luận văn: đánh giá chất lượng truyền dẫn trong hệ thống di động 4g LTE

luận văn: đánh giá chất lượng truyền dẫn trong hệ thống di động 4g LTE trường đh quốc gia hà nộiluận văn: đánh giá chất lượng truyền dẫn trong hệ thống di động 4g LTE trường đh quốc gia hà nộiluận văn: đánh giá chất lượng truyền dẫn trong hệ thống di động 4g LTE trường đh quốc gia hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHÚ THẢO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHÚ THẢO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHÚ THẢO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪ TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G TLE Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Trần Trúc Mai ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHÚ THẢO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪ TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G TLE Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Trần Trúc Mai Hà nội – 2014 1 Lời cảm ơn: Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, đến ngày hôm nay tôi gần như đã hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ ngành Công nghệ thông tin tại khoa Công nghệ thông tin trường Đại Học Công nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội. Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy, Cô trong trường đã giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức về lĩnh vực công nghệ thông tin, giúp tôi có kiến thức để hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu và đặc biệt là trong quá trình công tác chuyên môn. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Tiến sĩ Trần Trúc Mai đã định hướng và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Trong quá trình thực hiện, có những lúc tôi đã gặp rất nhiều khó khăn vì đây là lĩnh vực tương đối mới mẽ với cá nhân tôi, nhưng Thầy đã tận tình chỉ bảo cho tôi nhiều kiến thức và kinh nghiệm trong suốt quá trình thực hiện. Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều, hơn nữa đây là lĩnh vực tương đối mới mẽ với bản thân nên luận văn còn có nhiều thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô và các bạn học viên cao học. Hà Nội, tháng 10 năm 2014 HỌC VIÊN Lê Phú Thảo 2 Lời cam đoan: Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, không sao chép của bất kỳ ai. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Tác giả luận văn Lê Phú Thảo 3 ContentPHỤ LỤC Lời cảm ơn: 1 Lời cam đoan: 2 PHỤ LỤC 3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5 DANH MỤC HÌNH VẼ 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU 9 MỞ ĐẦU 10 PHẦN 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE [1,3,4] 12 1.1. Giới thiệu về công nghệ 4GPP LTE [2, tr.2-7] 12 1.1.1. Một số thuộc tính quan trọng của LTE 12 1.1.2. Băng thông truyền dẫn 13 1.1.3. Chương trình đa truy nhâp 13 1.2. Kênh lớp vật lý. 13 1.3. Điều chế và mã hoá 14 1.4. Cấu trúc frame đường xuống 15 1.4.1. Cấu trúc khe đường xuống 16 1.4.2. Frame đường lên và cấu trúc khe đường lên 17 1.5. So sánh LTE với HSPA và WiMAX [4] 18 1.6. Kết luận 20 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ [1, tr.5-16] 21 2.1. Lý do sử dụng điều chế số 21 2.2. Các đặc điểm tín hiệu có thể được sửa đổi. 21 2.3. Định dạng I/Q 22 2.4. Điều chế dịch pha: 22 2.4.1. Điều chế dịch pha nhị phân BPSK 22 2.4.2. Điều chế dịch pha cầu phương. 23 2.5. Điều chế khoá dịch biên: 23 2.6. Điều chế biên độ cầu phương. 24 Chương 3. PHƯƠNG PHÁP GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM [7,8] 26 4 3.1. Giới thiệu 26 3.2. Lịch sử của OFDM [7] 27 3.3. Điều chế đa sóng mang [8] 28 3.3.1. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. 30 3.3. Các vấn đề liên quan đến OFDM 31 3.3.1. Khoảng bảo vệ 31 3.3.2. Sóng mang con rỗng 33 3.3.3. Sự phân chia giải băng. 33 3.3.4. Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình 35 3.4. Kiến trúc máy thu phát OFDM 37 Chương 4. CÁC YẾU TỐ ĐƯỜNG TRUYỀN 41 4.1. Nhiễu trắng 41 4.1.1. Giới thiệu 41 4.1.2. Mô hình toán học cho mô phỏng kênh truyền AWGN 41 4.2. Rayleigh fading 43 4.2.1. Giới thiệu 43 4.2.2. Fading vùng rộng và fading vùng hẹp 44 4.2.3. Mô hình toán học của kênh rayleigh fading. 48 PHẦN 2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 52 Chương 5. MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI, KÊT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 52 5.1. Mô phỏng sơ đồ điều chế BPSK 52 Để thực hiện các mô phỏng trong luận văn này tác giả đã sử dụng công cụ mô phỏng là ngôn ngữ lập trình Matlab, bởi nó là một ngôn ngữ linh hoạt và nó có nhiều hàm và chức năng phù hợp với yêu cầu của bài toán đặt ra. 52 5.2. Mô phỏng sơ đồ điều chế QPSK 53 5.3. Mô phỏng sơ đồ điều chế QAM. 54 5.4. Kết quả mô phỏng chất lượng truyền dẫn đường xuống của hệ thống di động 4G LTE 55 5.5. Kết luận 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 5 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Long term evolution LTE Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM Inter-symbol interference ISI Time-Division Multiple Access TDMA Code-Division Multiple Access CDMA Digital-Advance Mobile Phone System D-AMPS Global System for Mobile Phone GSM Frequency Division Multiple Access FDMA Universal Mobile Telecommunication System UMTS High Speed Packet Access HSPA Time Division Synchronous Code Division Multiple Access TD-SCDMA Third Generation Patnership 3GPP Multi Input Multi Output MIMO Wideband Code Division Multiple Access WCDMA Binary Phase Shift Keying BPSK Quadrature Phase Shift Keying QPSK Quadrature Amplitude Modulation QAM Adaptive Modulation and Coding AMC High Speed Dowlink Packet Access HSDPA High Speed Uplink Packet Access HSUPA Frequency Division Duplex FDD Time Division Duplex TDD UMTS Terrestrial Radio Access UTRA Fast Fourier Transform FFT Transmit Time Interval TTI Primary-Synchronization Channel P-SCH Secondary-Synchronization Channel S-SCH Physical Broadcast Channel PBCH Physical Downlink Shared Channel PDSCH Physical Downlonk Control Channel PDCCH Reference Signal RS Cyclic Prefix CP Resource Block RB Radio Frequency RF Digital Video Broadcast-Satellite DVB-S Amplitude Signal Keying ASK Digital Video Broadcast-Cable DVB-C Inter-Carrier Interference ICI Peak-to-Average Power Ratio PAPR Output Back-Off OBO 6 Discrete Faurier Transform DFT Inverse Discrete Fourier Transform IDFT Additive White Gaussian Noise AWGN 7 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cấu trúc frame loại 1 [2,tr.5] 15 Hình 1.2. Lưới tài nguyên đường xuống [2,tr.6] 16 Hình 1.3. frame đường lên và định dạng khe cho cấu trúc frame loại 1 [2,tr.7] 18 Hình 1.4. So sánh các chỉ số của các công nghệ HSPA, mWiMAX và LTE 18 Hình 2.1: Đặc điểm của tín hiệu được thay đổi [1,tr.7] 21 Hình 2.2 : Định dạng I/Q 22 Hình 2.4: Giản đồ véctơ và sơ đồ chòm sao trong điều chế QAM 24 Hình 3.1. Điều chế đa sóng mang không chồng lấn (a), điều chế đa sóng mang chồng lấn (b) 28 Hình 3.3. (a) Minh hoạ của ISI do chậm trễ đa đường, (b) Khoảng bảo vệ bằng không để tránh ISI, (c) khoảng bảo vệ với tiền tố lặp để loại bỏ ISI. 32 Hình 3.4. Mặt nạ phổ cho tín hiệu LAN trong băng tần U-NII 34 Hình 3.5 Cửa sổ miền thơi gian của tín hiệu OFDM 35 Hình 3.6 Điểm đầu ra chờ truyền của bộ khuếch đại công suất 36 Hình 3.7. Đáp ứng tần số kênh và hiệu ứng kênh fading trên sóng mang con OFDM 38 Hình 3.8. Kiến trúc máy thu và máy phát của hệ thống OFDM 40 Hình 4.1. Mô kênh truyền AWGN 41 Hình 4.2. Biểu hiện của kênh Fading [3, tr.91] 45 Hình 4.3. Suy hao và nhiễu đường truyền trong hiện tượng fading [3, tr.92] 47 Hình 4.4. Mối quan hệ giữa fading vùng rộng và fading vùng hẹp [3, tr.92] 48 Hình 4.5. Hiện tượng đa đường trong truyền dẫn vô tuyến 49 Hình 5.1. Kết quả mô phỏng tín hiệu điều chế BPSK 52 Hình 5.2. Kết quả mô phỏng tín hiệu điều chế QPSK 53 8 Hình 5.3. Kết quả mô phỏng phương pháp điều chế 16QAM 54 Hình 5.4. Sơ đồ quá trình mô phỏng 57 Hình 5.5. Kết quả tính BER của mô phỏng đường xuống của 4G LTE với sơ đồ điều chế QPSK trong môi trường rayleigh fading một tia 58 Hình 5.6. Kết quả tính BER của mô phỏng đường xuống của 4G LTE với sơ đồ điều chế QPSK trong môi trường rayleigh fading một tia 58 Hình 5.7. Kết quả tính BER của mô phỏng đường xuống của mạng di động 4G LTE với sơ đồ điều chế 16QAM trong môi trường rayleigh fading một tia 59 Hình 5.8. Kết quả BER của đường xuống của 4G LTE với sơ đồ điều chế 64QAM trong môi trường rayleigh fading một tia 59 Hình 5.9. Kết quả chỉ số BER theo EbN0 của 3 sơ đồ điều chế trong môi trường AWGN 60 Hình 5.10. Kết quả chỉ số BER theo EbN0 của 3 sơ đồ điều chế trong môi trường Rayleigh fading một tia. 60 [...]... kém Vì thế mà việc xây dựng mô phỏng hệ thống này là hết sức cần thiết bởi nó làm giảm thiểu chi phí, hơn nữa để phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu thì việc xây dựng các bộ mô phỏng để chứng minh các kết quả nghiên cứu lý thuyết là hết sức cần thiết Vì vậy đề tài Đánh giá chất lượng truyền dẫn trong hệ thống di động 4G LTE là đề tài có ý nghĩa thực tiễn và có giá trị về khoa học 12 PHẦN 1 CƠ SỞ... nay Ngoài ra, truyền tải với nhiều ăng ten đầu vào và nhiều ăng ten đầu ra 11 (MIMO) sẽ được hỗ trợ cho thông lượng lớn, cũng như nâng cao năng lực hoặc phạm vi hoạt động của hệ thống Hiện nay chuẩn 4G LTE là hệ thống đang được các nhà khoa học nghiên cứu và sắp được các nhà cung cấp triển khai, tuy nhiên để triển khai được hệ thống LTE trên thực tế, thì nó phải trải qua nhiều mức độ đánh giá thử nghiệm... TD-SCDMA Với yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ của hệ thống mạng di động, thì giải pháp là phải nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng có khả năng đáp dứng yêu cầu này của người sử dụng, Để đảm bảo khả năng cạnh tranh của hệ thống 3G trong tương lai, một tiến hoá dài hạn (LTE) 3GPP đã được chấp nhận bởi Release 8 của chuẩn 3GPP Các đặc điểm của LTE cung cấp một khuôn khổ cho việc... Rayleigh fading một tia 56 10 MỞ ĐẦU Ngày nay lĩnh vực thông tin di dộng đang đứng trước những yêu cầu ngày càng cao về chất lượng dịch vụ và tốc độ truy nhâp Thế giới đã chứng kiến những bước phát triển của công nghệ này thông qua việc phát triển các thế hệ mạng di động trên toàn cầu Đánh dấu sự phát triển, đầu tiên cần phải nói đến sự ra đời công nghệ 2G, đặc trưng cơ bản của hệ thống này... Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE [1,3,4] 1.1 Giới thiệu về công nghệ 4GPP LTE [2, tr.2-7] Hệ thống không dây thế hệ thứ 3 (3G) dựa trên W-CDMA, Hiện đã được triển khai rộng rãi trên phạm vi toàn cầu W-CDMA duy trì được lợi thế cạnh tranh bằng cách cung cấp truy cập gói tốc độ cao (HSPA) trong cả hai chế độ đường xuống và đường lên Để đảm bảo khả năng cạnh tranh của hệ thống 3G trong tương lai, một tiến... thể truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao và chất lượng cũng như số lượng dịch vụ tăng lên 21 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ [1, tr.5-16] 2.1 Lý do sử dụng điều chế số Việc chuyển sang điều chế số cung cấp nhiều năng lượng thông tin, khả năng tương thích với các dịch vụ dữ liệu số, bảo mật dữ liệu cao hơn, chất lượng truyền thông tốt hơn, và tính sẳn sàng hệ thống nhanh hơn Việc phát triển các hệ thống. .. sử dụng Tuy nhiên, lượng dịch vụ cho hệ thống truyền thông đa phương tiện được tiên liệu trước cho cả hai lĩnh vực chung và riêng tư Mạng có dây không thể hỗ trợ mở rộng cho mạng di động không dây bởi vì các kênh vô tuyến di động là nhiều nhiễu hơn so với mạng truyền thông có dây, chúng ta cũng không thể bảo toàn các yêu cầu cao của chất lượng dịch vụ (quality of service – QoS) trong mạng có dây Các... thể dẫn đến có thể giảm thiểu được các hiện tượng như hiện tượng đa đường 20 1.6 Kết luận Việc phát triển các mạng viễn thông không dây lên 4G LTE là một tất yếu khi nhu cầu sử dụng đa phương tiện tốc độ cao trên các thiết bị di động đầu cuối ngày càng tăng cao, hơn nữa LTE là nột công nghệ có ưu thế hơn rất nhiều so với các công nghệ cũ như HSPA hoặc mWiMAX, mặc dù việc sản xuất các thiết bị di động. .. mà không cần sửa đổi hệ thống ăng-ten, hiệu suất của giao thức LTE có tốc độ cao nhờ khả năng tương thích với cả phương thức TDD và FDD trong khi mWiMAX (moble WiMAX) chỉ tương thích với TDD HSPA mWiMAX LTE Lưu lượng Vùng phủ sóng Độ phức tạp Giá thành Hình 1.4 So sánh các chỉ số của các công nghệ HSPA, mWiMAX và LTE 19 Từ bảng trên chúng ta có thể thấy rằng LTE so với các công nghệ khác có một số đặc... điểm nổi trội như: lưu lượng LTE đạt lưu lượng lớn hơn nhiều so với các công nghệ khác như đối với HSPA lưu lượng của LTE tăng gấp hai lần, nó cũng tăng gấp ¼ lần so với mWiMAX Về vùng phủ sóng, công nghệ LTE đạt hiệu quả về vùng phủ sóng cao, so với HSPA vùng phủ sóng của LTE tăng gấp hai lần còn đối với mWiMAX thì LTE tăng gấp ¾ lần Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên thì LTE cũng có một số nhược . ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHÚ THẢO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN . ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHÚ THẢO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN . TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ PHÚ THẢO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪ TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G TLE Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và