Ứng dụng kỹ thuật OFDMA trong thông tin di động

Ứng dụng kỹ thuật OFDMA trong thông tin di động Ứng dụng kỹ thuật OFDMA trong thông tin di động Ứng dụng kỹ thuật OFDMA trong thông tin di động 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐINH THỊ MƠ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFBMA TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC Hà Nội, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐINH THỊ MƠ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFBMA TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐỨC Hà Nội, 2011 MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng 10 Danh mục hình vẽ 10 PHẦN MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG - KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ ĐA SÓNG MANG TRỰC 15 GIAO OFDM 1.1 Điều chế đơn sóng mang 15 1.2 Điều chế đa sóng mang FDM 16 1.3 Điều chế đa sóng mang trực giao OFDM 18 1.3.1 Khái niệm OFDM 18 1.3.2 Các đặc điểm kỹ thuật OFDM 20 1.3.3 Nguyên lý điều chế OFDM 21 1.3.3.1 Sự trực giao hai tín hiệu 21 1.3.3.2 Sơ đồ điều chế OFDM 21 1.3.3.3 Chuỗi bảo vệ hệ thống OFDM 24 1.3.3.4 Phép nhân với xung sở 25 -1- 1.3.3.5 Thực điều chế OFDM thuật toán IFFT 1.3.4 Nguyên lý giải điều chế OFDM 26 27 1.3.4.1 Kênh truyền dẫn phân tập đa đường 27 1.3.4.2 Bộ giải điều chế OFDM 28 1.3.4.2.1 Tách khoảng bảo vệ 29 1.3.4.2.2 Tín hiệu sau giải điều chế 30 1.3.4.3 Thực giải điều chế thông qua phép biến đổi 32 nhanh FFT 1.3.5 Sơ đồ hệ thống OFDM 33 1.3.5.1 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM 33 1.3.5.2 Nguyên tắc chèn mẫu tin dẫn đường miền tần số 34 miền thời gian 1.3.6 Dung lượng kênh truyền OFDM 36 1.3.6.1 Giới thiệu 36 1.3.6.2 Tính tốn dung lượng kênh hệ thống OFDM 36 1.3.7 Ảnh hưởng fading đa đường lên tín hiệu thu OFDM 38 1.3.7.1 Ảnh hưởng fading đa đường 38 1.3.7.2 Nhiễu liên ký hiệu ISI nhiễu sóng mang ICI 39 1.3.8 Bảo vệ chống lại ảnh hưởng fading đa đường -2- 40 1.3.8.1 Bảo vệ chống lại dịch thời gian 40 1.3.8.2 Bảo vệ chống lại ISI 40 1.3.8.3 Mào đầu khoảng bảo vệ khoảng cách tải phụ 42 CHƯƠNG – KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP OFDMA 44 2.1 Khái niệm OFDMA 44 2.2 Hệ thống OFDMA 47 2.3 Cấp phát tài nguyên cho OFDMA 49 2.4 Ưu nhược điểm OFDMA 51 CHƯƠNG - ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP 53 TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3.1 Ứng dụng Wimax 53 3.1.1 Sự phát triển chuẩn truy nhập vô tuyến băng rộng 53 3.1.2 Lịch sử phát triển Wimax 55 3.1.3 Wimax-Công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng 56 3.1.4 Các chuẩn Wimax 57 3.1.4.1 Chuẩn IEEE 802.16-2001 58 3.1.4.2 Chuẩn IEEE 802.16a – 2003 58 3.1.4.3 Chuẩn IEEE 802.16c – 2002 60 3.1.4.4 Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 60 -3- 3.1.4.5 Chuẩn IEEE 802.16e – 2005 60 3.1.4.6 So sánh tóm tắt chuẩn IEEE 802.16 61 3.1.5 Băng tần cho Wimax 62 3.1.5.1 Các dải tần cấp phép 11 – 66 Ghz 62 3.1.5.2 Các dải cấp phép 11 Ghz 63 3.1.5.3 Các dải tần miễn cấp phép 11Ghz ( Chủ yếu 63 từ – Ghz) 3.1.6 Cấu trúc Wimax 63 3.1.6.1 Cấu trúc phân lớp 63 3.1.6.2 Các đặc tính lớp vật lý 63 3.1.6.2.1 Giới thiệu 65 3.1.6.2.2 Mã hóa kênh 67 3.1.6.2.3 Mã chập ( Mã vòng xoắn ) 68 3.1.6.2.4 Mã turbo 71 3.1.6.2.5 Hốn vị kênh sóng mang 74 3.1.6.2.5.1 Sử dụng toàn đường xuống sóng 75 mang DL-FUSC 3.1.6.2.5.2 Sử dụng phần đường xuống sóng 78 mang DL-PUSC 3.1.6.2.5.3 Sử dụng phần đường lên sóng mang -4- 80 UL-PUSC 3.1.6.2.6 Cấu trúc khe khung 3.1.6.3 Các đặc tính lớp truy nhập MAC 3.2 Ứng dụng cho mạng di động sau 3G (LTE LTE 82 85 85 ADDVANCE) 3.2.1 Giới thiệu 85 3.2.2 Giao tiếp vô tuyến mạng vô tuyến LTE 85 3.2.2.1 Các thông số vật lý 85 3.2.2.2 Truyền liệu hướng xuống 87 3.2.2.3 Truyền liệu hướng lên 89 3.2.2.4 Từ khe đến khung 91 3.2.2.5 Các ký hiệu tham chiếu kênh truyền 93 CHƯƠNG – CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ CHO CẤP 94 PHÁT KÊNH ĐỘNG OFDMA 4.1 Giới thiệu 94 4.2 Các kết mô 94 KẾT LUẬN 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 -5- DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADC Bộ chuyển đổi tương tự sang số ANALOG TO DIGITAL CONVERTER ARQ Yêu cầu lặp tự động AUTOMATIC REPEAT REQUEST AP ACCESS POINT Điểm truy nhập AWGN ADDITIVE WHITE Nhiễu Gaussian trắng cộng GAUSSIAN NOISE BER BIT ERROR RATIO Tỷ lệ lỗi bit BTS BASE TRANSCEIVER Trạm thu phát gốc STATION BS BASE STATION Trạm gốc CID CONNECTION IDENTIFIER Bộ nhận dạng kết nối CRC CYCLIC REDUNDANCY Kiểm tra dư thừa vịng CHECK CSI Thơng tin trạng thái kênh CHANNEL STATE INFORMATION DAC Bộ chuyển đổi số - tương tự DIGITAL TO ANALOG CONVERTER DCD DOWNLINK CHANNEL Mô tả kênh đường xuống DESCRIPTION DFT Biến đổi Fourier rời rạc DICRETE FOURIER TRANSFORM DL DOWNLINK Đường xuống FCC FEDERAL Ủy ban thông tin quốc gia COMMUNICATIONS COMMISSION FCH FRAME CONTROL HEADER Mào đầu điều khiển khung -6- FDD FREQUENCY DIVISION Song công phân chia theo tần số DUPLEXING FDM FREQUENCY DIVISION Ghép kênh phân chia theo tần số MULTIPLEXING FDMA FREQUENCY DIVISION Đa truy nhập phân chia theo tần số MULTIPLE ACCESS FFT Biến đổi Fourier nhanh FAST FOURIER TRANSFORM FSK Khóa dịch tần FREQUENCY SHIFT KEYING FUSC Sử dụng tồn sóng mang FULL USAGE OF SUBCARRIERS GSM GLOBAL SYSTEM FOR Thơng tin di động tồn cầu MOBILE COMMUNICATION GI GUARD INTERVAL Chuỗi bảo vệ H-FDD HALF FREQUENCY Bán song công phân chia theo tần DIVISION DUPLEXING số HIGH SPEED DOWNLINK Truy nhập gói đường xuống tốc PACKET ACCESS độ cao INVERSE DESCREAT Biến đổi Fourier rời rạc ngược HSDPA IDFT FOURIER TRANSFORM ICI Nhiễu sóng mang INTER - CARRIER INTERFERENCE IEEE Viện kỹ sư điện điện tử INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS IFFT Biến đổi FFT ngược INVERT FFT -7- IP INTERNET PROTOCOL Giao thức Intenet ISI INTER - SYMBOL Nhiễu liên mẫu tín hiệu INTERFERENCE LAN LOCAL AREA NETWORK Mạng máy tính cục LLR LOG LIKELIHOOD RATIO Tỷ số Likelihood log LOS LINE OF SIGHT Tầm nhìn thẳng LSB LEAST SIGNIFICANT BIT Bit có trọng số nhỏ MAC MEDIA ACCESS CONTROL Điều khiển truy nhập đa phương tiện MAN METROPOLITAN AREA Mạng khu vực đô thị NETWORK MS MOBILE STATION Thiết bị di động MSB MOST SIGNIFICANT BIT Bit có trọng số lớn NLOS NON - LINE OF SIGHT Khơng tầm nhìn thẳng OFDM ORTHOGONAL Ghép kênh phân chia theo tần số FREQUENCY DIVISION trực giao MULTIPLEXING OFDMA ORTHOGONAL Đa truy nhập phân chia theo tần số FREQUENCY DIVISION trực giao MULTIPLE ACCESS OSI OPEN SYSTEM INTER - Kết nối liên hệ thống mở CONNECT PAN Mạng truy nhập cá nhân PERSONAL ACCESS NETWORK PAPR PEAK - TO - AVERAGE Tỷ số cơng suất đỉnh/ trung bình POWER RATIO PAR PEAK - TO - AVERAGE RATIO -8- Tỷ số đỉnh/ trung bình OFDM phân bổ đường xuống đường lên cho m ụ c đ í c h s d ụ n g chúng T h e o c h u k ỳ , BS p h t đ i c c K ý h i ệ u n h ậ n d n g kênh đường xuống (DCD - Downlink Channel Descriptor) Ký hiệu nhận dạng kênh đường lên (UCD - Uplink Channel Descriptor) theo sau theo UL-MAP, tin UL-MAP bao gồm thông tin điều khiển thêm liên quan đến mô tả cấu trúc kênh mẫu nhóm (Burst profiles - kết hợp chịm điều chế, tỷ lệ mã hóa FEC đuợc sử dụng), mà dùng cho BS Để bảo tồn tài nguyên, DCD UCD không với khung đường xuống 3.1.6.3 Các đặc tính lớp truy nhập MAC (Theo[1-307]) Chuẩn 802.16 IEEE đưa lớp MAC cho tất lớp PHY (đơn sóng mang, 256 OFDM, 2048 OFDMA) Lớp MAC kết nối định hướng điểm - đa điểm Hoạt động truy nhập kênh lớp MAC WiMax hoàn toàn khác so với WiFi WiMax hỗ trợ phương pháp truyền song công FDD TDD sử dụng kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA Ưu điểm phương pháp cho phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên xuống, dẫn đến thay đổi tốc độ truyền (Upload) thu (Download) liệu cố định ASDL hay CDMA Trong WiFi tất trạm truy nhập cách ngẫu nhiên đến điểm truy cập (Access point - AP), khoảng cách khác từ nút đến AP làm giảm thông lượng mạng Ngược lại,ở lớp MAC 802.16, lịch trình hoạt động cho thuê bao định trước, trạm có lần cạnh tranh kênh truyền dẫn thời điểm gia nhập mạng Sau thời điểm này, trạm trạm phát gốc gắn cho khe thời gian Khe thời gian mở rộng hay co hẹp lại trình truyền dẫn Ưu điểm việc đặt lịch trình chế độ truyền dẫn hoạt động ổn định trường hợp tải số lượng thuê bao đăng ký vượt cho phép, tăng hiệu sử dụng băng tần Việc sử dụng thuật tốn lịch trình cịn cho phép trạm phát gốc điều khiển chất lượng dịch vụ (Quality of Service -QoS) việc cân nhu cầu truyền thông thuê bao 3.2 Ứng dụng cho mạng di động sau 3G(LTE LTE – Addvance) - 85 - 3.2.1 Giới thiệu Trong năm gần đây, có xu hướng lên mạng đường dây cố định chuyển tất dịch vụ chuyển kênh sang hạ tầng sở IP chuyển gói Thực tế, nhà cung cấp dịch vụ mạng đường dây cố định chuyển dịch vụ điện thoại họ sang kiến trúc chuyển gói, cung cấp khả thoại truy cập Internet thông qua modem DSL cáp Công nghệ chuyển kênh thay giải pháp dựa VoIP nhằm đạt số lợi ích như: Tăng đáng kể liệu cần truyền qua giao tiếp vơ tuyến, chi phí xây dựng mạng rẻ hơn, tích hợp với ứng dụng dựa IP khác Với xu hướng chung nhu cầu thông lượng truyền không ngừng tăng, vào năm 2005 quan chuẩn 3GPP định bắt đầu cho kiểu mạng không dây hệ – LTE ( Long term Evolution ) có đặc điểm sau: • Dựa chuyển mạch gói hồn tồn • Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái: Có khả chuyển đổi từ trạng thái rỗi sang trạng thái kết nối đầy đủ thời gian 100ms để người dùng không cảm nhận khoảng thời gian trễ • Giảm độ trễ mặt phẳng người dùng: Độ trễ chiều máy tính người dung với Internet khoảng 5ms • Dải tần co giãn hướng cịn lại • Thơng suất gia tăng: Trong điều kiện lý tưởng thông suất tối đa 100Mb/s 3.2.2 Giao tiếp vô tuyến mạng vô tuyến LTE 3.2.2.1 Các thơng số vật lý • Khoảng cách kênh ( subcarrier spacing ): 15Khz • Thời gian tồn ti ký hiu OFDM: 66.667às ã Tin t chu k ( cyclic ) chuẩn: 4.7µs Đối với mơi trường khắc nghiệt với đường truyền khác cao độ người ta quy định tiền tố chu kỳ dài ( 16.67µs ) - Tốc độ người dùng giảm • Cho phép tốc độ di chuyển thuê bao vượt 350Km/h - 86 - Để linh hoạt với việc cấp phát dải tần nhiều nước, số dải tần quy định cho LTE Các dải tần biến thiên từ mức thấp 1.25 MHz đến mức cao 20 MHz Bảng 3.6 cho thấy dải tần truyền chuẩn hóa số lượng kênh dùng cho dải tần đó, kích thước FFT ( số lượng đường phổ ) dùng phía máy thu để chuyển đổi tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần số Trong thực tế, người ta trông đợi nhà cung cấp dich vụ mạng sử dụng LTE triển khai mạng băng tần có sẵn dành cho GSM UMTS sử dụng dải tần 10 MHz, sử dụng dải tần nhỏ 1.25MHZ, 2.5 MHz tốc độ khơng hệ thống trước Tuy nhiên sử dụng cho nhà mạng có phổ nhỏ Bảng 3.6: Dải tần quy định cho LTE(Theo [2 – 55]) Dải tần Số lượng kênh Kích thước FFT 1.25 MHz 76 128 2.5 MHz 151 256 MHz 301 512 10 MHz 601 1024 15 MHz 901 1536 20 MHz 1201 2048 3.2.2.2 Truyền liệu hướng xuống Trong LTE việc truyền liệu qua giao tiếp vô tuyến sử dụng phương thức truyền đa truy cập phân tần trực giao ( OFDMA – Orthogonal Frequency Division Multiple Access ) Một dòng liệu truyền cách dùng nhiều (512, 1024, nhiều ) kênh truyền tải ( subcarrier ) băng hẹp đồng thời tùy thuộc dải tần tổng thể có ( 5, 10, 20 MHz ) Các bit vận chuyển song song nên tốc độ truyền kênh thấp nhiều so với tốc độ truyền tổng cộng Đây điều quan trọng môi trường vô tuyến thực tế, nhằm giảm thiểu ảnh hưởng việc suy giảm đa đường ( multipath ) thời điểm đến nơi khác biệt tín hiệu từ hướng khác Mặt khác tác dụng suy hao đa đường - 87 - phân tán độ trễ trở nên độc lập với dải tần dùng cho kênh dải tần kênh giống thay đổi số lượng kênh Hình 3.13 cho thấy bit ngõ vào trước hết nhóm lại truyền qua kênh ( tần số ) khác Ví dụ bit ( điều chế QAM ) gửi bước truyền kênh truyền Mỗi bước truyền gọi ký hiệu điều chế Với phương thức điều chế 16-QAM, 64-QAM, bit bit mã hóa ký hiệu điều chế ( Symbol ), làm cho tốc độ truyền liệu tăng lên Mặt khác, việc mã hóa nhiều bit symbol làm cho thu sóng khó giải mã symbol bị thay đổi nhiễu nên điều kiện truyền khác ta phải dùng cấp điều chế khác Hình 3.13: Nguyên tắc OFDMA truyền hướng xuống (Theo[2 - 52]) Mỗi tín hiệu kênh tạo khối phần cứng dây chuyền để truyền riêng Sau tín hiệu đầu khối cộng lại, tín hiệu kết gửi Do số lượng kênh dùng lớn nên người ta thực giải pháp - 88 - sau: Xây dựng đồ thị để biểu diễn tần số trục x biên độ kênh trục y Sau dùng biến đổi Fourier nhanh ngược ( Inverse Fast Fourier Transformation_IFFT ) áp vào, biến đổi biểu đồ từ miền tần số sang miền thời gian Biểu đồ có thời gian trục x biểu diễn tín hiệu Hàm IFFT thực cơng việc kênh riêng việc cộng kết riêng Ở máy thu, tín hiệu trước hết giải điều chế khuếch đại lên Sau kết xử lý hàm biến đổi Fourier nhanh ( Fast Fourier Transformation_FFT ), hàm chuyển đổi tín hiệu từ miền thời gian miền tần số Hàm tái tạo đồ thị tần số/biên độ xây dựng máy phát Sau dùng hàm tách sóng ( Detector ) dùng tần số trung tâm kênh sinh bit dùng lúc đầu để tạo kênh Ở tầng vật lý, yêu cầu phải nhanh chóng chuyển đổi phương thức điều chế từ QPSK sang 16-QAM 64-QAM kênh khác để thích nghi với điều kiện nhận sóng khác 3.2.2.3 Truyền liệu hướng lên Việc truyền OFDMA phải chịu PAPR ( Peak to Average Power Ratio_ tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình ) cao, điều dẫn đến hệ tiêu cực việc thiết kế phát sóng nhúng UE; là, truyền liệu từ UE đến mạng, cần có khuếch đại cơng suất để nâng tín hiệu đến mức đủ cao để mạng bắt (pick up) Bộ khuếch đại công suất thành phần tiêu thụ lượng lớn thiết bị, để có hiệu cơng suất cao tốt để làm tăng tuổi thọ pin cho máy Hiệu khuếch đại công suất phụ thuộc hai yếu tố sau: • Bộ khuếch đại cơng suất phải có khả khuếch đại giá trị đỉnh cao sóng, giá trị đỉnh định mức tiêu thụ lượng khuếch đại • Các giá trị đỉnh sóng khơng mang nhiều thơng tin so với cơng suất trung bình tín hiệu thời gian truyền nhận Vì thế, tốc độ truyền không - 89 - phụ thuộc vào mức công suất đầu cần thiết cho giá trị đỉnh mà phụ thuộc vào mức cơng suất trung bình sóng Bởi mức tiêu thu lượng tốc độ truyền dẫn quan trọng nhà thiết kế UE, nên khuếch đại công suất tiêu thụ lượng tốt Như vậy, UE sử dụng phương thức điều chế có tỉ lệ PAPR thấp thời gian hoạt động tốc độ truyền định dài Phương thức điều chế tương tự với OFDMA bản, có PAPR tốt SC – FDMA (đa truy cập phân tần kênh nhất) Do PAPR tốt hơn, 3GPP chọn để truyền liệu hướng lên Mặc dù SC – FDMA truyền liệu qua giao tiếp vô tuyến nhiều kênh con, bổ sung thêm bước xử lý minh họa hình 3.14 Thay đặt 2; 4; bit với OFDM để tạo thành tín hiệu cho kênh con, khối xử lý bổ sung SC – FDMA trải thông tin bit tất kênh Điều thực sau: số bit (ví dụ điều chế 16 – QAM) nhóm lại với nhau, OFDM, nhóm bit liệu nhập cho hàm IFFT, SC – FDMA, bit đưa vào hàm FFT trước Sau liệu đầu trình sở cho việc tạo kênh truyền cho hàm IFFT theo sau Vì khơng phải tất kênh dùng UE, nên nhiều kênh đặt mức đồ thị Những kênh dùng UE khác khơng Ở phía máy thu, tín hiệu giải điều chế, khuếch đại xử lý bời hàm FFT giống OFDMA Nhưng biểu đồ biên độ kết không phân tích thẳng để có dịng liệu ban đầu, mà nạp vào hàm IFFT để bỏ tác dụng q trình xử lý tín hiệu bổ sung thực phía máy phát Sau tín hiệu miền thời gian cung cấp cho khối tách sóng, khối tái tạo lại bit liệu ban đầu Như vậy, thay phát bit nhiều kênh khác nhau, người ta dùng hàm phát kênh truyền - 90 - Hình 3.14: Điều chế SC-FDMA cho đường truyền hướng lên (Theo[2 - 53]) Sự khác biệt OFDM SC-FDMA sau: OFDM tạo nhóm bit nhập để ghép vào kênh con; sau kênh xử lý hàm IFFT để có tín hiệu miền thời gian SC-FDMA trước hết chạy hàm FFT nhóm bit liệu nhập đưa kết vào hàm IFFT để hàm tạo tín hiệu miền thời gian Do đó, SC-FDMA gọi phương thức OFDM trải FFT (FFT spread OFDM) 3.2.2.4 Từ khe đến khung Dữ liệu chuyển hóa thành kênh ký hiệu, xếp miền thời gian miền tần số theo lưới tài nguyên minh họa hình 3.15 Đơn vị tập kết nhỏ gọi khe (slot) khối tài nguyên (và chứa 12 kênh với ký hiệu kênh trường hợp dùng tiền tố chu kỳ (CP) ngắn mặc định Thời gian tồn ký hiệu 66.67 µs cộng tiền tố chu kỳ 4.7 nhân với cho độ dài khe 0.5ms Trong trường hợp phải dùng đến tiền tố chu kỳ dài (16.67 µs), số lượng ký hiệu khe giảm xuống ký hiệu, cho kết độ dài khe 0.5ms Nhóm 12 kênh lại với dải tần khối tài nguyên 180 KHz Vì dải tần truyền tải tổng cộng dùng LTE lớn nhiều nên có nhiều khối tài nguyên truyền song song với - 91 - Sau khe nhóm lại thành khung (subframe), gọi TTI (Transmit Time Interval) Trong trường hợp hoạt động TDD (Time _ghép kênh phân thời gian), dùng khung cho truyền hướng lên hướng xuống dải tần Tùy theo mạng mà người ta định dùng khung cho hướng Tuy nhiên hầu hết mạng phù hợp với FDD (Frequency Division Duplex_ghép kênh phân tần số), nghĩa truyền hướng lên có dải tần riêng Tất khung dải tần dành hết cho truyền hướng lên truyền hướng xuống 10 khung nhóm lại với thành khung (Frame) vơ tuyến, có thời gian tồn 10ms Sau chu kỳ lặp lại với khung Điều quan trọng UE, thơng tin quảng bá ln ln truyền đầu khung Hình 3.15: Lưới tài nguyên LTE(Theo[2 – 56]) Lượng phần tử tài nguyên ( Rerource element, tức ký hiệu ) nhỏ phân cho UE khoảnh khắc thời gian hai khối tài nguyên, - 92 - tức khung gián cách thời gian truyền (transmit time interval) Để làm tăng tốc độ truyền cho UE, đặt lịch truyền mạng móc nối vài khối tài nguyên với chiều thời gian chiều tần số Bởi có nhiều khối tài ngun truyền song song, nên đặt lịch đồng thời cho vài UE, lắng nghe kênh khác 3.2.2.5 Các ký hiệu tham chiêú kênh truyền Không phải tất phần tử tài nguyên khối tài nguyên dùng để truyền liệu người dùng Đặc biệt xung quanh tần số trung tâm, số phần tử tài nguyên dùng cho mục đích khác, mơ tả bên Để cho phép UE nhận mạng sau bật lên rà soát Cell kế cận, số phần tử tài nguyên dùng làm ký hiệu hướng dẫn (Pilot symbol) ký hiệu tham chiếu (Reference symbol) theo cách thức quy định trước Trong liệu truyền, ký hiệu dẫn đường UE sử dụng để đánh giá chất lượng kênh truyền hướng xuống tái tạo lại tín hiệu gốc bị méo truyền, nội dung phần tử tài nguyên biết rõ Đối với việc truyền liệu tầng cao hơn, LTE sử dụng lại khái niệm kênh truyền UMTS Tuy nhiên điều khác biệt với UMTS tất UE dùng kênh dùng chung tầng vật lý Hình 3.16 cho thấy kênh quan trọng dùng LTE chúng ánh xạ vào Hình 3.16: Các kênh truyền hướng lên hướng xuống LTE(Theo[2 – 57]) - 93 - CHƯƠNG – CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ CHO CẤP PHÁT KÊNH ĐỘNG OFDMA 4.1 Giới thiệu Để hiểu rõ vấn đề lý thuyết trình bày chương trước Trong chương cuối này, giới thiệu kết nghiên cứu dựa mơ hình tạo Tham số hệ thống, mơ hình mạng, mơ hình kênh truyền, mơ hình lưu lượng mạng xây dựng chuẩn Wimax di động, IEEE802.16e sau: • Băng thơng hệ thống: B = 20Mhz • Khoảng thời gian lấy mẫu: t a = 1/B = 50ns R R • Chiều dài FFT: N FFT = 256 R R • Tần số sóng mang: f c = 1.9Ghz R R • Kênh đa đường có trễ truyền dẫn lớn l 0.45às ã Tn s Dopler ca mi tuyn l 5Hz Kết mô số cho thấy nhiễu đồng kênh mạng giảm đáng kể thơng qua thuật tốn đề xuất Bên cạnh đó, thơng lượng mạng với thuật toán đề xuất lớn phương pháp OFDM-FDMA thông thường, đặc biệt tải mạng mức cao Khi tham số tối ưu, thông lượng mạng với thuật tốn đề xuất đạt mức 45Mbit/s/cell cho trường hợp băng thông mạng 20Mhz, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ sóng mang với tỷ số tín hiệu tạp âm lớn 16dB 4.2 Các kết mô Hiệu việc cấp phát kênh phân tán sử dụng tín hiệu bận đề cập hình vẽ sau: - 94 - Hình 4.1: Mặt cắt mức ngưỡng nhiễu cho phép với mức công suất tín hiệu báo bận nhận máy phát cho biết sóng mang phụ thích hợp phục vụ cho việc truyền liệu (Theo[5-2]) Ở tạp âm nhiễu trắng chưa tính đến Giả thiết chúng xuất mức nhỏ bỏ qua Hình 4.2 : Ảnh hưởng mức ngưỡng đến việc sử dụng kênh (Theo[5-4]) - 95 - Nếu mức ngưỡng tín hiệu bận thấp kênh tạo công suất nhiễu không đáng kể lựa chọn Điều có nghĩa khơng có truyền dẫn kênh có máy thu bị nhiễu khoảng cách xa so với máy phát quét kênh bận Hệ khả SINR kênh máy thu chủ định lớn mức yêu cầu cao Tuy nhiên số kênh đáp ứng điều kiện này, nghĩa hệ thống đa thận trọng việc loại nhiễu đồng kênh Khi mức ngưỡng tín hiệu bận tăng số kênh tập ∑ Ai tăng lên tới tổng số kênh con, lúc số kênh bị loại tăng lên k k mức nhiễu đồng kênh mạng tăng Nếu ngưỡng nhiễu tín hiệu bận cao, điều có nghĩa khơng có phát quan tâm đến nhiễu Hệ thống hoạt động thể có giải thuật lựa chọn kênh ngẫu nhiên thực Từ kết hình 4.2 xét cho trường hợp γ req = 16dB , ta thấy có giá trị tối ưu cho mức ngưỡng cơng suất tín hiệu bận xung quanh giá trị -90dBm, giá trị làm tăng sử dụng kênh lên đến 30% so với trường hợp I thr = −70dBm Giá trị mức ngưỡng tối ưu cúng phụ thuộc vào giá trị yêu cầu chất lượng dịch vụ γ req Chúng ta nhận thấy yêu cầu chất lượng dịch vụ thấp giá trị mức ngưỡng tối ưu cao Hình 4.3 : So sánh thơng lượng hệ thống swe dụng cấp phát kênh ngẫu nhiên sử dụng DCA có quan tâm đến nhiễu (Theo[5 - 4]) - 96 - Hình 4.3 so sánh giải thuật phương pháp đề xuất với OFDMA truyền thống, tức hệ thống OFDMA người dùng ấn định ngẫu nhiên số lượng cố định kênh Ta thấy hệ thống sử dụng giải thuật cấp phát kênh xét có thơng lượng cao hệ thống OFDMA truyền thống Do ứng dụng cho mạng Wimax - 97 - KẾT LUẬN Với phát triển điện tử - tin học ngày nay, việc sử dụng phần mềm mô để giải tốn việc làm có ý nghĩa hiệu quả, cho phép nghiên cứu cách thuận lợi hạn chế phức tạp thời gian OFDMA công nghệ đầy triển vọng cho hệ thống viễn thông băng rộng tương lai Hiện việc nghiên cứu ứng dụng OFDMA không ngừng phát triển mở rộng phạm vi ứng dụng ưu điểm việc tiết kiệm băng tần khả chống lại fading chọn lọc tần số xuyên nhiễu băng hẹp Luận văn trình bày vấn đề kỹ thuật OFDMA việc ứng dụng kỹ thuật OFDMA vào thông tin di động vấn đề kỹ thuật triển vọng phát triển công nghệ truy cập không dây băng rộng wimax Khuôn khổ luận văn trình bày tổng quan ứng dụng OFDMA thông tin di động, cụ thể WiMAX di động LTE LTE addvance Trên sở có nhiều nghiên cứu tài liệu OFDMA năm gần cộng với việc tìm hiểu cơng nghệ di động sau 3G, đề tài nghiên cứu sâu công nghệ thông tin di động 4G Việc tìm hiểu tổng quan OFDMA giải vấn đề kỹ thuật hệ thống OFDMA, hướng đến ứng dụng OFDMA tương lai như: Nghiên cứu ứng dụng OFDMA hệ thống thông tin di động hệ thứ 4, kỹ thuật OFDMA cịn kết hợp với kỹ thuật khác kỹ thuật đa anten phát thu (MIMO technique) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến kết hợp với công nghệ CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy nhập mạng - 98 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jeffrey G Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed (2007), “Fundamentals of WiMAX – Understanding Broadband Wireless Networking” Nhà xuất Prentice Hall, Massachusetts [2] Martin Sauter, Jonh Wiley & Sons (2009), “Beyond 3G – Bringing Net works, Terminals and the Web Togerther” [3] Mobile_Wimax_ICS Telecom [4] Nguyễn Văn Đức (2006), “Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [5] Nguyễn Văn Đức Nguyễn Hữu Thanh “Phương pháp cấp phát kênh động phân tán cho mạng đa truy nhập băng rộng sử dụng công nghệ OFDMA/TDD” Phần II, Khoa Điện Tử – Viễn Thông, Trường ĐHBK Hà Nội [6]http://en.wikipedia.org/wiki/Orthogonal_frequency-division_multiple_access U 32T [7] http://www.google.com.vn - 99 - T U ... OFDMA Học viên chọn đề tài “ Ứng dụng kỹ thuật OFDMA cho thông tin di động ” - Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu kỹ thuật OFDMA, ứng dụng thông tin di động sử dụng phần mềm matlab để mô đưa kết... sử dụng Kỹ thuật OFDMA lựa chọn để làm tăng tốc độ mạng di động Với ứng dụng rộng rãi hiệu đối thông tin di động sau 3G Wimax, LTE LTE – Addvance công nghệ OFDMA Học viên chọn đề tài “ Ứng dụng. .. việc nghiên cứu: Kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM, Kỹ thuật đa truy nhập OFDMA, Ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập thông tin di động, Các kết mô số cho cấp phát kênh động OFDMA - Lịch sử