Phỏt quảng bỏ trờn (hỡnh 2.11) phải đƣợc định cỡ để cú thể đạt đến cỏc đầu cuối di động thu yếu nhất bao gồm cả cỏc đầu cuối tai biờn ụ. Điều này dẫn đến chi phớ
a, Phỏt quảng bỏ đa ụ Vựng quảng bỏ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
tài nguyờn khỏ cao (cụng suất mỏy phỏt tram gốc để cú thể đạt đƣợc tốc độ số liệu dịch vụ cho trƣớc). Một giải phỏt cho vấn đề này là hạn chế tốc độ số liệu quảng bỏ để đảm bảo tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm giới hạn, chẳng hạn đối với biờn ụ và đặc biệt là cỏc ụ cú kớch thƣớc lớn . Một giải phỏp khỏc cho phộp duy trỡ tốc độ số liệu quảng bỏ cao là giảm kớch thƣớc ụ để tăng cụng suất thu tại biờn ụ. Nhƣng điều này dẫn đến tăng số lƣợng ụ để đảm bảo vựng quảng bỏ cho trƣớc và làm tăng giỏ thành triển khai hệ thống.
Trong trƣờng hợp phỏt quảng bỏ đa ụ cú thể tiết kiệm tài nguyờn mà vẫn đảm bảo tốc độ số liệu nếu cỏc đầu cuối di động tại biờn ụ sử dụng cụng suất thu từ truyền dẫn quảng bỏ của nhiều ụ khi tỏch / giải mó số liệu quảng bỏ. Vỡ thế cú thể đạt đƣợc độ lợi cụng suất lớn nếu cỏc đầu cuối cú thể thu đồng thời và kết hợp cỏc truyền dẫn quảng bỏ từ nhiều ụ trƣơc khi tỏch tớn hiệu và giải mó. Phƣơng phỏp này đƣợc gọi là kết hợp mềm cỏc truyền dẫn quảng bỏ/đa phƣơng từ nhiều ụ và đó đƣợc sử dụng cho MBMS trong WCDMA.
Trong trƣờng hợp WCDMA, mỗi ụ phỏt quảng bỏ trờn đƣờng xuống sử dụng một mó ngẫu nhiờn riờng vỡ thế đầu cuối cú thể nhận biết tớn hiệu từng ụ trong quỏ trỡnh kết hợp mềm. Mặc dự kết hợp mềm tăng đỏng kể cụng suất thu cho cỏc đầu cuối tại biờn ụ, tuy nhiờn truyền dẫn quảng bỏ từ cỏc ụ khỏc nhau vẫn gõy nhiễu cho nhau. Điều này làm hạn chế tỷ số tớn hiệu trờn nhiễu và vỡ thế giới hạn tốc độ số liệu.
Một giải phỏp để loại bỏ nhƣợc điểm núi trờn và cải thiện hơn nữa cỏc dịch vụ quảng bỏ / đa phƣơng trờn mạng thụng tin di động là đảm bảo rằng cỏc truyền dẫn quảng bỏ từ cỏc ụ khỏc nhau hoàn toàn giống nhau và đƣợc phỏt đồng bộ theo thời gian. Trong trƣờng hợp này cỏc truyền dẫn thu đƣợc từ cỏc ụ khỏc nhau nhỡ từ đầu cuối di động thể hiện nhƣ một truyền dẫn duy nhất bị ảnh hƣởng của truyền súng đa đƣờng (hỡnh 2.12). Phỏt cỏc tớn hiệu giống nhau đƣợc đồng bộ theo thời gian đặc biệt là trong trƣờng hợp cung cấp cỏc dịch vụ quảng bỏ / đa phƣơng đụi khi đƣợc gọi là khai thỏc mạng đơn tần số (SFN).
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hỡnh2. 12: Tƣơng đƣơng giữa phỏt quảng bỏ đa ụ đƣợc đồng bộ và truyền dẫn đa đƣờng
Trong trƣờng hợp truyền dẫn từ nhiều ụ khỏc nhau và đƣợc đồn bộ thời gian “nhiễu giữa cỏc ụ” do cỏc truyền dẫn trong cỏc ụ lõn cận xột từ đầu cuối sẽ đƣợc thay thế bằng tớn hiệu bị hỏng do thời tỏn. Nếu truyền dẫn quảng bỏ sử dụng OFDM với CP bao phủ phần chớnh của tỏn thời thỡ cỏc tốc độ số liệu quảng bỏ chỉ bị giới hạnh bởi tạp õm và điều này cú nghĩa cú thể đạt đƣợc tốc độ số liệu quảng bỏ rất cao đặc biệt trong cỏc ụ nhỏ hơn. Ngoài ra khỏc với kết hợp mềm đa ụ của WCDMA MBMS
Mỏy thu OFDM khụng cần nhận dạng cỏc ụ khi kết hợp mềm vỡ tất cả cỏc truyền dẫn nằm trong giới hạn của CP sẽ đƣợc mỏy thu “ tự động “ thu nhận [1].
2.9. Ƣu điểm và nhƣợc điểm của kỹ thuật OFDM: 2.9.1.Ƣu điểm: 2.9.1.Ƣu điểm:
Kỹ thuật OFDM cú nhiều ƣu điểm mà cỏc kỹ thuật khỏc khụng cú đƣợc.
OFDM cho phộp truyền thụng tin tốc độ cao bằng cỏch chia kờnh truyền fading chọn lọc tần số thành cỏc kờnh truyền con chỉ chịu fading phẳng. Nhờ việc sử dụng tần số súng mang trực giao nờn hiện tƣợng nhiễu liờn súng mang ICI cú thể loại bỏ, do cỏc súng mang phụ trực giao nờn cỏc súng mang này cú thể chồng lấn lờn nhau mà phớa thu vẫn cú thể tỏch ra đƣợc dẫn đến hiệu quả sử dụng băng thụng hệ thống rất hiệu quả. Khi sử dụng khoảng bảo vệ cú tớnh chất CP (cylic prefix) lớn hơn trải trễ lớn nhất của kờnh truyền đa đƣờng thỡ hiện tƣợng nhiễu liờn ký tự ISI sẽ đƣợc loại bỏ hoàn toàn. Nhờ vào khoảng bảo vệ cú tớnh chất cylic prefix nờn hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM chỉ cần bộ cõn bằng miền tần số khỏ đơn giản. IFFT và FFT giỳp giảm thiểu số bộ dao động cũng nhƣ giảm số bộ điều chế và giải điều chế giỳp hệ thống giảm độ phức tạp và chi phớ thực hiện, hơn nữa tớn hiệu đƣợc điều chế và giải điều chế đơn giản, hiệu quả nhờ vào IFFT và FFT.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
OFDM là một kỹ thuật truyền đa súng mang nờn nhƣợc điểm chớnh của kỹ
thuật này là tỷ số cụng suất đỉnh trờn cụng suất trung bỡnh PAPR (Peak- to- Average Power Ratio) lớn. Tỡn hiệu OFDM là tổng hợp tớn hiệu từ cỏc súng mang phụ, nờn khi cỏc súng mang phụ đồng pha, tớn hiệu OFDM sẽ xuất hiện đỉnh rất lớn. Điều này khiến cho việc sử dụng khụng hiệu quả bộ khuếch đại cụng suất lớn HPA (High- Power Amplifier). Một nhƣợc điểm khỏc của OFDM là rất nhạy với lệch tần số, khi hiệu ứng dịch tần Doppler xảy ra tần số súng mang trung tõm sẽ bị lệch, dẫn đến bộ FFT khụng lấy mẫu đỳng tại đỉnh cỏc súng mang, dẫn tới sai lỗi khi giải điều chế cỏc symbol.
2.10. KỸ THUẬT MIMO: 2.10.1. Giới thiệu chung: 2.10.1. Giới thiệu chung:
MIMO (Multiple Input Multiple Output) là một cỏch thể hiện tổng quỏt sự sử dụng nhiều anten ở phớa phỏt và phớa thu. Nhiều anten cú thể đƣợc sử dụng để tăng độ lợi phõn tập và vỡ thế tăng tỷ số súng mang trờn nhiễu tại mỏy thu. Tuy nhiờn thuật ngữ này thƣờng đƣợc sử dụng để biểu thị truyền dẫn nhiều lớp hay nhiều luồng nhƣ là một phƣơng tiện để tăng tốc độ số liệu đến mức cực đại cú thể trong một kờnh cho trƣớc. Vỡ thế MIMO hay ghộp kờnh khụng gian cú thể nhỡn nhận nhƣ là một cụng cụ để cải thiện thụng lƣợng của ngƣời sử dụng đầu cuối giống nhƣ là “một bộ khuếch đại tốc độ số liệu”. Về bản chất, cải thiện thụng lƣợng của ngƣời sử dụng đầu cuối ở một mức độ nhất định sẽ dẫn đến tăng thụng lƣợng hệ thống.
Sử dụng hệ thống MIMO với nhiều antenne ở cả phớa phỏt và phớa thu để cải thiện dung lƣợng và độ của hệ thống mà khụng yờu cầu mở rộng băng tần và cụng suất tớn hiệu. Để hiểu rừ vấn đề này chỳng ta nghiờn cứu mụ hỡnh hệ thống MIMO và thực hiện cỏc phõn tớch toỏn học cần thiết để tớnh toỏn dung lƣợng đạt đƣợc của hệ thống MIMO trong điều kiện kờnh đƣợc biết và khụng đƣợc biết ở phớa phỏt. Nhƣng kết quả này đƣợc xem xột trong cả trƣờng hợp của tham số vật lý lờn dung lƣợng kờnh nhƣ vấn đề tƣơng quan giữa cỏc antenna, vấn đề truyền lan antenna thu.
2.10.2. Ƣu điểm của hệ thống MIMO Hệ thống MIMO cung cấp ƣu điểm sau: Hệ thống MIMO cung cấp ƣu điểm sau:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Độ lớn dàn: Do sử dụng nhiều antenna, độ lợi dàn antenna tăng vựng phủ súng
cự ly. Điều này cú lợi cho cỏc vựng xa xụi ớt ngƣời, khi cú thể sử dụng ớt BTS hơn. Mặt khỏc cũng cú thể giảm cụng suất phỏt của thiết bị đầu cuối nhờ tăng độ lợi của BTS thu.
- Độ lợi phõn tập: Cụng suất tớn hiệu trong kờnh khụng dõy dao động ngẫu nhiờn (hoặc yếu dần). Phõn tập là một kỹ thuật mạnh để truyền tớn hiệu trong mụi trƣờng fading bằng cỏch phỏt nhiều bản sao khỏc nhau qua miền thời gian, tần số và khụng gian để phớa thu cú thể thu chớnh xỏc tớn hiệu phỏt. Điều này sẽ làm giảm tỷ lệ lỗi bit. Cú thể sử dụng phõn tập khụng gian (antenna) phõn tập thời gian hay phõn tập tần số. Tuy nhiờn phõn tập khụng gian đƣợc ƣu thớch hơn vỡ nú khụng tiờu tốn thời gian vfa băng thụng truyền dẫn.
- Độ lợi ghộp kờnh khụng gian: Kờnh MIMO đƣa ra sự tăng tuyến tớnh của
dung lƣợng mà khụng tiờu tốn thờm cụng suất băng thụng. Độ lợi này đƣợc thực hiện bằng việc phỏt cỏc tớn hiệu độc lập từ cỏc antenna riờng biệt.
- Giảm giao thoa: Giao thoa đồng kờnh do việc tỏi sử dụng tần số trong kờnh
khụng dõy. Khi đa antenna đƣợc sử dụng, sự phõn biệt giữa cỏc dấu hiệu khụng gian của tớn hiệu mong muốn và tớn hiệu đồng kờnh cú thể đƣợc khai thỏc để giảm giao thoa.
- Kết hợp cụng suất: Trong trƣờng hợp cú M antnena đƣợc thực hiện ở đƣờng xuống và mỗi antnena đƣợc điều khiển bởi một bộ khuếch đại cụng suất với tốc độ tƣơng đƣơng ở trƣờng hợp 1 antenna, hế số kết hợp cụng suất sẽ là 10log10M [1],[4].
2.11. Tổng quan SC-FDMA:
Trong cỏc ứng dụng thụng tin di động OFDMA cú ƣu điểm rất lớn về khả năng đề khỏng đối với ảnh hƣởng của truyền tớn hiệu đa đƣờng. Khả năng đề khỏng này đạt đƣợc nhờ hệ thống OFDM phỏt thụng tin trờn N súng mang con băng hẹp trực giao với mỗi súng mang con hoạt động tại tốc độ bit chỉ bằng 1/N của tốc độ bớt của thụng tin cần truyền. Tuy nhiờn dạng súng của OFDM thể hiện sự thăng giỏng đƣờng bao rất lớn dẫn đến PAPR cao. Tớn hiệu với PAPR cao đũi hỏi cỏc bộ khuếch đại cụng suất cú tuyến tớnh cao để trỏnh làm mộo tớn hiệu. Để đạt đƣợc mức độ tuyến tớnh này bộ khuyếch đại phải làm việc ở chế độ cụng tỏc với độ lựi (so với
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
điểm bóo hũa) cao. Điều này dẫn đến hiệu suất sử dụng cụng suất ( tỷ số giữa cụng suất phỏt với cụng suất tiờu thụ một chiều ) thấp vỡ thế đặc biệt ảnh hƣởng đối với cỏc thiết bị cầm tay. Một vấn đề khỏc gặp phải ở OFDM trong cỏc hệ thống thụng tin di động là cần dịch cỏc tần số tham khảo đối với cỏc đầu cuối phỏt đồng thời. Dịch tần phỏ hoại tớnh trực giao của cỏc cuộc truyền dẫn đến nhiễu đa truy nhập. Để khăc phục nhƣợc điểm này 3GPP đó nghiờn cứu sử dụng phƣơng phỏp đa truy nhập đƣờng lờn sử dụng DFTS-OFDM với tờn gọi là SC-FDMA và ỏp dụng cho LTE. Giống nhƣ trong OFDMA cỏc mỏy phỏt trong hệ thống SC-FDMA sử dụng cỏc tần số trực giao khỏc nhau (cỏc súng mang con) để phỏt đi cỏc ký hiệu thụng tin. Tuy nhiờn cỏc ký hiệu này đƣợc phỏt đi lần lƣợt chứ khụng phải song song. Vỡ thế khụng nhƣ OFDMA cỏch sắp xếp này làm giảm đỏng kể sự thăng giỏng của đƣờng bao tớn hiệu của dạng súng phỏt . Vỡ thế cỏc tớn hiệu SC-FDMA cú PAPR thấp hơn cỏc tớn hiệu OFDMA. Tuy nhiờn trong cỏc hệ thống thụng tin di động bị ảnh hƣởng của truyền dẫn đa đƣờng , SC-FDMA đƣợc thu tại BTS bị nhiễu giữa cỏc ký hiệu khỏ lớn. BTS sử dụng bộ cõn bằng thớch ứng miền tần số để loại bỏ nhiễu này. Cỏch tổ chức này phự hợp cho cỏc hệ thống thụng tin di động nú cho phộp giảm yờu cầu đối với khuyờch đại tuyến tớnh trong mỏy cầm tay với trả giỏ bằng bộ cõn bằng thớch ứng miền tần số phức tạp trong BTS. (Hỡnh 2.13) mụ tả nguyờn lý SC-FDMA [1]. M1 Đầu cuối A DFT (M) IDFT 0 Xử lý bổ xung M2 Đầu cuối B DFT (M) IDFT 0 Xử lý bổ xung
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hỡnh2. 13: Mụ tả nguyờn lý SC-FDMA.
Kết luận chƣơng 2
Trong chƣơng 2 chỳng ta đó thấy đƣợc cụng nghệ điều chế súng mang trực
giao OFDM cú nhiều tớnh năng vƣợt trội so với điều chế đơn súng mang truyền thống nhƣ khả năng thớch hợp cho hệ thống tốc độ cao, khả năng thớch hợp với cỏc hệ thống khụng dõy cố định, tớnh hiệu quả trong cỏc mụi trƣờng đa đƣờng truyền dẫn, khả năng chống fading chọn lọc tần số. Ngoài ra cụng nghệ này cú thể loại bỏ đƣợc hầu hết giao thoa giữa cỏc súng mang và giao thoa giữa cỏc ký hiệu. Đặc biệt OFDM cú thể khắc phục hiện tƣợng khụng cú đƣờng dẫn thẳng bằng tớn hiệu đa đƣờng dẫn. Tuy nhiờn OFDM khụng phải là khụng cú nhƣợc điểm, đú là nú đũi hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ vỡ sự sai lệch về tần số, ảnh hƣởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gõy ra nhiễu giao thoa tần số ICI (Inter Carrier Interference) mà kết quả là phỏ bỏ sự trực giao giữa cỏc tần số súng mang và làm tăng tỷ số bit lỗi (BER). Ngoài ra OFDM chịu anht hƣởng của nhiễu xung.
OFDM đang chứng tỏ những ƣu điểm của mỡnh trong cỏc hệ thống viễn thụng trờn thực tế, đặc biệt là trong cỏc hệ thống vụ tuyờn đũi hỏi tốc độ cao nhƣ thụng tin di động thế hệ tiếp theo, hệ thống truyền hỡnh số và đặc biệt việc ứng dụng cụng nghệ OFDM là một trong những vấn đề then chốt trong hệ thống 4G/LTE sẽ trỡnh bày ở chƣơng 3
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
CHƢƠNG 3: TRIỂN KHAI MẠNG 4G/LTE
Điều đõu tiờn cần lƣu ý khi núi đến LTE là sự thay đổi trong tần số và băng thụng sử dụng. LTE cú thể sử dụng băng thụng linh hoạt từ 1,25 MHz đến 20 MHz. Cỏc băng thụng này đặc biệt hữu ớch trong những thị trƣờng cú độ phủ thƣa thớt hoặc những nới cú rất nhiều tần số sử dụng cú sẵn. Tất nhiờn kờnh rộng hơn, cao hơn cú nghĩa là tốc độ dữ liệu tốt hơn, tiếp cận với một ngƣời sử dụng nhiều hơn (nếu tất cả cỏc yếu tố khỏc đƣợc coi là giống nhau). Cỏc nhà mạng lựa chọn băng tần tựy thuộc vào quốc gia và quy định sử dụng băng tần của đất nƣớc đú
Hầu hết cỏc băng tần sử dụng kỹ thuật FDD (Frequense Division Duplexing), kỹ thuật này sử dụng hai băng tần riờng biệt cho đƣờng lờn và đƣờng xuống, đang đƣợc ỏp dụng ở Bắc Mỹ, Chõu Âu và một số thị trƣờng Chõu Á. Kỹ thuật Time Division Duplexing (TDD) sử dụng chung một tần số cho cả đƣờng xuống và đƣờng lờn là những gỡ đang đƣợc thực hiện ở Trung Quốc và Ấn độ. Kỹ thuật OFDMA đƣợc dựng cho đƣờng xuống, SC-FDMA dựng cho đƣờng lờn để tiết kiệm cụng suất.
3.1.Lợi ớch của cụng nghệ LTE
Lợi ớch lớn nhất của LTE theo quan điểm của ngƣời tiờu dựng đú là tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn. LTE cung cấp tốc độ đƣờng xuống theo lý thuyết lớn hơn 100Mbps và đƣờng lờn hơn 50Mbps. Tuy nhiờn tốc độ này trờn thực tế phụ thuộc rất nhiều vào cỏc yếu tố nhƣ băng thụng kờnh, loại điều chế, cấu hỡnh MIMO và khụng gia truyền song. Hiện nay, cỏc mạng LTE phổ biến nhất cú tốc độ trung bỡnh nằm trong dải từ 5Mbps đến 25 Mps, nhƣng mới việc mở rộng, tăng cƣờng mạng lƣới và chuyển hƣớng sang LTE-Advanced sẽ đem lại một tốc độ nhanh hơn rất nhiều dịch vụ Internet cố định [6]
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hỡnh 3.1:Quỏ trỡnh chuyển hoỏ từ 3G lờn 4G/LTE
Cựng với tốc độ dữ liệu nhanh hơn, cỏc thiết bị điện tử tiờu dựng nhƣ mỏy tớnh xỏch tay, điện thoạithụng minh, mỏy tớnh bảng và thậm chớ cả cỏc thiết bị chơi game, mỏy ảnh sẽ phải trang bị cỏc module LTE.
Cũn từ quan điểm của một nhà cung cấp mạng, kiến trỳc mạng cho LTE đƣợc đơn giản húa rất nhiều từ ngƣời tiền nhiệm của nú bởi LTE sử dụng mụi trƣờng hoàn toàn là IP. Sõu xa hơn, phần lớn cụng việc chuẩn húa của 3GPP nhắm