1. 4.1 Kiến trúc truy nhập vô tuyến E-UTRAN
4.2.3 SER của tín hiệu SC-FDMA
Hiệu năng hệ thống SC-FDMA phụ thuộc khá nhiều vào các kiểu sắp xếp sóng mang, trong phần này sẽ tiếp tục mô phỏng đánh giá về đặc tính SER của hệ thống SC-FDMA mà cụ thể là so sánh giữa các kiểu sắp xếp sóng mang IFDMA, DFDMAvà LFDMA. Các thông số giả thuyết mô phỏng trong bài được cho như sau:
Kiểu điều chế mặc định là QPSK.
Độ dài CP = 20% độ dài FFT, TCP = 20%TFFT trong cấu trúc khung đường lên
loại một với CP mở rộng. Trong đó TFFT = 66.67µs và TCP = 16.7 µs Số sóng mang con mặc định là 512
Băng thông truyền dẫn là 5MHz
Bộ cân bằng miền tần số MMSE hoặc ZERO
Mô hình kênh đa đường theo 3GPP TS 25.104 cho người đi bộ với tốc độ di chuyển là 3km/h. Và cho phương tiện di chuyển với tốc độ 120km/h.
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 55
4.2.3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán SER
Chương 4: Mô phỏng đánh giá SC-FDMA
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 56
4.2.3.2. Mô phỏng SER dùng bộ cân bằng MMSE
Hình 4.17: SER trong các kiểu sắp xếp sóng mang của SC-FDMA với mô hình kênh cho người đi bộ (3km/h)
Hình 4.18: SER trong các kiểu sắp xếp sóng mang của SC-FDMA với mô hình kênh cho phương tiện di chuyển (120km/h)
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 57
4.2.3.2. Mô phỏng SER dùng bộ cân bằng ZERO
Hình 4.19: SER trong các kiểu sắp xếp sóng mang của SC-FDMA với mô hình kênh cho người đi bộ (3km/h)
Hình 4.20: SER trong các kiểu sắp xếp sóng mang của SC-FDMA với mô hình kênh cho phương tiện di chuyển (120km/h)
Chương 4: Mô phỏng đánh giá SC-FDMA
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 58
Từ các hình mô phỏng 4.16 đến hình 4.19 cho thấy kiểu sắp xếp sóng mang IFDMA có SER cao hơn các kiểu sắp xếp còn lại. Điều này có thể được giải thích là do IFDMA phát các kí hiệu của người dùng liên tục nhau do vậy nhạy cảm hơn với lỗi các kí hiệu, chỉ cần một ảnh hưởng nhỏ chẳng hạn như trễ cũng gây ra lỗi SER. Trong khi đó với hai kiểu sắp xếp còn lại. Các kí hiệu của người sử dụng người dùng dược phân bố trải đều trên băng thông khả năng chống pha đinh tốt hơn nên khả năng SER sẽ thấp hơn. SER trong mô hình kênh với tốc
độ đầu cuối di chuyển cao sẽ cao hơn trong mô hình đầu cuối di chuyển với tốc độ thấp.
4.3. Tổng kết chương
Qua kết quả mô phỏng, dựa trên các phân tích về lý thuyết và sơ đồ thuật toán ta có thể đánh giá được hiệu năng của lược đồ truyền dẫn SC-FDMA như so sánh PAPR giữa các kiểu sắp xếp sóng mang khác nhau hay với OFDM, đánh giá SER của hệ thống SC-FDMA với các kiểu bộ cân bằng và điều chế khác nhau.
Có thể thấy kỹ thuật SC-FDMA có lợi thế lớn cho phép nó được áp dụng trên đường lên của LTE là tỉ lệ PAPR thấp hơn so với OFDMA. Chương mô phỏng cũng cho thấy ảnh hưởng trong trường hợp tạo dạng xung cho tín hiệu, yêu cầu cần điều chỉnh hệ số Roll-off thích hợp. Ngoài ra việc đánh giá SER cho thấy được sự nhạy cảm với lỗi ký hiệu trong từng trường hợp sắp xếp sóng mang cúa SCFDMA.
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 59
KẾT LUẬN
Công nghệ LTE với khả năng truyền tải tốc độ cao, kiến trúc mạng đơn giản xây dựng dựa trên một mạng toàn IP, sử dụng băng tần hiệu quả và hoàn toàn tương thích với các hệ thống trước đó đang và sẽ trở thành hệ thống thông tin di động toàn cầu trong thời gian tới đây. Vì vậy các chủ đề nghiên cứu, tìm hiểu về LTE tuy không còn mới nhưng khá thiết thực và phù hợp với điều kiện viễn thông hiện tại trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
Kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA thay thế cho OFDMA áp dụng trên đường lên cho LTE, với các ưu điểm như: PAPR thấp hơn các tín hiệu OFDMA giúp làm tăng hiệu suất bộ khuyếch đại công suất điều này dẫn tới tăng vùng phủ và giảm chi phí máy đầu cuối. Kỹ thuật SC-FDMA với nhiều kiểu sắp xếp sóng mang khác nhau cho phép linh hoạt hơn trong các chế
độ, điều kiện truyền dẫn khác nhau. Đây là kỹ thuật hứa hẹn sẽ là lược đồ truyền dẫn lý tưởng
cho các hệ thống băng thông rộng trong tương lai không chỉ trong LTE mà còn trong các hệ thống khác.
Trong đồ án tập trung vào tìm hiểu kỹ thuật SC-FDMA trong 3GPP LTE, với nguyên lý hoạt động của hệ thống, các kiểu sắp xếp sóng mang khác nhau đó là IFDMA, DFDMA và
LFDMA đem lại linh hoạt cao trong truyền dẫn. Phân tích các đặc tính PAPR của tín hiệu với
tạo dạng phổ, so sánh giữa các sơ đồ truyền dẫn khác nhau như OFDM và DS/CDMA. Và cuối cùng đưa ra kiểu sắp xếp sóng mang lai giữa IFDMA và LFDMA để đạt thông lượng cao trong điều kiện đầu cuối di chuyển với tốc độ thấp và cao.
Đồ án đã trình bày lược đồ truyền dẫn SC-FDMA đã được chấp thuận trên đường lên 3GPP LTE với cấu trúc khung tổng thể trong miền thời gian và quá trình xử lý kênh truyền tải đường lên.
Trong phần mô phỏng xây dựng sơ đồ thuật toán để đánh giá hiệu năng của lược đồ truyền dẫn SC-FDMA như so sánh PAPR giữa các kiểu sắp xếp sóng mang khác nhau hay với OFDM. Đánh giá SER của hệ thống SC-FDMA với các kiểu bộ cân bằng và điều chế khác nhau.
Dựa trên các kết quả đạt được của đồ án các hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài là: - Nghiên cứu kỹ thuật SC-CFDMA cùng với các cơ chế lập lịch để cho thông lượng tốt
nhất trong điều kiện phục vụ cho cả đầu cuối di chuyển với tốc độ thấp và cao.
- Nghiên cứu kỹ thuật MIMO SC-FDMA để cải thiện hơn nữa dung lượng hệ thống mà vẫn đảm bảo tính chi phí, giá thành máy đầu cuối.
Thuật ngữ & từ viết tắt
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 60
THUẬT NGỮ & TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Viết đầy đủ Nghĩa
1G/2G/3G/4G 1st/2nd/3rd/4th Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 1/2/3/4
3GPP 3rd Generation Partneship Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba 3GPP2 3rd Generation Partneship Project 2 Đề án các đối tác thế hệ thứ ba - 2
A
ACK/NACK Acknowledgement/ Non- Acknowledgement
Công nhận/ Không công nhận ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng
B
BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bít
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái
C
CAZAC Constant Amplitude Zero Auto-Correlation
Tự tương quan bằng không biên độ không đổi
CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh CCDF Complementary Cumulative
Distribution Function
Hàm phân bố tích lũy bù CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CDS Channel Depend Schedule Lập lịch phụ thuộc kênh
CP Cyclic Prefix Tiền tố chu trình
CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh
D
DFDMA Distributed FDMA FDMA phân bố
DFTs-OFDM DFT spread OFDM OFDM trải phổ
DS-CDMA Direct Sequence-CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp
E
eNodeB E-UTRAN Node B Nút B của E-UTRAN
EPC Evolved packet Core Lõi gói phát triển
E-UTRA Evolved UTRA Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển
F
FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo tần số
G
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 61
Network EDGE
GP Guard Period
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS GSM Global System For Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
H
HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
HSDPA High Speed Downlink packet Access
Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao
HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HSS Home Subcriber Server Server thuê bao nhà
HSUPA High Speed Uplink packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao
I
IBI Inter – Block Interference Nhiễu liên khối ICI Inter-carrier Interference Nhiễu liên sóng mang
IFDMA Interleaved FDMA FDMA đan xen
IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMT-2000 International Mobile
Telecommunication 2000
Thông tin di động quốc tế 2000 ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên kí hiệu
L
LFDMA Localized FDMA FDMA nội vùng
LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn
M
MBMS Multimedia Broadcast Multicast Service
Dịch vụ quảng bá đa phương đa phương tiện
MME Mobile management Entity Thực thể quản lí di động
MMSE Minimum Mean Square Error Sai số bình phương trung bình cực tiểu
P
PAPR Peak to avegare Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình
PCRF Policy and Charing Rules Fuction Chức năng quy tắc tinh cước và chính sách
P-GW Packet Data Network – Gateway Cổng mạng dữ liệu gói
PS Pulse Shaping Tạo dạng xung
Thuật ngữ & từ viết tắt
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 62
Q
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quatrature phase Shift Key Khóa chuyển pha vuông góc
R
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RR Round Robin Quay vòng
RU Resource Unit Đơn vị tài nguyên
S
SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc mạng SC/FDE Single Carrier/ Frequency Domain
Equalizer
Đơn sóng mang/ bộ cân bằng miền tần số
SC-FDMA Single Carier – frequency Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang
SC-CFDMA Single Carrier – Code FDMA Đa truy nhập phân chia tần số mã đơn sóng mang.
SER Symbol Error Rate Tỉ lệ lỗi kí hiệu
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
T
TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian
TD-SCDMA Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ-phân chia theo thời gian
TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát
U
UE User Equipment Thiết bị người sử dụng
UPE User Plane Entity Thực thể mặt phẳng người sử dụng UMTS Universal Mobile
Telecommunications Systems
Hệ thống thông tin di động toàn cầu UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
W
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng
SVTH: Lê Thanh Bình LỚP: Đ08VTA1 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G”, NXB Bưu điện, 2/2010.
[2] Hyung G.Myung, “Single Carrier FDMA: A New Uplink Air Interface in 3GPP Long Term Evolution”, IEEE Wireless Communications Magazine, 27/2/2007.
[3] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, “3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband”, Published by Elsevier Ltd, 2007.
[4] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Skol and Perbeming, “3G Evolution HSPA and LTE for mobile Broadband”, ELSEVIER, 2007.
[5] Hyung G.Myung, “Single Carrier Orthogonal Multiple Access Technique for Broadband Wireless Communications”, Bell & Howell Information and Learning, January 2007.
[6] Hyung G.Myung, “Technical Overview of 3GPP LTE”, 18/2008. [7] Hyung G.Myung, “Single Carrier FDMA”, 18/2008.
[8] Hyung G.Myung, “Single Carrier Orthogonal Multiple Access Technique for Broadband Wireless Communications”, 2/ 2007.
[9] Abdul Samad Shaikh, Khatri Chandan Kumar, “Performance Evaluation of LTE Physical Layer Using SC-FDMA & OFDMA”, Blekinge Institute of Technology, 11/2010.
[10] Francesco Davide Calabrese,” Scheduling and Link Adaptation for Uplink SC-FDMA Systems”, Aalborg, Denmark, April 2009.
[11] Zuhanis Mansor, Andrew Nix, and Joe McGeehan, “PAPR Reduction for Single Carrier FDMA LTE Systems using Frequency Domain Spectral Shaping”, Centre for Communications Research, University of Bristol Merchant Venturers Building, 2011.
[12] 3GPP, “3GPP System Architecture Evolution”, 2007.
[13] 3GPP TSG RAN WG1, “Simulation Methodology for EUTRN UL: IFDMA and DFT- Spread-OFDMA”, Technical Document R1-051335, Nov 2005.
[14] Jin Xinzhu, “Channel Estimation Techniques of SC-FDMA”, Department of Physics and Electrical Engineering, Master’s Thesis, 2007.
Một số trang web [1] http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_42/Docs/ [2] http://www.dsplog.com/category/ofdm/ [3] http://www.vntelecom.org/ [4] http://www.quintillion.co.jp/3GPP/TSG_RAN/TSG_RAN2006 [5] http://www.3gpp.org/Highlights/LTE/LTE.htm