Ra đời vào những năm 40 của thế kỉ XX, thông tin di động được coi như là một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông. Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại ở việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, mà các nhà cung cấp dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng cao. Trong các thế hệ đầu tiên khi nhu cầu chính chỉ là gọi thoại và nhắn tin thì hiện nay nhu cầu đó đã tăng lên đáng kể. Tính đến nay khi thế hệ mạng di dộng thứ tư đã và đang được phổ biến trên toàn thế giới với những cải tiến cả về thiết bị phần cứng cũng như phần mềm giúp nó đáp ứng được như cầu ngày càng cao của người dùng cả về tốc độ cũng như dịch vụ, thế giới đã nghĩ đến một tương lai xa hơn của thông tin di động, đó chính là 5G. 5G hứa hẹn sẽ là một công nghệ nền tảng của thông tin di động trong tương lai khi có khả năng đáp ứng được số lượng người dùng cực lớn trong 2 năm nữa, dự tính là 50 tỷ. Đi cùng sự phát triển của các thế hệ thông tin di động là sự cải tiến của các công nghệ đa truy nhập được sử dụng. Từ các công nghệ đa truy nhập truyền thống như TDMA, FDMA, SCMA… đã phát huy vai trò trong các hệ thống 2G, 3G đã có trước đây, thế giới đã và đang đưa vào nghiên cứu các công nghệ mới hơn để phù hợp với yêu cầu của các hệ thống thông tin di động trong tương lai. Chính vì lý do đó, em đã lựa chọn đồ án tốt nghiệp về “Đa truy nhập theo mã thưa SCMA trong 5G”. Tuy còn rất mới nhưng với những ưu điểm vượt trội, SCMA hứa hẹn sẽ là một ứng cử viên đầy tiềm năng trong các công nghệ đa truy nhập được sử dụng trong hệ thống thông tin di động 5G tương lai.
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI:Đa truy nhập mã thưa SCMA 5G Giảng viên hướng dẫn : Th.S ĐỖ ĐÌNH HƯNG Sinh viên thực : CHU VĂN SINH Lớp : K16 B Khóa học : 2013 – 2017 Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà nội, tháng năm 2017 VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ tên: Chu Văn Sinh Lớp: K16B Khố: 2013 - 2017 Ngành đào tạo: Cơng nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền thông Hệ đào tạo: Đại học quy 1/ Tên đề tài ĐATN: Đa truy nhập mã thưa SCMA 5G 2/ Nội dung chính: 1/ Tổng quan hệ thống thơng tin di động từ hệ 1G đến hệ 5G đầy hứa hẹn với đặc điểm ưu vượt trội 2/Bộ mã SCMA với thiết kế nguyên lý tạo mã đặc trưng thơng số độ dài từ mã K, số phần tử khác từ mã N số lượng lớp J Cùng với đó, hoạt động hệ thống đa truy nhập sử dụng SCMA, q trình mã hóa giải mã 3/SCMA kỹ thuật đa truy nhập với nhiều đặc điểm ưu việt, hứa hẹn ứng cử viên đầy sáng giá áp dụng cho đa truy nhập mạng không dây 5G 4/ Ngày giao : 5/ Ngày nộp: TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm:……………(Bằng chữ:……………………………) Hà Nội, ngày……tháng…… năm 2017 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Đỗ Đình Hưng NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐIỂM ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm:……………(Bằng chữ:……………………………) Hà Nội, ngày……tháng…… năm 2017 GIẢNG VIÊN Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Hơn năm giảng đường Viện Đại Học Mở Hà Nội thân yêu, sinh viên chúng em nhận bảo, giúp đỡ tận tình Thầy Đặc biệt, sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử Viễn thông chúng em tìm hiểu, nghiên cứu, học hỏi, tiếp thu kiến thức hướng dẫn tận tâm Thầy cô Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới Thầy cô giáo tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt bốn năm qua Với vốn kiến thức đươc tiếp thu q trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu đồ án tốt nghiệp mà cịn hành trang quý báu để chúng em tự tin xây dựng nghiệp đường chọn Đặc biệt, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.S ĐỖ ĐÌNH HƯNG, người tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt q trình làm đồ án, giúp em hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đặc biệt thành viên thuộc tập thể lớp K16 Cảm ơn bạn ln động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin chúc q Thầy gia đình dồi sức khỏe, thành công nghiệp trồng người đầy cao quý Chúc bạn sinh viên phấn đấu thành công! Em xin chân thành cảm ơn! Svth: Chu Văn Sinh – K16B II Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU v DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT vi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Các hệ thống thông tin di động tiền 5G .3 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 1.1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.1.2 Đặc điểm công nghệ 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 1.1.2.1 Lịch sử phát triển 1.1.2.2 Đặc điểm công nghệ 1.1.2.3 Những ưu nhược điểm 2G so với 1G 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 1.1.3.1 Lịch sử phát triển 1.1.3.2 Đặc điểm công nghệ 1.1.3.3 Ưu điểm công nghệ W-CDMA so với GSM 1.1.3.4 Thế hệ 3.5G 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 1.1.4.1 Lịch sử phát triển 1.1.4.2 Đặc điểm công nghệ 10 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 11 1.2.1 Kiến trúc tổng quan mạng 5G 12 Svth: Chu Văn Sinh – K16B ii Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục thuật ngữ từ viết tắt 1.2.2 Yêu cầu khả 5G 13 1.2.2.1 Năng lượng hệ thống lớn 13 1.2.2.3 Trễ truyền dẫn thấp 14 1.2.2.4 Độ tin cậy khả dụng siêu cao 14 1.2.5 Các thành phần công nghệ 5G 17 1.2.5.5 Truyền dẫn đa an ten 19 1.3 Kết 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 có hệ thống 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 Mã hóa SCMA 23 2.3.1 Giải mã SCMA 25 CHƯƠNG 27 ỨNG DỤNG SCMA TRONG 5G 27 3.1 Đường lên truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 27 3.1.1 Tổng quan truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 27 3.1.1.1 Hạn chế công nghệ LTE 27 3.1.1.2 Tổng quan truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 28 3.1.2 Mơ hình hệ thống 29 3.1.2.1 Truyền dẫn tách tín hiệu đa truy nhập SCMA 29 3.1.2.2 Khả mở rộng SCMA cho kết nối số lượng lớn 30 3.1.3 Tài nguyên truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 31 3.1.4 Mô kết số 32 3.1.4.1 Mơ hình mơ hệ thống 32 Svth: Chu Văn Sinh – K16B iii Đồ án tốt nghiệp Đại học 3.1.4.2 Danh mục thuật ngữ từ viết tắt Hiệu hệ thống 33 3.2 SCMA sử dụng cho đa truy nhập đường xuống 5G .36 3.2.1 Tổng quan hệ thống 36 3.2.1.1 Hệ thống đường xuống SCMA 36 3.2.1.2 Sự tương đương MIMO chuỗi thưa tuyến tính 36 3.2.2 Các thuật toán sử dụng đường xuống MU-SCMA 38 3.2.2.1 Ghép cặp người dùng để tối đa tổng tốc độ truyền dẫn 38 3.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ phương pháp tách sóng 39 3.2.3 3.3 Kết mô hệ thống 41 Kết luận chương 42 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO .44 Svth: Chu Văn Sinh – K16B iv Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ bảng biểu DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1: Kiến trúc tổng quan mạng 5G 12 Hình 2: Phân loại MTC .15 Hình 3: Phổ sử dụng cho 5G .16 Hình 1: Hệ thống SCMA 22 Hình 2: Tạo mã SCMA với K=4, N=2, J=6 24 Hình 3: Quá trình mã hóa SCMA 25 Hình 4: Quá 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: Tỉ lệ rớt gói hệ thống SCMA OFDMA .34 Hình 5: Khả hỗ trợ người dùng tích cực ngưỡng hệ thống cho trước SCMA OFDMA 35 Hình 6: Độ lợi khả hỗ trợ số người dùng tích cực hệ thống SCMA so với hệ thống OFDMA 35 Hình 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 OFDMA 42 Bảng 1: Thông số mô 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 Svth: Chu Văn Sinh – K16B v Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục thuật ngữ từ viết tắt DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Hệ thống điện thoại di động tiên AMPS Advanced Mobile System BS Base Station Trạm gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã European Conference of Postal CEPT and Telecommunications ad minstrations tiến Hội nghị quản lý bưu điện viễn thông Châu Âu CTU Contention Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn cạnh tranh D2D Device – to – Device Thiết bị đến thiết bị ETSI FDD FDMA European Telecommunication Standards Institute Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu Song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FN Funtion Node Nút hàm High Speed Downlink Package Truy nhập gói đường xuống tốc Access độ cao HSDPA Svth: Chu Văn Sinh – K16B vi Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng SCMA 5G Vấn đề giải sử dụng truy nhập cạnh tranh dựa SCMA Một vài dặc điểm cơng nghệ bật SCMA thích hợp với truy nhập cạnh tranh kể đến là: Tương tự OFDMA/SC-FDMA, nhiều vùng thời gian-tần số định nghĩa trước xác định cho truy nhập cạnh tranh dựa SCMA Đạt yêu cầu đa người dùng thông qua đa ghép kênh lớp SCMA vùng truy nhập cạnh tranh Mỗi lớp biểu thị cho người dùng Một lớp người dùng mô tả bảng mã SCMA riêng Thêm vào đó, người dùng có vùng truy nhập cạnh tranh tương ứng, bảng mã SCMA chuỗi pilot riêng Từ mã SCMA thưa (xét số lượng thành phần khác từ mã) giúp điều tiết phức tạp có nhiều người sử dụng 3.1.2 Mơ hình hệ thống 3.1.2.1 Truyền dẫn tách tín hiệu đa truy nhập SCMA Một giải mã SCMA xác định ánh xạ có chức ánh xạ trực tiếp log2M bit liệu sang bảng mã phức K chiều với kích thước M (số lượng từ mã bảng mã M, chiều dài từ mã K) Các từ mã phức K chiều bảng mã véc tơ thưa với N phần tử khác (N