NGHIÊN cứu về MẠNG DI ĐỘNG 4g và kỹ THUẬT ĐỒNG bộ TRONG OFDM

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM HỒ SỸ BẢO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G VÀ KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ TRONG OFDM HẢI PHÒNG - 2015LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo, TS Phạm Văn Phước, người trực tiếp hướng dẫn có lời góp ý, nhiều tài liệu quan trọng để đồ án hoàn thành i Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Điện tử viễn thông, Đại Học Hàng Hải Việt Nam tạo điều kiện tốt cho em học tập nghiên cứu năm vừa qua Xin chân thành cảm ơn bạn học lớp có lời động viên quý báu suốt thời gian thực đồ án Lời cuối, em muốn gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình em Gia đình ln nguồn động viên tinh thần cổ vũ lớn lao, động lực giúp em thành công học tập, công việc sống Hải Phòng, tháng 10 năm 2015 Sinh Viên Hồ Sỹ Bảo LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : ii Các nội dung đồ án trực tiếp thực với hướng dẫn thầy giáo TS.Phạm Văn Phước Những tham khảo dùng đồ án trích dẫn rõ ràng tên tác giả,tên cơng trình,thời gian ,địa điểm công bố Mọi chép không hợp lệ ,vi phạm qui chế đào tạo ,hay gian trá,tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên Hồ Sỹ Bảo LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii iii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I : SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ NHU CẦU ĐI LÊN MẠNG 4G 1.1.MẠNG DI ĐỘNG 1G 1.1.1.Công nghệ sử dụng tiêu chuẩn 1.1.2.Ưu điểm hạn chế 1.2.MẠNG DI ĐỘNG 2G 1.2.1.Công nghệ sử dụng tiêu chuẩn 1.2.2.Ưu điểm hạn chế 1.2.3.Mạng di động 2.5G .4 1.2.4.Mạng di động 2.75G 1.3.MẠNG DI ĐỘNG 3G 1.3.1.Công nghệ sử dụng tiêu chuẩn 1.3.2.Ưu điểm hạn chế 1.3.3.Mạng 3.5G 1.4.MẠNG 4G VÀ NHU CẦU ĐI LÊN MẠNG 4G .6 1.4.1.Mạng di động 4G 1.4.2.Nhu cầu lên mạng 4G .7 1.5.THỰC TRẠNG MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY 10 CHƯƠNG II: KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ TRONG CÔNG NGHỆ OFDM 12 2.1 KHÁI NIỆM VỀ OFDM 12 2.2 ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM 20 2.2.1.Đồng ký tự .20 2.2.2.Đồng tần số lấy mẫu 22 2.2.3.Đồng tần số sóng mang 22 2.2.4.Lỗi đồng tới hiệu suất hệ thống OFDM .24 CHƯƠNG III : MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM 26 3.1.VÍ DỤ CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG 26 3.2.Code chương trình mơ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động bắc v âu AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian W– CDMA Wideband Code Division Multiplex Acess Đa truy nhập phân mã băng rộng CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thơng tin di động tồn cầu 1G First Generation Thế hệ thứ 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 4G Fo0075r Generation Thế hệ thứ tư FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân mã băng rộng UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems Hệ thống viễn thông di động toàn cầu HSPA High Speed Packet Acess Đa truy nhập gói tốc độ cao OFDM Orthoginal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Multiplex WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Acess Mạng truy cập thông tin vô tuyến liên kết hoạt động toàn cầu WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục không dây GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vơ tuyến tổng hợp EDGE Enhanced Data rates for GSM Tốc độ nâng cao liệu GSM Evotlution vi GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu HSDPA High Speed Downlink Packet Access Đa truy nhập gói đường xuống tốc độ cao DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Trang 1.1 Tốc độ download lý thuyết/thực tế mạng 3G 4G 1.2 So sánh thời gian thực tế để download để download phim dung lượng 1GB mạng 3G 4G 1.3 Tốc độ Upload lý thuyết/thực tế mạng 3G 4G vii 1.4 Độ trễ mạng 3G 4G 1.5 Tốc độ tải theo lý thuyết 10 1.6 Tốc độ 3G trung bình việt nam so với giới 11 2.1 So sánh kỹ thuật FDM OFDM 12 2.3 Quá trình đồng OFDM 13 2.4 Tín hiệu OFDM 17 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng 1.1 So sánh khác 3G 4G 1.2 “Suy hao SNR theo lỗi đồng bộ” viii Trang LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, thông tin di động lĩnh vực phát triển nhanh viễn thông Nhu cầu người sử dụng ngày lớn hạn chế hệ thống di động 3G dẫn đến đời mạng 4G.Mạng 4G sử dụng kỹ thuật OFDM nên em lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu mạng thơng tin di động 4G kỹ thuật đồng công nghệ OFDM” làm đề tài Theo đó, đề tài tiến hành nghiên cứu nội dung theo bố cục gồm bốn chương sau: Chương I: Sự phát triển hệ thống thông tin di động Chương II:Kỹ thuật đồng OFDM Chương III:Kết luận Do hạn chế thời gian, kiến thức tài liệu tham khảo nên đồ án có nhiều thiếu sót, em mong muốn có góp ý thầy, bạn để đồ án hoàn thiện Để hoàn thiện đồ án này, em xin cảm ơn đến thầy cô giáo trường Đại học Hàng Hải Việt Nam khoa Điện – Điện tử sức giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức bổ ích 4,5 năm học qua Em xin cảm ơn thầy giáo T.s Phạm Văn Phước trực tiếp hướng dẫn em CHƯƠNG I : SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ NHU CẦU ĐI LÊN MẠNG 4G 1.1.MẠNG DI ĐỘNG 1G Mạng di động 1G hệ thống thông tin di động hệ thứ phát triển từ năm 1970.Là chuẩn thông tin di động analog sử dụng tín hiệu tương tự để truyền có dạng tín hiệu giống hình sin =>Các gọi giọng nói sử dụng tần số cao 150Mhz để kết nối hai tháp vô tuyến với 1.1.1.Công nghệ sử dụng tiêu chuẩn - Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA - NMT : Điện thoại di động Nordic - AMPS : Hệ thống điện thoại di động cao cấp 1.1.2.Ưu điểm hạn chế - Thiết bị di động cồng kềnh - Bảo mật thấp thuật tốn mã hóa - Dễ bị biến dạng - Khơng phù hợp với tiêu chuẩn thơng tin => Hiện mạng 1G vào lãng quên 1.2.MẠNG DI ĐỘNG 2G Mạng động 2G hệ thống thông tin di động hệ thứ hai phát triển thay mạng 1G từ năm 1991 - Sử dụng tín hiệu kỹ thuật số - Được triển khai theo chuẩn GSM - Sử dụng chuyển mạch theo kênh =>Mục đích : Dịch vụ thoại truyền tải liệu tốc độ chậm tức có nghe gọi nhắn tin 3.2.Code chương trình mơ fftseq.m function [M,m,df]=fftseq(m,ts,df) % [M,m,df]=fftseq(m,ts,df) % [M,m,df]=fftseq(m,ts) %FFTSEQ generates M, the FFT of the sequence m % The sequence is zero padded to meet the required frequency resolution df % ts is the sampling interval The output df is the final frequency resolution % Output m is the zero padded version of input m M is the FFT fs=1/ts; if nargin == n1=0; else n1=fs/df; end n2=length(m); n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2))); M=fft(m,n); m=[m,zeros(1,n-n2)]; df=fs/n; code.m %Matlab Code for AM modulation Demonstration close all clc 33 fs=1000; ts=1/fs; fc=10; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; figure %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'b') xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc fs=1000; ts=1/fs; fc=20; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; 34 f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; figure %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'r') xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc fs=1000; ts=1/fs; fc=30; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; figure %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'g') xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc fs=1000; ts=1/fs; 35 fc=40; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; figure %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'c') xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc fs=1000; ts=1/fs; fc=50; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; figure %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'m') 36 xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc %% clc fs=1000; ts=1/fs; fc=10; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; hold on %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'b') xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc fs=1000; ts=1/fs; 37 fc=20; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; hold on %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'r') xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc fs=1000; ts=1/fs; fc=30; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; hold on %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'g') 38 xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc fs=1000; ts=1/fs; fc=40; df=0.3; t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; hold on %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'c') xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) clc fs=1000; ts=1/fs; fc=50; df=0.3; 39 t=0:0.001:0.1; s=sin(2*pi*fc*t); [S,s,df1]=fftseq(s,ts,df); S=S/fs; f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; hold on %frequency axis setting %AM signal Spectrum plot(f,abs(fftshift(S)),'m') xlabel('Frequency >') ylabel('Signal Amplitude >') title('Spectrum of signal') grid on axis([0 100 0.06]) lamh.m %% figure(1); clc clear all t=0:0.001:0.1; fc=10; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'b','LineWidth',2); grid on axis([0 0.1 -1 1]); %% figure(2); 40 clc clear all t=0:0.001:0.1; fc=20; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'r','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on %% figure(3); clc clear all t=0:0.001:0.1; fc=30; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'g','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on %% figure(4); clc clear all t=0:0.001:0.1; fc=40; u=sin(2*pi*fc*t); % IC 41 plot(t,u,'c','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on %% figure(5); clc clear all t=0:0.001:0.1; fc=50; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'m','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on %% figure(6); clc clear all t=0:0.001:0.1; fc=10; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'b','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on clc 42 clear all t=0:0.001:0.1; fc=20; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'r','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on clc clear all t=0:0.001:0.1; fc=30; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'g','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on clc clear all t=0:0.001:0.1; fc=40; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'c','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on clc clear all 43 t=0:0.001:0.1; fc=50; u=sin(2*pi*fc*t); % IC plot(t,u,'m','LineWidth',2); axis([0 0.1 -1 1]); grid on hold on TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu Internet [2] Suvra Sekhar Das, “Wireless Communication Network 3GPP – LTE – (advanced)” NCC 2012 [3] Ramjee Prasad “OFDM for wireless communications systems” 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian làm đề tài với hướng dẫn tận tình thầy Phạm Văn Phước, Trong đề tài này, em thực vấn đề sau: - Tìm hiểu khái quát hệ thống thơng tin di động - Tìm hiểu kỹ thuật đồng cơng nghệ OFDM - Tìm hiểu mạng thông tin di động 4G 45 Đồ án tốt nghiệp thực cố gắng nỗ lực thân bảo tận tình giáo viên hướng dẫn, nhiên thiếu sót khiếm khuyết khơng thể tránh khỏi Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo hội đồng tồn thể bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày… tháng… năm 2015 Sinh viên Hồ Sỹ Bảo NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ,sự cố gắng sinh viên trình thực Đồ Án 46 2.Đánh giá chất lượng đồ án tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đề mặt:Lý luận,thực tiễn,chất lượng thuyết minh vẽ 3.Chấm điểm giảng viên hướng dẫn (Điểm ghi số chữ) Hải phòng,ngày tháng năm 2015 Giảng viên hướng dẫn TS.Phạm Văn Phước 47 ... 1.4.MẠNG 4G VÀ NHU CẦU ĐI LÊN MẠNG 4G .6 1.4.1 .Mạng di động 4G 1.4.2.Nhu cầu lên mạng 4G .7 1.5.THỰC TRẠNG MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY 10 CHƯƠNG II: KỸ THUẬT ĐỒNG... Lý OFDM sử dụng mạng 4G sức mạnh xử lý vi xử lý tín hiệu kỹ thuật số khơng ngừng tăng lên kể từ hệ thống di động dựa OFDM đề xuất vào năm 1985  OFDM kỹ thuật mạng di động 4G  OFDM sử dụng phép... 2.2 ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM Đồng quan trọng OFDM. Sự trực giao ưu điểm đặc trưng OFDM. Nếu đồng kỹ thuật OFDM bị ưu điểm OFDM trực giao bị sóng mang nhánh Trong OFDM gồm loại đồng bộ: - Đồng ký