Nghiên cứu giải pháp relay trong mạng lte (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - TRẦN ĐẠI NGHĨA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP RELAY TRONG MẠNG LTE Chuyên ngành Mã Số : Kỹ Thuật Viễn Thông : 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hoàn thành : HỌC VIỆN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học :TS VŨ TRƯỜNG THÀNH Phản biện 1: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phản biện : ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn Thạc sỹ Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Vào lúc :… Giờ…… ngày……tháng….năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn : -Thư viện Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng MỞ ĐẦU Thơng tin di động ngày trở thành lĩnh vực phát triển nhanh mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai thác Sự phát triển thị trường viễn thông di động thúc đẩy mạnh mẽ nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động tương lai Mặc dù hệ thống thông tin di động 3G phát triển không ngừng nhà khai thác viễn thông lớn giới tiến hành triển khai thử nghiệm chuẩn hóa chuẩn di động 4G Cơng nghệ 4G mang lại tiện ích vượt trội cho người dùng lúc, nơi kể di chuyển với tốc độ cao.Đó điểm khác biệt mạng di động hệ thứ ba (3G) mạng di động hệ thứ tư (4G) Nhằm mục tiêu cung cấp dịch vụ truyền dẫn liệu tốc độ cao cho thuê bao di động sau 3G, 3GPP nghiên cứu đưa công nghệ di động LTE 3GPP Release LTE chuẩn cho công nghệ truyền thông liệu khơng dây tiến hóa chuẩn GSM/UMTS Đề tài “Giải pháp Relay mạng LTE” lựa chọn để nghiên cứu triển khai mạng LTE.Với khuôn khổ hạn hẹp với thời gian trình độ học vấn Mục đích đề tài đưa hoạt động hệ thống mạng LTE, tìm hiểu cơng nghệ di động tiên tiến, giải pháp cải thiện chất lượng dịch vụ để đảm bảo đáp ứng ngày cao nhu cầu người sử dụng Nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng Quan Mạng Di Dộng LTE Chương 2: Giới Thiệu Cộng Nghệ Mạng Relay LTE Chương 3: Nghiên Cứu Hoạt Động Của Relay Trong Mạng LTE Kết luận: Tóm tắt kết nghiên cứu, đề xuất, kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG LTE 1.1 Giới Thiệu Chương Để đáp ứng nhu cầu người sử dụng ngày cao dịch vụ truy nhập liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao băng rộng nơi, lúc, dịch vụ, thời điểm mạng di động hệ thứ tư – 4G (Fourth Generation) đề xuất nghiên cứu triển khai giới Trong chương trình bày tổng quan mạng di động LTE, tiêu chuẩn chất lượng mạng LTE giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống mạng LTE 1.2 Tổng Quan Mạng LTE LTE đường tiến tới 4G LTE tồn giai đoạn đầu 4G, IMT-Advanced 3GPP bắt đầu hướng đến IMT-Advance tên LTE-Advanced LTE xem thệ thứ tư, hệ tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển.Năm 2008, phiên phát hành cuối 3GPP 8, mang lại nhiều cải tiến HSDPA HSUPA, xem phát hành LTE.3GPP phiên tập trung vào mở rộng LTE Mục tiêu LTE cung cấp dịch vụ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, gói liệu tối ưu, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông cách linh hoạt triển khai Các đặc điểm LTE phát hành - Tăng tốc độ truyền liệu - Đảm bảo hiệu suất di chuyển - Giảm độ trễ mặt phẳng người sử dụng mặt phẳng điều khiển - Kỹ thuật chuyển mạch gói - Độ phủ sóng từ 5-100km Các đặc điểm bật công nghệ 4G là: 1.2.1 Hỗ trợ lưu lượng IP Sự xuất dịch vụ VoIP cho thấy việc truyền thoại dễ dàng thực qua mạng IP chuyển mạch gói.Kiến trúc mạng 4G xây dựng với mục tiêu cung cấp dịch vụ IP chất lượng cao 1.2.2 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác Trong hệ thống 4G, sử dụng nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác Xu hướng sử dụng phổ tần băng tần không cần cấp phép ISM (Industrial, scientific and medical radio bands): công nghệ Bluetooth (IEEE 802.15.1), tiêu chuẩn IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g Nút mạng 4G thích ứng khả để khai thác cách hiệu dải tần cịn trống 1.2.3 Hỗ trợ tính di động tốt Trong hệ thống 4G, người dùng di động vùng có kích thước đáng kể giao tiếp thông qua thiết bị đầu cuối vô tuyến.Người dùng phải có khả liên lạc số nhận dạng Như vậy, mạng 4G phải có phương tiện phù hợp để nhận dạng người dùng cho phép người dùng điều khiển số nhận dạng thực ánh xạ cách hiệu đến điểm đích chung 1.2.4 Khơng cần liên kết điều khiển Trong trường hợp băng tần ISM lập mạng Adhoc từ nhóm nút, cho phép nút giao tiếp trực tiếp với nhau, chí nút cộng tác với nhau, chuyển tiếp lưu lượng 1.2.5 Hỗ trợ bảo mật đầu cuối – đầu cuối Trong mạng 4G, yêu cầu bảo mật lớn nhiều so với mạng 3G mạng 4G có kiến trúc mở Do cần phải có mơđun bảo mật tích hợp để bảo vệ liệu mạng khác mơ hình bảo mật để bảo vệ nhiều thực thể Các nút di động cố định tương tác với không cần liên hệ với điều hành mạng.Các giao thức thủ tục phải có khả cho phép người dùng nút mạng nhận thực đủ thông tin để nhận dạng người dùng kết nối.Đây tính bảo mật đầu cuối – đầu cuối 1.3 Tiêu chuẩn chất lượng hệ thống mạng 4G Bảng 1.1 liệt kê yêu cầu IMT – Advanced đặt ITU: Hạng mục Tiêu chuẩn IMT – Advanced Peak Data Rate (Downlink) Gbps Peak Data Rate (Uplink) 500 Mbps Cấp phát phổ tần > 40 MHz Độ trễ (User Plane) 10 ms Độ trễ (Control Plane) 100 ms Hiệu suất phổ đỉnh (Downlink) 15 bps/Hz (4x4) Hiệu suất phổ đỉnh (Uplink) 6,75 bps/Hz (2x4) Hiệu suất phổ trung bình (Downlink) 2,2 bps/Hz (4x2) Hiệu suất phổ trungbình (Uplink) 1,4 bps/Hz (2x4) Hiệu suất phổ biên tế bào(Downlink) 0,06 bps/Hz (4x2) Hiệu suất phổ biên tế bào (Uplink) 0,03 bps/Hz (2x4) Khả di chuyển Tới 350 km/h 1.4 Kiến trúc mạng LTE Hệ thống 3GPP LTE thiết kế để đảm bảo giao thức IP kết nối giao diện UE vào mạng lõi( core Network ) LTE hỗ trợ cho dịch vụ chuyển mạch gói, hướng đến cung cấp kết nối IP UE (User Equipment) PDN (Packet Data Network).Phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất dịch vụ bao gồm thoại thông qua kết nối gói 1.4.1 Mạng Lõi (Core Network) Lõi tiến hóa (EPC) phát triển mạng lõi GSM WCDMA.Kiến trúc tầng đáp ứng dịch vụ thông lượng cao với độ trễ thấp EPC bao gồm node logic khác như: - Thực thể quản lý di động (MME) - Cổng phục vụ (S-GW) - Cổng mạng liệu gói (P-GW) - Chức điều khiển sách quy luật tính cước (PCRF) - Server thuê bao nhà (HSS) - Các dịch vụ Mutilcast Broadcast đa phương tiện (MBMS) 1.4.2 Mạng truy nhập (Access Network) Mạng truy nhập vô tuyến LTE sở hữu kiến trúc tầng, bao gồm nút NodeB tiến hóa (Enode B).Nó xử lý tất chức liên quan đến vô tuyến mạng di động.EnodeB sử dụng giao diện S1 để kết nối với lõi gói tiến hóa (EPC) 1.4.3 Kiến trúc giao thức vô tuyến ( Radio Protocol Architecture) - Giao thức S1-AP (S1 Application Protocol) sử dụng mặt phẳng điều khiển EnodeB mạng lõi (Core Network), MME - Giao thức đường hầm GPRS (GTP-U): sử dụng giao diện mạng lõi (Core Network) - Tín hiệu điều khiển L1/L2 chứa gán lập lịch đường xuống hỗ trợ lập lịch đường lên báo nhận H-ARQ - Giao thức hội tụ liệu gói (PDCP): thực nén tiêu đề gói tin IP, để truyền với số lượng bít giao diện vô tuyến - Lớp RLC: chịu trách nhiệm phân chia, ghép nối, truyền lại sếp chuỗi tiếp nhận tới lớp cao - Lớp MAC: chịu trách nhiệm ghép kênh liệu tử tải tin vô tuyến khác nhau, truyền lại H-ARQ lập lịch cho đường lên đường xuống - Lớp vật lý (PHY): chịu trách nhiệm mã hóa/giải mã hóa, điều chế/ giải điều chế, xử lý đa anten lập đồ tín hiệu đến nguồn tài nguyên thời gian- tần số vật lý 1.4.4 Enode B - Mạng truy nhập vô tuyến LTE bao gồm có EnodeB (được gọi với tên Trạm gốc BS) RNs, có Khác với mạng truy nhập vô tuyến WCDMA (UMTS), nơi mà nhiều EnodeB liên kết với điều khiển mạng vô tuyến đơn lẻ (RNC).Nhiệm vụ EnodeB không kết nối thông qua giao diện vơ tuyến, mà cịn lập kế hoạch, cân tải, quản lý di động, quản lý chuyển giao quản lý nhiễu 1.4.5 Giao diện vô tuyến Sơ đồ đa truy nhập Trạm BS kết nối với MS thơng qua khơng khí, dịng bít có sẵn lớp MAC phải điều chế để truyền thông qua giao diên vô tuyến Theo hướng Downlink đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (O-FDMA) chọn Theo đường lên, 3GPP chọn đa truy nhập phân chia theo tần số sóng mang đơn (SCFDMA) Ưu điểm SC-FDMA so với O-FDMA tỉ lệ cơng suất trung bình đỉnh (PAPR) nhỏ thiết kế khuyếch đại công suất hiệu Ví dụ : băng thơng sóng mang 10 Mhz có khoảng 50 RB 10 Mhz = 50RB* 180kHz (9MHz) + MHz ( băng bảo vệ) (1.1) Khoảng thời gian RB gọi khe cắm khe cắm gọi khung 1.4.6 Các vấn đề thu phát tín hiệu Trong phần đề cập đến lý thuyết mô hình tính tốn liên quan đế thu phát tín hiệu 1.4.6.1 Chiều dài tín hiệu tiếp nhận Trước tiên muốn biết công suất tiếp nhân Prx hàm khoảng cách d công suất chiều dài tính hiệu truyền Ptx Khi giả định mơi trường thị, Mơ hình suy hao đường truyền Hata xem xét : L(di ) = Lfix + 10a log10 (d) [dB] (1.2) Trong Lfix tham số phụ thuộc vào chiều cao anten, tần số truyền sóng a tổn hao đường truyền theo quy luật hàm mũ, d khoảng cách MS với EnodeB (km) 1.4.6.2 Nhiễu tạp âm Nhiễu Nhiễu điều không mong muốn từ thiết bị Cell phục vụ khác Bời Cấu trúc mạng LTE/E-UTRAN Cell sử dụng băng tần giống nhau, điều này sinh vấn đề Để ngăn chặn điều EnodeB phải giao tiếp với VD: hai MS hai Cell phục vụ khác không phát tần số giống thời điểm Tạp âm Tạp âm biến ngẫu nhiên tín hiệu điện Tồn nhiều nguồn tạp âm khác tạm âm nhiệt độ, bắn, tạp âm nhấp nháy tạp âm nổ Ở quan tâm đến tạp âm nhiệt mơ tả phương trình: P= Kb T *∆f [W] (1.4) Hoặc tính theo dBm: PdBm = 10 Log10 (Kb T ∆f *1000 ) = 10 Log10(Kb T *1000 ) + 10 Log10(∆f) (dBm) Với Kb = 1.38 × 10-23 J / K , nhiệt độ phòng T= 293K PdBm = -174 + 10 Log10(∆f) [dBm] 1.4.6.3 Tốc độ liệu Theo định lý Shannon- Hartly : C=BW* Log2(1+S/N ) (1.5) Trong : C tối đa khả kênh lỗi (b/s) BW băng thông (Hz) S Trung bình cơng suất tín hiệu N tiếng ồn Gauss trắng cộng Ở thấy với tỉ lệ S/N cao hơn, bạn đạt công suất tối đa C cao hơn.Sử dụng công nghê LTE, công suất tối đa không Tuy nhiên theo 3GPP11 tốc độ liệu sử dụng công nghệ LTE đường lên tỉ lệ thuận với công suất tối đa cách sử dụng liên tục toán tử = 0,4 Do mơ hình tốc độ liệu đường lên trở thành C= 0.4*180kHz* Log2 (1+S/N ) Mô hình tính tốn xác tốc độ liệu LTE/UTRAN Ngoài tra thực tế tốc độ liệu cịn phục thc vào số riêng biệt MCS (sơ đồ điều chế mã hóa), CQI (chất lượng kênh truyền) để mô tốc độ liêu MS Điều chế sử dụng công nghệ LTE 16QAM phiên LTE-advanced 64QAM tất MS hỗ trợ 64QAM Nên 16 QAM dùng để điều chế tối đa 1.5 Giải pháp nâng cao dung lượng chất lượng dịch vụ hệ thống 4G LTE 1.5.1 Kết hợp băng thông Giải pháp nhằm mục đích đạt yêu cầu tốc độ liệu đỉnh (peak data rate) Việc kết hợp băng thông kênh tần số 20 MHz phương án khả quan dễ tìm kiếm phổ tần Nó chức quan trọng LTEAvanced Hình 1.7 Kết hợp sóng mang mạng LTE-Advanced 1.5.2 Hệ MIMO bậc cao định hướng búp sóng LTE phiên hỗ trợ tới máy thu máy phát eNB, tới máy phát máy thu cho UE Khả tăng độ lợi thu từ hệ MIMO từ điều khiển búp sóng (beamsteering) hàm số lượng anten Đề xuất tăng số hệ thống lên đến 8x8 với eNB 4x4 cho UE Tại eNB, anten 4x sử dụng Nếu tăng lên 8x phải lắp đặt thêm số thiết bị cột để tránh chi phí tăng thêm cáp Hình1.8 Hệ MIMO bậc cao 1.5.3 Hệ MIMO phối hợp Sự khác biệt hệ MIMO tiêu chuẩn hệ MIMO phối hợp thể hình sau: +RNs cần có tài ngun vơ tuyến đường kết nối Relay, để kết nối với DenodeB +RN nguyên nhân gây trễ hệ thống q trình xử lý tín hiệu trước truyền 2.3 Chuyển Tiếp Trong LTE 2.3.1.1 Chuyên tiếp loại Chuyển tiếp loại gọi với tên khac Booster hay Repeater Đây kiểu công nghệ chuyển tiếp khuyếch đại chuyển tiếp tín hiệu (AF) cách tần số tín hiệu vô tuyến đường xuống ( downlink) từ trạm gốc khuyếch đại truyền đến thiết bị người dùng UE Với đặc điểm trên, chuyển tiếp loại sử dụng rộng hệ thống thông tin di dộng 2G 3G Nó nghiên cứu để mở rộng vùng phủ khu vực đồi núi cao, khu vực dân cư thưa thớt khu vực nơng thơn Tuy nhiên khuyếch đại đại nhiễu liên Cell (inter-cell) tạp âm với tín hiệu mong đợi Điều làm giảm tỉ số tín hiệu nhiễu SINR làm giảm độ lợi nâng cao thông lượng ( throughput-enhancement) 2.3.1.2 Chuyển tiếp loại Chuyển tiếp loại kiểu cơng nghệ chuyển tiếp giải mã hóa chuyển tiếp (DF) cách tín hiệu tiếp nhận RF đường xuống từ trạm gốc giải điều chế giải mã hóa sau giải mã hóa điều chế lần trước chuyển đến cho thiết bị người dùng UE Việc xử lý giải mã hóa giải điều chế thực trạm chuyển tiếp qua Điều làm tăng tỉ số SINR, nhiễu liên Cell tạp âm xử lý không khuyếch đại chuyển tiếp Do nâng cao thơng lượng tốt so sánh với chuyển tiếp loại 2.3.1.3 Chuyển tiếp loại Chuyển tiếp loại thực tiếp giải điều chế giải mã hóa tín hiệu vơ tuyến RF tiếp nhận đường xuống từ trạm gốc sau thực xử lý (mật mã hóa (Ciphering), ghép nối/ phân chia/ ráp lại liệu người dùng User-data) để truyền lại liệu người dùng giao diện vô tuyến cuối thực giải mã hóa điều chế truyền đến thiết bị người dùng UE Cũng giống chuyển tiếp loại 2, chuyển tiếp loại làm cải thiện thông lượng loại bỏ nhiễu liên Cell (inter-cell) tiếng ồn 2.4 Truy nhập vô tuyến cho trạm chuyển tiếp Relay 2.4.1 Cấu hình khung vơ tuyến cho trạm chuyển tiếp Một giải pháp sử dụng mạng tần số đơn lẻ Muticast /Broadcast (MBSFN), cấu hình khung khung tiếp nhận trạm chuyển tiếp tiếp nhận tín hiệu từ trạm gốc (BS) Trong phương pháp tín hiệu tham khảo tín hiệu điều khiển Relay loại 1/ Relay loại đặt nhiều phía trước khung con, chiếm kí tự Trong phương pháp thiết bị người dùng UE nhận khơng có liệu truyền từ trạm chuyển tiếp khung trạm chuyển tiếp tiếp nhận tín hiệu từ trạm gốc Tại thời điểm giống vây, thiết bị người dùng UE đo cường độ tín hiệu RF tiếp nhận từ trạm chuyển tiếp Relay so với tín hiệu tham khảo kí tự phía trước khu nhỏ 2.5 Giao thức vô Tuyến cho trạm truyển tiếp Relay Trong công nghệ chuyển tiếp loại 3,Trên thực tế, trạm chuyển tiếp trang bị giao thức hội tụ gói liệu (PDCP) mật mã hóa nén tiêu đề cho liệu người dùng.Giao thức điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) điều khiển truyền lại ARQ.Sự trùng hợp/ phân khúc/ ráp lại cho khối liệu dịch vụ (SDU) trình tự gói tin tiếp nhận.Giao thức điều khiển truy nhập trung bình (MAC) cho HARQ sơ đồ liệu người dùng giao thức điều khiển nguồn vô tuyến cho di động, chất lượng dịch vụ (QoS) điều khiển bảo mật Thêm vào quản lý đường kết nối backhaul kết nối truy nhập vô tuyến tần số miêu tả Quản lý việc ghép kênh phân chia theo thời gian TDM yêu cầu hai kết nối việc yêu cầu điều khiển vô tuyến liên kết Điều hoàn tất cung cấp phương pháp cho việc định vị nguồn tài nguyên tới kết nối vơ tuyến backhaul 2.6 Xử lý tín hiệu trạm chuyển tiếp hệ thống sử dụng mã turbo Mã turbo lựa chọn để nghiên cứu hệ thống dùng trạm chuyển tiếp thông minh gần loại mã đề xuất sử dụng hầu hết chuẩn di động W-CDMA (HSPA), cdma2000 1x EV-DO (Rev A, B, C) hay Mobile WiMAX nhằm nâng cao chất lượng truyền dẫn tín hiệu môi trường vô tuyến hở.Việc ghép xen kẽ bit thông tin người dùng trạm chuyển tiếp thơng minh nhằm mục đích tạo liên kết thông tin người dùng với để tăng độ lợi phân tập không gian 2.7 Kiến trúc mạng cho trạm chuyển tiếp Trạm chuyển tiếp (Relay station) phải có chức tương ứng với chức trạm phát sóng gốc, nghiên cứu phải thực chức điều khiển phương thức truyền tải người dùng cần thiết giao diện trạm phát sóng gốc trạm chuyển tiếp giao diện trạm chuyển tiếp trạm chuyển mạch thực thể quản lý di dông (MME) cổng phục vụ (S-PW) Hình 2.10 Kiến trúc mạng vơ tuyến cho trạm chuyển tiếp loại 2.8 Kết Luận Chương Trong chương luận văn giới thiệu tồn cảnh cơng nghệ chuyển tiếp tai tiêu chuẩn hệ thống LTE-Advanced Cho đến trạm chuyển tiếp phát triển môt Repeater để mở rộng vùng phủ cho hệ thống kết nối di động 3G tới vùng đồi núi, vùng dân cư thưa thớt hải đảo xa xôi Trong hệ thống LTE, công nghệ chuyển tiếp loại giới thiệu thay repeater (gây nhiễu liên Cell( inter-cell) tiếng ồn) làm cho tỉ số SINR tăng lên tăng cường sử dụng thông lượng hiệu Các tiêu chuẩn kỹ thuật trạm truyển tiếp nghiên cứu phát triển phiên LTE.10 để mở rộng vùng dịch vụ LTE cách có hiệu kịp thời CHƯƠNG NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA RELAY TRONG MẠNG LTE 3.1 Giới Thiệu Chương Một thành phần công nghệ phát hành phiên cho LTEAdvanced kết nối chuyển tiếp (Relay).LTE-Advanced sử dụng kết nối chuyển tiếp để tăng hiệu mạng LTE bằng cách thêm vào nút mạng vùng, nơi có vấn đề định vùng phủ.Các nút chuyển tiếp có cơng suất phát nhỏ so với Nút B phát triển có vùng phủ rộng lớn (các nút B phát triển macro) đường trục không dây 3.2 Vấn đề can nhiễu sử dụng Relay Phối hợp nhiễu liên Cell (CICI) nghiên cứu từ hệ thống GSM Trong kỹ thuật này, ba tế bào lân cận chia tổng số băng thông họ thành ba phần với tế bào sử dụng phần mơ hình hình lục giác sử dụng, tế bào với băng thông giống không liền kề Với kỹ thuật rõ ràng gặp bất lợi, tổng số băng thơng chia thành phần khối phân bổ tài nguyên hệ thống LTE giảm đáng kể Thông qua việc sử dụng tần số với trạm gốc nguyên nhân gây nhiễu kênh liên Cell (inter Cell co-channel interference) 3.3 Một Số Đăc Điểm Của Các Relay Station 3.3.1 Dựa tiêu chí kỹ thuật 3.3.1.1 Relay Amlify and forward Chuyển tiếp khuyếch đại chuyển tiếp AF: dạng chuyển tiếp song cơng, khuyếch đại tín hiệu từ bước trước truyền lại tới bước thứ AF có hạ chế khuếch đại nhiễu tạp âm với tín hiệu mong muốn Điều làm giảm tỉ số SINR tổng thể hạn chế thông lượng hệ thống Trong chuyển tiếp AF, tín hiệu truyền đường truy nhập rị rỉ tới đường tiếp nhận tín hiệu chuyển tiếp gây nhiễu vòng (Loop interference) 3.3.1.2 Relay Decode and Forward Giải mã chuyển tiếp (DF): kỹ thuật chuyển tiếp , tồn tín hiệu tiếp nhận từ nút trước giải mã truyền lại cho thiết bị người dùng UE Nó gây trễ xử lý tín hiệu phức tạp q trình mã hóa /giải mã hóa lại tín hiệu.Trong chuyển tiếp DF, thông lượng qua trạm chuyển tiếp Relay truy nhập liên kết tối đa, hai liên kết có thơng lượng 3.3.2 Dựa sở hạ tầng 3.3.2.1 Fixed Relay Sation RNs phân loại từ quan điểm triển khai mạng , trao đổi thơng tin cho triển khai phương tiên giao thông di động RNs cố định thường triển khai mạng để cải thiện vùng phủ sóng lưc mạng vùng biên Cell phủ, vùng lõm bị che chắn hình sau : Hình 3.7 Trạm chuyển tiếp cố định Chúng sử dụng vùng phủ sóng mạng cho người dùng bên ngồi khu vực di dộng RN triển khai tháp , cột, đỉnh tòa nhà cột đèn điện Chiều cao anten giữ thấp so với trạm gốc.Các nhà khai thác mạng lập kế hoạch để đạt vị trí RN tầm nhìn thẳng (LOS) so với trạm gốc 3.3.2.2 Nomadic Relay Staion Trạm chuyển tiếp tạm thời cho phép triển khai trạm RN tạm thời để cung cấp bổ xung vùng phủ lực mạng khu vực , nơi mà trạm ENodeB trạm Fixed Relay có vùng phủ yếu khơng đảm bảo QoS , nơi xảy cố tắc nghẽn mạng (vd lễ hội , nơi tập trung đông người thời điểm định) Chiều cao anten tương đối thấp Các kết nối truy nhập thực hai kênh tầm nhìn thẳng (LOS) kênh bị che chắn ( NLOS) Nó thường hoạt động chế độ acquy nên cấu trúc vật lý tương đối nhỏ gọn so với trạm Relay thơng thường Hình 3.8 Trạm chuyển tiếp tạm thời 3.3.2.3 Mobile Relay Station Trạm chuyển tiếp di động thường gắn thiết bị giao thông (Vd xe buýt, xe lửa …) nhằm mục tiêu cung cấp dịch vụ di động tốt bên phương tiên giao thơng Nó kết nối với trạm gốc thơng qua liên kết chuyển tiếp di động kết nối với thiết bị người dùng UE bên phương tiên thông qua liên kết truy nhập Chiều cao anten tương đối thấp hạn chế phương tiên giao thông để vận hành an tồn Hình 3.9 Trạm chuyển tiếp di động 3.4Tiêu chí lựa chọn vị trí đặt trạm chuyển tiếp 3.4.1 Khu vực dịch vụ trạm chuyển tiếp Trong phân thử nghiệm này, khu vực dịch vụ RN tính tốn.Khu vực dịch vụ cho thấy vùng phủ RN thiết bị người dùng sử dụng UE Chúng sử dụng 1000 zones 999 secters để mô Cell phủ Chúng tơi tính tốn khu vực dịch vụ cho vị trí khác RN, cụ thể 25%, 50% 75% phần biên Cell nhìn từ trạm gốc Chúng ta thấy khu vực có trạm chuyển tiếp cho kết tốc độ cao hơn.Việc sử dụng nhiều RN mở rộng khu vực dịch vụ cho thiết bị người dùng UE Điều cho thấy việc mở rộng khu vực dịch vụ lớn khơng có nghĩa làm gia tăng ảnh hưởng trạm chuyển tiếp lên tồn thơng lượng thời gian chuyển gói tin trung bình Cell phủ 3.4.2 Tổng số Thơng lượng Uplink ảnh hưởng đến khản Cell phục vụ Chúng tơi làm theo kịch thí nghiệm trước khu vực dịch vụ giảm xuống 500 zones 499 sectors Việc làm nhỏ vùng phục vụ làm tốc độ mô nhanh cho kết mà khơng ảnh hưởng nhiều đến kết xác mô Phần mô thực với tốc độ đến gói tin λ từ 4-7Mbit/s với 0,5 λ bước, trường hợp trạm chuyển tiếp khơng có trạm chuyển tiếp Hình 3.13 Tốc độ đến gói tin trường hợp có khơng có trạm chuyển tiếp Trường hợp khơng triển khai trạm triên khai trạm chuyển tiếp mức 25% đạt công suất tối đa 5.3Mbit/s Trạm chuyển tiếp Relay mức 50% 100% cho công suất tối đa 5,7 Mbit/s trạm chuyển tiếp mức 75% đạt 5,8Mbit/s Trong hình thấy tổng thơng lượng hệ thống tăng 10 % liên kết với trạm chuyển tiếp Trong hình thể RN mức 75% cho kết tổng thông lượng đường lên (uplink) cao điều không đồng nghĩa với khu vưc phục vục lớn Lý giải thích phần sau : +Thời gian chuyển liệu UE hỗ trợ tăng tương đối UE gần trạm Relay vùng sóng yếu + Hều hết điều khiển từ xa thiết bị người dùng nút cổ trai hệ thống điều khiển nên họ giữ cho trạm Relay bận để hỗ trợ UE vùng phủ tốt 3.4.3 Ảnh hưởng vị trí RS Trong phần thí nghiêm , giảm bớt vùng phục vụ xuống 50 zones 49 sectors Với tốc độ đến λ từ 1-6 Mbits/s với bước cách λ cho khu vực Relay mức 25%, Relay mức 50%, Relay mức 75% Relay mức 100% bán kính biên Cell phủ sóng Hiệu suất đo lường nghiên cứu thí nghiệm thời gian chuyển liêu (file) trung bình Tại vị trí Relay mức 25% gần biên cell có khu vực dịch vụ hợp lý Relay gần trạm gốc nên ảnh hưởng trạm Relay sát giới hạn Với λ = vị trí Relay mức 25% thời gian truyền liệu trung bình cao làm hệ thống không ổn định Với vị trí Relay mức 50 % Relay mức 100 % có hiêu hệ thống tốt Và Relay mức 75% cho thời gian truyền liệu trung bình tốt 3.5 Phương án sử dụng Relay mạng LTE 3.5.1 Đối với khu vực nông thôn ( Rural Area) Các dịch vụ khu vực nông thôn có đặc tính vùng phủ sóng rộng mật độ người dùng thấp.Vì vậy, câu hỏi quan tâm đến nhà điều hành mạng làm để giảm chi phí triển khai.Trong kịch vậy, trạm chuyển tiếp Relay cung cấp giải pháp hiệu việc giảm số lượng trạm Marco EnodeB Nhìn chung địa hình nơng thơn nên đường truyền LOS chi phối, đường truyền NLOS tương đối trừ địa hình đồi núi cao phủ thảm thực vật cao Hình 3.17 Khu vực nơng thơn cho trạm Relay Việc triển khai trạm Relay có cơng suất cao việc quy hoạch mạng quan trọng 3.5.2Khu vực đô thị ( Urban Host Spot) Trái ngược với khu vực nông thôn, khu vực đô thị mật độ người sử dụng cao thường phân bố khơng đồng đều.Mục đích triển khai khu vực nâng cao lực mạng Do phạm vi vùng phủ RN tương đối nhỏ nhiều RN triển khai phạm vị vùng phủ Marco EnodeB Có thể có nhiều vùng phủ chồng lên RN Hình 3.18 Triển khai Relay khu vực nội thị 3.5.3 Điểm chết ( Dead Spot) Các điểm chết thường phía sau xung quang toàn nhà cao tầng nơi mà sóng vơ tuyến trạm gốc khơng thể đến Môi trường truyền tương tụ môi trường đô thị.Nhiễu chủ yếu tiếng ồn nơi Repeater giải giáp thay ngồi chuyển tiếp DF Hình 3.19 Triển khai Relay khu vực điểm chết 3.5.4 Điểm Nóng Tịa Nhà (indoor host spot) Chuyển tiếp sử dụng để đạt thông lượng liệu cao nhà Hiện tượng Fading có xu hướng tăng sóng phản xạ khúc xạ tường chắn Chuyển tiếp cung cấp tăng cường thông lượng để phục vụ người dùng nhà khu vực vùng phủ sóng yếu Do lực vùng phủ Marco tăng lên Trong tòa nhà cao tầng, người dùng tầng khác trải nghiệm chất lượng kênh truyền khác nhau.Tỉ số SINR thấp Do trường hợp này, anten định hướng nút chuyển tiếp Relay phía EnodeB tăng cường hiệu cường độ tín hiệu từ EnodeB làm cải thiện tỉ số SINR Người ta mong đợi số lượng lớn thiết bị người dùng UE (từ 30-100) hỗ trợ từ Relay Hình 3.20 Triển khai Relay tòa nhà 3.6 Kết Luận Chương Các mạng lõi mạng truy cập vô tuyến, nơi mà mạng truy cập kiểm sốt giao diện vơ tuyến.Vì kiểm soát tài nguyên đường lên, nguồn tài nguyên vô tuyến chia cho trạm chuyển tiếp Relay, lịch trình eNode-B Một câu trả lời quan trọng có liên quan đến thực tế việc sử dụng trạm chuyển tiếp làm hạn chế việc sử dụng khối tài nguyên, MS sử dụng trạm chuyển tiếp Relay truyền mơt nửa trạm chuyển tiếp Relay giao cho nó, nửa khác cần thiết cho giao tiếp trạm chuyển tiếp Relay trạm gốc (BS) Luận văn phát triển mơ hình Matlab mà phân tách tế bào thành nhiều phần, phần có kích thước nhau, giải khu vực khu vực tọa độ Sử dụng mơ hình tế bào, dễ dàng mô dịch vụ người dùng bên tế bào: tính tốn tốc độ liệu MS mơ hình đường dẫn định lý Shannon cho tốc độ liệu tối đa sử dụng Một số thí nghiệm hiệu suất thực Đầu tiên khu vực dịch vụ trạm chuyển tiếp khảo sát, sử dụng vị trí khác RS khác số lượng RBS có sẵn cho MS Quan sát thấy RS nằm 75% biên vùng phủ sóng, có khu vực dịch vụ nhỏ nhất, kết luận điều khơng có nghĩa thực chức yếu Luận văn nghiên cứu tổng lượng đường lên lực hệ thống Người ta thấy RS đặt 75% biên vùng phủ có tổng lượng đường lên cao nhất, có cơng suất hệ thống cao Điều thể thử nghiệm cuối cùng, nơi mà thời gian chuyển đổi tập tin trung bình cho phân khúc gán với vị trí khác RS khảo sát Vì vậy, kết luận nơi tốt để xác định vị trí RS 75% gần biên vùng phủ sóng , giả định có vùng phủ sóng sử dụng, khơng có can thiệp từ vùng phủ Cell khác, lập lịch FWC sử dụng Trong nghiên cứu tác động nhiễu từ trạn chuyển tiếp Relay vào vùng phủ Cell sử dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số tránh nhiễu KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp, với nỗ lực thân, với hướng dẫn tận tình TS Vũ Trường Thành đồng nghiệp tơi hồn thành luận văn đáp ứng yêu cầu đặt Kết đạt luận văn - Phổ tần vô tuyến tài nguyên thúc đẩy nghiên cứu LTE sau LTE giới trực tiếp dẫn đến hệ thống sử dụng phổ tần hiệu - Chỉ đặc điểm kỹ thuật vượt trội mạng di động 4G LTE so với mạng trước tốc độ liệu, khản đáp ứng tốt với ứng dụng thời gian thực chất lượng cao - Phân tích giải pháp nâng cao dung lượng hệ thống mạng 4G : Kết hợp băng thông, Hệ MIMO bậc cao, Hệ MIMO phối hợp, sử dụng Relay, sử dụng Femtocell, mạng tự tối ưu hóa điều phối gạt nhiễu - Phân tích sâu giải pháp Relay mạng LTE nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm, phân loại loại trạm chuyển tiếp khản ứng dụng Relay mạng 4G LTE - Luận văn nghiên cứu tổng lượng đường lên lực hệ thống Người ta thấy RS đặt 75% biên vùng phủ có tổng lượng đường lên cao nhất, có cơng suất hệ thống cao Luận văn khản ứng dụng trạm Relay mạng LTE môi trường, khu vực khác 2.Kiến nghị hướng nghiên cứu -Nghiên cứu, ứng dụng giải pháp Relay trình triển khai mạng 4G LTE giới nói chung Việt nam nói riêng -Nghiên cứu giải pháp khác khắc phục vùng phủ bên cạnh giải pháp Relay Pico hay Femtocell… ... trạm Relay mạng LTE môi trường, khu vực khác 2.Kiến nghị hướng nghiên cứu -Nghiên cứu, ứng dụng giải pháp Relay trình triển khai mạng 4G LTE giới nói chung Việt nam nói riêng -Nghiên cứu giải pháp. .. có vấn đề Giải Pháp Relay mang LTE Trong chương 2, phân tích giải pháp hệ thống thông tin di động mạng 4G LTE CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MẠNG RELAY TRONG LTE 2.1 Giới Thiệu Chương Trong chương... Dộng LTE Chương 2: Giới Thiệu Cộng Nghệ Mạng Relay LTE Chương 3: Nghiên Cứu Hoạt Động Của Relay Trong Mạng LTE Kết luận: Tóm tắt kết nghiên cứu, đề xuất, kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG LTE