Nghiên cứu các kỹ thuật đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động 4g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G HÀ NỘI Tháng 07 năm 2016 LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động ngày trở thành ngành công nghiệp phát triển vô nhanh chóng Mặc dù hệ thống thông tin di động hệ thứ hay 3.5G phát triển không ngừng nhà mạng quốc tế triển khai chuẩn hệ hệ thống thông tin di động hệ thứ tư Xuất phát từ vấn đề nhóm em chộn đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật đa truy nhập hệ thống thông tin di động 4G” Mục tiêu đề tài nêu hỗ trợ cải tiến kỹ thuật đa truy nhập nhằm cải thiện nâng cao tính chất lượng hệ thống di động mới-hệ thống thông tin di động 4G Đề tài nhóm em chia thành chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động Chương 2: Các hệ thống thông tin di động hệ thứ tư Chương 3: Các kỹ thuật đa truy nhập hệ thống thông tin di đông 4G Tuy nhiên hệ thống thông tin di động 4G mẻ hoàn thiện cung giới hạn kiến thức thời gian nên nghiên cứu khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy cô Page | MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lộ trình hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động 1G 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G) 10 1.2 Các kỹ thuật đa truy nhập hệ thống thông tin di động 4G 11 1.2.1 Kỹ thuật OFDMA 11 1.2.2 Kỹ thuật SC – FDMA 11 CHƯƠNG 2: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 13 2.1 Hệ thống WIMAX 802.16m 13 2.1.1 Giới thiệu hệ thống WIMAX 802.16m 13 2.1.2 Kiến trúc mạng WIMAX 802.16m 14 a Tổng thể kiến trúc mạng 14 b Mô hình tham chiếu hệ thống WIMAX 802.16m 17 2.2 LTE Advanced 19 2.2.1 Giới thiê ̣u 19 2.2.2 Kiến trúc giao thức mạng 21 CHƯƠNG 3: CÁC KĨ THUẬT ĐA TRUY NHẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 27 3.1 Các kĩ thuật đa truy nhập hệ thống thông tin di động hệ trước 27 3.1.1 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 27 3.1.2 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 28 Page | 3.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 29 3.1.4 Ưu điểm kỹ thuật truy nhập dùng 4G 31 3.2 Kĩ thuật đa truy nhập OFDMA 31 3.2.1 Giới thiệu 31 3.2.2 Nguyên lý OFDM 34 3.2.3 Tính trực giao ( Orthogonality) 38 a Trực giao miền thời gian 38 b Trực giao miền tần số 42 3.2.4 Các ưu nhược điểm kĩ thuật OFDM 44 3.2.5 Các tham số OFDMA 45 3.3 Kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA 50 3.3.1 Giới thiệu 50 3.3.2 Nguyên lý truyền dẫn DFTS OFDM 52 a Sơ đồ hệ thống DFTS-OFDM 52 b Máy thu DFTS-OFDM 54 3.3.3 Sắp xếp sóng mang SC-FDMA 55 3.3.4 Cấu trúc khung SC-FDMA 56 KẾT LUẬN 60 LỜI CÁM ƠN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Page | DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế thích ứng mã AMPS Advanced Mobile phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMS Advance Mobile Station Trạm di động trước ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu tự động lặp lại ASN Access Service Network Kết nối mạng truy cập BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha trạng thái CDMA Code Division Mutiple Access Ghép kênh phân chia theo CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp CSC Channel dependent scheduling Kênh phụ thuộc CSN Connectivity Service Network Kết nối mạng dịch vụ DFT Fast Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc FDD Frequency Division Deplex Song công phân chia theo mã tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Mutiple Access Ghép kênh phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Tranform Chuyển đổi furier nhanh Page | G Generation Thế hệ GSM Information Systems global mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu HARQ Hybid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt ICI Inter-Channel Interface Nhiễu xuyên kênh IDFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc ngược IEEE Institute of Electrical and Học viện kỹ sư điện điện tử Elextronic Engineers IFDMA Interleaved SC-FDMA SC-FDMA đan xen IFFT Inverse Fast Fourier Tranform Chuyển đổi furier nhanh ngược IMT International Mobile Thông tin di động quốc tế Telecommucational ISI Inter-Symbol Interface Nhiễu xuyên ký tự ITU International Telecommunications Union Liên minh viễn thông quốc tế LFDMA Locallized SC-FDMA SC-FDMA khoanh vùng MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập bắt buộc MIMO Multiple Input Multiple Output Hệ thống nhiều đầu vào nhiều đầu Page | MME/GW Mobility Management Cách tổ chức quản lý di Entity/Gate Way động / cửa NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu NRM Network Reference Model Mô hình kiến trúc mạng OFDM Orthorganal Frequenc Ghép kênh phân chia theo Division Multiplexing trực giao tần số Orthorganal Frequency Đa truy nhập phân chia theo Division Multiplexing Access tần số trực giao P/S Parallel Serial Song song/ Nối tiếp PARR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trung NLOS OFDMA bình PDN Packet Data Networks Mạng gói liệu P-GW The Packet Data Network Gateway Gổng mạng gói liệu PHY Physical layer Lớp vật lý QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa chuyển vuông pha RLC Radio Link Control Kiểm soát kết nối vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển vô tuyến Page | S/P Serial Parallel SC-FDMA Single Carrier-Frequency Nối tiếp/ Song song Đa truy nhập phân chia theo Division Multiple Access tần số đơn sóng mang S-GW The Serving Gate Way Cổng phục vụ TDD Time Division Deplex Song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Mutiple Access Ghép kênh phân chia theo thời gian TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UL/DL Uplink/ Downlink Đường lên/ Đường xuống UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông Telecommunication System di động toàn cầu VoIP Voice over IP Thoại tên IP WIMAX Worldwide Interoperability for Khả khai thác liên Microwave Access mạng toàn cầu đối vi truy cập vi ba Page | CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lộ trình hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động 1G 1G hệ thống thông tin di động hệ (1st Generation) Được triển khai rộng rãi vào năm 1980 Phát triể n ma ̣nh nhấ t là ̣ thố ng NMT với băng tần 450Mhz (chuẩ n thố ng nhấ t thông tin di đô ̣ng cho nước Bắ c Âu) và AMPS với băng tần 800Mhz (dich ̣ vu ̣ thông tin thoa ̣i di đô ̣ng đươ ̣c hoàn thiêṇ của My.̃ Hầu hết hệ thống hệ thống tương tự dịch vụ truyền chủ yếu thoại, tính di động thấp sử dụng điều chế tương tự băng thông thấp Sử dụng kỹ thuật FDMA, tính tương thích toàn cầu có Dung lượng