BÁO CÁO THỰC TẬP-CHƯƠNG II-CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCED TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Báo cáo thực tập chương 2 MỤC LỤC Page 1 Báo cáo thực tập chương 2 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ LTE – ADVANCED TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1. LTE-Advanced LTE-Advanced (Long Term Evolution-Advanced) là sự tiến hóa của công nghệ LTE, công nghệ dựa trên OFDMA này được chuẩn hóa bởi 3GPP trong phiên bản (Release) 8 và 9. LTE-Advanced, dự án được nghiên cứu và chuẩn hóa bởi 3GPP vào năm 2009 với các đặc tả được mong đợi hoàn thành vào quí 2 năm 2010 như là một phần của Release 10 nhằm đáp ứng hoặc vượt hơn so với những yêu cầu của thế hệ công nghệ vô tuyến di động thứ 4 (4G) IMT-Advance được thiết lập bởi ITU. LTE Advance sẽ tương thích ngược và thuận với LTE, nghĩa là các thiết bị LTE sẽ hoạt động ở cả mạng LTE-Advance mới và các mạng LTE cũ. ITU đã đưa ra các yêu cầu cho IMT-Advance nhằm tạo ra định nghĩa chính thức về 4G. Thuật ngữ 4G sẽ áp dụng trên các mạng tuân theo các yêu cầu của IMT-Advance xoay quanh báo cáo ITU-R M.2134. Một số yêu cầu then chốt bao gồm: • Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến và bao gồm 40Mhz. • Khuyến khích hỗ trợ các độ rộng băng tần rộng hơn. • Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống tối thiểu là 15 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4). • Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường lên tối thiểu là 6,75 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4). • Tốc độ thông lượng lý thuyết là 1,5 Gb/s. 2.1.1 So sánh LTE-Advanced và LTE • LTE-Advanced (phiên bản R10, R11) thực sự là công nghệ mạng di động 4G, còn LTE (phiên bản R8, R9) chỉ được xem như là công nghệ 3.9G. • LTE-Advanced, như tên gọi của nó, thực chất chỉ là bản nâng cấp của LTE nhằm hướng đến thỏa mãn các yêu cầu của IMT-Advanced. Việc nâng cấp này được thể hiện ở chỗ các công nghệ đã được sử dụng trong LTE thì vẫn được sử dụng trong Lte advanced (OFDMA, SC-FDMA, MIMO, AMC, Hybrid ARQ…). Tuy nhiên có một số cải tiến để phát huy tối đa hiệu quả của chúng như MIMOtăng cường (8x8 MIMO). Đồng thời LTE-Advanced còn ứng dụng thêm nhiều công nghệ kỹ thuật mới: 1. Truyền dẫn băng rộng và chia sẻ phổ tần. Page 2 Báo cáo thực tập chương 2 2. Đa anten cải tiến (Multi-antenna Enhancements). 3. Các bộ lặp và các bộ chuyển tiếp 4. MCMC CDMA • Bằng việc áp dụng thêm nhiều giải pháp công nghệ kỹ thuật mới như trên, LTE-Advanced có các đặc tính cao hơn hẳn so với LTE về nhiều mặt (tốc độ, băng thông, hiệu suất sử dụng phổ, độ trễ xử lý…). Trong khi LTE chỉ cho phép truyền dữ liệu với tốc độ tối đa là 326 Mbps thì LTE-Advanced có tốc độ đỉnh lên đến 1 Gbps. Độ trễ xử lý nhỏ nhất của LTE-Advanced là ~5 ms trong khi ở LTE là ~10ms (gấp 2 lần so với LTE-Advanced)… 2.2. Những công nghệ đề xuất cho LTE-Advanced 2.2.1. Băng thông và phổ tần Mục tiêu tốc độ số liệu đỉnh của LTE-Advance rất cao và chỉ có thể được thỏa mãn một cách vừa phải bằng cách tăng độ rộng băng truyền dẫn hơn nữa so với những gì được cung cấp ở Release đầu tiên của LTE và độ rộng băng truyền dẫn lên đến 100Mhz được thảo luận trong nội dung của LTE-Advance. Việc mở rộng độ rộng của băng sẽ được thực hiện trong khi vẫn duy trì được tính tương thích phổ. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng “khối tập kết sóng mang”, trong đó nhiều sóng mang thành phần LTE được kết hợp trên lớp vật lí để cung cấp độ rộng băng cần thiết. Đối với thiết bị đầu cuối LTE, mỗi sóng mang thành phần sẽ xuất hiện như là một sóng mang LTE trong khi một thiết bị đầu cuối LTE-Advanced có thể khai thác toàn bộ độ rộng băng khối kết tập. Hình 2.1 minh họa trường hợp các sóng mang thành phần liên tiếp nhau mặc dù ở khía cạnh băng gốc, điều này không phải là điều kiện tiên quyết. Truy nhập đến một lượng lớn phổ liên tục ở bậc 100Mhz không thể có thường xuyên. Do đó, Page 3 Báo cáo thực tập chương 2 LTE-Advanced có thể cho phép kết tập các sóng mang thành phần không liền kề để xử lí các tình huống trong đó một khối lượng lớn phổ liên tiếp nhau không sẵn có. Tuy nhiên, nên lưu ý rằng sự kết tập phổ không liền kề nhau đang là thách thức từ khía cạnh thực thi.Vì vậy, mặc dù khối kết tập phổ được hỗ trợ bởi các đặc tả cơ bản thì sự kết tập phổ phân tán chỉ được cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối cấp cao nhất. Truy nhập trên các độ rộng băng tần truyền dẫn cao hơn không chỉ hữu ích từ khía cạnh tốc độ đỉnh mà quan trọng hơn là công cụ cho việc mở rộng độ phủ sóng với các tốc độ số liệu trung bình. Hình 2.1 Ví dụ về khối tập kết sóng mang 2.2.2. Giải pháp đa anten Các công nghệ đa anten, bao gồm định dạng chùm và ghép kênh theo không gian là các thành phần công nghệ then chốt vốn có của LTE và chắc chắn sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng hơn trong LTE-Advanced. Thiết kế đa anten hiện tại cung cấp lên đến bốn cổng anten với các tín hiệu tham chiếu ô cụ thể tương ứng ở đường xuống, kết hợp với sự tiền mã hóa dựa trên sổ mã. Cấu trúc này cung cấp cả sự ghép theo không gian lên đến bốn lớp, đưa đến tốc độ bit đỉnh là 300Mbit/s cũng như là định dạng chùm (dựa trên sổ mã). Kết hợp với nhau trên độ rộng băng toàn phần là 100 Mhz, sơ đồ ghép không gian LTE hiện tại sẽ đạt được tốc độ đỉnh là 1,5Gb/s vượt xa so với yêu cầu của LTE-Advanced. Có thể thấy trước rằng hỗ trợ ghép kênh theo không gian đường lên sẽ là một phần của LTE-Advance. Việc tăng số lớp truyền dẫn đường xuống vượt xa con số bốn là có khả năng và có thể được sử dụng như là phần bổ sung đối với sự tăng tốc đỉnh thông qua sự mở rộng băng tần. 2.2.3. Hệ thống phối hợp truyền dẫn đa điểm CoMP (Coordinated Multi-Point Transmission) Hệ thống phối hơp có 1 nút nguồn phân phát 1 bản tin đến một số nút chuyển tiếp. Các nút này gửi lại tín hiệu đã được xử lý đến nút đích. Nút đích kết hợp và sử Page 4 Báo cáo thực tập chương 2 dụng phân tập tín hiệu thu được từ các nút chuyển tiếp và từ nút nguồn để nhận được tín hiệu thu. Hình 2.2: Hệ thống phối hợp với 2 nút chuyển tiếp  Lợi ích của hệ thống CoMP trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ:  Tăng hiệu quả sử dụng mạng: bằng việc cung cấp kết nối tới nhiều trạm cùng lúc, dữ liệu có thể tận dụng tối ưu tài nguyên của các trạm thu phát đó.  Nâng cao chất lượng thuê bao: Sử dụng nhiều tế bào mạng trên 1 thuê bao sẽ tăng khả năng thu nhận và giảm đáng kể việc mất kết nối.  Giảm nhiễu: Hệ thống này giúp cải thiện đáng kể về tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm và can nhiễu ở thiết bị đầu cuối. 2.2.4. Các bộ lặp và chuyển tiếp a) Khái quát LTE-Advanced có khả năng đáp ứng hiệu quả các mạng không đồng nhất bằng các Node chuyển tiếp (RNs). Tức là khả năng kết hợp các tế bào nhỏ và lớn. RNs là các trạm công suất thấp cung cấp và nâng cao chất lượng phủ sóng tại các vùng biên hay các vùng sâu vùng xa. Trong thông tin di động, các user ở khu vực rìa cell thường thu tín hiệu với SNR rất thấp vì xa trạm gốc. Hệ thống 4G lại yêu cầu truyền dữ liệu tốc độ cao nên những user ở rìa cell sẽ không đáp ứng được tốc độ theo yêu cầu đó. Sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp để mở rộng vùng phủ sóng ở khu vực rìa cell, giúp các user ở khu Page 5 Báo cáo thực tập chương 2 vực rìa cell vẫn đảm bảo được tốc độ truyền dữ liệu cao đúng như yêu cầu của hệ thống 4G. Hệ thống 4G truyền tải dữ liệu tốc độ cao nên tiêu tốn nhiều năng lượng của trạm gốc cũng như của thiết bị người dùng hơn so với các hệ thống trước. Sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp giúp cải thiện được công suất tiêu thụ nên tiết kiệm được năng lượng, làm tăng thời gian sống của trạm gốc cũng như các thiết bị người dùng trong hệ thống 4G. b) Nguyên lý Sử dụng nút chuyển tiếp để truyền và nhận dữ liệu giữa eNodeB và thiết bị người dùng UE thông qua việc truyền dẫn qua nhiều chặng. Hình 2.3: Minh hoạ kỹ thuật chuyển tiếp  Các nút chuyển tiếp Các loại RNs: • Loại 1: có thể giúp một UE ở xa, nằm ngoài vùng phủ của eNodeB, truy nhập tới eNodeB. Mục tiêu chính của nó là để mở rộng vùng phủ tín hiệu của dịch vụ. • Loại 2: giúp một UE nội hạt, nằm trong vùng phủ của eNodeB và có tuyến thông tin trực tiếp đến eNodeB, cải thiện được chất lượng dịch vụ và dung lượng tuyến truyền dẫn của nó. Mục tiêu chính của nó là để gia tăng toàn bộ dung lượng hệ thống bằng việc tạo ra phân tập đa đường và độ lợi truyền dẫn các UE nội hạt.  Các chiến lược chuyển tiếp: Page 6 Báo cáo thực tập chương 2 Hình 2.4: Chuyển tiếp 1 chiều Hình 2.5: Chuyển tiếp 2 chiều  Các cơ chế : • Khuếch đại và chuyển tiếp (AF: Amplify and Forward)  Đầu tiên, nút chuyển tiếp nhận tín hiệu từ eNodeB (hay UE). Sau đó khuếch đại tín hiệu thu này và chuyển tiếp nó đến UE (hay eNodeB). • Giải mã hoá và chuyển tiếp (DF: Decode and Forward)  Đầu tiên, nút chuyển tiếp giải mã hoá tín hiệu thu được từ eNodeB (hay UE). Sau đó nếu dữ liệu được giải mã đúng, nút chuyển tiếp sẽ thực hiện mã hoá kênh và chuyển tiếp tín hiệu mới đến UE (hay eNodeB).  Vùng phủ sóng: Page 7 Báo cáo thực tập chương 2 Xem xét một cell gốc được biểu thị là một hình tròn và các trạm chuyển tiếp được đặt đồng đều bao quanh BS. Bán kính của cell cực đại đạt được bởi BS và các trạm chuyển tiếp đặt đồng đều bao quanh nó gọi là dải vùng phủ. Hình 2.6: Ví dụ về tăng vùng phủ bằng 8 trạm chuyển tiếp  Các cơ chế bắt cặp cho việc lựa chọn chuyển tiếp: Trong một mạng với nhiều nút chuyển tiếp và nhiều UE hiện diện, một điều quan trọng là lựa chọn một nút chuyển tiếp bắt cặp với một UE để đạt được đầu ra tốt nhất. Có 2 cơ chế: • Cơ chế bắt cặp tập trung. • Cơ chế bắt cặp phân phối. c) Ý nghĩa Kỹ thuật chuyển tiếp được sử dụng với nhiều ưu điểm: • Mở rộng vùng phủ sóng của eNodeB. • Cung cấp tốc độ dữ liệu cao, đặc biệt tại khu vực rìa cell, nơi mà ở đó có tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR thấp. • Nâng cao chất lượng hệ thống. • Tối ưu được tiêu thụ công suất trên toàn bộ tuyến truyền dẫn. • Giá thành thiết bị thấp hơn eNodeB. • Nhỏ gọn, dễ lắp đặt. 2.2.5 MCMC CDMA Page 8 Báo cáo thực tập chương 2 Song song với các giải pháp trên thì một đề xuất cũng đang được đưa ra đó là MCMC CDMA (Multicode Multicarrier Code Division Multiple Access) nhằm cung cấp nhiều loại tốc độ khác nhau được truyền đi trên nhiều song mang con. 2.2.5.1 Hệ thống Multicarrier CDMA  Nguyên lý chung của kỹ thuật MC – CDMA (Multicarrier - CDMA) • Với kỹ thuật OFDM, mỗi user trong cùng một cell sử dụng một tập tần số sóng mang phụ riêng biệt. • Còn đối với kỹ thuật MC- CDMA tất cả các user sử dụng chung một tập tần số sóng mang phụ. Mỗi user phân biệt với user khác nhờ chuỗi mã của riêng user đó. • MC–CDMA là một hình thức của CDMA hoặc trải phổ, nhưng chúng ta ứng dụng trải phổ trong miền tần số (xa hơn nữa là trong miền thời gian như trải phổ trực tiếp CDMA– DS CDMA). • MC-CDMA là một hình thức của ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM), nhưng chúng ta ứng dụng đầu tiên cho hoạt động ma trận trực giao đến các bit người dùng,do đó MC–CDMA thỉnh thoảng cũng được gọi là CDMA –OFDM. Hình 2.7: Sơ đồ khối máy phát MC - CDMA Mỗi user được cấp cho một chuỗi mã xác định thuộc tập mã trực giao (DS- CDMA), sau đó dữ liệu của tất cả user được phát song song trên cùng một tập sóng mang phụ trực giao (OFDM), thay vì phát nối tiếp như trong hệ thống DS –CDMA. Ở máy thu, tín hiệu thu được nhân với các sóng mang phụ trực giao, giải điều chế số rồi được kết hợp thành một luồng dữ liệu nối tiếp.Tại đây, để thu được dữ Page 9 Báo cáo thực tập chương 2 liệu của user thứ k, ta nén phổ luồng dữ liệu nối tiếp vừa thu được bằng chỗi trải mã user k. Hình 2.8: Sơ đồ khối máy thu MC – CDMA ứng với user k Mỗi một chip của ký hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp được ánh xạ lên một sóng mang phụ riêng. Do đó, trong hệ thống MC-CDMA, các chip của dữ liệu trải phổ chuỗi trực tiếp được phát song song trên các sóng mang phụ khác nhau, thay vì phát tuần tự như trong hệ thống DS-CDMA. Hình 2.9: Tín hiệu MC-CDM cho một user Mỗi bit của user với thời khoảng là sẽ được trải phổ bằng mã của user đó với chu kỳ chip là nên độ lợi xử lý là: Tùy theo kiểu điều chế mà có bao nhiêu chip được ánh xạ lên một sóng mang. Nếu kiểu điều chế là BPSK thì mỗi chip sau đó được ánh xạ lên một sóng mang. Page 10 [...]... Mary được miêu tả trên hình 2.12 Tại bộ phát, một trong số M chuỗi mã thông tin (n) được chọn tùy thuộc vào ký tự dữ liệu M-ary Chuỗi mã này sẽ được nhân với chuỗi mã đặc trưng cho người dùng và một hệ số biên độ , phép nhân giữa hai chuỗi mã được thực hiện theo kiểu chip-nhân-chip Chuỗi kết quả được điều chế và truyền ra ngoài kênh truyền Page 13 Báo cáo thực tập chương 2 Hình 2.12: Mô hình bộ phát và... Hệ thống multicode multicarrier CDMA hứa hẹn là phương pháp hỗ trợ cho tốc độ dữ liệu lớn và đa người dùng trong hệ thống thông tin di động tế bào Bằng cách sử dụng lý thuyết multicode, hệ thống MC-MC-CDMA đã đạt được hai khả năng là trải phổ tốt cũng như đa dạng về tần số Cùng trong một băng thông, cả việc phân tích và mô phỏng thì kết quả đều cho thấy rằng hệ thống MC-MC-CDMA làm tốt hơn hệ thống.. .Báo cáo thực tập chương 2 Còn nếu kiểu điều chế là QPSK thì mỗi symbol dùng để điều chế đa sóng mang sẽ bao gồm 2 chip Do đó, trong hệ thống MC-CDMA, các chip của dữ liệu trải phổ chuỗi trực tiếp được phát song song trên các sóng mang phụ khác nhau, thay vì phát tuần tự như trong hệ thống DS-CDMA  Ưu và nhược điểm của hệ thống MC-CDMA... cho một người dùng một tập gồm M chuỗi mã Trong các hệ thống này, chỉ một phần hay toàn bộ các chuỗi mã của người dùng được sử dụng để truyền tin trong một chu kỳ ký tự dữ liệu Mô hình Multi-code CDMA tổng quát này được miêu tả như ở hình 2.13 Page 14 Báo cáo thực tập chương 2 Hình 2.13: Mô hình Multi-code CDMA tổng quát Ứng với mô hình Multi-code CDMA kiểu truyền song song, mỗi người dùng được gán... kiểu truyền song song với tốc độ dữ liệu là MR Page 15 Báo cáo thực tập chương 2 Hệ thống MTC-MC-CDMA (Multi-Code Multi-Carrier CDMA) là sự kết hợp của hai hệ thống Multi-Code CDMA và Multi-Carrier CDMA Hệ thống MTC– MC-CDMA giúp tăng cường tốc độ trong việc truyền dữ liệu là video, hình ảnh …, cải thiện chất lượng dữ liệu, dung lượng khi truyền trong môi trường nhiễu đa đường, nhiễu đa truy cập Hệ... lượng của hệ thống đi 50% với BER trong môi trường fading Rayleigh  Việc cộng một số lượng lớn sóng mang phụ trước khi phát đã tạo ra đường bao của tín hiệu có giá trị lớn Các giá trị lớn này có thể lái các bộ khuếch đại sang trang thái bảo hòa và gây sai dạng tín hiệu  Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR lớn 2.2.5.2 Hệ thống Multicode CDMA Page 11 Báo cáo thực tập chương 2 Hệ thống Multi-code... cao tần Hình 2.10 miêu tả sơ đồ khối bộ phát trong hệ thống Multi-code CDMA kiểu truyền song song Bộ thu của hệ thống Multi-code CDMA được xem như tương ứng với M bộ thu của hệ thống DS-CDMA Hình 2.11 miêu tả sơ đồ khối của bộ thu hệ thống Multi-code CDMA kiểu truyền song song Hình 2.10: Sơ đồ khối bộ phát Multi-code CDMA kiểu truyền song song Page 12 Báo cáo thực tập chương 2 Hình 2.11: Sơ đồ khối bộ... sóng mang đa mã (single carrier multicode CDMA về xác xuất lỗi bit và dung lượng người dùng trong điều kiện kênh truyền Rayleigh fading lựa chọn tần số • Kết luận:  Hệ thống MTC–MC-CDMA giúp tăng cường tốc độ trong việc truyền dữ liệu là video, hình ảnh…, cải thiện chất lượng dữ liệu, dung lượng khi truyền trong môi trường nhiễu đa đường, nhiễu đa truy cập  Đạt được hai khả năng là trải phổ tốt cũng... ưu điểm chính là làm giảm tốc độ symbol trên mỗi sóng mang phụ để mà khoảng symbol dài dễ thực hiện giả đồng bộ hơn • Nhược điểm:  Rất nhạy với offset tần số và khuếch đại phi tuyến vì sử dụng kỹ thuật đa sóng mang  Offset tần số do hiện tượng dịch Doppler (sự di chuyển) hay mất phối hợp giữa các bộ tạo dao động sóng mang cao tần ở máy phát và ở máy thu dẫn đến tính trực giao giữa các sóng mang phụ... mã (M ≤ M ') là được truyền trong một chu kỳ ký tự, tập con M' mã này tượng trưng cho một “từ mã” trong không gian từ mã được hình thành do sự kết hợp các khả năng có thể có của M' chuỗi mã (có tính đến các chuỗi mã trái dấu) Vì vậy, M' mã có thể hình thành nên một không gian từ mã với W= từ mã khác nhau, mỗi từ mã tượng trưng cho một khối dữ liệu cụ thể với H = [ = W] bit, trong đó () biểu thị số tổ . Báo cáo thực tập chương 2 MỤC LỤC Page 1 Báo cáo thực tập chương 2 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ LTE – ADVANCED TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1. LTE-Advanced LTE-Advanced (Long Term. sử dụng MIMO 4x4). • Tốc độ thông lượng lý thuyết là 1,5 Gb/s. 2.1.1 So sánh LTE-Advanced và LTE • LTE-Advanced (phiên bản R10, R11) thực sự là công nghệ mạng di động 4G, còn LTE (phiên bản R8,. dùng trong hệ thống thông tin di động tế bào. Bằng cách sử dụng lý thuyết multicode, hệ thống MC-MC-CDMA đã đạt được hai khả năng là trải phổ tốt cũng như đa dạng về tần số. Cùng trong một băng thông,