Hệ thống truyền dẫn vô tuyến số LTE

BÀI TẬP LỚN MÔN: TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ LTE Giảng viên : Đàm Mỹ Hạnh Năm học: 20212022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE 3 1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G) 3 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G) 4 1.1.3.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G) 4 1.2 Giới thiệu về công nghệ LTE 6 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN LTE 8 2.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 8 2.1.1 Thiết bị người dùng (UE) 9 2.1.2 Truy nhập vô tuyến mặt đất EUTRAN 10 2.1.3 Mạng lõi EPC 10 2.2 Các kênh sử dụng trong EUTRAN 12 2.3 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 13 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC KỸ THUẬT TRONG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN 16 3 . 1 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA 16 3 . 2 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SCFDMA 18 3 . 3 Kỹ thuật MIMO 21 KẾT LUẬN 25 LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến với sự ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau như WiFi (802.1x), WiMax (802.16)... Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu người mỗi ngày. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã tiến hành triển khai cung cấp một chuẩn di động thế hệ thứ tư có nhiều ưu điểm vượt trội đó là LTE (Long Term Evolution). Với LTE người sử dụng có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc”. Chính vì vậy em đã lựa chọn báo cáo thực tập về đề tài “ Tìm hiểu về công nghệ mạng LTE”. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G) Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tuơng tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật Bản vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là: NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga. AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc. TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông truy nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh. Hình 2.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chủ yếu là thoại. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng. 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G) Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải. Những hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ thứ nhất. Một kênh tần số thì đồng thời được chia ra cho nhiều người dùng (bởi việc chia theo mã hoặc chia theo thời gian). Sự sắp xếp có trật tự các tế bào, mỗi khu vực phục vụ thì được bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế bào lớn và một phần của những tế bào đã làm tăng dung lượng của hệ thống xa hơn nữa. Có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G: Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu (GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số (DAMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS95 và Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC). GSM đạt được thành công nhất và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G. 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G) Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT2000 (International Mobile Telecommunication 2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là: + Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao. + Các dịch vụ tin nhắn (email, fax, SMS, chat, ...). + Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...). + Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...). + Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - - BÀI TẬP LỚN MÔN: TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ LTE Giảng viên : Đàm Mỹ Hạnh Năm học: 2021-2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 1G) 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai ( 2G) 1.1.3.Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 3G) 1.2 Giới thiệu cơng nghệ LTE CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN LTE 2.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống 2.1.1 Thiết bị người dùng (UE) 2.1.2 Truy nhập vô tuyến mặt đất E-UTRAN 2.1.3 Mạng lõi EPC 2.2 Các kênh sử dụng E-UTRAN 2.3 Giao thức LTE (LTE Protocols) CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC KỸ THUẬT TRONG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA 3 Kỹ thuật MIMO KẾT LUẬN LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, mạng không dây ngày trở nên phổ biến với đời hàng loạt công nghệ khác Wi-Fi (802.1x), WiMax (802.16) Cùng với tốc độ phát triển nhanh, mạnh mạng viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng hàng triệu người ngày Hệ thống di động hệ thứ hai, với GSM CDMA ví dụ điển hình phát triển mạnh mẽ nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông mở rộng thể rõ hạn chế dung lượng băng thông hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Sự đời hệ thống di động hệ thứ ba với công nghệ tiêu biểu WCDMA hay HSPA tất yếu để đáp ứng nhu cầu truy cập liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng người sử dụng Mặc dù hệ thống thông tin di động hệ 2.5G hay 3G phát triển không ngừng nhà khai thác viễn thông lớn giới tiến hành triển khai cung cấp chuẩn di động hệ thứ tư có nhiều ưu điểm vượt trội LTE (Long Term Evolution) Với LTE người sử dụng truy cập tất dịch vụ lúc nơi di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải sở liệu v.v… với tốc độ “siêu tốc” Chính em lựa chọn báo cáo thực tập đề tài “ Tìm hiểu cơng nghệ mạng LTE” CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 1G) Công nghệ di động công nghệ tương tự, hệ thống truyền tín hiệu tuơng tự, mạng điện thoại di động nhân loại, khơi mào Nhật Bản vào năm 1979 Những công nghệ thuộc hệ thứ kể đến là: -NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) sử dụng nước Bắc Âu, Tây Âu Nga -AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên tiến) sử dụng Mỹ Úc -TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thơng truy nhập tồn phần) sử dụng Anh Hình 2.1 Tiến trình phát triển thơng tin di động Hầu hết hệ thống hệ thống tương tự dịch vụ truyền chủ yếu thoại Với hệ thống này, gọi bị nghe trộm bên thứ ba Những điểm yếu hệ 1G dung lượng thấp, xác suất rớt gọi cao, khả chuyển gọi không tin cậy, chất lượng âm kém, khơng có chế độ bảo mật…do hệ thống 1G đáp ứng nhu cầu sử dụng 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai ( 2G) Hệ thống di động hệ thứ sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải Những hệ thống mạng 2G có dung lượng lớn hệ thống mạng hệ thứ Một kênh tần số đồng thời chia cho nhiều người dùng (bởi việc chia theo mã chia theo thời gian) Sự xếp có trật tự tế bào, khu vực phục vụ bao bọc tế bào lớn, tế bào lớn phần tế bào làm tăng dung lượng hệ thống xa Có chuẩn hệ thống 2G: Hệ Thống Thơng Tin Di Động Tồn Cầu (GSM) dẫn xuất nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS-95 Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC) GSM đạt thành công sử dụng rộng rãi hệ thống 2G 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 3G) Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobile Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với ưu điểm mong đợi đem lại hệ thống 3G là: + Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao + Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ) + Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, ) + Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ) + Sử dụng chung công nghệ thống nhất, đảm bảo tương thích tồn cầu hệ thống Để thoả mãn dịch vụ đa phương tiện đảm bảo khả truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, thực tế triển khai với băng thông việc chuyển giao khó, có người sử dụng không di động đáp ứng băng thơng kết nối này, cịn băng thông 384 Kbps, di chuyển ô tơ 144Kbps Các hệ thống 3G điển hình là:  UMTS (W-CDMA) UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa công nghệ W-CDMA, giải pháp ưa chuộng cho nước triển khai hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G UMTS hỗ trợ Liên Minh Châu Âu quản lý 3GPP tổ chức chịu trách nhiệm cho công nghệ GSM, GPRS UMTS hoạt động băng thông 5MHz, cho phép gọi chuyển giao cách hồn hảo hệ thống UMTS GSM có Những đặc điểm WCDMA sau: + WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn MHz để chuyển liệu Nó cho phép việc truyền liệu tốc độ 384 Kbps mạng di động Mbps hệ thống tĩnh + Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa dịch vụ phân tầng, không giống mạng GSM Ở tầng dịch vụ, đem lại ưu điểm triển khai nhanh dịch vụ, hay địa điểm tập trung hóa Tầng tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp quy trình cho phép mạng lưới phân chia linh hoạt Cuối tầng kết nối, công nghệ truyền liệu sử dụng liệu âm chuyển qua ATM/AAL2 IP/RTP + Tần số: có băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tần số cấp phát băng đường lên (1885 MHz– 2025 MHz) đường xuống (2110 MHz – 2200 MHz) Sự phát triển WCDMA lên 3.5G HSxPA  CDMA2000 Một chuẩn 3G quan trọng khác CDMA2000, chuẩn tiếp nối hệ thống sử dụng công nghệ CDMA hệ CDMA2000 quản lý 3GPP2, tổ chức độc lập tách rời khỏi 3GPP UMTS CDMA2000 có tốc độ truyền liệu từ 144Kbps đến Mbps  TD-SCDMA Chuẩn biết đến TD-SCDMA phát triển Trung Quốc công ty Datang Siemens Hiện có nhiều chuẩn cơng nghệ cho 2G nên có nhiều chuẩn cơng nghệ 3G theo, nhiên thực tế có tiêu chuẩn quan trọng có sản phẩm thương mại có khả triển khai rộng rãi toàn giới WCDMA (FDD) CDMA 2000 WCDMA phát triển sở tương thích với giao thức mạng lõi GSM (GSM MAP), hệ thống chiếm tới 65% thị trường giới Còn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi IS-41, chiếm 15% thị trường 1.2 Giới thiệu công nghệ LTE LTE hệ thứ tư chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai tồn giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống tương lai, 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 Long Term Evolution (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 Đặc tính hệ thống LTE : - Hoạt động băng tần : 700 MHz-2,6 GHz - Tốc độ: + DL : 100Mbps( BW 20MHz) + UL : 50 Mbps với aten thu anten phát - Độ trễ : nhỏ 5ms - Độ rộng BW linh hoạt : 1,4MHz; 3MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz; 20MHz Hỗ trợ trường hợp độ dài băng lên băng xuống không - Tính di động : Tốc độ di chuyển tối ưu 0-15 km/h hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, lên đến 500 km/h tùy băng tần - Phổ tần số: + Hoạt động chế độ FDD TDD + Độ phủ sóng từ 5-100 km + Dung lượng 200 user/cell băng tần 5Mhz - Chất lượng dịch vụ : + Hỗ trợ tính đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS + VoIP đảm bảo chất lượng âm tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng UTM CHƯƠNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN VƠ TUYẾN LTE 2.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống Kiến trúc gồm bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE); UTRAN phát triển( EUTRAN); mạng lõi gói phát triển(EPC); vùng dịch vụ Hình 3.1 Cấu trúc mạng LTE UE, E-UTRAN EPC đại diện cho giao thức internet (IP) lớp kết nối Đây phần hệ thống gọi hệ thống gói phát triển (EPS) Chức lớp cung cấp kết nối dựa IP tối ưu hóa cao cho mục tiêu Tất dịch vụ cung cấp dựa IP, tất nút chuyển mạch giao diện nhìn thấy kiến trúc 3GPP trước khơng có mặt E-UTRAN EPC Công nghệ IP chiếm ưu truyền tải, nơi mà thứ thiết kế để hoạt động truyền tải IP Các hệ thống đa phương tiện IP ( IMS) ví dụ tốt máy móc thiết bị phục vụ sử dụng lớp kết nối dịch vụ để cung cấp dịch vụ dựa kết nối IP cung cấp lớp thấp Ví dụ, để hỗ trợ dịch vụ thoại IMS cung cấp thoại qua IP ( VoIP) kết nối tới mạng chuyển mạch-mạch cũ PSTN ISDN thơng qua cổng đa phương tiện điều khiển Sự phát triển E-UTRAN tập chung vào nút, nút B phát triển ( eNode B) Tất chức vơ tuyến kết thúc đó, tức eNB điểm kết thúc cho tất giao thức vơ tuyến có liên quan E-UTRAN đơn giản mạng lưới eNodeB kết nối tới eNodeB lân cận với giao diện X2 Một thay đổi kiến trúc lớn khu vực mạng lõi EPC khơng có chứa vùng chuyển mạch-mạch, khơng có kết nối trực tiếp tới mạng chuyển mạch mạch truyền thống ISDN PSTN cần thiết lớp Các chức EPC tương đương với vùng chuyển mạch gói mạng 3GPP Tuy nhiên thay đổi đáng kể việc bố trí nút chức kiến trúc phần nên coi hồn tịan 2.1.1 Thiết bị người dùng ( UE) UE thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc Thơng thường thiết bị cầm tay điện thoại thông minh thẻ liệu người sử dụng mạng 2G 3G Hoặc nhúng vào, ví dụ máy tính xách tay UE có chứa mođun nhận dạng th bao tồn cầu( USIM) Nó mođun riêng biệt với phần lại UE, thường gọi thiết bị đầu cuối (TE) USIM ứng dụng đặt vào thẻ thơng minh tháo rời gọi 10 CHƯƠNG PHÂN TÍCH KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ SỬ DỤNG TRONG HỆ THÔNG VÔ TUYẾN LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA cho truy cập đường xuống SC-FDMA cho truy cập đường lên Kết hợp đồng thời với MIMO, kỹ thuật lập biểu, thích ứng đường truyền yêu cầu tự động phát lại lai ghép 3.1 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA Hình 4.1 Truyền đơn sóng mang Hình 4.2 Ngun lý FDMA 18 Hình 4.3 Nguyên lý đa sóng mang 19 Kỹ thuật điều chế OFDM, bản, trường hợp đặc biệt phương pháp điều chế FDM, chia luồng liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp vùng tần số sử dụng, sóng mang (hay sóng mang phụ, sub-carrier) trực giao với Do vậy, phổ tín hiệu sóng mang phụ phép chồng lấn lên mà phía đầu thu khơi phục lại tín hiệu ban đầu Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn nhiều so với kĩ thuật điều chế thơng thường Hình 4.4 So sánh phổ tần OFDM với FDMA 20 Hình 4.5 Tần số-thời gian tín hiệu OFDM 21 LTE sử dụng OFDM kỹ thuật truy cập đường xuống có ưu điểm sau: - OFDM loại bỏ tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter-Symbol Interference) độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval) lớn độ trễ truyền dẫn lớn kênh truyền - Thực việc chuyển đổi chuỗi liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbo l tăng lên phân tán theo thời gian gây trải trễ truyền dẫn đa đường giảm xuống - Tối ưu hiệu phổ tần cho phép chồng phổ sóng mang - OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng (hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao), ảnh hưởng phân tập tần số (frequency selectivity) chất lượng hệ thống giảm thiểu nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang - Cấu trúc máy thu đơn giản - Thích ứng đường truyền lập biểu miền tần số - Tương thích với thu anten tiên tiến 3.2 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA Việc truyền OFDMA phải chịu tỷ lệ cơng suất đỉnh-đến-trung bình (PAPR) cao, điều dẫn đến hệ tiêu cực việc thiết kế phát sóng nhúng UE Đó là, truyền liệu từ UE đến mạng, cần có khuếch đại cơng suất để nâng tín hiệu đến lên mức đủ cao để mạng thu Bộ khuếch đại công suất thành phần tiêu thụ lượng lớn thiết bị, nên hiệu cơng suất cao tốt để làm tăng tuổi thọ pin máy 3GPP tìm phương án truyền dẫn khác cho hướng lên LTE SC-FDMA chọn kết hợp kỹ thuật với PAPR thấp hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang, GSM CDMA, với khả chống đa đường cấp phát tần số linh hoạt 22 OFDMA 23 Hình 4.6 OFDMA SC-FDMA Hình cho thấy khác trình truyền ký hiệu số liệu theo thời gian Trên hình ta coi người sử dụng phân thành sóng mang (P = 4) với băng thơng 15KHz, ký hiệu OFDMA SCFDMA truyền ký hiệu số liệu điều chế QPSK cho người sử dụng Đối với OFDMA ký hiệu số liệu truyền dồng thời với băng tần cho ký hiệu 15KHz khoảng thời gian hiệu dụng TFFT ký hiệu OFDMA, SC-FDMA, ký hiệu số liệu truyền khoảng thời gian 1/P (P = 4) thời gian hiệu dụng ký hiệu SC-FDMA với băng tần P x 15KHz (4 x 15 KHz) cho ký hiệu Trong OFDM, biến đổi Fourier nhanh FFT dùng bên thu cho khối ký tự, đảo FFT bên phát Còn SC-FDMA sử dụng hai thuật toán bên phát bên thu 24 Hình 4.7 Thu phát SC-FDMA miền tần số So sánh OFDMA SC-FDMA Một so sánh OFDMA SC-FDMA thể hình 4.8 Bên trái hình 4.8, M sóng mang 15kHz liền kề đặt vào địa điểm mong muốn băng thông kênh sóng mang điều chế với chu kỳ ký hiệu OFDMA 66,7µs ký hiệu liệu QPSK Trong ví dụ này, bốn sóng mang con, bốn ký hiệu đưa song song Đây ký hiệu liệu QPSK có pha sóng mang điều chế cơng suất sóng mang giữ khơng đổi ký hiệu Sau chu kỳ ký hiệu OFDMA trôi qua, CP chèn vào bốn ký hiệu truyền song song Để cho hình ảnh nhìn rõ ràng nên CP hiển thị khoảng trống Tuy nhiên, thực lấp đầy với kết thúc ký hiệu tiếp theo, có nghĩa cơng suất truyền dẫn liên tục có gián đoạn pha biên ký hiệu Để tạo tín hiệu truyền đi, IFFT thực sóng mang để tạo M tín hiệu miền thời gian Chúng vec tơ tổng hợp để tạo dạng sóng miền thời gian cuối 25 sử dụng để truyền dẫn 26 Hình 4.8 So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền chuỗi ký hiệu liệu QPSK Sự tạo thành tín hiệu SC-FDMA bắt đầu với qui trình đứng trước đặc biệt sau tiếp tục cách tương tự OFDMA Tuy nhiên trước hết ta xem hình bên phải hình 3.8 Sự khác biệt rõ dàng OFDMA truyền bốn ký hiệu liệu QPSK song song sóng mang con, SC-FDMA truyền bốn ký hiệu liệu QPSK loạt bốn lần, với ký hiệu liệu chiếm M × 15kHz băng thơng Nhìn cách trực quan, tín hiệu OFDMA rõ ràng đa sóng mang với ký hiệu liệu sóng mang con, tín hiệu SC-FDMA xuất nhiều sóng mang đơn với ký hiệu liệu biểu diễn loạt tín hiệu Lưu ý chiều dài ký hiệu OFDMA & SC-FDMA với 66,7µs Tuy nhiên, ký hiệu SCFDMA có chứa M ký hiệu mà biểu diễn cho liệu điều chế Đó việc truyền tải song song nhiều ký hiệu tạo PAPR cao không mong muốn với OFDMA 27 Bằng cách truyền M ký hiệu liệu dãy vào M thời điểm, SC-FDMA chiếm băng thông đa sóng mang OFDMA chủ yếu PAPR tương tự sử dụng cho ký hiệu liệu gốc Thêm vào nhiều dạng sóng QPSK băng hẹp OFDMA tạo đỉnh cao thấy băng thơng rộng hơn, dạng sóng QPSK đơn sóng mang SC-FDMA 3.3 Kỹ thuật MIMO Trung tâm LTE ý tưởng kỹ thuật đa ăng ten, sử dụng để tăng vùng phủ sóng khả lớp vật lý Thêm vào nhiều ăng ten với hệ thống vô tuyến cho phép khả cải thiện hiệu suất tín hiệu phát có đường dẫn vật lý khác Có ba loại kỹ thuật đa ăng ten Đầu tiên giúp sử dụng trực tiếp phân tập đường dẫn xạ đường dẫn bị mát fading khác khơng Thứ hai việc sử dụng kỹ thuật hướng búp sóng (beamforming) cách điều khiển mối tương quan pha tín hiệu điện phát vào ăng ten với lượng truyền lái theo tự nhiên Loại thứ ba sử dụng phân tách không gian ( khác biệt đường dẫn cách tách biệt ăng ten ) thông qua việc sử dụng ghép kênh theo khơng gian tạo chùm tia, cịn gọi kỹ thuật đa đầu vào, đa đầu (MIMO ) Hình 4.9 Các chế độ truy nhập kênh vơ tuyến 28 Đơn đầu vào Đơn đầu (SISO) Chế độ truy nhập kênh vô tuyến đơn giản đơn đầu vào đơn đầu (SISO), có ăng ten phát ăng ten thu sử dụng Đây hình thức truyền thơng mặc định kể từ truyền vô tuyến bắt đầu sở để dựa vào tất ký thuật đa ăng ten so sánh Đơn đầu vào đa đầu (SIMO) Chế độ thứ hai đơn đầu vào đa đầu (SIMO), sử dụng máy phát hai nhiều máy thu SIMO thường gọi phân tập thu Chế độ truy nhập kênh vô tuyến đặc biệt thích hợp cho điều kiện tín hiệu-nhiễu(SNR) thấp Trong có độ lợi lý thuyết đạt 3dB hai máy thu sử dụng, khơng có thay đổi tốc độ liệu có dịng liệu truyền, vùng phủ sóng biên cải thiện giảm SNR sử dụng Đa đầu vào đơn đầu (MISO) Chế độ đa đầu vào đơn đầu (MISO) sử dụng số máy phát hai nhiều máy thu MISO thường gọi phân tập phát Cùng liệu gửi hai ăng ten phát với chế độ mã hóa mà máy thu nhận biết máy phát Phân tập phát làm tăng mạnh tín hiệu bị phading làm tăng hiệu suất điều kiện SNR phấp MISO khơng làm tăng tốc độ liệu, hỗ trợ tốc độ liệu tương tự cách sử dụng lượng Phân tập phát tăng cường với phản hồi vịng đóng từ máy thu để truyền cân tối ưu pha công suất sử dụng cho ăng ten phát Đa đầu vào đa đầu (MIMO) Phương thức truyền cuối sử dụng hai nhiều máy phát hai nhiều máy thu MIMO phần tất yếu LTE để đạt yêu cầu đầy tham vọng thông lượng hiệu sử dụng phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten máy phát máy thu Với hướng tải xuống, MIMO 2x2 (2 anten thiết bị phát, anten thiết bị thu) xem cấu hình bản, MIMO 4x4 đề cập 29 đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết Hiệu đạt tùy thuộc vào việc sử dụng MIMO Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing) phát phân tập (transmit diversity) đặc tính bật MIMO cơng nghệ LTE Giới hạn kênh truyền thơng tin can nhiễu đa đường giới hạn dung lượng theo quy luật Shannon MIMO lợi dụng tín hiệu đa đường máy phát máy thu để cải thiện dung lượng có sẵn cho kênh truyền Bằng cách sử dụng nhiều anten bên phát thu với việc xử lý tín hiệu số, kỹ thuật MIMO tạo dòng liệu kênh truyền, từ làm tăng dung lượng kênh truyền Chế độ truyền dẫn đa ăng ten đường xuống LTE Có chế độ truyền dẫn đa ăng ten xác định cho LTE để tối ưu hiệu suất đường xuống điều kiện vơ tuyến khác Đó : • Cổng đơn-ăngten; cổng 0-MIMO • Phân tập phát MISO • Ghép kênh khơng gian vịng mở MIMO, khơng có tiền mã hóa • Ghép kênh khơng gian vịng đóng MIMO, khơng có tiền mã hóa • MIMO đa-người sử dụng MIMO, UE tách biệt • Vịng đóng bậc =1 tiền mã hóa-MISO, lái chùm tia (beamsteering) • Cổng đơn- ăng ten; cổng –MISO, lái chùm tia Chế độ đa ăng ten hướng lên LTE Có ba loại kỹ thuật đa ăng ten xác định cho hướng lên : • Phân tập thu eNodeB • SU-MIMO cho UE đơn • MU-MIMO cho nhiều UE 30 KẾT LUẬN Công nghệ LTE ngày triển khai rộng rãi khắp giới, với khả truyền tải tốc độ cao, kiến trúc mạng đơn giản sử dụng bang tần hiệu hoàn toàn tương thích với hệ thống trước (GSM WCDMA) dựa mạng toàn IP LTE dần trở thành hệ thống thơng tin di động tồn cầu Việc tìm hiểu cơng nghệ LTE cần thiết có ý nghĩa thực tế Tại Việt Nam việc triển khai LTE bước đầu hoàn thành nhà mạng thử nghiệm thành công công nghệ LTE Trong tương lai không xa, người khắp đất nước trải nghiệm cơng nghệ 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lộ trình phát triển 3G lên 4G –TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng Lộ trình triển khai LTE –Tập đồn viễn thơng Viettel Kỹ thuật điều chế đa sóng mang –Phan Minh Đức Các wed tham khảo : - www Thongtincongnghe.com - www VNTelecom.org - www Taichibcvt.gov.vn - www Xahoithongtin.com 32 ... độ bảo mật…do hệ thống 1G đáp ứng nhu cầu sử dụng 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai ( 2G) Hệ thống di động hệ thứ sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải Những hệ thống mạng 2G... thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng (hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao), ảnh hưởng phân tập tần số (frequency selectivity) chất lượng hệ thống giảm thiểu nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn... cơng nghệ mạng LTE? ?? CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 1G) Công nghệ