Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau

S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i Đại học Thái Nguyên TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN NGUYN TH THANH NHN NGHIấN CU, PHN TCH CễNG NGH THEN CHT NHM NG DNG CHO MNG DI NG TH H SAU Chuyờn ngnh: K Thut in T Mã số: 60.52.02.03 Tóm tắt Luận văn thạc sĩ K THUT IN T Thái Nguyên - Năm 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Thị Thanh Nhàn Học viên lớp cao học khóa 14- Kỹ thuật Điện Tử- Trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau”do thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà hƣớng dẫn là công trình nghiên cứu của tôi. Tất cả những nội dung trong luận văn là trung thực và chƣa từng ai công bố (Trừ các phần tham khảo đẵ đƣợc nêu rõ trong luận văn). Các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Thái Nguyên, ngày……. tháng…….năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Thanh Nhàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông – khoa Điện tử - trƣờng Đại học kỹ thuât công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo và Phòng đào tạo sau đại học vì sự giúp đỡ tận tình này. Tôi đặc biệt muốn cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thanh Hà đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày…….tháng…….năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Thanh Nhàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT x LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4 1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 4 1.1.1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 4 1.1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 5 1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba. 7 1.1.4. Hệ thống thông tin di động thứ 4 8 1.2. Truy nhập vô tuyến LTE 13 1.2.1. Các sơ đồ truyền dẫn 13 1.2.2. Lập biểu phụ thuộc kênh và thích ứng tốc độ 15 1.2.2.1. Lập biểu đƣờng xuống 16 1.2.2.2. Lập biểu đƣờng lên 17 1.2.2.3. Điều phối nhiễu giữa các ô 17 1.2.3. HARQ với kết hợp mềm 18 1.2.4. Hỗ trợ đa ăng ten 18 1.2.5. Hỗ trợ quảng bá và đa phƣơng 19 1.2.6. Linh hoạt phổ 20 1.2.6.1.Linh hoạt trong sắp xếp song công 20 1.2.6.2. Linh hoạt trong khai thác băng tần 21 1.2.6.3. Linh hoạt băng thông 22 1.3. Kiến trúc giao diện vô tuyến 22 1.3.1. Kiến trúc giao thức LTE 23 1.3.2. Điều khiển liên kết vô tuyến, RLC 24 1.3.3. Điều khiển truy nhập môi trƣờng, MAC 26 1.3.3.1. Các kênh logic và các kênh truyền tải 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 1.3.3.2. Lập biểu đƣờng xuống 29 1.3.3.3. Lập biểu đƣờng lên 31 1.3.3.4. HARQ 33 1.3.4. Lớp vật lý 37 1.3.5. Các trạng thái của LTE 39 1.3.6. Luồng số liệu 41 1.4. Hiệu quả của LTE 42 1.4.1. Tốc độ số liệu đỉnh 42 1.4.2. Thông lƣợng số liệu 43 1.4.3. Hiệu suất phổ tần 43 1.4.4. Hỗ trợ di động 45 1.4.5. Vùng phủ 45 1.4.6. MBMS tăng cƣờng 46 1.4.7. Triển khai phổ tần 46 1.4.8. Đồng tồn tại và tƣơng tác với các 3GPP RAT 47 1.4.9. Các vấn đề về mức độ phức tạp 48 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 48 CHƢƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ THEN CHỐT CỦA MẠNG DI ĐỘNG 50 THẾ HỆ SAU 50 2.1 Mở đầu: 50 2.2. Tóm tắt nguyên lý OFDM 50 2.3. Ƣớc tính kênh và các ký hiệu tham khảo 52 2.4. Mã hóa kênh và phân tập tần số bằng OFDM 54 2.5. Lựa chọn các thông số OFDM cơ sở 56 2.5.1. Khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM 56 2.5.2. Số lƣợng các sóng mang con 57 2.5.3. Độ dài CP 58 2.6. Ảnh hƣởng của thay đổi mức công suất tức thời. 58 2.7. Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập 59 2.8. Phát quảng bá và đa phƣơng trong nhiều ô và OFDM. 61 2.9. Ƣu điểm và nhƣợc điểm của kỹ thuật OFDM: 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 2.9.1.Ƣu điểm: 64 2.9.2.Nhƣợc điểm: 64 2.10. Kỹ thuật MIMO 65 2.10.1. Giới thiệu chung: 65 2.10.2. Ƣu điểm của hệ thống MIMO 65 2.11. Tổng quan SC-FDMA: 66 Kết luận chƣơng 2 68 CHƢƠNG 3: TRIỂN KHAI MẠNG 4G/LTE 69 3.1.Lợi ích của công nghệ LTE 69 3.2. Mạng lƣới toàn cầu và sự tăng trƣởng thuê bao LTE 71 3.3. Ứng dụng của 4G LTE trong việc nâng cao chất lƣợng thoại 72 3.4. Đặc điểm mạng thông tin di động của Phú Thọ 73 3.5. Nhu cầu và hƣớng phát triển từ 2G/3G lên 4G tỉnh Phú Thọ 74 3.6. Nghiên cứu triển khai mạng thông tin di động 4G cho VNPT Phú Thọ. 75 3.7. Quy hoạch mạng thông tin di động 4G cho Tỉnh Phú Thọ 76 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động 4 Hình 1. 2: Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E- UTRAN,[1] 9 Hình1.3: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G,[1] 11 Hình1.4. :Kiến trúc mô hình B1 của E-UTRAN cho trƣờng hợp không chuyển mạng 13 Hình 1.5 : Lập biểu phụ thuộc kênh đƣờng xuống trong miền thời gian và miền tần số. 16 Hình 1.6 : Thí dụ về điều phối nhiễu giữa các ô trong đó một số phần phổ bị hạn chế công suất . 18 Hình 1.7: FDD và TDD 21 Hình 1.8: Kiến trúc giao thức LTE (đƣờng xuống). 24 Hình 1.9. Phân đoạn và móc nối RLC 26 Hình 1.10. Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải 29 Hình 1.11. Chọn khuôn dạng truyền tải trên đƣờng xuống (trái), 33 trên đƣờng lên (phải). 33 Hình 1.12. Giao thức HARQ đồng bộ và không đồng bộ 35 Hình 1.13. Nhiều xử lý HARQ 35 Hình 1.14. mô tả đơn giản cấu trúc và xử lý lớp vật lý cho DL – SCH 38 Hình 1.15: Xử lý lớp vật lý ở dạng đƣợc đơn giản hóa cho UL-SCH 39 Hình 1.16. Các trạng thái của LTE 40 Hình2. 1: Ký hiệu điều chế và phổ của tín hiệu OFDM 51 Hình2. 2: Biểu diễn tín hiệu truyền dẫn OFDM trong không gian hai chiều 52 (tần số - thời gian) [1]. 52 Hình2. 3: Mô hình OFDM trong miền tần số 53 Hình2. 4: Mô hình kênh phát thu OFDM miền tần số với bộ cân 53 bằng một nhánh 53 Hình2. 5: Các ký hiệu tham khảo trên trục thời gian tần số 54 Hình2. 6: Giải thích vai trò của mã hóa kênh trong OFDM 55 Hình2. 7: Phổ của tín hiệu OFDM cơ sở 5MHz 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii Hình2. 8: OFDM đƣợc sử dụng cho sơ đồ ghép kênh/đa truy nhập. 59 a)đƣờng xuống, b) đƣờng lên 59 Hình2. 9: Ghép kênh ngƣời sử dụng OFDMA phân bố 60 Hình2. 10: Điều khiển định thời phát đƣờng lên 61 Hình2. 11: Phát quảng bá đa ô, đơn ô và phát đơn phƣơng. 62 Hình2. 12: Tƣơng đƣơng giữa phát quảng bá đa ô đƣợc đồng bộ và truyền dẫn đa đƣờng 64 Hình2. 13: Mô tả nguyên lý SC-FDMA. 68 Hình 3.1:Quá trình chuyển hoá từ 3G lên 4G/LTE 70 Hình 3.2: Mạng lƣới toàn cầu của LTE 71 Hình 3.3: Sự tăng trƣởng thuê bao LTE 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng1.1: Mục tiêu của 4G 9 Bảng 1.2. Tổng kết các thế hệ thông tin di động 11 Bảng1.3: So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên đƣờng xuống và HSDPA 44 Bảng1.4.: So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên đƣờng lên và HSUPA,[1] 45 Bảng 3.1: Diện tích và dân số tỉnh phú thọ 76 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3 ird Generation Partnership Project Đế án các đối tác thế hệ thứ ba 3GPP 2 3 ird Generation Partnership Project Đế án các đối tác thế hệ thứ ba 2 AAS Adaptive Antenna System Hệ thống ăng ten thích ứng ACK Acknowledgment Công nhận AM Acknowledgment Mode Chế độ công nhận AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hoá và điều chế thích ứng AMR Adaptive Multirate Đa tốc độ thích ứng ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BM-SC Broadcast / Multicast Service Center Trung tâm dịch vụ quảng bá đa phƣơng BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CP Cyclic Prefix Tiền tố chu trình [...]... phõn tớch cụng ngh then cht nhm ng dng cho mng di ụng th h sau Ni dung ca lun vn ny bao gm cú 3 chng: Chng I: Tng quan v h thng thụng tin di ng Chng II: Cỏc cụng ngh then cht ca mng di ng th h sau Chng III: Trin khai mng 4G/LTE 2 Mc tiờu nghiờn cu + Phõn tớch quỏ trỡnh phỏt trin ca cỏc h thng thụng tin di ng + Nghiờn cu, phõn tớch cụng ngh then cht (OFDM) nhm ng dng cho mng di ng th h sau + Phõn tớch... tip, v c cỏch nhau bng mt di tn phũng v Mi di tn s c gỏn cho mt kờnh liờn lc N di k tip dnh cho liờn lc hng lờn, sau mt di tn phõn cỏch l N di k tip dnh riờng cho liờn lc hng xung c im : -Mi MS c cp phỏt ụi kờnh liờn lc sut thi gian thụng tuyn -Nhiu giao thoa do tn s cỏc kờnh lõn cn nhau l ỏng k -BTS phi cú b thu phỏt riờng lm vic vi mi MS H thng FDMA in hỡnh l h thng in thoi di ng tiờn tin (Advanced... cu, phõn tớch giao din vụ tuyn trong mng LTE + xut, ng dng trin khai mng 4G/LTE 3 i tng, phng phỏp nghiờn cu - i tng nghiờn cu i tng nghiờn cu ca ti l quỏ trỡnh phỏt trin ca cỏc h thng thụng tin di ng, c im k thut cụng ngh OFDM, giao din vụ tuyn trong mng LTE v ng dng cho mng 4G/LTE Phng phỏp nghiờn cu - ti nghiờn cu phõn tớch cụng ngh then cht (OFDM) nhm ng dng cho mng di ng th h sau t ú i sõu vo... Cht lng dch v RAB Radio Access Bearer Kờnh mng truy nhp vụ tuyn RAN Radio AccessBearer Network Mng truy nhp vụ tuyn RAT Radio Access Technology Cụng ngh truy nhp vụ tuyn RB Resource Block Khi ti nguyờn RF Radio Frequency Tn s vụ tuyn RLC Radio Link Control iu khin kt ni vụ tuyn RNC Radio Network Control B iu khin mng vụ tuyn RRC Radio Resource Control iu khin ti nguyờn vụ tuyn RRM Radio Resource Managament... mang v trc thi gian c chia thnh nhiu khong thi gian nh dnh cho nhiu ngi s dng sao cho khụng cú s chng chộo Ph quy nh cho liờn lc di ng c chia thnh cỏc di tn liờn lc, mi di tn liờn lc ny dựng chung cho N kờnh liờn lc, mi kờnh liờn lc l mt khe thi gian trong chu k mt khung Cỏc thuờ bao khỏc dựng chung kờnh nh ci xen thi gian, mi thuờ bao c cp phỏt cho mt khe thi gian trong cu trỳc khung c im : -Tớn hiu... http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 H thng thụng tin di ng th h ba c xõy dng trờn c s IMT 2000 vi cỏc tiờu chớ sau : - S dng di tn quy nh quc t 2GHz vi ng lờn cú di tn 18852025MHz v ng xung cú di tn 2110-2200MHz - L h thng thụng tin di ng ton cu cho cỏc loi hỡnh thụng tin vụ tuyn, tớch hp cỏc mng thụng tin hu tuyn v vụ tuyn, ng thi tng tỏc vi mi loi dch v vin thụng - H thng thụng tin di ng 3G s dng cỏc mụi trng khai... lun vn ny bao gm cú 3 chng: Chng I: Tng quan v h thng thụng tin di ng Chng II: Cỏc cụng ngh then cht ca mng di ng th h sau Chng III: Trin khai mng 4G/LTE S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 CHNG 1: TNG QUAN V H THNG THễNG TIN DI NG 1.1 Lch s phỏt trin ca h thng thụng tin di ng Ra i u tiờn vo cui nm 1940, n nay thụng tin di ng ó tri qua nhiu th h.Th h khụng dõy th 1 l th h thụng tin... cỏc h thng tip sau IMT- 2000 Bng 1.1 cho thy mc tiờu ca 4G Bng1.1: Mc tiờu ca 4G Tc s liu 100Mbps cho vựng rng , 1Gbps cho vựng hp Kt ni mng Hon ton IP Thụng tin Rng khp ,m di ng , liờn tc Tr Thp hn 3G Tr kt ni Thp hn 5ms Tr truyn dn Thp hn 5ms Giỏ thnh trờn 1bit 1/10 1/100 thp hn 3G Giỏ thnh c s h tng Thp hn 3G ( khong 1/10 ) ITU-R WP 8F tuyờn b rng cn cú cỏc cụng ngh vụ tuyn di ng mi cho cỏc kh nng... Channel Quanlity Indicator Ch th cht lng kờnh CRC Cyclic Redundancy Cheek Kim tra vũng d CS Circuit Switch Chuyn mch kờnh DCCH Dedicated Control Channel Kờnh iu khin riờng DCH Dedicated Channel Kờnh riờng DFT Discrete Fourier Transform Bin i Fourier rcc DTF-Spread OFDM OFDM tri ph DFT DawnLink ng xung DFTSOFDM DL DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kờnh iu khin vt lý riờng DPCH Dedicated Physical... Channel Kờnh vt lý riờng DPDCH Dedicated Physical Datal Channel Kờnh s liu vt lý riờng DRX Discontinuous Reception Thu khụng liờn tc DSCH Downlink Shared Channel Kờnh chia s ng xung DTX Discontinuous Transmission Phỏt khụng liờn tc EDGE Enhanced Data for GSM Evolution Phỏt trin tng cng s liu cho GSM EDCH Enhanced Dedicate Channel Kờnh riờng tng cng EDCCH Enhanced Dedicate Control Channel Kờnh iu khin . Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt (OFDM) nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau + Phân tích các khía cạnh liên quan đến triển khai mạng 4G/LTE + Nghiên cứu, phân tích giao di n vô. là: Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di đông thế hệ sau . Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chƣơng: Chƣơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động. xin cam đoan: Đề tài: Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau do thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà hƣớng dẫn là công trình nghiên cứu của tôi. Tất