Nghiên cứu cải thiện hiệu năng của hệ thống thông tin di động lte a

Tập hợp sóng mang là một trong những kỹ thuật của chuẩn 4G LTE A cho phép các nhà mạng di động kết hợp nhiều thành phần sóng mang trên phổ tần số khả dụng được cấp phép để mở rộng băng thông kênh nhằm tăng thông lượng truyền dữ liệu và dung lượng hệ thống Kỹ thuật CA có thể tăng tốc độ dữ liệu và nâng cao hiệu năng của mạng trên cả 2 đường là đường xuống và đường lên trong mạng vô tuyến sử dụng cơ chế truyền song công phân chia theo tần số FDD lẫn song công phân chia theo thời gian TDD Ngoài ra CA cho phép nhà mạng sử dụng tài nguyên tần số khả dụng hiệu quả hơn Khi tích hợp kỹ thuật CA vào hệ thống thông tin trên nền tảng truyền dẫn OFDM thì sẽ làm tăng tỉ lệ PAPR của tín hiệu Luận văn đề xuất hai phương pháp giảm PAPR điển hình là SLM và PTS cho hệ thống CA OFDM để cải thiện hiệu năng của hệ thống thông tin di động LTE A về mặt lý thuyết Ngoài ra luận văn còn trình bày thực tế nghiên cứu và triển khai thực hiện tối ưu cải thiện chất lượng mạng 4G LTE A tại thành phố Đà Nẵng

IăH Că ÀăN NG TR NGă IăH CăBÁCHăKHOA PH M QU CăC NG NGHIÊN C U C I THI N HI UăN NGăC A H TH NG THỌNGăTINăDIă NG LTE-A Chuyên ngành: K thu tă i n t Mã s : LU NăV NăTH CăS NG IăH NG D N KHOA H C: PGS.TS.ăT NGăT N CHI N ƠăN ng - 2019 M CL C DANH M C CÁC T VI T T T DANH M C CÁC B NG DANH M C CÁC HÌNH V M U CH NGă1:ăT NG QUAN S PHÁT TRI N C AăTHỌNGăTINăDIă NG 1.1 Gi i thi u 1.2 Các th h m ngădiăđ ng 1.2.1 M ng 1G 1.2.2 M ng 2G 1.2.3 M ng 3G 1.2.4 M ng 4G 1.2.4.1 M ng 4G chu n LTE 1.2.4.2 M ng 4G chu n LTE-A 1.3 K t lu năch CH ng NGă2:ăăăăăK THU T TRUY N D N OFDM 2.1 Gi i thi u 2.2 K thu t OFDM 2.2.1 Khái ni m 2.2.2 H th ng OFDM 2.2.3 Mơ hình tốn h c c a tín hi u OFDM 2.2.3.1 Sóng mang ph OFDM 2.2.3.2 Tính ch t tr c giao gi a sóng mang ph 10 2.2.3.3 Phép bi n đ i IFFT t o sóng mang ph 10 2.2.4 u nh 2.2.4.1 c m c a k thu t OFDM 11 u m 11 2.2.4.2 Nh c m 11 2.2.5 Mơ hình hóa h th ng Thông tin di đ ng 4G .12 2.2.5.1 H th ng máy phát – máy thu 12 2.2.5.2 Kênh truy n vô n 13 2.3 Hi năt ng PAPR .15 2.3.1 Khái ni m 15 2.3.2 Hàm phân b tích l y bù CCDạ 17 2.3.3 nh h ng c a PAPR đ n h th ng OFDM 17 2.3.4 Các k thu t gi m PAPR h th ng OFDM 18 2.3.4.1 K thu t SLM 18 2.3.4.2 K thu t PTS .20 2.4 K t lu n ch CH ng .22 NGă3:ăGI I PHÁP C I THI U HI UăN NGăH TH NG LTE-A 23 3.1 Gi i thi u: 23 3.2 K thu t t p h p sóng mang CA .23 3.2.1 Khái ni m 23 3.2.2 Phân lo i k thu t CA 24 3.2.2.1 K thu t CA liên t c 24 3.2.2.2 K thu t CA gián đo n 24 3.3 Mơ hình tri n khai k thu t CA t i nhà m ng vi n thông 25 3.3.1 Mơ hình 25 3.3.2 Mơ hình 26 3.3.3 Mơ hình 26 3.3.4 Mơ hình 27 3.4 Giao th c kênh truy n h th ng LTE-A CA 27 3.5 Nghiên c u nâng cao ch tăl ng m ng 4G/LTE-A t i thành ph ƠăN ng: 28 3.5.1 ánh giá t ng quan h t ng m ng 4G t i N ng 28 3.5.2 Kh o sát đo ki m ch t l ng m ng tr c nghiên c u 29 3.5.2.1 Kh o sát phân tích h th ng .29 3.5.2.2 o ki m m ng vô n tr c nghiên c u c i thi n ch t l ng 34 3.5.3 Phân tích k t qu đo 35 3.5.3.1 Thi t l p cu c g i CSFB t 4G v 3G 35 3.5.3.2 o t c đ truy n t i d li u h 3.5.4 Gi i pháp k thu t c i thi n ch t l ng đ ng xu ng/lên .36 ng m ng 41 3.5.4.1 C i thi n cu c g i CSFB .41 3.5.4.2 C i thi n t c đ download 41 3.5.4.3 C i thi n t c đ upload 41 3.5 K t lu năch CH ng .43 NGă4:ăăăăăK T QU VÀă ÁNHăGIÁ 44 4.1 Gi i thi u 44 4.2 Hi uăn ngăh th ng LTE-A CA-OFDM 44 4.2.1 L u đ thu t toán .44 4.2.2 K t qu đánh giá hi u n ng gi a h th ng đ n sóng mang CA 45 4.2.2.1 Mô hình kênh truy n AWGN 45 4.2.2.2 Mơ hình kênh truy n fading Rayleigh 47 4.3.ăPh ngăphápăgi m PAPR h th ng CA-OFDM 49 4.3.1 L u đ thu t toán .49 4.3.2 K t qu đánh giá 51 4.3.2.1 Hi n t ng PAPR h th ng CA-OFDM 51 4.3.2.2 K thu t gi m PAPR nâng cao ch t l 4.4 K t qu nghiên c u c i thi n ch tăl ng h th ng 51 ng m ng 4G/LTE-A t iă ƠăN ng 53 4.4.1 D ch v tho i CSFB 53 4.4.2 T c đ download upload d li u 4G .54 4.4.3 KPI h th ng OSS 56 4.5 K t lu năch ng .57 K T LU N VÀ KI N NGH 59 K t lu n 59 Ki n ngh 59 DANH M C TÀI LI U THAM KH O 61 NGHIÊN C U C I THI N HI UăN NGăC A H TH NG THỌNGăTINăDIă NG LTE-A H căviên: Ph măQu căC ngăă Chuyênăngành:ăK ăthu tă i năt ăăă Mưăs :ă8520203 Khóa: K35 Tr ngă iăh căBáchăkhoaă- H N Tómăt tăậ T păh păsóngămangălàăm tătrongănh ngăk ăthu tăc aăchu nă4G LTE-A choăphépăcácănhàăm ngădiăđ ngăk tăh pănhi uăthànhăph năsóngămangătrênăph ăt nă s ă kh ă d ngă đ că c pă phépă đ ă m ă r ngă b ngă thôngă kênhă nh mă t ngă thôngă l ngă truy năd ăli uăvàădungăl ngăh ăth ng K ăthu tăCAăcóăth ăt ngăt căđ ăd ăli uăvàă nângăcaoăhi uăn ngăc aăm ngătrênăc ă2ăđ ngălàăđ ngăxu ngăvàăđ ngălênătrongă m ngă vôă n s ă d ngă c ă ch ă truy nă songă công phân chiaă theoă t nă s ă FDDă l nă song cơng phânăchiaătheoăth iăgianăTDD NgồiăraăCAăchoăphépănhàăm ngăs ăd ngă tàiă nguyênăt năs ăkh ăd ngăhi uăqu ăh n Khi tíchă h păk ăthu tăCAă vàoăh ăth ngă thơngătinătrênăn năt ngătruy năd năOFDMăthìăs ălàmăt ngăt ăl ăPAPRăc aătínăhi u.ă Lu nă v năđ ă xu tăhaiăph ngăphápăgi măPAPRăđi nă hìnhă làăSLMă vàăPTSăchoăh ă th ngăCAăOFDMăđ ăc iăthi năhi uăn ngăc aăh ăth ngăthôngătinădiăđ ng LTE-A v ă m tălýăthuy t Ngồi ra, lu năv năcịnătrìnhăbàyăth căt nghiênăc uăvà tri năkhaiăth că hi n t iă uăc iăthi năch tăl ngăm ngă4G/LTE-A t iăthànhăph ă àăN ng T ăkhóaăậK ăthu tăt păh păsóngămang,ăchu năLTE-A,ăthànhăph năsóngămang,ăt ăs ă cơngăsu tăđ nhătrênăcơngăsu tătrungăbình,ăh ăth ngăOFDMătíchăh păCA IMPROVING PERFORMANCE OF LTE-A COMMUNICATION SYSTEMS Abstract ậ Carrier Aggregation (CA) is one of the 4G Long Term Evolution Advanced (LTE-A) features that allow mobile network operators (MNO) combine multiple component carriers (CCs) across the available spectrum to expand bandwidth channel for increasing the network data throughput and overall capacity CA technique may enhance data rates and network performance in the downlink, uplink, or both in frequency division duplexing (FDD) as well as time division duplexing (TDD) radio network CA enables the MNO to exploit fragmented spectrum allocations efficiently A practical problem associated with the bandwidth or carrier aggregation is the significant increase of the peak to average power ratio (PAPR) of the time domain signal This thesis theoretically proposes two PAPR reduction novel schemeswhich are SLM and PTS for bandwidth aggregated OFDM systems (CA OFDM) in order to improve the performance of LTE-A mobile communication system In addition, the thesis presents practical research and implementation of optimizing 4G/LTE-Aănetwork’săqualitiesăinăDanangăcity Key words ậCarrier Aggregation techniques, LTE-Advance, Carrier Components, PAPR, CA OFDM 1G DANH M C CÁC T 1G The First Generation VI T T T Thôngătinădiăđ ng th h th nh t 2G 2G Thôngătinădiăđ ng th h th hai The Second Generation 3G 3G Thôngătinădiăđ ng th h th ba The Third Generation 4G 4G Thôngătinădiăđ ng th h th t The Fourth Generation A AI AMC AWGN ADC CDF CDMA Artificial Intelligence Adaptive Modulation and Coding Additive White Gaussian Noise Analog to Digital Converter B Base Transceiver Station Bit Error Rate C Complementary Cumulative Distribution Function Cumulative Distribution Function Code Division Multiple Access CA CoMP CP CC CSFB Carrier Aggregation Coordinated Multi-Point Cyclic Prefix Carrier Component Circuit Switched FallBack CQI CSI Channel Quality Indicator Channel State Information D Digital to Analog Converter Discrete Fourier Transform F BTS BER CCDF DAC DFT Trí tu nhân t o Mưăhóaăvàăđi u ch thích nghi Nhi u Gauss tr ng c ng B chuy năđ iăt ngăt sang s Tr m thu phát T l l i bit Hàm phân b tíchăl yăbù Hàm phân b tíchăl y aătruyăc p phân chia theo mã T p h p sóng mang K thu t ph i h păđaăđi m Ti n t l p vịng Thành ph n sóng mang Th t căđi uăh ng m ng 4G v 3G/2G Ch s ch tăl ng kênh truy n Thông tin tr ng thái kênh truy n B chuy năđ i s sangăt Bi năđ i Fourier r i r c ngăt FDMA FFT HPA HSDPA HSUPA HSPA HARQ ICI IDFT ISI IFFT ISI IP LPF LTE MIMO MO MT MCS OFDM OFDMA PLMN PDA PAPR Frequency Division Mutiple aătruyăc p phân chia theo t n Access s Fast Fourier Transform Bi năđ iăFourierănhanh H High Power Amplifier B khu chăđ i công su t cao High Speed Downlink Packet Truy c păgóiăđ ng xu ng t c Access đ cao High Speed Uplink Packet Truy c păgóiăđ ng lên t c Access đ cao High Speed Packet Access Truy c p gói t căđ cao Hybrid Automatic Repeat Yêu c u l p l i t đ ng h n h p reQuest I Inter-Channel Interference Nhi u xuyên kênh Inverse Discrete Fourier Transform Bi năđ i Fourier r i r c ng c Inter-SymbolInterference Nhi u xuyên ký t Inverse Fast Fourier Transform Bi năđ i ng c Fourier nhanh Inter-Symbol Interference Nhi u xuyên kí t Internet Protocol Giao th c Internet L Low Pass Filter B l c thông th p Long Term Evolution Chu n công ngh diăđ ng th h th M Multiple Input Multiple Output aăantenăphátăậ đaăantenăthu Mobile Originated Máy g i Mobile Terminated Máy nghe Modulation and Coding Scheme S ăđ mưăhóaăvàăđi u ch O Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo t n Multiplexing s tr c giao Orthogonal Frequency Division K ăthu t đaătruyăc p phân chia Multiplexing Access t n s tr c giao P Public Land Mobile Network M ngădiăđ ng m tăđ t công c ng Personal Digital Asisstant Thi t b s c m tay Peak to Average Power Ratio T s công su tăđ nh công P/S Pcell PCC PRB PDCP PDSCH PDCCH RF RRC RB RSRP RSRQ QAM PSK SMS SNR S/P SI Scell SCC SINR SIB TDMA TTI UMTS su t trung bình Parallel to Serial converter B chuy năđ i song song sang n i ti p Primary Cell Cellăs ăc p Primary Carrier Component Thành ph năsóngămangăs ăc p Physical Resource Block Kh i tài nguyên v t lý Packet Data Convergence Protocol Giao th c h i t d li u gói Physical Downlink Shared Channel Kênh chung v t lý đ ng xu ng Physical Downlink Control Channel Kênh báo hi u v tălýăđ ng xu ng R Radio Frequency T n s sóng vơ n Radio Resource Control i u n tài nguyên vô n Resource Block Kh i tài nguyên Reference Signals Received Power Cơng su t tín hi u tham chi u nh năđ c Reference Signals Received Quality Ch tăl ng tín hi u tham chi u nh năđ c Q Quadrature Amplitude Modulation i u ch biênăđ c uăph ng Phase Shifting Key Khóa d ch pha S Short Message Services D ch v tin nh năv năb n Signal to Noise Ratio T s tín hi u nhi u Serial to Parallel converter Chuy năđ i n i ti p sang song song Side Information Thông tin biên Secondary cell Cell th c p Secondary Carrier Component Thành ph n sóng mang th c p Signal to Interference plus Noise T s tín hi u nhi u Ratio System Information Block Kh i thông tin h th ng T Time Divison Multiplexing Access aătruyăc p phân chia theo th i gian Transmission Time Interval Kho ng th i gian truy n d n U Universal Mobile H th ng vi năthôngădiăđ ng WCDMA Telecommunication System W Wideband Code Division Multiple Access toàn c u aătruyăc p phân chia theo mã b ngăr ng alpha16qam = [-3 -1 3]; Es_N0_dB = [0:20]; ipHat = zeros(1,N); for k = 1:length(Es_N0_dB) ip = randsrc(1,N,alpha16qam) + j*randsrc(1,N,alpha16qam); s = (1/sqrt(10))*ip; n = 1/sqrt(2)*[randn(1,N) + j*randn(1,N)]; y = s + 10^(-Es_N0_dB(k)/20)*n; % Demodulation phase -y_re = real(y); y_im = imag(y); ipHat_re(find(y_re< -2/sqrt(10))) = -3; ipHat_re(find(y_re > 2/sqrt(10))) = 3; ipHat_re(find(y_re>-2/sqrt(10) & y_re0 & y_re 2/sqrt(10))) = 3; ipHat_im(find(y_im>-2/sqrt(10) & y_im0 & y_im