KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE
Đồ án Trang 20/48 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT CHO LỚP VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ………………………………………………………… vii DANH MỤC BẢNG BIỂU……………………………………………………… ix DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT…………………………………………xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LTE……………………………1 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động………………………… 1.1.1 Thế hệ thứ (1G)…………………………………………………….1 1.1.2 Thế hệ thứ (2G)…………………………………………………….1 1.1.3 Thế hệ thứ (3G)…………………………………………………….1 1.1.4 Thế hệ thứ (4G)…………………………………………………….2 1.2 LTE………………………………………………………………………….2 1.3 LTE, HSPA WIMAX……………………………………………………3 1.4 Cấu trúc mạng LTE…………………………………………………………5 1.4.1 Mạng truy cập E-UTRAN……………………………………………5 1.4.2 Mạng lõi Evolved Packet Core (EPC)……………………………….6 1.4.3 Thiết bị người dùng User Equipment (UE)………………………….8 1.5 Các giao thức vô tuyến…………………………………………………… CHƯƠNG 2: KĨ THUẬT OFDM………………………………………………9 2.1 Giới thiệu kĩ thuật OFDM………………………………………………9 2.2 Sơ đồ khối OFDM…………………………………………………………11 2.3 Hệ thống OFDM ………………………………………………… 12 2.3.1 Tính trực giao OFDM…………………………………………13 2.3.2 OFDM Cyclic Prefix ……………………………………………… 14 2.3.3 Đồng OFDM…………………………………………………… 15 2.4 Kĩ thuật OFDMA …………………………………………………………17 CHƯƠNG 3: LỚP VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG 21 3.1 Các tham số điều chế…………………………………………………….22 3.2 Ghép kênh đường xuống…………………………………………………23 3.3 Kênh vật lý đường xuống……………………………………………… 23 3.3.1 Lớp PDSCH…………………………………………………………25 3.3.2 Kênh điều khiển đường xuống vật lý……………………………… 25 3.3.3 Kênh điều khiển vật lý chung………………………………………… 25 3.4 Tín hiệu vật lý………………………………………………………………25 3.5 Kênh truyền tải …………………………………………………………… 27 3.6 Ánh xạ kênh vật lý đường xuống đến kênh vận chuyển……………………28 3.7 Mã hóa kênh đường xuống………………………………………………….29 CHƯƠNG 4: KĨ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT………………………………… 30 4.1 Giới thiệu……………………………………………………………… …30 4.1.1 Phân tập thời gian……………………………………………………… 30 4.1.2 Phân tập tần số……………………………………………………………30 4.1.3 Phân tập không gian……………………………………………………… 30 4.1.3.1 Phân tập phát……………………………………………………… 30 4.1.3.2 Phân tập thu…………………………………………………………31 4.2 Các kĩ thuật phân tập phát………………………………………………….31 4.2.1 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với anten thu……………………31 4.2.1.1 Mã hóa truyền dẫn………………………………………………31 4.2.1.2 Bộ kết hợp………………………………………………………32 4.2.1.3 Quy tắc định khả cực đại………………………… 32 4.2.2 Sơ đồ hệ thống Alamouti hai anten phát hai anten thu……………33 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG ………………………… 35 5.1 Công cụ mô phỏng…………………………………………………………35 5.2 Kết mô phỏng………………………………………………………….35 5.2.1 Mô phân tập phát…………………………………………… 35 5.3 Tỉ lệ bit phương thức truyền…………………………………… 37 5.3.1 Phân tập phát SFBC………………………………………………….37 5.3.2 Kĩ thuật phân tập phát FSTD, SFBC…………………………………38 5.3.3 Kĩ thuật điều chế QBSK…………………………………………… 41 5.3.4 Kĩ thuật điều chế 16QAM…………………………………………….43 5.3.5 Kĩ thuật điều chế 64QAM…………………………………………….44 5.4 Kết luận hướng phát triển……………………………………………….46 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………47 Phụ lục…………………………………………………………………………… 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Cấu trúc mạng LTE…………………………………………………………………5 Hệ thống mạng lõi LTE…………………………………………………………… Tín hiệu OFDM…………………………………………………………………….10 Hệ thống OFDM bản…………………………………………………………….12 Tiền tố lặp………………………………………………………………………… 14 Sóng mang OFDM OFDMA…………………………………………… 17 Cấu trúc khung LTE……………………………………………………………… 18 Khối tài nguyên đường xuống……………………………………………………… 19 Các tín hiệu tham chiếu LTE……………………………………………………….20 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL- SCH………………………………… 21 Thời lượng CP…………………………………………………………………… 23 Bản đồ tài nguyên………………………………………………………………… 26 Ánh xạ kênh vật lý đường xuống đến kênh vận chuyển…………………………… 28 Sơ đồ hệ thống Alamouti hai anten phát hai anten thu………………………….33 Sơ đồ khối………………………………………………………………………… 35 Giao diện hệ thống phân tập phát………………………………………………… 36 Kết băng thông 5MHz……………………………………………………….37 Chòm sao………………………………………………………………………… 37 Các thông số cài đặt……………………………………………………………… 38 Tín hiệu phát thu băng thông 10MHz……………………………………………… 41 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Loại/lượng lỗi đồng Độ suy giảm SNR (dB) Lỗi tần số sóng mang ε 1, kênh AWGN D≈ Lỗi tần số sóng mang ε 1, kênh fading D ≤ 10 log Nhiễu pha sóng mang, độ rộng β D≈ Lỗi đồng tần số lấy mẫu ∆fs sóng D ≈ 10 log mang nhánh thứ n Lỗi thời gian (Không đáng kể đủ nhỏ) Chú ý: : chuẩn hoá theo khoảng cách tần số hai kênh ; : chuẩn hoá theo tần số lấy mẫu, tính theo ppm; 3: chuẩn hoá theo thời khoảng ký tự tín hiệu phát T=Ts+Tcp Bảng suy giảm SNR theo lỗi đồng DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CP Cyclic Prefix DL-SCH Downlink Shared Channel E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access EPC Evolved Packet Core eNodeB E-UTRAN Node B FDD Frequency Division Duplex FSTD Frequency Switched Transmit Diversity FFT Inverse Fast Fourier Transform HSPA High Speed Packet Access HSDPA High Speed Downlink Packet Access LTE Long Term Evolution MAC Medium Access Control OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying SNR Signal to Noise Ratio SAE System Architecture Evolution S-GW Serving Gateway TDD Time Division Duplex UE User Equipment U-TRAN Universal Terrestrial Radio Access Network MIMO Multiple Input Multiple Output FDMA Frequency division multiple access UMTS Universal Mobile Telecommunication System CDMA Code Division Multiple Access CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LTE 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động Là mạng thông tin cá nhân công cộng, không đòi hỏi kết nối vật lý để thiết lập thông tin hai đối tượng thiết bị Các chương trình truy cập khác sử dụng để thiết lập, bao gồm kết nối không dây 1.1.1 Thế hệ thứ (1G) Tiêu chuẩn thông tin di động analog (tín hiệu tương tự), sử dụng mạng 1G tín hiệu vô tuyến dùng để truyền thông tin 1G là analog Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (150MHz) Hạn chế: - Tính bảo mật thấp thuật toán mã hóa - Dễ bị biến dạng - Không thích hợp với tiêu chuẩn thông tin 1.1.2 Thế hệ thứ (2G) Năm 1991, mạng di động 2G triển khai thương mại theo chuẩn GSM Phần Lan Tín hiệu mạng di động 2G tín hiệu kĩ thuật số Sử dụng công nghệ TDMA CDMA Hạn chế: - Tín hiệu kĩ thuật số yếu - Đường cong bị phân rã góc - Giảm phạm vi truyền âm 1.1.3 Thế hệ thứ (3G) Là hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hẳn hệ trước Nó cho phép người dùng di động truyền tải liệu thoại liệu thoại (tải liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips Công nghệ 3G nhắc đến chuẩn IMT-2000 Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU) Sử dụng công nghệ UMTS, W-CDMA, CDMA 2000, TD-SCDMA, Wideband CDMA Mạng 3G đặc trưng với tốc độ liệu cao, dung lượng lớn, tăng hiệu sử dụng Hạn chế: - Đòi hỏi chiều rộng băng tần cao - Chi phí quyền tần số cao 1.1.4 Thế hệ thứ (4G) Hay viết 4-G, công nghệ truyền thông không dây hệ thứ tư, cho phép truyền tải liệu với tốc độ tối đa điều kiện lý tưởng lên tới - 1,5 Gbit/s Công nghệ 4G hiểu chuẩn tương lai thiết bị không dây Các nghiên cứu NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G nhận liệu với tốc độ 100 Mbit/s di chuyển tới Gbit/s đứng yên, cho phép người sử dụng tải truyền lên hình ảnh, video clips chất lượng cao Yêu cầu kĩ thuật 4G bao gồm mạng chuyển mạch gói tin dựa địa IP kênh với băng thông có khả mở rộng đến 40MHz Sử dụng công nghệ UMTS, OFDM, SDR, TD-SCDMA, MIMO, WiMax Hạn chế: giới hạn vài thành phố lớn, khu đô thị 1.2 LTE LTE viết tắt của từ Long-Term Evolution – tiêu chuẩn truyền thông không dây tốc độ cao công nghệ coi công nghệ di động hệ thứ (4G, thực chất LTE coi 3,9G) 4G LTE chuẩn cho truyền thông không dây với tốc độ liệu cao dành cho điện thoại di động thiết bị đầu cuối liệu LTE sử dụng kĩ thuật MIMO (Multiple Input Multiple Output) để tăng tốc độ liệu, Phân taapk anten, tổ hợp băng thông, độ dài băng thông linh hoạt nhằm tối ưu hóa băn tầng, chuyển mạch gói IP, 1.3 LTE, HSPA WiMax HSPA WiMax Phiên 3GPP release 802.16e (2005) Triển khai Bắt đầu năm 2007 Bắt đầu năm 2007 Các tiêu chí LTE 3GPP release (3/2009) Bắt đầu năm 2010 700MHz, 700MHz, Dải tần hoạt động 850MHz, 1.5GHz, 1.8GHz, 1.7/2.1GHz 2.5GHz, 2.6GHz, 850MHz, 1.5GHz, 3.5GHz, 3.65GHz, 1.8GHz, 5.8GHz 1.7/2.1GHz, 2.1GHz, 2.3GHz, 2.6GHz Tốc độ liệu lên Các thông số 5.6 Mbps kênh 5MHz, bán kính cell 680m Tốc độ liệu lên Tốc độ liệu lên 75Mbps/25Mbps 100Mbps/50Mbps kênh kênh 10MHz với 2x2 10MHz với 2x2 MIMO, bán kính MIMO, bán kính cell lên đến 2-7km, cell lên đến 5km, 100-200 người lớn 400 người dùng dùng Đồ án Trang 35/48 CHƯƠNG MÔ PHỎNG Hình Sơ đồ khối 5.1 Công cụ mô MATLAB phần mềm cung cấp môi trường tính toán số lập trình, công ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực thuật toán, tạo giao diện người dùng liên kết với chương trình máy tính viết nhiều ngôn ngữ lập trình khác Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình thực tế kỹ thuật (Trích WIKIPEDIA) 5.2 Kết mô 5.2.1 Mô phân tập phát Đồ án Trang 36/48 Hình 5.2.1 Giao diện hệ thống phân tập phát Đồ án Trang 37/48 5.3 Tỉ lệ lỗi bit phương thức truyền 5.3.1 Phân tập phát SFBC Hình 5.3.1 Kết băng thông 5MHz Hình 5.3.2 Chòm Kết thu được: Đồ án Trang 38/48 5.3.2 Kĩ thuật phân tập phát FSTD, SFBC Hình 5.3.2.1 Các thông số cài đặt Đồ án Trang 39/48 Hình 5.3.2.2 Tín hiệu phát thu băng thông MHz Hình 5.3.2.3 Chòm Đồ án Trang 40/48 Kết thu được: Đồ án Trang 41/48 5.3.3 Kĩ thuật điều chế QBSK Hình 5.3.3.1 Tín hiệu phát thu băng thông 10MH Đồ án Trang 42/48 Hình 5.3.3.2 Chòm Kết thu được: 5.3.4 Kĩ thuật điều chế 16QAM Đồ án Trang 43/48 Hình 5.3.4.1 Tín hiệu thu phát băng thông 10MHz Hình 5.3.4.2 Chòm Đồ án Trang 44/48 Kết thu được: 5.3.5 Kĩ thuật điều chế 64QAM Hình 5.3.5.1 Tín hiệu thu phát băng thông 10MHz Đồ án Trang 45/48 Hình 5.3.5.2 Chòm Kết thu được: Đồ án Trang 46/48 Nhận xét: Mức điều chế tăng bit lỗi tăng Do để tăng tốc độ đường truyền tăng số mức điều chế chất lượng đường truyền giảm Tỉ lệ lỗi bit tương quan kênh truyền thấp thấp tương quan kênh truyền trung bình, cao Để chống fading kênh vô tuyến ta dùng nhiều anten phát phân tập 5.4 Kết luận phát triển Các kĩ thuật phát triển thời gian qua từ truy nhập vô tuyến đến phát triển mạng lưới thay đổi nhằm tối ưu công nghệ, tốc độ đường truyền LTE Kĩ thuật phân tập phát nhằm mục đích cải thiện tỉ lệ lỗi bit, hiệu suất đường truyền Đồng thời để tối ưu hiệu suất truyền ta sử dụng kĩ thuật phân tập phía thu ghép kênh không gian Công nghệ LTE chứng tỏ tiềm mạnh mẽ so với công nghệ đối thủ mà điển hình WiMAX Cho dù đời muộn so với WiMAX (đã triển khai thị trường), công nghệ LTE có tính cạnh tranh cao tương lai, ưu điểm sẵn có, LTE nhận nhiều ủng hộ “đại gia” ngành công nghệ viễn thông Nokia-Siemens Networks, Alcatel- Lucent, T-Mobile, Vodafone, tập đoàn lớn khác gia nhập China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo Samsung Đồ án Trang 48/48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Wikipedia http://www.netmanias.com/en/post/techdocs/5904/lte-network-architecture/ltenetwork-architecture-basic http://khoahoc.tv/cac-the-he-cua-he-thong-thong-tin-di-dong-50379 http://kienthucnganhvienthong.blogspot.com/2015/06/kien-truc-mang-lte.html https://vntelecom.org/diendan/forumdisplay.php?f=58 PHỤ LỤC Đồ án Trang 47/48 Code mô h = LTETransmitDiversityExample; handles = guidata(h); set(handles.showSpectrum, 'Value', 0); LTETransmitDiversityExample('showSpectrum_Callback', handles.showSpectrum, [], handles); handles = guidata(h); set(handles.showScopes, 'Value', 0); LTETransmitDiversityExample('showScopes_Callback', handles.showScopes, [], handles); handles = guidata(h); set(handles.simulate, 'Value', 1); LTETransmitDiversityExample('simulate_Callback', handles.simulate, [], handles); displayEndOfDemoMessage(mfilename) ... xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH Kĩ thuật phân tập phát cho Dương lớp vật lý đường xuống LTE SVTH: Trần Thái Đồ án Trang 22/48 Khi đầu cuối di động hoạch định chu kỳ TTI kênh DLSCH, lớp vật. .. kênh vật lý tất chúng truyền tải thông tin từ lớp cao Kĩ thuật phân tập phát cho lớp vật lý đường xuống LTE SVTH: Trần Thái Dương Đồ án Trang 24/48 ngăn xếp LTE Điều trái với tín hiệu vật lý, ... tin sử dụng độc lớp vật lý Các kênh vật lý LTE DL là: Kênh chia sẻ vật lý đường xuống (PDSCH) Kênh điều khiển đường dẫn vật lý (PDCCH) Kênh điều khiển chung (CCPCH) Kênh vật lý ánh xạ tới kênh