Đồ Án tốt nghiệp Tìm hiểu về kỹ thuật SCFDMA Trong mạng 4G LTE

đồ án tốt nghiệp tìm hiểu kỹ thuật scfdma trong đường lên mạng 4g lte và mô phỏng sử dụng matlab 2015. đồ án gồm 4 phần chính tổng quan về mạng 4g lte và kiến trúc mạng 4g lte chương 3 là tìm hiểu về SCFDMA cho đường lên của mạng 4g các đặc điểm và kiếm trúc của kỹ thuật này và cuối cùng chương 4 thực hiện mô phỏng bằng matlab 2015a có code kèm theo và giải thích rõ ràng.

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  - VI VĂN NHÂN TÌM HIỂU VÀ ĐÁNH GIÁ KỸ THUẬT SC-FDMA CHO MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Huế - 5/2016 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  - VI VĂN NHÂN TÌM HIỂU VÀ ĐÁNH GIÁ KỸ THUẬT SC-FDMA CHO MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Ths HOÀNG ĐẠI LONG Huế - 5/2016 LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian học tập tại trường, là khoảng thời gian khó quên đối với chúng em Thầy cô đã chỉ bảo tận tình để giúp cho chúng em trang bị kiến thức để vững vàng bước vào đời Để được ngày hôm nay, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến qũy thầy cô khoa Điện Tử – Viễn Thông, cũng quỹ thầy cô trường Đại Học Khoa Học Huế đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em Em xin gửi lời cám ơn đặc biệt đến thầy Ths Hoàng Đại Long người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này Xin gửi lời cảm ơn đến gian đình, bạn bè những người đã động viên giúp em suất những năm qua MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VE Từ Viết Tắt Diễn giải Dịch nghĩa 1G The First Gerneration Thế hệ mạng di động thứ 2G The Second Generation Thế hệ mạng di động thứ 3G The Third Generation Thế hệ mạng di động thứ 3GPP Dự án đối tác thế hệ thứ 4G Third Generation Partnership Project The Fourth Generation Thế hệ mạng di động thứ AAL ATM Adaption Layer Lớp thích nghi ATM AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ BBERF CDMA The Bearer Binding and Event Reporting Function Code Division Multiple Access CDS Channel Depend Schedule Chức liên kết phần tử mạng và báo cáo sự kiện Đa truy nhập phân chia theo mã Lập lịch phụ thuộc kênh CP Controll Plane Mặt phẳng điều khiển DCS Digital Communication System DHCP EPC Dynamic Host Configuration Protocol Enhanced Data Rates for GSM Evolution Evolved Packet Core Hệ thống truyền thông kỹ thuật số Giao thức cấu hình máy chu động Tốc độ dữ liệu tăng cường cho GSM phát triển Mạng lõi gói phát triển EPS Evolved packet systerm Hệ thống gói phát triển E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển Song công phân chia tần số GGSN Frequency Division Multiple Access Gateway GPRS Support Node Đa truy nhập phân chia theo tấn số Nút cổng hỗ trợ GPRS GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung GRE Generic Routing Encapsulation Đóng gói định tuyến chung GSM Global System for Mobile Communications GPRS Tunneling Protocol Hệ thống truyền thông di động toàn cầu Giao thức đường hầm GPRS Globally Unique Temporary Identity High Speed Circuit Switched Data High Speed Packet Access Nhận dạng tạm thời nhất toàn cầu Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao EDGE FDD FDMA GTP GUTI HSCSD HSPA HSS Home Subscriber Server Máy chu thuê bao thường trú ICIC Inter-Cell Interference Control Điều khiển nhiễu liên ô IMIS International Mobile Subscriber Identity IP Multimedia Subsystem Mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế Hệ thống đa phương tiện IP Giao thức internet/ Giao thức vận chuyển thời gian thực Mạng số tích hợp đa dịch vụ IMS IP/RTP LTE Internet Protocol/Real Time Transport Protocol Integrated Services Digital Network Long Term Evolution MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu MM Mobility management Quản lý tính di động MME Mobility Management Entity NMT Nordic Mobile Telephone Thực thể quản lý mạng di động Điện thoại di động Bắc Âu OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Peak to Average Power Ratio ISDN PAPR PCRF Sử phát triển dài hạn Đa truy nhập phân chia tần số trực giao Tỉ lệ công suất đỉnh tới trung bình Chức tính cước tài nguyên và chính sách Dịch vụ truyền thông cá nhân PDN Policy and Charging Resource Function Personal communications services Packet Data Network P-GW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói PMIP Proxy Mobile IP IP di động uy nhiệm PSTN Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Điều chế biên độ cầu phương QoS Public Switched Telephone Network Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến PCS QAM Mạng dữ liệu gói Chất lượng dịch vụ RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc hệ thống SC-FDMA SER Single Carrier Frequency Division Multiple Access Symbol Error Rate Đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang Tỷ lệ lỗi ký hiệu SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS S-GW Serving Gateway Cổng phục vụ SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu TA Tracking Area Khu vực theo dõi TACS TDD Total Access Communication Sytem Time Division Duplex Hệ thống truyền thông truy nhập toàn phần Song công phân chia thời gian TDMA Time Division Multiple Access TD-SCDMA Time Division Synchronous Code Division Multiple Access User Equipment Đa truy nhập phân chia theo thời gian Phân chia theo thời gian – đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ Thiết bị người dùng UE UICC UMTS Universal Integrated Circuit Card Universal Mobile Telecommunications System Thẻ mạch tích hợp toàn cầu Hệ thống thông tin di động toàn cầu Mặt người dùng UP User Plane USIM Universal Subscriber Identity Module UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network VoIP Voice over IP Modun nhận dạng thuê bao toàn cầu Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu Thoại qua IP WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, thông tin di động là một những lĩnh vực phát triển nhanh nhất cua viễn thông Nhu cầu sử dụng cua người ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng, các dịch vụ đa phương tiện mới ngày càng đa dạng như: thoại, video, hình ảnh và dữ liệu Để đáp ứng về nhu cầu chất lượng dịch vụ ngày càng tăng cao đó, các hệ thống thông tin di động không ngừng cải tiến và được chuẩn hóa bởi các tổ chức thê giới Việc các hệ thống thông tin di động tiến lên 4G là một điều tất yếu 3GPP LTE một chuẩn cua tổ chức 3GPP là một các đường khác tiến lên 4G, với mục đích tăng dung lượng truyền dẫn, giảm giá thành dịch vụ cũng thiết bị đầu cuối, cải thiện chất lượng các dịch vụ hiện tại và tương lai OFDM là một sơ đồ truyền dẫn lý tưởng cho 4G với tốc độ truyền dẫn cao, là một giải pháp tốt cho dung lượng truyền dẫn đường xuống Tuy nhiên OFDM có nhược điểm rất lớn đó là PAPR cao, điều này dẫn tới giảm hiểu suất cua bộ khuếch đại công suất đặc biệt là thiết bị cầm tay, đó chi phí máy đầu cuối cao DFTS-OFDM hay còn được biết đến với tên gọi là SC-FDMA đã được 3GPP LTE nghiên cứu và triển khai đường lên cho LTE thay vì OFDM đường xuống Trong SC-FDMA các kí hiệu được phát lần lượt thay vì phát song song OFDMA Vì thế cách xếp này làm giảm đáng kể sử thăng giáng cua đường bao tín hiệu cua dạng sóng phát Do đó các tín hiệu SC-FDMA có PAPR thấp các tín hiệu OFDMA mà vẫn đảm bảo tốc độ và độ phức tạp tương đương hệ thống OFDMA, PAPR thấp làm tăng hiểu suất bộ khuếch đại công suất điều này dẫn đến tăng vùng phu và chi phí máy đầu cuối giảm đáng kể Hơn nữa SC-FDMA có nhiều kiểu xếp sóng mang khác cho phép linh hoạt các chế độ, điều kiện truyền dẫn khác Chính vì vậy, em đã lựa chon làm đồ án tốt nghiệp về đề tài “Tìm hiểu và đánh giá kỹ thuật SC-FDMA mạng 4G LTE” Thoe đó, đề tài tiến hành nghiên cứu các nội dung chính theo bố cục gồm chương: Chương : Tổng quan hệ thống thông tin di động Trình bày tổng quan về quá trình hình thành và phát triển cua hệ thống thông tin di động, các đặc điểm kỹ thuật bản cua từng hệ thống Giới thiểu về 4G LTE, các mục tiêu yêu cầu cua LTE Chương : Kiến trúc mạng giao thức Trình bày về kiến trúc tổng quan cua mạng 4G LTE, sâu phân tích chức cua từng node mạng và vai trò cua các node mạng 4G LTE Các giao thức mạng sự dụng hệ thống và các đặc tính cua chúng Chương : Kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA Trình bày nguyên lý bản cua kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA, cùng với các kiểu xếp sóng mang khác đem lại độ linh hoạt cao truyền dẫn, phân tích đặc tính PAPR cua tín hiệu SC-FDMA So sánh kỹ thuật SC-FDMA với các lược đồ đa truy nhập khác OFDMA và DS/CDMA Kiểu săp xếp sóng mang lai SC-CFDMA cho thông lượng cao điều kiện phục vụ cho cả đầu cuối di chuyển với tốc độ thấp vào cao Chương : Mô Dựa vào các kết quả nghiên cứu, xây dựng thuật toán tính toán, đánh giá PAPR và SER cua lược đồ truyền dẫn SC-FDMA với các kiểu xếp sóng mang khác với lược đồ truyền dẫn OFDMA CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động Hình 1.1 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ 1G lên 4G 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ nhất 1G Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên cua nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979 Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là: • NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga • AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc • TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông truy nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chu yếu là thoại Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba Những điểm yếu cua thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai 2G Năm 1982, hội nghị quản lý bưu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT) thành lập nhóm nghiên cứu, GSM–Group Speciale Mobile, mục đích phát triển chuẩn mới về thông tin di động ở Châu âu Năm 1987, 13 quốc gia ký vào bản ghi nhớ và đồng ý giới thiệu mạng GSM vào năm 1991 Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu ( ETSI) được thành lập, có trách nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn European Thế hệ thứ hai 2G cua mạng di động chính thức mắt chuẩn GSM cua Hà Lan, công ty Radiolinja (Nay là một bộ phận cua Elisa) triển khai vào năm 1991 Sự phát triển kỹ thuật từ FDMA-1G, 2G- là kết hợp CDMA và TDMA Tất cả các chuẩn cua thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và được định hướng thương mại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD, WiDEN và CDMA2000 (1xRTT/IS-2000) Trong đó khoảng 60% số mạng hiện tại là theo chuẩn cua châu Âu Mạng 2G chia làm nhánh chính: TDMA (Time Division Multiple Access- đa truy cập phân chia theo thời gian) và CDMA ( đa truy cập phân chia theo mã) cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng hạ tầng từng phân vùng quốc gia  GSM GSM bản sử dụng băng tần 900MHz Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian TDMA Nhưng ở cũng có một số những phát sinh, vấn đề quan trọng là hệ thống mô hình số 1800 (DCS 1800; cũng được biết GSM 1800) và PCS 1900 (hay GSM 1900) Sau này chỉ được sử dụng ở Bắc Mĩ và Chilê, và DCS 1800 thì được tìm thấy ở một số khu vực khác thế giới Nguyên đầu tiên về băng tần số mới là sự thiếu dung lượng đối với băng tầng 900 MHz Băng tần 1800MHz có thể được sử dụng ý nghĩa và phổ biến đối với người sử dụng Vì thế nó đã trở nên hoàn toàn phổ biến, đặc biệt những khu vực đông dân cư Vì thế đồng 10 Từ kết quả mô phía ta thống kê được giá trị PAPR tương ứng cua các tín hiệu tương ứng ở bảng dưới đậy Điều chế QPSK 16QAM 64QAM Kiểu IFDMA(dB) α = α = Khôg 0.4 0.15 tạo xung 5.5 α = α = Không α = α = 0.4 0.15 tạo 0.4 0.15 xung 7.2 8.1 5.1 7.9 8.7 Không tạo xung 7.1 LFDMA(dB) 7.6 7.8 7.6 8.4 8.6 8.4 8.9 8.8 DFDMA(dB) 7.9 7.7 8.9 8.3 9.5 9.5 8.5 OFDMA(dB) 10.7 10 10.2 10 9.7 9.8 10 10.4 10 Bảng 4.3 So sánh PAPR với xác suất nhỏ 0.1% (Pr{PAPR>PAPR0}= 10-3 Từ bảng 4.1 ,chúng ta có thể thấy tất cả các trường hợp PAPR cua tín hiệu SC-FDMA luôn thấp OFDMA IFDMA có PAPR là thấp nhất, DFDMA và LFDMA có cùng mức PAPR Hơn nữa với các kiểu điều chế khác tín hiệu OFDM có PAPR thay đổi rất ít (hầu không thay đổi) Đối với các tín hiệu SCFDMA thay đổi khá nhiều Điều này có thể được giả thích sau: Các sóng mang OFDM được điều chế và phát độc lập vì thế công suất tức thời có dạng phân bố gần dạng hàm mũ đó phụ thuộc khá ít vào dạng sơ đồ điều chế Trong đó SC-FDMA thuộc tính ‘đơn sóng mang’ phụ thuộc khá lớn vào dạng điều chế Trong các lược đồ xếp các sóng mang, IFDMA có PAPR thấp nhất là với IFDMA Các kí hiệu sau xếp được phát liên tục, liền kề (Hình 3.9) , vậy công suất đỉnh rất thấp đó PAPR thấp, điều này hoàn toàn trái ngược với hai kiểu xếp còn lại DFDMA và LFDMA Trong trường hợp tạo dạng xung, giảm phần công suất bức xạ ngoài băng tức là hạn chế mất mát công suất không cần thiết là lợi ích to lớn cua việc tạo dạng xung Tuy nhiên tạo dạng xung, xung bị trải rộng tương ứng với α phần trăm hệ số điều này gây lãng phí tài nguyên băng thông Và theo kết quả mô tạo dạng xung thì PAPR cua các tín hiệu SC-FDMA cao so với trường hợp không tạo dạng xung Đây là một mâu thuẫn, vậy cần cân giữa α trường hợp không tạo dạng xung và tạo dạng xung với hệ số là thì hài α hòa Cũng theo tạo dạng xung với hệ số tăng lên, bức xạ lượng 74 ngoài băng tăng lên tức là phần công suất phát cua tín hiệu bị mất bức xạ ngoài băng tăng lên Và kéo theo công suất đỉnh tín hiệu giảm xuống Điều này dẫn tới α PAPR cua tín hiệu giảm hệ số tăng lên Đây là một lợi ích điều chỉnh α PAPR với hệ số 4.4 Phân tích mô SER hệ thống Ở phần trước đồ án đã mô đánh giá được PAPR cua SC-FDMA và so sánh với OFDMA Để đánh giá hiệu sử dụng cua một hệ thống thì một vấn đề rất quan trọng đó là tỷ lệ lỗi ký hiệu SER Do đó phần tiếp theo đồ án mô so sánh SER cua hệ thống SC-FDMA mà cụ thể là các kiểu xếp sóng mang khác IFDMA, DFDMA và LFDMA với và với hệ thống OFDMA với các thông số giả thuyết sau: • Kiểu điều chế mặc định là QPSK • Tốc độ lấy mẫu: 5.10^6 mẫu/s hay 5Mhz/s • Độ dài CP = 20 mẫu, T CP = µs cấu trúc khung đường lên loại một với CP bình thường Trong đó TFFT = 66.67µs và TCP = µs • Số sóng mang mặc định là 512 • Băng thông truyền dẫn là 5MHz • Bộ cân miền tần số MMSE • Trong kênh không có hiện tượng dịch Doppler • Mô hình kênh pha đinh nhiều tia theo chu kì kí hiệu (mô hình Tap-delay line), theo 3GPP TS 25.104 cho người bộ với tốc độ di chuyển là 3km/h Và cho phương tiện di chuyển với tốc độ 120km/h Trong đó trễ kênh đa đường gần nhất là 200ns 4.4.1 Sơ đồ khối tính SER của hệ thống SC-FDMA Để đánh giá hiệu hệ thống thì đồ án tiếp tục mô SER cua hệ thống SC-FDMA Đây là một vấn đề rất quan trọng các hệ thống viễn thông Chương trình thực hiện các công việc một hệ thống SC-FDMA 75 begin SP.FFTsize, SP.inputBlocksize, SP.Cpsize, SP.SNR, SP.numRun sai N=1:length(SP.NSR) Đúng errCount_ifdma = 0; errCount_lfdma = 0; errCount_dfdma = 0; Sai K=1:length(SP.numRun ) Đúng Hệ thống thu phát SC-FDMA Tìm và đếm số symbol lỗi Tính SER END Hình 4.54 Sơ đồ khối tính SER SC-FDMA 4.4.2 Kết quả mô phỏng SER Mô SER cua SC-FDMA và OFDMA mô hình kênh cố định 76 Hình 4.55 SER của SC-FDMA OFDMA mô hình kênh cố định Từ kết quả mô ta có bảng giá trị kết quả tương ứng với tín hiểu sau Kiểu IFDMA(dB) LFDMA(dB) DFDMA(dB) OFDMA(dB) 0.1103 0.1088 0.1098 0.1098 0.0116 0.0121 0.0124 0.0120 12 0.0001 0.0000 0.0000 0.0001 SNR Bảng 4.4 SER của các tín hiệu với mô hình kênh cố định Nhận xét: SER cua các tín hiệu các kiểu xếp khác cua SCFDMA cũng cua OFDMA với mô hình cố định là thấp,và giữa chúng có sự chênh lệch không đáng kể Mô so sánh SER cua SC-FDMA và OFDMA hai điều kiện kênh khác cho Đường chấm chấm thể hiện SER điều kiện mô hình kênh người bộ với vận tốc 3Km/h,đường còn lại cho phương tiện di chuyển với vận tốc 120 Km/h 77 a) Mô kênh giành cho người bộ (3km/h) b) Mô kênh xe cổ (120km/h) Hình 4.56 SER của SC-FDMA OFDMA hai mô hình kênh khác Từ kết quả mô ta thống kê được các giá trị tương ứng với tín hiệu ở bảng dưới 78 Kênh Kiểu IFDMA(dB) LFDMA(dB) DFDMA(dB) OFDMA(dB) 0.1356 0.0352 0.0437 0.1386 0.0042 0.0000 0.0042 0.0086 14 0 0.0001 0.2356 0.0029 0.1127 0.2386 10 0.0421 0.0040 0.0932 14 0.0022 0 0.0403 SNR Người bộ 10 Xe cộ Bảng 4.5 So sánh SER của SC-FDMA OFDMA hai mô hình kênh Từ hình 4.18 và bảng 4.3, SC-FDMA có SER thấp OFDMA Điều này được giải thích là SC-FDMA phát các ký hiệu lần lượt theo thời gian còn OFDMA phát các ký hiệu song song Do vậy SC-FDMA có độ nhạy cảm dịch tần số thấp Kiểu xếp sóng mang IFDMA có SER cao nhiều so với các kiểu xếp còn lại Điều này được giải thích sau: IFDMA phát các kí hiệu cua người dùng liên tục vậy nhạy cảm với lỗi các kí hiệu chỉ cần một ảnh hưởng nhỏ chẳng hạn trễ cũng gây lỗi SER Trong đó với hai kiểu xếp còn lại Các kí hiệu cua người sử dụng người dùng dược phân bố trải đều băng thông khả chống pha đinh tốt nên khả SER thấp SER mô hình kênh với tốc độ đầu cuối di chuyển cao cao mô hình đầu cuối di chuyển với tốc độ thấp 4.5 Kết luận chương Chương thực mô đánh giá hệ thống SC-FDMA hai vấn đề: Mô PAPR mô SER Các mô làm rõ nội dung đề cập phần lý thuyết.Từ kết thấy ưu điểm lớn SCFDMA so với OFDMA KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI KẾT LUẬN 79 4G LTE với các tính quan trọng cua mình là một bước tiến dài so với chuẩn HSPA trước đó cua tổ chức 3GPP cả về khía cạnh dung lượng truyền dẫn, vùng phu, chi phí giá thành 4G LTE hứa hẹn đã đưa nền viễn thông di động thế giới phát triển một cách vượt bậc Đồ án đưa cái nhìn tổng quan về 4G LTE cùng với các mục tiêu yêu cầu, các tính quan trọng cua LTE để có cái nhìn chi tiết về công nghệ 4G LTE Đặc biệt tập trung nghiên cứu về kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA với các kiểu xếp sóng mang khác đó là IFDMA, DFDMA và LFDMA đem lại linh hoạt cao truyền dẫn Phân tích các đặc tính PAPR cua tín hiệu SC-FDMA với tạo dạng phổ, so sánh giữa SC-FDMA với sơ đồ truyền dẫn OFDM Mô đánh giá PAPR cua SC-FDMA giữa các kiểu xếp sóng mang khác với OFDMA Đánh giá SER cua hệ thống SC-FDMA với các kiểu bộ cân và điều chế khác nhau, so sánh SER các mô hình kênh khác Thông qua phân tích và mô đánh giá chi tiết về kỹ thuật SC-FDMA ta có thể dễ dàng đưa được kết luận về tính ưu việt cua kỹ thuật SC-FDMA so với kỹ thuật OFDMA Cụ thể từ những kết quả phần mô cho ta thấy rõ những ưu điểm đó cua SC-FDMA so với OFDMA Đó cũng chính là nguyên nhân tại ngày SC-FDMA được ứng dụng rộng rãi việc đa truy đường lên cho mạng 4G và chắn hứa hẹn có mặt các thế hệ mạng di động thế hệ tiếp theo HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Vì thời gian có hạn nên đồ án chỉ nghiên cứu bản về kỹ thuật SC-FDMA và mô PAPR và SER Vì vậy hướng nghiên cứu tiếp theo là: nghiên cứu phương pháp để cải thiện thông lượng truyền dẫn cua hệ thống SC-FDMA và mô phỏng, nghiên cứu kỹ thuật MIMO SC-FDMA để cải thiện nữa dung lượng hệ thống mà vẫn đảm bảo tính chi phí và giá thành máy đầu cuối,nghiên cứu và mô về hệ thống MCMC-CDMA LTE Advance Từ đó có cái nhìn tổng quan nhất về công nghệ LTE và LTE Advance, công nghệ hứa hẹn đưa hệ thống thông tin di 4G phát triển rộng khắp thế giới TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Matthew Baker, LTE the UMTS long term evolution from theory to practice (second edition ) [2] Hyung G.Myung, “Single Carrier FDMA: A New Uplink Air Interface in 3GPP Long Term Evolution”, IEEE Wireless Communications Magazine, 27/2/2007 80 [3] Erik Dahlman, Stefan Parkvall and Johan Skold - 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband [4] Houman Zarinkoub - Understanding LTE with matlab [5] – Harri Holma and Antti Toskala - LTE for UMTS OFDMA and SC-FDMA based radio access PHỤ LỤC % % HAM TINH PAPR % function varargout = TinhPAPR(varargin) gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @TinhPAPR_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @TinhPAPR_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [], 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % - Executes just before TinhPAPR is made visible function TinhPAPR_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % Choose default command line output for TinhPAPR handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % - Outputs from this function are returned to the command line function varargout = TinhPAPR_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = handles.output; % - Executes during object creation, after setting all properties function uipanel1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % - Executes on button press in pushbutton1 function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) alpha = get(handles.heso,'String'); 81 alpha = str2num(alpha) totalSubcarriers = get(handles.Sub,'String'); totalSubcarriers = str2num(totalSubcarriers); if (get(handles.radiobutton1,'Value') == get(handles.radiobutton2,'Max')) pulseShaping = 1; end if (get(handles.radiobutton2,'Value') == get(handles.radiobutton2,'Max')) pulseShaping = 0; end dieuche dieuche_index dataType = get(handles.chon,'String'); = get(handles.chon,'Value'); = dieuche{dieuche_index} sosanh_papr(totalSubcarriers,alpha,pulseShaping,dataType) % - Executes on button press in pushbutton2 function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) close; main; function chon_Callback(hObject, eventdata, handles) function chon_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function heso_Callback(hObject, eventdata, handles) function heso_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function Sub_Callback(hObject, eventdata, handles) % - Executes during object creation, after setting all properties function Sub_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % - Executes on button press in radiobutton2 function radiobutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % - Executes on selection change in boloc function boloc_Callback(hObject, eventdata, handles) function boloc_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % - Executes on button press in radiobutton1 82 function radiobutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) function axes4_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) imshow('D:\doan\codes\2.jpg'); % % HAM TINH SER MAIN % function varargout = TinhSER(varargin) gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @TinhSER_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @TinhSER_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end function TinhSER_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); function varargout = TinhSER_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = handles.output; % - Executes on button press in pushbutton1 function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) if (get(handles.radiobutton1,'Value') == get(handles.radiobutton1,'Max')) if (get(handles.radiobutton2,'Value') == get(handles.radiobutton2,'Max')) if (get(handles.radiobutton3,'Value') == get(handles.radiobutton3,'Max')) figure; runSimSCFDMA1() runSimSCFDMA2() runSimSCFDMA3() legend('ifdma','lfdma','dfdma','ofdma') title('MO PHONG SO SANH SER ,trong mo hinh kenh') else figure; runSimSCFDMA1() runSimSCFDMA2() legend('ifdma','lfdma','dfdma','ofdma') title('MO PHONG SO SANH SER ,kenh idenChannel va pedAchannel') end else if (get(handles.radiobutton3,'Value') == get(handles.radiobutton3,'Max')) figure; runSimSCFDMA1() runSimSCFDMA3() 83 legend('ifdma','lfdma','dfdma','ofdma') title('MO PHONG SO SANH SER ,kenh idenChannel va vehAchannel') else figure; runSimSCFDMA1() legend('ifdma','lfdma','dfdma','ofdma') title('MO PHONG SO SANH SER ,kenh co dinh') end end else if (get(handles.radiobutton2,'Value') == get(handles.radiobutton2,'Max')) if (get(handles.radiobutton3,'Value') == get(handles.radiobutton3,'Max')) figure; runSimSCFDMA2() runSimSCFDMA3() legend('ifdma-pedAchannel','lfdma-pedAchannel','dfdmapedAchannel','ofdma-pedAchannel','ifdma-vehAchannel','lfdmavehAchannel','dfdma-vehAchannel','ofdma-vehAchannel') title('MO PHONG SO SANH SER ,kenh pedAChannel va vehAchannel') else figure; runSimSCFDMA2() legend('ifdma','lfdma','dfdma','ofdma') title('MO PHONG SO SANH SER ,kenh Nguoi di bo') end else figure; runSimSCFDMA3() legend('ifdma','lfdma','dfdma','ofdma') title('MO PHONG SO SANH SER ,kenh Xe co') end end % - Executes on button press in pushbutton2 function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) close main % - Executes during object creation, after setting all properties function hinhnen_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) imshow('D:\doan\codes\2.jpg'); % Hint: place code in OpeningFcn to populate hinhnen % -% HAM TINH SER OFDMA % -function SER = serOFDM(SP) numSymbols=512; numSymbols = SP.FFTsize; H_channel = fft(SP.channel,SP.FFTsize); for n = 1:length(SP.SNR), tic; errCount = 0;%Khoi tao dem loi for k = 1:SP.numRun, %Phat khoi du lieu ngau nhien tmp = round(rand(2,numSymbols)); tmp = tmp*2 - 1; 84 inputSymbols = (tmp(1,:) + i*tmp(2,:))/sqrt(2); %Thuc hien dieu che OFDM su dung IFFT TxSamples = sqrt(SP.FFTsize)*ifft(inputSymbols); %Them CP ofdmSymbol = [TxSamples(numSymbols-SP.CPsize+1:numSymbols) TxSamples]; %Truyen qua kenh da duong RxSamples = filter(SP.channel, 1, ofdmSymbol); % Multipath Channel %Tao AWGN voi cong suat nhieu xap xi tmp = randn(2, numSymbols+SP.CPsize); complexNoise = (tmp(1,:) + i*tmp(2,:))/sqrt(2); noisePower = 10^(-SP.SNR(n)/10); %Them AWGN den tin hieu da phat RxSamples = RxSamples + sqrt(noisePower)*complexNoise; %Loai bo CP EstSymbols = RxSamples(SP.CPsize+1:numSymbols+SP.CPsize); %Chuyen tin hieu nhan ve mien tan so Y = fft(EstSymbols, SP.FFTsize); %Thuc hien can bang can mien tan so if SP.equalizerType == 'ZERO' Y = Y./H_channel; elseif SP.equalizerType == 'MMSE' C = conj(H_channel)./(conj(H_channel).*H_channel + 10^(SP.SNR(n)/10)); Y = Y.*C; end %Thuc hien tach song EstSymbols = Y; EstSymbols = sign(real(EstSymbols)) + i*sign(imag(EstSymbols)); EstSymbols = EstSymbols/sqrt(2); %Tim va dem loi I = find((inputSymbols-EstSymbols) == 0); errCount = errCount + (numSymbols-length(I)); end %Tinh ty so loi ky hieu SER SER(n,:) = errCount / (numSymbols*SP.numRun); [SP.SNR(n) SER(n,:)] toc end % % Ham tinh SER_SC-FDMA % -function [SER_ifdma SER_lfdma SER_dfdma] = serSCFDMA(SP) numSymbols = SP.FFTsize; Q = numSymbols/SP.inputBlockSize; H_channel = fft(SP.channel,SP.FFTsize); Q_tilda = 5; % He so trai bang thong cua DFDMA Q_tilda < Q for n = 1:length(SP.SNR), tic; %Khoi tao dem loi errCount_ifdma = 0; errCount_lfdma = 0; errCount_dfdma = 0; for k = 1:SP.numRun, %Phat khoi du lieu ngau nhien(size=16) 85 tmp = round(rand(2,SP.inputBlockSize)); tmp = tmp*2 - 1; inputSymbols = (tmp(1,:) + i*tmp(2,:))/sqrt(2); %Bien doi FFT de chuyen tin hieu sang mien tan so inputSymbols_freq = fft(inputSymbols); %Khoi tao song mang dau inputSamples_ifdma = zeros(1,numSymbols); inputSamples_lfdma = zeros(1,numSymbols); inputSamples_dfdma = zeros(1,numSymbols); %Sap xep cac song mang inputSamples_ifdma(1+SP.subband:Q:numSymbols) = inputSymbols_freq; inputSamples_lfdma([1:SP.inputBlockSize] +SP.inputBlockSize*SP.subband) = inputSymbols_freq; inputSamples_dfdma(1+SP.subband:Q_tilda:Q_tilda*SP.inputBlockSize) = inputSymbols_freq; %inputSamples_dfdma([1:Q_tilda:Q_tilda*SP.inputBlockSize] +Q_tilda*SP.inputBlockSize*SP.subband) = inputSymbols_freq; %Chuyen du lieu sang mien thoi gian inputSamples_ifdma = ifft(inputSamples_ifdma); inputSamples_lfdma = ifft(inputSamples_lfdma); inputSamples_dfdma = ifft(inputSamples_dfdma); %Them CP TxSamples_ifdma SP.CPsize+1:numSymbols) TxSamples_lfdma SP.CPsize+1:numSymbols) TxSamples_dfdma SP.CPsize+1:numSymbols) = [inputSamples_ifdma(numSymbolsinputSamples_ifdma]; = [inputSamples_lfdma(numSymbolsinputSamples_lfdma]; = [inputSamples_dfdma(numSymbolsinputSamples_dfdma]; %Truyen qua kenh da duong RxSamples_ifdma = filter(SP.channel, 1, TxSamples_ifdma); % Multipath Channel RxSamples_lfdma = filter(SP.channel, 1, TxSamples_lfdma); % Multipath Channel RxSamples_dfdma = filter(SP.channel, 1, TxSamples_dfdma); % Multipath Channel %Phat AWGN voi cong suat nhieu thich hop tmp = randn(2, numSymbols+SP.CPsize); complexNoise = (tmp(1,:) + i*tmp(2,:))/sqrt(2); noisePower = 10^(-SP.SNR(n)/10); %Them AWGN den tin hieu phat RxSamples_ifdma = RxSamples_ifdma + sqrt(noisePower/Q)*complexNoise; RxSamples_lfdma = RxSamples_lfdma + sqrt(noisePower/Q)*complexNoise; RxSamples_dfdma = RxSamples_dfdma + sqrt(noisePower/Q)*complexNoise; %Loai bo CP RxSamples_ifdma = RxSamples_ifdma(SP.CPsize+1:numSymbols+SP.CPsize); RxSamples_lfdma = RxSamples_lfdma(SP.CPsize+1:numSymbols+SP.CPsize); RxSamples_dfdma = RxSamples_dfdma(SP.CPsize+1:numSymbols+SP.CPsize); 86 %Chuyen tin hieu nhan sang mien tan so Y_ifdma = fft(RxSamples_ifdma, SP.FFTsize); Y_lfdma = fft(RxSamples_lfdma, SP.FFTsize); Y_dfdma = fft(RxSamples_dfdma, SP.FFTsize); %Giai sap xep song mang Y_ifdma = Y_ifdma(1+SP.subband:Q:numSymbols); Y_lfdma = Y_lfdma([1:SP.inputBlockSize] +SP.inputBlockSize*SP.subband); Y_dfdma = Y_dfdma(1+SP.subband:Q_tilda:Q_tilda*SP.inputBlockSize); %Tim dap ung kenh va thuc hien can bang kenh mien tan so H_eff = H_channel(1+SP.subband:Q:numSymbols); if SP.equalizerType == 'ZERO' Y_ifdma = Y_ifdma./H_eff; elseif SP.equalizerType == 'MMSE' C = conj(H_eff)./(conj(H_eff).*H_eff + 10^(-SP.SNR(n)/10)); Y_ifdma = Y_ifdma.*C; end H_eff = H_channel([1:SP.inputBlockSize] +SP.inputBlockSize*SP.subband); if SP.equalizerType == 'ZERO' Y_lfdma = Y_lfdma./H_eff; elseif SP.equalizerType == 'MMSE' C = conj(H_eff)./(conj(H_eff).*H_eff + 10^(-SP.SNR(n)/10)); Y_lfdma = Y_lfdma.*C; end H_eff = H_channel(1+SP.subband:Q_tilda:Q_tilda*SP.inputBlockSize); if SP.equalizerType == 'ZERO' Y_dfdma = Y_dfdma./H_eff; elseif SP.equalizerType == 'MMSE' C = conj(H_eff)./(conj(H_eff).*H_eff + 10^(-SP.SNR(n)/10)); Y_dfdma = Y_dfdma.*C; end %Chuyen tin hieu ve mien thoi gian EstSymbols_ifdma = ifft(Y_ifdma); EstSymbols_lfdma = ifft(Y_lfdma); EstSymbols_dfdma = ifft(Y_dfdma); %Thuc hien tach song EstSymbols_ifdma = sign(real(EstSymbols_ifdma)) + i*sign(imag(EstSymbols_ifdma)); EstSymbols_ifdma = EstSymbols_ifdma/sqrt(2); EstSymbols_lfdma = sign(real(EstSymbols_lfdma)) + i*sign(imag(EstSymbols_lfdma)); EstSymbols_lfdma = EstSymbols_lfdma/sqrt(2); EstSymbols_dfdma = sign(real(EstSymbols_dfdma)) + i*sign(imag(EstSymbols_dfdma)); EstSymbols_dfdma = EstSymbols_dfdma/sqrt(2); %Tim va dem loi I_ifdma = find((inputSymbols-EstSymbols_ifdma) == 0); errCount_ifdma = errCount_ifdma + (SP.inputBlockSizelength(I_ifdma)); I_lfdma = find((inputSymbols-EstSymbols_lfdma) == 0); errCount_lfdma = errCount_lfdma + (SP.inputBlockSizelength(I_lfdma)); I_dfdma = find((inputSymbols-EstSymbols_dfdma) == 0); errCount_dfdma = errCount_dfdma + (SP.inputBlockSizelength(I_dfdma)); end 87 %Tinh toc loi ky hieu (SER) SER_ifdma(n,:) = errCount_ifdma / (SP.inputBlockSize*SP.numRun); SER_lfdma(n,:) = errCount_lfdma / (SP.inputBlockSize*SP.numRun); SER_dfdma(n,:) = errCount_dfdma / (SP.inputBlockSize*SP.numRun); [SP.SNR(n) SER_ifdma(n,:) SER_lfdma(n,:) SER_dfdma(n,:)] toc end 88