Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƢƠNG ĐÌNH SÁNG ĐIỀU KHIỂN GIẢM CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO TRONG HỆ THỐNG LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƢƠNG ĐÌNH SÁNG ĐIỀU KHIỂN GIẢM CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO TRONG HỆ THỐNG LTE Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trịnh Anh Vũ Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn kết đạt đƣợc là thực Luận văn đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn PGS.TS.Trịnh Anh Vũ, giảng viên Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Những kết đạt đƣợc trình thực Luận văn trung thực có đƣợc từ tìm hiểu, nghiên cứu mô mà tiến hành thời gian qua Học viên Dƣơng Đình Sáng Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE LỜI CẢM ƠN Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng đến thầy cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội dạy dỗ, dìu dắt em suốt thời gian học trƣờng Để hoàn thành Luận văn nay, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Điện tử Viễn thông, Trƣờng Đại học Công nghệ, đặc biệt thầy giáo PGS.TS Trịnh Anh Vũ, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn Luận văn tạo điều kiện, tận tình bảo cho em suốt trình học tập nhƣ thời gian làm Luận văn tốt nghiệp Trân trọng./ Học viên Dƣơng Đình Sáng Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE MỤC LỤC Trang phụ bìa………………………………………………………………… Lời cam đoan……………………………………………………………… Lời cảm ơn………………………………………………………………… Mục lục………………………………………………………………………3 Danh mục chữ viết tắt………………………………………………….5 Danh mục bảng………………………………………………………….6 Danh mục hình vẽ, đồ thị……………………………………………… MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….8 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN KỸ THUẬT OFDM VÀ OFDMA… ………9 1.1 Kỹ thuật điều chế OFDM………………………………………… 1.1.1 Mở đầu…………………………… …………………………9 1.1.2 Đa sóng mang……………………………………………….9 1.1.3 Sóng mang trực giao………………… ……………………10 1.1.4 Cơ sở phƣơng pháp OFDM………… ……… ……………10 1.2 Đặc điểm OFDM ……………………… ……………………14 1.3 Kỹ thuật OFDMA………………………………………………….16 1.4 So sánh OFDM OFDMA……………………… ………………18 1.5 Kết luận…………………………………………………… …… 19 CHƢƠNG 2: CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO TRONG MẠNG LTE/LTE-A……………………………………………………………… 20 2.1 Tổng quan mạng LTE………………………………………………20 2.2 Mạng đồng mạng hỗn hợp LTE/LTE-A…… ………22 2.3 Can nhiễu tế bào mạng LTE/LTE-A……….………23 2.4 Kết luận……………………………………………………….……25 CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN GIẢM NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO TRONG MẠNG LTE/LTE-A………………………………………27 3.1 Công nghệ điều khiển giảm can nhiễu tế bào ICIC LTE…………………………………………………………………… 27 3.1.1 Tái sử dụng tần số cứng ……………………………………28 3.1.2 Tái sử dụng tần số phân số ………………………………… 28 3.1.3 Tái sử dụng tần số mềm ……………………………………29 Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 3.1.4 Tính hiệu X2 hỗ trợ ICIC…………………………………….30 3.1.5 Hoạt động ICIC………………………………… 31 3.2 Công nghệ điều khiển giảm can nhiễu tế bào tăng cƣờng eICIC LTE-A…………………………………………………….33 3.2.1 Khái niệm eICIC……………………………………………33 3.2.2 Kỹ thuật dùng khung gần nhƣ trống ABS……………….34 3.2.3 Sự kết hợp sóng mang với lập lịch chéo sóng mang …… …37 3.2.4 Sự mở rộng cell…………………………………………… 41 3.2.5 Phối hợp đa điểm…………………… .…………………….42 3.3 Kết luận………………………………………………… …… …42 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ KỊCH BẢN GIẢM CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO……………………………………… 44 4.1 Mô tả kịch thuật toán……………… ……………………44 4.1.1 Kịch I: Hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên …………………………………………………… ……44 4.1.2 Kịch 2: Hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh xuôi đƣờng xuống……………………………………… ……… ……47 4.2 Kết mô đánh giá kết quả…………………………….49 4.2.1 Kịch I: Hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên.………………………………………… ……… …….49 4.2.2 Kịch 2: Hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh xuôi đƣờng xuống……………………………………………… ………52 4.3 Kết luận…………………………………… ……… …………….54 KẾT LUẬN……………………………………………………………… 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………….…56 Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt ABS Tên tiếng anh Tên tiếng Việt Almost Blank SubFrame Khung gần nhƣ trống BS Base Staion Trạm sơ CA Carrier Aggregation Sự kết hợp sóng mang CCS Cross Carrier Schelduling Lập lịch chéo sóng mang CRE Cell Range Expansion Mở rộng vùng tế bào CoMP Coordinated Multi Point Phối hợp đa điểm CSG Closed Subscriber Group Nhóm thuê bao gần eICIC Enhanced Inter-Cell Interference Coordination Điều khiển giảm can nhiễu tế bào tăng cƣờng Enhanced Node B Node B tăng cƣờng HeNB Home eNodeB eNB gia đình HetNet Heterogeneous Network Mạng hỗn hợp Inter-Cell Interference Coordination Điều khiển giảm can nhiễu tế bào Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn LTE-A Long Term Evolution -Advanced Tiến hóa dài hạn nâng cao MeNB Macro-cell eNodeB eNB lớn Mobile Station Thuê bao di động OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiple Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access Truy cập ghép kênh phân chia tần số trực giao PBCH Physical Broadcast Channel Kênh quảng bá vật lý PCC Primary Component Carrier Sóng mang thành phần sơ cấp PCFICH Physical Control Format Indicator Channel Kênh số định dạng điều khiển vật lý PDCCH Physical Downlink Control Channel Kênh điều khiển đƣờng xuống eNB ICIC LTE MS Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE vật lý PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đƣờng xống vật lý PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý RB Resource Block Khối tài nguyên RN Relay Node Nút lặp lại SCC Second Component Carrier Sóng mang thành phần thứ cấp UE User end Ngƣời dùng đầu cuối Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Hiệu khoảng cách thuê bao DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ khối chức phía phát hệ thống đa sóng mang Hình 1.2 Sơ đồ khối chức phía thu hệ thống điều chế đa sóng mang Hình 1.3 Các sóng mang trực giao Hình 1.4 Biểu diễn FFT dạng sóng thời gian Hình 1.5 Phổ mật độ công suất Hình 1.6 Phổ biên độ sóng mang có tần số trực giao Hình 1.7 Phổ ghép kênh đa tần số trực giao (OFDM) Hình 1.8 Sơ đồ khối Hình 1.9 Phân chia nguồn tài nguyên Hình 1.10 Phân chia kênh OFDM Hình 1.11 Chèn khoảng bảo vệ Hình 1.12 Các sóng mang đồng Hình 1.13 Phân chia kênh OFDMA Hình 1.14 Khối tài nguyên Hình 1.15 Cấu trúc khung OFDMA Hình 1.16 So sánh OFDM OFDMA Hình 2.1 LTE hội tụ nhiều nhánh công nghệ Hình 2.2 Kiến trúc giao diện LTE Hình 2.3 Truy cập OFDMA SC-FDMA LTE Hình 2.4 Mạng đồng với eNB LTE Hình 2.5 Mạng hỗn hợp với cell lớn cell nhỏ LTE-A Hình 2.6 Khả can nhiễu mạng đồng LTE Hình 2.7 Khả can nhiễu mạng hỗn hợp LTE-A Hình 2.8 Mạng hỗn hợp với DeNB RN Hình 3.1 Can nhiễu tế bào LTE Hình 3.2 Tái sử dụng tần số cứng Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE Hình 3.3 Tái sử dụng tần số phân số Hình 3.4 Tái sử dụng tần số mềm Hình 3.5 Phân bổ tần số có phối hợp qua tín hiệu X2 Hình 3.6 Hoạt động ICIC Hình3.7 Mạng đồng mạng hỗ hợp Hình 3.8 Công nghệ ABS eICIC Hình 3.9 Kênh điều khiển (PDCCH) kênh liệu (PDSCH) Hình 3.10 Nhiễu kênh điều khiển macro cell HetNet Hình 3.11 ICIC eICIC Hình 3.12 ABS: ngƣời dung macro cell small cell Hình 3.13 Kết hợp sóng mang Hình 3.14 Lập lịch chéo sóng mang Hình 3.15 Sử dụng lập lịch chéo sóng mang Hình 3.16 Sự mở rộng cell Hình 3.17 Phối hợp đa điểm Hình 4.1 Kỹ thuật ICIC LTE Hình 4.2 Kỹ thuật eICIC LTE-A Hình 4.3 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách cell 100m Hình 4.4 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách cell 110m Hình 4.5 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách cell 130m Hình 4.6 Thông lƣợng trung bình hệ thống có không phân khe thời gian với bán kính small cell 30m Hình 4.7 Thông lƣợng trung bình hệ thống có không phân khe thời gian với bán kính small cell 50m Hình 4.8 Thông lƣợng trung bình hệ thống có không phân khe thời gian với bán kính small cell 80m Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 43 nhƣ trống chia sẻ dung lƣợng miền thời gian, kỹ thuật tổng hợp sóng mang kết hợp với lập lịch song mang chéo Trong chƣơng này, kỹ thuật mở rộng tế bào (CRE) hay phối hợp đa điểm (CoMP) nhằm giảm can nhiễu tế bào đƣợc giới thiệu phiên 11 LTE đƣợc đề cập Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 44 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ KỊCH BẢN GIẢM NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO Mạng LTE tiếp tục phát triển rộng khắp toàn giới Tính đến quý 2/2015, có 638 nhà mạng 181 quốc gia lựa chọn công nghệ LTE, có 422 nhà mạng triển khai thƣơng mại 143 quốc gia Tính đến quý 1/2015, có 635 triệu thuê bao mạng LTE/LTE-A Các số tiếp tục tăng lên Mạng LTE hƣớng đến cung cấp cho ngƣời dùng dịch vụ, tiện ích có tốc độ liệu lớn, thời gian thực Để đáp ứng đƣợc điều đó, yêu cầu cho mạng truy cập hiệu sử dụng phổ tần cao nhƣ linh hoạt tần số băng thông Với cấu hình mạng LTE sử dụng hệ số tái sử dụng tần số 1, tần số sóng mang cell nhƣ nhằm tận dụng tài nguyên vô tuyến nguy lớn làm giảm thông lƣợng hệ thống can nhiễu tế bào Nhiễu gây nên ngƣời dùng cell khác dùng chung tài nguyên tần số thời điểm Trên sở lý thuyết bản, khả can nhiễu nhƣ kỹ thuật giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE đƣợc xem xét chƣơng trƣớc; chƣơng này, mô đánh giá kết kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu với kịch chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên dùng kỹ thuật ICIC phân chia tần số (trong LTE) kịch chống nhiễu kênh xuôi đƣờng xuống dùng kỹ thuật eICIC với khung trống phân chia theo thời gian (trong LTE-A), từ đánh giá hiệu giảm can nhiễu đạt đƣợc Nhƣ đề cập chƣơng 3, kỹ thuật mở rộng tế bào (CRE) hay kỹ thuật phối hợp điểm nhằm giảm can nhiễu tế bào đƣợc giới thiệu LTE-A (phiên 11 phiên tiếp theo) đƣợc đề cập giới hạn phạm vi đề tài nên chƣơng chƣa đƣợc mô đánh giá kỹ thuật Có thể xem hƣớng nghiên cứu, tìm hiểu tiếp cận Luân văn 4.1 Mô tả kịch thuật toán 4.1.1 Kịch I: Hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên - Giải thiết cell có kích thƣớc tƣơng đƣơng (mạng đồng mạng LTE) - Đặc điểm kênh ngƣợc, máy di động không phát định hƣớng mà phát Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 45 tròn với công suất phát cố định, máy di động cell cạnh có tần số đƣờng lên uplink giống nhau, có khoảng cách xấp xỉ đến hai trạm sở trạm sở chịu nhiễu nặng - Giải pháp: So sánh khoảng cách từ máy di động cell cạnh tới trạm sở, máy có hiệu khoảng cách tới trạm sở nhỏ đƣợc phân tần số khác nhằm tránh gây can nhiễu nặng cho trạm sở - Cơ sở lý thuyết: Theo Định luật Shannon: C = W*log2 (1+ S/N) Trong đó: C: dung lƣợng kênh truyền (b/s) W: băng thông kênh (Hz) S: công suấ t của tiń hiê ̣u đƣơ ̣c truyề n (W) N: công suấ t của nhiễu (W) S/N: tỉ số tín hiệu / nhiễu (dB) Đánh giá ảnh hƣởng can nhiễu tần số việc sử dụng lại kênh truyền, công thức suy giảm sóng điện từ lan truyền: P(d) = P0*(d/d0)-n Trong đó: P0: công suất sóng điện từ tham chiếu khoảng cách d0 P(d): công suất sóng điện từ khoảng cách d so với điểm phát n: số mũ suy giảm sóng điện từ (chỉ số phụ thuộc vào môi trƣờng truyền sóng) Xét mô hình điểm phát T điểm thu R vật cản Từ tính chất lan truyền sóng điện từ ta có công thức Friis: Pr(d) = Pt*Gt*Gr*λ2 / (4π)2*d2*L Trong đó: Pt: công suất phát Pr(d): công suất thu d: khoảng cách T-R Gt, Gr: hệ số tăng ích anten phát thu L: hệ số mát λ: bƣớc sóng lan truyền Phƣơng trình Friis cho thấy công suất thu tỉ lệ nghịch với bình phƣơng khoảng cách Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 46 Khi ta có phƣơng trình tham chiếu với khoảng cách d0: Pr(d) / Pr(d0) = (d0//d)2 Do can nhiễu mà tín hiệu không mong muốn gây nên làm giảm dung lƣợng hệ thống Từ công thức Shannon, đánh giá đƣợc ảnh hƣởng tín hiệu không mong muốn thay đổi thông qua đánh giá dung lƣợng hệ thống Áp dụng công thức Friis, phƣơng trình tham chiếu vào công thức Shannon để đánh giá dung lƣợng hệ thống, thay dùng tỉ số công suất tín hiệu mong muốn công suất tín hiệu không mong muốn, ta đánh giá tỉ số khoảng cách nguồn tín hiệu tới điểm thu - Mô tả thuật toán: Với cell A cell B có kích cỡ tƣơng đƣơng, bán kính cell 100m, giả sử máy di động M1 M2 thuộc cell A, máy di động N1 N2 thuộc cell B Trong cell A cell tham chiếu, trạm sở chủ động phân máy di động M1 có tần số f1 M2 có tần số f2 Hình 4.1 Kỹ thuật ICIC LTE [15] Gọi a hiệu khoảng cách từ máy di động M1 N1 đến trạm sở cell A Gọi b hiệu khoảng cách từ máy di động M2 N1 đến trạm sở cell A Gọi c hiệu khoảng cách từ máy di động M1 N2 đến trạm sở cell A Gọi d hiệu khoảng cách từ máy di động M2 N2 đến trạm sở cell A Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 47 Bảng 4.1 Hiệu khoảng cách thuê bao Máy di động N1 N2 M1 (f1) a c M2 (f2) b d Ta thấy rằng, từ giá trị hiệu nhỏ trƣờng hợp phải phân máy di động tần số khác nhau, điều có nghĩa tần số phân cho N1 N2 phục thuộc vào khoảng nhỏ hiệu khoảng cách Khi đánh giá tổng dung lƣợng đƣờng lên từ M1 M2 cell tham chiếu, xem tín hiệu N1 N2 tín hiệu nhiễu Tùy trƣờng hợp a hay b hay c hay d nhỏ tính nhiễu đồng kênh tƣơng ứng công thức tính dung lƣợng hệ thống So sánh tổng dung lƣợng hệ thống có phối hợp phân chia tần số không phối hợp phân chia tần số (phân mặc định tần số f1 cho M1 N1; phân tần số f2 cho M2 N2) Ví dụ xét trƣờng hợp d nhỏ nhất, điều có nghĩ máy di động M2 máy di động N2 có hiệu khoảng cách tới trạm sở cell A nhỏ Vì vậy, máy gây nhiễu nặng cho trạm sở cell A trƣờng hợp dùng chung tần số Do ta phân tần số f1 cho máy di động N2 (do máy di động M2 đƣợc phân mặc định f2) Nhƣ vật ta có M1 N2 đƣợc phân tần số f1; M2 N1 đƣợc phân tần số f2 Khi tính tổng dung lƣợng đƣờng lên hệ thống xem tín hiệu từ N2 gây nhiễu đồng kênh cho tín hiệu từ M1 tín hiệu từ N1 gây nhiễu đồng kênh cho tín hiệu từ M2 4.1.2 Kịch 2: Hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh xuôi đƣờng xuống - Đặc điểm mạng hỗn hợp (LTE-A), cell lớn (macro cell) có công suất phủ sóng mạnh, cell nhỏ (small cell) bên có công suất phủ sóng nhỏ Do small cell nằm hoàn toàn búp sóng macro cell với công suất mạnh nên máy di động small cell dùng lại tần số chịu nhiễu kênh mạnh, đặc biệt vùng biên small cell - Giải pháp: dùng xen kẽ khe thời gian máy di động thuộc vùng phủ small cell máy di động vùng phủ small cell nhƣng thuộc vùng phủ macro cell Điều áp dụng cho kênh đƣờng lên Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 48 - Cơ sở lý thuyết: Nhƣ trình bày chƣơng 3, kỹ thuật eICIC cho phép macro cell small cell chia sẻ đồng kênh, dùng tài nguyên vô tuyến khoảng thời gian khác cách sử dụng khung con, ngăn nhiễu cho ngƣời dùng biên cell small cell bị gây macro cell Hình 4.2 Kỹ thuật eICIC LTE-A [15] - Mô tả thuật toán: Đƣờng xuống: Giả sử có máy di động MS thuộc macro cell nằm biên với small cell dùng tần số f1 Gieo ngẫu nhiên máy di động MS small cell dùng tần số f1 Công suất nhận đƣợc MS small cell quản lý thay đổi theo khoảng cách đến trạm sở BS small cell, công suất nhiễu phát xuống macro cell đến MS macro cell mạnh thay đổi vùng diện tích nhỏ Khi đó, MS thuộc vùng quản lý small cell có khả bị ảnh hƣởng nhiễu nặng từ BS macro cell Tính thông lƣợng MS small cell theo trƣờng hợp: bị nhiễu macro cell trƣờng hợp khử nhiễu theo thời gian Việc tính toán thông lƣợng trƣờng hợp dựa sở lý thuyết theo định luật Shannon công thức Friis, phƣơng trình tham chiếu nhƣ đƣợc trình bày Kịch I Khi tính thông lƣợng MS small cell ta xem tín hiệu từ BS macro cell tín hiệu nhiễu tín hiệu từ BS small cell tín hiệu mong muốn Trong trƣờng hợp khử nhiễu theo thời gian, tính thông lƣợng MS small cell nửa thông lƣợng thành phần nhiễu từ BS macro cell phân chia khe thời gian sử dụng khung trống Đƣờng lên: đƣợc tính tƣơng tự có MS macro cell biên small cell Trạm sở small cell chịu nhiễu phân tần số cho MS small cell Công suất có ích thay đổi theo khoảng cách đến trạm sở small cell công suất nhiễu không đổi Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 49 4.2 Kết mô đánh giá kết 4.2.1 Kịch I: Hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên - Kết mô thể thông lƣợng trung bình đƣờng lên cell tham chiếu trƣờng hợp: + Phân chia cố định: phân tần số f1 cho M1 N1 phân tần số f2 cho M2 N2 (thể đƣờng màu đỏ) + Phân chia theo giảm nhiễu: phân tần số f1 cho M1, f2 cho M2 thuộc cell tham chiếu Việc phân tần số cho N1 N2 cell lân cận phụ thuộc hiệu khoảng cách nhỏ máy di động thuộc cell đến trạm sở tham chiếu để tránh trƣờng hợp máy di động gây nhiễu nặng cho trạm sở tham chiếu (thể đƣờng màu xanh dƣơng) + Phân chia tối ƣu: không quan tâm tới hiệu khoảng cách nhỏ máy di động thuộc cell đến trạm sở tham chiếu mà lấy thông lƣợng trung bình lớn cell tham chiếu (thể đƣờng màu xanh cây) - Với khoảng cách trạm sở BS cell cách 100m, ta đƣợc kết mô nhƣ hình 4.3 dƣới đây: Hình 4.3 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách cell 100m Kết mô cho thấy: + Thông lƣợng trung bình trƣờng hợp phân chia tối ƣu lớn Trong trƣờng hợp này, thông lƣợng trung bình hệ thống lấy kết Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 50 thông lƣợng trung bình lớn nhất, không quan tâm tới vị trí máy di động MS, không quan tâm tới việc trạm sở BS cell tham chiếu bị nhiễu nặng máy di động MS có hiệu khoảng cách nhỏ gây nên Vì thế, xảy việc thông lƣợng trung bình đƣờng lên cell tham chiếu từ máy di động MS đạt đƣợc mức cao nhƣng từ máy lại đạt mức thấp (do bị nhiễu nặng), nhƣ thông lƣợng trung bình đƣờng lên cân máy di động MS + Thông lƣợng trung bình trƣờng hợp phân chia theo giảm nhiễu đạt đƣợc cao thông lƣợng trung bình trƣờng hợp phân chia cố định, điều có nghĩa nhiễu trung bình giảm phân chia tần số cho N1 N2 có hiệu + Thông lƣợng trung bình trƣờng hợp phân chia cố định có giá trị nhỏ việc máy di động MS gần gây nhiễu cho trạm sở BS cell tham chiếu - Khi tăng khoảng cách trạm sở BS cell, cách 100m 130m, kết tƣơng quan thông lƣợng trung bình hệ thống nhận đƣợc tƣơng tự với trƣờng hợp trạm sở BS cell cách 100m (hình 4.4 hình 4.5) Tuy nhiên: + Thông lƣợng trung bình hệ thống trƣờng hợp tăng lên tăng khoảng cách trạm sở BS cell Điều ảnh hƣởng cƣờng độ tín hiệu máy di động MS cell lân cận đƣờng lên gây cho trạm sở BS cell tham chiếu giảm đi, giảm theo tỉ lệ nghịch với bình phƣơng khoảng cách + Khi tăng khoảng cách trạm sở MS cell mức chênh lệch thông lƣợng trung bình hệ thống trƣờng hợp phân chia theo giảm nhiễu đạt đƣợc cao không đáng kể (chiều hƣớng giảm) so với thông lƣợng trung bình hệ thống trƣờng hợp phân chia cố định Điều ảnh hƣởng cƣờng độ tín hiệu máy di động MS cell lân cận đƣờng lên gây cho trạm sở BS cell tham chiếu giảm Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 51 Hình 4.4 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách cell 110m Hình 4.5 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách cell 130m - Kết luận: Nhƣ vậy, từ kết mô kịch hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên ta thấy rằng, trạm sở có khoảng cách gần nhau, cell cạnh việc phân chia tần số phân theo giảm nhiễu cho hiệu rõ rệt, cải thiện dung lƣợng hệ thống so với trƣờng hợp phân tần cố định Trong đó, dung lƣợng hệ thống phân theo tối ƣu lớn nhất, cách phân dẫn đến dung lƣợng cân máy di động MS cell Khi khoảng cách trạm sở BS tăng lên, dung lƣợng hệ thống trƣờng hợp phân chia tăng lên ảnh hƣởng can nhiễu cell giảm Chênh lệch thông lƣợng trung bình trƣờng hợp phân chia giảm nhiễu đạt Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 52 đƣợc so với thông lƣợng trung bình trƣờng hợp phân chia cố định có chiều hƣớng giảm đi; điều máy di động cell cách xa nhau, nên tỉ số khoảng cách máy di động MS cell không khác biệt nhiều trƣờng hợp phân chia tần số theo giảm nhiễu phân tần số cố định 4.2.2 Kịch 2: Hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh xuôi đƣờng xuống - Kết mô thể thông lƣợng trung bình đƣờng lên cell tham chiếu trƣờng hợp: + Không phân khe thời gian: máy di động MS small cell bị nhiễu trạm sở BS macro cell + Phân khe thời gian: máy di động MS small cell máy di động MS macro cell phân khe thời gian để sử dụng khung với tỉ lệ phần hai, tránh can nhiễu - Kết mô (hình 4.6) trƣờng hợp phân khe thời gian thông lƣợng trung bình small cell cao thông lƣợng trung bình trƣờng hợp không phân khe thời gian Điều máy di động MS macro cell small cell dùng chung tần số máy di động MS small cell bị nhiễu đồng kênh trạm sở BS macro cell Trong trƣờng hợp phân khe thời gian, máy di động MS small cell hoạt động tần số với máy di động MS macro cell nhƣng khoảng thời gian khác mà không bị nhiễu, dung lƣợng small cell tăng lên Hình 4.6 Thông lƣợng trung bình hệ thống có không phân khe thời gian với bán kính small cell 30m Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 53 - Khi tăng bán kính small cell lên 50m 80m, tƣơng quan thông lƣợng trung bình trƣờng hợp không phan khe thời gian phân khe thời gian small cell nhận đƣợc tƣơng tự với trƣờng hợp bán kính 30m (hình 4.7 hình 4.8) Tuy nhiên, thông lƣợng trung bình small cell theo chiều hƣớng giảm tăng bán kính cell Điều cƣờng độ tín hiệu mà máy di động MS small cell nhận đƣợc bị giảm theo khoảng cách ảnh hƣởng tín hiệu nhiễu từ trạm sở BS macro cell hầu nhƣ không đổi Hình 4.7 Thông lƣợng trung bình hệ thống có không phân khe thời gian với bán kính small cell 50m Hình 4.8 Thông lƣợng trung bình hệ thống có không phân khe thời gian với bán kính small cell 80m Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 54 - Kết luận Kết mô hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh xuôi đƣờng xuống cho thấy: trƣờng hợp máy di động small cell macro cell dùng tần số nhƣng đƣợc phân khe thời gian cho kết dung lƣợng small cell cao so với trƣờng hợp máy di động cell sử dụng chung tần số nhƣng không phân khe thời gian can nhiễu đồng kênh Khi tăng bán kính small cell dung lƣợng bị giảm tín hiệu mà máy di động nhận đƣợc yếu 4.3 Kết luận Từ kết mô kịch bản: kịch hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên cách phối hợp phân chia tần số (kỹ thuật ICIC mạng LTE) kịch hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh xuôi đƣờng xuống cách phân khe thời gian dùng khung (kỹ thuật eICIC mạng LTE-A) thấy rằng: kỹ thuật mang lại hiệu làm giảm can nhiễu tế bào, làm tăng dung lƣợng hệ thống Thuật toán mô đơn giản nhƣng thể đƣợc tính nguyên tắc, tính ƣu việt kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE phiên LTE phiên 10 (LTE-A) Trong phiên hệ thống LTE, kỹ thuật làm giảm, tránh can nhiễu tế bào, nhằm làm tăng dung lƣợng hệ thống tiếp tục đƣợc nghiên cứu, áp dụng nhƣ kỹ thuật mở rộng tế bào, phối hợp đa điểm…Đây xem hƣớng nghiên cứu Luận văn Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 55 KẾT LUẬN Mạng LTE phiên tiếp tục phát triển, triển khai rộng khắp toàn giới Với ƣu vƣợt trội khả cung cấp dịch vụ truy nhập tốc độ cao, với xu hƣớng dần phổ cập thiết bị đầu cuối, khẳng định mạng LTE xu hƣớng phát triển chủ đạo viễn thông giới thời gian tới Tại Việt Nam, số nhà mạng đƣợc phép thử nghiệm công nghệ LTE từ năm 2010 theo thông tin từ nhà quản lý năm 2016 xem xét cấp phép thức triển khai LTE Việt Nam Trong mạng LTE, đƣờng xuống downlink sử dụng giải pháp truy cập dựa công nghệ OFDMA, kết hợp với điều chế bậc cao hơn, băng thông lớn ghép kênh không gian đƣờng xuống downlink nên đạt đƣợc tốc độ liệu cao Tuy nhiên, nguy lớn làm giảm thông lƣợng hệ thống mạng LTE can nhiễu tế bào tần số đƣợc tái sử dụng với hệ số 1, tần số sóng mang cell nhƣ nhằm tận dụng tài nguyên vô tuyến Để nhằm giảm tránh việc giảm thông lƣợng hệ thống can nhiễu tế bào, kỹ thuật giảm nhiễu tế bào đƣợc nghiên cứu áp dụng Trong giới hạn, Luận văn tìm hiểu công nghệ OFDM/OFDMA tảng ứng dụng mạng LTE/LTE-A, nghiên cứu trình bày khả can nhiễu tế bào mạng LTE/LTE-A kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu tế bào nhƣ phân chia tái sử dụng tần số cell, sử dụng khung gần nhƣ trống phân chia theo thời gian, kết hợp sóng mang lập lịch chéo sóng mang… Trong phần mô đánh giá số kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu tế bào: kịch trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên cách phối hợp phân chia tần số kịch hai trạm sở hợp tác chống nhiễu kênh xuôi đƣờng xuống cách phân khe thời gian dùng khung con, kết cho thấy hiệu kỹ thuật làm giảm can nhiễu tế bào, làm tăng dung lƣợng hệ thống Thuật toán mô đơn giản nhƣng thể đƣợc tính nguyên tắc, tính ƣu việt kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE phiên LTE phiên 10 (LTE-A) Trong phiên hệ thống LTE, kỹ thuật làm giảm, tránh can nhiễu tế bào, nhằm làm tăng dung lƣợng hệ thống tiếp tục đƣợc nghiên cứu sâu hơn, đƣợc áp dụng nhƣ kỹ thuật mở rộng tế bào, phối hợp đa điểm….Các kỹ thuật giảm can nhiễu vấn đề liên quan hay mô hình mô hƣớng nghiên cứu Luận văn Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Đức (2006), Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Thu Hà (2005), Nghiên cứu kỹ thuật cấp kênh tĩnh cấp kênh động cho mạng tế bào sử dụng công nghệ OFDM, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Đức Nghĩa (2013), Tính toán khoa học, Nhà xuất Bách Khoa - Hà Nội Trung tâm Công nghệ thông tin - Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thông (2015), Công nghệ 4G hướng triển khai Việt Nam, Hà Nội Trịnh Anh Vũ (2006), Thông tin di động, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh http://www.3gpp.org https://en.wikipedia.org/wiki/LTE 4G++, Inter-Cell Interference Coordination, 4G++: Advanced Performance Boosting Techniques in 4th Generation Wireless Systems / A National Telecommunication Regulatory / Authority Funded Project / Work Package ASIF ALI KHAN (2011), Interference Management for Heterogeneous Networks in 3GPP LTE Advanced and Beyond” Master of Science Thesis Stockholm, Sweden 10 Indunil (August 3, 2014), “Difference Between OFDM and OFDMA”, http://www.differencebetween.com/difference-between-ofdm-and-vsofdma/ 11 Jeanette Wannstrom, (June 2013), LTE-Advanced, Submission for 3GPP 12 Jeanette Wannstrom, masterltefaster.com and Keith Mallinson, Wise Harbor HetNet/Small Cells, for 3PP 13 Hyung G.Myung (May 18, 2008), Technical Overview of 3GPP LTE Technical, for 3GPP Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 57 14 Magdalena Nohrborg, LTE, for 3GPP 15 Dr Michelle M Do and Dr Harrison J Son (June 05, 2014), Interference Coordination in LTE/LTE-A (1): Inter-Cell Interference Coordination (ICIC) 16 Volker Pauli, Eiko Seidel (September, 2011), Inter-Cell Interference Coordination for LTE-A, Nomor Research GmbH, Munich, Germany 17 Volker Pauli, Juan Diego Naranjo, Eiko Seidel (December, 2010), Heterogeneous LTE Networks and Inter-Cell Interference Coordination, Nomor Research GmbH, Munich, Germany 18 WANG Hao1,2 , LIU Nan1, LI Zhihang1, WU Ping2, PAN Zhiwen1 & YOU Xiaohu1, LTE Multi-Cell Networks, 1National Mobile Communications Research Laboratory, School of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2Signal and System at Department of Engineering Sciences, Uppsala University, Uppsala 75121, Sweden Received June 1, 2012; accepted September 1, 2012 Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE [...]... đến các kỹ thuật điều khiển nhằm giảm can nhiễu giữa các tế bào trong mạng LTE/ LTE-A Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE 28 CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN GIẢM NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO TRONG HỆ THỐNG LTE/ LTE-A Một trong những yếu tố lớn nhất gây ra sự suy giảm chất lƣợng mạng là can nhiễu giữa các tế bào Trong chƣơng này sẽ tìm hiểu, nghiên cứu kỹ thuật để giảm can nhiễu giữa các. .. cell trong mạng LTE/ LTE-A Trong mạng LTE thƣờng đề cập đến công nghệ ICIC (Inter-Cell Interference Coordination), trong mạng LTE- A thƣờng đề cập công nghệ (Enhanced ICIC) 3.1 Công nghệ điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào ICIC trong LTE ICIC đƣợc định nghĩa trong 3GPP phiên bản 8 nhƣ công nghệ điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào đƣợc dùng trong hệ thống LTE Đặc biệt làm giảm can nhiễu giữa các. .. Tổng quan kỹ thuật OFDM và OFDMA Chƣơng 2: Can nhiễu giữa các tế bào trong mạng LTE/ LTE-A Chƣơng 3: Kỹ thuật giảm can nhiễu giữa các tề bào trong mạng LTE/ LTE-A Chƣơng 4: Mô phỏng và đánh giá một số mô hình giảm can nhiễu giữa các tế bào Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM VÀ OFDMA 1.1 Kỹ thuật điều chế OFDM 1.1.1 Mở đầu Ghép kênh phân... hơn trong việc sử dụng nguồn tài nguyên phổ tần số Hiện nay, OFDMA đƣợc ứng dụng trong các hệ thống nhƣ WiMAX di động hệ thống LTE và các phiên bản tiếp theo, TiVi White Space Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE 21 CHƢƠNG 2: CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO TRONG MẠNG LTE/ LTE-A 2.1 Tổng quan mạng LTE [7] LTE viết tắt của cụm từ Long Term Evolution, có nghĩa là Tiến hóa dài hạn LTE. .. số, có nghĩa là Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE 27 tần số sử dụng tại các tế bào trong mạng là giống nhau nên nguy cơ cao xảy ra can nhiễu cả đƣờng xuống và đƣờng lên cho ngƣời dùng giữa các tế bào, đặc biệt tại vùng biên tế bào Đây là một trong những nguy cơ lớn làm giảm thông lƣợng hệ thống, vì vậy cần có những giải pháp để giảm, tránh nguy cơ can nhiễu Trong chƣơng tiếp... không có can nhiễu do công suất phát của 2 máy di động thấp Tuy nhiên, nếu 2 máy di động A1 và B1 có vị trí tại biên tế bào thì tín hiệu của chúng sẽ gây can nhiễu lẫn nhau do công suất phát của 2 máy di động lớn Hình 3.1 Can nhiễu giữa các tế bào trong LTE [15] Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE 29 Can nhiễu gây xảy ra bởi các tế bào chỉ biết tài nguyên vô tuyến của các ngƣời... khả năng can nhiễu giữa các tế bào lân cận Đặc biệt đối với ngƣời dùng tại vùng biên tế Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE 25 báo, khi đó ngƣời dùng có khả năng bị can nhiễu cũng nhƣ gây can nhiễu theo chiều ngƣợc lại với trạm cơ sở lân cận Đối với mạng đồng nhất trong hệ thống LTE, một ngƣời dùng ở biên của macro cell có khả năng bị can nhiễu cũng nhƣ gây can nhiễu ngƣợc trở... lƣợng hệ thống do can nhiễu giữa các tế bào, các kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào đƣợc nghiên cứu và áp dụng Trong mạng LTE thƣờng đề cập đến kỹ thuật ICIC (Inter-Cell Interference Coordination), trong mạng LTE- A thƣờng đề cập đến kỹ thuật eICIC (enhenced ICIC) Luận văn này sẽ trình bày về những vấn đề lý thuyết liên quan đến OFDM/OFDMA và các kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu giữa các. .. điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào tăng cƣờng eICIC trong LTE- A Nhƣ đƣợc đề cập về ICIC, điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào tăng cƣờng là một công nghệ điều khiển giảm nhiếu trong LTE- A Trong LTE/ LTEA, một thách thức quan trọng đối với các nhà mạng là họ phải tăng dung lƣợng mạng để bắt kịp việc tăng dung lƣợng nhanh chóng Đặc bệt trong khu vực đông dân cƣ nhƣ thành phố, các điểm nóng có... (Home eNB) có thể bị can nhiễu nghiêm trọng bởi HeNB - Những UE đƣợc phục vụ bởi HeNB nhƣng ở biên cell có thể bị can nhiễu bởi macro eNB Đƣờng lên: - Những UE đƣợc phục vụ bởi macro eNB nhƣng ở gần HeNB có thể gây can nhiễu đáng kể tới HeNB trong đƣờng lên Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE 26 Hình 2.7 Khả năng can nhiễu mạng hỗn hợp trong LTE- A [9] Trong mạng hỗn hợp, nút ... nguy can nhiễu Trong chƣơng tiếp theo, đề cập đến kỹ thuật điều khiển nhằm giảm can nhiễu tế bào mạng LTE/ LTE-A Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 28 CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN GIẢM... ứng dụng hệ thống nhƣ WiMAX di động hệ thống LTE phiên tiếp theo, TiVi White Space Điều khiển giảm can nhiễu tế bào hệ thống LTE 21 CHƢƠNG 2: CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO TRONG MẠNG LTE/ LTE-A 2.1... 3.2 Công nghệ điều khiển giảm can nhiễu tế bào tăng cƣờng eICIC LTE- A Nhƣ đƣợc đề cập ICIC, điều khiển giảm can nhiễu tế bào tăng cƣờng công nghệ điều khiển giảm nhiếu LTE- A Trong LTE/ LTEA, thách