Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng trạm lặp thông minh

Nội dung chính của đồ án: Phần 1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTELTEAdvanced Phần 2 Hệ thống thông tin di động LTELTEAdvanced sử dụng trạm lặp thông minh Phần 3 Một số giải pháp cho hệ thống thông tin di động LTELTEAdvanved sử dụng trạm lặp thông minh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: “Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng trạm lặp thông minh” Giảng viên hướng dẫn : TS.TRƯƠNG TRUNG KIÊN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN PHÚC DƯƠNG Lớp : D08VT1 Khoá : 2008-2012 Hệ : Chính quy Hà Nội, tháng 11 /2012 GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: “Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng trạm lặp thông minh” Giảng viên hướng dẫn : TS. TRƯƠNG TRUNG KIÊN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN PHÚC DƯƠNG Lớp : D08VT1 Khoá : 2008-2012 Hệ : Chính Quy Hà Nội, tháng 11 /2012 GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA VIỄN THÔNG 1 ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên sinh viên: NGUYỄN PHÚC DƯƠNG Lớpp: D08VT1. Khoá: 2008-2012 Ngành đào tạo: Điện tử Viễn thông Hệ đào tạo: Chính Quy 1/ Tên đồ án tốt nghiệp: Hệ thống thông tin di động sử dụng trạm lặp thông minh (smart relay). 2/ Nội dung chính của đồ án: Chương/Phần 1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced Chương/Phần 2 Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng trạm lặp thông minh Chương/Phần 3 Một số giải pháp cho hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanved sử dụng trạm lặp thông minh Kết luận và kiến nghị 3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu …………… ……… ……….…………………………………………………………………. …………………… ……….…………………………………………………………………. 4/ Ngày giao đồ án: 20/09/2012 5/ Ngày nộp đồ án : 26/11/2012 TRƯỞNG BỘ MÔN (Duyệt) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TS.Trương Trung kiên Nguyễn Phúc Dương TRƯỞNG KHOA LỜI MỞ ĐẦU GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Để đáp ứng nhu cầu lớn của người sử dụng ở khắp mọi nơi, những nơi mà khó triển khai lắp đặt trạm gốc người ta đã nghiên cứu đến trạm lặp để tăng phạm vi vùng phủ sóng, độ tin cậy khi truyền tin và tốc độ dữ liệu. Mặc dù các trạm lặp truyền thống đã được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền dẫn vi ba cũng như các hệ thống truyền dẫn số khác. Tuy nhiên, các trạm lặp này chỉ có chức năng thu nhận tín hiệu từ phía phát sau đó hoặc là khuếch đại tín hiệu rồi chuyển tiếp đến phía thu hoặc là giải mã rồi mới chuyển tiếp thông tin đến đích. Những trạm lặp truyền thống phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến tầm nhìn thẳng (LOS) để tăng cự ly truyền dẫn của các tuyến thông tin vô tuyến số. Tuy nhiên, trong trường hợp của các mạng thông tin vô tuyến di động mà ở đó truyền dẫn đa đường (multipath) là phổ biến thì chức năng của trạm lặp như vậy sẽ không lợi dụng được đặc tính quảng bá của sóng vô tuyến cũng như lợi dụng đặc tính thay đổi của kênh fading. Vì thế, khái niệm trạm lặp thông minh, hay còn gọi là trạm chuyển tiếp thông minh, được đưa ra để áp dụng cho các mạng vô tuyến di động tế bào. Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu hệ thống trạm lặp thông minh em đã thực hiện đồ án: “Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng trạm lặp thông minh”. Đồ án này gồm 3 chương, với nội dung chính như sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTE/LTE- Advanced. Chương 2: Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng trạm lặp thông minh. Chương 3: Giải pháp điều khiển công suất kết hợp trong hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng trạm lặp thông minh. Trong đồ án này em sử dụng thuật ngữ “trạm lặp” và “trạm chuyển tiếp” có vai trò như nhau. Tùy vào từng trường hợp mà sử dụng. Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. TRƯƠNG TRUNG KIÊN và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này ! Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2012. Sinh viên thực hiện Nguyễn Phúc Dương GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC    !"# 1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G) 1 1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G) 2 1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G) 3 1.1.4. Tiền 4g: LTE (Long Term Evolution) 3 $%&'( 1.2.1. Định nghĩa 5 1.2.2. Ưu điểm 5 1.2.4. Kỹ thuật MIMO trong LTE 7 )* 1.3.1. Định nghĩa 10 1.3.2. Kiến trúc mạng LTE-Advanced 10 1.3.3. Những công nghệ đề xuất cho LTE-Advanced 11 ))+, /01/23/4+5/467/89:6;<=>?6@AB/ ))$;C;?6D?E<</AF/$ )))+, /01/E<E;GH?6I;6J?$ ))&D:25KL?89:D:25:6,-G/MN?& $OP QRSR ( $TU QRSV QRSR( 2.1.1. Các động lực triển khai trạm lặp 15 2.1.2. Trạm lặp thông minh 18 $$W/6/46X<A+YHKL?A6Z/4H;/6[ 2.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của trạm lặp 19 $),E;GH:\<A+YHK3?] $)$6^J:E;GH:\<A+YHKL?$$ $$V QRSR$) 2.2.1. LTE-Advanced 23 2.2.2. Trạm lặp trong LTE-Advanced 24 2.2.3. Phân loại trạm lặp 25 $$)+YHKL?0_<A+`/:D:?6^7/4A6a::6,-G/MN?$( GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP $$)$+YHKL?0_<A+`/:7=b6YAB/4$c $$))+YHKL?0_<A+`/4;<dA6a:) $$)&+YHKL?0_<A+`/=e0f/4A9;/4,-`/)& $$)(+YHKL?0_<A+`/g;N/A6a:)& 2.2.4. Truy nhập vô tuyến cho các trạm lặp 35 $$&h,6i/6g6,/48ZA,-N/:6d:D:A+YHKL?)j )Rk lO P QRSR)c )TUm!n)c 3.1.1. Khái niệm 37 3.1.2. Ý nghĩa của điều khiển công suất 37 3.1.3. Phân loại điều khiển công suất 38 ));.,g6;G/:Z/4=,hA:6dE^o/4p,I/489E^o/4K`/)] ))$;.,g6;G/:Z/4=,hA?6q/AD/89Ar?A+,/4)] )));.,g6;G/:Z/4=,hAA6Fd?6^7/4?6D?Ed)] )$m!nm#s QRSV QR lRQ &* 3.2.1. Giới thiệu 40 3.2.2. Mô hình hệ thống 41 3.2.3. Giải pháp điều khiển công suất kết hợp 43 3.2.4. Quá trình thực hiện 47 )$&U,DA+i/6A6_:6;t/bA+YH4I:%u'&c )$&$U,DA+i/66dYAE5/4AY;A+YHKL?% '(* )$&)U,DA+i/66dYAE5/4AY;A+YH0;E5/4%R'(& m#v(j RPVRmkl(c GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sự phát triền trong mạng 2G………………………………… ………… 2 Hình 1.2 Sự hội tụ của nhiều công nghệ tạo nên mạng 4G…………………… …….4 Hình 1.3 Kiến trúc mạng LTE………………………………………………… …….7 Hình 1.4 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO………………………………… … 8 Hình 1.5 Ghép kênh không gian………………………………………………… … 9 Hình 1.6 Kiến trúc mạng LTE-Advanced…………………………………………….10 Hình 1.7 Ví dụ về khối kết tập sóng mang……………………………………………12 Hình 1.8 Truyền dẫn đa điểm phối hợp………………………………………………13 Hình 1.9 Chuyển tiếp trong LTE-Advanced………………………………………….14 Hình 2.1 (a) Giải pháp thu nhỏ cell và dùng nhiều BTS; (b): Giải pháp dùng trạm chuyển tiếp…………………………………………………………………… …… 17 Hình 2.2 Mô hình truyền dẫn dùng trạm lặp thông minh……… ……………………18 Hình2.3 Biểu diễn lợi thế của hiệu suất thông qua trạm lặp………………………….20 Hình 2.4 Trình diễn cân bằng tải với chuyển tiếp…………………………………….22 Hình 2.5 Mạng với nút chuyển tiếp ………………………………………………… 25 Hình 2.6 Ứng dụng của chuyển tiếp cố định, cơ động, và điện thoại di động……… 28 Hình 2.7 Chuyển tiếp nút cố định…………………………………………………… 29 Hình 2.8 Chuyển tiếp nút cơ động ……………………………………………….… 30 Hình 2.9 Chuyển tiếp nút di động…………………………………………………….31 Hình 2.10 Tổng quan của công nghệ chuyển tiếp lớp 3………………………………33 Hình 2.11 Chuyển tiếp minh bạch và không minh bạch………………………….… 35 Hình 2.12 Cấu hình khung vô tuyến cho trặm lặp…………………………………….36 Hình 3.1 Công suất thu từ 2 thuê bao tại trạm gốc……………………………………38 Hình 3.2 Mô hình hệ thống truyền thông tin từ 1 trạm gốc tới 2 thiết bị đầu cuối sử dụng 2 trạm lặp dành riêng……………………………………………………………42 Hình 3.3 Hoạt động điều khiển công suất tại trạm gốc (BS)………………………….48 Hình 3.4 Hoạt động điều khiển công suất tại trạm lặp (RS)……………….………….51 GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.5 Hoạt động tại trạm di động (MS)………………………………………… 54 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE……………………………….….6 Bảng 2.1 So sánh các yêu LTE và LTE-Advanced…………………………………24 Bảng 2.2 Nét đặc trưng khác nhau của các công nghệ chuyển tiếp vô tuyến …… 32 GVHD: TS. Trương Trung Kiên SVTH: Nguyễn Phúc Dương Lớp D08VT1 [...]... cả hệ thống thế hệ hai sử dụng kỹ thuật điều chế số Kỹ thuật đa truy nhập như đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) đều được sử dụng cùng với FDMA trong các hệ thống thế hệ thứ hai Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai gồm: • Hệ thống thông tin di động của Mỹ (USDC) chuẩn IS-54 và IS-136 • Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) • Hệ thống thông tin. .. THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE/LTE-ADVANCED 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội Xã hội càng phát triển nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ thế hệ. .. nghe gọi, nhắn tin, cho đến các dịch vụ dữ liệu cao hơn như truy nhập Internet và truyền hình qua máy di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G) Hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên (1G) được phát triển vào những năm cuối thập niên 70, sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự (FM) Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (AMPS) là hệ thống điển hình cho các hệ thống thế hệ đầu tiên AMPS... giao di n mới nào để chuẩn hóa bởi vì các giải pháp đang tồn tại được tái sử dụng và do đó có thể được ưa chuộng hơn trên các kỹ thuật cùng chức năng L2 của chúng CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE/LTE-ADVANCED SỬ DỤNG TRẠM LẶP THÔNG MINH 2.1 TỔNG QUAN VỀ TRẠM LẶP VÀ TRẠM LẶP THÔNG MINH 2.1.1 Các động lực triển khai trạm lặp Dù chưa chính thức được chuẩn hóa nhưng trong chuẩn di động thế hệ 4G,... dẫn fading Hình 2.2 Mô hình truyền dẫn dùng trạm lặp thông minh Giao thức truyền dẫn thông tin trong mạng thông tin di động tế bào có sử dụng trạm lặp thông minh được minh họa ở hình 2.2 Thông tin của các máy đầu cuối được phát quảng bá không chỉ đến trạm lặp mà còn đến với trạm thu phát gốc Khi nhận được tín hiệu thu này, trạm thu phát gốc sẽ không giải mã tín hiệu ngay mà chờ tín hiệu đến từ trạm. .. thống thông tin di động Thái Bình Dương (PDC) • CdmaOne Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh, nên không thể đáp ứng được các dịch vụ mới Chính vì vậy, ITU đã đưa ra đề án để tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba Những hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ thứ nhất... mạng thông tin vô tuyến di động mà ở đó truyền dẫn đa đường (multipath) là phổ biến thì chức năng của trạm chuyển tiếp như vậy sẽ không lợi dụng được đặc tính quảng bá của sóng vô tuyến cũng như lợi dụng đặc tính thay đổi của kênh fading Vì thế, khái niệm trạm chuyển tiếp thông minh được đưa ra để áp dụng cho các mạng vô tuyến di động tế bào 2.1.2 Trạm lặp thông minh 2.1.2.1 Định nghĩa trạm lặp thông minh. .. bào ko tin cậy • Chất lượng âm thanh rất kém • Không có chế độ bảo mật 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G) Sự phát triển nhanh chóng về số lượng người dùng và sự không thích hợp của các hệ thống thế hệ đầu tiên là lý do chính của sự phát triển lên các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Các hệ thống thế hệ thứ hai có ưu điểm về kĩ thuật nén và mã hoá trong công nghệ số Tất... tiên AMPS được phát triển bởi Bell Telephone System Nó sử dụng kỹ thuật FM cho truyền dẫn thoại và báo hiệu số cho thông tin điều khiển Các hệ thống thế hệ đầu tiên khác bao gồm: • AMPS băng hẹp (NAMPS) • Toàn bộ các hệ thống phương tiện truy nhập (TACS) • Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu (NMT-900) Tất cả các hệ thống di động thế hệ đầu tiên đều sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA),... truyền dữ liệu, fax, SMS (tin nhắn) 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G) Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đang được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ băng rộng như: dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao, video và truyền dẫn ảnh chất lượng cao với cùng chất lượng như các mạng đã có trước Yêu cầu nữa của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 là: • Chất lượng thoại có thể so sánh với . LTE/LTE -Advanced Chương/Phần 2 Hệ thống thông tin di động LTE/LTE -Advanced sử dụng trạm lặp thông minh Chương/Phần 3 Một số giải pháp cho hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanved sử dụng trạm lặp thông minh Kết. các hệ thống thế hệ thứ hai. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai gồm: • Hệ thống thông tin di động của Mỹ (USDC) chuẩn IS-54 và IS-136 • Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM). • Hệ thống. về hệ thống thông tin di động LTE/LTE- Advanced. Chương 2: Hệ thống thông tin di động LTE/LTE -Advanced sử dụng trạm lặp thông minh. Chương 3: Giải pháp điều khiển công suất kết hợp trong hệ thống