Tìm hiểu kỹ thuật thu phát trong 4G LTE

Tìm hiểu kỹ thuật thu phát trong 4G LTE Tìm hiểu kỹ thuật thu phát trong 4G LTE Tìm hiểu kỹ thuật thu phát 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CAO THANH SƠN TÌM HIỂU KỸ THUẬT THU PHÁT TRONG 4G LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CAO THANH SƠN TÌM HIỂU KỸ THUẬT THU PHÁT TRONG 4G LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông Mã số: CB110953 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM VĂN BÌNH Hà Nội - Năm 2014 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G), tiên tiến hẳn hệ trước đó, tiêu chuẩn hoá IMT-2000, bắt đầu phát triển Nhật Bản vào tháng 10 năm 2001 Từ đến hệ thống thông tin di động 3G phát triển cách nhanh chóng đóng vai trị quan trọng việc phát triển loại dịch vụ đa phương tiện phải kể đến dịch vụ truyền hình (video) Tuy nhiên hệ thống thơng tin di động 3G chưa đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng, dịch vụ băng rộng ngày phát triển nhanh chóng, đặc biệt dịch vụ yêu cầu thời gian thực IPTV, hội nghị truyền hình (video conference), hệ thống thông tin di động 4G đời Với mạng di động có tốc độ truyền liệu cao (tốc độ tải xuống (download) đến 1Gbps), ta lướt web, nghe nhạc, tải liệu đính kèm thư điện tử (email) chớp mắt, gởi video độ nét cao (HD video) tới nơi ta muốn, thực gọi VoIP mà không gặp khó khăn gì, hay đăng tải (upload) ảnh dung lượng lớn lên mạng mà khơng phải đợi lâu Do tính chất mơi trường vơ tuyến, sóng vơ tuyến truyền qua kênh truyền vô tuyến lan tỏa không gian Hiện tượng sai lạc tín hiệu thu tác động môi trường truyền dẫn, như: thăng giáng tầng điện ly hệ thống sóng ngắn, hấp thụ gây phân tử khí, nước, mưa, tuyết, sương mù, khúc xạ gây khơng mật độ khơng khí, phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, phản xạ, tán xạ nhiễu xạ từ chướng ngại đường truyền gọi tượng fading Trong đó, tượng va chạm vào vật cản phân tán rải rác đường truyền xe cộ, nhà cửa, công viên, sông, núi, biển,… gây tượng phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ Khi sóng va chạm vào vật cản tạo vơ số tín hiệu, số tới máy thu Do phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ vật khác theo đường dài ngắn khác nên thời điểm tới máy thu khác (tức độ trễ pha thành phần khác nhau) suy hao khác (tức biên độ thành phần khác nhau) Tín hiệu máy thu tổng tất này, tùy thuộc vào biên độ pha mà tín hiệu máy thu tăng cường hay bị suy giảm Tín hiệu thu tăng cường đồng pha Tín hiệu thu bị triệt tiêu ngược pha Hiện tượng suy giảm cường độ xoay pha tín hiệu trường hợp gọi tượng fading đa đường (Multipath Fading) Do ảnh hưởng tượng fading đa đường, chất lượng tín hiệu nhận máy thu thấp so với tín hiệu máy phát, làm giảm đáng kể chất lượng truyền thông Tùy theo mức độ fading đa đường ảnh hưởng tới đáp ứng tần số kênh truyền mà ta có kênh truyền chọn lọc tần số (frequency selective fading channel) hay kênh truyền phẳng (frequency nonselective fading channel), kênh truyền biến đổi nhanh (fast fading channel) hay kênh truyền biến đổi chậm (slow fading channel) Tuỳ theo đường bao tín hiệu sau qua kênh truyền có phân bố xác suất theo hàm phân bố Rayleigh hay Rice mà ta có kênh truyền Rayleigh hay Ricean Đối với kênh truyền chọn lọc tần số, fading xảy băng tần tín hiệu lớn băng thơng kênh truyền Do đó, hệ thống tốc độ vừa lớn có độ rộng băng tín hiệu lớn (lớn độ rộng kênh) chịu nhiều tác động fading Tác hại lớn loại fading gây nhiễu liên kí tự (ISI) Nó tác động lên tần số khác (trong băng tần tín hiệu) khác nhau, việc dự trữ flat fading Để khắc phục nó, người ta sử dụng số biện pháp như: phân tập không gian (dùng nhiều anten phát thu) phân tập thời gian (truyền nhiều thời điểm khác nhau); sử dụng điều chế đa sóng mang mà tiêu biểu OFDM… Kỹ thuật phân tập cho phép thu (receiver) thu nhiều tín hiệu truyền Giúp cải thiện chất lượng tín hiệu thu bị suy giảm fading nhờ việc kết hợp tín hiệu thu đa đường đến từ nguồn phát, nhằm tăng chất lượng truyền tin hệ thống thông tin di động 4G mà không cần tăng công suất phát hay độ rộng băng thông Sử dụng phân tập antenna (ví dụ MIMO) kỹ thuật tiên tiến lợi ích lớn làm giảm BER, tăng tốc độ phát, sử dụng anten phát tăng lên 3dB Công nghệ MIMO LTE giống ghép kênh không gian, phân tập truyền dẫn điều hướng chùm sóng (beamforming) thành phần quan trọng cho việc cung cấp tỉ số đỉnh cao hơn, hiệu hệ thống tốt hơn, yếu tố để hỗ trợ dịch vụ liệu băng rộng tương lai qua môi trường mạng không dây Từ vấn đề nêu với xu phát triển hệ thống thông tin di động nay, tơi chọn đề tài: “Tìm hiểu kỹ thuật thu phát 4G LTE” Trong đó, tơi trình bày kỹ thuật 4G LTE như: kỹ thuật điều chế OFDM, kỹ thuật phân tập Kỹ thuật phân tập 4G có ý nghĩa quan trọng, nhằm tăng chất lượng truyền tin mà không cần tăng công suất phát hay độ rộng băng thơng góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ Do tính chất đặc biệt nên chương thực mô kỹ thuật phân tập MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài tiến hành tìm hiểu kỹ thuật thu phát 4G LTE, trọng nghiên cứu kỹ thuật điều chế OFDM kỹ thuật phân tập nhằm nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động 4G LTE; phân tích, so sánh, đánh giá phương pháp phân tập; sử dụng phần mềm Matlab để mô phương pháp phân tập, từ đưa nhận xét chọn phương pháp phân tập tối ưu ứng với điều kiện cụ thể ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G LTE - Nghiên cứu kỹ thuật thu phát 4G LTE, trọng kỹ thuật điều chế OFDM kỹ thuật phân tập PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Thu thập, phân tích tài liệu thơng tin liên quan đến đề tài - Nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật thu phát 4G LTE, trọng nghiên cứu kỹ thuật điều chế OFDM kỹ thuật phân tập - Sử dụng phương pháp mô lý thuyết kỹ thuật phân tập để kiểm chứng lý thuyết đưa nhận xét, so sánh kỹ thuật phân tập, tìm kỹ thuật phân tập tối ưu cho điều kiện cụ thể Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Hệ thống thông tin di động 4G (LTE/LTE-Advance) nghiên cứu triển khai số nước giới tính ưu việt Trong thời đại mà dịch vụ yêu cầu chất lượng cao phát triển nhanh chóng việc nghiên cứu kỹ thuật thu phát 4G LTE, đặc biệt kỹ thuật điều chế OFDM kỹ thuật phân tập nhằm tăng chất lượng truyền tin hệ thống thông tin di động 4G mà không cần tăng công suất phát hay độ rộng băng thơng góp phần lớn việc giải vấn đề chất lượng dịch vụ KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN Luận văn gồm phần sau đây: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động 4G (LTE LTEAdvanced) Giới thiệu tổng quan cấu trúc, yêu cầu công nghệ thành phần đề xuất cho LTE LTE-Advanced Chương 2: Đặc tính kênh truyền kỹ thuật OFDM Trình bày đặc tính kênh truyền số vấn đề kỹ thuật OFDM, thành phần hệ thống OFDM ưu, nhược điểm kỹ thuật này, số biểu thức mô tả tín hiệu thu, phát, biểu thức kênh truyền block-fading kỹ thuật OFDM, làm sở cho việc mô Chương 3: Các kỹ thuật phân tập Trình bày kỹ thuật phân tập thu phân tập phát Chương 4: Kết mô kỹ thuật phân tập Giới thiệu lưu đồ thuật toán chương trình mơ kết mơ thu cải thiện chất lượng hệ thống sử dụng kỹ thuật phân tập Tính giá trị BER mối tương quan với SNR Từ đưa nhận xét, đánh giá kỹ thuật thông qua kết mô CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G (LTE VÀ LTE-ADVANCED) 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Hệ thống thông tin di động 4G LTE LTE-Advance phát triển nhanh chóng, cho phép người dùng truyền tải liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải nghiệm web tiên tiến mang lại cho người dùng nhiều tiện lợi Kèm theo đó, ngành cơng nghệ viễn thông phát triển không ngừng với tốc độ thay đổi cơng nghệ cao nhất, nhanh Ngồi cơng nghệ mạng lõi cơng nghệ đầu cuối phát triển thay đổi ngày đòi hỏi công ty, doanh nghiệp phải kịp thời nắm bắt triển khai, không bị chậm trễ tụt hậu Do đó, chương tìm hiểu nguyên lý, kiến trúc công nghệ LTE LTE-Advanced 1.2 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THƠNG DI ĐỘNG Sự phát triển cơng nghệ viễn thơng di động tóm tắt cột mốc sau đây: Cơng nghệ di động 1G đời vào khoảng thời gian năm 1980 dựa công nghệ FDMA; tiếp đến công nghệ di động 2G đời vào khoảng thời gian năm 1990 dựa công nghệ TDMA; công nghệ di động 3G đời vào khoảng thời gian năm 2000 dựa công nghệ WCDMA; công nghệ di động 4G đời khoảng thời gian từ năm 2009 đến nay, qua giai đoạn triển khai thử nghiệm ban đầu triển khai số nước, dựa công nghệ OFDM, SDMA- tức công nghệ LTE – LTE ADVANCE LTE mơ tả cơng việc chuẩn hóa 3GPP để xác định phương thức truy nhập vô tuyến tốc độ cao cho hệ thống truyền thông di động LTE bước dẫn đến hệ thống thông tin di động 4G Hệ thống kỳ vọng có tiến vượt bậc công nghệ tính so với hệ thống thơng tin di động 3G trước 1.3 CƠNG NGHỆ LTE 1.3.1 Giới thiệu LTE hệ thứ tư tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai tồn giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này, tháng 11/2004 3GPP bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi LTE 3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho bit thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với giao tiếp mở giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối FDMA(1G) e.g AMPS, ~1980 TDMA(2G) e.g GSM, ~1990 50Kbps CDMA(3G) e.g W-CDMA, ~2000 ~14Mbps(DL) ~5.8Mbps(UL) OFDM,SDMA(4G) e.g WiMAX,LTE, ~2010 ~1Gbps(Stationary) ~100Mbps(Mobile) Hình 1.1 Sự phát triển cơng nghệ viễn thông di động 1.3.2 Các chuẩn công nghệ LTE Tốc độ: tốc độ đường truyền xuống (Downlink) cao băng thơng 20MHz lên đến 100Mbps, cao từ 3-4 lần so với công nghệ HSDPA (3GPP Release 6) tốc độ đường truyền lên (Uplink) lên đến 50Mbps, cao từ 2-3 lần so với công nghệ HSUPA (3GPP Release 6) với anten thu anten phát thiết bị đầu cuối Độ trễ: Thời gian trễ tối đa dịch vụ người dùng phải thấp 5ms Độ rộng băng thơng linh hoạt: Có thể hoạt động với băng thơng 5MHz, 10MHz, 15MHz 20MHz, chí nhỏ 5MHz 1,25MHz 2,5MHz Tính di động: Tốc độ di chuyển tối ưu 0-15km/giờ, hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120km/giờ, chí lên đến 500km/giờ tùy băng tần Phổ tần số: Hoạt động theo chế độ phân chia theo tần số chế độ phân chia theo thời gian Độ phủ sóng từ 5-100km (tín hiệu suy yếu từ km thứ 30), dung lượng 200 người/cell (băng thông 5MHz) Chất lượng dịch vụ: Hỗ trợ tính đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho thiết bị VoIP đảm bảo chất lượng âm tốt, độ trễ mức tối thiểu (thời gian chờ gần khơng có) thơng qua mạng chuyển mạch UMTS Liên kết mạng: Khả liên kết với hệ thống UTRAN/GERAN có hệ thống không thuộc 3GPP đảm bảo Thời gian trễ việc truyền tải E-UTRAN UTRAN/GERAN nhỏ 300ms cho dịch vụ thời gian thực không 500ms cho dịch vụ cịn lại Chi phí: Chi phí triển khai vận hành giảm Để đạt mục tiêu trên, LTE phải sử dụng kỹ thuật mới: OFDMA cho hướng xuống SC-FDMA cho hướng lên Thêm vào sử dụng anten MIMO yêu cầu tất yếu Chế độ hoạt động LTE gồm FDD TDD LTE TDD hay TD-LTE cung cấp bước tiến triển dài hạn cho mạng dựa kỹ thuật TD-SCDMA Bảng 1.1 Các phiên công nghệ LTE Phiên Thời điểm Tính / Thơng tin hồn tất Release 99 Q 1/2000 Giới thiệu UMTS WCDMA Release Bổ sung số tính mạng lõi dựa IP có cải tiến cho UMTS Quí 2/2001 66 Số lần test: N_trial = 350 Kết mơ Hình 4.10 Hình 4.10 Kết mô kỹ thuật phân tập thu  Nhận xét: Theo kết mô phỏng, ta thấy kỹ thuật phân tập thu TC cho chất lượng tín hiệu thu nhất, kỹ thuật phân tập thu MRC cho chất lượng tín hiệu thu tốt (BER nhỏ nhất) Kỹ thuật phân tập thu EGC cho chất lượng tín hiệu thu tốt kỹ thuật phân tập thu SC Chất lượng tín hiệu thu kỹ thuật phân tập thu EGC gần với kỹ thuật phân tập thu MRC 67 4.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT 4.3.1 Lưu đồ thuật tốn tổng quan Hình 4.11 Lưu đồ thuật toán tổng quan kỹ thuật Alamouti 68 4.3.2 Lưu đồ thuật toán kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*1Rx) Bộ phát Alamouti (2Tx*1Rx) Bộ thu Alamouti (2Tx*1Rx) Start Start Phát chuổi bit (loopt = 2) Cộng AWGN Conv Coding (R = ½) S/P Ghép xen Khử CP Điều chế QPSK FFT Chèn Pilot P/S S/P Đồng Pilot Mã hóa khơng gian thời gian Giải mã hóa khơng gian thời gian Giải điều chế QPSK IFFT IFFT Giải ghép xen CP CP Conv.Decoding P/S P/S Tìm bit lỗi (error) End End Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán kỹ thuật phân tập phát Alamouti(2Tx*1Rx) 69 4.3.3 Lưu đồ thuật toán kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*2Rx) Bộ phát Alamouti (2Tx*2Rx) Bộ thu Alamouti (2Tx*2Rx) Start Start Phát chuổi bit (loopt = 2) Mã chập (R = ½) Ghép xen Điều chế QPSK Cộng AWGN vào tín hiệu thu anten Cộng AWGN vào tín hiệu thu anten S/P S/P Khử CP Khử CP FFT FFT P/S P/S Đồng bộPilot Đồng bộPilot Chèn Pilot S/P Mã hóa khơng gian thời gian Giải mã hóa khơng gian thời gian IFFT IFFT Giải điều chế QPSK CP CP P/S P/S Giải ghép xen Giải mã chập Tìm bit lỗi (error) End End Hình 4.13 Lưu đồ thuật toán kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*2Rx) 70 4.3.4 Kết mô kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*1Rx) Alamouti (2Tx*2Rx) - Số gói tin truyền 1000 - Số lượng song mang kích thước cửa sổ ifft/fft 256 - Chiều dài khoảng bảo vệ chọn 1/16 chiều dài gói tin - Số pilot để đồng - Điều chế QPSK - Kênh truyền block fading - Cơng suất anten Hình 4.14 Kết mô kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*1Rx) Alamouti (2Tx*2Rx)  Nhận xét: Từ đồ thị ta nhận thấy phương pháp Alamouti cải thiện rõ rệt tỉ lệ lỗi bit (BER) so với không sử dụng phân tập Bên cạnh ta thấy số anten lớn chất lượng tín hiệu thu tăng 71 4.4 MÔ PHỎNG SO SÁNH GIỮA PHÂN TẬP PHÁT VÀ PHÂN TẬP THU Trong phần ta so sánh hệ thống Alamouti (2Tx*1Rx) kỹ thuật phân tập thu MRC (1Tx*2Rx) - Số gói tin truyền 1000 - Số lượng song mang kích thước cửa sổ ifft/fft 256 - Chiều dài khoảng bảo vệ chọn 1/16 chiều dài gói tin - Số pilot để đồng - Điều chế QPSK - Kênh truyền block fading - Công suất anten Transmit vs Receive Diversity 10 Alamouti (2Tx, 1Rx) Maximal-Ratio Combining (1Tx, 2Rx) -1 Bit Error Rate (BER) 10 -2 10 -3 10 -4 10 Signal to Noise Ratio (SNR),dB 10 Hình 4.15 Kết mô phân tập phát Alamouti (2Tx*1Rx) MRC (1Tx*2Rx)  Nhận xét: Theo kết mô cho thấy phương pháp phân tập thu MRC (1Tx*2Rx) cho tỉ lệ BER SNR tốt Alamouti (2Tx*1Rx) với mức cơng suất tín hiệu Tuy nhiên cơng suất anten Alamouti (2Tx*1Rx) 72 nửa cơng suất phát anten hệ thống MRC Điều có tính khả thi hệ thống có mức cơng suất giới hạn Kỹ thuật Alamouti không yêu cầu thông tin phản hồi từ thu đến phát khơng tính tốn phức tạp kỹ thuật phân tập thu MRC Mặc dù kỹ thuật phát Alamouti vừa có ưu nhược điểm so với phân tập thu lại đáp ứng yêu cầu mà hệ thống phân tập thu MRC có thực tế như: chi phí, kích thước, công suất thiết bị việc mở rộng hệ thống 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua kết mô phỏng, ta thấy kỹ thuật phân tập thu MRC cho chất lượng tín hiệu thu tốt Kết mô kiểm chứng sử dụng kỹ thuật phân tập cho kết tín hiệu thu đạt chất lượng tốt không sử dụng kỹ thuật phân tập Theo kết so sánh kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*1Rx) kỹ thuật phân tập thu MRC (1Tx*2Rx), ta thấy kỹ thuật phân tập thu MRC cho chất lượng tín hiệu thu tốt hơn, nhiên việc thực kỹ thuật phức tạp, tốn nhiều chi phí, làm tăng kích thước, cơng suất phát thiết bị đầu cuối Vì tùy vào điều kiện thực tế mà kỹ thuật phân tập phát phân tập thu chọn, kết hợp phân tập phát phân tập thu (sử dụng anten MIMO) 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kỹ thuật thu phát yếu tố định đến chất lượng dịch vụ hệ thống thông tin di động, kỹ thuật 4G LTE như: kỹ thuật điều chế OFDM, kỹ thuật phân tập giải pháp kỹ thuật áp dụng rộng rãi mạng viễn thông tốc độ cao tương lai Kỹ thuật OFDM thích hợp cho hệ thống không dây tốc độ cao hiệu môi trường đa đường dẫn Kỹ thuật OFDM hạn chế ảnh hưởng fading lựa chọn tần số hiệu ứng đa đường cách chia kênh truyền fading chọn lọc tần số thành kênh truyền fading phẳng tương ứng với tần số sóng mang OFDM khác Nhờ việc áp dụng kĩ thuật đa sóng mang dựa FFT/IFFT, hệ thống OFDM đạt hiệu việc lọc dải thơng mà cơng việc xử lí băng gốc Kỹ thuật OFDM sử dụng sóng mang có tính chất trực giao nên tượng nhiễu liên sóng mang (ICI) loại bỏ, sóng mang chồng lấn lên mà khơng gây nhiễu, làm tăng hiệu sử dụng phổ Nếu độ dài chuỗi bảo vệ lớn trễ truyền dẫn lớn kênh hệ thống OFDM loại bỏ nhiễu liên ký tự (ISI) Do đó, hệ thống OFDM mang nhiều ưu điểm, hứa hẹn giải pháp kỹ thuật áp dụng rộng rãi mạng viễn thông tốc độ cao tương lai Kỹ thuật phân tập sử dụng hệ thống thông tin di động 4G cải thiện đáng kể chất lượng hệ thống mà không cần phải tăng công suất phát hay độ rộng băng thông Các phương pháp phân tập thu thường sử dụng nhiều anten nơi nhận thực kết hợp lựa chọn chuyển đổi tín hiệu để nâng cao chất lượng tín hiệu nhận Tuy nhiên, vấn đề lớn với cách sử dụng cách tiếp cận chi phí, kích cỡ, cơng suất thiết bị di động Việc sử dụng nhiều anten chuỗi tần số vô tuyến (RF) làm cho thiết bị di động lớn đắt Do kỹ thuật phân tập áp dụng cho trạm sở để nâng cao chất lượng Thông thường trạm sở thường xuyên phục vụ hàng trăm đến hàng ngàn thiết bị di động Do đó, phân tập trạm sở tốt so 74 với thiết bị di động mặc kinh tế Vì lý này, kỹ thuật phân tập phát hấp dẫn có tính khả thi cao Mở rộng thêm nhiều anten nơi phát để phục vụ cho tất thiết bị cầm tay từ xa Vì chắn giải pháp mang tính kinh tế cao Kỹ thuật Alamouti đề xuất luận văn kỹ thuật phân tập phát đơn giản để cải thiện chất lượng tín hiệu nơi nhận cách xử lý đơn giản qua hai anten phát Bậc phân tập với kỹ thuật phân tập thu MRC với anten phát với anten nơi thu Kỹ thuật phân tập anten phát cải thiện hiệu suất lỗi, tốc độ liệu, lực hệ thống khơng dây Đặc biệt giảm thiểu fading sử dụng kỹ thuật điều chế mức cao để tăng tốc độ liệu, yếu tố tái sử dụng nhỏ môi trường đa tế bào để tăng cường lực hệ thống Kỹ thuật sử dụng để tăng phạm vi khu vực vùng phủ sóng hệ thống khơng dây Nói cách khác, kỹ thuật có hiệu tất ứng dụng nơi mà lực hệ thống bị hạn chế fading đa đường đó, cách đơn giản hiệu để giải nhu cầu thị trường chất lượng hiệu mà không cần thiết kế lại hệ thống có Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật phân tập thu phân tập phát với anten phát Kênh truyền sử dụng để mô kênh truyền bị ảnh hưởng block fading, nơi mà đáp ứng tần số kênh truyền khoảng thời gian khối T xem phẳng Thông tin trạng thái kênh truyền biết xác máy thu (hoặc hiểu ước lượng máy thu hoạt động xác) Hướng phát triển đề tài, tương lai nghiên cứu mức độ sâu cách mở rộng thêm số anten phát, nghiên cứu anten MIMO hệ thống thông tin di động 4G (anten MIMO kết hợp phân tập phát phân tập thu) Bên cạnh đó, cần tìm hiểu thêm kỹ thuật khác ngồi kỹ thuật OFDM kỹ thuật phân tập, đề xuất giải pháp góp phần nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động 4G 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Văn Đức (2006), Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM, Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Phan Hồng Phương, Lâm Chi Thương, Kỹ thuật phân tập anten cải thiện dung lượng hệ thống MIMO Tiếng Anh [1] Siavash M Alamouti (October 1998), A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications, IEEE Journal On Select Areas In Communications, Vol 16, NO [2] Andrea Goldsmith (2005), Wireless communications, Cambridge University Press [3] Shinsuke Hara, Ramjee Prasad (2003), Multicarrier Techniques for 4G MobileCommunications, Artech House, Boston, London [4] Nguyen Le Hung (April 2010), Research Problems in 4G (LTE) Mobile Communications [5] David Martin-Sacristan, Jose F.Monserrat, Jorge Cabrejas-Penuelas, Daniel Calabuig, Salvador Garrigas, and Narcis Cardona (2003), On theWay towards Fourth-GenerationMobile:3GPP LTE and LTE-Advanced, iTEAM Research Institute, Universidad Politecnica de Valencia, Camino de Vera S/N, 46022 Valencia, Spain MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G (LTE VÀ LTE-ADVANCED) 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG DI ĐỘNG 1.3 CÔNG NGHỆ LTE 1.3.1 Giới thiệu 1.3.2 Các chuẩn công nghệ LTE 1.3.3 Kiến trúc LTE .9 1.3.3.1 Mạng truy nhập vô tuyến 10 1.3.3.2 Mạng lõi .11 1.3.4 Cơ chế truyền dẫn 13 1.3.4.1 Truyền dẫn đường xuống 13 1.3.4.2 Truyền dẫn đường lên 14 1.4 CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCED 14 1.4.1 Các yêu cầu LTE-Advanced 14 1.4.2 Các công nghệ thành phần đề xuất cho LTE-Advanced 15 1.4.2.1 Truyền dẫn băng rộng chia sẻ phổ tần 15 1.4.2.2 Giải pháp đa anten mở rộng .16 1.4.2.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp 16 1.5 SO SÁNH LTE VÀ LTE-ADVANCED 18 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 19 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN VÀ KỸ THUẬT OFDM 20 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG .20 2.2 ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN 20 2.2.1 Sự suy hao 20 2.2.2 Hiện tượng fading 21 2.2.2.1 Giới thiệu 21 2.2.2.2 Fading Ricean 22 2.2.2.3 Fading Rayleigh 23 2.2.3 Nhiễu Gaussian trắng cộng 24 2.2.4 Trải trễ 24 2.2.5 Hiệu ứng Doppler .25 2.2.6 Power delay profile (PDP) .26 2.3 KỸ THUẬT OFDM .26 2.3.1 Khái niệm 26 2.3.2 Tính trực giao hệ thống OFDM 27 2.3.3 Mơ hình hệ thống OFDM 29 2.3.3.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp - song song song song – nối tiếp .30 2.3.3.2 Điều chế tín hiệu OFDM 31 2.3.3.3 Bộ IFFT FFT 31 2.3.3.4 Tiền tố lặp (CP) hệ thống OFDM .33 2.3.4 Kênh truyền block-fading OFDM 34 2.3.4.1 Tín hiệu phát thu OFDM .34 2.3.4.2 Kênh truyền block-fading 35 2.3.5 Ưu điểm nhược điểm kỹ thuật OFDM 37 2.3.5.1 Ưu điểm 37 2.3.5.2 Nhược điểm 37 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 38 CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP .39 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG .39 3.2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN TẬP 39 3.2.1 Phân tập thời gian .39 3.2.2 Phân tập tần số 39 3.2.3 Phân tập không gian 40 3.2.3.1 Kỹ thuật phân tập phát .40 3.2.3.2 Kỹ thuật phân tập thu 41 3.3 CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP THU KẾT HỢP 42 3.3.1 Kỹ thuât phân tập thu kết hợp lựa chọn (SC) 42 3.3.2 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp theo ngưỡng (TC) 43 3.3.3 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp theo tỷ số tối đa (MRC) 44 3.3.4 Kỹ thuật phân tập thu kết hợp độ lợi (EGC) 46 3.4 CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT 47 3.4.1 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với anten thu 47 3.4.1.1 Mã hóa truyền dẫn 49 3.4.1.2 Bộ kết hợp (combiner) .50 3.4.1.3 Quy tắc định khả cực đại (ML) .50 3.4.2 Sơ đồ hệ thống Alamouti hai anten phát hai anten thu 51 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 54 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP 55 4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG .55 4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TỐN VÀ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP THU 55 4.2.1 Lưu đồ thuật toán tổng quan 55 4.2.2 Lưu đồ thuật toán thực kỹ thuật phân tập thu MRC kết mô .57 4.2.3 Lưu đồ thuật toán thực kỹ thuật phân tập thu SC kết mô 60 4.2.4 Lưu đồ thuật toán thực kỹ thuật phân tập thu EGC kết mô 61 4.2.5 Lưu đồ thuật toán thực kỹ thuật phân tập thu TC kết mô 63 4.2.6 Kết mô so sánh kỹ thuật phân tập thu 65 4.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT 67 4.3.1 Lưu đồ thuật toán tổng quan 67 4.3.2 Lưu đồ thuật toán kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*1Rx) 68 4.3.3 Lưu đồ thuật toán kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*2Rx) 69 4.3.4 Kết mô kỹ thuật phân tập phát Alamouti (2Tx*1Rx) Alamouti (2Tx*2Rx) 70 4.4 MÔ PHỎNG SO SÁNH GIỮA PHÂN TẬP PHÁT VÀ PHÂN TẬP THU 71 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .75 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Số Tên bảng Trang hiệu 1.1 Các phiên công nghệ LTE 1.2 So sánh yêu cầu LTE LTE-Advanced 18 3.1 Mã hóa chuỗi ký tự phát cho sơ đồ phân tập phát hai 51 anten 3.2 Đáp ứng kênh truyền anten phát anten thu 52 3.3 Ký tự tín hiệu thu hai anten thu 52 ... với xu phát triển hệ thống thông tin di động nay, chọn đề tài: ? ?Tìm hiểu kỹ thu? ??t thu phát 4G LTE? ?? Trong đó, tơi trình bày kỹ thu? ??t 4G LTE như: kỹ thu? ??t điều chế OFDM, kỹ thu? ??t phân tập Kỹ thu? ??t. .. kỹ thu? ??t phân tập phát kỹ thu? ??t phân tập thu 3.2.3.1 Kỹ thu? ??t phân tập phát Hình 3.1 Mơ hình kỹ thu? ??t phân tập phân tập phát 41 Kỹ thu? ??t phân tập phát kỹ thu? ??t sử dụng nhiều anten phía phát Trong. .. thuyết kỹ thu? ??t thu phát 4G LTE, trọng nghiên cứu kỹ thu? ??t điều chế OFDM kỹ thu? ??t phân tập - Sử dụng phương pháp mô lý thuyết kỹ thu? ??t phân tập để kiểm chứng lý thuyết đưa nhận xét, so sánh kỹ