- Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 1 Đào Văn Thi – CB130620 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv MỤC LỤC. - Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động. - Các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết để phát triển hệ thống. - Mô hình hệ thống và các vấn đề tồn tại trong CoMP. - HỆ THỐNG LTE-ADVANCED. - Công nghệ LTE. - Công nghệ ODFM. - Công nghệ MIMO. - Công nghệ MIMO-OFDM. - 44 Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 2 Đào Văn Thi – CB . - Công nghệ chuyển tiếp Relay. - Công nghệ MIMO đa người dùng. - Công nghệ phản hồi CSI. - Hệ thống phối hợp truyền dẫn đa điểm. - CÔNG NGHỆ CoMP. - Khảo sát công nghệ tăng cường kết hợp thu phát đa điểm. - PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG CoMP. - Mô hình hệ thống CoMP. - 79 Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 3 Đào Văn Thi – CB . - 90 Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 4 Đào Văn Thi – CB130620 LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển không ngừng của xã hội đã đòi hỏi các mạng viễn thông ngày càng phát triển và hội tụ trên nền mạng chung với tốc độ cao và băng thông rộng. - Luận văn được xây dựng với bố cục như sau: Chương 1: Giới thiệu chung Chương này giới thiệu chung về lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động từ mạng thông tin di động thế hệ thứ nhất đến mạng thông tin di động thế hệ thứ 4 hay là LTE-Advanced và các vấn đề nghiên cứu, triển khai LTE-Advanced tại Việt Nam. - Chương 2: Hệ thống LTE-Advanced Chương này giới thiệu tổng quan về công nghệ LTE, tiến trình phát triển từ LTE lên hệ thống LTE-Advanced. - So sánh hệ thống LTE và LTE-Advanced, ưu nhược điểm và các kỹ thuật được sử dụng trong hệ thống LTE-Advanced. - Chương 3: Công nghệ CoMP Trong chương này giới thiệu mô hình hệ thống, mô hình toán học khi tăng cường thu phát đa điểm bằng việc sử dụng các thuật toán Scheduling và Precoding, nhằm tăng tốc độ truyền dữ liệu trong và đặc biệt ngoài biên của Cell, giảm nhiễu đa điểm, tăng hiệu suất phổ và giúp đảm bảo băng thông và chất lượng dịch vụ trên nền tảng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. - Chương 4: Phân tích hiệu suất và đánh giá hệ thống Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 5 Đào Văn Thi – CB130620 Giới thiệu về mô hình hệ thống CoMP, môi trường mô phỏng và đánh giá hệ thống CoMP, phân tích đánh giá các kết quả mô phỏng, từ đó phân tích về hiệu suất sử dụng CoMP trong hệ thống mạng thông tin LTE-Advanced. - Chương 5: Kết luận Đưa ra những kết luận về ưu nhược điểm khi sử dụng công nghệ CoMP trong hệ thống thông tin di động LTE-Advanced, đồng thời đề xuất những kiến nghị cho việc triển khai hệ thống LTE-Advanced ở Việt Nam và đưa ra các mục tiêu nghiên cứu tiếp theo. - Hà nội, ngày 15 tháng 10 năm 2015 Học viên thực hiện Đào Văn Thi Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 6 Đào Văn Thi – CB130620 CHƯƠNG 1. - Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động Với nhu cầu tăng trưởng không ngừng về tốc độ truyền dữ liệu, băng thông và sự kết nối tin cậy của người dùng trong hệ thống viễn thông, mạng thông tin đi động đã trải qua nhiều sự phát triển mang tính cách mạng trong nửa thế kỷ qua nhằm đáp ứng các yêu cầu đó. - Hình 1.1: Lịch sử phát triển mạng di động. - Mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) là một hệ thống tương tự đa truy nhập phân chia theo tần số. - Câu chuyện được bắt đầu vào năm 1960, khi một hệ thống điện thoại di động tương tự hai chiều được hoạt động bằng một trạm gốc (BS) công suất cao được đặt để sử dụng ở New York, Mỹ. - Tuy nhiên, tại thời điểm đó chỉ có 12 thiết bị người dùng (UE) có thể truy nhập vào hệ thống cùng lúc trong thành phố. - Mục đích của việc xây dựng một hệ thống di động là để cho phép nhiều thiết bị người dùng truy nhập hệ thống cùng lúc. - Hơn nữa, một khu vực rộng lớn được phủ sóng bởi rất nhiều các Cell với các trạm gốc BS được kết Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 7 Đào Văn Thi – CB130620 hợp cung cấp dịch vụ thông tin không dây để các thiết bị người dùng phân bố ngẫu nhiên trong vùng. - Đó là vào năm 1983, hệ thống dịch vụ điện thoại di động tiên tiến nổi tiếng (AMPS) thì được triển khai chính thức tại Mỹ, đánh dấu sự ra đời của mạng di động 1G. - Điều này cũng được chú ý rằng tại Nhật Bản cũng đưa ra một hệ thống 1G tương tự, được biết như là hệ thống MCS-L1. - Trong thập kỷ sau, một vài cải tiến nhỏ được thực hiện trên hệ thống 1G, chẳng hạn như việc thu hẹp các kênh tần số để phục vụ được nhiều hơn các thiết bị người dùng trong mỗi Cell. - Vào năm 1990, hệ thống AMPS của Mỹ được nâng cấp thành hệ thống AMPS số (DAMPS), hệ thống mà thông qua các công nghệ điều chế QPSK, phân chia tần số song công (FDD) và công nghệ TDMA băng hẹp. - Một hệ thống tương tự với DAMPS, loại mà được gọi là hệ thống di động số Thái Bình Dương (PDC), được triển khai ở Nhật Bản vào năm 1993. - Tuy nhiên, người nắm quyền thực sự mạng di động 2G lại đến từ châu Âu, đó là, hệ thống toàn cầu cho thông tin di động (GSM), trong đó tuyên bố đã đạt được một tỷ thuê bao trước năm 2005. - Hệ thống GSM đặc trưng bởi điều chế dịch khóa pha-tần số liên tục Gau-sơ được lọc, FDD, và công nghệ TDMA/FDMA băng rộng. - Để giữ tính cạnh tranh của hệ thống GSM, việc tăng cường dịch vụ vô tuyến gói dữ liệu chung (GPRS) được thiết kế chính cho việc truyền dữ liệu với chuyển mạch gói, được giới thiệu như một việc nâng cấp thành mạng GSM vào năm 2001. - Sau đó, hệ thống GSM phát triển để tăng cường tốc độ dữ liệu cho sự phát triển hệ thống GSM (EDGE), trong đó điều chế tương thích và mã hóa (AMC) được triển khai. - Hệ thống GSM với tăng cường GPRS hoặc EDGE có thể được xem như một mạng siêu 2G hoặc mạng 2.5G, và nó đã mở đường cho việc phát triển mạng di động thế hệ thứ ba (3G). - Mạng 2G khác đáng được nhắc đến là hệ thống truy nhập phân chia theo mã (CDMA) được đề xuất bởi công ty Qualcomm. - Chi tiết kỹ thuật được chụp trong đặc tính kỹ thuật IS-95A, loại mà được cập nhập lên IS-95B như một chuẩn của mạng di động 2.5G khác vào năm . - Sự phát triển của mạng hệ thống mạng đi động thế hệ thứ ba (3G) được bắt đầu vào năm 1997, khi hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU) công bố đề xuất kỹ thuật về thiết kế mạng 3G. - Mười năm đề xuất được nhận, bao gồm hệ thống băng rộng CDMA (WCDMA) từ châu Âu và Nhật Bản, CDMA2000 (băng hẹp CDMA, được cập nhập từ IS-95B) từ Mỹ, và TD-SCDMA từ Trung Quốc. - Đề cập ba đề xuất Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 8 Đào Văn Thi – CB130620 được đánh giá cẩn thận và cuối cùng được thông qua bởi ITU vào năm 2000. - Trong thực tế, 3GPP trước đó đã nhận ra rằng công nghệ IP không dây, đại diện là mạng cục bộ không dây (WLAN) và hệ thống WiMAX, có thể gây ra mối đe dọa nguy hiểm tới mạng di động truyền thống. - Bản phát hành đầu tiên của hệ thống LTE (LTE phát hành 8), cũng được biết như hệ thống siêu 3G hoặc 3.9G, được thực hiện năm 2009 và đã được triển khai trên toàn thế giới từ năm 2010. - Lý do tại sao hệ thống LTE phát hành 8 không được ghi nhận như một ứng cử viên hệ thống 4G đó là 3GPP muốn trình bày một giải pháp mạnh hơn hệ thống LTE phát hành 8 cho lĩnh vực 4G. - Cuối cùng, vào tháng 8 năm 2008 3GPP được mở một cuộc hội thảo ở Thâm Quyến - Trung Quốc, để thảo luận về mạng LTE phát hành 10 như là một hệ thống 4G ứng viên chính thức (3GPP 2010a), hệ thống cũng được tham chiếu cho hệ thống LTE-Advanced. - Mạng LTE-Adcanced tự hào với nhiều tính năng mong muốn, như khả năng tương thích ngược với hệ thống LTE, băng thông hệ thống rộng (ví dụ 100MHz), tốc độ đỉnh cao (ví dụ 1G cho hướng xuống, 500Mbps cho hướng lên), hỗ trợ tốt cho các dịch vụ khác nhau, và trải nghiệm người dùng tốt. - Các công nghệ chính của hệ thống LTE-Advanced bao gồm truyền dẫn OFDM, công nghệ nhiều đầu vào, nhiều đầu ra (MIMO), công nghệ phản hồi trạng thái thông tin kênh bít giới hạn, Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 9 Đào Văn Thi – CB130620 tăng cường thu phát đa điểm, tập trung sóng mang, đa truy nhập hướng lên với tỷ số công suất trung bình đỉnh thấp (PAPR), và quảng bá đa phương tiện và dịch vụ phát đa hướng (MBMS) (Parkvall 2008). - Giữa chúng, tăng cường thu phát đa điểm là một trong công nghệ lõi, loại mà có thể cải thiện băng thông cho biên Cell và tổng thể Cell của hệ thống [1, 2]. - Bảng 1: So sánh giữa các thế hệ di động Nội dung Thế hệ di động 1G 2G 2.5G 2.75G 3G 3.5G 3.75G 4G Năm Công nghệ truy nhập FDMA TDMA hoặc CDMA TDMA hoặc CDMA TDMA hoặc CDMA WCDMA CDMA-2000 TD-SCDMA WCDMA CDMA-2000 TD-SCDMA WCDMA CDMA-2000 TD-SCDMA OFDMA Dịch vụ hỗ trợ Thoại Thoại Thoại, data GPRS Thoại, data EDGE Thoại, data R99 Thoại, data Thoại, data Data Tốc độ dữ liệu NA NA 115.2 kbps 384 kbps 2048 kbps 14 Mbps 21.2 Mbps 20-100 Mbps Chuyển mạch CS CS CS PS CS PS CS PS CS PS CS PS PS Mạng thông tin di động thế hệ đầu tiên 1G Thế hệ điện thoại di động đầu tiên ra đời trên thị trường vào những năm 70-80. - Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM với các đặc điểm sau: Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 10 Đào Văn Thi – CB130620 - Phương thức truy nhập FDMA. - Mạng thông tin di động thế hệ thứ 2G (GSM) Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch số (Digital Circuit-Switched). - Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động ba lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản-SMS. - Hình 1.2: Cấu trúc mạng di động 2G. - Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 11 Đào Văn Thi – CB130620 Bảng 2: Tần số sử dụng trong mạng GSM 12 Hệ thống Băng Giản tần số Uplink (MHz) Giản tần số Downlink (MHz) 1 T-GSM T-GSM GSM GSM GSM GSM T-GSM GSM P-GSM E-GSM R-GSM T-GSM DCS PCS Hiện tại, mạng 2G của các nhà mạng tại Việt Nam và các thị trường chủ yếu dùng băng P-GSM-900 và DCS . - Mạng thông tin di động 2.5G Là thế hệ kết nối thông tin di động bản lề giữa 2G và 3G. - Chữ số 2.5G chính là biểu tượng cho việc mạng 2G được trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch theo kênh truyền thống. - Và tiến bộ duy nhất chính là GPRS - công nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyển dữ liệu được dùng Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 12 Đào Văn Thi – CB130620 bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM. - EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), hay còn gọi là EGPRS, là một công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS - cho phép truyền dự liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kbit/s dành cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm, 144kbit/s cho người dùng di chuyển với tốc độ cao. - Trên đường tiến đến 3G, EDGE được biết đến như là công nghệ 2.75G. - Chính vì thế, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như là thiết bị di động so với mạng GPRS [1, 15. - Hình1.3: Lộ trình phát triển của các công nghệ di động lên 4G. - Cuối năm 2004, điện thoại di động 3G đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường. - Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 13 Đào Văn Thi – CB130620 di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh. - Mạng 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. - Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập vô tuyến hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. - Điểm mạnh của công nghệ này so với 2G là cho phép truyền, nhận dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. - Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao, dung lượng của hệ thống lớn, tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác. - Có một loạt các chuẩn công nghệ di động 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS (dùng cả FDD lẫn TDD), CDMA2000 và TD-SCDMA… Bảng 3: Băng tần sử dụng trong mạng 3G Band ID Tên Uplink (MHz) Downlink (MHz) I UMTS II UMTS III UMTS IV UMTS V UMTS VI UMTS VII UMTS VIII UMTS IX UMTS X Extended UMTS Mạng thông tin di động 3.5 G Là hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), phát triển từ 3G và hiện đang được 166 nhà mạng tại 75 Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 14 Đào Văn Thi – CB130620 nước đưa vào cung cấp cho người dùng. - Nó đuợc kết hợp từ hai công nghệ kết nối không dây hiện đại HSPA và HSUPA, cho phép tốc độ truyền dẫn lên đến 7.2Mbp/s [1, 15. - Mạng thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) Cùng với sự phát triển của nhiều loại dịch vụ thoại, đã chiếm hầu hết lưu lượng các mạng thông tin di động. - Hệ thống 2G, 3G không đáp ứng được vấn đề này dẫn đến yêu cầu phải tăng dung lượng của hệ thống lên. - Hình 1.5: Dự báo lưu lượng dữ liệu di động toàn cầu 2010-2015. - Như chúng ta đã biết, theo mệnh đề Shannon, dung lượng C của hệ thống được tính theo công thức: C = Blog2 (1 + SINR) (1) Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 15 Đào Văn Thi – CB130620 SINR là tỉ số tín hiệu trên giao thoa cộng nhiễu, hay nói cách khác là công suất nhận được từ phía đầu thu từ tín hiệu cần đến chia cho công suất giao thoa cộng nhiễu. - B là băng thông của hệ thống tính theo Hz và C là dung lượng của hệ thống tính theo bít/giây. - Trong hệ thống thông tin di động, dung lượng C là tốc độ dữ liệu cực đại một Cell có thể đáp ứng và bằng với tổng tốc độ dữ liệu của tất cả các thiết bị di động trong Cell [1, 15]. - Có ba cách chính để tăng dung lượng của một hệ thống viễn thông suy ra từ phương trình (1). - Trong hệ thống mạng di động, dung lượng kênh là tốc độ dữ liệu lớn nhất mà một Cell đơn có thể đảm nhận. - Chỉ có một số lượng phổ vô tuyến được dùng để phục vụ cho mạng di động. - Cách thứ ba là cải thiện các công nghệ viễn thông mà chúng ta đang dùng. - Các bước tiến liên tục trong việc cải thiện công nghệ viễn thông là nguyên nhân chính ra đời LTE tiền thân mạng 4G. - Bên cạnh đó, với công nghệ VoIP (Voice over IP) các cuộc gọi thoại có thể chuyển qua mạng chuyển mạch gói. - Vì vậy, phát triển một hệ thống mới sẽ đơn giản và dễ hơn nhiều so với việc cải thiện nâng cấp hệ thống cũ [1, 15]. - Nghiên cứu công nghệ CoMP Page 16 Đào Văn Thi – CB130620 Tỉ số tín hiệu trên giao thoa nhiễu cộng nhiễu (dB) Hình 1.6: Dung lượng Shannon trong hệ thống viễn thông. - Điểm thay đổi khác biệt trong công nghệ 4G là chỉ sử dụng chuyển mạch gói mà không kết hợp giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói như công nghệ 3G. - Chuyển mạch kênh là công nghệ cũ đã được sử dụng trong các hệ thống điện thoại một thời gian dài. - Nhược điểm của công nghệ này là việc lưu trữ tin trong suốt thời gian kết nối. - Những công nghệ “đình đám” nổi lên gần đây như WiMAX 802.16m, Wibro, UMB, LTE, DVB-H…là những công nghệ Pre-4G (tiền 4G). - Công nghệ này hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, truyền hình hội nghị...WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz - 1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz. - Đây là sự lựa chọn đúng đắn bởi theo sự phân tích ở trên ta thấy rằng ở băng tần đã được cấp phép MHz) cho mạng 3G ở Việt Nam hiện tại mới chỉ có công nghệ WCDMA là đã sẵn sàng. - Các công nghệ khác, kể cả CDMA2000-1x EV-DO là chưa sẵn sàng ở đoạn băng tần này vào thời điểm hiện nay. - Công nghệ EV-DO sớm nhất cũng chỉ có khả năng có mặt ở băng tần MHz vào năm 2010 khi Rev.C được thương mại hoá. - Mặc dù một số nước trên thế giới cấp phép băng tần 3G theo tiêu chí độc lập về công nghệ (không gắn việc cấp băng tần với bất kỳ công nghệ nào) nhưng thực tế triển khai ở nhiều nước cho thấy trong băng tần MHz, công nghệ WCDMA/HSPA vẫn là công nghệ chủ đạo, Dung lượng kênh truyền
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt