Đồng bộ tín hiệu đường lên và đa truy nhập trong mạng LTE.

- Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của chính bản thân.
- Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết của mình, không sao chép từ bất kỳ một công trình nào khác.
- Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này.
- Tác giả luận văn: Vũ Huy Cường Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 2 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, ngành viễn thông trong thời gian qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng.
- Cho đến nay, hệ thống thông tin di động thế hệ 3G hay 3.5G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các doanh nghiệp viễn thông đã tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term Evolution).
- Mạng LTE sử dụng nhiều kỹ thuật truy cập, trong đó, SC-FDMA là kỹ thuật truy nhập được thừa hưởng những lợi thế của OFDMA và SC/FDE và được chọn làm kỹ thuật đa truy nhập đường lên trong LTE.
- Trên cơ sở nghiên cứu kỹ thuật truy nhập SC-FDMA, em đã hoàn thiện đề tài tốt nghiệp của mình là “Đồng bộ tín hiệu đường lên và đa truy nhập trong mạng LTE”.
- Công nghệ LTE và kỹ thuật truy nhập vô tuyến trong mạng LTE.
- Kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA.
- Đồng bộ tín hiệu đường lên và đa truy nhập trong mạng LTE.
- Tác giả luận văn: Vũ Huy Cường Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- CÔNG NGHỆ LTE VÀ CÁC KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG MẠNG LTE.
- 11 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE.
- 11 1.1.1 Đặc điểm của công nghệ LTE.
- 11 1.1.2 Cấu trúc mạng LTE.
- 28 1.2 Kỹ thuật truy nhập vô truyến trong mạng LTE.
- 31 1.2.1 Kỹ thuật OFDMA.
- 31 1.2.2 Kỹ thuật SC-FDMA.
- KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP SC-FDMA.
- 46 2.1 Nguyên lý đa truy nhập SC-FDMA.
- 46 2.1.2 Hệ thống đơn sóng mang với bộ cân bằng miền tần số SC/FDE.
- 47 2.1.3 Nguyên lý truyền dẫn SC-FDMA.
- 59 2.1.5 Biểu diễn các tín hiệu SC-FDMA miền thời gian.
- SC-FDMA và OFDMA.
- SC-FDMA và DS-CDMA/FDE.
- 78 CHƢƠNG III ĐỒNG BỘ TÍN HIỆU ĐƢỜNG LÊN VÀ ĐA TRUY NHẬP TRONG MẠNG LTE.
- 79 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 4 3.1.
- Đồng bộ tín hiệu trong SC-FDMA.
- 84 3.2 Đa truy nhập trong mạng LTE.
- 89 3.2.2 Thông tin hệ thống.
- 116 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 5 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn.
- 16 Hình 2.2 Cấu trúc bộ thu và phát của SC/FDE và OFDM.
- 49 Hình 2.3 Sự khác nhau giữa hai hệ thống SC/FDE và OFDM trong tiến trình tách sóng và kí hiệu điều chế.
- 50 Hình 2.4 Cấu trúc bộ phát và thu của SC-FDMA và OFDMA.
- 51 Hình 2.5 Minh họa việc chèn CP.
- Thuộc tính đơn sóng mang của SC-FDMA.
- 55 Hình 2.7 PAPR của SC-FDMA và OFDMA.
- 56 Hình 2.8 PAPR với các kiểu điều chế khác nhau.
- Sơ đồ tạo dạng phổ cho tín hiệu SC-FDMA.
- 57 Hình 2.10 Phân bố PAPR với hệ số.
- 58 Hình 2.11.
- 59 Hình 2.12 Sắp xếp các sóng mang (a) LFDMA và (b) DFDMA.
- 60 Hình 2.13 Hai phương pháp cấp phát cho các người dùng (3 người dùng, 12 sóng mang, 4 sóng mang/ người dùng.
- 60 Hình 2.14 Minh họa sắp xếp sóng mang theo các kiểu sắp xếp của SC-FDMA.
- 61 Hình 2.15 Các kí hiệu truyền dẫn SC-FDMA trong miền thời gian.
- 67 Hình 2.16 Biên độ các kí hiệu SC-FDMA.
- 67 Hình 2.17.
- PAPR của các tín hiệu SC-FDMA.
- 68 Hình 2.18.
- SC-FDMA và OFDMA với sự khác nhau trong bộ thu và các kí hiệu.
- 69 Hình 2.19: So sánh giữa OFDMA và SC-FDMA với việc phát các kí hiệu QPSK.
- 70 Hình 2.20: SER của SC-FDMA và OFDMA.
- 71 Hình 2.21.
- Hệ thống DS-CDMA.
- 72 Hình 2.22.
- 73 Hình 2.23.
- Lập lịch hệ thống SC-FDMA.
- 74 Hình 2.24.
- 75 Hình 2.25 Kiểu sắp xếp sóng mang SC-CFDMA.
- 76 Hình 2.26.
- Hệ thống SC-CFDMA.
- 77 Hình 2.27.
- 77 Hình 2.28 Thông lượng người sử dụng theo các kiểu sắp xếp khác nhau.
- 78 Hình 3.1 Những phần giống nhau của ký tự OFDM.
- 79 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 6 Hình 3.2 Ngõ ra của bộ tương quan.
- 80 Hình 3.3 Ngõ ra bộ tương quan được lấy trung bình trên 20 ký tự OFDM.
- 80 Hình 3.4 Đồ thị thời gian của 1()M và 2()M.
- 83 Hình 3.5 Đồ thị thời gian của 12.
- 83 Hình 3.6 Vị trí tiền tố lặp CP.
- 87 Hình 3.7 Khung OFDM.
- 89 Hình 3.8 Vị trí miền thời gian của PSS và SSS cho FDD và TTD.
- 90 Hình 3.9 Định nghĩa và cấu trúc của PSS.
- 92 Hình 3.10: Định nghĩa và cấu trúc của SSS.
- 93 Hình 3.11 Mã hóa kênh và lập bản đồ khung cho các kênh vận chuyển BCH.
- 96 Hình 3.12.
- 97 Hình 3.13: Ví dụ về lập bản đồ của các SIB tới SIs.
- 100 Hình 3.14.
- 102 Hình 3.15.
- 104 Hình 3.16 Minh hoạ nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngẫu nhiên.
- 106 Hình 3.17 Định thời tiền tố tại eNodeB cho các người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau.
- 107 Hình 3.18 Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên.
- 108 Hình 3.19 Phát hiện tiền tố truy nhập trong miền tần số.
- 109 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 7 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE Bảng 1.2 Các băng tần vận hành E-UTRAN.
- 36 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 8 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A ACK/NACK Acknowledgement/ Non-Acknowledgement Công nhận/ Không công nhận B BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bít C CAZAC Constant Amplitude Zero Auto-Correlation Tự tương quan bằng không biên độ không đổi CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh 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 C-RNTI Cell Radio Network Temporary Identifier Số nhận dạng ô tạm thời 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 GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS H HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt 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 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 9 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 khoanh 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 PSR Packet Success Ratio Tỷ lệ gói thành công PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên vật lý 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 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 10 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.
- SGSN Serving GPRA 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 UL-SCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên UPE User Plane Entity Thực thể mặt phẳng người sử dụng 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 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 11 CHƢƠNG I CÔNG NGHỆ LTE VÀ CÁC KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG MẠNG LTE LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển.
- Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE).
- Nội dung chương này sẽ trình bày giới thiệu về đặc điểm của công nghệ LTE, cấu trúc mạng LTE và các kỹ thuật truy nhập vô tuyến trong mạng LTE.
- Giao diện không gian và các thuộc tính liên quan của hệ thống LTE được tóm tắt trong bảng dưới đây: Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE Băng tần 1.25 – 20 MHz Song công FDD, TDD, bán song công FDD Di động 350 km/h Đa truy nhập Đường xuống OFDMA Đường lên SC-FDMA MIMO Đường xuống: 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4 Đường lên: 1 x 2, 1 x 4 Tốc độ dữ liệu đỉnh Đường xuống: 173 và 326 Mb/s tương ứng với cấu Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 12 trong 20MHz hình MIMO 2 x 2 và 4 x 4 Đường lên: 86Mb/s với cấu hình 1 x 2 Điều chế QPSK,16 QAM và 64 QAM Mã hóa kênh Mã tubo Các công nghệ khác Lập biểu chính xác kênh Liên kết thích ứng Điều khiển công suất ICIC và ARQ hỗn hợp Mục tiêu của LTE là cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các gói dữ liệu được tối ưu ,công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt khi triển khai.
- Tăng tốc độ truyền dữ liệu: Trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326 Mb/s với cấu hình 4x4 MIMO (multiple input multiple output) trong vòng 20 MHz băng thông.
- Ngoài viêc cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh hệ thống LTE còn cung cấp hiệu suất phổ cao hơn từ 2 đến 4 lần của hệ thống HSPA phiên bản 6.
- Dải tần co giãn đƣợc: Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở rộng từ 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz và 20MHz cả chiều lên và xuống.
- Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển: LTE tối ưu hóa hiệu suất cho thiết bị đầu cuối di chuyển từ 0 đến 15 km/h, vẫn hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm đi một ít) khi di chuyển từ 15 đến 120 km/h, đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống vẫn duy Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 13 trì được kết nối trên toàn mạng tế bào, chức năng hỗ trợ từ 120 đến 350 km/h hoặc thậm chí là 500 km/h tùy thuộc vào băng tần.
- Sâu xa hơn, phần lớn công việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại sang hệ thống toàn IP.
- Điều Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 14 này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
- OFDMA, SC-FDMA và MIMO đƣợc sử dụng trong LTE: Hệ thống này hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA và SC-FDMA.
- Giảm chi phí: Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu được chi phí trong khi vẫn duy trì được hiệu suất nhằm đáp ứng được cho tất cả các dịch vụ.
- Các vấn đề đường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí, chính vì vậy không chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lý cũng cần xác định rõ, ngoài ra một số vấn đề cũng được yêu cầu như là độ phức tạp thấp, các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng.
- Bảng 1.2 Các băng tần vận hành E-UTRAN Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 15 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 16 1.1.2.
- Mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng người dùng Hình 1.1 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ (QoS) và độ trễ tối thiểu.
- Điều này hoàn toán trái ngược với nhiều nút mạng trong kiến trúc mạng phân cấp hiện hành của hệ thống 3G.
- Một số ích lợi của một nút duy nhất trong mạng truy nhập là giảm độ

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt