Truyền dẫn vô tuyến sử dụng trong 4g lte

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 Cơng nghệ đa truy nh� 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 Chòm 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 cơng 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 khơng 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 thơng qua tiến ba khơng 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 khơng 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 hòa, 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 VƠ TUYẾN SỬ DỤNG TRONG 4G LTE” em tập chung trình bày “Công 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 thơng, 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 ...ử 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? ?? E... 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...ộng 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 h