Kỹ thuật mimo trong thông tin di động 3g+ luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: KỸ THUẬT MIMO TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+ Người hướng dẫn : ThS ĐẶNG THÁI SƠN Sinh viên thực : Lớp : BÙI QUANG DŨNG 47K-ĐTVT Vinh, 5/2011 Mở đầu Thông tin di động đời trở thành bước ngoặt lớn tiến trình phát triển xã hội loài người, nhanh chóng trở thành nghành công nghiệp tiềm năng, lĩnh vực then chốt để loài người thu hẹp khoảng cách lại với Cho đến nay, thông tin di động trải qua nhiều hệ Thế hệ thứ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Thông tin di động hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Thông tin di động hệ thứ ba (3G) gần đưa vào thương mại hóa, nhu cầu chất lượng dịch vụ tốc độ liệu ngày tăng Do vậy, phát triển sau 3G tổ chức đặc biệt 3GPP nghiên cứu triển khai Tiêu biểu cho công nghệ thông tin di động sau 3G (3G+) HSPA+ LTE Để đáp ứng nhu cầu chất lượng dịch vụ tốc độ liệu ,các công nghệ bổ sung thêm nhiều đặc tính mới, số đặc tính kỹ thuật MIMO Những năm gần đây, kỹ thuật đa anten MIMO nhiều tổ chức toàn cầu sâu vào nghiên cứu ứng dụng Hệ thống MIMO có triển vọng hệ thống thông tin di động hệ sau không cho phép đạt hiểu sử dụng phổ tần cao mà có tính khả thi phần cứng phần mềm tiến công nghệ xử lý tín hiệu số DSP biển đổi tương tự số ADC tốc độ cao Với mục đích tìm hiểu kỹ thuật MIMO ứng dụng thông tin di động ngày nay, em chọn đề tài “ Kỹ thuật MIMO thông tin di động 3G+ ’’ Nội dung đồ án gồm chương : Chương Tổng quan thông tin di động 3G+ Chương Tổng quan kỹ thuật MIMO Chương Kỹ thuật MIMO HSPA+ LTE Trong trình thực đồ án, nhiều hạn chế kiến thức thời gian nên nội dung đề tài không tránh khỏi sai sót Em hy vọng nhận ý kiến đóng ghóp quý thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn Ths Đặng Thái Sơn nhiệt tình hướng dẫn thầy cô khoa điện tử viễn thông tạo điều kiện tốt giúp cho em hoàn thành đồ án Sinh viên BÙI QUANG DŨNG Mục lục DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU 2.6 Tạo búp sóng phía phát 55 2.7 Ghép kênh không gian 58 2.7.1 Nguyên lý 58 2.7.3 Xử lý thu phi tuyến 64 2.8 Kết luận 65 3.1.1 Truyền dẫn HSDPA-MIMO 67 3.1.2 Điều khiển tốc độ cho HSDPA-MIMO 72 3.1.3 HARQ kết hợp mềm cho HSDPA-MIMO 72 3.1.4 Tín hiệu điều khiển cho HSDPA-MIMO 73 3.1.5 Hỗ trợ kênh điều khiển đường lên MIMO 75 3.1.6 Năng lực UE 81 3.2.1 Phân tập phát sử dụng mã hóa khối không gian- tần số hai anten SFBC 83 3.2.2 Phân tập trễ vòng CDD 84 3.2.3 Tạo búp sóng 84 3.3 Tổng kết 86 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.6.Ví dụ báo cáo PCI/CQI loại A B cho UE có cấu hình MIMO 80 DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 3.6.Ví dụ báo cáo PCI/CQI loại A B cho UE có cấu hình MIMO 80 Thuật ngữ viết tắt Từ viết tắt 3GPP ACK AMPS ARIB ARQ ATIS AWGN BPSK CCSA CDD CDMA CEPT CPC CPICH CQI DPCCH DRX DTX E-AGCH E-DCH EDGE Tiếng Anh Third Generaton partnership project Acknowledgement Advanced Mobile Phone System Association of Radio Industries and Businesses Automatic Repeat reQuest Alliiance for Telecommunications Industry Solutions Additive White Gaussian Noise Binary Phase-Shift Keying China Communications Standards Association Cyclic Delay Diversity Code Division Multiple Access European Conference of Postal and Telecommunications Administations Continuous Packet Connectivity Common Pilot Channel Channel Quality Indicator Dedicated Physical Control Channel Discontinuous Reception Discontinuous Transmission E-DCH Absolute Grant Channel Enhanced Dedicated Channel Enhanced Data rates for GSM Evolution and Enhanced Data rates for Global Channel E-RGCH E-DCH Relative Grant Channel FDD FDM Frequency Division Duplex Frequency Division Multiplex Tiếng Việt Nhóm cộng tác 3GPP Xác nhận Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Hiệp hội doanh nghiệp công nghiệp vô tuyến Yêu cầu phát lại tự động Liên minh cho giải pháp công nghiệp viễn thông Tạp âm Gauss trắng cộng Khóa dịch pha nhị phân Hiệp hội chuẩn truyền thông Trung Quốc Phân tập trễ vòng Đa truy nhập phân chia theo mã Hội nghị Châu Âu quản lý Bưu Viễn thông Kết nối gói liên túc Kênh hoa tiêu chung Chỉ thị chất lượng kênh Kênh điều khiển vật lý riêng Thu không liên tục Discontinuous Transmission Kênh cấp phát tuyệt đối EDCH Kênh riêng nâng cao Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS Kênh cấp phát tương đối EDCH Ghép song công phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần FDMA Frequency Division Multiple Access GERAN HSDPCCH HSPA HSDSCH HSPDSCH HSSCCH GSM EDGE RAN General Packet Radio Services Global System for Mobile communications Hybrid ARQ High Order Modulation Access High Speed Downlink Packet High Speed Dedicated Physical Control Channel High Speed Packet Access Channel High Speed Downlink Shared High Speed Physical Downlink Shared Channel High Speed Shared Control Channel HSUPA IRC High Speed Uplink Packet Access Interference Rejection Combining IMS Internet Multimedia Subsystem Japanese Total Access Communication System Long Term Evolution GPRS GSM HARQ HOM HSDPA J-TACS LTE MAC MBMS ML MMSE MRC MUMIMO Medium Access Control Multimedia Broadcast/Multicast Service Maximum Likelihood số Đa truy nhập phân chia theo tần số Mạng truy nhập vô tuyến GSM/ EDGE Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống thông tin di dộng toàn cầu ARQ lai ghép Điều chế bậc cao Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống Kênh vật lý điều khiển riêng tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao đường lên Kết hợp triệt nhiễu Phân hệ đa phương tiện Internet Hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn Nhật Phát triển dài hạn Điều khiển truy nhập môi trường Minimum Mean Square Error Maximum Ratio Combining Dịch vụ quảng bá /đa phương Khả giống cực đại Sai lỗi trung bình bình phương cực tiểu Kết hợp tỷ lệ lớn Multi User MIMO MIMO đa người dùng NACK OFDM PARC PCI P-CPICH PDC RAN RLC SAE SC S-CPICH SDMA Negative Acknowledgement Orthogonal Frequency Division Multiplex Per-Antenna Rate Control Precoding Control Indicator Primary CPICH Personal Digital Cellular Radio Access Network Radio Link Control System Architecture Evolution Selective Combining Secondary CPICH SIC SMS SNR Spatial Division Multiple Access Successive Interference Combining Short Message Service Signal to Noise Ratio STBC Space-Time Block Coding STTD SUMIMO SVD Space-Time Transmit Diversity TACS Single User MIMO Sigular Value Decomposition Total Access Communication System TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access Telecommunication Technology Association Telecommunication Technology Committee Transmission Time Interval Universal Mobile Telecommunications System Universal Terrestrial Radio TTA TTC TTI UMTS UTRAN Không xác nhận Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Điều khiển tốc độ anten Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa Kênh CPICH sơ cấp chuẩn cho di động Mạng truy nhập vô tuyến Điều khiển liên kết vô tuyến Phát triển kiến trúc hệ thống Kết hợp lựa chọn Kênh CPICH thứ cấp Đa truy nhập phân chia không gian Kết hợp nhiễu thành công Dịch vụ nhắn tin Tỷ số tín hiệu tạp âm Mã hóa khối không gian thời gian Phân tập phát không gian thời gian MIMO đơn người dùng Phân chia giá trị đơn Hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn Ghéo song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Liên hiệp công nghệ viễn thông Ủy ban công nghệ viễn thông Khoảng thời gian truyền dẫn Hệ thống viễn thông di dộng toàn cầu Mạng truy nhập vô tuyến mặt Access Network Wideband Code Division Multiple WCDMA Access WLAN Wireless Local Area Network ZF Zero Forcing đất toàn cầu Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Mạng cục không dây Cưỡng không Chương Tổng quan thông tin di động 3G+ Cho đến nay, thông tin di động trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ hệ thứ đến hệ thứ hệ thứ triển khai nhiều nước giới Không giống trước đây, nhu cầu người thoại Ngày nay, xã hội loài người phát triển đòi hỏi dịch vụ cao với chất lượng tốt Sự phát triển công nghệ di động mang tính quốc gia khu vực trở thành nhiệm vụ thiết yếu tổ chức phát triển chuẩn quốc tế đảm nhiệm 3GPP Các công nghệ mà 3GPP nghiên cứu triển khai rộng rãi giới phần đáp ứng nhu cầu ngày cao khách hàng Bước tiến 3GPP nghiên cứu phát triển công nghệ sau 3G (3G+) như: HSPA+, LTE,SAE Chương trình bày phát triển hệ thông tin di động từ buổi đầu hình thành 1.1 Lịch sử xu hướng phát triển thông tin di động Lịch sử hình thành phát triển thông tin di động đến trải qua nhiều hệ tóm tắt sau: a Hệ thống thông tin di động hệ Thế hệ thông tin di động thứ 1G đời từ năm 70 kỷ trước sử dụng công nghệ tương tự cấu trúc tế bào 1G phục vụ dịch vụ thoại tương tự việc sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang liệu thoại sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để phân chia kênh thoại cho người dùng Các hệ thống 1G đảm bảo truyền dẫn tương tự dựa FDM với kết nối mạng lõi dựa TDM Hệ thống truyền dẫn di động giới hệ thống NMT tương tự (Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu), sử dụng quốc gia Bắc Âu vào năm 80 thời điểm với AMPS tương tự sử dụng Mỹ Các công nghệ tế bào khác triển khai rộng rãi giới TACS J-TACS Các hệ thống thời không chuẩn hóa tổ chức quốc tế mà phục vụ cho quốc gia hay nhóm quốc gia Các hệ thống hệ thứ tương đối đơn giản thiết bị cồng kềnh chất lượng thoại Hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày tăng người dùng nhu cầu lẫn tốc độ Do hệ thứ đời đáp ứng phần dung lượng tốc độ truyền dẫn mà hệ không đạt b Hệ thống thông tin di động hệ thứ Các hệ thống hệ thứ (2G) xây dựng vào năm 80 sử dụng chủ yếu cho thoại thực sở công nghệ số, bao gồm kỹ thuật xử lý tín hiệu số Các hệ thống 2G cung cấp dịch vụ thông tin liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp Do tính cạnh tranh nên lại dẫn tới việc thiết kế thực hệ thống bị phân hóa thành chuẩn không tương thích khác như: GSM chủ yếu dùng châu âu, IS-54/IS-136 dựa công nghệ TDMA IS 95 dựa công nghệ CDMA sử dụng Mỹ PDC Nhật HS-SCCH Hình 3.4 thông tin kênh HS-DSCH trường hợp hỗ trợ MIMO Thông tin ô màu xám so sánh với phát hành Nếu khối truyền dẫn phát đi, thông tin sau kênh HS-SCCH loại M phát + Thông tin tập mã kênh (7 bit) + Sơ đồ điều chế + thông tin số khối truyền (3 bit) + Thông tin trọng số tiền mã hóa (2 bit) + Thông tin kích thước khối truyền (6 bit) + Thông tin trình HARQ (4 bit) + Phiên chùm tín hiệu (2 bit) + Nhận dạng UE (16 bit) Nếu hai khối truyền, thông tin sau phát HS- SCCH loại M: + Thông tin tập mã kênh (7 bit) + Sơ đồ điều chế + thông tin số khối truyền (3 bit) + Thông tin trọng số tiền mã hóa cho khối truyền sơ cấp (2bit) + Kích thước khối truyền sơ cấp (6 bit) + Kích thước khối truyền thứ cấp (6 bit) + Thông tin trình H-ARQ (4 bit) + Phiên chùm tín hiệu cho khối liệu sơ cấp (2 bit) + Phiên chùm tín hiệu cho khối liệu thứ cấp (2 bit) + Nhận dạng UE (16 bit) “Thông tin trọng số tiền mã hóa cho khối liệu sơ cấp” bao gồm trọng số w2 mô tả Các trọng số khác tính theo w2 Báo hiệu cho trình HARQ khác với HSDPA phát hành Trong phát hành 5, có trình HARQ báo hiệu Để đảm bảo truyễn liệu liên tục phải báo hiệu trình HARQ Như vậy, truyền dẫn hai luồng MIMO, số nhỏ 12 Mỗi trình xác nhận độc lập Về mặt lý thuyết, trình HARQ luồng hoàn toàn độc lập với Tuy nhiên, điều làm tăng thông tin mào đầu cách đáng kể (8 bit) Do đó, việc kết hợp trình HARQ cần quan tâm Bảng 3.1: Thông tin sơ đồ điều chế số khối liệu phát mã hóa Sơ đồ điều chế + Sơ đồ điều chế số khối truyền tải khối sơ cấp (3 bit) 111 110 100 011 000 Sơ đồ điều chế Số khối khối thứ cấp truyền tải 16QAM 16QAM 16QAM QPSK QPSK 16QAM QPSK 2 QPSK Để giảm bớt thông tin mào đầu, trình HARQ báo hiệu cho luồng liệu sơ cấp bit, HARQ cho luồng thứ hai tính theo quy tắc định Do đó, có phép ánh xạ một- trình HARQ cho luồng sơ cấp với luồng thứ cấp Bảng 3.2 Kết hợp trình HARQ cho truyền dẫn đa luồng (12 trình HARQ) Số trình HARQ luồng sơ cấp Số trình HARQ luồng thứ cấp 10 11 10 11 Chú ý có trình HARQ chẵn cấu hình MIMO 3.1.5 Hỗ trợ kênh điều khiển đường lên MIMO Không có kênh điều khiển đường xuống, MIMO gây ảnh hưởng tới kênh điều khiển đường lên tức kênh HS-DPCCH Tín hiệu điều khiển băng đường lên bao gồm ACK/NAK, PCI CQI, phát kênh HS-DPCCH Báo cáo PCI đưa để bổ xung cho báo cáo CQI Việc mã hóa kênh cho PCI/CQI cho HARQ-ACK thực cách riêng biệt Hình 3.5 thể nguyên lý Hình 3.5.Mã hóa kênh cho kênh HS-DPCCH 10 bit tin HARQ biên dịch bảng 3.3 Bản tin ACK/NACK đưa cho khối liệu sơ cấp thứ cấp Trong trường hợp truyền đơn luồng có bit ACK/NAK phát đi, khuôn dạng tương tự phát hành Trong trường hợp truyền hai luồng, hai bit ACK/NAK mã hóa thành 10 bit truyền khe kênh HS-DPCCH Thông tin điều khiển tiền mã hóa PCI bao gồm bit để ma trận bốn ma trận tiền mã hóa phù hợp với điều kiện kênh phía UE CQI tốc độ liệu mà UE khuyến cáo trường hợp truyền dẫn sử dụng PCI Bảng 3.3 Biên dịch HARQ hoạt động MIMO Bản tin HARQ-ACK w0 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 Bản tin HARQ-ACK với trường hợp truyền khối ACK 1 1 1 1 NACK 0 0 0 0 Bản tin HARQ-ACK với trường hợp truyền hai khối Bản tin Bản tin cho khối cho sơ cấp ACK ACK NACK NACK PRE POST w8 w9 1 khối thứ cấp ACK NACK ACK NACK 1 1 0 0 1 0 1 1 PRE/POST 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 Cả hai báo cáo CQI đơn luồng hai luồng sử dụng lập lịch định truyền luồng, chí hai luồng điều kiện kênh cho phép, ví dụ lượng liệu truyền không lớn Trong trường hợp này, tin CQI luồng yêu cầu Còn trường hợp truyền hai luồng hiển nhiên luồng có tin CQI Khi việc phân tích chất lượng liệu luồng (truyền dẫn đơn luồng) từ tin CQI hai luồng phức tạp hai loại CQI sau đưa ra: + Loại A, bao gồm PCI, số lượng anten ( hai), CQI cho luồng + Loại B bao gồm PCI CQI trường hợp truyền đơn luồng Với báo cáo loại A, UE lựa chọn giá trị CQI CQI2 phù hợp cho luồng truyền hai luồng giá trị CQI truyền đơn luồng Sau tạo giá trị CQI để báo cáo kênh HS-DPCCH sau:  15 × CQI1 + CQI + 31 (1) CQI =  CQI (2)  s  (1)với truyền hai luồng (2)với truyền luồng Với truyền dẫn hai luồng, dựa giá trị CQ1 CQI2, bảng CQI đưa sau: Bảng 3.4 Bảng CQI cho UE loại 15 trường hợp truyền hai luồng (bản tin loại A) CQI1 Kích thước Số hiệu HS- CQI2 khối truyền tải 4748 4748 4748 4748 6101 7564 9210 10629 12488 14936 17548 20251 22147 22147 22147 PDSH 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 10 11 12 13 14 Điều chế AWGN SINR QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM ttương đương Δ -5.0 -3.0 -1.5 0 0 0 00 0 2.0 3.0 Bảng 3.5 Bảng CQI cho UE loại 16 trường hợp truyền hai luồng (bản tin loại A) CQI1 Kích thước Số hiệu HS- CQI2 khối truyền PDSH Điều chế SINR ttương tải 4748 4748 4748 4748 6101 AWGN 15 15 15 15 15 QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK đương Δ -5.0 -3.0 -1.5 0 10 11 12 13 14 7564 9210 10629 12488 14936 17548 20251 22147 24222 26490 15 15 QPSK 16QA 0 15 M 16QA 15 M 16QA 15 M 16QA 15 M 16QA 00 15 M 16QA 15 M 16QA 15 M 16QA 15 M 16QA M Với tin loại B, CQI bao gồm bit giống mà phát hành sử dụng Trong với tin loại A, CQI bao gồm bit Trong hai loại này, CQI PCI gắn với mã hóa thành 20 bit sử dụng mã hóa khối hình 3.6 Cũng giống trường hợp thông thường- không sử dụng kỹ thuật MIMO, báo cáo PCI/CQI truyền hai khe kênh HS-DPCCH Để thích hợp với môi trường truyền dẫn khác nhau, N báo cáo PCI/CQI M báo cáo loại A, M-N báo cáo lại loại B Tỷ lệ N/M thường cấu hình báo hiệu RRC Hình 3.6.Ví dụ báo cáo PCI/CQI loại A B cho UE có cấu hình MIMO Việc UE có phải báo cáo CQI loại A hay B không định lớp cao Tỷ lệ báo cáo loại A so với tổng số báo cáo CQI cấu hình linh động Tham số AWGN SINR tương đương cho khối liệu khác với tham số đáp ứng hiệu suất tỷ lệ lỗi khối đề NIR kích thước đệm ảo mà UE sử dụng cho việc tính toán CQI Giá trị PCI báo cáo đường lên tính UE theo trọng số tiền mã hóa w2 bảng 3.6 Bảng 3.6 Bảng ánh xạ trọng số tiền mã hóa sang giá trị PCI W2 1+ j 1− j -1 + j -1 − j Giá trị PCI Giá trị PCI phát với giá trị CQI, tức tổ hợp PCI/CQI Tổ hợp tạo sau: Hình 3.7.Tổ hợp PCI/CQI 3.1.6 Năng lực UE Để cho phép nhiều chế độ hoạt động cho UE, việc hỗ trợ MIMO không bắt buộc tất UE Mặt khác, truyền dẫn đa luồng chủ yếu để làm tăng tốc độ liệu đỉnh, MIMO đặc tính loại UE cao cấp Hay nói cách khác, MIMO lực UE, tức tất UE hỗ trợ MIMO Những UE thuộc loại có hỗ trợ MIMO đưa bảng 3.7: Loại 15 16 + Hỗ trợ MIMO với điều chế QPSK 16 QAM + Không hỗ trợ 64 QAM + Tốc độ liệu tối đa loại 16 27,6 Mbps Loại 17 18 + Hỗ trợ MIMO với điều chế QPSK 16 QAM + Hỗ trợ 64 QAM không đồng thời với MIMO + Tốc độ liệu tối đa loại 18 27,6 Mbps 3.2 Kỹ thuật MIMO LTE Song song với HSPA, 3GPP đưa công nghệ truy nhập vô tuyến gọi LTE LTE hướng tới trường hợp phổ tần phức tạp có giới hạn tính tương thích Do đó, cải tiến mạng di dộng hệ bao gồm hai đường song song (HSPA LTE), hai có đặc điểm riêng đáp ứng cải tiến truy nhập vô tuyến Hình vẽ mô tả mối quan hệ HSPA LTE Hình 3.8.Quan hệ HSPA LTE Ngay từ đầu, LTE hỗ trợ đa anten trạm gốc máy đầu cuối di động thành phần thiếu Trong nhiều khía cạnh, việc sử dụng kỹ thuật đa anten quan trọng để đạt hiệu LTE Đa anten sử dụng nhiều cách khác với mục đích khác Sơ đồ MIMO đường lên cho LTE khác với sơ đồ đường xuống hạn chế độ phức tạp máy đầu cuối Với đường lên, MU-MIMO sử dụng Nhiều người sử dụng phát tín hiệu khối tài nguyên Nó gọi SDMA Sơ đồ yêu cầu có anten phát phía UE Những UE chia sẻ khối tài nguyên phải áp dụng mẫu hoa tiêu trực giao Trong phần giới thiệu kỹ thuật đa anten đường xuống LTE Hình 3.9 trình bày sơ lược bước trình tạo tín hiệu băng gốc đường xuống LTE bao gồm bước truyền dẫn MIMO Hình 3.9 Sơ đồ tổng quát tạo tín hiệu băng gốc đường xuống Đối với đường xuống LTE, số từ mã lớn hai, số anten phát lớn Nói cách khác, trường hợp ghép kênh, số luồng ghép lớn quy định Việc xử lý kênh bao gồm việc Sắp xếp anten, tức xử lý khối ký hiệu điều chế từ hai khối mã hóa sau xếp lên anten phát Việc xếp anten LTE bao gồm hai bước Sắp xếp theo lớp Tiền mã hóa Việc chia thành hai chức tách biệt để dễ dàng xác định biểu diễn sơ đồ đa anten khác nhau, bao gồm phân tập phát vòng hở, tạo búp sóng ghép kênh không gian cấu đa anten Đằng sau ví dụ sơ đồ truyền dẫn đa anten đưa việc thực chúng cấu đa anten LTE 3.2.1 Phân tập phát sử dụng mã hóa khối không gian- tần số hai anten SFBC Sắp xếp theo lớp thực giải điều chế ký hiệu từ mã thành nhiều lớp Do đó, số lớp với số khối phát Tiền mã hóa thực trích ký hiệu điều chế từ lớp, xử lý ký hiệu này, xếp chúng miền tần số đưa anten Như hình vẽ, ta thấy tiền mã hóa thực vector vi kích thước N L , vector bao gồm ký hiệu từ lớp Trong trường hợp mã hóa khối không gian- tần số hai anten, có từ mã đơn (tức không ghép kênh) tương ứng với hai lớp Sắp xếp theo lớp thực giải điều chế ký hiệu từ mã lên hai lớp Sau Tiền mã hóa áp dụng mã không gian – tần số vector vi Hình 3.10.Mã hóa khối không gian-tần số SFBC cấu đa anten LTE 3.2.2 Phân tập trễ vòng CDD Phân tập CDD sử dụng kết hợp với ghép kênh không gian LTE Các tín hiệu từ anten làm trễ Điều tạo tín hiệu đa dường nhân tạo mà thu nhận Do đó, phân tập tần số kênh vô tuyến tăng cường Trong LTE, mạng lựa chọn cấu hình CDD khác bao gồm : trễ lớn, trễ nhỏ zero 3.2.3 Tạo búp sóng Trong trường hợp tạo búp sóng, có từ mã tương ứng với lớp, tức tầng Sắp xếp theo lớp suốt.Tầng Tiền mã hóa áp dụng vector tiền mã hóa w kích thước NA cho ký hiệu xi Hình 3.11.Tạo búp sóng trong cấu đa anten LTE 3.2.4 Ghép kênh không gian Ghép kênh không gian cho phép đồng thời phát luồng liệu khác khối tài nguyên Các luồng người dùng (SUMIMO) nhiều người dùng khác (MU-MIMO) Trong SUMIMO cho phép tăng tốc độ liệu người dùng MU-MIMO cho phép tăng dung lượng tổng Trong trường tổng quát có hai từ mã, N L lớp NA anten với N L ≥ N A ≥ N L Trong hình vẽ mô tả trường hợp ba lớp N L = bốn anten NA= Ta thấy từ mã xếp vào lớp đầu tiên, đó, từ mã thứ hai xếp vào lớp thứ hai ba Do đó, số ký hiệu điều chế từ mã thứ hai gấp đôi từ mã thứ để đảm bảo số ký hiệu lớp Tầng tiền mã hóa sau áp dụng ma trận tiền mã hóa W kích thước N L x NA cho vector vi lớp Hình 3.12.Ghép kênh không gian khung hoạt động đa anten LTE (NL=3, NA=4) Nhìn chung, ghép kênh không gian LTE thực chủ yếu tiền mã hóa dựa vào bảng mã (codebook), có nghĩa số anten NA số lớp NL, có tập ma trận tiền mã hóa đưa để lựa chọn cho phù hợp Dựa vào thông số đo tín hiệu tham chiếu đường xuống anten khác nhau, máy đầu cuối di động định số lớp (hạng) thích hợp ma trận tiền mã hóa tương ứng Sau đó, thông tin báo cáo cho mạng Mạng thu nhận thông tin không cần phụ thuộc vào định lựa chọn hạng tập ma trận tiền mã hóa sử dụng cho truyền dẫn đường xuống thực tế Mạng thường định chọn tập hợp ma trận tiền mã hóa báo cáo từ máy đầu cuối di động, mạng cần phải báo hiệu cách rõ ràng ma trận tiền mã hóa sử dụng Một phương pháp tương tự sử dụng với trường hợp tạo búp đa anten đường xuống, dựa thông số đo từ tín hiệu tham chiếu đường xuống anten khác nhau, máy đầu cuối định lựa chọn vector tiền mã hóa (vector tạo búp) thích hợp báo cáo cho mạng Mạng thu nhận thông tin không cần phụ thuộc vào định lựa chọn vector tiền mã hóa sử dụng cho truyền dẫn đường xuống thực tế Cũng giống ghép kênh không gian, mạng phải báo hiệu rõ ràng vector tạo búp sử dụng máy đầu cuối 3.3 Tổng kết Như vậy, chương cuối đồ án trình bày kỹ thuật đa anten MIMO HSPA+ LTE bao gồm sơ đồ vấn đề điều khiển, tín hiệu hoa tiêu… Ngoài ra, số vấn đề liên quan hạn chế nhiều mặt nên đồ án không trình bày sơ đồ PACR sử dụng HSPA+, hay hiệu MIMO-HSPA, MIMO-LTE Kết luận hướng phát triển đề tài Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu với giúp đỡ tận tình Th.S Đặng Thái Sơn, đồ án hoàn thành đạt số nội dung sau: Tìm hiểu công nghệ mạng truy nhập vô tuyến 3G+ :HSPA phát hành LTE khía cạnh Trong phần này, đồ án nêu bật đặc tính cải tiến HSPA+, mục tiêu LTE, tốc độ đường lên đường xuống công nghệ Nghiên cứu tìm hiểu kỹ thuật đa anten MIMO: phân tập, tạo búp sóng ghép kênh không gian Đồ án tập trung vào kỹ thuật ứng dụng nhiều hệ thống 3G phát triển 3G Các sơ đồ MIMO HSPA+ LTE vấn đề có liên quan: tín hiệu điều khiển, tham chiếu anten Hướng nghiên cứu đồ án kỹ thuật đa anten 3GPP phát hành Với thời lượng kiến thức hạn chế nên đồ án tốt nghiệp không trình bày hết vấn đề không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn bè để đồ án hoàn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Đặng Thái Sơn tận tình hướng dẫn em trình học tập, tìm hiểu, nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, gia đình bạn bè động viên giúp đỡ trình học tập nghiên cứu trường để hoàn thành đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Skold and Per Beming, 3G evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband, Elsevier, 2007 [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng,Thông tin di động, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông, NXB Bưu điện,2001 [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, WiMax, Học viện công nghệ Bưu viễn thông,2008 [4] Ari Hotimen, Olav Tirkkonen, Risto Wichman, Multi Antenna Transceiver for 3G and Beyond, John Wiley &Son,2003 [5] Harri Holma, Antti Toskala, WCDMA for UMTS- HSPA evolution and LTE, Wiley, 2007 [6] 3GPP TS 25.211, Physical channels and Mapping of Transport channels onto physical channels (FDD),Release [...]... của LTE cũng như các yêu cầu khi triển khai công nghệ Chương tiếp theo sẽ trình bày tổng quan về kỹ thuật MIMO, một trong những phát minh lớn trong lĩnh vực vô tuyến đã và đang được ứng dụng trong hệ thống 3G và các hệ thống thông tin di động trong tương lai Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật MIMO Thông tin di động ngày một phát triển đồng nghĩa với nhu cầu về dung lượng hệ thống cũng phải ngày một tăng... băng thông 144 Kbps (trên xe), 384 Kbps (trong một khu vực) và 2 Mbps (trong nhà) Xu hướng phát triển của thông tin di động được mô tả trong hình 1.1dưới đây: Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động Bảng 1.1 Tổng hợp các phát hành của 3GPP Phiên Bản Release 99 Release 4 Release 5 Release 6 Phát Thông Tin Hành Quý 1-2000 Quy định đầu tiên cho các mạng 3G UMTS, tích Quý 2-2001 hợp một giao di n... chế mà không cần thu hẹp vùng phủ Ta gọi đây là kỹ thuật ghép kênh không gian Do có nhiều lợi ích như vậy nên MIMO đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực thông tin di động cũng như trong truyền thông không dây 2.3 Mô hình hệ thống MIMO Mô hình hệ thống MIMO tổng quát gồm N t anten phát và Nr anten thu như hình vẽ 2.1 dưới đây Trong đó: Txi: Lần lượt là các anten phát tín hiệu... nâng tới 384 Kbps Một khía cạnh rất quan trọng của 2,5G là các kênh dữ liệu được tối ưu hóa cho dữ liệu gói truy nhập vào internet từ các thiết bị di động như điện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay c Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 Thông tin di động thế hệ thứ 3 được các nhà nghiên cứu định nghĩa vào những năm 90, nó loại trừ được những sự không tương thích của các hệ thống trước đây và thực... thống thông tin di động 4G, được xây dựng trên các nền tảng kỹ thuật của họ các hệ thống mạng tế bào 3GPP (bao gồm: GSM, GPRS, EDGE, WCDMA và HSPA) LTE cung cấp một con đường tiến hóa đến các tốc độ cao hơn và độ trễ thấp hơn, cùng với sự hiệu quả hơn trong sử dụng phổ tần hữu hạn của các nhà khai thác Kiến trúc của mạng LTE: Hình 1.3: Mô hình hệ thống LTE 3GPP LTE là một trong số 5 chuẩn không dây trong. .. lịch truyền tổng thể của tất cả các kênh truyền hướng lên E-DCH bằng cách cấp phát dải thông cho tất cả các thiết bị E-DCH đang tích cực Thông tin cấp phát dải thông được truyền theo chiều hướng xuống thông qua một kênh điều khiển dùng chung mới gọi là E-AGCH (Enhanced Absolute Grant Channel) Thông tin cấp phát dải thông này được dịch ra thành lượng công suất phát tối đa mà mỗi UE được phép dùng Bằng... công nghệ 3GPP Nhưng với nhiều nhà khai thác di động dựa trên công nghệ phi 3GPP (như CDMA 2000 của 3GPP2 là UMB thì hoặc sẽ triển khai LTE hoặc là triển khai một hệ thống không dây hoàn toàn khác là WiMAX Hình 1.5: các tùy chọn phát triển lên LTE 1.3 Kết luận Chương 1 đã trình bày tổng quan quá trình phát triển của thông tin di động từ 3G WCDMA lên 3G HSPA (3G+) và LTE (E3G/4G) Ngoài ra, ở chương này...Các chuẩn này có chiều hướng “băng hẹp” với các dịch vụ băng thông thấp như voice Hệ thống 2G cũng mang lại cơ hội để cung cấp các dịch vụ dữ liệu thông qua mạng di động Các dịch vụ dữ liệu đầu tiên được giới thiệu trong 2G là tin nhắn văn bản SMS và dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh cho phép truyền e-mail và các ứng dụng dữ liệu khác Tốc độ dữ liệu... tần trong tương lai một cách hiệu quả hơn LTE cung cấp một nền tảng mạnh mẽ hơn cho các nhà khai thác để cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng hấp dẫn trong miền di động c Các đặc điểm quan trọng của LTE + Tăng cường giao di n không gian cho phép tăng tốc độ số liệu: LTE được xây dựng trên một mạng truy nhập vô tuyến hoàn toàn mới dựa trên công nghệ OFDM Được chỉ rõ trong 3GPP Release 8, giao di n... LTE, hiệu quả sử dụng phổ tần của OFDM được tăng cường lên nhờ các sơ đồ di u chế bậc cao hơn như là 64QAM, FEC tinh vi như là bit đuôi, mã hóa xoắn, mã hóa turbo, cùng với các kỹ thuật vô tuyến bổ sung như MIMO và định dạng chùm lên tới 4 anten mỗi trạm nên thông lượng trung bình gấp 5 lần so với HSPA Tốc độ số liệu đường xuống cực đại về mặt lý thuyết là 300 Mbit/s cho mỗi phổ tần 20 MHz, tốc độ đường ... đích tìm hiểu kỹ thuật MIMO ứng dụng thông tin di động ngày nay, em chọn đề tài “ Kỹ thuật MIMO thông tin di động 3G+ ’’ Nội dung đồ án gồm chương : Chương Tổng quan thông tin di động 3G+ Chương... đến nay, thông tin di động trải qua nhiều hệ Thế hệ thứ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Thông tin di động hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số... trình bày tổng quan kỹ thuật MIMO, phát minh lớn lĩnh vực vô tuyến ứng dụng hệ thống 3G hệ thống thông tin di động tương lai Chương Tổng quan kỹ thuật MIMO Thông tin di động ngày phát triển