- 10 CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G/LTE-ADVANCED 12 1.1 Xu hướng phát triển lên hệ thống thông tin di động 4G/LTE-Advanced. - 12 1.2 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G/LTE – Advanced. - 16 1.3 Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống thông tin di động 4G/LTE-Advanced. - 54 3 3.1 Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy RSC. - 54 3.1.1 Mã tích chập hệ thống và không hệ thống. - 55 3.1.3 Bộ mã tích chập hệ thống đệ quy. - 65 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCED. - 67 4.2 Mô hình mô phỏng hệ thống thông tin di động 4G/LTE-Advanced. - 85 4.3 Thuật toán mô phỏng hệ thống. - 87 4.3.1 Flowchart tổng quát về cách điều chế tín hiệu trong hệ thống. - 89 4.3.4 Giải điều chế hệ thống. - 95 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 – Sơ đồ truy nhập trong hệ thống LTE. - 15 Hình 1.2 – Kiến trúc mạng LTE. - 16 Hình 1.3 – Sơ đồ khối của một SISO OFDM dựa trên hệ thống truyền dẫn LTE. - 21 Hình 1.4 - Sơ đồ khối của hệ thống MIMO-OFDM NRX – MTX dựa trên hệ thống LTE. - 22 Hình 2.1 - Máy phát đơn sóng mang. - 26 Hình 2.2 – Nguyên tắc FDMA. - 26 Hình 2.3 – Nguyên tắc đa sóng mang. - 26 Hình 2.4 – Tính trực giao của các sóng mang. - 27 Hình 2.5 – Cấu trúc khung loại 1. - 29 Hình 2.6 – Cấu trúc khung con loại 2 (cho chu kỳ chuyển đổi 5ms. - 31 Hình 2.7 - Cấu trúc khung chung của LTE. - 32 Hình 2.8 – Downlink resource gird. - 33 Hình 2.9 – Tín hiệu reference LTE được sắp xếp xen kẽ giữa các resource element. - 37 Hình 2.11 – Quá trình điều chế dữ liệu trong LTE. - 37 Hình 2.12 – Cấu trúc của mã hóa turbo với coding rate 1/3. - 38 Hình 2.13 – Cấu trúc bộ giải mã PCCC. - 41 Hình 2.14 – Sơ đồ mã hóa. - 41 Hình 2.15 – Sơ đồ giải mã. - 42 Hình 2.17 – Tín hiệu phát 16-QAM sử dụng mã hóa Gray và tín hiệu 16-QAM truyền qua kênh vô tuyến, SNR = 18 dB. - 43 Hình 2.18 – Tần IFFT, tạo tín hiệu OFDM. - 44 Hình 2.19 – Đáp ứng xung của kênh truyền fading chọn lọc tần số. - 45 Hình 2.20 – Tín hiệu khi không có khoảng bảo vệ. - 46 Hình 2.21 – Tín hiệu được chèn khoảng bảo vệ rỗng. - 46 Hình 2.22 – Khoảng bảo vệ có tính Cyclic Prefix. - 48 Hình 2.24 – Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở sử dụng kỹ thuật tương tự. - 49 Hình 2.25 – Tín hiệu tới anten thu theo L đường. - 51 Hình 2.26 – Cường độ tín hiệu thay đổi theo thời gian. - 52 Hình 3.1 – Bộ mã hóa tích chập hệ thống. - 55 Hình 3.2 – Bộ mã hóa tích chập không hệ thống. - 55 Hình 3.3 – Bộ tích chập đệ quy. - 56 Hình 3.4 – Bộ mã hóa RSC với r = 1/2, k = 3. - 57 Hình 3.5 – Cách thức kết thúc trellis ở bộ mã RSC. - 58 Hình 3.6 – Bộ mã hóa PCCC tổng quát. - 59 Hình 3.7 – Tổng quan các thuật toán giải mã. - 62 5 Hình 3.8 – Bộ giải mã lặp MAP. - 65 Hình 4.1 – Mô hình mô phỏng cho toolbox. - 67 Hình 4.2 – Kết quả mô phỏng số bit lỗi với chiều dài từ mã và số lần lặp khác nhau. - 68 Hình 4.3 – Uncoded BER validation of DL 2*2 Uncorrelated SISO channel. - 70 Hình 4.4 - Uncoded BER validation of DL 2*2 Uncorrelated MIMO channel. - 71 Hình 4.5 – Mô hình mô phỏng downlink của LTE. - 74 Hình 4.8 – The raw BER for diffirent channel estimation modes. - 75 Hình 4.9 – The raw BER for diffirent channel estimation modes. - 76 Hình 4.10 – Giải mã turbo code. - 78 Hình 4.13 – Đề xuất LTE Turbo code dựa trên ARP Interleaver vs. - 79 Hình 4.14 – Đề xuất LTE turbo code dựa trên QPP Interleaver vs. - 80 Hình 4.15 – Sơ đồ giải mã Turbo song song cải tiến. - 81 Hình 4.16 – So sánh các sơ đồ giải mã song song dùng Max-Log-MAP và sơ đồ giải mã Turbo dùng Log-MAP. - 81 Hình 4.17 – Chất lượng của các sơ đồ giải mã Turbo dùng Max-Log MAP với các lần lặp 8 và 18. - 85 Hình 4.20 – Mô hình SISO mô phỏng hệ thống LTE. - 85 Hình 4.21 – Mô hình MIMO 2x1 mô phỏng hệ thống LTE. - 86 Hình 4.22 – Lược đồ điều chế và giải điều chế tín hiệu OFDM. - 88 Hình 4.23 – Lược đồ điều chế và giải điều chế hệ thống MIMO-OFDM STBC. - 89 Hình 4.24 – Kết quả mô phỏng cho mô hình SISO với kênh AWGN điều chế 4QAM và 16QAM. - 90 Hình 4.25 – Kết quả mô phỏng cho mô hình MIMO 2x1 với kênh Rayleigh – AWGN điều chế BPSK, 4QAM và 16QAM. - 91 Hình 4.26 – Hiệu ứng doppler khi UE di chuyển với tốc độ 3Km/h với điều chế BSPK. - Trên thế giới hiện nay, hệ thống thông tin di động toàn cầu 2G GSM (Global System for Mobile Communications) được sử dụng rộng rãi trên nhiều quốc gia và nhiều vùng lãnh thổ. - Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã đưa ra hệ thống thông tin di động 3G, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 3.6Mbit/s hoặc 7.2Mbit/s. - Do đó, cần phải có một hệ thống thông tin di động 4G đáp ứng được nhu cầu truyền dữ liệu lớn, phục vụ được nhiều user tại cùng một thời điểm. - Các trang thiết bị không dây đáp ứng được các yêu cầu của mạng 1.2 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G/LTE – Advanced. - Hình 1.1 – Sơ đồ truy nhập trong hệ thống LTE Dung lượng mạng lớn cũng đòi hỏi một kiến trúc mạng hiệu quả ngoài những tính năng nâng cao về vô tuyến. - Sự phát triển kiến trúc hệ thống được minh họa như trong hình vẽ. - Kết hợp sóng mang - Tăng cường đa truy nhập đường lên - Tăng cường nhiều anten truyền 1.3 Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống thông tin di động 4G/LTE-Advanced 1.3.1 OFDM Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Othorgonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) đã được phát triển thành hệ thống thông tin thông dụng, ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin tốc độ cao. - OFDM được xem là kỹ thuật tương lai của các hệ thống thông tin vô tuyến. - Hình 1.3 – Sơ đồ khối của một SISO OFDM dựa trên hệ thống truyền dẫn LTE 1.3.2 MIMO MIMO (Multiple Input and Multiple Output), là một kỹ thuật anten thông minh dựa trên việc sử dụng nhiều anten cùng để phát và nhiều anten cùng để thu để nâng cao hiệu suất truyền thông tin vô tuyến. - 24 1.4 Kết luận chương 1 Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G/ LTE – Advanced, và hai kỹ thuật chính được sử dụng trong LTE-Advanced: OFDM và MIMO. - Với việc sử dụng phương pháp điều chế biên bộ cầu phương (QAM- Quadrature Amplitude Modulation), máy phát có thể điều chỉnh để tạo số bit mong muốn truyền trên một kí hiệu điều chế Với công nhệ truy nhập phân chia theo tần số, các người dùng khác nhau sẽ sử dụng các sóng mang khác nhau hay còn được gọi là các sóng mang con (subcarrier) như hình hình vẽ dưới, để truy nhập đồng thời vào hệ thống có sự điều chế dữ liệu của mình xung quanh các tần số trung tâm khác nhau. - Hình 2.17 – Tín hiệu phát 16-QAM sử dụng mã hóa Gray và tín hiệu 16-QAM truyền qua kênh vô tuyến, SNR = 18 dB 2.6 Tầng chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian OFDM là kỹ thuật điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được truyền song song nhờ rất nhiều sóng mang con. - Có thể sử dụng một kỹ thuật điều chế sóng mang cao tần như sau: Hình 2.24 – Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở sử dụng kỹ thuật tương tự 2.9 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền Trong thông tin vô tuyến, đặc điểm của kênh truyền có tầm quan trọng rất lớn vì chúng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng truyền dẫn và dung lượng hệ thống. - Đó là cơ sở cho mô hình mô phỏng bằng Matlab, từ đó đề xuất ra hướng giải quyết nâng cao hiệu suất truyền tín hiệu trong hệ thống LTE. - Tổ chức chuẩn hóa thế hệ mạng thông tin di động thứ 3 đã đưa ra khuyến cáo sử dụng mã turbo code PCCC để sử dụng cho hệ thống thông tin di động 4G công nghệ LTE. - 3.1 Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy RSC Trong bộ mã turbo code sử dụng một bộ mã tích chập đặc biệt: mã tích chập hệ thống đệ quy ( Recursive Systematic Convolutional Code_RSC. - Sơ đồ của bộ mã tích chập hệ thống như hình vẽ: 55 Hình 3.1 – Bộ mã hóa tích chập hệ thống Đối với mã chập hệ thống thì ta có thể dễ dàng xác định từ mã ở ngõ ra hơn so với mã chập không hệ thống. - Do cấu trúc như vậy nên yêu cầu của bộ mã hóa và giải mã ít phức tạp hơn so với mã không hệ thống. - Sơ đồ của bộ mã chập không hệ thống như hình vẽ: Hình 3.2 – Bộ mã hóa tích chập không hệ thống 3.1.2 Mã tích chập đệ quy và không đệ quy Mã tích chập đệ quy có từ mã ở ngõ ra được đưa hồi tiếp trở lại dãy tin đầu vào. - 3.1.3 Bộ mã tích chập hệ thống đệ quy Để mô tả bộ mã hóa mã chập người ta đưa ra các thông số của bộ mã hóa như sau: (n, k, K) trong đó k: số đầu vào, n: số đầu ra, K: chiều dài constraint lengths (số ngăn lớn nhất trên thanh ghi). - Ví dụ xét một hệ thống sử dụng tín hiệu đường dây là bipolar NRZ với biên độ là ± 1V. - Các bộ mã thành phần có thể khác nhau, tốc độ mã khác nhau nhưng có cùng cỡ khối bit ngõ vào là k, các chuỗi mã hoá ngõ ra bao gồm một chuỗi hệ thống (chuỗi bit vào). - Do mô phỏng hệ thống thông tin bằng Matlab chỉ dùng thuật toán MAP nên ta chỉ đề cập đến thuật toán MAP. - 65 Hình 3.8 – Bộ giải mã lặp MAP Giải thuật giải mã được thực hiện như sau: 1. - 67 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCED 4.1 Khảo sát các công trình nghiên cứu có liên quan Hiện tại, các tác giả [16] đã chọn các thông số kỹ thuật của LTE UMTS cho mô hình mô phỏng hệ thống với sơ đồ mô phỏng được giới hiệu ở hình vẽ dưới đây. - Hình 4.1 – Mô hình mô phỏng cho toolbox Kết quả mô phỏng: Với mô hình mô phỏng này, chủ yếu toolbox mô phỏng kết quả chạy mã Turbo code được sử dụng trong hệ thống thông tin LTE. - Kết quả mô phỏng: Hình 4.13 – Đề xuất LTE Turbo code dựa trên ARP Interleaver vs. - Nhận xét: bài báo hoàn toàn mới, đánh giá về thay đổi nhỏ trong bộ mã hóa turbo code của hệ thống LTE. - Cavallaro, [13] nghiên cứu về kiến trúc giải mã turbocode đa luồng cho hệ thống không dây 4G trong đó có LTE. - 4.3 Thuật toán mô phỏng hệ thống 4.3.1 Flowchart tổng quát về cách điều chế tín hiệu trong hệ thống 88 Hình 4.22 – Lược đồ điều chế và giải điều chế tín hiệu OFDM 4.3.2 Điều chế M-QAM 89 Dữ liệu nhị phân trước khi đưa đến bộ điều chế, được tiến hành mã hóa QAM. - Trong chương trình, các hệ thống có thể điều chế QAM theo 3 cách là BPSK, 4QAM hoặc 64QAM. - Điều chế hệ thống nhất của quá trình xử lý tín hiệu. - 4.3.4 Giải điều chế hệ thống Giải điều chế hệ thống ngược lại với các bước điều chế hệ thống. - Và mô hình đó là cơ sở để phát triển lên mô hình MIMO cho hệ thống LTE
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt