Truyền dẫn vô tuyến sử dụng trong 4G LTE

Truyền dẫn vô tuyến sử dụng trong 4G LTE Truyền dẫn vô tuyến sử dụng trong 4G LTE Truyền dẫn vô tuyến sử dụng trong 4G LTE luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐỖ THỊ THANH TÂM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐỖ THỊ THANH TÂM KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Đề tài: TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỬ DỤNG TRONG 4G LTE 2016 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ SƯ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Hà Nội – Năm 2018 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ .iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU vii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) 1.3 Hệ thống 3G 1.4 Giới thiệu công nghệ LTE 1.5 Sự tiến hóa từ hệ thống 3G sang LTE 1.6 Kết luận chương I CHƯƠNG II TỔNG QUAN HỆ THỐNG 4G LTE 10 2.1 Tổng quan 10 2.1.1 Giới thiệu công nghệ LTE 10 2.1.2 Mục tiêu thiết kế 10 2.1.3 Các thông số vật lý LTE 15 2.1.4 Dịch vụ LTE 16 2.2 Các nút LTE 18 2.2.1 Chức thiết bị sử dụng UE (User Equipment) 19 2.2.2 Mạng truy cập vô tuyến RAN (Radio Access Network) 19 2.2.3 Mạng lõi core CN (Core Network) 20 2.2.4 Máy chủ quản lý thuê bao thường trú (Home Subscriber Server HSS) 21 2.2.5 Ứng dụng (Application) 22 2.2.6 Đường giao tiếp mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến 22 2.2.7 Đường giao tiếp với sở liệu người dùng 24 2.2.8 Cấu trúc chuyển vùng roaming 25 i 2.2.9 Kết nối với mạng khác 25 2.3 Các kênh sử dụng E-UTRAN 26 2.3.1 Kênh vật lý 26 2.3.2 Kênh logic 26 2.3.3 Kênh vận chuyển 27 2.4 Các kĩ thuật truy nhập LTE 27 2.4.1 Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM vàOFDMA 28 2.4.2 Công nghệ đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA 33 CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MIMO 36 3.1 Hệ thống MIMO 36 3.1.1 Mơ hình hệ thống thơng tin vơ tuyến 36 3.1.2 Công nghệ đa anten MIMO 36 3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến kênh thông tin vô tuyến 43 3.1.4 Các mơ hình kênh MIMO 50 3.1.5 Dung lượng kênh MIMO 52 3.1.6 Đánh giá kỹ thuật MIMO 56 3.2 Các kỹ thuật truyền dẫn hệ thống MIMO 57 3.2.1 Kỹ thuật ghép kênh theo không gian 57 3.2.2 Kỹ thuật phân tập không gian, thời gian 59 3.2.3 Kỹ thuật mã hóa khơng gian - thời gian 63 CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MIMO TRONG LTE 67 4.1 MIMO dựa kỹ thuật đa anten 67 4.1.1 Mã hóa theo thời gian, khơng gian 68 4.1.2 Đa dạng truyền tải chọn lọc 72 4.1.3 Truyền nhiều lớp 73 4.1.4 Phân vùng Truy cập Không gian 76 4.1.5 Beamforming (Sự tạo chùm tia) 78 4.1.6 MIMO đa người dùng 80 4.2 Các ứng dụng MIMO nâng cao 81 ii 4.2.1 Sự hợp tác Trạm Cơ sở 82 4.2.2 Chuyển tiếp đa chặng (Multihop Relay) 89 4.2.3 Các chương trình truyền dẫn đa giải pháp 96 4.2.4 Hiệu suất lượng truyền thông không dây 99 KẾT LUẬN .103 TÀI LIỆU THAM KHẢO .105 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Yêu cầu trễ mặt LTE 12 Hình 2.2 Nút LTE 18 Hình 2.3 Các đường giao tiếp mạng lõi mạng truy cập vơ tuyến 23 Hình 2.4 Đường giao tiếp mạng lõi 24 Hình 2.5 Cấu trúc chuyển vùng truy cập với P-GW mạng nhà 25 Hình 2.6 Kiến trúc liên mạng với 3G UMTS 26 Hình 2.8 Kỹ thuật OFDM & OFDMA 32 Hình 2.9 Điều chế SC-FDMA cho truyền hướng lên 35 Hình 3.1 Mơ hình hệ thống thơng tin vơ tuyến 36 Hình 3.2 Mơ hình kênh MIMO với Mt anten phát Nr anten thu 38 Hình 3.3 Nguyên tắc truyền MIMO 41 Hình 3.4 Mơ hình trực quan hệ thống MIMO 43 Hình 3.5 Tạp âm AWGN 44 Hình 3.6 Hàm phân bố tạp âm AWGN 44 Hình 3.7 Hiệu ứng Doppler 45 Hình 3.8 Hiệu ứng đa đường 46 Hình 3.9 Mơ hình truyền sóng đa đường 48 Hình 3.10 Pha đinh dải thông khác 49 Hình 3.11 Các mơ hình phân tập khơng gian 51 Hình 3.12 Mơ hình kênh MIMO vô tuyến 51 Hình 3.13 Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo khơng gian 58 Hình 3.14 Sơ đồ phân loại tách tín hiệu MIMO - SDM 59 Hình 3.15 Các kỹ thuật phân tập 60 Hình 3.16 Kỹ thuật kết hợp tỷ lệ tối đa 62 Hình 3.17 Mơ hình kênh MIMO - STC 63 Hình 3.18 Hệ thống mã hóa STBC 65 Hình 4.1 Sự đa dạng truyền tải chọn lọc với dẫn phản hồi 73 Hình 4.2 Sơ đồ chung MIMO đa lớp 74 Hình 4.3 Chương trình MIMO đa lớp x (a) chương trình (b) chương trình iv 75 Hình 4.4 Cấu hình SDMA áp dụng cho đường lên SDMA 78 Hình 4.5 Tín hiệu phát tín hiệu trạm phát sóng sử dụng phương pháp chùm 79 Hình 4.6 Sự hợp tác BS downlink sử dụng nhóm ba BS 83 Hình 4.7 Sự kết hợp yếu tố ăng ten độc lập từ BS khác 84 Hình 4.8 Phản ứng xung kênh (CIR) 86 Hình 4.9 Mơ hình trễ hop 91 Hình 4.10 Mạng di động thông thường 92 Hình 4.11 Mạng di động ảo 92 Hình 4.12 Ví dụ nút relay E-UTRAN 93 Hình 4.13 Kiến trúc chuyển tiếp chọn cho LTE-Advanced [1] 94 Hình 4.14 Mơ hình can thiệp intercell [1] 96 Hình 4.15 Video truyền vùng QoS 98 Hình 4.16 Hệ thống minh họa 64 QAM chịm phân cấp 99 Hình 4.17 Hệ thống MIMO hợp tác với trạm relay cố định 100 v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Mục tiêu thiết kế LTE 10 Bảng 2.2 Các yêu cầu hiệu suất phổ lưu lượng người dùng 13 Bảng 2.3 Các thông số lớp vật lí LTE 15 Bảng 2.4 Tốc độ đỉnh LTE theo lớp 16 Bảng 2.5 So sánh dịch vụ 3G với 4G LTE 16 vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU 3G 3GPP 3GPP2 4G AWGN BCCH BER BPSK CCI CSI CDMA E-RAN E-UTRAN EPC FEC FDD FDMA GERAN GPRS GGSN HLR HSDPA HSPA HSS HSUPA IMS IMT ISI LTE MIMO MBMS MISO MME Third Generation Mobile Communications System 3rd Generation Partnership Project 3rd Generation Partnership Project Fourth Generation Mobile Communication System Additive White Gaussian Noise Broadcast Control Channel Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Modulation Co channel Interference Channel State Information Code Division Multiple Access Evolved Radio Access Network Enhanced Universal Terrestrial Radio Access Network Evolved Packet Control Forward Error Correction Frenquency Division Duplex Frequency Division Multiple Access GSM EDGE Radio Access Network General Packet Radio Service Gateway GPRS Support Node Home Location Register High Speed Downlink Packet Access High Speed Packet Access Home Subscriber Server High Speed Uplink Packet Access IP Multimedia Subsystem International Mobile Telecommunication Inter Symbol Interference Long Term Evolution Multiple Input Multiple Output Multimedia Broadcast Multicast Service Multiple Input Single Output Mobility Management Entity vii Hệ thống thông tin di động hệ ba Đề án đối tác hệ ba Đề án thứ đối tác hệ thứ Hệ thống thông tin di động hệ thứ Tạp âm Gauss trắng cộng Kênh điều khiển quảng bá Tỷ số bit lỗi Điều chế khóa dịch pha hai trạng thái Nhiễu đồng kênh Thơng tin trạng thái kênh Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất phát triển Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu tăng cường Phát triển điều khiển gói liệu Hiệu chỉnh lỗi trước Song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Mạng truy nhập vơ tuyến GSM EDGE Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp Nút hỗ trợ cổng nối GPRS Bộ ghi định vị thường trú Truy cập gói đường xuống tốc độ cao Truy cập gói tốc độ cao Máy chủ quản lý thuê bao thường trú Truy cập gói đường lên tốc độ cao Hệ thống đa phương tiện IP Thông tin di động quốc tế Nhiêu ký hiệu Phát triển dài hạn Nhiều đầu vào nhiều đầu Dịch vụ quảng bá đa phương tiện Nhiều đầu vào đầu Thực thể quản lý di động Sai lỗi bình phương trung bình cực tiểu MS Mobile Station Trạm gốc OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao PDN Packet Data Network Mạng số liệu gói PDF Probability density function Hàm mật độ xác suất PCRF Polcy and Charging Rules Function Chức qui tắc tính cước sách Phase Shift Keying Điều chế dịch pha PSK Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên cầu phương QAM QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha Modulation cầu phương QoS RF Chất lượng dịch vụ Quality of Service Radio Tần số vô tuyến 3KHz-300GHz frenquency Receiver Máy thu RX RAN Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến SC-FDMA Single Carrier -Frenquency Divison Đa truy nhập phân chia đơn sóng Mutiplex Access mang Spectrum Efficiency Hiệu suất phổ tần SE Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi ký hiệu SER Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SIR Bộ giải mã không gian thời gian Space Time Decoder STD Space Time Encoder Bộ mã hóa khơng gian thời gian STE SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiêu nhiễu SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS Single Input Single Output Một đầu vào đầu SISO TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân theo thời gian Time Division Duplex Song công phân chia theo thời TDD gian Transmitter Máy phát TX User Equipment Thiết bị người sử dụng UE UMTS Universal Mobile Hệ thống thông tin di động toàn Telecommunications System cầu User Plan Entity Thực thể mặt phẳng người sử UPE dụng UMTS Teresstrial Radio Access Truy nhập vô tuyến UMTS UTRA UTRAN UMTS Teresstrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến UMTS Network WCDMA Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access mã băng rộng MMSE Minimum Mean Square Error viii LỜI NÓI ĐẦU Trước phát triển vô mạnh mẽ dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích hợp IP hoá đặt yêu cầu công nghiệp Viễn thông di động Mạng thông tin di động hệ ba đời khắc phục nhược điểm mạng thông tin di động hệ trước Tuy nhiên, mạng di động có số nhược điểm như: Tốc độ truyền liệu lớn 2Mbps, chưa đáp ứng yêu cầu ngày cao người dùng, khả đáp ứng dịch vụ thời gian thực hội nghị truyền hình chưa cao, khó việc download file liệu lớn,…chưa đáp ứng yêu cầu như: khả tích hợp với mạng khác (ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính mở mạng chưa cao, đưa dịch vụ vào mạng gặp nhiều vấn đề tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,… LTE (Long Term Evolution) hệ thứ tư (4G) UMTS 3GPP xây dựng LTE nỗ lực phát triển người nghiên cứu nhằm tạo hệ thống thơng tin di động có tốc độ truyền tải liệu cao hơn, chất lương tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có băng tần mới, đơn giản kiến trúc mạng với giao tiếp mở, giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối khắc phục hạn chế mạng thông tin di động hệ thứ Những năm gần với lớn mạnh nhu cầu sử dụng thơng tin vơ tuyến nói chung thơng tin di động nói riêng thu hút nhiều quan tâm, nghiên cứu nhằm phát triển hồn thiện hệ thống mạng khơng dây tốc độ cao Một thách thức chủ yếu lĩnh vực là: “Tốc độ xử lý cao đồng thời tiêu thụ điện thiết bị di động có giảm kích thước tăng thời gian hoạt động thiết bị MS mạng khơng dây” Do thúc đẩy hướng nghiên cứu phải cải tiến kỹ thuật điều chế nhằm tăng hiệu suất giải mã chất lượng phổ hệ thống không dây Kỹ thuật MIMO mạng vô tuyến gần thực bật mơ hình băng rộng đáp ứng thách thức trên, MIMO đáp ứng việc truyền tín nhiều kênh khác - giúp biểu diễn hệ thống Hình 4.9 Mơ hình trễ hop 4.2.2.2 Kích cỡ tế bào ảo thay đổi Kích thước tế bào thay đổi đề xuất [Kudoh Adachi 2003], bao gồm mạng không dây đa chức không dây ảo Cấu hình bao gồm thành phần sau: - Port trung tâm: tương ứng với BS đóng vai trị gatewayvào mạng lõi - Các cổng khơng dây: tương ứng với trạm chuyển tiếp giao tiếp với UE, chuyển tiếp tín hiệu từ tới cổng trung tâm Các cổng không dây giao tiếp trực tiếp với thiết bị UE gọi cổng không dây kết thúc Cổng không dây cổng cố định hành động với cổng trung tâm BS ảo Cổng trung tâm cổng kết nối không dây giới thiệu đa dạng bổ sung vào tế bào, lượng truyền tải giảm xuống Điều làm giảm mức độ can thiệp cho tế bào ảo khác Sự khác biệt mạng di động thông thường mạng di động ảo nhìn thấy từ Hình 4.10 4.11 Từ quan điểm MBMS, kích thước tế bào ảo có khả cấu hình ảo sử dụng để thích ứng với kích thước tế bào để phân phối người dùng nhu cầu dịch vụ Các nhu cầu dịch vụ có khác biệt khơng gian thời gian 91 Hình 4.10 Mạng di động thơng thường Hình 4.11 Mạng di động ảo 4.2.2.3 Chuyển tiếp đa chặng 3GPP Các nút chuyển tiếp giới thiệu phát hành 3GPP [3GPP 2010a] loại eNB đặc biệt không kết nối trực tiếp với mạng lõi Một RN nhận liệu chuyển tiếp eNB kết nối với lõi gói phát triển (EPC) 92 Hình 4.12 Ví dụ nút relay E-UTRAN Khi nhận liệu đó, RN gửi tới UE phạm vi vùng phủ Kỹ thuật điều thấy từ hình 4.14 Điều lựa chọn thú vị cho nhà khai thác vì, so với eNB, RN có cấu trúc tốn để triển khai trì Chúng cung cấp triển khai mạng tạm thời dịch vụ khu vực (ví dụ: kiện lẻ tẻ tập trung nhiều người khu vực địa lý, chẳng hạn lễ hội mùa hè) Việc sử dụng RN cho phép cách nhanh chóng triển khai khơng tốn để giải vấn đề cung cấp phạm vi bảo hiểm khu vực nhỏ không bảo vệ eNB Trong [3GPP 2010b], bốn kiến trúc chuyển tiếp đề xuất nghiên cứu Các kiến trúc khác hành vi dự kiến RN / DeNB cách liệu gửi EPC đến UE Nghiên cứu kết luận kiến trúc mà RN hoạt động proxy cho S1 / X2 lợi ích tổng thể nhất, đưa vào phát hành 3GPP 10 (LTE-Advanced) Kiến trúc RN chi tiết lựa chọn cho LTE-Advanced xem từ hình 4.13 Trong kiến trúc này, thấy RN đóng hai vai trò lúc: - Từ quan điểm mạng lưới (đặc biệt DeNB), RN hoạt động UE bình thường (được biểu Relay-UE) - Từ quan điểm UE, RN hoạt động eNB thơng thường 93 Bằng cách này, mạng tự tóm tắt từ việc thiết lập mối liên hệ từ điểm tới điểm với UE Trong thực tế, phải thiết lập kết nối với RN bình thường thực với UE bình thường, sau chuyển tiếp tất liệu định hướng đến UEs đến RN Sau đó, RN, tự chuyển tiếp tất liệu nhận từ mạng tới UE tương ứng Q trình chuyển tiếp hồn tồn minh bạch, nghĩa UE luôn giả định kết nối với eNB RN xem eNB từ phía UE, đó, khơng có thay đổi giao thức truyền thông giao diện sử dụng UE Hình 4.13 Kiến trúc chuyển tiếp chọn cho LTE-Advanced [1] (Được điều chỉnh từ 3GPP, Truy cập vô tuyến mặt đất phát minh (E-UTRA), Kiến trúc chuyển tiếp cho E-UTRA (LTE-nâng cao), TR 36.806 V9.0.0, Tháng năm 2010b.) Trong bối cảnh đa giải pháp cho Evolved-MBMS (E-MBMS), việc sử dụng relay fit cách hoàn hảo Với đời RN E-MBMS, có khu vực khác với nhiều cấp dịch vụ khác Chúng ta xem xét lại ví dụ mơ tả Hình 4.14 Ở khu vực phủ sóng eNB, UE có tỷ số tín hiệu tới nhiễu cộng với tỷ số tiếng ồn (SINR) cao chúng gần trung tâm tế bào hơn, giảm UE tiếp cận cạnh tế bào Nếu điều chế 64-QAM có bậc với tỷ lệ mã hóa 3/4 sử dụng, UE cạnh gặp mức dịch vụ QoS thấp chí dịch vụ ngừng hoạt động SINR thấp 94 Nếu RN có vị trí chiến lược rìa tế bào eNB có, mong đợi khu vực có vùng phủ sóng cải thiện RN điều chỉnh điều kiện truyền để cung cấp độ phân giải khác dịch vụ khu vực Việc sử dụng RN có nghĩa là, E-UTRAN, cung cấp E-MBMS, UE trải nghiệm độ phủ sóng giải pháp dịch vụ cao cho nội dung E-MBMS tùy thuộc vào vị trí điều kiện tiếp nhận họ Theo [3GPP 2010a], RN hoạt động hai chế độ khác nhau: - Chế độ Inband: liên kết DeNB RN sử dụng tần số sóng mang liên kết RN-UE eNB-UE - Chế độ băng: liên kết DeNB RN sử dụng tần số sóng mang khác so với đường truyền RN-UE Cần lưu ý công suất truyền RN thấp eNB Mục tiêu để giảm nhiễu intercell đời RN hoạt động băng tần tần số sóng mang eNB (chế độ băng thông) để giới hạn phạm vi phủ sóng RN định (vì RN sử dụng để bao phủ khu vực nhỏ mà bảo vệ eNB có) Để giảm nhiễu intercell, RN sử dụng lớp E-MBMS để tạo "các khoảng cách truyền dẫn" Các khoảng cách truyền dẫn minh họa Hình 4.14 Như thấy, trường hợp nơi Thời gian = t, DeNB truyền đoạn liệu có nhãn "Data 1" cho tất UE phạm vi phủ sóng đến RN Tại trường hợp này, RN lưu trữ " Data 1" nhớ không truyền liệu cho người dùng bên phạm vi phủ sóng nó, khơng tạo can thiệp intercell Tại thời điểm Time = t + 1, tập hợp thứ hai liệu có nhãn " Data 2" truyền từ DeNB tới tất UE phạm vi phủ sóng Vào lượt nó, RN khơng nhận " Data 2", thay vào đó, truyền đến UE khu vực vùng phủ " Data 1" lưu trữ nhớ Thời gian = t, gây intercell 95 Hình 4.14 Mơ hình can thiệp intercell [1] Kết mơ hình can thiệp intercell sản xuất RN, tổng nhiễu liên mạng giảm đáng kể (các RN gây nửa nhiễu tổng thời gian truyền) với giao dịch thông lượng nhiễu intercell 4.2.3 Các chương trình truyền dẫn đa giải pháp Đối với dịch vụ MBMS, có hai nhiều lớp bit với chức bảo vệ lỗi khác nhau, ánh xạ luồng thông tin khác Tùy thuộc vào điều kiện truyền lan, người dùng định cố gắng giải điều chế bit bảo vệ nhiều bit khác mang thông tin bổ sung Bằng cách sử dụng điểm tín hiệu khơng cách khơng phân cực điều chế bậc, sửa đổi mức độ bảo vệ lỗi khác [Vitthaladevuni Alouini 2001, 2004] Các kỹ thuật đa giải pháp thú vị cho ứng dụng mà liệu truyền mở rộng, nghĩa chia thành lớp có tầm quan trọng khác biệt Ví dụ: trường hợp truyền video, liệu từ mã hố nguồn video khơng quan trọng Giống xảy việc truyền tải tiếng nói mã hóa Giới thiệu đa giải pháp hệ thống di động 96 broadcast với mã nguồn truyền dẫn liệu đầu khối Trong hệ thống tế bào broadcast, có mạng khơng đồng với khả đầu cuối khác tốc độ kết nối Đối với trường hợp cụ thể video, video mở rộng bao gồm chiến lược chung trình bày tài liệu thích ứng nội dung môi trường truyền thông không đồng [Li 2001; Liu cộng 2003; Vetro et al 2003; Dogan et al 2004; Holma 2007] Video mở rộng mơ tả Hình 4.15, cung cấp lớp sở cho yêu cầu tối thiểu, nhiều lớp tăng cường để cải thiện chất lượng tăng tỷ lệ bit / khung độ phân giải [Li 2001] Do đó, phương pháp giảm đáng kể chi phí lưu trữ nhà cung cấp nội dung Bên cạnh giải pháp tiềm cho việc thích ứng nội dung, chương trình video mở rộng cho phép sử dụng hiệu nguồn lượng MBMS, đề xuất [Cover 1972] Điều mô tả Hình 4.15, có ba khối tài ngun vật lý riêng biệt (PRB) cung cấp cho dịch vụ MBMS (ví dụ, @ 384 kbps): cho lớp sở, 1/3 tốc độ bit (128 kbps), với phân bổ cơng suất bao phủ tồn phạm vi (UE3); Một PRB khác cho lớp tăng cường đầu tiên, tốc độ 1/3 tổng bit rate (nhưng tốc độ tổng hợp 256 kbps), phân bổ nguồn so với lớp sở (UE2); Và PRB thứ ba cho lớp tăng cường thứ hai truyền với công suất nhỏ nhận gần BS (UE1 với tốc độ tổng hợp 384 kbps) Hệ thống minh họa Hình 4.15 bao gồm ba vùng QoS, nơi khu vực nhận tất thông tin, vùng thứ hai thứ ba nhận liệu quan trọng Các vùng QoS kết hợp với hệ số hình học phản ánh khoảng cách UE từ ăng ten BS 97 Hình 4.15 Video truyền vùng QoS Khả mở rộng video thực kỹ thuật khác Một khả dựa vào việc sử dụng chịm có phân cấp Hệ thống minh họa hình 4.16 bao gồm 64-QAM chòm phân cấp Các khối bit mạnh giải điều chế QPSK, khối bit trung bình giải điều chế 16-QAM, khối bit yếu giải điều chế 64-QAM Hơn nữa, theo thứ bậc Chịm kết hợp với tốc độ mã hóa kênh khác Điều tương ứng với khái niệm AMC [Souto et al 2007] 98 Hình 4.16 Hệ thống minh họa 64 QAM chòm phân cấp Chịm kết hợp với tốc độ mã hóa kênh khác Điều tương ứng với khái niệm AMC [Souto et al 2007] Cần lưu ý khái niệm chòm QAM đưa vào tiêu chuẩn DVB Terrestrial (DVB-T) Một khả khác để thực việc truyền tải video mở rộng dựa việc sử dụng kỹ thuật MIMO ghép kênh khơng gian, ăngten truyền gửi luồng liệu khác Dòng liệu (mạnh nhất) bao gồm lớp sở, lớp tăng cường gửi ăngten thứ hai (luồng liệu mạnh hơn) Tùy thuộc vào điều kiện nguồn điều kiện kênh, UE định nhận thành công hai luồng lớp sở 4.2.4 Hiệu suất lượng truyền thông không dây Sự mở rộng to lớn thiết bị đầu cuối mạng di động góp phần làm tăng dấu ấn môi trường Hiện tại, tỷ thuê bao sử dụng điện thoại di động toàn giới Việc vận hành điện thoại di động sở hạ tầng mạng địi hỏi phải có lượng điện khổng lồ mà chiếm đến 50% chi phí hoạt động Các kỹ thuật truyền dẫn không dây hiệu lượng với kiến trúc giao thức mạng lượng hiệu quả, tối ưu hóa phần cứng nguồn 99 lượng tái tạo góp phần thực khái niệm mạng lưới tế bào xanh chúng cho phép giảm phát thải bon Tóm tắt, giảm bon đạt thông qua tiến ba không gian chính: - Kiến trúc giao thức: cải tiến kỹ thuật truyền dẫn giao thức mạng kiến trúc - Các thành phần: thực phần cứng hiệu mặt phụ thuộc lượng - Cung cấp lượng: bao gồm chiến lược dựa việc sử dụng chung nguồn lượng tái tạo Kích thước kiến trúc giao thức thực hai mặt khác nhau: cấp độ mạng cấp liên kết đề án (bao gồm precoding) Các kỹ thuật hỗ trợ giảm công suất truyền tải BS UE [Ericsson 2007] Hình 4.17 Hệ thống MIMO hợp tác với trạm relay cố định Mạng kết nối di động (MANET) khái niệm cho phép thực mạng mà không cần sử dụng BS, đạt khả với lượng tác động trực quan đầu tư Hiệu suất lượng đạt cách tự động cho phép thích ứng kiến trúc làm việc mạng di động để lưu lượng tải trọng Trong trường hợp này, kiến trúc mạng cần phải 100 động đủ để thích ứng với biến thể số UE, biến thể thông lượng yêu cầu UE khác nhau, với mật độ địa lý nước khác Đài phát nhận thức mang lại linh hoạt cho mạng tạo thành chế cho phép sử dụng lượng hiệu quang phổ Điều mang lại khả truyền liệu cao cho người dùng số lượng người dùng tế bào cách khai thác hội phổ tần Đài phát nhận thức tạo thành thay đổi có hiệu phương pháp tiếp cận truyền thống, mạng định kích thước cho kịch giao thơng cao điểm Cấp liên kết phía trước kết hợp với việc sử dụng lượng riêng lẻ giao diện UE BS Điều bao gồm kỹ thuật đồng hóa ước lượng kênh Do ghép kênh thí điểm / đào tạo ký hiệu liệu, số băng thông lượng sẵn có tiêu thụ để hồn thành việc truyền ký hiệu thí điểm Vì CIR dài, đặc biệt chương trình truyền dẫn khối, mức ước lượng kênh cần thiết cao, cụ thể kịch thay đổi nhanh Điều dịch giảm tỷ lệ bit hữu ích, giảm hiệu quang phổ tăng nhu cầu lượng Một phương pháp đầy hứa hẹn để vượt qua vấn đề dựa vào việc sử dụng phi cơng tiềm ẩn, cịn gọi thí điểm nhúng hoa tiêu chồng chéo, thêm vào khối liệu, thay ghép kênh với [Marques da Silva Dinis 2011] Điều có nghĩa làm tăng đáng kể mật độ thí điểm, đồng thời giữ dung lượng hệ thống Lưu ý việc thực MIMO tạo thành chế để cải thiện hiệu phổ, thông lượng, số người dùng tế bào Tuy nhiên, địi hỏi thêm lượng chi tiêu cho phi cơng, ước tính kênh thực độc lập cho cặp ăng ten, sử dụng dịng thí điểm khác anten phát Kết suy thoái hiệu lượng MIMO liên quan đến SISO Việc thực thí điểm nhúng cho phép hệ thống MIMO trở thành kỹ thuật hiệu lượng lượng tiêu tốn biểu tượng thí điểm giảm nhiều, MIMO cải thiện SNR, vùng phủ sóng thơng lượng mà không cần truyền 101 thêm lượng) Từ quan điểm thành phần, khái niệm dựa vào phát triển kỹ thuật xử lý tín hiệu cho thành phần thơng minh để có giảm tiêu thụ lượng Hơn nữa, mối quan hệ công suất đầu công suất tiêu thụ thiết bị thành phần (ví dụ: máy phát) cần tối đa hóa Điều xem hiệu lượng, cải thiện cách thực thiết kế cẩn thận xử lý tín hiệu tiên tiến Được biết, lượng tiêu hao khuếch đại công suất (PA) chiếm từ 50% đến 80% lượng điện tiêu thụ BS [Correia et al 2010] Kỹ thuật truyền OFDM đặc trưng mức công suất đỉnh cao (PAPR), mà việc thực yêu cầu PA hoạt động tốt điểm bão hòa Điều kết hiệu lượng Một kỹ thuật xử lý tín hiệu thơng thường sử dụng để cải thiện hiệu lượng PA dựa vào việc giảm PAPR thông qua việc sử dụng kỹ thuật precoding, làm giảm phạm vi động tín hiệu truyền khối Kỹ thuật cho phép hoạt động PA gần ngưỡng bão hịa, chuyển thành hiệu lượng cao Một kỹ thuật xử lý tín hiệu khác nghiên cứu dựa việc thực làm mát thông minh Cũng cần lưu ý hệ thống làm mát có xu hướng địi hỏi nhiều máy phát công suất lớn Giảm công suất truyền tải yêu cầu cho phép hệ thống làm mát đơn giản hiệu Cuối cùng, chiến lược cung cấp lượng dựa việc sử dụng nguồn lượng tái tạo chiều hướng khác khai thác để đạt mức giảm phát thải bon Bao gồm việc thực tế bào quang điện / máy phát điện gió BS Hơn nữa, tế bào quang điện sử dụng điện thoại di động quần áo người để tính phí 102 KẾT LUẬN Trong luận văn: “TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỬ DỤNG TRONG 4G LTE” em tập chung trình bày “Cơng nghệ MIMO ứng dụng kỹ thuật MIMO 4G LTE” Em trình bày tóm tắt tổng quan mạng di động 4G LTE Để qua biết mặt ưu nhược điểm hệ thống Và mạng di động 4G LTE kỳ vọng đáp ứng đặc điểm sau: Đặc tính kỳ vọng mạng 4G cung cấp khả kết nối lúc, nơi Để thỏa mãn điều đó, mạng 4G mạng hỗn tạp (bao gồm nhiều công nghệ mạng khác nhau), kết nối, tích hợp tồn IP Thiết bị di động 4G đa công nghệ (multi-technology), đa mốt (multi-mode) để kết nối với nhiều loại mạng truy nhập khác Muốn vậy, thiết bị di động sử dụng giải pháp SDR (Software Defined Radio) để tự cấu hình nhiều loại rađio khác thông qua phần cứng rađio Mạng 4G cung cấp giải pháp chuyển giao liên tục, không vết ngắt (seamless) nhiều công nghệ mạng khác nhiều thiết bị di động khác Mạng 4G cung cấp kết nối băng rộng với tốc độ tầm 100Mb/s chế nhằm đảm bảo QoS cho dịch vụ đa phương tiện thời gian thực Để vượt lên khỏi tình trạng bão hịa thị trường viễn thông, nhà cung cấp mạng phải tìm kiếm khách hàng dịch vụ tùy biến theo yêu cầu khách hàng Mạng 4G lấy người dùng làm tâm điểm Em phân tích kỹ thuật đa ăng ten, luận văn nêu ưu, nhược điểm hệ thống MIMO Trong Luân văn, em tập chung nghiên cứu thông tin di động 4G-LTE, kỹ thuật MIMO ứng dụng kỹ thuật MIMO công nghệ LTE dựa lịch sử phát triển tồn khó khăn kỹ thuật hệ thống thông tin di động trước 4G Với công nghệ LTE tập chung nghiên cứu xây dựng: kiến trúc mạng, kỹ thuật truy cập LTE Đối với kỹ thuật MIMO ứng dụng kỹ thuật MIMO LTE phần trọng tâm luận văn 103 nghiên cứu: đa anten thu, đa anten phát mã hóa khơng gian – thời gian để xây dựng hệ thống MIMO LTE Sau kết thúc luận văn em nhận thấy nhiều hướng phát triển mở cho kỹ thuật MIMO ứng dụng kỹ thuật MIMO LTE như: phát triển thu máy thu có hiệu tối ưu hơn, giảm độ phức tạp xử lý tín hiệu thu thu mã turbo lặp nhiều người quan tâm, hay xây dựng giải pháp để khắc phục nhiễu đồng kênh nhiễu liên kênh Để từ có nhìn tổng quan hệ thống MIMO áp dụng hệ thống thông tin di động 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mário Marques da Silva Francisco A Monteiro, (2016), MIMO Processing for 4G and Beyond: Fundamentalsand Evolution [2] Mohinder Jankiraman, (2004), Space-Time-Codes-and-MIMO-Systems, Artech House [3] Giáo trình Lte for 4G mobile Broadband-CAMBRIDGE [4] http://tailieu.vn/doc/bai-giang-he-thong-thong-tin-di-dong-4g-lte-ts-docong-hung-1843091.html [5] TS Phan Hồng Phương, Kỹ thuật phân tập anten cải thiện dung lượng hệ thống MIMO [6] MIMO in the Lte operation and measurement [7] MIMO Transmission schemes for LTE and HSPA Networks [8] The Seven Modes of MIMO in LTE_ Telesystem Innovations [9] T.S Nguyễn Phạm Anh Dũng, (2008), “Lộ trình phát triển 3G lên 4G HSPA/LTE ”, Giáo trình, Học viện CN BCVT [10] Nguyễn Văn Thao, Luận văn Nghiên cứu kỹ thuật phân tập để nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G/LTE) [11] Trần Thị Ánh Duyên, Luận văn Nghiên cứu kỹ thuật phân tập anten thu nhằm cải thiện chất lượng hệ thống MIMO-OFDM [12] www.tailieu.vn 105 ... suất thiết bị người dùng Trong luận văn Truyền dẫn vô tuyến sử dụng 4G LTE sau điểm qua công nghệ dùng lớp truyền dẫn vơ tuyến, em phân tích sâu công nghệ MIMO dùng 4G LTE Với giúp đỡ tận tình... hình hệ thống thông tin vô tuyến Việc nghiên cứu kênh truyền vô tuyến mơ hình thơng tin vơ tuyến có tầm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền dẫn tín hiệu Kênh truyền vô tuyến không ổn định tuân... cho tài nguyên vô tuyến RAN đặc tính RAN; - Hỗ trợ hiệu cho truyền dẫn lớp cao hơn: yêu cầu LTE RAN phải cung cấp chế hỗ trợ truyền dẫn khai thác hiệu giao thức lớp cao giao diện vô tuyến; - Và