Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường COMP

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG PHÚC NGHIÊN CỨU PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN KHI TĂNG CƯỜNG COMP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG PHÚC NGHIÊN CỨU PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN KHI TĂNG CƯỜNG COMP 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 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 Hồng Phúc.
- Đề tài luận văn: Nghiên cứu phân phối tài nguyên Vô tuyến khi tăng cường CoMP Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử.
- Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 03 tháng 11 năm 2017 các nội dung sau.
- Ngày 23 tháng 11 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS.
- Nguyễn Văn Khang Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP i 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.
- Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô trong Viện Đào tạo sau đại học đã quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện cho các học viên như tôi có điều kiện thuận lợi để học tập và nghiên cứu.
- Nguyễn Ngọc Văn đã tận tình chỉ bảo, định hướng khoa học và hướng dẫn, sửa chữa cho nội dung của luận văn này.
- Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi, các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định.
- Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam.
- Tôi xin chịu trách nhiệm với những nội dung trong luận văn này.
- Tác giả Nguyễn Hồng Phúc Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- Mục tiêu, đóng góp của luận văn.
- Bố cục luận văn.
- 6 CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ LTE VÀ CÁC KỸ THUẬT LIÊN QUAN.
- Hệ thống thông tin di động.
- Tóm tắt lịch sử của hệ thống viễn thông di động quốc tế.
- Cấu trúc hệ thống LTE.
- Các công nghệ chính trong LTE/LTE-A.
- Công nghệ OFDM và OFDMA.
- Công nghệ MIMO.
- Công nghệ trạm lặp.
- Công nghệ CoMP (Coodinated Multi Points.
- Nền tảng công nghệ truyền dẫn đa điểm.
- Khái niệm cơ bản công nghệ CoMP.
- Đặc điểm của công nghệ CoMP.
- Ưu điểm của công nghệ CoMP.
- Mô hình hệ thống CoMP.
- Kiến trúc CoMP.
- Kiến trúc tập trung.
- Kiến trúc phân tán.
- Kiến trúc bán phân tán.
- 36 Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP iii 2.3.7.
- Các kỹ thuật được sử dụng trong CoMP.
- Lập kế hoạch phối hợp (Coordinated Scheduling - CS.
- 38 Phối hợp chuyển mạch chùm sóng CoMP (CBS-CoMP.
- 39 Chuyển mạch phối hợp CoMP (CS-CoMP.
- 45 CHƯƠNG 3 TỐI ƯU HÓA TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN KHI TĂNG CƯỜNG COMP .
- Mô hình hệ thống.
- Các phân tích điều khiển công suất.
- Lập kế hoạch chung và điều khiển công suất.
- Lập kế hoạch và điều khiển công suất tập trung.
- Lập kế hoạch và điều khiển công suất bán phân bổ.
- 68 Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác thế hệ thứ ba 4G Fourth Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư AFH Adaptive Frequency Hopping Nhảy tần số thích ứng AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hoá thích ứng AMP Alternative MAC/PHY Lựa chọn lớp truyền thông /vật lý AoA Angel of Arrival Góc tới AoD Angel of Departure Góc xuất phát AP Access Point Điểm truy cập API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động AWGN Additive White Gausesian Noise Nhiễu trắng Gausesian thêm vào BLER Block Error Rate Tỷ lệ nhiễu khối BSS Base Station Subsystem Trạm gốc khu vực CE-UE Cell Edge - User Equipment Thiết bị người dùng tại biên Cell CC-UE Cell Centre - User Equipment Thiết bị người dùng tại trung tâm Cell CB Coordinated Beaming Phối hợp chùm sóng CDD Cyclic Delay Diversity Phân tập chu kỳ trễ CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân phối tích lũy CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple access Đa truy cập phân chia theo mã C-NJT Centralized Non Joint Transmission Thuật toán tập trung không có truyền dẫn chung C-NPC Centralized Non Power Control Thuật toán tập trung không có Điều khiển công suất C-JSPC Centralized-Joint Scheduling Power Control Thuật toán tập trung có lập kế hoạch chung và điều khiển công suất CFO Carrier Frequency Offset Độ lệch tần số sóng mang CoMP Coordinated Multipoint Phối hợp thu phát đa điểm CQI Channel Quality Indicator Chỉ số chất lượng kênh Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP v CS Coordinated Schelduling Lập kế hoạch phối hợp CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh CSIT Channel State Information at the Transmitter Thông tin trạng thái kênh tại máy phát CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Hướng đa truy cập sóng mang với kỹ thuật tránh va chạm CTS Coodinated Transmission Set Tập hợp truyền dẫn phối hợp DL Downlink Đường xuống DPO Distributed Power Optimization Tối ưu hóa công suất phân tán PPS Dynamic Selection Point Lựa chọn điểm động D-NJT Distributed -Non Joint Transmission Thuật toán phân tán không có truyền dẫn chung D-NPC Distributed -Non Power Control Thuật toán phân tán không có điều khiển công suất D-JSPC Distributed- Joint Scheduling Power Control Thuật toán phân tán lập kế hoạch chung và điều khiển công suất DRX Discontinuous Reception Tiếp nhận gián đoạn DTX Discontinuous Transmission Truyền dẫn gián đoạn D2D Device to Device Thiết bị tới thiết bị EPC Evolved Packet Core Lõi gói phát triển eNB eNodeB NodeB phát triển ESM Effective SINR Mapping Ánh xạ hiệu quả SINR E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access Truy cập vô tuyến mặt đất đã được phát triển E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến mặt đất đã được phát triển FDD Frequency Division Dupplexing Kỹ thuật song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống định vị toàn cầu cho hệ thống thông tin liên lạc không dây HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Kỹ thuật yêu cầu tự động lặp lại lai ICI Inter-Carrier Interference Can nhiễu liên sóng mang ICIC Inter-Cell Interference Coordination Phối hợp can nhiễu liên Cell IMT International Mobile Tổ chức Viễn thông quốc tế Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP vi Telecommunications ISI Inter-Symbol Interference Can nhiễu giữa các biểu tượng ITE International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế JP Joint Processing Gia nhập xử lý JT Joint Transmission Truyền dẫn chung LTE Long Term Evolution Sự tiến hóa dài hạn LTE-A Long Term Evolution Advanced Sự tiến hóa dài hạn- nâng cao LoS Line of Sight Tầm nhìn thẳng MAC Media Access Layer Lớp truy cập truyền thông MCI Maximum Channel to Interference Ratio Tối đa hóa kênh với tỷ lệ can nhiễu MCS MAP Communication Server Máy chủ truyền thông MAP MCN Multihop Cellular Network Mạng di động đa bước nhảy MIMO Multiple-Input Multiple-Output Thu phát nhiều anten MNO Mobile Network Operator Nhà khai thác mạng di động NLOS Non Line of Sight Mất tầm nhìn thẳng OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh không gian phân chia theo tần số OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy cập không gian phân chia theo tần số PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ lệ công suất đỉnh và công suất trung bình PBCH Physical Broadcast Channel Kênh vật lý quảng bá PCFICH Physical Control Format Indicator Channel Chỉ thị kênh điều khiển định dạng lớp vật lý PDCCH Physical Downlink Control Channel Điều khiển kênh vật lý đường xuống PFS Proportional Fair Scheduling Lập kế hoạch công bằng theo tỉ lệ PHICH Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel Chỉ thị kênh vật lý lai -ARQ PMI Precoder Matrix Indicator Chỉ số ma trận tiền mã hóa PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy cập vật lý ngẫu nhiên PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên RAR Random Access Response Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP vii RB Resource Block Khối tài nguyên RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RI Rank Indicator Chỉ số xếp hạng RMA Rural Macro Mạng vĩ mô nông thôn RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến Rx Receiver Máy thu SAE System Architecture Evolution Tiến hóa kiến trúc hệ thống SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access Đa truy cập sóng mang đơn phân chia chia theo tần số SINR Signal to Interference plus Noise Ratio Tỷ lệ giữa tín hiệu với can nhiễu cộng tạp âm SISO Single-Input Single-Output Đơn đầu vào đơn đầu ra SSS Secondary Synchronization Signal Tín hiệu đồng bộ thứ cấp TACS Total Access Communication System Hệ thống truyền thông truy cập tổng thể TDD Time Division Duplex Kỹ thuật song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian TSG Technical Specification Group Nhóm thông số kỹ thuật TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền Tx Transmitter Máy phát UE User Equipment Thiết bị người dùng UL Uplink Đường lên UMa Urban Macro Mạng vĩ mô đô thị Umi Urban Micro Mạng vi mô đô thị VoIP Voice over IP Truyền tín hiệu thoại thông qua giao thức IP WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Hệ thống truy cập không dây băng rộng WLAN Wireless Local Area Network Mạng không dây cục bộ WPAN Wireless Personal Area Network Mạng không dây cá nhân Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP viii DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC Ký hiệu Ý nghĩa Ví dụ Chữ thường, in nghiêng Biến số x, n, m, i Chữ thường, in nghiêng, đậm Vetor x, s Chữ hoa, in đậm Ma trận H Chữ hoa, in nghiêng Công suất PN,M anten thu N, anten phát M (.)-1 Ma trận nghịch đảo H-1 2 Phương sai tạp âm E.
- H Phép toán chuyển vị Hermitian HH 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 CMxN Tập ma trận kích thước M, CM x N N với giá trị phức CMAC Vùng dung lượng kênh đa CMAC truy nhập CBC Vùng dung lượng kênh CBC quảng bá Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP ix DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1.
- Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động.
- Kiến trúc hệ thống thông tin di động khi chuyển từ GSM và UMTS sang LTE.
- Tần số và thời gian của tín hiệu OFDM Hình 2.5.
- Mô hình minh họa một hệ thống MIMO.
- Dung lượng Ergodic của một hệ thống MIMO xác định.
- Dải phổ tần số làm việc của hệ thống 3G/4G khuyến nghị bởi ITU-200726 Hình 2.9.
- Hệ thống di động được triển khai với các node mạng chuyển tiếp.
- 27 Hình 2.10.
- 28 Hình 2.11.
- 30 Hình 2.12.
- Mô hình đường xuống của một hệ thống CoMP.
- 32 Hình 2.13.
- Kiến trúc CoMP tập trung.
- 35 Hình 2.14.
- Kiến trúc CoMP phân tán.
- 36 Hình 2.15.
- Kiến trúc CoMP bán phân tán.
- 36 Hình 2.16.
- Các thể loại kỹ thuật được sử dụng trong hệ thống CoMP.
- 37 Hình 2.17.
- Lập kế hoạch phối hợp (CS/CB.
- 38 Hình 2.18.
- Kỹ thuật Joint Transmission - JT.
- 41 Hình 2.19.
- Mô hình hệ thống cho truyền dẫn chung đường xuống trong một cụm.
- Thông lượng trung bình của biên Cell so với công suất truyền tải tối đa hạn chế trên mỗi BSS.
- Khả năng truyền dẫn chung với công suất truyền tải tối đa hạn chế trên mỗi BSS.
- Khả năng phối hợp giảm can nhiễu với công suất truyền tối đa hạn chế trên mỗi BSS.
- Số BSSs trung bình bật lên so với mức truyền công suất tối đa hạn chế trên mỗi BSS.
- 64 Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: So sánh các tham số cơ bản của các thế hệ mạng di động.
- 8 Bảng 2.2: Các thông số vật lý cơ bản của LTE.
- 13 Bảng 3.1: Thuật toán lập kế hoạch chung và điều khiển công suất bán phân tán.
- 60 Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP 1 LỜI NÓI ĐẦU Với sự phổ biến của các thiết bị di động và sự tăng trưởng bùng nổ của các dịch vụ Internet di động, các hệ thống truyền thông không dây sẽ cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao và chất lượng cao cho nhiều ứng dụng không dây.
- Do sự khan hiếm tài nguyên vô tuyến điện (ví dụ: phổ tần số, công suất truyền tải) cần phải có chiến lược truyền tải và các cơ chế phân phối nguồn tài nguyên (RRA) hiệu quả để đạt được tốc độ dữ liệu cao với nguồn tài nguyên vô tuyến.
- Kỹ thuật phối hợp thu phát đa điểm (CoMP) đã được thông qua như là chìa khóa để cải thiện tốc độ dữ liệu của người sử dụng và hiệu quả quang phổ, nâng cao thông lượng trong các mạng LTE-A tại cuộc họp lần thứ nhất (WG1) giữa Nhóm giải pháp Viễn thông - Mạng Truy cập Vô tuyến (TSG-RAN) trong 3GGP [1].
- Các kỹ thuật này cố gắng khai thác tính tích cực hoặc tránh can nhiễu liên Cell thông qua việc kết hợp chặt chẽ giữa các trạm gốc [35].
- Một nghiên cứu được thực hiện bởi 3GPP cho thấy CoMP có thể cung cấp thông lượng không chỉ cho người sử dụng cạnh cell cao hơn mà còn tăng thông lượng trung bình hệ thống [42].
- Tăng cường CoMP (Coodinated Multi Point Transmission and Reception) là kỹ thuật mà ở đó các thiết bị được điều khiển tăng cường thu phát của nhiều điểm trong một và nhiều Cell.
- Đây là công nghệ được giới thiệu và chuẩn hóa trong hệ thống LTE/LTE-A với mục tiêu tăng tốc độ, cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần.
- Song song với các ưu điểm của công nghệ CoMP, khi tăng cường CoMP cũng gặp phải rất nhiều khó khăn trong việc điều khiển, cấp phát tối ưu tái sử dụng tài nguyên vô tuyến, đồng bộ mạng … Các nguồn tài nguyên vô tuyến được sử dụng hiệu quả hơn thông qua việc phân bổ các nguồn động trong nhiều tế bào.
- Tốc độ dữ liệu cao có thể đạt được bằng cách khai thác truyền đồng thời thông qua các kỹ thuật tiên tiến như ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) và ghép kênh không gian (MIMO)[2].
- Vì vậy, khi thiết kế các cơ chế phân bổ tài nguyên, sự phối hợp giữa nhiều tế bào là cần thiết để giảm thiểu can nhiễu và tối ưu hóa hiệu năng hệ thống.
- Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP 2 Do đó việc thực hiện hướng “Nghiên cứu Phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP” mở ra một hướng nghiên cứu mới cho các nhà quản lý và cung cấp mạng.
- Mặc dù tôi đã có cố gắng tuy nhiên do trình độ kiến thức còn hạn chế, nội dung nghiên cứu tương đối rộng do đó luận văn không thể tránh khỏi những sai sót.
- Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các chuyên gia để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
- Nguyễn Ngọc Văn đã tận tình hướng dẫn khoa học và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
- Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 26 tháng 8 năm 2017 Học viên Nguyễn Hồng Phúc Nghiên cứu phân phối tài nguyên vô tuyến khi tăng cường CoMP 3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.
- Bối cảnh hiện tại Các mạng di động đang phải đối mặt với sự gia tăng số lượng các thiết bị di động, lưu lượng dữ liệu di động và sự gia tăng mật độ người sử dụng, đặc biệt là ở các khu vực thành thị.
- và các đề án phối hợp đa điểm, đó là sự phối hợp giữa các máy thu và phát, được xem như một giải pháp để giải quyết vấn đề này trong sự phát triển dài hạn và các mạng thông tin di động thế hệ thứ 4 trong tương lai.
- Sự bùng nổ của di động băng rộng và nhu cầu về các dịch vụ chuyển mạch gói dữ liệu tốc độ cao đã yêu cầu một tập hợp các kỹ thuật RRA (Phân phối tài nguyên vô tuyến) mới có thể xử lý được các kịch bản phức tạp, đầy thách thức về năng suất của mạng.
- Các phương pháp tiếp cận RRA mới này bắt đầu sử dụng các khái niệm từ mạng dữ liệu có dây, chẳng hạn như lập kế hoạch gói tin và kiểm soát tắc nghẽn, nhưng đã được cải cách và thích nghi với môi trường mạng không dây.
- Gần đây, với sự nổi lên của 4G, đáng chú ý dưới hình thức 3GPP's Long Term Evolution (LTE), sự bùng nổ của di động băng rộng và nhu cầu về các dịch vụ chuyển mạch gói dữ liệu tốc độ cao đã yêu cầu một công nghệ truy cập vô tuyến có cấu hình cao dựa trên OFDMA đã được đưa ra.
- Các tổ chức 3GPP đã trình bày các giải pháp với mục đích phát triển một khuôn khổ cho sự phát triển của các công nghệ truy cập vô tuyến đối với tốc độ dữ liệu cao và độ trễ thấp trong hệ thống LTE-A.
- Những giải pháp này tìm cách đáp ứng các yêu cầu của International Mobile Telecommunications (IMT), sẽ bao gồm các cải tiến về hiệu suất so với các thế hệ thứ 3 (3G) trong hệ thống tế bào không dây.
- Trong bối cảnh này, LTE-Advanced đã coi Công nghệ phối hợp thu phát đa điểm (Coodinated MultiPoint - CoMP) như một phương tiện hiệu quả đáp ứng yêu cầu của IMT[3].

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