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 đến sự chuyển đổi kiến trỳc mạng lừi đang tồn tại sang hệ thống toàn IP. Trong 3GPP, sự khởi đầu này đƣợc xem nhƣ Tiến húa kiến trỳc hệ thống (SAE) và hiện nay đƣợc gọi là Lừi gúi cải tiến (EPC). Chỳng cho phộp cung cấp cỏc dịch vụ linh hoạt hơn và sự liờn hoạt động đơn giản với cỏc mạng di động phi 3GPP và cỏc mạng cố định. EPC dựa trờn cỏc giao thức TCP/IP – giống nhƣ phần lớn cỏc mạng số liệu cố định ngày nay- vỡ vậy cung cấp cỏc dịch vụ giống PC nhƣ thoại, video, tin nhắn và cỏc dịch vụ đa phƣơng tiện. Sự chuyển dịch lờn kiến trỳc toàn gúi cũng cho phộp cải thiện sự phối hợp với cỏc mạng truyền thụng khụng dõy và cố định khỏc.
Ngoài ra cỏc ƣu điểm quan trọng mà nhà cung cấp đỏnh giỏ rất cao LTE nhƣ: - Tăng cƣờng giao diện khụng gian cho phộp tăng tốc độ số liệu.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Hiệu quả sử dụng phổ tần cao.
- Sử dụng tần số linh hoạt. - Giảm độ trễ.
- Cú thể cựng tồn tại với cỏc chuẩn và hệ thống trƣớc giỳp giảm chi phớ khi triển khai.
3.2. Mạng lƣới toàn cầu và sự tăng trƣởng thuờ bao LTE
Bất kể đó cú cỏc cuộc trũ chuyện xung quanh về cụng nghệ LTE-Advanced hay thậm chớ là 5G thỡ bản thõn LTE cũng đang nằm trong giai đoạn đầu của sự phỏt triển, và đang đƣợc ỏp dụng chậm rói trờn toàn cầu. Cụng nghệ LTE đƣợc triển khai nhiều nhất ở Mỹ và Canada với một con số khổng lồ là 64,8 triệu thuờ bao tớnh đến quý 2 năm 2013.
Hỡnh 3.2: Mạng lƣới toàn cầu của LTE
Thuờ bao LTE trờn toàn cầu cũng đó đƣợc tăng ở mức ấn tƣợng, từ 75 triệu trong thỏng 12 năm 2012 lờn 126 triệu vào thỏng 6 năm 2013.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hỡnh 3.3:Sự tăng trƣởng thuờ bao LTE
Theo cỏc nhà phỏt triển mạng lƣới cú uy tớn, LTE hiện đang cú sẵn trờn 200 nhà mạng tớnh đến thỏng 8 năm 2013 và con số đú sẽ tăng trƣởng đến 425 vào 2016. Ở Việt Nam thỡ hiện tại chƣa cú một lộ trỡnh cụ thể nào của cỏc nhà mạng về việc đƣa vào LTE trong di động bởi theo thứ trƣởng bộ Thụng tin và truyền thụng, năm 2015 mới bắt đầu cấp phộp sử dụng 4G và nƣớc ta cần thờm thời gian để triển khai nõng cấp hạ tầng.
3.3. Ứng dụng của 4G LTE trong việc nõng cao chất lƣợng thoại
VoLTE là dịch vụ dựa vào giao thức Internet (Internet Protocol) để truyền cỏc gúi dữ liệu và giọng núi. Bằng việc sử dụng băng thụng lớn hơn và dải tần số õm 50 - 7000Hz dựa trờn mạng 4G LTE, VoLTE cú thể mang lại chất lƣợng cuộc gọi tốt hơn khoảng 40% (cỏc nhà cung cấp thƣờng hay gọi "HD Voice" hay "chất lƣợng õm thanh độ phõn giải cao) so với khi gọi bằng mạng 3G vốn cú tần số õm hẹp hơn, chỉ 300 - 2400Hz. Dịch vụ này cũn cú thể giảm thời gian kết nối giữa hai thiết bị với nhau trong chỉ 1/4 giõy, nhanh hơn nhiều so với con số 5 giõy của mạng 3G. Hiện cú Galaxy S III LTE LG Optimus II LTE, LG Optimus Vu II là ba trong
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
số nhiều thiết bị tƣơng thớch với VoLTE. Một số nhà mạng ở Mỹ và Hàn Quốc đó bắt đầu triển khai việc cung cấp dịch vụ VoLTE cho khỏc hàng.
3.4. Đặc điểm mạng thụng tin di động của Phỳ Thọ Đặc điểm tỉnh Phỳ Thọ Đặc điểm tỉnh Phỳ Thọ
Phỳ Thọ là một tỉnh miền nỳi, trung du thuộc vựng Đụng Bắc Việt Nam,
Thành phố Việt Trỡ là trung tõm hành chớnh của tỉnh cỏch thủ đụ Hà Nội 80km và
sõn bay quốc tế nội bài 50km về phớa Tõy Bắc.
Hiện tỉnh Phỳ Thọ cú 353.294, 93ha diện tớch tự nhiờn và 1.313.926 nhõn khẩu; 13 huyện, thành thị (Thành Phố Việt Trỡ, Thị Xó Phỳ Thọ, 11 huyện: Thanh Ba, Thanh Sơn, tõn Sơn, Yờn Lập, Cẩm Khờ, Tam Nụng, Thanh Thủy, Hạ Hũa, Đoan Hựng, Lõm Thao Phự Ninh); 277 đơn vị hành chớnh cấp xó.
Địa giới Phỳ Thọ: Phớa bắc giỏp với tỉnh Tuyờn Quang Và Yờn Bỏi, Phớa nam giỏp với Thành Phố Hà Nội, Phớa đụng giỏpTỉnh Vĩnh Phỳc, Phớa tõy, giỏp với tỉnh Sơn La.
Hiện trạng mạng thụng tin di động Phỳ Thọ
Phỳ Thọ đang đẩy mạnh triển Khai cơ sở hạ tầng đƣợc xem là một trong những giải phỏp lớn, quan trọng trong năm 2011. Thực hiện chủ trƣơng này, Tập đoàn đó bƣớc đầu phỏt huy đƣợc tối đa năng lực của hạ tầng mạng lƣới, rỳt ngắn đƣợc thời gian chuẩn bị cơ sở hạ tầng kịp thời phục vụ SXKD, giảm tối đa cỏc chi phớ xõy dựng, truyền dẫn, bảo dƣỡng…từ đú nõng cao chất lƣợng mạng và dịch vụ. Cựng với duy trỡ, củng cố hệ thống điểm giao dịch dựng chung cho cỏc dịch vụ BCVT, CNTT và dựng chung cơ sở hạ tầng mạng lƣới, nhà trạm giữa 2 mạng di động, năm qua VNPT đó hoàn thành việc chuyển mạng (Roaming) cho cỏc thuờ bao trả trƣớc trong nƣớc, quốc tế và dịch vụ dữ liệu (data) giữa 2 mạng Mobifone và Vinaphone. Đõy là một bƣớc đi quan trọng của VNPT trong việc tối ƣu húa mạng lƣới, tạo thờm cỏc giỏ trị tiện ớch cho hàng chục triệu khỏch hàng.
Hiện trạng truy nhập băng rộng qua hệ thống vụ tuyến
Hệ thống truy nhập băng rộng qua mụi trƣờng vụ tuyờn tại Phỳ Thọ hiện nay chủ yếu vẫn là cỏc mạng LAN vụ tuyến (WLAN) sử dụng cỏc hệ thống truy nhập WiFi đƣợc triển khai tại cỏc khu vực Hotsport. Cỏc Hotsport này bao gồm cỏc khỏch sạn, trung tõm hội nghị nhà hàng… Ƣu điểm WLAN trong cỏc mạng thƣơng
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
mại là nú hỗ trợ tớnh di động cho đối tƣợng sử dụng, đồng thời vẫn cho phộp kết nối