Power Ratio)
Tiết kiệm cụng suất trong truyền tải là một vấn đề lớn trong cỏc cụng nghệ đa truy nhập sử dụng trong LTE, do đú PAPR là hệ số quan trọng trong truyền tải của cả hai phƣơng thức truy nhập OFDMA và SC-FDMA.
PAPR đƣợc tớnh bằng hàm phõn bổ tớch lũy bự (CCDF: Complementary Cumulative Distribution Function). CCDF của PAPR là xỏc suất của giỏ trị PAPR cao hơn với giỏ trị PAPR0 (Pr {PAPR>PAPR0}). Đú là phộp đo quan trọng để miờu tả cho đặc điểm cụng suất của tớn hiệu
Tỉ số cụng suất đỉnh trờn cụng suất trung bỡnh đƣợc xỏc định bằng hàm toỏn học:
̃| | ̃ ∫ | | ̃ (4.12) 4.7.3 Tỉ số lỗi bớt (BER)
BER là tỉ số bit nhận bị lỗi trờn tổng số bit đó truyền trong một khoảng thời gian
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 73
4.7.4 Tỉ số tớn hiệu trờn nhiễu
SNR là viết tắt của chữ signal-to-noise ratio đƣợc định nghĩa là tỉ lệ cụng suất tớn hiệu (thụng tin cú ý nghĩa) trờn cụng suất nhiễu (tớn hiệu khụng mong muốn). Trờn kờnh truyền thỡ sẽ suất hiện nhiễu và theo đƣờng truyền thỡ tớn hiệu càng giảm cũn nhiễu thỡ càng tăng. Do đú SNR sẽ giảm theo độ dài đƣờng truyền.
(4.14)
4.7.5 Xỏc suất lỗi ký hiệu
Xỏc suất lỗi ký hiệu là tỉ lệ lỗi xảy ra khi nhận tớn hiệu. Xỏc suất lỗi ký hiệu liờn quan trực tiếp tới quỏ trỡnh điều chế.
Phƣơng phỏp điều chế Xỏc suất lỗi, Pe
a) BPSK Q 2Eb/N0 / / b QPSK c MSK 0 2 0 2 2 2Q Eb/N Q Eb/N d) M-PSK 2Q 2nEb/N0sin(/M)(M4) 2) M-QAM 0 3 1 4 1 1 av nE Q M N M
Bảng 4.3 Xỏc suất lỗi ký hiệu đối với cỏc phƣơng thức điều chế khỏc nhau.
Với Eav là giỏ trị trung bỡnh của năng lƣợng ký tự truyền tải trong điều chế M-QAM. Q là hàm Q, cú quan hệ với hàm erfc:
*
√ + (4.15)
4.7.6 Mật độ phổ cụng suất
Mật độ phổ cụng suất PSD (power spectral density ) là một hàm quan trọng miờu tả quỏ trỡnh phõn bổ cụng suất tớn hiệu trờn tần số truyền. Trong thụng tin di động, để giả quyết đỳng vấn đề quản lý tài nguyờn vụ tuyến tại trạm gốc, PSD đúng một vai trũ quan trọng, đặc biệt là đối với việc phõn bổ định dạng quỏ trỡnh truyền tải bao gồm cả điều chế và băng thụng. Giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối, nếu PSD là khụng biết
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 74
trƣớc, sẽ dẫn tới vấn đề là sử dụng băng thụng truyền tải cao hơn so với cụng suất tối đa dành cho thiết bị đầu cuối.
Trong trƣờng hợp phõn tớch mật độ phổ cụng suất của OFDMA và SC-FDMA chỳng ta phõn tớch phõn bố cụng suất trung bỡnh của ký tự trong OFDMA và SC- FDMA trờn băng thụng 5MHz. Đõy là băng thụng đó đƣợc sử dụng trong LTE.
| | (4.16)
Với là tần số lấy mẫu và N là số điểm biến đổi FFT.
4.7.7 Biểu diễn cỏc thụng số cơ bản của SC-FDMA và OFDMA trờn đồ thị.
Với mụ hỡnh và cỏc thụng số giả định, để cú cỏi nhỡn trực quan hơn về cỏc thụng số của OFDMA và SC-FDMA ta biểu diễn cỏc thụng số này trờn đồ thị.
Thụng số về BER và SNR
Hỡnh 4.25 BER và SNR của OFDMA với điều chế thớch nghi
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 75
Hệ thống điều chế Số bit trờn ký tự SNR(dB)
BPSK 1 6.8
QPSK 2 6.8
16-QAM 4 11.6
64-QAM 6 16.4
Bảng 4.4 BER và SNR của OFDMA
Hỡnh 4.26 BER và SNR của SC-FDMA với điều chế thớch nghi
Với BER = 1e-3
Hệ thống điều chế Số bit trờn ký tự SNR(dB)
BPSK 1 6.8
QPSK 2 6.8
16-QAM 4 11.7
64-QAM 6 16.4
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 76
Xột ở điểm BER = 1e-3, ta cú thể quan sỏt thấy tỉ số SNR của OFDMA và SC- FDMA với điều chế BPSK và QPSK đều cho giỏ trị là 6.5 và 6.8. Sự thay đổi đột ngột xảy ra ở điều chế 16-QAM và 64-QAM với giỏ trị SNR lớn nhất là 16.7, nhƣ điều chế QAM lại cho tỉ số BER nhỏ nhất.
Xỏc suất lỗi
Hỡnh 4.27 Xỏc suất lỗi của OFDMA Với Pe = 1e-0.5 Hệ thống điều chế Số bit trờn ký tự SNR(dB) BPSK 1 1 QPSK 2 2.6 16-QAM 4 8.4 64-QAM 6 56
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 77
Hỡnh 4.28 Xỏc suất lỗi của SC-FDMA
Với Pe = 1e-0.5 Hệ thống điều chế Số bit trờn ký tự SNR(dB) BPSK 1 1 QPSK 2 2 16-QAM 4 8 64-QAM 6 39
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 78
Mật độ phổ cụng suất
Hỡnh 4.29 Mật độ phổ cụng suất của OFDMA
Hỡnh 4.30 Mật độ phổ cụng suất SC-FDMA
Trỡnh hỡnh 4.29 và hỡnh 4.30 ta cú thể thấy mật độ phổ cụng suất của OFDMA và SC- FDMA. Cụng suất trung bỡnh của cỏc ký SC-FDMA gần khoảng -375dB, trong khi đú cụng suất trung bỡnh của cỏc ký tự OFDMA vào khoảng -400dB. Đõy là giỏ trị cụng suất truyền tải của cỏc ký tự trong OFDMA và SC-FDMA, và nú cũng giải thớch cho giỏ trị tỉ số PAPR.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 79
Tỷ số PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế thớch nghi.
o Điều chế BPSK
Hỡnh 4.31 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế BPSK
o Điều chế QPSK
Hỡnh 4.32 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế QPSK
Trong hai phƣơng phỏp điều chế BPSK và QPSK chỳng ta cú thể thấy giỏ trị PAPR của SC-FDMA là tƣơng tự nhau ở khoảng 6.3 dB, trong khi đú OFDMA cú giỏ trị PAPR trờn 10dB ở phƣơng phỏp điều chế BPSK và giảm khụng đỏng kể ở phƣơng phỏp điều chế QPSK.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 80
o Điều chế 16-QAM
Hỡnh 4.33 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế 16-QAM
o Điều chế 64-QAM
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 81
Với điều chế 16-QAM và 64-QAM, ta cú thể thấy giỏ trị PAPR của SC-FDMA tăng lờn, 7dB đối với 16-QAM và 7.5dB đối với 64-QAM. Trong khi đú giỏ trị của OFDMA lại giảm ở phƣơng phỏp điều chế M-QAM, từ 9.5dB ở 16-QAM xuống 8.8dB ở 64-QAM.
4.8 Kết luận
Chƣơng đó trỡnh bày về hai cụng nghệ truy nhập trong LTE là OFDMA và SC- FDMA. Đó trỡnh bày những thụng số cơ bản của của hai cụng nghệ. Đƣa ra những điểm chung và sự khỏc biệt của hai cụng nghệ truy nhập. Bờn cạnh đú là quỏ trỡnh sử lý tớn hiệu của hai cụng nghệ truy nhập. Đƣa ra những thụng số khỏc nhau của hai cụng nghệ dựa vào mụ hỡnh giả định, đƣa ra cỏi nhỡn khỏi quỏt nhất về những ƣu nhƣợc điểm của hai cụng nghờ.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 82
KẾT LUẬN
Đồ ỏn “Hiệu năng của kỹ thuật đa truy nhập trong LTE” tập trung tỡm hiểu hai cụng nghệ truy nhập OFDMA cho đƣờng xuống và SC-FDMA cho đƣờng lờn đó đạt đƣợc những kết quả sau:
- Giới thiệu tổng quan về LTE, trỡnh bày cấu trỳc mạng và chức năng cỏc khối trong cấu trỳc mạng. Trỡnh bày chức năng cỏc khối thực thể quản lý tớnh di động (MME), cổng phục vụ (S-GW), cổng dữ liệu gúi (P-GW), mỏy chủ thuờ bao thƣờng chỳ HSS. Giới thiệu cỏc dịch vụ trong mạng.
- Trỡnh bày cỏc cụng nghệ truy nhập cơ bản trong vụ tuyến nhƣ FDMA, TDMA, CDMA, SDMA. Trong đú trỡnh bày nguyờn lý, ƣu nhƣợc điểm của cỏc phƣơng phỏp đa truy nhập.
- Trỡnh bày sơ lƣợc về phƣơng thức ghộp kờnh phõn chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). OFDM là một kỹ thuật truyền dẫn đa súng mang cú nhiều tớnh ƣu việt và đang đƣợc ứng dụng trong rất nhiều cụng nghệ mạng khụng dõy mới. Trong đồ ỏn này đó nờu đƣợc cỏc khỏi niệm, mụ hỡnh hệ thống thu phỏt, cỏc phƣơng thức điều chế sử dụng trong OFDM. OFDM là nền tảng kỹ thuật cơ bản để phỏt triển hai cụng nghệ truy nhập OFDMA và SC-FDMA.
- Cuối cựng đồ ỏn tập trung vào hai phƣơng phỏp đa truy nhập OFDMA và SC- FDMA, đi sõu vào tỡm hiểu nguyờn lý xử lý tớn hiệu trong SC-FDMA và OFDMA để đƣa ra những ƣu nhƣợc điểm của hai hệ thống. Sử dụng những thụng số giả định để tỡm hiểu những thụng số về hiệu suất phổ, tỉ số lỗi tớn hiệu, xỏc suất lỗi và tỉ số cụng suất đỉnh trờn cụng suất trung bỡnh, từ đú làm rừ hiệu quả của hai phƣơng phỏp đa truy nhập trong LTE và ƣu điểm của SC-FDMA trong đƣờng lờn.
Mặc dự đó cú nhiều cố gắng nhƣng đồ ỏn khụng trỏnh khỏi cú những hạn chế nhất định. Em mong nhận đƣợc những ý kiến đúng gúp của cỏc thầy cụ giỏo để đồ ỏn cú thể hoàn thiện hơn.
Cuối cựng em xin gửi lời cảm ơn sõu sắc nhất tới cụ giỏo ThS. Lờ Tựng Hoa, ngƣời đó trực tiếp định hƣớng em lựa chọn đồ ỏn này đồng thời cũng là ngƣời đó tận tỡnh hƣớng dẫn em trong suốt quỏ trỡnh thực hiện và hoàn thành đồ ỏn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chõn thành tới cỏc thầy cụ giỏo trong bộ mụn Vụ tuyến – khoa Viễn thụng I, và cỏc bạn bố đó giỳp đỡ em trong quỏ trỡnh học tập và làm đồ ỏn.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 4 Truy nhập vụ truyến trong LTE
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Single Carrier FDMA -Hyung G. Myung and David J. Goodman
[2] LTE for UTMS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio access -Harri Holma and Antti Toskala
[3] Comparison of Single-Carrier FDMA vs. OFDMA as 3GPP Long-Term Evolution Uplink - Nima Soltani
[4]Peak-to-Average Power Ratio of Single Carrier FDMA Signals with Pulse Shaping - H. G. Myung, J. Lim, and J. Goodman,
[5] Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vụ tuyến – TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng [6] Truyền dẫn vụ tuyến số - Ths. Nguyễn Viết Đảm
[7] OFDMA System Analysis and Design-Samuel C. Yang
[8] Scheduling and Resource Allocation in OFDMA Wireless Systems-Jianwei Huang, Vijay Subramanian, Randall Berry, and Rajeev Agrawal
[9] LTE – The UMTS Long Term Evolution From Theory to Practice- Stefania Sesia
- Issam Toufik - Matthew Baker
Tham khảo ở một số trang web:
www.Thongtincongnghe.com www.Vntelecom.org
www.Tapchibcvt.gov.vn www.Tudiencongnghe.net