Nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE advance

Nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE advance

Đồ án tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoá: 52 Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: Điện tử -Viễn thông Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… … ……………………… …………………………………………………………………………………… Nội dung phần thuyết minh tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………………………………………………… …… … ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……… ….…………………………………………………………………………………………… Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………… ……….………………………………………………………………………………………………………… Họ tên giảng viên hướng dẫn:…………………………………………………… …………………… Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….…………… Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ……… Chủ nhiệm Bộ môn Ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn Đồ án tốt nghiệp Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng Cán phản biện năm Đồ án tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Đồ án tốt nghiệp Ngày tháng năm Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) Đồ án tốt nghiệp PHẦN A: GIỚI THIỆU Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, người thực đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy cô Viện Điện tử-Viễn thông nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức suốt thời gian học tập trường, tảng giúp người thực thực đề tài tốt nghiệp Người thực đề tài xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Vũ Đức Thọ, người hết lòng hướng dẫn, bảo suốt thời gian làm đồ án, giúp người thực có hướng đắn để hoàn thành đề tài Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến người bạn hết lòng giúp đỡ người thực thời gian qua Một lần xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) hệ thứ 3(3G), Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) hướng tới chuẩn cho mạng di động tế bào hệ thứ (4G) 4G có tính vượt trội như: cho phép thoại dựa IP, truyền số liệu đa phương tiện với tốc độ cao nhiều so với mạng di động Theo tính toán, tốc độ truyền liệu lên đến 100 Mb/s, chí lên đến Gb/s điều kiện tĩnh Nhu cầu khách hàng tác động lớn đến đời, tồn phát triển công nghệ Có thể nói, có hai yếu tố từ nhu cầu người dùng tác động đến phát triển công nghệ 4G Thứ nhất, gia tăng nhu cầu ứng dụng mạng không dây nhu cầu băng thông cao truy nhập internet Thứ hai, người dùng muốn công nghệ không dây đời cung cấp dịch vụ tiện ích theo cách tương tự mạng hữu tuyến, mạng không dây có mà họ dùng với thói quen họ Và hiển nhiên, nhu cầu chất lượng dịch vụ cung cấp tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống tài nguyên mạng nhanh hơn…là đích hướng tới công nghệ di động 4G Ở Việt Nam, 3G phát triển rầm rộ để tiến lên 4G không xa Theo tin từ Tập đoàn Bưu viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE, công nghệ tiền 4G Việt Nam Đông Nam Á Để hòa nhập với xu chung, người thực chọn đề tài “ Nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ theo công nghệ LTE LTE-Advance” để có hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ công nghệ Đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án gồm có phần: Phần A: Giới thiệu Phần B: Nội dung     Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động Chương 2: Hệ thống 4G LTE Chương 3: Tổng quan mạng di động 4G LTE Advance Chương 4: Mô đánh giá chất lượng hệ thống MCCDMA Phần C: Phụ lục tài liệu tham khảo Trong trình thực đề tài, khả hạn chế người thực mà đề tài có nhiều thiếu sót, mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Phần A: Giới thiệu Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp………………………………………………………… Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp……………………………………………………….3 LIỆT KÊ BẢNG 10 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.3 Đồ thị BER hệ thống MC-CDMA tuyến xuống sử dụng kỹ thuật PIC Kỹ thuật PIC (Parallel Interference Cancellation) kỹ thuật phát loại bỏ đồng thời toàn tính hiệu giao thoa trước phát tín hiệu mong muốn kỹ thuật thích hợp trường hợp tín hiệu giao thoa có công suất giống Hình 4.3 kết mô hệ thống MC-CDMA tuyến xuống dựa Eb/No với mã WalshHadamard kênh truyền Rayleigh chọn lọc tần số dụng kỹ thuât MMSEMMSE cho BER tốt 109 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.4 Đồ thị BER hệ thống MC-CDMA tuyến lên sử dụng kỹ thuật phát MRC Hình 4.4 kết mô hệ thống MC-CDMA với tuyến lên dựa Eb/No , môi trường nhiễu Rayleigh chọn lọc tần số dụng mã trải phổ Walsh-Hadamard dùng kỹ thuật phát MRC user hoạt động nhiều lúc tỷ lệ lỗi bit BER lớn, tức chất lượng hệ thống giảm xuống 110 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.5 Đồ thị BER hệ thống MC-CDMA tuyến lên sử dụng kỹ thuật phát MMSE Hình 4.5 kết mô hệ thống MC-CDMA với tuyến lên dựa Eb/No , môi trường nhiễu Rayleigh chọn lọc tần số dụng mã trải phổ Walsh-Hadamard dùng kỹ thuật phát MMSE user hoạt động nhiều lúc tỷ lệ lỗi bit BER lớn, tức chất lượng hệ thống giảm xuống so với kỹ thuật phát MRC số user kỹ thuật phát MMSE cho thấy chat lượng BER tốt 111 Đồ án tốt nghiệp 4.2 Hệ thống PMC-MC-CDMA Hình 4.6 Đồ thị BER hệ thống PMC-MC-CDMA tuyến xuống với loại mã loại mã khác Với kết mô hệ thống PMC-MC-CDMA hình 4.6 với loại mã trải phổ khác môi trường Rayleigh không tương quan chất lượng BER Ứng với loại mã khác có chênh lệch rõ rệt cho thấy với kỹ thuật phát với mã ogoldkronhad cho chất lượng BER tốt nhiều 112 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.7 Đồ thị BER hệ thống PMC-MC-CDMA tuyến xuống với kỹ thuật phát khác Hình 4.7 kết mô hệ thống PMC-MC-CDMA với tuyến xuống dựa Eb/No , môi trường nhiễu Rayleigh không tương quan sử dụng mã trải phổ Ogoldkrondad dùng kỹ thuật dò tìm MMSE cho thấy chất lượng BER tốt 113 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.8 Đồ thị BER hệ thống PMC-MC-CDMA tuyến xuống với kỹ thuật phát đơn user kỹ thuật phát đa user Hình 4.8 kết mô hệ thống PMC-MC-CDMA với kỹ thuật phát đa user môi trường Rayleigh không tương quan cho chất lượng BER tốt kỹ thuât phát đơn user kỹ thuật phát đa user sử dụng thông tin trước các mã trải phổ thành phần giao thoa vào trình khôi phục 114 Đồ án tốt nghiệp 4.3 Hệ thống MMC-MC-CDMA Hình 4.9 Đồ thị BER hệ thống MMC-MC-CDMA tuyến lên với kỹ thuật phát EGC Trong hình 4.9 kết mô thể ảnh hưởng kích thước tập chuỗi mã multi-code,M(ký hiệu M-ary) sử dụng hệ thống MMC-MC-CDMA đến chất lượng BER hệ thống kích thước tập chuỗi mã multi-code lớn chất lượng BER lớn,hay nói cách khác hệ thống có chất lượng giảm 115 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.10 Đồ thị BER hệ thống MMC-MC-CDMA tuyến lên với kỹ thuật phát MRC Hình 4.10 lầm lại cho thấy tăng kích thước tập chuỗi mã multicode chất lượng BER tăng 116 Đồ án tốt nghiệp 4.4 So sánh hệ thống PMC-MC-CDMA hệ thống MMC-MC-CDMA Hình 4.11 Đồ thị BER so sánh hệ thống PMC-MC-CDMA với MMC-MC-CDMA dụng kỹ phát đơn user (EGC MRC) Hình 4.11 kết mô với mã user mã thông tin chọn WalshHadamard sử dụng kỹ thuật phát đơn user hệ thống MMC-MC-CDMA cho thấy chất lượng BER tốt hệ thống PMC-MC-CDMA 117 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.12 Đồ thị BER so sánh hệ thống PMC-MC-CDMA với MMC-MC-CDMA dụng kỹ thuật pháp đa user MMSE Một lần hình 4.12 lại cho thấy dụng pháp đa user hệ thống MMCMC-CDMA cho chất lượng BER tốt hệ thống PMC-MC-CDMA Nhưng độ chênh lệch không rõ rệt 118 Đồ án tốt nghiệp Kết luận - Trong hệ thống tao lựa chọn kỹ thuật phát MMSE tốt có - thể tốt ưu hóa cách áp dụng nguyên lý trực giao Khi thước tập chuỗi mã multi-code tăng lên tỷ lệ bit lỗi tăng theo,độ - chênh lệch tỷ số bit lỗi khích thước tập mã tăng gấp đôi khoảng 1dB Số lượng user tích cực hệ thống ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng BER, cụ thể có nhiều user tích cực, BER tăng Để thỏa mãn yêu cầu BER dụng lượng hệ thống phải bị giới hạn Hệ thống MC-MC-CDMA cho chất - lượng BER tốt nên có khả hỗ trợ nhiều user hệ thống khác PMC-MC-CDMA MMC-MC-CDMA hai phương pháp xây kỹ thuật multicode hệ thống MC-CDMA Nhằm kế thừa đặc tính tốt hệ thống - multicarrier kỹ thuật multi-code Cách phát đơn user đơn giản so với cách phát đa user ,tuy nhiên dùng phát đơn user bị ảnh hưởng đáng kể nhiễu đa truy nhập(MAI) Phát đa user (dùng MUD-MMSE,MUD-ZF,… ) yêu cầu phức tạp so với kỹ thuật phát đơn user lại hạn chế ảnh hưởng - nhiễu truy nhập (MAI) Chất lượng BER hệ thống MMC-MC-CDMA tốt chất lượng BER hệ thống PMC-MC-CDMA, hay nói cách khác chất lượng hệ thống MMC-MCCDMA tốt CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 119 Đồ án tốt nghiệp 5.1 Kết luận Đề tài tìm hiểu công nghệ 4G LTE LTE phát triển nhằm đưa so sánh phương thức truyền hệ thống LTE LTE - Advance, cụ thể so sánh hiệu suất hệ thống MIMO-OFDM (tuyến xuống) SC-FDMA (tuyến lên) với hệ thống MCMCCDMA_phương thức truyền đưa LTE - Advance Tuy nhiên, thời gian có hạn khả người thực hạn chế mà đề tài dừng lại mức độ tìm hiểu LTE thực mô MC-CDMA, so sánh PMC-MC-CDMA với MMC-MC-CDMA ( LTE - Advance ) Chưa mô , tìm hiểu kĩ hệ thống MIMO, có khả cải thiện dung lượng tốt cho mạng MCCDMA 5.2 Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu thực mô để so sánh hệ thống SC-FDMA MIMO-OFDM với MCMC-CDMA, thực với MIMO 2x2, từ mở rộng với MIMO 4x4, 8x8 PHẦN C: PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 Đồ án tốt nghiệp TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Từ viết tắt 121 1G One Generation Cellular 2G Đồ án tốt nghiệp Second Generation Cellular 3G Third Generation Cellular 4G Four Generation Cellular 3GPP Third Generation Patnership Project A Acknowledgement Advance Mobile Phone System Authentication Centre B Broadcast Control Channel Broadcast Channel Band Width C Code Division Multiple Access ACK AMPS AuC BCCH BCH BW CDMA CP D-AMPS eNodeB EPC EPS E-UTRAN FDD FTP GSM GPRS HLR HSDPA HSDPA HSS ITU IMT LTE MAC MBMS MC-MC-CDMA MIMO Cycle Prefix D Digital Advance Mobile Phone System E Enhanced NodeB Evolved Packet Core Evolved Packet System Evolved-UTRAN F Frequency Division Duplex File Transfer Protocol G Global System for Mobile Phone General Packet Radio Service H Home Location Register High Speed Downlink Packet Access High Speed Uplink Packet Access Home Subscriber Server I International Telecommunication Union International Mobile Telecommunication L Long Term Evolution M Medium Access Control Multimedia Broadcast Multicast Service 122 Multicode Multicarrier Code Devision Multiple Access Multiple Input Multiple Output Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G, TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng Nhà xuất Thông tin truyền thông [2]Stefania Sesia, Issam Toufik and Matthew Baker; LTE-The UMTS Long Term Evolution : From Theory to Practice; 2009 John Wiley & Sons, Ltd [3].Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia Siemens Netwworks, Filand; LTE for UMTS-OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access; John Wiley & Sons, Ltd [4].Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia, Filand; WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE; John Wiley & Sons, Ltd 2007 [5] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Skold and Per Beming; 3G Evolution HSPA and Mobile Broadband, 2007 [6 ]LTE Uplink Physical Layer Behavioural Model, Roke [7]Hyung G.Myung, Junsung Lim and David J.Goodman, Polytechnic University Single carrier FDMA for Uplink Wireless Transmission [8] Martin Sauter;Beyond 3G Bringing netwwork Terminal and the web together , 2009 [9]www.wikipedia.com [10]www.3gpp.org 123 [...]... án tốt nghiệp năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác,... Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP Network), và hỗ trợ cả hai chế độ FDD và TDD 2.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE 2.1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax Về công nghệ, LTE và Wimax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm tương đồng Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP Cả hai đều dùng kĩ thuật MIMO để cải thiện... so sánh hệ thống PMC-MC-CDMA với MMC-MCCDMA sự dụng kỹ thuật pháp hiện đa user MMSE…………………………… 118 11 PHẦN B : NỘI DUNG SV : Nguyễn Tiến Việt 12 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động 1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation) Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần... các hệ thống IMT-2000 (tức sau 3G), ví dụ như HSPA, CDMA 1xEvDo và những thế hệ phát triển hơn nữa của chúng trong tương lai • Các hệ thống IMT -Advance: các hệ thống thuộc loại này được xem là hệ thống 4G • Trong liên minh viễn thông quốc tế ITU, nhóm công tác 8F(ITU-R WP 8F) đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống kế tiếp sau IMT-2000 ITU-R WP 8F tuyên bố rằng cần có các công nghệ vô tuyến di động. .. thiệu về công nghệ LTE LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/20 04 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm... đường lên và đường xuống đều được thực hiện hiệu quả Dự kiến, chuẩn IEEE 802.20 tương lai sẽ kết hợp một số tính năng của IEE 802.16e và các mạng dữ liệu 3G, nhằm cung cấp và tạo ra một mạng truyền thông đa dạng (rich communication)  3GPP LTE Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm SV... IMTAdvance cũng cho vô tuyến vùng nội hạt dưới cái tên LTE- Advance LTE- Advance là một phần của 3GPP Release 10 và IMT -Advance sẽ được triển khai vào năm 2013 hoặc sau đó SV : Nguyễn Tiến Việt 17 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 : Tốc độ bit và sự phát triển di động đến IMT -Advance Ngoài LTE của 3GPP còn có các hướng chuyển đổi khác sang 4G 3GPP2 cũng đã và đang thực hiện kế hoạch nghiên cứu LTE cho mình, hệ. .. tương đương nhau, do vậy việc quyết định hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường 2.1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE • Các tập đoàn viễn thông hướng đến LTE Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di dộng đang đoàn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết các công ty viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericson, France Telecom/Orange,... nhận phát triển theo hướng LTE Hãng TeliaSonera, nhà cung cấp lớn nhất cho thị trường Bắc Âu và vùng Baltic cũng cam kết sẽ sử dụng công nghệ LTE cho các thị trường của mình Ngày 11/6/2008, theo Financial Times, cổ phiếu của Nortel, nhà sản xuất viễn thông nổi tiếng của Canada, đã tăng 13% khi hãng tuyên bố tập trung các nỗ lực nghiên cứu không dây vào công nghệ LTE thay vì công nghệ đối thủ Wimax... thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP khác và những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động hỗ trợ những công nghệ này Bảng 2 .4 liệt kê những yêu cầu về sự gián đoạn, đó là, thời gian gián đoạn dài nhất trong liên kết vô tuyến khi phải di chuyển giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau, ... tuyến băng rộng công nghệ LTE, công nghệ tiền 4G Việt Nam Đông Nam Á Để hòa nhập với xu chung, người thực chọn đề tài “ Nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ theo công nghệ LTE LTE-Advance ... TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động 1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation) Đây hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy... LTE với công nghệ Wimax triển vọng cho công nghệ LTE 2.1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax Về công nghệ, LTE Wimax có số khác biệt có nhiều điểm tương đồng Cả hai công nghệ dựa tảng