Đang tải... (xem toàn văn)
3GPP đang phát triển một tiêu chuẩn cho mạng truy cập di động băng thông rộng hứa hẹn sẽ đáp ứng được những yêu cầu về thông lượng kênh truyền và độ bao phủ của mạng của công nghệ di động thế hệ thứ tư(4G) gọi là LTEAdvanced, là phiên bản phát triển của LTE. Mục tiêu chính của sự phát triển này là làm tăng tốc độ dữ liệu, cải thiện hiệu suất phổ, cải thiện độ bao phủ và đồng thời giảm trễ trong quá trình truyền. Kết quả cuối cùng của những mục tiêu này nhằm tăng chất lượng dịch vụ cho người dùng, ngoài ra để giảm chi phí điều hành đối với nhiều môi trường thông tin liên lạc khác nhau. Một trong những thách thức của chuẩn đang phát triển này là phải cung cấp tốc độ dữ liệu cao trong vùng bao phủ của trạm gốc. Một giải pháp để tăng tốc độ dữ liệu là giảm tỉ lệ lỗi bit (BER) khi tỉ số SRN được cho trước, đồng thời tăng độ bao phủ bằng cách sử dụng các trạm trung gian để chuyển tiếp dữ liệu giữa trạm gốc và thiết bị di động còn gọi là kỹ thuật chuyển tiếp. Kỹ thuật chuyển tiếp đã được bắt đầu nghiên cứu và được xem xét trong quá trình chuẩn hóa của hệ thống truyền thông di động băng rộng thế hệ 4G. Vì vậy, em quyết định chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp là: “Nghiên cứu giảm BER bằng các phương pháp hợp tác chuyển tiếp trong LTEAdvanced ”. Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào nghiên cứu các kỹ thuật chuyển tiếp trong hệ thống LTEAdvanced và đánh giá hiệu quả của các phương pháp kết hợp tại đầu thu trong hợp tác chuyển tiếp. Cách tiếp cận vấn đề là thiết kế, mô phỏng kênh truyền, các phương thức chuyển tiếp tại trạm chuyển tiếp kết hợp với các phương pháp kết hợp tín hiệu tại đầu thu nhằm giảm tỉ lệ bit lỗi cho mạng LTEAdvanced làm nổi bật hiệu quả của các kỹ thuật chuyển tiếp. Kết quả mô phỏng của đồ án đã làm sáng tỏ phần lý thuyết đã trình bày, cho thấy các kỹ thuật hợp tác chuyển tiếp có thể giảm BER. Qua đó có thể làm cơ sở để tăng tốc độ bit nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ một cách hiệu quả.Nội dung đồ án gồm hai phần lý thuyết và mô phỏng, được trình bày qua 4 chương:Chương 1: Giới thiệu công nghệ vô tuyến LTEAdvancedChương 2: Công nghệ Relay trong LTEAdvancedChương 3: Chuyển tiếp trong mạng đa chặng hợp tácChương 4: Mô phỏng kết quả các phương pháp kết hợpTrong quá trình hoàn thành đồ án này, tuy đã cố gắng nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong quý thầy cô chỉ bảo thêm. Nhân đây, em xin chân thành gửi lời xin lỗi đến thầy hướng dẫn em làm đồ án tốt nghiệp này là thầy Nguyễn Văn Cường vì tác phong học tập chưa tốt của mình. Em đã ghi nhớ và sẽ chú trọng đến tác phong và thái độ học tập và làm việc trong mọi lĩnh vực của cuộc sống từ bây giờ.
LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Nếu vi phạm em xin chịu hình thức kỷ luật Khoa Đà Nẵng, ngày 01,tháng 06, năm 2014 Sinh viên ký tên Lê Văn Vũ LỜI NÓI ĐẦU 3GPP phát triển tiêu chuẩn cho mạng truy cập di động băng thông rộng hứa hẹn đáp ứng yêu cầu thông lượng kênh truyền độ bao phủ mạng công nghệ di động hệ thứ tư(4G) gọi LTE-Advanced, phiên phát triển LTE Mục tiêu phát triển làm tăng tốc độ liệu, cải thiện hiệu suất phổ, cải thiện độ bao phủ đồng thời giảm trễ trình truyền Kết cuối mục tiêu nhằm tăng chất lượng dịch vụ cho người dùng, để giảm chi phí điều hành nhiều môi trường thông tin liên lạc khác Một thách thức chuẩn phát triển phải cung cấp tốc độ liệu cao vùng bao phủ trạm gốc Một giải pháp để tăng tốc độ liệu giảm tỉ lệ lỗi bit (BER) tỉ số SRN cho trước, đồng thời tăng độ bao phủ cách sử dụng trạm trung gian để chuyển tiếp liệu trạm gốc thiết bị di động gọi kỹ thuật chuyển tiếp Kỹ thuật chuyển tiếp bắt đầu nghiên cứu xem xét trình chuẩn hóa hệ thống truyền thông di động băng rộng hệ 4G Vì vậy, em định chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp là: “ Nghiên cứu giảm BER phương pháp hợp tác chuyển tiếp LTE-Advanced ” Đồ án tốt nghiệp tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật chuyển tiếp hệ thống LTE-Advanced đánh giá hiệu phương pháp kết hợp đầu thu hợp tác chuyển tiếp Cách tiếp cận vấn đề thiết kế, mô kênh truyền, phương thức chuyển tiếp trạm chuyển tiếp kết hợp với phương pháp kết hợp tín hiệu đầu thu nhằm giảm tỉ lệ bit lỗi cho mạng LTE-Advanced làm bật hiệu kỹ thuật chuyển tiếp Kết mô đồ án làm sáng tỏ phần lý thuyết trình bày, cho thấy kỹ thuật hợp tác chuyển tiếp giảm BER Qua làm sở để tăng tốc độ bit nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ cách hiệu Nội dung đồ án gồm hai phần lý thuyết mô phỏng, trình bày qua chương: Chương 1: Giới thiệu công nghệ vô tuyến LTE-Advanced Chương 2: Công nghệ Relay LTE-Advanced Chương 3: Chuyển tiếp mạng đa chặng hợp tác Chương 4: Mô kết phương pháp kết hợp Trong trình hoàn thành đồ án này, cố gắng không tránh khỏi thiếu sót, em mong quý thầy cô bảo thêm Nhân đây, em xin chân thành gửi lời xin lỗi đến thầy hướng dẫn em làm đồ án tốt nghiệp thầy Nguyễn Văn Cường tác phong học tập chưa tốt Em ghi nhớ trọng đến tác phong thái độ học tập làm việc lĩnh vực sống từ Qua đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông cung cấp kiến thức cần thiết năm năm đại học để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này! Đó tảng để em tiếp tục học tập ứng dụng vào công việc sau Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Cường hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án này! Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……………………… …52 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… …53 PHỤ LỤC………………………………………………………………… … 54 DANH MỤC HÌNH VẼ CÁC TỪ VIẾT TẮT 3G 3rd Generation 3GPP 3rd Generation Partnership Project 4G 4th Generation B3G Beyond 3rd Generation BER Bit Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CDMA Code Division Multiple Access CP Cyclic Prefix DFT Discrete Fourier Transform DL Down link DMF De- Modulate and Forward ESNRC Enhanced Signal to Noise Combining eNB evolved Node B ERC Equal Ratio Combining FDMA Frequency Division Multiple Access FDD Frequency Division Duplex FFT Fast Fourier Transform FRC Fixed Ratio Combining GSM Global System for Mobile communication IFFT Inverse Fast Fourier Transform IMT International Mobile Telecommunications IMT-A International Mobile Telecommunications Advanced ITU International Telecommunication Union LOS Line Of Sight LTE Long Term Evolution LTE-A Long Term Evolution Advanced MIMO Multiple Input and Multiple Output MRC Maximum Ratio Combining NLOS Non Line Of Sight OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access PAPR Peak to Average Power Ratio QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying RF Radio Frequency RAN Radio Access Network RN Relay Node RX Receiver RS Relay Station SCFDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access SER Symbol Error Rate SNR Signal to Noise Ratio SNRC Signal to Noise Ratio Combining TDD Time Division Duplex TX Transmitter UE User Equipment UL Up link CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN LTE-ADVANCED 1.1 Giới thiệu chương LTE-Advanced biết đến phiên mở rộng LTE, đáp ứng yêu cầu IMT-Advanced gọi công nghệ hệ 4G Vì LTE-A có phát triển bậc so với LTE chúng có điểm tương đồng cấu trúc mạng, đặc tính phổ tần, kỹ thuật phân tập…Nên nhắc đến LTE-A trước hết phải có kiến thức tổng quát 3G LTE Chương đồ án này, trình bày số khái niệm quan trọng LTE ( Phiên thứ 8), LTE-Advanced Sau trình bày số ưu điểm LTE- Advanced so sánh khác biệt LTE LTEAdvanced 1.2 Hệ thống vô tuyến 3G LTE Long Term Evolution ( LTE ) hệ thống vô tuyến hệ thứ ba (3G), dựa công nghệ truy cập vô tuyến LTE đà phổ biến tiếp tục phát triển với tốc độ nhanh Tuy nhiên , để đáp ứng nhu cầu bùng nổ thông tin tương lai, dịch vụ di động băng thông rộng cần phải truyền liệu tốc độ cao, trễ ngắn hơn, dung lượng lớn hơn… Đó thách thức nỗ lực nghiên cứu hệ 3G-LTE gọi truy cập vô tuyến hệ thứ tư (4G) Truy cập vô tuyến hệ thứ tư dự kiến cung cấp tốc độ liệu lên đến 100 Mbps với độ bao phủ rộng lên đến Gbps với độ bao phủ tập trung, đáp ứng yêu cầu hệ thống Beyond IMT2000 Để đáp ứng yêu cầu cải tiến vượt bậc đó, 3GPP bắt đầu nghiên cứu LTE -A, với mục tiêu đạt bước nhảy vọt đáng kể cung ứng dịch vụ giảm chi phí LTE-Advanced giới thiệu phiên 10 1.3 Tổng quan LTE channel.attenuation.phi); relay.symbol_sequence = rx_combine(relay.rx, channel, 0); relay.signal2send = relay.symbol_sequence; otherwise error(['Unknown relay-mode: ', relay.mode]) end A.6 Structures A.6.1 Signal - generate signal structure.m function [signal_structure] = generate_signal_structure(); % Creates the structure for all signal parameters signal_structure = struct( 'nr_of_bits',{}, % nr of bits to transfer 'nr_of_symbols',{}, % nr of symbols to transfer 'bits_per_symbol',{}, % BPSK (1 bit/symbol) % QPSK (2 bits/symbol) 'modulation_type',{}, % 'BPSK', 'QPSK' 'bit_sequence',{}, % bit sequence of the signal 'symbol_sequence',{}, % symbol sequence of the signal 'received_bit_sequence',{});% bit sequence after transmission A.6.2 Channel - generate channel structure.m function [channel_structure] = generate_channel_structure(); % Creates the structure for all channel parameters attenuation_structure = generate_attenuation_structure; noise_structure = generate_noise_structure; channel_structure = struct( 'attenuation', attenuation_structure, % fading 'noise', noise_structure); % noise function [fading_structure] = generate_attenuation_structure(); % Creates the structure for all fading parameters fading_structure = struct( 'pattern',{}, % 'no', 'Rayleigh' 'distance', {}, % distance 'd', {}, % path loss 'h',{}, % attenuation incl phaseshift 'h_mag',{}, % magnitude 'phi',{}, % phaseshift 'block_length',{}); % lenth of the block (bit/block) function [noise_structure] = generate_noise_structure(); % Creates the structure for all noise parameters noise_structure = struct( 'SNR',{}, % Signal to Noise Ratio (dB) 'sigma',{}); % sigma of AVGN A.6.3 Receiver - generate rx structure.m function [rx_structure] = generate_rx_structure(); % Creates the structure for all receiver (Rx) parameters rx_structure = struct( 'combining_type',{}, % 'ERC', 'SNRC', 'ESNRC', 'MRC' 'sd_weight',{}, % used for 'FRC' % relay link is weighted one 'received_signal',{}, % signal originally received after phaseshift is undone, saved in signal2analyse 'signal2analyse',{}); % one row per incomming signal, which % then are combined to estimate the bit-sequence A.6.4 Relay - generate relay structure.m function [relay_structure] = generate_relay_structure(); % Creates the structure for all relay parameters rx_structure = generate_rx_structure; relay_structure = struct( 'mode',{}, % 'AAF' (Amplify and Forward) 'DAF' (Decode and Forward) 'magic_genie',{}, % 'Magic Genie 'amplification',{}, % used in AAF mode 'symbol_sequence',{}, % used in DAF mode 'signal2send',{}, % Signal to be send 'rx',struct(rx_structure)); % Receiver A.6.5 Statistic - generate statistic structure.m function [statistic_structure] = generate_statistic_structure(); % Creates the structure for all statistic parameters statistic_structure = struct( 'xlabel','SNR [dB]', % label x-axis 'ylabel','Probability of error', % label y-axis 'x',[], % one graph per row x-axis 'y',[], % y-axis 'legend',''); % legend A.7 Conversions A.7.1 SNR to BER - ber2snr.m function y = snr2ber(x) % Calculates the BER of the channel global signal; switch signal.modulation_type case 'QPSK' y = q(sqrt(x)); case 'BPSK' y = q(sqrt(2 * x)); otherwise error(['Modulation-type unknown: ', signal.modulation_type]) end A.7.2 BER to SNR - ber2snr.m function y = ber2snr(x); % Calculates the SNR of the channel % The SNR of the channel can be estimated/calculated when the % BER of the channel is known global signal; switch signal.modulation_type case 'QPSK' y = qinv(x) ^ 2; case 'BPSK' y = qinv(x) ^ / 2; otherwise error(['Modulation-type unknown: ', signal.modulation_type]) end A.7.3 Symbol Sequence to Bit Sequence - symbol2bit.m function [bit_sequence] = symbol2bit(symbol_sequence); % Calculates bit_sequence from the symbol_sequence depending % on the modulation type global signal; switch signal.modulation_type case 'BPSK' bit_sequence = symbol_sequence; case 'QPSK' bit_sequence = [real(symbol_sequence), imag(symbol_sequence)]; otherwise error(['Modulation-type unknown: ', signal.modulation_type]) end A.7.4 Bit Sequence to Symbol Sequence - bit2symbol.m function [symbol_sequence] = bit2symbol(bit_sequence); % Calculates symbol_sequence from the bit_sequence depending on % the modulation type global signal; switch signal.modulation_type case 'BPSK' symbol_sequence = bit_sequence; case 'QPSK' symbol_sequence = bit_sequence(1:signal.nr_of_symbols) + j* bit_sequence(signal.nr_of_symbols + : signal.nr_of_bits); otherwise error(['Modulation-type unknown: ', signal.modulation_type]) end A.8 Statistic A.8.1 Add Statistic - add2statistic.m function add2statistic(x,y,leg); % Add graph to statistic global statistic; statistic=generate_statistic_structure(); statistic.x = [statistic.x;x]; statistic.y = [statistic.y;y]; statistic.legend = strvcat(statistic.legend,leg); A.8.2 Show Statistic - show statistic.m function [handle] = show_statistic(colour_bw, order); % Shows the result in a plot global statistic; if (nargin[...]... dụng cho công nghệ thông tin di động khác Ví dụ như những hệ thống GSM thế hệ thứ hai, hoặc thậm chí là những công nghệ vô tuyến không phải của di động như những phổ tần phát thanh hiện nay Hệ quả là nó yêu cầu truy nhập vô tuyến LTE phải có khả năng hoạt động trong một dải băng tần rộng, ít nhất là từ băng tần thấp như 450 MHz cho đến băng tần 2.6 GHz Khả năng vận hành một công nghệ truy cập vô tuyến. .. chủ yếu của công nghệ truy nhập vô tuyến LTE Mục tiêu của tính linh hoạt phổ là việc cho phép triển khai truy nhập vô tuyến LTE trong nhiều phổ tần với những đặc tính khác nhau, bao gồm những sự khác nhau về sắp xếp băng tần kết hợp hay không kết hợp, băng tần hoạt động, và kích thước của phổ tần khả dụng Ngoài ra, ít nhất là trong giai đoạn chuyển đổi ban đầu, các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau... đặc tính chủ yếu của công nghệ truy nhập vô tuyến LTE Hình 1.2 FDD(a) vs TDD(b) DL: đường xuống; UL: đường lên 1.3.2.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công Một phần quan trọng trong những yêu cầu của LTE về mặt tính linh hoạt phổ là khả năng triển khai truy nhập vô tuyến trong cả phổ tần theo cặp (kết hợp) hoặc không theo cặp(không kết hợp), như vậy LTE có thể hỗ trợ sắp xếp song công phân chia theo... các đặc tuyến kênh truyền có thể được ước tính một cách hoàn hảo, độ khuếch đại tại trạm chuyển tiếp có thể được tính như sau: Công suất của tín hiệu đến được cho bởi: (2.1) Với : đáp ứng kênh truyền từ nguồn đến trạm chuyển tiếp : tín hiệu được phát đi tại nguồn : nhiễu nhiệt xuất hiện trong quá trình truyền từ nguồn đến trạm chuyển tiếp ξ : năng lượng của tín hiệu Để gửi dữ liệu với cùng một công suất... thuật chuyển tiếp này 2.2 Giới thiệu công nghệ chuyển tiếp 2.2.1 Nhu cầu sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp Sự mong đợi về một kênh truyền tốc độ cao hơn của mạng lưới truyền thông vô tuyến trong tương lai sắp diễn ra đã làm động lực để tìm hiểu và nghiên cứu nâng cấp các mạng lưới viễn thông hiện nay Như đã đề cập ở chương trước về mục tiêu của LTEAdvanced, khái niệm về công nghệ chuyển tiếp là một chủ đề quan... thiết kế truy nhập vô tuyến mạng tiết kiệm năng lượng (RAN), tăng tính linh hoạt của việc triển khai hệ thống mạng, và tắt mạng tải từ người sử dụng cục bộ Không phụ thuộc vào công nghệ thực tế, công nghệ sắp tới cũng sẽ cho phép các hoạt động tương tác giữa các công nghệ liên quan và các mạng không đồng nhất, do đó hiển nhiên cung cấp ưu điểm về: - Độ bao phủ: Người dùng được cung cấp chất lượng dịch... ích từ khía cạnh tốc độ dữ liệu đỉnh mà quan trọng hơn là công cụ cho việc mở rộng vùng phủ sóng với các tốc độ dữ liệu trung bình 1.4.2 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 nghê then chốt vốn có của LTE và chắc chắn sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng hơn trong LTE-Advance Thiết kế đa anten hiện tại cung cấp lên đến bốn... cũng đạt được, hoặc do băng tần hoạt động hoặc do sự dịch chuyển dần dần từ một công nghệ truy nhập vô tuyến khác, khi đó LTE có thể hoạt động với một băng thông truyền dẫn hẹp hơn Hiển nhiên, trong những trường hợp như vậy, tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được sẽ vì lẽ đó mà bị giảm xuống 1.3.2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten LTE ngay từ đầu đã hỗ trợ kỹ thuật nhiều anten tại cả trạm gốc và thiết bị đầu cuối... nhau và cũng dựa trên tình trạng thực tế của nhà khai thác Hơn nữa, việc có thể vận hành trên nhiều phân bố phổ tần khác nhau cũng mang lại khả năng cho việc dịch chuyển dần dần phổ tần từ những công nghệ truy nhập vô tuyến khác cho LTE LTE có thể hoạt động trong một dải phân bố phổ tần rộng, do tính linh hoạt trong băng thông truyền dẫn là một phần trong đặc tính kỹ thuật của LTE Để hỗ trợ hiệu quả... nghiêm trọng Muốn tăng tốc độ kênh truyền yêu cầu công suất truyền phải cao hơn để duy trì khả năng phủ sóng, trong khi công suất của nhiều kênh truyền hoàn toàn bị hạn chế Thêm vào đó, trong nhiều điều kiện môi trường truyền sóng đặc biệt là tại thành phố làm hạn chế khả năng bao phủ của sóng vô tuyến Một giải pháp cho tất cả những hạn chế này có thể là tăng công suất truyền tải nhưng như vậy nhiễu trong