Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE

- Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE NGUYỄN THỊ MỸ LỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- NGUYỄN THỊ MỸ LỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN KHI TĂNG CƯỜNG D2D TRONG MẠNG LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2014B Hà Nội – Năm 2017 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Trang phụ bìa BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- NGUYỄN THỊ MỸ LỆ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN KHI TĂNG CƯỜNG D2D TRONG MẠNG LTE Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.
- NGUYỄN NGỌC VĂN Hà Nội – Năm 2017 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn : NGUYỄN THỊ MỸ LỆ Đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN KHI TĂNG CƯỜNG D2D TRONG MẠNG LTE.
- NGUYỄN NGỌC VĂN NGUYỄN THỊ MỸ LỆ CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE LỜI CAM ĐOAN Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô trong Viện Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo ra một môi trường thuận lợi về cơ sở vật chất cũng như về chuyên môn trong quá trình tôi thực hiện đề tài.
- Tác giả Nguyễn Thị Mỹ Lệ Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 1 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.
- Nghiên cứu công nghệ LTE.
- Kiến trúc mạng LTE.
- Ưu nhược điểm và giải pháp công nghệ LTE.
- Xu hướng công nghệ.
- Công nghệ OFDM và OFDMA.
- Công nghệ MIMO.
- Công nghệ trạm lặp.
- Công nghệ CoMP.
- Nội dung nghiên cứu.
- 34 CHƯƠNG 2: TĂNG CƯỜNG D2D TRONG MẠNG LTE.
- Mô hình hệ thống khi tăng cường D2D.
- Chuẩn 3GPP cho công nghệ D2D trong LTE.
- Các khối chức năng D2D trong mạng LTE.
- Quản lý tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D.
- Tài nguyên vô tuyến khi chưa tăng cường D2D.
- 60 CHƯƠNG 3: TỐI ƯU TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN KHI TĂNG CƯỜNG D2D TRONG LTE.
- 61 Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 2 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE 3.1.
- Tối ưu tài nguyên vô tuyến.
- Tối ưu điều khiển công suất.
- Điều khiển tối ưu công suất cho các UE.
- 74 3.4.2.1 Tối ưu điều khiển công suất.
- 83 3.4.4.1 Không sử dụng lại tài nguyên.
- 83 3.4.4.1 Sử dụng lại tài nguyên.
- H Hermitian HH Ma trận đường chéo kích IK Ma trận đơn vị bậc K IN 0N Vec tơ không 0N hi,j Phần tử i,j của ma trận H h1,1 Tập ma trận kích thước M, CMxN N với giá trị phức CM M Vùng dung lượng kênh đa CMAC truy nhập CMAC Vùng dung lượng kênh CBC quảng bá CBC Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 9 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1.
- Các thông số mô phỏng chính 74 Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 10 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.
- Công nghệ đa ăng -ten 30 Hình 1.9.
- Công nghệ trạm lặp 31 Hình 1.11.
- Công nghệ phối hợp truyền dẫn đa điểm CoMP 32 Hình 2.1 Mô hình chung truyền thông D2D 38 Hình 2.2.
- 55 Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 11 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 2.15.
- So sánh các thuật toán điều khiển công suất: các đường cong CDF của SINR và công suất 83 Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 12 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 3.14.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 13 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE PHẦN MỞ ĐẦU Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây, gửi tin nhắn và các cuộc gọi có hình ảnh.
- Băng thông rộng dành cho di động hiện đang trở thành hiện thực bởi cơn sốt công nghệ mạng LTE [6].
- Song song với sự phát triển của công nghệ 4G, bám theo xu hướng ứng dụng của các nhà khai thác, các nhà cung cấp ứng dụng quản lý vận hành khai thác mạng, ứng dụng phát triển dịch vụ, thiết kế qui hoạch mạng cũng đang tiến hành nghiên Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 14 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE cứu xây dựng các hệ thống ứng dụng sẵn sang cho việc xây dựng mới, khai thác và quản lý mạng LTE.
- Do vậy, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE ” là hết sức cần thiết.
- Nội dung luận văn gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tăng cường D2D trong mạng LTE Chương 3: Tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Chương 4: Kết luận và hướng phát triển Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu về tối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE.
- Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để luận văn của tôi được hoàn thiện Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 15 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE hơn.
- Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 20 tháng 8 năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Mỹ Lệ Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 16 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1.
- LTE là công nghệ có khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ liệu nhanh, cho phép các nhà khai thác có thể phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng hoàn toàn IP với: tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ thấp và công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu [20].
- Thống kê tốc độ phát triển của thuê bao di động Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 17 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE 1.1.2.
- Kiến trúc mạng LTE Mạng LTE là mạng hội tụ nhiều công nghệ hiện có và đang phát triển như 2G, 3G, WiMAX, WiFi… để cung cấp một kết nối vô tuyến theo đúng nghĩa rộng khắp, mọi lúc, mọi nơi.
- Hệ thống máy chủ thuê bao thường trú Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu cải tiến (E-UTRAN) Bao gồm các NodeB được cải tiến (eNodeB).
- Là điểm quyết định giao thức vô tuyến đền thiết bị di động và hoạt động như một khối Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 18 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE chuyển tiếp dữ liệu giữa kết nối vô tuyến và kết nối IP tương ứng đến EPC [22].
- Quản lý kết nối vô tuyến.
- Thu và truyền dẫn trên giao diện vô tuyến.
- Quản lý động tài nguyên vô tuyến với hướng lên và hướng xuống, thiết lập chương trình gói dữ liệu - Quản lý di động.
- USIM có cơ sở là một ứng dụng được lập trình trên một thẻ mạch tích hợp Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 19 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE toàn cầu đảm bảo khả năng tích hợp và bảo mật thông tin cá nhân cho việc bảo vệ truyền dẫn qua giao diện vô tuyến.
- Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 20 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 1.4.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 21 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE 1.2.
- Ưu nhược điểm và giải pháp công nghệ LTE 1.2.1.
- Truyền tải đa dịch vụ Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 22 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Theo truyền thống, các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng giao diện TDM (T1/E1) hoặc vi ba cho backhaul 2G/3G kết nối tới trung tâm chuyển mạch điện thoại di động MTSO (Mobile Telephone Switching Office) và gần đây là mạng backhaul Ethernet.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 23 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 1.6.
- Hội tụ Backhaul/backbone Trong các mạng di động đang tồn tại, các bộ điều khiển trạm gốc (BSC đối với mạng 2G và RNC đối với các mạng 3G) thực hiện việc quản lý tài nguyên vô tuyến và các chức năng quản lý tính di động.
- Mạng đường trục backbone không được tham gia và Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 24 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE có thể có các chức năng riêng mà chủ yếu được sử dụng cho kết nối giữa các MTSO như thể hiện trong Hình 2.
- Ở đây, việc sử dụng VPLS hay IP VPNs có thể giúp đơn giản Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 25 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE hóa hoạt động và tiết kiệm chi phí.
- Bảo mật Nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động bảo vệ tính toàn vẹn dữ liệu di động và dữ liệu thuê bao bằng cách ngăn chặn các thực thể không được nhận thực và các tùy Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 26 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE chọn mã hóa và xác thực.
- Khó khăn về đầu tư hạ tầng Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 27 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Các nhà mạng tại Việt Nam đang thử nghiệm hai băng tần là 1.800 MHz và 2.600 MHz.
- Xu hướng công nghệ Có ba xu hướng công nghệ có thể tiếp cận nghiên cứu ứng dụng cho hệ thống thông tin di động thế hệ mới.
- Xu hướng thứ hai là xu hướng nghiên cứu phát triển mạng LAN vô tuyến.
- Sự phát triển rộng khắp của WiFi được bắt đầu từ năm 2005 cho các máy tính xách tay và Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 28 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE các thiết bị hỗ trợ cá nhân.
- Trong các doanh nghiệp, tín hiệu thoại được truyền đi bởi công nghệ thoại qua mạng LAN vô tuyến.
- Một số công nghệ tiên tiến được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu sử dụng trong mạng thế hệ mới 4G được mô tả như sau: 1.2.3.1.
- Công nghệ OFDM có thể khai thác miền thời gian, miền không gian, miền tần số và thậm chí cả miền mã để tối ưu hoá việc sử dụng kênh vô tuyến.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 29 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Công nghệ đa truy nhập phân tần trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) [24] cho phép đa truy nhập bằng cách cung cấp cho mỗi người dùng một phần trong số sóng mang có sẵn, bằng cách này OFDMA tương tự như phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, tuy nhiên công nghệ này không cần có dải phòng vệ lân cận rộng như trong FDMA.
- Ứng dụng công nghệ OFDMA có thể làm tăng đáng kể thông lượng cho hệ thống thông tin di động.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 30 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 1.9.
- Công nghệ trạm lặp Công nghệ trạm lặp (Relay) sử dụng hệ thống các trạm lặp trong mạng di động nhằm mục đích giảm khoảng cách ở giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối (nút đích UE) [29].
- Hình 1.10.
- Công nghệ trạm lặp 1.2.3.4.
- Công nghệ CoMP Công nghệ phối hợp truyền dẫn đa điểm CoMP (Coordinated Multi-Point Transmission), phối hợp truyền thông tin từ một nút nguồn tới một số nút chuyển tiếp (trạm lặp), các trạm lặp chuyển tiếp tín hiệu đã được xử lý tới nút đích, tại nút Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 31 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE đích kết hợp và sử dụng phân tập tín hiệu thu được từ các trạm lặp và từ nút nguồn để nhận được tín hiệu thu.
- Trong khi đó, theo những số liệu thống kê của hãng nghiên cứu thị trường viễn thông Ovum, tính đến hết quý 2/2016, công nghệ 4G LTE đã có tổng cộng 1,45 tỷ thuê bao, chiếm thị phần 19,44% trong tổng số 7,46 tỷ thuê Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 32 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE bao di động trên toàn cầu.
- Nội dung nghiên cứu Là một trong những hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo, 3GPP LTE cam kết cung cấp các công nghệ để tăng tốc độ dữ liệu và dung lượng hệ thống.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 33 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Công nghệ truyền thông D2D (Device To Device) là một thành phần của hệ thống LTE.
- Từ đó, Luận văn nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D, để làm được điều này, kỹ thuật điều khiển công suất và cấp phát tài nguyên là hai kỹ thuật chủ đạo để giảm nhiễu và tăng hiệu quả sử dụng phổ tài nguyên qua đó nâng cao dung lượng và hiệu quả của hệ thống.
- Kết quả của luận văn sẽ được mô hình tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường giao tiếp D2D trên cơ sở đánh giá hiệu quả của việc tối ưu điều khiển công suất và cấp phát tài nguyên nhằm tối ưu dung lượng Cell trong hệ thống LTE.
- Nêu lên các công nghệ của mạng LTE nhằm thực hiện mục tiêu mở rộng dung lượng hệ thống, tối ưu hóa nguồn tài nguyên vô tuyến, tăng tốc độ truyền dữ liệu, hạn chế nhiễu cho hệ thống thông tin di động mới, đáp ứng nhu cầu về số lượng, chất lượng dịch vụ di động đang ngày một gia tăng của người sử dụng.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 34 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Trong chương này luận văn cũng phân tích những yêu cầu kỹ thuật khi tăng cường D2D trong hệ thống LTE đặc biệt là một số tồn tại liên quan đến quản lý cấp phát tài nguyên, hạn chế nhiễu, tối ưu điều khiển công suất…của các công trình nghiên cứu kết hợp công nghệ D2D vào mạng di động LTE.
- Từ đó đã nêu bật những nội dung chính sẽ được tập trung nghiên cứu và trình bày trong luận văn, cũng như mục đích lựa chọn thực hiện nội dung luận văn “Tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE”.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 35 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE CHƯƠNG 2 TĂNG CƯỜNG D2D TRONG MẠNG LTE 2.1.
- Công nghệ giao tiếp D2D cho phép người sử dụng thiết bị hoạt động trên mạng di động thế hệ mới có thể trao đổi dữ liệu dễ dàng với nhau trong khoảng cách gần.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 36 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Đầu tiên, người dùng di động có thể trải nghiệm tốc độ cao dữ liệu và độ trễ thấp, tiết kiệm năng lượng và năng lượng vì các thông tin liên lạc tầm ngắn trực tiếp và điều kiện truyền có khả năng thuận lợi của nó.
- Mô hình hệ thống khi tăng cường D2D 2.2.1.
- Các nhà cung cấp dịch vụ có thể nâng cấp chức năng D2D để đáp ứng cho mạng địa phương như một sân vận động hoặc một trung Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 37 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE tâm lớn bằng cách cho phép truyền trực tiếp giữa các điện thoại di động và các thiết bị khác.
- Một số công trình gần đây về D2D trong hệ thống di động đã đưa kết quả về vấn đề quản lý can thiệp và phân bổ tài nguyên vô tuyến cũng như thiết lập phiên truyền thông và quy trình quản lý.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 38 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 2.2.
- Chuẩn 3GPP cho công nghệ D2D trong LTE Tháng 6, 2011 Nghiên cứu về diện mạo sóng vô tuyến cho nhận biết và giao tiếp D2D đã được Qualcomm đề nghị đến 3GPP.
- Các cuộc họp vào tháng 11, 2011 đề xuất các cách dùng và những Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 39 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE yêu cầu tiềm năng cho các nhà vận hành mạng điều khiển nhận biết và giao tiếp các thiết bị gần nhau trong mạng.
- Sau đó 3GPP đã đi đến việc đồng ý nghiên cứu chuẩn LTE ProSe trong mạng truy nhập vô tuyến (RAN) cho D2D vào tháng 12 năm 2012.
- Giao tiếp D2D trong chuẩn 3GPP Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 40 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE 2.2.3.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 41 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 2.5.
- Khi các kênh mang được thiết lập giữa các đầu cuối D2D, eNB điều khiển tài nguyên vô tuyến được dùng ở giao tiếp D2D.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 42 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 2.6.
- Kiến trúc tham chiếu Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 43 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Mô hình kiến trúc tham chiếu của 3GPP ProSe được minh họa trong hình 2.8.
- Nguyễn Thị Mỹ Lệ - CHKTĐT2014B Trang 44 Nghiên cứu tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng LTE Hình 2.8.
- Các thay đổi về công nghệ trong suốt với người sử dụng

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