TÌM HIỂU VỀ CÁC CÔNG NGHỆ TIỀN 4G

MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................10 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..................................................................13 LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................14 CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử và xu hướng phát triển của các mạng thông tin di động..........16 1.1.1 Tổng quan về mạng thông tin di động............................................16 1.1.2 Quá trình phát triển của các mạng thông tin di động......................18 1.1.2.1 Thế hệ thứ nhất(1G).................................................................18 1.1.2.2 Thế hệ thứ hai ( 2G).................................................................18 1.1.2.3 Thế hệ thứ 2.5G......................................................................20 1.1.2.4 Thế hệ thứ ba (3G ).................................................................21 1.2 Tổng kết sự phát triển của các mạng thông tin di động.......................25 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ SAU 3G 2.1. Giới thiệu về HSPA ( HSDPA và HSUPA )........................................26 2.2 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA.................................27 2.2.1 Tổng quan về HSDPA....................................................................27 2.2.2 Kiến trúc giao thức HSDPA..........................................................29 2.2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA.................................................30 2.2.4 Cấu trúc kênh.................................................................................33 2.2.4.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS – DPSCH.....33 2.2.4.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao HS – DPCCH.....................38 2.2.5 Kỹ thuật truyền dẫn đa mã.............................................................40 2.2.6 Kỹ thuật điều chế cấp cao..............................................................42 2.2.7 Kỹ thuật HARQ............................................................................44 2.3 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên HSUPA......................................47 2.4 Wimax ( IEEE 802.16).......................................................................51 2.4.1 Giới thiệu.......................................................................................51 2.4.2 Wimax cố định và Wimax di động................................................52 2.4.3 Quá trình phát triển các chuẩn Wimax..........................................53 2.4.4 Kiến trúc hệ thống.........................................................................54 2.4.5 Công nghệ cho mạng Wimax........................................................55 2.4.5.1 Công nghệ OFDM...................................................................58 2.4.5.2 Công nghệ OFDMA................................................................59 2.4.5.3 Kênh con mã hóa.....................................................................60 2.4.5.4 Ăng ten thích nghi (ASS)........................................................61 2.4.5.5 Phân tập thu và phát................................................................61 2.4.5.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi.....................................................62 2.4.5.7 Điều khiển công suất...............................................................63 CHƯƠNG 3. LTE VÀ LTE_ADVANCE. 3.1 Công nghệ LTE....................................................................................64 3.1.1 Giới thiệu.....................................................................................64 3.1.2 Yêu cầu và mục tiêu thiết kế hệ thống..........................................64 3.1.3 Cấu trúc hệ thống.........................................................................66 3.1.4 Truyền thông LTE đường xuống.....................................................71 3.1.4.1 OFDMA.....................................................................................71 3.1.4.2 Tham số OFDMA......................................................................74 3.1.4.3 Dữ liệu truyền thông đường xuống............................................76 3.1.4.4 Cơ cấu tín hiệu tham chiếu và tìm kiếm di động.......................77 3.1.4.5 Các thủ tục vật lý đường xuống.................................................80 3.1.5 Truyền thông đường lên LTE...........................................................80 3.1.5.1 SC –FDMA...............................................................................80 3.1.5.2 Tham số SCFDMA..................................................................82 3.1.5.3 Truyền thông dữ liệu đường lên................................................83 3.1.5.4 Cơ cấu tham chiếu đường lên....................................................84 3.1.5.5 Các thủ tục vật lý đường lên....................................................84 3.1.5.6 Sắp xếp đường lên....................................................................85 3.1.5.7 Điều phối liên kết đường lên....................................................86 3.1.5.8 Kiểm soát thời gian đường lên.................................................86 3.1.6 Hybrid ARQ với kết hợp mềm........................................................86 3.1.7 Cấp phát lịch truyền........................................................................88 3.1.8 Truyền MIMO.................................................................................90 3.1.8.1 Giới thiệu.................................................................................90 3.1.8.2 Nguyên tắc truyền MIMO.......................................................90 3.1.8.3 Hệ thống MIMO OFDM........................................................94 3.1.9 Tính toán thông suất.......................................................................98 3.1.10 Quản lý tài nguyên vô tuyến........................................................99 3.2 Một số thủ tục truy cập mạng.............................................................100 3.2.1 Dò tìm cell.....................................................................................100 3.2.2 Truy cập ngẫu nhiên......................................................................101 3.2.3 Paging............................................................................................103 3.3 LTE_ADVANCED.............................................................................104 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.............106 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................107

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ ưBỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ ………………… ĐỒ ÁN TTTN CNKT ĐIỆN TỬ TÌM HIỂU VỀ CÁC CÔNG NGHỆ TIỀN 4G GVHD : Th.S PHẠM THỊ THANH HUYỀN SVTH : LÊ ĐỨC BÌNH Lớp : ĐIỆN TỬ _ K11 Hà Nội 2012 ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 13 LỜI MỞ ĐẦU .14 CHƯƠNG LỊCH SỬ CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử xu hướng phát triển mạng thông tin di động 16 1.1.1 Tổng quan mạng thông tin di động 16 1.1.2 Quá trình phát triển mạng thông tin di động 18 1.1.2.1 Thế hệ thứ nhất(1G) .18 1.1.2.2 Thế hệ thứ hai ( 2G) .18 1.1.2.3 Thế hệ thứ 2.5G 20 1.1.2.4 Thế hệ thứ ba (3G ) .21 1.2 Tổng kết phát triển mạng thông tin di động .25 CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ SAU 3G 2.1 Giới thiệu HSPA ( HSDPA HSUPA ) 26 2.2 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA .27 2.2.1 Tổng quan HSDPA 27 2.2.2 Kiến trúc giao thức HSDPA 29 2.2.3 Nguyên lý hoạt động HSDPA .30 2.2.4 Cấu trúc kênh .33 2.2.4.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS – DPSCH 33 2.2.4.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao HS – DPCCH 38 2.2.5 Kỹ thuật truyền dẫn đa mã 40 2.2.6 Kỹ thuật điều chế cấp cao 42 2.2.7 Kỹ thuật H-ARQ 44 2.3 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên HSUPA 47 2.4 Wimax ( IEEE 802.16) .51 ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ 2.4.1 Giới thiệu .51 2.4.2 Wimax cố định Wimax di động 52 2.4.3 Quá trình phát triển chuẩn Wimax 53 2.4.4 Kiến trúc hệ thống .54 2.4.5 Công nghệ cho mạng Wimax 55 2.4.5.1 Công nghệ OFDM 58 2.4.5.2 Công nghệ OFDMA 59 2.4.5.3 Kênh mã hóa 60 2.4.5.4 Ăng ten thích nghi (ASS) 61 2.4.5.5 Phân tập thu phát 61 2.4.5.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi 62 2.4.5.7 Điều khiển công suất .63 CHƯƠNG LTE VÀ LTE_ADVANCE 3.1 Công nghệ LTE 64 3.1.1 Giới thiệu 64 3.1.2 Yêu cầu mục tiêu thiết kế hệ thống 64 3.1.3 Cấu trúc hệ thống .66 3.1.4 Truyền thông LTE đường xuống 71 3.1.4.1 OFDMA 71 3.1.4.2 Tham số OFDMA 74 3.1.4.3 Dữ liệu truyền thông đường xuống 76 3.1.4.4 Cơ cấu tín hiệu tham chiếu tìm kiếm di động .77 3.1.4.5 Các thủ tục vật lý đường xuống .80 3.1.5 Truyền thông đường lên LTE 80 3.1.5.1 SC –FDMA .80 3.1.5.2 Tham số SC-FDMA 82 3.1.5.3 Truyền thông liệu đường lên 83 3.1.5.4 Cơ cấu tham chiếu đường lên 84 ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ 3.1.5.5 Các thủ tục vật lý đường lên 84 3.1.5.6 Sắp xếp đường lên 85 3.1.5.7 Điều phối liên kết đường lên 86 3.1.5.8 Kiểm soát thời gian đường lên .86 3.1.6 Hybrid ARQ với kết hợp mềm 86 3.1.7 Cấp phát lịch truyền 88 3.1.8 Truyền MIMO .90 3.1.8.1 Giới thiệu .90 3.1.8.2 Nguyên tắc truyền MIMO .90 3.1.8.3 Hệ thống MIMO- OFDM 94 3.1.9 Tính toán thông suất .98 3.1.10 Quản lý tài nguyên vô tuyến 99 3.2 Một số thủ tục truy cập mạng 100 3.2.1 Dò tìm cell 100 3.2.2 Truy cập ngẫu nhiên 101 3.2.3 Paging 103 3.3 LTE_ADVANCED 104 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A ACM ACK ASK B BTS BSS C CQI CPE D DCS Adaptive Modulation Codding Acknowledge Amplitude Shift Keying Điều chế mã hóa thích ứng Xác nhận Khóa dịch biên độ Base Transceiver Station Base Station System Trạm truyền sở Hệ thống trạm sở Channel Quality Indicator Customer Premises Equiment Chỉ thị chất lượng kênh Thiết bị người dùng nhà Digital Communication Hệ thống thông tin số DECT System Digital European Cordless Hệ thống điện thoại không dây số DTCH DCCH DPDCH Telephone Dedicated Traffic Channel Dedicated Control Channel Dedicated Physical Data Châu Âu Kênh giao thông chuyên dụng Kênh điều khiển chuyên dụng Kênh liệu vật lý chuyên dụng DL-SCH Channe Dowlink Shared Channel Kênh vận chuỷên dành riêng đường xuống E EDGE Enhanced Data Rate for GSM Nâng cấp tốc độ liệu phát triển E-AGCH Evolution Enhanced Absolute Grant toàn cầu Kênh điều khiển dùng chung E-RGCH Channel Enhanced Relative Grant Kênh thông tin cấp phát thứ hai E-HICH Channel Enhanced HARQ Information Kênh giành riêng hương xuống bổ EPC E- Channel Evoled Packet Core LTE-UMTS Terrestrial Radio sung Mạng lõi Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Access Enhanced-DCH LTE Kênh giành riêng hứơng lên UTRAN E-DCH F ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI FDMA KHOA : ĐIỆN TỬ Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chi theo số Access G GSM Global System for Mobile Hệ thông thông tin di động toàn GPRS Communication General Packet Radio Services cầu Dịch vụ vô tuyến gói chung H HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HSDPA High Speed Down Link Truy nhập gói đường xuống tốc HSUPA Packet Access High-Speed Uplink Packet độ cao Truy nhập gói đường lên tốc độ HS- Access High Speed Downlink Shared cao Kênh dùng chung đường xuống DSCH HARQ Channel Hybrid Automatic Repeat tốc độ cao Yêu cầu tự động lập lại HS- Request High Speed Physical Downlink Kênh vật lý dùng chung đường PDSCH HS- Shared Channel HS-Physical Control Channel xuống tốc độ cao Điều khiển kênh vật lý đường DPCCH HS-SCCH HS-Shared Control Channel xuống tốc độ cao Điều khiển kênh dùng chung tốc độ cao I IMS IFFT IR L LAN LOS LTE LTEAdvance d N NADC IP Multimedia Subsystem Inverse Fast Fourier Hệ thống đa phương tiện IP Biến đổi Fourier nhanh ngựơc Transform Incremental Redundancy Tăng độ dư Local Area Network Line Of Sight Long Term Evolution Long Term EvolutionAdvanced Mạng cục Tầm nhìn thẳng Công nghệ LTE Công nghệ LTE _Advanced North American Digital Hệ thống điện thoại số Bắc Mỹ Cellular ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NACK NLOS M MSC MAC MISO MIMO KHOA : ĐIỆN TỬ Not Acknowledge Non Line Of Sight Không xác nhận Tầm nhìn không thẳng Mobile Switching Centre Medium Access Control Multiple Input Single Output Multiple Input Multiple Trung tâm chuyển mạch di động Điều khiển truy nhập môi trường Nhiều đầu vào đầu Nhiều đầu vào nhiều đầu Output O OFDMA P PDC PHS PSK P-SCH Orthogonal Frequency Đa truy nhập phân chia tần số trực Division Multiple Access giao Personal Digital Cellular Personal Handy Phone System Phase Shift Keying Primary Synchronization Điện thoại số cá nhân Hệ thống điện thoại cầm tay Khóa dịch pha Tín hiệu đồng sơ cấp Signal Q QoS QPSK QAM Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Quadrature Amplitude Chất lượng dịch vụ Khóa dịch pha cẩu phương Biến điệu cẩu phương Modulation R RNC S SIR S-SCH Radio Network Controller Khối điều khiển mạng vô tuyến Signal to Inteference Ratio Secondary Synchronization Tỉ số tín hiệu tạp âm Tín hiệu đồng sơ cấp SC- Signal Single Carrier Frequency Đa truy nhập phân chia theo tần FDMA STBC STTC T TD- Division Multiple Access Space – Time Block Code Space – Time Trellis Code số đơn sóng mang Khối mã thời gian không gian Mắt mã thời gian không gian Time Division Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA TD- Multiple Access Time Division Synchronous thời gian Đa truy nhập phân chia theo mã SCDMA Code Division Multiple đồng bộ, phân chia thêo thời gian Access Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn TTI U ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI UL-SCH UE UMTS V V- KHOA : ĐIỆN TỬ Uplink Shared Channel Kênh vận chuỷên dành riêng User Equiment Universal Mobile đường lên Thiết bị ngừơi dùng Hệ thống thông tin di động toàn Telecommunications Systems cầu Vertical Bell Laboratories Ghép kênh theo không gian BLAST W W- Wide Band Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA WIMAX Multiple Access Worldwide Interoperability for băng rộng Truy nhập sóng vi ba cho khai WLAN Microwave Access Wire Local Erea Network thác liên mạng toàn cầu Mạng cục không dây ĐỒ ÁN TTTN Layered Space Time SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Cấu trúc mạng thông tin di động 16 Ch¬ng 1: Hình 1.2 : Hệ thống IMT 2000 .21 Hình 1.3 : Sơ đồ buớc phát triển lên mạng di động 3G 24 Hình 1.4 : Quá trình phát triển mạng viễn thông di động 25 Hình 2.1 : Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) chung 25 sóng mang với WCDMA (f1) 25 Hình 2.2 : Kiến trúc giao diện vô tuyến kênh truyền tải HS-DSCH 26 Hình 2.3 : Cấu trúc lớp MAC – hs .29 Hình 2.4 : Nguyên lý hoạt động HSDPA 30 Hình 2.5 : Giao diện vô tuyến HSDPA 31 Hình 2.6 : Thời gian mã chia sẻ HS-DSCH .33 Hình 2.7 : Trạng thái kênh user .34 Hình 2.8 : Hệ thống trường hợp kênh HS-SCCH 36 phân chia đa thời gian 36 Hình 2.9 : Hệ thống trường hợp nhiều kênh HS-SCCH 37 phân chia đa thời gian 37 Hình 2.10 : Cấu trúc kênh HS-DPCCH 38 Hình 2.11 : Tổng quan kênh truyền HSDPA hướng xuống 41 Hình 2.12 : Biểu đồ chùm QPSK (bên trái) 16-QAM (bên phải).43 Hình 2.13 : Hoạt động giao thức SAW kênh 46 Hình 2.14 : Quá trình truyền lại khối liệu IR 47 Hình 2.15 : Các kênh dành cho đường truyền kết hợp HSDPA .50 HSUPA hướng xuống 50 ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ Hình 2.16 : Các kênh dành cho đường truyền kết hợp HSDPA .51 HSUP hướng lên 54 Hình 2.17 : Mô hình hệ thống WiMAX 54 Hình 2.18 : Mô hình phân lớp hệ thống WIMAX so sánh với OSI 56 Hình 2.19 : Minh họa họat động WiMAX 57 Hình 2.20 : So sánh FDM OFDM 59 Hình 2.21 : OFDM với 256 sóng mang 59 Hình 2.22 : Các kênh OFDMA .60 Hình 2.23 : Hiệu ứng kênh hoá (sub channelization) .61 Hình 2.24 : Hệ thống MISO 62 Hình 2.25 : Hệ thống MIMO 62 Hình 3.1 : Mô hình mạng LTE 65 Hình 3.2 : Cấu trúc hệ thống LTE 66 Hình 3.3 : Mạng truy nhập vô tuyến - Các nút giao diện 67 Hình 3.4 : Kiến trúc chi tiết mạng lõi LTE 69 Hình 3.5 : Tần số - Thời gian đặc trưng của một tín hiệu OFDM 72 Hình 3.6 : Ký tự OFDM có ích sử dụng IFFT 73 Hình 3.7 : Chuỗi tín hiệu phát sinh OFDM 73 Hình 3.8 : Cấu trúc khung chung E-UTRA đường xuống 74 Hình 3.9 : Nguồn lưới đường xuống 75 Hình 3.10 : Cơ cấu tín hiệu tham chiếu đường xuống 78 (chu trình tiền tố bình thường) .78 Hình 3.11 : Kiến trúc P-SCH và S-SCH .79 Hình 3.12 : Sơ đồ khối của DFT-s-OFDM (truyền nội bộ) 82 Hình 3.13 : Cấu trúc khe đường lên .83 Hình 3.14 : Nguyên tắc, cấu trúc truy nhập ngẫu nhiên .84 Hình 3.15 : Truy nhập ngẫu nhiên Preamble 85 Hình 3.16 : Giao thức hybrid-ARQ đồng không đồng 88 ĐỒ ÁN TTTN 10 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ xử lý hai truyền từ thiết bị độc lập, hai truyền từ thiết bị nên phải kết hợp lại Tuy điều không làm cho tốc độ truyền thiết bị cao hơn, dung lượng hướng lên tổng thể cell gia tăng đáng kể Hình 3.18 : Mô hình trực quan hệ thống MIMO 3.1.8.3 Hệ thống MIMO-OFDM Cấu trúc máy thu máy phát hệ thống MIMO-OFDM bao gồm hệ MIMO NT anten phát NR anten thu , kỹ thuật OFDM sử dụng N sóng mang phụ mô tả hình ĐỒ ÁN TTTN 95 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ Hình 3.19 : Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM Hình 3.20 : Sơ đồ khối phát OFDM Hình 3.21 : Sơ đồ khối thu OFDM Symbol thu từ anten thứ I , sóng mang phụ thứ k symbol OFDM biểu diễn sau : ĐỒ ÁN TTTN 96 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ với X j (k) symbol phát sóng mang thứ K symbol OFDM Vi(k) nhiễu Gauss anten thu thứ I miền tần số , tức N-FFT nhiễu miền thời gian Vi(t) λij (k) độ lợi kênh truyền từ anten phát thứ j tới anten thu thứ i sóng mang phụ thứ n λij (k) N-FFT đáp ứng xung kênh truyền Cij (t) từ anten phát thứ j tới anten thu thứ i máy thu ước lượng xác trạng thái kênh truyền λij (k) biết xác ứng với symbol OFDM Kênh truyền hệ thống MIMO-OFDM mô tả thông qua ma trận H sau : hình mô tả trực quan ma trận H , kỹ thuật OFDM có tác dụng chia kênh truyền chọn lọc tần số thành N kênh truyền pha dinh phẳng hệ thống MIMO-OFDM tương đương với hệ thống MIMO ĐỒ ÁN TTTN 97 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ Hình 3.22 : Ma trận kênh truyền + Các độ lợi hệ thống MIMO Hệ thống MIMO sử dụng đa anten phát thu cung cấp độ lợi : độ lợi Beamforming , độ lợi ghép kênh không gian độ lợi phân tập không gian  Độ lợi Beamforming Beamforming giúp hệ thống tập trung lượng xạ theo hướng mong muốn giúp tăng hiệu công suất , giảm can nhiễu tránh can nhiễu tới từ hướng không mong muốn , từ giúp cải thiện chất lượng kênh truyền tăng độ bao phủ hệ thống Để thực Beamforming , khoảng cách anten hệ thống MIMO thường nhỏ bước sóng λ ( thông thường λ/2) Beamforming thường thực môi trường tán xạ môi trường tán xạ mạnh hệ thống MIMO cung cấp độ lợi ghép kênh không gian độ lợi phân tập Hình 3.23 : Kỹ thuật Beamforming ĐỒ ÁN TTTN 98 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ  Độ lợi ghép kênh không gian ( spatial multiplexing ) Hình 3.24 : Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền Tận dụng kênh truyền song song có từ đa anten phía phát phía thu hệ thống MIMO ,các tín hiệu phát độc lập đồng thời anten , nhằm tăng dụng lượng kênh truyền mà không cần tăng công suất phát hay tăng băng thông hệ thống dung lượng hệ thống tăng tuyến tính theo số kênh truyền song song hệ thống để cực đại độ lợi ghép kênh qua cực đại dung lượng kênh truyền thuật toán V-BLAST ( Vertical – Bell Laboratories Layered Space – Time ) áp dụng  Độ lợi phân tập ( spatial diversity ) Hình 3.25 : Phân tập không gian giúp cải thiện SNR Trong truyền dẫn vô tuyến , mức tín hiệu thay đổi , bị phadinh liên tục theo không gian thời gian tần số , khiến cho tín hiệu nơi thu không ổn định , việc phân tập cung cấp cho thu tín hiệu giống qua kênh truyền phadinh khác , thu lựa chọn hay kết hợp tín hiệu để giảm tốc độ sai bít BER , chống phadinh qua tăng độ tin cậy hệ thống Để cực đại độ lợi phân tập , giảm BER ĐỒ ÁN TTTN 99 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ chống lại Fadinh , thuật toán STBC ( Space – Time Block Code ) STTC ( Space – Time Trellis Code ) áp dụng Thực tế , để hệ thống có dung lượng cao, BER Thấp , chống phadinh ta phải có độ tương nhượng độ lợi phân tập độ lợi ghép kênh việc thiết kế hệ thống 3.1.9 Tính toán thông suất Dựa thông số tầng vô tuyến giới thiệu tiểu mục bên trên, thông suất tầng vật lý cell vô tuyến LTE tính toán sau: thời gian truyền cho symbol 73.167 µs (66.667 µs cho thân ký hiệu + 4.7µs dành cho tiền tố chu kỳ), cấp điều chế cao 64-QAM (6 bit symbol) có 1201 kênh dải tần 20 MHz: Tốc độ vật lý = (1/0,000073167)* * 1201 = 98487022 bit/s (tức khoảng 100 Mbit/s) Khi sử dụng 2x2 MIMO, tốc độ liệu tầng vật lý tăng gấp đôi tức đạt khoảng 200 Mbit/s, trường sử dụng 4x4 MIMO để truyền, tốc độ truyền liệu lý thuyết 400 Mbit/s dải tần 20 MHz Các giá trị thường trích dẫn tạp chí chuyên ngành Tuy nhiên, bàn phần nói MIMO HSPA , tốc độ truyền liệu tầng vật lý thô không đạt thực tế nhiều lý khác nhau: • Điều chế 64-QAM dùng UE gần trạm sở Đối với đa số người dùng phục vụ cell, dùng 16-QAM (4 bit symbol) QPSK (2 bit symbol) thực tế • Các bit (mã hóa) phát lỗi (error detection) sửa lỗi (error correction) thường bổ sung vào dòng liệu, không làm tốc độ lỗi bit giao tiếp vô tuyến trở nên cao Trong điều kiện tín hiệu bình thường, người ta thấy tỷ lệ bit mã hóa tổng số bit truyền 1/3 Cho nên thực tế, phụ phí mã hóa phạm vi lên tới 25–30% tổng lượng liệu truyền • Những truyền lại: với chiến lược truyền thận trọng, kiểu mã hóa mô tả đủ để sửa hầu hết lỗi truyền Thế ĐỒ ÁN TTTN 100 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ thực tế, người ta sử dụng chiến lược truyền nổ để tận dụng tài nguyên giao tiếp vô tuyến Điều thường dẫn đến tỷ lệ truyền lại gói giao tiếp vô tuyến lên đến khoảng 20% (cứ bit truyền phải truyền lại bit) • Có phụ phí đáng kể từ kênh pilot kênh điều khiển, chẳng hạn kênh quảng bá kênh báo hiệu dành riêng cho người dùng để báo có tiếp nhận đắn gói liệu hay không để vận chuyển kết đo đạc chất lượng tín hiệu Nhiều kênh số truyền phương thức điều chế bậc thấp (QPSK chẳng hạn) để thiết bị điều kiện bất lợi nhận thông tin Trong nhiều trường hợp thực LTE, dải tần khả dụng nhỏ 20 MHz • Khi sử dụng MIMO, cấp điều chế phải giảm xuống điều kiện truyền lý tưởng • Dung lượng tổng thể cell phải chia sẻ tất người dùng • Can nhiễu sinh việc truyền cell kế cận băng tần có ảnh hưởng tai hại Vì thực tế, nhiều khả thông suất cell đạt khoảng 30% đến 50% giá trị lý thuyết nêu Một cell có dải thông truyền 10 MHz 2x2 MIMO đạt đến dung lượng tổng thể tầng IP khoảng chừng 30 Mbit/s 3.1.10 Quản lý tài nguyên vô tuyến Cũng UMTS HSPA, mạng LTE kiểm soát việc truy cập vào tài nguyên giao tiếp vô tuyến hướng lên lẫn hướng xuống Bởi không nút trung tâm mạng vô tuyến để quản trị tài nguyên nữa, nên trạm sở phải tự chịu trách nhiệm thực công việc sau đây: • Quảng bá thông tin hệ thống cho UE • Quản lý đường truyền (connection management): UE mạng sử ĐỒ ÁN TTTN 101 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ dụng kênh điều khiển chẳng hạn kênh truy cập tùy ý PRACH, kênh nhắn tin PCH, kênh điều khiển dành riêng DCCH để trao đổi thông điệp RRC Loại thông điệp RRC trao đổi thiết bị truy cập mạng lần đầu sau khoảng thời gian dài thụ động thông điệp yêu cầu thiết lập đường truyền Sau eNodeB chịu trách nhiệm thiết lập kênh truyền báo hiệu luận lý với thiết bị thông qua kênh vật lý hướng lên hướng xuống dùng chung PDSCH PUSCH, từ chối yêu cầu hệ thống tải Quản lý đường truyền bao gồm việc thiết lập kênh vận chuyển dành riêng DL-SCH UL-SCH kênh vật lý dùng chung PDSCH PUSCH, dựa thông số chất lượng dịch vụ thông tin thuê bao • Kiểm soát việc đo đạc (measurement control): người dùng di chuyển, môi trường vô tuyến biến động, UE cần báo cáo thông số đo đạc cường độ tín hiệu cell cell kế cận cho mạng • Các thủ tục chuyển giao người dùng di chuyển: dựa thông số đo đạc tín hiệu UE, eNodeB khởi xướng thủ tục chuyển giao thiết bị sang cell khác, hay chí mạng vô tuyến khác UMTS GSM/GPRS chẳng hạn, thiết bị rời khỏi vùng phủ sóng LTE 3.2 Một số thủ tục truy cập mạng 3.2.1 Dò tìm cell Dò tìm cell thủ tục cách đầu cuối tìm cell có khả kết nối đến Như phần thủ tục dò tìm cell, đầu cuối thu nhận dạng cell đánh giá định thời khung cell nhận dạng Ngoài ra, thủ tục dò tìm cell cung cấp việc đánh giá thông số cần thiết cho việc tiếp nhận thông tin hệ thống kênh quảng bá (broadcast), bao gồm thông số lại yêu cầu cho truy cập hệ thống ĐỒ ÁN TTTN 102 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ Để tránh việc lập kế hoạch cell bị phức tạp số lượng nhận dạng cell lớp vật lý cần phải đủ lớn Như đề cập , LTE hỗ trợ 510 nhận dạng cell khác nhau, chia thành 170 nhóm nhận dạng cell, với ba nhận dạng cho nhóm Để giảm phức tạp dò tìm cell, dò tìm cell cho LTE thường thực qua nhiều bước, tương tự thủ tục dò tìm cell ba bước WCDMA Để trợ giúp cho đầu cuối thủ tục này, LTE cung cấp tín hiệu đồng sơ cấp (Primary Synchronization signal) tín hiệu đồng thứ cấp (secondary synchronization signal) đường xuống Các tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp dãy số đặc biệt, chèn vào hai ký tự OFDM cuối khe thời gian khung phụ (subframe) minh họa hình 3.26 Ngoài tín hiệu đồng bộ, thủ tục dò tìm cell khai thác tín hiệu tham khảo phần hoạt động Hình 3.26 : Tín hiệu đồng dò tìm cell 3.2.2 Truy cập ngẫu nhiên Một yêu cầu cho hệ thống tế bào khả cho phép đầu cuối yêu cầu thiết lập kết nối Điều thường biết đến 103 ĐỒ ÁN TTTN SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ truy cập ngẫu nhiên phục vụ hai mục đích LTE, việc thiết lập đồng đường lên, thiết lập nhận dạng đầu cuối nhất, CRNTI, biết hệ thống mạng thiết bị đầu cuối Hình 3.27: Tổng quan thủ tục truy cập ngẫu nhiên Toàn thủ tục truy cập ngẫu nhiên minh hoạ hình 3.27, bao gồm bốn bước: Bước bao gồm việc truyền dẫn phần mở đầu (preamble) truy cập ngẫu nhiên, cho phép eNodeB đánh giá định thời truyền dẫn đầu cuối Đồng đường lên cần thiết đầu cuối phát liệu đường lên Bước thứ hai bao gồm: mạng phát lệnh định thời sớm (a timing advance command) để điều chỉnh định thời phát đầu cuối, dựa phép đo định thời bước Ngoài việc thiết lập đồng đường lên, bước thứ hai ấn định nguồn tài nguyên đường lên đến đầu cuối để sử dụng bước thứ ba thủ tục truy cập ngẫu nhiên Bước thứ ba bao gồm việc truyền dẫn nhận dạng đầu cuối di động đến mạng cách sử dụng UL-SCH tương tự với liệu hoạch định ĐỒ ÁN TTTN 104 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ (scheduled) thông thường Nội dung xác báo hiệu phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối, dù có biết trước mạng hay không Bước thứ tư bước cuối bao gồm việc truyền dẫn thông điệp giải tranh chấp (a contention-resolution message) từ mạng đến đầu cuối kênh DL-SCH Bước giải tranh chấp xảy nhiều đầu cuối tìm cách truy cập vào hệ thống sử dụng nguồn tài nguyên truy cập ngẫu nhiên giống Chỉ có bước sử dụng quy trình lớp vật lý thiết kế riêng cho truy cập ngẫu nhiên Ba bước cuối sử dụng quy trình lớp vật lý giống sử dụng cho truyền dẫn liệu đường lên đường xuống thông thường 3.2.3 Paging Paging sử dụng cho thiết lập kết nối khởi tạo mạng Một giao thức paging hiệu cho phép đầu cuối ngủ mà không cần xử lý máy thu hầu hết thời gian thức dậy khoảng thời gian xác định trước để giám sát thông tin paging từ mạng Trong WCDMA, kênh thị paging riêng rẽ giám sát khoảng thời gian xác định trước, sử dụng để thị đến đầu cuối thông tin paging phát Vì thị paging ngắn cách đáng kể so với khoảng thời gian thông tin paging, điều làm tối thiểu thời gian đầu cuối đánh thức Trong LTE, không sử dụng kênh thị paging riêng rẽ khả tiết kiệm công suất nhỏ khoảng thời gian ngắn báo hiệu điều khiển, tối đa ba ký tự OFDM mô tả chương Thay vào đó, chế giống truyền dẫn liệu đường xuống DL-SCH sử dụng đầu cuối di động giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2 cho việc ấn định kế hoạch đường xuống Một chu trình DRX định nghĩa, cho phép đầu cuối nghỉ ngơi hầu hết thời gian thức dậy để giám sát báo hiệu ĐỒ ÁN TTTN 105 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ điều khiển L1/L2 Nếu đầu phát nhóm nhận dạng sử dụng cho paging thức dậy, xử lý thông điệp paging tương ứng phát đường xuống Thông điệp paging bao gồm nhận dạng đầu cuối tìm gọi đầu cuối không tìm thấy nhận dạng loại bỏ thông tin nhận nghỉ ngơi theo chu trình DRX Hiển nhiên, định thời đường lên không nhận biết suốt chu trình DRX, báo hiệu ACK/NAK xãy hybrid ARQ với kết hợp mềm sử dụng cho thông điệp paging Chu trình DRX cho paging minh hoạ hình 3.28 Hình 3.28 : Việc nhận không liên tục (DRX) cho paging 3.3 LTE- Advanced LTE-Advanced (Long Term Evolution-Advanced) tiến hóa tương lai công nghệ LTE, công nghệ dựa OFDMA chuẩn hóa 3GPP phiên (Release) LTE-Advanced, dự án nghiên cứu chuẩn hóa 3GPP vào năm 2009 với đặc tả mong đợi hoàn thành vào quý năm 2010 phần Release 10 nhằm đáp ứng vượt so với yêu cầu hệ công nghệ vô tuyến di động hệ thứ (4G) IMT-Advanced thiết lập ITU LTEAdvanced tương thích ngược thuận với LTE, nghĩa thiết bị LTE hoạt động mạng LTE Advanced thiết bị LTE-Advanced hoạt động mạng LTE cũ ĐỒ ÁN TTTN 106 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ Gần đây, ITU đưa yêu cầu cho IMT-Advanced nhằm tạo định nghĩa thức 4G Thuật ngữ 4G áp dụng mạng tuân theo yêu cầu IMT-Advanced xoay quanh báo cáo ITU-R M.2134 Một số yêu cầu then chốt bao gồm:  Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến bao gồm 40 MHz  Khuyến khích hỗ trợ độ rộng băng tần rộng (chẳng hạn 100 MHz)  Hiệu sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống tối thiểu 15 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4)  Hiệu sử dụng phổ tần đỉnh đường lên tối thiểu 6,75 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4)  Tốc độ thông lượng lý thuyết 1,5 Gb/s (trong phiên trước đây, 1Gb/s thường coi mục tiêu hệ thống 4G) ĐỒ ÁN TTTN 107 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Sau gần tháng làm đồ án, dẫn tận tình cô Phạm Thị Thanh Huyền, động viên ủng hộ từ gia đình bè bạn giúp cho em hoàn thành đồ án Đây dịp để em tự củng cố, hoàn thiện nâng cao kiến thức Theo yêu cầu đề từ trước, đồ án vào tìm hiểu số cộng nghệ di động tiền 4G chuẩn bị cho mạng thông tin di động 4G tương lai kỹ thuật tiên tiến sử dụng công nghệ Tuy tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm phát triển với kết bước đầu khả quan lợi kiến trúc mạng đơn giản khả dễ dàng tích hợp với mạng 3G 2G mà không cần thay đổi toàn sở hạ tầng mạng có, công nghệ LTE tìm hiểu chương đồ án chứng tỏ tiềm mạnh mẽ so với công nghệ đối thủ mà điển hình WiMAX đựơc triển khai nghiên cứu mạnh mẽ cho mạng 4G Cho dù đời muộn so với WiMAX (đã triển khai thị trường), công nghệ LTE đặc biệt LTE_Advance có tính cạnh tranh cao tương lai, ưu điểm sẵn có, LTE nhận nhiều ủng hộ “đại gia” ngành công nghệ viễn thông, Ericsson, Nokia-Siemens Networks, Alcatel-Lucent, T-Mobile, Vodafone, tập đoàn lớn khác gia nhập China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo Samsung Theo khảo sát cho thấy 56% nhà mạng cho biết triển khai công nghệ LTE cho hệ thống mạng trình nâng cấp lên mạng thông tin di động 4G Ở Việt Nam số nhà khai thác mạng đưa vào triển khai thử nghiệm công nghệ LTE chuẩn bị cho bứơc chuyển tiếp công nghệ tương lai, nhằm mang lại cho cộng đồng người dùng Việt Nam dịch vụ tốt ngang tầm khu vực giới ĐỒ ÁN TTTN 108 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Phạm Anh Dũng “ Thông tin di động 3G” Bài giảng Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông , 2004 Harri Holma and Antti Toskala, HSDPA/HSUPA for UMTS / High Speed Access Mobile Communications Wiley 2006 Phạm Hoàng Dũng (2009) , “ Các công nghệ di động sau 3G” , Đồ án tốt nghiệp đại học HSPA to LTE-Advanced: 3GPP Broadband Evolution to IMT – Advanced (4G), September 2009 Đỗ Tấn Trọng (2009) , “Wimax Ứng Dụng” www.thongtincongnghe.com www.4tech.com.vn www.tapchibcvt.gov.vn ĐỒ ÁN TTTN 109 SVTH: LÊ ĐỨC BÌNH – ĐT4 _K11