Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện tử: Đánh giá ước lượng kênh truyền trong LTE

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : .... Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại

-

PHAN TRƯƠNG BÁ QUYỀN

ĐÁNH GIÁ ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG LTE

605270

LUẬN VĂN THẠC SỸ

-TP , 2012 -

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi the t ng QĐ gia đ tài)1/7/2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi the t ng QĐ gia đ tài)30/11/2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi õ học hàm, học vị, họ, tên):

………

Tp HCM, ngày 26 tháng 12 năm 2012.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ý) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ý) TRƯỞNG KHOA….………

(Họ tên và chữ ý)

Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề đề tài luận văn này, em xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy, PGS.TS Hoàng Đình Chiến đã tận tình hướng dẫn, hướng cho em những hướng đi đúng đắn, đi tắt đón đầu, cập nhật được cơng nghệ mới hiện tại của thế giới Thầy đã rèn luyện cho em cách làm việc và tư duy khoa học, tính tự lập trong cơng việc, làm chủ thời gian, cách tìm tài liệu, cách nghiên cứu chuyên nghiệp bắt kịp với trình đợ khoa học của thế giới Tất cả những điều này là đợng lực cho em có thể phấn đấu, nỡ lực vượt qua mọi khó khăn hoàn thành tớt luận văn này

Em xin cám ơn các thầy, các cơ ngành Kỹ thuật điện tử đã tận tình dạy dỡ và truyền đạt những kiến thức quý báu, bở sung cho em những kiến thức nền tảng để có thể nghiên cứu sâu rợng hơn trong lĩnh vực được coi là mũi nhọn của sự phát triển này

Cuới cùng em xin cám ơn cha mẹ, bạn bè, đờng nghiệp đã ủng hợ, tạo điều kiện, hỡ trợ tinh thần cho em trong suớt thời gian vừa qua

Phan Trương Bá Quyền

Những số liệ c sử dụng c chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo Kết quả nghiên c u c công bố trong bất kỳ công trình nghiên c u nào từ ến nay

2 20 2

CHƯƠNG 1 G H 1

1.1 G 1

1.2 H 1

1.3 C 2

CHƯƠNG 2 G H NG N 3

2.1 3

2.3.1 C dây 3 2.3.2 8

2.3.3 11

2.2 Ki n trúc h thống LTE 12 2.3 Các kỹ thu t chính trong LTE 17 2.3.1 ỹ 17

2.3.2 SC-FDMA 26 2.3.3 MIMO 29 2.4 34

5.1 G 61

5.2 Ư 61

5.3 Ư 64

5.3.1 Ư ố Square-LS 64 5.3.2 Ư ố 64

5.4 65

5.4.1 66

5.4.2 69

5.5 Virtual pilot 71 5.6 N 72

5.7 72

6.2.3 88 CHƯƠNG 7

đ đ o 20 đ đ o 20

3 3 o 3 3 36

3 đườ - đườ o 3 3 37 3 3 ư o o ờ - ố 38

đư ư đ đườ 47

o -UTRA 50 51

3 51

51

ố 52

ố đ o 53 ố o đ ố đ o 53 o o 54

o 3 54 ố o đ ố đ o đ 55

ư ư 60

ư o o 62 đ ố 62

đ 74

B ng 6.2 Ánh x đ u ch 16QAM 75 B ng 6.3 Ánh x đ u ch 64QAM 77 ư đ 78 3 o o ư 79

81

85

-QAM 86 -QAM 86 87

-QAM 87 -QAM 88 o 88

o 89

3 o 89

o 3 90

CHƯƠNG 1 G H

1.1 G

h n nh h ng n nh ng ng ng h n n ng ng ng h h ng h h ơn h n n ng ng như n h n ng ư h n ng h n h g ng ng ng nhưng n hư ng ư nh ng ng n ngư h h n ương - ng n ng ư h ngh h nh ng n h nư n n h g nh ng ng n g h ư h ngh h nh ng h n ơ h ng ng n ng ngh ng h ng ng g n h h ư ng n ng n ng h ng h ng h h h ng - h ng nh ư ư ng nh n h ư ư ng nh n ng h h ng - ư ngh n ng nh h ng như h h nh ng n g n nh n nh ng ngh n n g nh h h ng h g n - Cyclic P C ng h n hơn h nh n ư ng hưng ng ư ng h nh n h ng ư h C nh hơn h nh n n ơ h nh ng h nh ư ng n n ngh h h - n n h h n h h ng ng h h ng n n ng nh nh g h n ng h ư ư ng nh n ư nh hư ng nh n

1.2 H

n n h h n h nh ngh n h ng h n h n h ng

- h h ng n - n ưng h ng ng - n ư ng n h ng ư ng n n n ng h ng n ng ng h ư ng n n n n

h ng ng - n h h

- h h ư ư ng nh n hư ng ng gh n

h g h ư ư ng n n n

Error(LMMSE) - ng h nh h ng nh n n n h h n h ng ng h nh n n h ư g

th ư ư ng h nh ng n ng h ng h h h nh - - h

ng ng n - h h n nh n h ng kênh gh ng nh n h nh nh n h

nh n n h n h nh

nh ư ư ng ư ng h LCP L cp CP h C nh n ng

ư ng - nh g h ng h h h ư n 1.3 C vă

CHƯƠNG 2

G H NG N

2.12.3.1 C

CDMA IS-95A

CDMA2000

2.3.1.2 C G

GSM

W-CDMA

- -

Hình 2.4 Cu c ti n hóa c a m ng không dây t 1990-2011

HSPA

Mhz HSUPA cho

HSPA+

Mbps

Hinh 2

2.3.1.3 C G

Hình 2.6 3GPP Release( nguồn 3GPP)

2.3.2 LTE (Long Term Evolution) c gọi là EUTRA (Evolved UMTS

Terrestrial Radio Access) hay E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) là công ngh có kh i dùng t truy c p d li u nhanh, cho phép các telco có th phát tri n thêm nhi u d ch v truy c p sóng vô tuy n m i d a trên n n t ng IP t ặc bi t thu n ti n cho vi c nâng c p m ng t 3G lên 4G M ặt ra cho LTE (Release 10) g m: t truy n d li tr th p và công ngh truy c p sóng vô tuy n gói d li u t i LTE có nh ng c i ti t b c so v i 3G ọ - -Advance

Nh ng k thu t chính dùng trong LTE bao g m Orthogonal Frequency Division Multiplexing ( Q u ch mã mã hóa thích nghi cho t truy n d li z Mbps uplinkMIMO 4x4 Mbps uplink MIMO 4x4 (Release 10)

K thu p s d ng trong LTE là OFDM v i ti n t ng downlink và SC-FDMA v i Cyclic Prefix ng uplink c 3GPP l a chọn b i vì tính m nh mẽ c c hi ng ng trong truy n thông s khi h tr phân t p t n s và k t h p v i MIMO Trong m i sóng mang con k thu u ch c s d ng v i 3 u ch QPSK, 16QAM, 64QAM và t mã hóa có th c K thu t thích nghi link AMC và HARQ t nhanh (trong m i 2 slot - 1 ms) cung c p truy c p d li u t cao và tin c y, s d ng t i thi u tài nguyên

LTE khai thác c truy c p phân chia theo th i gian(TDD) và phân chia theo t n s ng xu d ng trong LTE linh ho z ng xu ng lên (Release 10)

2.7

Tố đ dữ li u peak trong LTE

ố o (Release 10)

 Đường xuống-Downlink

S - OFDMA sau:

- - ọ ọ ẽ

- - CP) -

- -

 Đườ lên-Uplink

S - -FDMA - -

- -

MIMO Downlink OFDM

Uplink: OFDM

(20Mhz, 2x2 MIMO) Uplink: 50Mbps (20Mhz, 1x2)

Downlink 46 Mbps Uplink 7Mbps

(Downlink) 2Mbps – 5Mbps

(Uplink)

2Mbps-4Mbps (Downlink) 500 Kbps – 1.5 Mbps

Ki n trúc hệ thống LTE 2.2

E-UTRAN là ki n trúc m ng s d ng cho các giao di n vô tuy n E-UTRA theo chu n l p v t lý LTE c a 3GPP eNB

2.9

Hình 2.10 Ki n trúc h thống LTE-UTRAN

2.11 o ữ -GW

- - -GW - - ọ

ọ - - NAS

- -

convergence protocol- -

o ườ

2.13 o đ

ặ -

S1 - - - - - - - - cho

ọ ọ

ẽ ọ ọ ọ ọ ọ ọ nhau , khi

2.16 o ố ờ

Trong OFDM, OFDM Tuy nhiên, ( ọ ( - (

ặ

2.17 Cyclic Prefix(CP)

2.3.1.2 Đ









 1

0

0 ,2

exp)

t

Tmfm 

(2.1)

Hình 2.18 Sóng mang con OFDM

đồ đ o

(2.2)

2.20 đồ đ o

z

jk ftjm ftk

jk mftk

OFDM:

2 ()0

0,1

1,

sT

1

20

đ

S(m) = WH … -1

(2.9)

(2.10)

[W]k,n = e-j π -1 (2.11)

2.22 đồ o

2.23 đồ o

ọ , … - không mang thông ti

(2.12)

pilot

2.24 o o

2.3.1.3 Ư đ ểm c a ệ ố OFDM

- OFDM tính toán d dàng thông qua k thu u ch và gi u ch

- S d ng hi u qu ph t n - Ả ng th p - Ch ng l i fading chọn lọc t n s th i chia kênh truy n thành c ẹp

- Ch ng l i nhi u liên ký t ISI nh Cyclic Prefix(CP) -

c song Q c c

OFDM ọ ọ c kênh ẹ

( IFFT ẽ

2.3.1.4 N ư đ ể ệ ố

-

-

- con

2.3.2 SC-FDMA 2.3.2.1 G ệ

ng uplink i nh ng yêu c ng xu ặc bi t v v tiêu th công su t c a thi t b u cu i i v m khi so sánh v u trong mi n th i gian g n gi ng nhi u Gausian, d n t l công su nh so v i công su t trung bình-PAPR so v i tín hi y gi i quy t v này m t k thu t OFDM thay th c s d ng uplink: SC-FDMA(Single Carrier – Frequency Domain t k thu t m c s d ng trong LTE, v n mang nh m c a h th ng v i hi PAPR th p thích h p s d ng cho thi t b u cu ng lên

2.3.2.2 đ C-FDMA

2.25 đồ o -FDMA

Ký t d li u trong mi n th c chuy n qua mi n t n s s d ng bi i n t n s c g n vào v trí mong mu n trong toàn c bi i l i qua mi n th i gian dùng IFFT

Cu c chèn vào SC- c gọi là DFT-SOFDM( Discrete Fourier Transform-Spread OFDM)

Hình 2.26 đồ khối truy n SC-FDMA

0,

lQl

XlQ kkMX

k

 

q + m, 0 q Q-1 k M-1





ặt n = M×q +

01



01 1

m

Mkk

X eQ M





m

xQ



(2.15)Có th th y ký t mi n th i gian c a N-IDFT lặp l i ký t m mi n th i gian c a M-DFT

ng h p c c b

ll

X

  

    

Q × m + q, 0 q Q- - ra IFFT:



X eQ M





m

xQ



Q - - - - ọ

ố o o ườ

2.3.2.3 So sánh OFDM và SC-OFDM

OFDM truy n các ký t song song, m i ký t 1 z ặ z -FDMA truy n các ký t n i ti p t i kho ng th i gian khác nhau, m i ký t chi × z t ký t SC-FDMA trong mi n th c t o thành b ng cách l y m u N l n trong kho ng th i gian 1 ký t SC-FDMA t o thành N ký t d li u B ng cách truy n N ký t d li u n i ti p N l n, SC-FDMA chi

o -FDMA

2.3.3 MIMO 2.3.3.1 G ệ

Có r t nhi u c xem xét trong MIMO, ph thu c vào m c tiêu Truy n phân t - tin c y khi truy n tín hi u c sao chép theo các cách khác nhau Thu phân t v i phát phân t thu c i thi n l i b i vi c k t h p các tín hi u nh ten thu Mã hóa không – th i gian là gi i pháp ph bi n l i phân t p ặ l i mã hóa, nó d dàng k t h p v i nhi u lo i h th ten hóa th n 3GPP, c mô t b i c n phát và thu Mã hóa không gian, th i gian trellis là m t lo i c a mã hóa không – th l i phân t t c là do m ph c t p trong tính toán

Beamforning là m t cho vi c can nhi ng ho t c dùng trong quân s Ă ten thông minh ng h th ng và gi m can nhi ng t bào Beamforming c p nh p trọng s ph c c a dãy t s tín hi u trên nhi u c ng nhi u tr ng), trong khi beamforming chuy n m ch (switched beamforming) chuy n gi c t n trọng s d a trên vi u dài tín hi u nh c Ghép kênh không gian là c a MIMO

o ồ

Nt×Nr, Nt r 2

11122122

-

-

2.3.3.2 ậ

Alamouti

ặ

ẽ

2.30

t ặ

2.3.3.3 G

ặ ặ

H

2.3.3.4 Beamforming

2.32 ư o

ặ

gian

1 2 1 2

OFDM, SC-FD

CHƯƠNG 3 NH N N 3.1 G

n 10 ms (

3.2 C

Tf 307200Ts 10ms)

 - - F

3.2.1

- - Tslot15360Ts0.5ms

One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms

One slot, Tslot = 15360Ts = 0.5 ms

One subframe

3.1:

3.2

3.2.2

ms10

fT 

- - - ô -

- Downlink Pilot Timeslot), GP Uplink Pilot Timeslot)

One slot, Tslot=15360Ts

GP UpPTSDwPTS

One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 msOne half-frame, 153600Ts = 5 ms

30720Ts

One subframe,

30720Ts

GP UpPTSDwPTS

Subframe #2Subframe #3Subframe #4

3.3

C

DwPTS

TS

UpPTS Norm

al cyclic prefix uplink

Extended cyclic prefix uplink

Normal cyclic prefix uplink

Extended cyclic prefix uplink

C downlink

RB

scDLRBN

RB

RBDLRBDLmin,

( ( 180 K

3.3 -

3.4 Frame trong LTE

tham