Nghiên cứu kỹ thuật đa anten trong lte

i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Học viên Đặng Thị Hải Yến ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ .viii LỜI MỞ ĐẦU Chương - TRUYỀN DẪN TỐC ĐỘ SỐ LIỆU CAO TRONG THÔNG TIN KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG .2 1.1 Các hạn chế truyền dẫn tốc độ số liệu cao 1.1.1 Truyền dẫn tốc độ số liệu cao mức độ cao kịch giới hạn tạp âm 1.1.2 Truyền dẫn tốc độ số liệu cao kịch bị giới hạn nhiễu .5 1.2 Truyền dẫn tốc độ số liệu cao băng thông hạn chế điều chế bậc cao 1.2.1 Điều chế bậc cao kết hợp với mã hóa kênh .6 1.2.2 Thay đổi công suất phát tức thời 1.3 Ảnh hưởng mơi trường truyền sóng lên truyền dẫn không dây băng rộng 1.4 Cân chống pha đinh chọn lọc tần số 11 1.4.1 Cân tuyến tính miền thời gian 12 1.4.2 Cân miền tần số 13 1.5 Truyền dẫn đa sống mang cho không dây băng rộng 15 1.6 Kết luận .18 Chương - KỸ THUẬT ĐA ANTEN 19 2.1 Mở đầu .19 2.1.1 Các cấu hình đa anten 19 2.1.2 Lợi ích kỹ thuật đa anten 20 2.2 Mơ hình MIMO 20 2.2.1 Mơ hình MIMO tổng qt .20 2.2.2 Mơ hình MIMO tối ưu 22 2.3 Simo (Single input multi output) 25 2.3.1 Mơ hình kênh phân tập anten thu 25 2.3.2 Sơ đồ kết hợp chọn lọc SC 26 iii 2.3.3 Sơ đồ kết hợp tỷ lệ cực đại MRC 27 2.3.4 Kết hợp loại bỏ nhiễu IRC 28 2.4 Mimo (Multi input multi output) 30 2.4.1 Phân tập phát .31 2.4.2 Tạo búp sóng phía phát .36 2.5 (Multi Intput Multi Output) 37 2.5.1 Nguyên lý sở 38 2.5.2 Ghép kênh dựa tiền mã hóa 41 2.5.3 Xử lý thu không tuyến tính 42 2.6 Kết luận 44 Chương 3: LTE MIMO 45 3.1 Tổng quan LTE phân tập phát LTE 45 3.1.1 Tổng quan 45 3.1.2 Phân tập phát LTE .46 3.2 SU-MIMO đường xuống 49 3.2.1 Mơ hình truyền dẫn SU-MIMO đường xuống 49 3.2.2 Xử lý tín hiệu số SU-MIMO đường xuống 50 3.2.3 Ghép kênh khơng gian SU-MIMO vịng kín LTE .53 3.2.4 Ghép kênh khơng gian SU-MIMO vịng hở LTE 60 3.3 MU-MIMO ITE 64 3.3.1 MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO) đường xuống 63 3.3.2 MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO) đường lên 67 3.4 Đánh giá hiệu sơ đồ MIMO 72 3.4.1 Các cấu hình anten chuẩn để đánh giá hiệu đường xuống 70 3.4.2 Các kết đánh giá hiệu suất phổ cho sơ đồ MIMO 71 3.5 Kết luận 76 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT 3GPP ACK AMPS ARIB ARQ ATIS AWGN BPSK CCSA CDD CDMA CEPT CPC CPICH CQI DPCCH DRX DTX D-TxAA E-AGCH E-DCH EDGE Third Generation Partnership Project A Acknowledgement Nhóm cộng tác 3GPP Xác nhận Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Hiệp hội doanh nghiệp công nghiệp vô tuyến Yêu cầu phát lại tự động Advanced Mobile Phone System Association of Radio Industries and Businesses Automatic Repeat Request Alliiance for Telecommunications Industry Liên minh cho giải pháp công Solutions nghiệp viễn thông Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng B Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân C China Communications Standards Hiệp hội chuẩn truyền thông Trung Association Quốc Cyclic Delay Diversity Phân tập trễ vòng Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã European Conference of Postal and Telecommunications Hội nghị Châu Âu quản lý Bưu Administations Viễn thơng Continuous Packet Connectivity Kết nối gói liên túc Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh D Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng Discontinuous Reception Thu không liên tục Discontinuous Transmission Phát không liên tục Dual Transmit -Diversity Adaptive Array E E-DCH Absolute Grant Channel Kênh cấp phát tuyệt đối E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng nâng cao Enhanced Data rates for GSM Evolution and Enhanced Data Tốc độ số liệu tăng cường để phát rates for Global Channel triển GPRS v E-RGCH FDD FDM FDMA GERAN GPRS GSM HARQ HOM HSDPA HSDPCCH HSPA HSDSCH HSPDSCH HSSCCH HSUPA IRC IMS J-TACS LTE MAC E-DCH Relative Grant Channel F Frequency Division Duplex Frequency Division Multiplex Frequency Division Multiple Access G GSM EDGE RAN General Packet Radio Services Global System for Mobile communications H Hybrid ARQ High Order Modulation High Speed Downlink Packet Access High Speed Dedicated Physical Control Channel High Speed Packet Access High Speed Downlink Shared Channel High Speed Physical Downlink Shared Channel High Speed Shared Control Channel High Speed Uplink Packet Access I Interference Rejection Combining Internet Multimedia Subsystem J Japanese Total Access Communication System L Long Term Evolution M Medium Access Control Kênh cấp phát tương đối E-DCH Ghép song công phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Mạng truy nhập vơ tuyến GSM/ EDGE Dịch vụ vơ tuyến gói chuntg Hệ thống thơng tin di dộng tồn cầu ARQ lai ghép Điều chế bậc cao Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống Kênh vật lý điều khiển riêng tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao đường lên Kết hợp triệt nhiễu Phân hệ đa phương tiện Internet Hệ thống truyền thơng truy nhập hồn toàn Nhật Phát triển dài hạn Điều khiển truy nhập môi trường vi MBMS MIMO ML MMSE MRC MUMIMO Multimedia Broadcast/Multicast Service Multi Input Multi Output Maximum Likelihood Minimum Mean Square Error Maximum Ratio Combining Dịch vụ quảng bá /đa phương Đa đầu vào đa đầu Khả giống cực đại Sai lỗi trung bình bình phương cực tiểu Kết hợp tỷ lệ lớn Multi User MIMO MIMO đa người dùng N NACK OFDM PARC PCI P-CPICH PDC RAN RLC SAE SC S-CPICH SDMA SIC SMS SNR STBC STTD SUMIMO SVD TACS Negative Acknowledgement O Orthogonal Frequency Division Multiplex P Per-Antenna Rate Control Precoding Control Indicator Primary CPICH Personal Digital Cellular R Radio Access Network Radio Link Control S System Architecture Evolution Selective Combining Secondary CPICH Spatial Division Multiple Access Successive Interference Combining Short Message Service Signal to Noise Ratio Space-Time Block Coding Space-Time Transmit Diversity Single User MIMO Sigular Value Decomposition T Total Access Communication System Không xác nhận Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa Kênh CPICH sơ cấp Mạng truy nhập vô tuyến Điều khiển liên kết vô tuyến Phát triển kiến trúc hệ thống Kết hợp lựa chọn Kênh CPICH thứ cấp Đa truy nhập phân chia không gian Kết hợp nhiễu thành công Dịch vụ nhắn tin Tỷ số tín hiệu tạp âm Mã hóa khối khơng gian thời gian Phân tập phát không gian thời gian MIMO đơn người dùng Phân chia giá trị đơn Hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn vii TDD TDM TDMA Time Division Duplex Time Division Multiplex Time Division Multiple Access Telecommunication Technology TTA Association Telecommunication Technology TTC Committee TTI Transmission Time Interval U UE User Eqipment Universal Mobile UMTS Telecommunications System Universal Terrestrial Radio UTRAN Access Network V VoIP Voice over IP W Wideband Code Division WCDMA Multiple Access WLAN Wireless Local Area Network Z ZF Zero Forcing Ghéo song công phân chia theo thời gian Ghép kênh phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Liên hiệp công nghệ viễn thông Ủy ban công nghệ viễn thông Khoảng thời gian truyền dẫn Thiết bị người dùng Hệ thống viễn thơng di dộng tồn cầu Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất toàn cầu Thoại qua IP Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Mạng cục khơng dây Cưỡng khơng viii DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ Danh mục bảng Bảng 3.1 Bảng mã cho truyền dẫn cổng anten p = 0,3 55 Bảng 3.2 Bảng ma trận tiền mã hóa cho truyền dẫn bốn cửa anten 57 Bảng 3.3 Sắp xếp từ mã vào lớp cho ghép kênh không gian 59 Bảng 3.4 Ma trận tiền mã hóa DFT ULxL 61 Bảng 3.5 Ma trận CDD trễ lớn DLxL(i) 61 Bảng 3.6 Hiệu suất phổ đường xuống nhà (InH),FDD .71 Bảng 3.7.Hiệu suất phổ đường lên nhà (InH), FDD 71 Bảng 3.8 Hiệu suất phổ đường xuống ô vi mô thành phố (Umi), FDD 72 Bảng 3.9 Hiệu suất phổ đường lên ô vi mô thành phố (Umi), FDD .72 Bảng 3.10 Hiệu suất phổ đường xuống ô vĩ mô thành phố (Uma),FDD .73 Bảng 3.11 Hiệu suất phổ đường lên cho ô macro thành phố (Uma), FDD 73 Bảng 3.12 Hiệu suất phổ đường xuống cho ô vĩ mô nông thôn (Rma),FDD 73 Bảng 3.17 Hiệu suất đường lên cho ô vĩ mô nông thôn (Rma), FDD 74 Danh mục hình Hình 1.1 Eb/N0 yêu cầu tối thiểu máy thu phụ thuộc vào mức độ sử dụng băng thông Hình 1.2 Truyền sóng đa đường (a) gây tán thời (b) chọn lọc tần số (c) Hình 1.3 Cân miền thời gian .12 Hình 1.4 Cân tuyến tính thực theo lọc FIR rời rạc thời gian .13 Hình 1.5 Cân tuyến tính miền tần số .14 Hình 1.6 Xử lý chồng lấn loại bỏ 15 Hình 1.7 Chèn CP trường hợp truyền dẫn đa sóng mang 15 Hình 1.8 Mở rộng đến truyền dẫn băng thơng rộng đa sóng mang 16 Hình 1.9 Nguyên lý OFDM áp dụng cho đường xuống LTE 17 Hình 1.10 Nguyên lý DFTS OFDM hay SC-FDMA .18 ix Hình 2.1 Mơ hình kênh MIMO với Nt anten phát Nr anten thu 21 Hình 2.2 Mơ hình SVD MIMO tối ưu 24 Hình 2.3 Phân chia kênh phađinh phẳng MIMO thành kênh phađinh phẳng 24 song song tương đương dựa SVD 24 Hình 2.4 Sơ đồ kết hợp chọn lọc 26 Hình 2.5 Kết hợp anten thu tuyến tính 28 Hình 2.6 Kịch đường xuống với nguồn nhiễu trội 29 Hình 2.7 Kịch máy thu bị máy đầu cuối di động gây nhiễu mạnh 30 Hình 2.8 Phân tập trễ hai anten 32 Hình 2.9 Phân tập trễ vịng bốn anten phát 33 Hình 2.10 Phân tập phát không gian thời gian sở mã Alamouti 34 Hình 2.11 Phân tập phát không gian thời gian (STTD) 34 Hình 2.12 Phân tập phát mã khối khơng gian – tần số với hai anten phát theo mã Alamouti 35 Hình 2.13 Phân tập phát mã khối không gian-tần số với hai anten phát theo STTD 35 Hình 2.14 Tạo búp kinh điển với tương quan anten tương hỗ cao 36 Hình 2.15 Tạo búp dựa tiền mã hóa trường hợp tương quan anten tương hỗ thấp 37 Hình 2.16 Tiền mã hóa cho sóng mang trường hợp OFDM (hai anten phát) 37 Hình 2.17 Cấu hình anten 2x2 .39 Hình 2.18 Thu tuyến tính/giải điều chế tín hiệu ghép kênh khơng gian 40 Hình 2.19 Ghép kênh khơng gian dựa tiền mã hóa 41 Hình 2.20 Trực giao hóa tín hiệu ghép khơng gian cách tiền mã hóa 42 Hình 2.21 Truyền dẫn từ mã (a) truyền dẫn nhiều từ mã (b) 43 Hình 2.22 Giải điều chế/giải mã tín hiệu ghép không gian dựa khử nhiễu 44 Hình 3.1 Sơ đồ phân tập phát dựa SFBC với hai anten 47 Hình 3.2 Sơ đồ phân tập phát dựa SFBC FSTD 47 x Hình 3.3 Sơ đồ SFBC + FSTD cải tiến với bốn cửa anten cho PHICH 48 Hình 3.4 Mơ hình truyền dẫn SU-MIMO tổng qt .49 Hình 3.5 Xử lý tín hiệu SU-MIMO vịng kín phía phát 51 Hình 3.6 Máy thu MMSE-SIC .52 Hình 3.7 Mơ hình truyền dẫn SU-MIMO bốn cửa anten, hai từ mã, bốn lớp với máy thu SIC 53 Hình 3.8 Sắp xếp từ mã vào lớp cho truyền dẫn SU-MIMO đường xuống cửa anten 56 Hình 3.9 Sắp xếp từ mã vào lớp cho ghép kênh không gian 58 Hình 3.10 Ghép kênh khơng gian vịng hở với P anten L lớp 60 Hình 3.11 Tiền mã hóa CDD trễ lớn cho truyền dẫn hai cửa anten 63 Hình 3.12 MU-MIMO với tạo búp dựa bảng mã cho nhiều UE sử dụng tài nguyên thời gian tần số 66 Hình 3.13 MU-MIMO đường lên 67 Hình 3.14 Ghép kênh số liệu tín hiệu tham chuẩn đường lên 68 Hình 3.15 Máy thu MMSE cho UL MIMO 69