 2.2 Hoạt động hệ thống SCMA 22 2.2.1 S^MA 23 2.3.1 Giãi mã SCM A 25 CHƯƠNG .27 ỨNG DỤNG SCMA TRONG 5G .27 3.1 Đường lên truy nhập cạnh tranh dựa SCMA .27 3.1.1 Tông quan vể truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 27 3.1.2 ] Hạn chế công nghệ LTE 27 3.1.3 Tổng quan truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 28 1.1.2 Mơ hình hệ thống 29 1.1.2.1 Truyền dẫn tách tín hiệu đa truy nhập SCMA 29 1.1.2.2 Khả mờ rộng SCMA cho kết nối sổ lượng lớn 30 1.1.3 Tài nguyên truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 31 1.1.4 Mơ phóng kết số 1.1.4.1 32 Mô hình mơ phơng hệ thống 32 1.1.4.2 Hiệu hệ thống 33 3.2 SCMA sứ dụng cho đa truy nhập đường xuống 5G 36 3.2.1 Tổng quan hệ thống 36 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.3 Hệ thống đường xuống SCMA 36 Sự tương đương MIMO chuồi thưa tuyển tính 36 Các thuật toán sử dụng đường xuống MU-SCMA 38 Ghép cặp người dùng để tối đa lổng tốc độ truyền dẫn 38 Điều chinh tốc độ phương pháp tách sóng 39 Kốt mô hệ thống 41 3.3 Kết luận chương 42 KÉT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIÉU Hình 1.1: Kiến trúc tổng quan mạng 5G 12 Hình 1.2: Phân loại MTC 15 Hình 1.3: Phổ sử dụng cho 5G 16 Hình 1: Hệ thống SCMA 22 Hĩnh 2: Tạo mã SCMA với K=4, N=2, J=6 24 Hình 3: Quá trình mã hóa SCMA 25 Hình 4: Quấ trình giải mã SCMA 26 Hình 3: Q trình mã hóa SCMA 25 Hình 4: Quá trình giải mã SCMA 26 Hình 1: Bảng mã SCMA cho trường hợp K-4, N=2, J=6 .31 Hình 2: Đơn vị tài nguyên CTU 31 Hình 3: Ánh xạ CTU .32 Hình 4: Ti lệ rớt góí hệ thống SCMA OFDMA Hình 5: ’' ' J ' ■ 34 ' - ■ ■ trước củaSCMA va Ui-UM A 35 Hình 6: Độ lợi khà hỗ trợ sổ người dùng tích cực cúa hệ thống SCMA so với hệ thống OFDMA 35 Hình 3.7: Dung lượng người dùng sau ghép cặp 40 Hình 8: Độ lợi lưu lượng hội tụ hệ thống sử dụng SCMA so với hệ thống sử dụng OFDM A 42 Bàng 1: Thơng sổ mơ phịng hệ thống đường lên đa truy nhập cạnh tranh dựa SCMA .33 Bảng 2: Lưu lượng tốc độ hội tụ hệ thống sử dụng OFDMA, SCMA MU-SCMA 41 DANH MỤC THUẬT NGỦ VÀ TỪ VIÉT TẤT Advanced Mobile System AMPS Base Station BS Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Trạm gốc Code Division Multiple Access CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã European Conference of Postal and Telecommunications ad Hội nghị quân lý bưu điện viễn CEPT minstrations thông Châu Âu Contention Transmission Unit CTU Đơn vị truyền dần cạnh tranh D2D European Telecommunication Standards Institute ETS1 Trụ sở chuấn viễn thông Châu Âu Frequency Division Duplex FDD Song công phân chia theo tần số Frequency Division Multiple Access FDMA Đa truy nhập phân chìa theo tẩn số Forward Error Correction FEC Sửa lồi trước Funtion Node FN Nút hàm High Speed Downlink Package Access HSDPA Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao LTE Long Term Evolution Phát triên dài hạn MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào nhiều đẩu MMSE Mimimun Mean Square Error MPA Message Pass Algorithm MTC MU - Machine - Type Communication Sai số bình phương trung bình cực tiếu Thuật tốn chuyển bàn tin Truyền thông máy - máy Multi Users MIMO MIMO đa người dùng Multi SCMA SCMA đa người dùng NGN Next Generation Network Mạng hệ OFDM A Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần sổ Multiplexing trực giao PDCC H Physic Deicated Control PRAC H Physic Random Access PRE Physic Resource Element Phần lử lài nguyên vật lý QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điêu chê khóa dịch pha câu MIMO MUSCMA Chanel Channel Kênh điểu khiên riêng vật lý Kênh vật lý truy cập ngẫu nhiên phương sc- Single Carrier - Frequency Đa truy nhập phân chia theo tẩn sổ FDMA Division Multiplexing trực giao đơn sóng mang SCMA Sparse Code Multiple Access Đa truy nhập theo mà thưa SCMA SIC Successive Interference Cancellation Loại bỏ nhiều thành công SIMƠ Single Input Multiple Output Một đẩu vào nhiều đầu SINR Signal -to-Inlerference-plusNoise Ratio Ti số tín hiệu nhiều cộng lạp âm TDD Time Division Duplex UE User Equiqment Thiết bị người dùng VN Variable Node Nút biến Song công phân chia theo thời gian LỜI MỞ ĐẦU Ra đời vào năm 40 cùa kì XX, thơng tin di động coi thành tựu tiên tiến lình vực thơng tin viễn thông Thành công người lĩnh vực thông tin di động không dừng lại việc mở rộng vùng phù sóng phục vụ thuê bao kháp nơi trơn tồn giới, mà nhà cung cấp dịch vụ, to chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động nồ lực hướng tới hệ thống thơng tin di động hồn háo, dịch vụ đa dạng, chât lượng cao Trong thê hệ đâu tiên nhu cẩu chi gọí thoại nhắn tin nhu cẩu tăng lên đáng kể Tính dền the hệ mạng di dộng thứ tư phổ biến toàn giới với cải tiến cà thiết bị phẩn cứng phần mềm giúp đáp ứng cầu ngày cao người dùng tổc độ dịch vụ, the giới nghĩ đen tương lai xa cùa thơng tin di động, 5G 5G hứa hẹn công nghệ làng cùa thơng tin di động tương lai có đáp ứng số lượng người dùng cực lớn năm nừa, dự tính 50 tỷ Di phát triển cúa thể hệ thông tin di động ]à cải tiển công nghệ đa truy nhập g TDMA, FDMA, SCMA phát huy vai trò hệ thong 2G, 3G có trước đây, the giới đưa vào nghiên cửu công nghệ đè phù hợp với yêu cầu hệ thống thông tin di động tương lai Chính lý đó, em đà lựa chọn đồ án tổt nghiệp “Đa truy nhập theo mã thưa SCMA 5G” Tuy với ưu diêm vượt trội, SCMA hứa hẹn sè ứng cử viên đẩy tiềm công nghệ đa truy nhập sử dụng hệ thống thông tin di động 5G tương lai Đồ án em trình bày chương với nội dung sau: > Chương ỉ: Tống quan hệ thống thơng tin dí động, trình bày đặc điểm tiêu biếu hộ thống thông tin di động từ the hệ đẩu tiên 1G đến the hệ 5G tương lai Đồng thời đề cập đến đặc điếm đậc trưng công nghệ đa truy nhập sử dụng hệ thổng > Chương 2rCơng nghệ đa truy nhập theo mã thưa SCMA, trình bày nguyên lý tạo mã, hoạt động mã hóa giải mã SCMA > Chương 3: ửng dụng SCMA 5G, trình bày ứng dụng nơi bật cơng nghệ đa truy nhập theo mã thưa SCMA áp dụng hệ thống thông tin di động hệ thử 5, ửng dụng kỳ thuật đường lên đường xuống Đong thời chương vượt trội nhiều mặt so sánh đa truy nhập theo mà thưa SCMA với công nghệ sử dụng nhiều nay, công nghệ OFDMA, từ cho thấy tương lai hứa hẹn cùa SCMA áp dụng vào 5G Đe thưc đồ án em tìm hiểu nghiên cứu tong hợp thơng tin từ kiên thức chuyên ngành viền thông học tập trường, tài liệu từ giảng cô khoa tài liệu tiếng anh tíển sỹ, nghiên cứu sinh từ trường đại học giới khác Mặc dù rat co gang hạn che thời gian chuyên môn nên đồ án tránh thiếu sót hạn chế Vì em mong thơng cảm, đóng góp nhận xốt từ phía Thẩy/Cơ đe dơ án em dược hoàn thành thiện Em xin chân thành cảm ơn! Nhiều đầu cuối chia sẻ bảng mã, tính truy nhập ngầu nhiên, đầu cuổi truyền dẫn thời điểm Mặc dù mã qua nhiều kênh vơ tuyền khác nhau, máy thu có thê phát dòng dừ liệu chúng mang bảng mã giống nhau, chi cần đảm bảo chuồi hoa tiêu gán khác Máy thu có the dự đốn kênh truyền dần khác dựa vào chuồi hoa tiêu khác Do thực tế, số lượng người dùng u thời đicm cụ thê có thê điểu chỉnh lớn J Các bảng mã có thê tái sử dụng đê tăng số người sử dụng hệ thong, hỗ trợ so lượng kết noi lớn 5G Xung đột xảy chi hai nhiều người dùng sứ dụng chuồi hoa tiêu vùng truy nhập cạnh tranh Các bảng mã SCMA xểp chồng lên đơn vị tài nguyên miền thời gian, lần số tạo thành CTU Các UE ánh xạ đến CTU dựa theo luật ánh xạ truy nhập vào mạng Quá trình thể hình 33: Hình 3: Ánh xạ CTU 3.1.4 Mơ kết q số 3.ỉ.4.1 Mơ hình mơ hệ thống Hệ thống mơ phịng xây dựng đề phân tích ưu kỹ thuật truy nhập cạnh tranh dựa SCMA so với kỹ thuật truy nhập dựa OFDMA Các thông so hệ thong dựa mơ phịng tài liệu nghiên cứu [61 cho báng 3.1: Bâng ỉ: Thông số mô hệ thống đường lên da truy nhập cạnh tranh dựa SCMA Thông số Giá trị Kích thước mạng 19 ơ, gồm phân đoạn Khống cách truyền dẩn 500m Kênh truyền Kênh pha đinh Rayleigh phang Cấu hình anten SIMO 1x2 Kỹ thuât điều chế mã QPSK sử dụng cho OFDMA; bảng mã K=4, N=2 J=6 hóa sử dụng cho SCMA Điều kiện kênh Lý tưởng Công suất phát tối đa 23dBm ƯE Hệ số điều khiển công suất a=l Máy thu / thu MMSE tuyển tính sử dụng cho OFDMA 3.1.4.2 Hiệu hệ thống Kỳ thuật truy nhập cạnh tranh đường lên dựa SCMA OFDMA đánh giá kỹ thuật để truyền dần gói tin nhỏ với yêu cầu nghiêm ngặt trề truyền dẫn, khoãng 5ms Với yêu cẩu nghiêm ngặt ve tre vậy, việc truyên lại gói tin khơng phép Hình 3.4 thể tỉ lệ gói cùa cấc kỳ thuật truy nhập cạnh tranh đường lên dựa OFDMA SCMA Mất gói xác định khí gói tin bị lần truyền đầu tĩên, khơng tính cho lẩn truyền lại Rõ ràng tỉ lệ gói sử dụng Iruy nhập cạnh tranh dựa SCMA thấp hop so với sử dụng OFDMA, 09 08 07 Ũ6 O 05 04 03 02 01 0 ninn J 10 15 Ti lệ gói người dùng