Hiệu năng của lớp kỹ thuật đa truy nhập trong LTE

Đề tài : Hiệu năng của lớp kỹ thuật đa truy nhập trong LTE Nội dung của đồ án đƣợc trình bày mạch lạc theo kết cấu sau: Giới thiệu về LTE Phƣơng pháp đa truy nhập điển hình trong vô tuyến Kỹ thuật ghép kênh OFDM Truy nhập vô tuyến trong LTE

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM

(Của giáo viên hướng dẫn)

Mạng thông tin di động với số lượng thuê bao tăng không ngừng đang thu hút

sự quan tâm của nhiều nhà vận hành mạng và cung cấp dịch vụ Mạng di động được triển khai và nâng cấp nhanh chóng từ mạng thế hệ 1G, 2G cho đến 3G và tương lai là 4G nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng của người sử dụng Tương lai gần của mạng di động sẽ là 4G và LTE là một ứng cử viên sang giá cho 4G tại Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới

Đặc thù của kênh vô tuyến là có tài nguyên hữu hạn chính vì vậy việc sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến là một vấn đề then chốt trong mạng di động Các kỹ thuật

đa truy nhập là một trong những giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng

tài nguyên vô tuyến vốn hạn hẹp đó Đồ án “Hiệu năng của kỹ thuật đa truy nhập trong LTE” của sinh viên Nguyễn Công Long lớp D08VT2 tập trung tìm hiểu hai

phương pháp đa truy nhập OFDMA và SC-FDMA trong LTE và sau đó phân tích đánh giá chúng dựa trên một số thông số

Nội dung của đồ án được trình bày mạch lạc theo kết cấu sau:

 Giới thiệu về LTE

 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô tuyến

 Kỹ thuật ghép kênh OFDM

 Truy nhập vô tuyến trong LTE

Trong quá trình thực hiền đồ án, sinh viên Nguyễn Công Long đã thể hiện tính độc lập, chủ động nghiên cứu hoàn thành đồ án cũng như tích cực trao đổi với giáo viên hướng dẫn về những nội dung còn vướng mắc

Dựa vào nội dung hoàn thành của đồ án và thái độ thực nghiêm túc làm đồ án

của sinh viên đề nghị hội đồng chấm đồ án thông qua

Điểm: …… (Bằng chữ: ………….) Ngày 10 tháng 12 năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

ThS Lê Tùng Hoa

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM

(Của Người phản biện)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: …… (Bằng chữ: ………….) Ngày tháng năm 201…

CÁN BỘ- GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

(ký, họ tên)

MỤC LỤC

NỘI DUNG

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

LỜI MỞ ĐẦU vii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LTE 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Tổng quan về LTE 1

1.3 Kiến trúc mạng LTE 3

1.3.1 Kiến trúc phần tử cơ bản của hệ thống 4

1.3.2 Thiết bị người dùng (UE) 5

1.3.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 5

1.3.4 Thực thể quản lý tính di động (MME) 6

1.3.5 Cổng phục vụ (S-GW) 8

1.3.6 Cổng dữ liệu gói (P-GW) 8

1.3.7 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF) 10

1.3.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 10

1.4 Dịch vụ của LTE 11

1.5 Kết luận chương 13

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP ĐIỂN HÌNH TRONG VÔ TUYẾN 14

2.1 Giới thiệu 14

2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 14

2.2.1 Nguyên lý 14

2.2.2 Nhiễu giao thoa kênh lân cận 16

2.2.3 Ưu nhược điểm của FDMA 17

2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 17

2.3.1 Nguyên lý 17

2.3.2 Ưu nhược điểm của TDMA 19

2.4 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 20

2.4.2 Kỹ thuật trải phổ trong cdma 20

2.4.3 Các loại nhiễu ảnh hưởng tới công nghệ CDMA 23

2.4.4 Ưu nhược điểm của công nghệ CDMA 25

2.5 Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) 26

2.6 Kết luận 26

CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM 27

3.1 Giới thiệu chung 27

3.2 Nguyên lý cơ bản của OFDM 27

3.3 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 29

3.3.1 Điều chế BPSK 29

3.3.2 Điều chế QPSK 31

3.3.3 Điều chế QAM 34

3.4 Nguyên lý ghép kênh OFDM 35

3.4.1 Sơ đồ truyền dẫn OFDM 37

3.4.2 Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song (Serial to parralle) 38

3.4.3 Điều chế và ánh xạ sóng mang (Modulation Mapping) 39

3.4.4 Hoạt động của khối IFFT 39

3.4.5 Chèn khoảng bảo vệ 40

3.4.6 Điều chế tần số vô tuyến cho tín hiệu OFDM 41

3.5 Đặc tính kênh truyền vô tuyến trong hệ thống OFDM 42

3.5.1 Sự suy giảm tín hiệu 42

3.5.2 Hiệu ứng đa đường 43

3.5.3 Hiệu ứng dịch tần Doppler 44

3.5.4 Tạp âm Gausơ trắng cộng (AWGN) 45

3.6 Ưu nhược điểm của hệ thống OFDM 46

3.6.1 Ưu điểm 46

3.6.2 Nhược điểm 46

3.7 Kết luận 47

CHƯƠNG 4 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 48

4.1 Giới thiệu 48

4.2 Các chế độ truy nhập vô tuyến 48

4.4.1 Các khối xử lý tín hiệu trong OFMDA 49

4.4.2 Cấu trúc khung trong OFDMA 53

4.4.3 Kênh vật lý đường xuống 55

4.5 Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA) 56

4.5.1 xử lý tín hiệu trong SC-FDMA 56

4.5.2 Ánh xạ sóng mang 59

4.5.3 Biểu diễn tín hiệu trong miền thời gian của SC-FDMA 61

4.6 So sánh SC-FDMA và OFDMA 68

4.7 Phân tích các thông số cơ bản của hai phương truy nhập SC-FDMA và OFDMA 70 4.7.1 Mô hình giả định 70

4.7.2 Tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peak Average Power Ratio) 72

4.7.3 Tỉ số lỗi bít (BER) 72

4.7.4 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu 73

4.7.5 Xác suất lỗi ký hiệu 73

4.7.6 Mật độ phổ công suất 73

4.7.7 Biểu diễn các thông số cơ bản của SC-FDMA và OFDMA trên đồ thị 74

4.8 Kết luận 81

KẾT LUẬN 82

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership

Project

Dự án các đối tác thế hệ thứ ba

ACK Acknowledgement Sự báo nhận

ADC Analog-to Digital Conversion Chuyển đổi tương tự - số

AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng thêm vào

BPF Band Pass Filter Bộ lọc băng tần

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BSC Base Station Controller Điều khiển trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CDF Cumulative Density Function Chức năng mật độ tích lũy

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

DFDMA Distributed Frequency Division

DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

DwPTS Downlink Pilot Time Slot Khe thời gian điều khiển đường

xuống EDGE Enhanced Data Rates for GSM

Evolution

Tốc độ dữ liệu tăng cường cho GSM phát triển

EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển

EPDG Evolved Packet Data Gateway Cổng dữ liệu gói phát triển

E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio

Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển

FD Frequency Domain Miền tần số

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia tần số

FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi furier nhanh

FS Frequency Selective Lựa chọn tần số

GERAN GSM/EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

GSM/EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút cổng hỗ trợ GPRS

GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

ICI Inter-carrier Interference Nhiễu liên sóng mang

IFDMA Interleaved Frequency Division

LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn

MBMS Multimedia Broadcast Multicast

System

Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa phương tiện

MGW Media Gateway Cổng phương tiện

MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra

MM Mobility Management Quản lý tính di động

MME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động MSC Mobile Switching Center Chung tâm chuyển mạch di động NACK Negative Acknowledgement Báo nhận không thành công

OFDM Orthogonal Frequency Division

PC Power Control Điều khiển công suất

PCS Personal Communication Services Dịch vụ truyền thông cá nhân PDCCH Physical Downlink Control Channel Kênh điều khiển đường xuống vật

lý PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý P-GW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói

PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RB Resource Block Khối tài nguyên

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến

RS Reference Signal Tín hiệu tham khảo

SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc hệ thống

SC-FDMA Single Carrier Frequency Division

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

TBS Transport Block Size Kích thước khối truyền tải

TDD Time Division Duplex Song công phân chia thời gian TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền

UE User Equipment Thiết bị đầu cuối

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

UpPTS Uplink Pilot Time Slot Khe thời gian dẫn hướng đường lên UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn

cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio Access

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Kiến trúc mạng LTE 4

Hình 1.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN 5

Hình 1.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 7

Hình 1.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 7

Hình 1.5 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính 9

Hình 1.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính 9

Hình 1.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính 10

Hình 2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số 14

Hình 2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số truyền song công theo tần số (FDMA/FDD) 15

Hình 2.3 Đa truy nhập phân chia theo tần số truyền song công theo thời gian (FDMA/TDD) 16

Hình 2.4 FDMA và nhiễu kênh lân cận 16

Hình 2.5 Nguyên lý đa truy nhập TDMA 18

Hình 2.6 TDMA/TDD 18

Hình 2.7 TDMA/FDD 19

Hình 2.8 Truy nhập CDMA 20

Hình 2.9 Kỹ thuật DS/SS BPSK bộ phát 21

Hình 2.10 Kỹ thuật DS/SS BPSK bộ thu 21

Hình 2.11 Sơ đồ khối máy thu và máy phát của hệ thống FH/SS 22

Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS) 23

Hình 2.13 Hiện tượng truyền đa đường 24

Hình 3.1 So sánh OFDM và FDM 28

Hình 3.2 Biểu đồ không gian tín hiệu BPSK 31

Hình 3.3 Biểu đồ không gian tín hiệu cho điều chế QPSK nhất quán 33

Hình 3.4 Chùm tín hiệu M-QAM 35

Hình 3.5 Minh họa 4 sóng mang con cho một ký hiệu OFDM 36

Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống OFDM 38

Hình 3.7 Nguyên lý của khối IFFT 40

Hình 3.8 Chèn khoảng bảo vệ 40

Hình 3.9 Sơ đồ điều chế vô tuyến cho tín hiệu OFDM băng gốc 41

Hình 3.10 Hàm truyền đạt của máy phát, máy thu và ảnh hưởng của nó lên hệ thống OFDM 42

Hình 3.11 Ảnh hưởng của môi trường tới tín hiệu 42

Hình 3.12 Tín hiệu đa đường 43

Hình 3.13 Trải trễ đa đường 44

Hình 4.1 Khối phát và khối thu của hệ thống OFDMA và SC-FDMA 50

Hình 4.2 Mô hình khối phát khối thu của OFDMA 51

Hình 4.3 OFDM và OFDMA 52

Hình 4.4 Cấp phát tài nguyên trong OFDM 53

Hình 4.5 Cấu trúc khung loại 1 53

Hình 4.6 Cấu trúc khung loại 2 54

Hình 4.7 Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA 54

Hình 4.8 Cấu trúc cụm trong OFDMA 55

Hình 4.9 Xử lý tín hiệu ở khối phát của SC-FDMA 56

Hình 4.10 Bộ lọc Cosine nâng (Raised-cosine) 58

Hình 4.11 Cấu trúc khối thu biểu diễn truy nhập đa người dùng với Q thiết bị đầu cuối trong đường lên 59

Hình 4.12 Mô hình ánh xạ sóng mang 60

Hình 4.13 Một ví dụ về sự khác nhau trong hệ thống ánh xạ sóng mang với M=4, Q=3 và N=12 60

Hình 4.14 Phương pháp cấp phát sóng mang cho đa người dùng (3 người dùng, 12 sóng mang, mỗi người dùng được cấp phát 4 sóng mang) 61

Hình 4.15 minh họa cho ví dụ với M = 4 ký tự trên một khối, Q = 3 thiết bị đầu cuối, và N = Q × M = 12 sóng mang 62

Hình 4.16 Mô tả quá trình ánh xạ sóng mang của LFDMA với M = 4 ký tự / khối, Q = 3 thiết bị đầu cuối, và N = Q × M = 12 sóng mang 64

Hình 4.17 Biểu diễn quá trình ánh xạ sóng mang DFDMA với M=4 ký tự/khối, Q = 3 thiết bị đầu cuối và N = M×N sóng mang 65

Hình 4.18 Các mẫu trong miền thời gian của các hệ thống ánh xạ sóng mang khác nhau 66

Hình 4.19 Biên độ của các mẫu SC-FDMA và OFDMA với điều chế QPSK khi không có bộ tạo xung với N = 64 sóng mang, M = 16 sóng mang trên một khối, Q = 4 là hệ số trải của IFDMA với 4 thiết bị đầu cuối 67

Hình 4.20 Biểu diễn khối M = 4 ký tự điều chế từ Q = 3 thiết bị đầu cuối, chiếm dụng băng tần Bsoure Hz trong khoảng thời gian T giây 68

Hình 4.21 OFDMA thu hẹp băng tần dữ liệu riêng về mức Bsoure/ 4 Hz và kéo dài thời gian ra 4T giây 69

Hình 4.22 SC-FDMA mở rộng băng tần Bchannel = 3Bsourse Hz và thu hẹp thời gian về T/3 giây 69

Hình 4.23 Bộ cân bằng và bộ tách tín hiệu trong OFDMA và SC-FDMA 70

Hình 4.24 Sơ đồ khối thu phát của OFDMA và SC-FDMA 71

Hình 4.25 BER và SNR của OFDMA với điều chế thích nghi 74

Hình 4.26 BER và SNR của SC-FDMA với điều chế thích nghi 75

Hình 4.27 Xác suất lỗi của OFDMA 76

Hình 4.28 Xác suất lỗi của SC-FDMA 77

Hình 4.29 Mật độ phổ công suất của OFDMA 78

Hình 4.30 Mật độ phổ công suất SC-FDMA 78

Hình 4.31 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế BPSK 79

Hình 4.32 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế QPSK 79

Hình 4.33 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế 16-QAM 80

Hình 4.34 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế 64-QAM 80

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Lựa chọn ký tự điều chế 29

Bảng 3.2 Các vecto không gian tín hiệu của QPSK 33

Bảng 4.1 Các tham số điều chế trong OFDMA 51

Bảng 4.2 Bảng 4.2 Các thông số giả định sử dụng cho hệ thống 72

Bảng 4.3 Xác suất lỗi ký hiệu đối với các phương thức điều chế khác nhau 73

Bảng 4.4 BER và SNR của OFDMA 75

Bảng 4.5 BER và SNR của SC-FDMA 75

Bảng 4.6 Xác suất lỗi của OFDMA 76

Bảng 4.7 Xác suất lỗi của SC-FDMA 77

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu 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) Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE

và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải

cơ sở dữ liệu v.v với một tốc độ “siêu tốc” Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ thứ tư (4G) Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay

Trong thông tin di động, cần phải điều tiết sao cho càng nhiều người sử dụng càng tốt trên các nguồn tần số giới hạn Trong mạng thông tin, để tiết kiệm tài nguyên, người ta thường sử dụng phương pháp để nhiều thuê bao cùng sử dụng chung một kênh truyền,việc nhiều thuê bao cùng sử dụng chung kênh truyền người ta gọi là đa truy nhập

Khác với thế hệ trước đó ở thể hệ 4G LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA cho đường xuống và đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SC-FDMA cho đường lên Trong WiMAX cũng sử dụng OFDMA cho cả đường lên và đường xuống, nhưng LTE chỉ sử dụng OFDMA cho đường xuống vì những ưu điểm riêng của OFDMA OFDMA tăng khả năng linh hoạt, thông lượng và tính ổn định của hệ thống được cải thiện Dễ dàng loại bỏ nhiễu liên kênh, nhiễu liên khối… Nhưng OFDMA lại có tỉ số công suất đỉnh trên công suất

sử dụng của thiết bị đầu cuối sẽ kém đi Chính vì vậy mà OFDMA không phải là lựa chọn tốt cho đường lên Thay vào đó, đường lên của LTE sử dụng SC-FDMA nhằm giải quyết vấn đề công suất cho thiết bị đầu cuối Sự kết hợp của OFDMA và SC-FDMA mang lại sự hoàn thiện hơn cho công nghệ truy nhập trong LTE Nhận thấy được tầm quan trọng của OFDMA và SC FDMA nên em đã chọn đề tài “Hiệu năng của kỹ thuật đa truy nhập trong LTE” để tìm hiểu và đánh giá hiệu năng của hai

phương pháp truy nhập

Nội dung đồ án gồm 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu về LTE

Chương này đi vào giới thiệu cấu trúc cơ bản của LTE, trong đó trình bày chức năng các khối trong cấu trúc của LTE và giới thiệu các thông số của mạng Trình bày các dịch vụ LTE hướng tới

Chương 2: Phương pháp truy nhập điển hình trong vô tuyến

Chương này giới thiệu các phương pháp truy nhập cơ bản trong vô tuyến như TDMA, FDMA, CDMA, SDMA Trình bày nguyên lý, ưu nhược điểm của từng công nghệ truy nhập riêng

Chương 3: Kỹ thật ghép kênh OFDM

Chương này trình bày kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM Trình bày sơ đồ cấu trúc của OFDM, chức năng các khối trong cấu trúc Trong chương cũng trình bày các phương pháp điều chế áp dụng trong OFDM Đưa ra những ưu nhược điểm của OFDM

Chương 4: Truy nhập vô tuyến trong LTE

Chương này trình bày về hai phương pháp đa truy nhập trong LTE là OFDMA

và SC-FDMA Trong đó trình bày kỹ thuật sử lý tín hiệu trong SC-FDMA và OFDMA Đưa ra những thông số của hai phương pháp truy nhập từ đó rút ra những ưu nhược điểm của hai phương pháp truy nhập

Do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của bản thân nên đồ án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LTE

1.1 Giới thiệu

Công nghệ LTE (Long Term Evolution) được biết đến như là một công nghệ cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) Công nghệ này hiện nay đang được một số các công ty thiết bị viễn thông lớn trên thế giới tiến hành triển khai thử nghiệm

và bước đầu đã đạt được một số kết quả khả quan Trong chương này sẽ giới thiệu các thông số chung của công nghệ LTE, trình bày kiến trúc và chức năng cơ bản của các phần tử mạng

1.2 Tổng quan về LTE

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển UMTS thế

hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới 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 về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có

và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối Đặc tả kỹ thuật cho LTE đang được hoàn tất và

dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm sau đó

(FDDsong công phân chiatần số 5HZ)

Đường lên SC-FDMA MIMO (số đầu vào và ra) Đường xuống 2 * 2 ; 4 * 2 ; 4 * 4

Đường lên 1 * 2 ; 1 * 4 Tốc độ dữ liệu đỉnh

trong 20MHz

Đường xuống : 173 và 326Mb/s tương ứng với cấu hình MIMO 2 * 2 và 4 * 4 Đường lên : 86Mb/s với cấu hình 1 * 2 anten

Các công nghệ khác Lập biểu chính xác kênh; liên kết thích

ứng ; điều khiểncông suất ; ICIC và ARQ hỗn hợp

Bảng 1.1 Các đặc tính cơ bản của LTE

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

Mục tiêu của LTE

Cung cấp 1 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 Đồng thời kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt , chất lượng của dịch vụ thời gian trễ tối thiểu

Tốc độ truyền dữ liệu cao hơn

Trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mb/s với cấu hình 4*4 MIMO ( multiple input multiple output ) trong 20MHz băng thông Tốc độ dữ liệu đỉnh đường lên tới 86Mb/s trong 20MHz băng thông

Độ rộng băng thông linh động hơn

Có thể hoạt động với băng thông 5MHz, 10MHz, 15MHz và 20MHz thậm chí còn nhỏ hơn 5MHz như 1.25MHz , 2.5MHz cả chiều lên và xuống Điều này mang lại

sự linh hoạt trong việc sử dụng băng thông để đạt hiệu quả cao

Khả năng di động cao

LTE tối ưu hóa hiệu suất cho thiết bị đầu cuối di chuyển từ 0 đến 15km/h, vẫn

hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm đi một ít) khi di chuyển từ 15 đến 120km/h, đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống vẫn duy trì được kết nối trên toàn mạng tế bào,chức năng hỗ trợ từ 120 đến 350km/h hoặc thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần

Độ phủ sóng rộng

Trong vòng bán kính 5km LTE cung cấp tối ưu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ di động Phạm vi lên đến 30km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng còn hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được, tuy nhiên yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng dung lượng hơn 200 người/ô (băng thông 5MHz)

Sẽ không còn chuyển mạch kênh

Tất cả sẽ dựa trên IP Một trong những tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản 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 Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động phi 3GPP và các mạng cố định Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không dây và cố định khác.VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại

Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển

 Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt phẳng điều khiển, thời gian để một thiết bị đầu cuối ( UE - User Equipment) chuyển từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng, và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh truyền.Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

 Giảm độ trễ ở mặt phẳng người dùng đây là nhược điểm của các mạng tổ ong (ô) hiện nay, độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đường dây cố định Điều này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng như thoại và chơi game …,vì cần thời gian thực Giao diện vô tuyến của LTE và mạng lưới cung cấp khả năng độ trễ dưới 10ms cho việc truyền tải 1 gói tin từ mạng tới UE

Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời

Mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại Điều 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 được sử dụng trong LTE

Hệ thống này hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA

&SC-FDMA Ngoài ra còn có song công phân chia tần số FDD và song công phân chia thời gian TDD Bán song công FDD được cho phép để hỗ trợ cho các người sử dụng với chi phí thấp, không giống như FDD, trong hoạt động bán song công FDD thì một UE không cần thiết truyền & nhận đồng thời Điều này tránh việc phải đầu tư một

bộ song công đắt tiền trong UE Truy nhập đường lên về cơ bản dựa trên đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang SC-FDMA hứa hẹn sẽ gia tăng vùng phủ sóng đường lên do tỉ số công suất đỉnh-trung bình thấp ( PARR)

Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước

Hệ thống LTE phải cùng tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác Người sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm chí khi họ không nằm trong vùng phủ sóng của LTE Do đó, cho phép chuyển giao các dịch vụ xuyên suốt, trôi chảy trong khu vực phủ sóng của HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE Hơn thế nữa, LTE hỗ trợ không chỉ chuyển giao trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh

1.3 Kiến trúc mạng LTE

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) cao và độ trễ tối thiểu Phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoại thông qua các kết nối gói.Đơn giản chỉ với 2 loại nút cụ thể là nút B phát triển ( eNB)

và phần tử quản lý di động /cổng ( MME/GW) Điều này hoàn toán trái ngược với nhiều nút mạng trong kiến trúc mạng phân cấp hiện hành của hệ thống 3G Một thay đổi lớn nữa là phần điều khiển mạng vô tuyến (RNC) được loại bỏ khỏi đường dữ liệu

và chức năng của nó hiện nay được thành lập ở eNB Lợi ích của việc sử dụng một nút duy nhất trong mạng truy nhập là giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

Hình 1.1 Kiến trúc mạng LTE 1.3.1 Kiến trúc phần tử cơ bản của hệ thống

Hình 1.2 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi chỉ có một E-UTRAN tham gia Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE) ; UTRAN phát triển( E-UTRAN); mạng lõi gói phát triển(EPC); và các vùng dịch vụ

UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS) Chức năng chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối ưu hóa cao cho mục tiêu duy nhất Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP, tất cả các nút chuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không có mặt ở E-UTRAN và EPC Công nghệ IP chiếm ưu thế trong truyền tải, nơi mà mọi thứ được thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

Hình 1.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN 1.3.2 Thiết bị người dùng (UE)

UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc Thông thường nó là những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi người vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G

Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tín hiệu với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần Điều này bao gồm các chức năng quản lý tính di động như chuyển giao, báo cáo vị trí của thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng Có lẽ quan trọng nhất

là UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối để các ứng dụng như VoIP có thể được sử dụng để thiết lập một cuộc gọi thoại

1.3.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB)

Đơn giản đặt eNB là một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan trong phần cố định của hệ thống Các trạm gốc như eNB thường phân

bố trên toàn khu vực phủ sóng của mạng Mỗi eNB thường cư trú gần các anten vô

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

tuyến hiện tại của chúng Hình 1.3 miêu tả kết nối của eNodeB tới các nút logic khác

và các chức năng chính

Chức năng của eNB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và EPC(Evolved Packet Core), nó là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía

UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng

về phía EPC Trong vai trò này các EPC thực hiện mã hóa / giải mã các dữ liệu UP, và cũng có nén / giải nén tiêu đề IP, tránh việc gửi đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu liên tiếp trong tiêu đề IP

eNB cũng chịu trách nhiệm về nhiều các chức năng của mặt phẳng điều khiển, eNB chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên vô tuyến, tức là kiểm soát việc sử dụng giao diện vô tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu, ưu tiên và lập lịch trình lưu lượng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát tình hình sử dụng tài nguyên

Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM) Điều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến được thực hiện bởi

UE Điều này bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa eNB khác và MME Khi một

UE mới kích hoạt theo yêu cầu của eNB và kết nối vào mạng, eNB cũng chịu trách nhiệm về việc định tuyến khi này nó sẽ đề nghị các MME mà trước đây đã phục vụ cho UE, hoặc lựa chọn một MME mới nếu một tuyến đường đến các MME trước đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng mặt

1.3.4 Thực thể quản lý tính di động (MME)

Thực thể quản lý tính di động(MME) là thành phần điều khiển chính trong EPC được miêu tả trong hình 1.4 Thông thường MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí an toàn tại các cơ sở của nhà điều hành

Chức năng chính của MME:

Xác thực và bảo mật

Khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ khởi tạo sự xác thực, bằng cách thực hiện những điều sau: nó tìm ra danh tính thường trú của UE, hoăc từ các mạng truy nhập trước đó hoặc chính bản thân UE, yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS) trong mạng chủ của UE các điều khiển chứng thực có chứa các mệnh lệnh chứng thực – trả lời các cặp tham số, gửi các thử thách với UE và so sánh các trả lời nhận được từ UE vào một trong những cái đã nhận từ mạng chủ

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

Hình 1.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

Hình 1.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

Quản lý tính di động

MME theo dõi vị trí của tất cả các UE trong khu vực của mình, khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ tạo ra một lối vào cho UE và tín hiệu với vị trí tới HSS trong mạng chủ của UE MME yêu cầu tài nguyên thích hợp được thiết lập

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

tiếp tục theo dõi vị trí của UE hoặc là dựa trên mức độ của eNB, nếu UE vẫn kết nối, tức là truyền thông đang hoạt động hoặc ở mức độ khu vực theo dõi

Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối

Vào thời điểm một UE đăng ký vào mạng, các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồ

sơ đăng ký của nó từ mạng chủ về Các MME sẽ lưu trữ thông tin này trong suốt thời gian phục vụ UE Hồ sơ này xác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói được phân bổ tới các mạng ở tập tin đính kèm Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần

tử mạng, cho phép các UE kết nối IP cơ bản

1.3.5 Cổng phục vụ (S-GW)

Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống được miêu tả trong hình 1.5, chức năng cao cấp của S-GW là quản lý đường hầm UP và chuyển mạch S-GW là một phần của hạ tầng mạng nó được duy trì ở các phòng điều hành trung tâm của mạng

S-GW có một vai trò rất nhỏ trong các chức năng điều khiển Nó chỉ chịu trách nhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nó, và nó cấp phát chúng dựa trên các yêu cầu từ MME, P-GW hoặc PCRF, từ đó mà các hành động được thiết lập , sửa đổi hoặc xóa sạch các phần tử mang cho UE

1.3.6 Cổng dữ liệu gói (P-GW)

Cổng mạng dữ liệu gói ( P-GW, cũng thường được viết tắt là PDN-GW) là tuyến biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài Nó là nút cuối di động mức cao nhất trong hệ thống, và nó thường hoạt động như là điểm cấp phát IP cho UE Nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các dịch vụ được đề cập Tương tự như S-GW, các P-GW được duy trì tại các phòng điều hành tại một vị trí trung tâm

Điển hình là P-GW cấp phát các địa chỉ IP cho UE, và UE sử dụng nó để giao tiếp với các máy chủ khác ở các mạng bên ngoài Địa chỉ IP luôn được cấp phát khi

UE yêu cầu một kết nối PDN, nó sẽ diễn ra ít nhất là khi UE được gắn vào mạng, và

nó có thể xảy ra sau khi có một kết nối PDN mới Các P-GW thực hiện chức năng giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP) khi cần, hoặc truy vấn một máy chủ DHCP bên ngoài, và cung cấp địa chỉ cho UE Ngoài ra tự cấu hình động được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn IPv4 hay IPv6 hoặc cả hai, các địa chỉ có thể được phân bổ tùy theo nhu cầu

UE có thể báo hiệu rằng nó muốn nhận địa chỉ ngay trong tín hiệu kết nối hoặc nếu nó muốn thực hiện cấu hình địa chỉ sau khi lớp liên kết được kết nối

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

Hình 1.5 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính

Hình 1.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính

P-GW bao gồm cả PCEF, có nghĩa là nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách được thiết lập cho UE và các dịch vụ nói đến, nó cũng thu thập các báo cáo thông tin chi phí liên quan

Mỗi P-GW có thể được kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng bên ngoài Đối với một UE liên kết với P-GW thì chỉ có duy nhất một S-GW, nhưng có các

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

kết nối tới nhiều các mạng bên ngoài và tương ứng có nhiều các PCRF có thể cần phải được hỗ trợ, nếu có kết nối tới nhiều các PDN được hỗ trợ thông qua một P-GW

1.3.7 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF)

Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên(PCRF) là phần tử mạng chịu trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cước Nó tạo ra các quyết định về cách

xử lý các dịch vụ về QoS, và cung cấp thông tin cho PCEF được đặt trong P-GW PCRF là một máy chủ và thường được đặt tại các trung tâm điều hành chuyển mạch

Hình 1.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính

1.3.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS)

Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) là kho dữ liệu thuê bao cho tất cả dữ liệu người dùng thường xuyên Nó cũng ghi lại vị trí của người sử dụng ở mức độ của nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn như MME Nó là một máy chủ cơ sở dữ liệu và được duy trì tại các phòng trung tâm của nhà điều hành

HSS lưu trữ bản gốc của hồ sơ thuê bao, trong đó chứa các thông tin về các dịch

vụ được áp dụng đối với người sử dụng, bao gồm thông tin về các kết nối PDN được cho phép, và liệu có chuyển tới một mạng tạm trú riêng được hay không HSS cũng lưu những nhận dạng của các P-GW được sử dụng Khóa thường trực được sử dụng để tính toán xác thực và được gửi tới mạng tạm trú để xác thực người dùng và các khóa phát sinh tiếp sau để mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn là được lưu trữ tại các trung tâm xác thực(AUC), thường là một phần của HSS Trong tất cả các tín hiệu liên quan tới các chức năng này thì HSS phải tương tác với MME Các HSS sẽ cần phải có khả năng

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

kết nối với mọi MME trong toàn bộ hệ mạng lưới, nơi mà các UE của nó được phép di chuyển Đối với mỗi UE, các hồ sơ HSS sẽ chỉ tới một MME phục vụ tại một thời điểm, và ngay sau đó là báo cáo về một MME mới mà nó phục vụ cho UE, HSS sẽ hủy

bỏ vị trí của MME trước

1.4 Dịch vụ của LTE

Truyền thông tốc độ cao (High Multimedia)

Với khả năng truyền số liệu tốc độ cao, LTE cho phép truy cập internet với tốc

độ rất cao, phục vụ cho các ứng dụng theo yêu cầu như: video độ phân giải cao, audio chất lượng hoặc các ứng dụng mua bán trực tuyến với các sản phẩm hữu hình như âm nhạc, phần mềm…

Dịch vụ thoại (Voice telephony)

LTE vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau đang tồn tại như chờ cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, gọi ba bên… Tuy nhiên cần lưu ý là LTE không cố gắng lặp lại các dịch vụ thoại truyền thống hiện đang cung cấp; dịch vụ thì vẫn đảm bảo nhưng công nghệ thì thay đổi, chủ yếu dùng thoại trên nền IP

Tin nhắn (Messaging)

Không giống như dịch vụ tin nhắn thông thường trong mạng 2G, 3G chỉ đơn thuần là bản tin text Tin nhắn trong LTE cho phép email đi kèm và có thể được sử dụng trong việc thanh toán trực tuyến cho các dịch vụ gia đình như mua vé xem phim, thanh toán hóa đơn điện nước,…

Dịch vụ dữ liệu (Data Service)

Cho phép thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối, cùng với các đặc tả giá trị giá tăng như tính tin cậy và phục hồi nhanh kết nối, các kết nối chuyển mạch ảo (SVC- Switched Virtual Connection), và quản lý dải tần, điều khiển cuộc gọi,… Tóm lại các dịch vụ dữ liệu có khả năng thiết lập kết nối theo băng thông và chất lượng dịch

vụ QoS theo yêu cầu

Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service)

Cho phép nhiều người tham gia tương tác với nhau qua thoại, video, dữ liệu Các dịch vụ này cho phép khách hàng vừa nói chuyện, vừa hiển thị thông tin Ngoài

ra, các máy tính còn có thể cộng tác với nhau

Tính toán mạng công cộng (PNC: Public Network Computing)

Cung cấp các dịch vụ tính toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thương mại

và các khách hàng Ví dụ nhà cung cấp mạng công cộng có thể cung cấp khả năng lưu trữ và xử lý riêng ( chẳng hạn như làm chủ một trang web, lưu trữ/ bảo vệ/ dự phòng các file số liệu hay chạy một ứng dụng tính toán)

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

Bản tin hợp nhất (Unified Messaging)

Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voice mail, email, fax mail, pages qua các giao diện chung Thông qua các giao diện này, người sử dụng sẽ truy nhập (cũng như được thông báo) tất cả các loại tin nhắn trên, không phụ thuộc vào hình thức truy nhập (hữu tuyến hay vô tuyến, máy tính, thiết bị dữ liệu vô tuyến) Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi lời nói sang file văn bản và ngược lại được thực hiện ở server ứng dụng cần phải được

sử dụng ở dịch vụ này

Môi giới thông tin (Information Brokering)

Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin đến khách hàng tương ứng với nhà cung cấp Ví dụ như khách hàng có thể nhận thông tin trên cơ sở các tiêu chuẩn cụ thể hay trên các cơ sở tham chiếu cá nhân,…

Thương mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce)

Cho phép khách hàng mua hàng hóa, dịch vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng, có thể bao gồm cả việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, cung cấp khả năng bảo mật,… Ngân hàng tại nhà và đi chợ tại nhà nằm trong danh mục các dịch vụ này; bao gồm cả các ứng dụng thương mại, ví dụ như quản lý dây chuyển cung cấp và các ứng dụng quản lý tri thức

Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive gaming)

Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi tương tác (chẳng hạn như video games)

Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality)

Tham chiếu đến sự thay đổi được tạo ra có tính chất kỹ thuật của các sự kiện, con người, địa điểm, kinh nghiệm,… của thế giới thực, ở đó những người tham dự và các nhà cung cấp kinh nghiệm ảo là phân tán về địa lý Dịch vụ này yêu cầu sự phối hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác nhau

Quản lý tại gia (Home Manager):

Với sự ra đời của các thiết bị mạng thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát

và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà, các hệ thống đang hoạt động, các hệ thống giải trí, và các công cụ khác tại nhà Giả sử như chúng ta đang xem ti vi và có chuông cửa, không vấn đề gì cả, ta chỉ việc sử dụng điều khiển ti vi từ xa để xem được trên màn hình ai đang đứng trước cửa nhà mình Hoặc chẳng hạn như chúng ta có thể quan sát được ngôi nhà của mình trong khi đang đi xa, hoặc quan sát được người trông trẻ đang chăm sóc em bé như thế nào khi ta đang làm việc tại cơ quan

Ngoài các dịch vụ đã nêu trên còn có rất nhiều dịch vụ khác có thể triển khai trong môi trường LTE như: các dịch vụ ứng dụng trong y học, chính phủ điện tử, nghiên cứu đào tạo từ xa, nhắn tin đa phương tiện,… Như vậy các dịch vụ thế hệ sau là rất đa dạng và phong phú, việc xây dựng, phát triển và triển khai chúng là mở và linh

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu về LTE

hoạt Chính vì vậy nó thuận tiện cho các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng triển khai dịch vụ đến cho khách hàng trong mạng LTE

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP ĐIỂN

HÌNH TRONG VÔ TUYẾN

2.1 Giới thiệu

Trong thông tin di động, cần phải điều tiết sao cho càng nhiều người sử dụng càng tốt trên các nguồn tần số giới hạn Trong mạng thông tin, để tiết kiệm tài nguyên, người ta thường sử dụng phương pháp để nhiều thuê bao cùng sử dụng chung một kênh truyền,việc nhiều thuê bao cùng sử dụng chung kênh truyền người ta gọi là đa truy nhập Hiện nay có rất nhiều phương pháp đa truy nhập như TDMA,FDMA,CDMA, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng Trong chương này sẽ trình bày nguyên lý, các ưu nhược điểm của các phương pháp đa truy nhập cơ bản

2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

2.2.1 Nguyên lý

Trong hệ thống vô tuyến truyền thông, mỗi một dải tần số được sử dụng cho những mục đích nhất định Dải tần số này được chia thành dải tần số nhỏ hơn, và dải tần số nhỏ này được đưa vào sử dụng ở các thiết bị Tùy thuộc vào nhu cầu, mà các trạm phát sóngsử dụng tần số phù hợp cho các thiết bị đầu cuối để truyền nhận Cách phân chia tần số để sử dụng như vậy gọi là “Đa truy cập phân chia theo tần số” ( FDMA ).Cần đảm bảo các khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm để phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động Máy thu đường xuống hoặc dường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp

Hình 2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số

Để đảm bảo thông tin song công tín hiệu phát thu của một máy thuê bao phải hoặc được phát ở hai tần số khác nhau hay ở một tần số nhưng khoảng thời gian phát

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

thu khác nhau Phương pháp thứ nhất được gọi là ghép song công theo tần số (FDMA/FDD, FDD: Frequency Division Duplex) còn phương pháp thứ hai được gọi

là ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD, TDD:Time Division Duplex)

Hình 2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số truyền song công theo tần số

(FDMA/FDD)

Đa truy nhập ghép phân chia theo tần số, song công theo tần số chia băng tần thành hai nửa: một nửa thấp và một nửa cao Trong các cặp băng tần thấp và băng tần cao các cặp có cùng chỉ số gọi là cặp tần số thu phát hay song công Trong thông tin di dộng tần số đường xuống bao giờ cũng cao hơn tần số đường lên để suy hao ở đường lên thấp hơn đường xuống do công suất phát từ máy cầm tay không thể lớn Trong trong thông tin vệ tinh thì tuỳ thuộc vào hệ thống, tần số đường xuống có thể thấp hoặc cao hơn tần số đường lên, chẳng hạn ở các hệ thống sử dụng các trạm thông tin vệ tinh mặt đất lớn người ta thường sử đụng tần số đường lên cao hơn đường xuống, ngược lại

ở các hệ thống thông tin vệ tinh (như di động chẳng hạn) do trạm mặt đất nhỏ nên tần

số đường lên được sử dụng thấp hơn tần số đường xuống

Đa truy nhập phân chia theo tần số, song công theo thời gian thì sử dụng chung một tần số cho cả máy thu và máy phát nhưng quá trình thu và phát sẽ được truyền đi trong những khoảng thời gian luân phiên nhau Thời gian dành cho đường xuống là t1*

và thời gian cho đường lên là t1 là những thời điểm khác nhau

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

Hình 2.3 Đa truy nhập phân chia theo tần số truyền song công theo thời gian

(FDMA/TDD) 2.2.2 Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Hình 2.4 FDMA và nhiễu kênh lân cận

Trong quá trình truyền sóng, các sóng mang được phát từ trạm gốc tới tất cả các máy thu đầu cuối trong vùng phủ sóng của trạm gốc, máy thu phải lọc ra những sóng mang phù hợp với chúng, việc lọc sóng mang sẽ dễ dàng hơn nếu phổ sóng mang được phân cách với nhau bằng băng tần bảo vệ rộng Tuy nhiên việc sử dụng băng tần bảo

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

vệ rộng sẽ dẫn đến việc sử dụng không hịêu quả độ rộng băng tần của kênh Vì thế phải thực hiện sự dung hòa giữa kỹ thuật và tiết kiệm phổ tần Dù có chọn một giải pháp dung hòa nào đi nữa thì một phần công suất của sóng mang lân cận với một sóng mang cho trước sẽ bị thu bởi máy thu được điều hưởng đến tần số của sóng mang cho trước nói trên Điều này dẫn đến nhiễu do sự giao thoa được gọi là nhiễu kênh lân cận

2.2.3 Ưu nhược điểm của FDMA

Ưu điểm:

 Băng thông mỗi kênh tương đối hẹp nên hạn chế được fading chọn lọc tần số

 Tính toán cho hệ thống đơn giản

 Không cần đồng bộ

Nhược điểm:

 Mỗi người sử dụng chỉ được cấp một băng tần cố định nên tốc độ tối đa trên

một kênh là cố định do đó FDMA không thích hợp với truyền dẫn số

 Cần phải có khoảng bảo vệ băng tần để việc chọn lọc được dễ dàng nên việc sử

dụng băng tần không hiệu quả, gây lãng phí tài nguyên tần số

 Cần bộ lọc băng hẹp tốt để chống nhiễu kênh lân cận

2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

2.3.1 Nguyên lý

Trong đa truy nhập phân chia theo thời gian, mỗi người sử dụng được phân chia một khoảng thời gian, gọi là khe thời gian nhất định để truyền và nhận thông tin Khi một người sử dụng khe thời gian của mình để truyền và nhận tín hiệu thì tất cả mọi người sử dụng khác trong cùng tế bào đó không được truyền và nhận tín hiệu Như vậy mọi người sử dụng trong cùng một tế bào cũng không gây nhiễu cho nhau bởi ở một thời điểm cụ thể chỉ có một người duy nhất truyền và nhận tín hiệu Tuy nhiên, cùng thời điểm đó cũng có thể có một người sử dụng ở tế bào bên cạnh truyền và nhận tín hiệu cho nên trong cách truy cập này cũng có nhiễu đồng kênh

Để có thể phân bố phổ tần thông minh hơn sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian ghép với song công theo thời gian (TDMA/TDD) Trong phương pháp này cả đường lên và đường xuống sử dụng chung một tần số Phân chia thời gian gian phát và thời gian thu vào những khoảng thời gian khác nhau để truyền tải

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

sử dụng dùng hai tần số này theo những khoảng thời gian được cấp phát

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

Hình 2.7 TDMA/FDD 2.3.2 Ưu nhược điểm của TDMA

Ưu điểm:

 Ưu điểm đầu tiên khi sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian là tiết kiệm băng tần

 Không yêu cầu băng tần bảo vệ như ở FDMA

 Cho tốc độ linh hoạt

 Không yêu cầu bộ lọc băng hẹp chính xác cao

 TDMA truyền tín hiệu số nên thích hợp khi chuyển giao công nghệ từ tương tự sang truyền dạng số

 Tín hiệu được bảo vệ an toàn hơn bằng các mã bảo vệ

Nhược điểm:

 Do tín hiệu được truyền phát ở những khoảng thời gian xác định, nhưng khoảng cách giữa máy phát và máy thu có thể thay đổi nên yêu cầu đồng bộ ở hệ thống TDMA là rất cao

 Quá trình xử lý tín hiệu ở TDMA phức tạp hơn

 Do xử lý tín hiệu phức tạp hơn nên sẽ dẫn tới độ trễ lớn hơn

 Giá thành thiết bị tốn kém hơn

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

sử dụng mã ngẫu nhiên Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng

Hình 2.8 Truy nhập CDMA 2.4.2 Kỹ thuật trải phổ trong cdma

2.4.2.1 Nguyên lý chung

Nguyên lý trải phổ là cung cấp tất cả các tiềm năng tần số và thời gian đồng thời cho mọi thuê bao, khống chế mức công suất phát từ mỗi thuê bao đủ để duy trì một tỷ số tín hiệu/tạp âm theo mức chất lượng yêu cầu Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu băng rộng như tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố Theo cách đó mỗi thuê bao tham gia vào tạp âm nền tác động tới tất cả các thuê bao khác, nhưng ở phạm vi ít nhất

có thể bằng cách khống chế công suất phát Như vậy một hệ thống được coi là trải phổ nếu:

Tín hiệu trải phổ (tín hiệu phát) phải có độ rộng phổ lớn hơn nhiều lần độ rộng phổ của thông tin gốc cần truyền

Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với dữ liệu gốc

Có 3 kỹ thuật trải phổ cơ bản:

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum)

 Trải phổ nhảy tần (FH/SS – Frequence Hopping Spread Spectrum)

 Trải phổ dịch thời gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum)

2.4.2.2 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp

Hệ thống DS/SS được trải phổ bằng cách cộng module 2 dữ liệu gốc với mã giả ngẫu nhiên Tín hiệu sau khi trộn sẽ điều chế một sóng mang theo BPSK, QPSK… Máy thu dùng mã giả ngẫu nhiên được tạo ra giống như bên phát cộng module 2 với tín hiệu thu được, thực hiện giải trải phổ để lấy tín hiệu mong muốn Đây là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ Là hệ thống tương đối đơn giản vì nó không yêu cầu tốc độ tổng hợp tần số cao

Hình 2.9 Kỹ thuật DS/SS BPSK bộ phát

Hình 2.10 Kỹ thuật DS/SS BPSK bộ thu

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

2.4.2.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH/SS)

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch sóng mang có tần số được chọn theo mã trong một tập hợp các tần số Độ rộng toàn bộ băng tần được chia nhỏ thành các khe tần số không lấn lên nhau Chuỗi mã PN sẽ xác định khe tần số nào được dùng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định

Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mã trải phổ không trực tiếp điều chế tín hiệu mà được dùng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra các tần số khác nhau

Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ số liệu Tương ứng có hai trường hợp là: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm

Hình 2.11 Sơ đồ khối máy thu và máy phát của hệ thống FH/SS 2.4.2.4 Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian (TH/SS)

Nhảy thời gian tương tự như điều chế xung Nghĩa là, dãy mã đóng/mở bộ phát, thời gian đóng/ mở bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên theo

mã và đạt được 50 % yếu tố tác động truyền dẫn trung bình Sự khác nhau nhỏ so với

hệ thống FH/SS đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theo mỗi thời gian chip mã trong hệ thống FH/SS thì sự nhảy tần số chỉ xảy ra trong trạng thái dịch chuyển dãy mã trong hệ thống TH/ SS Bộ điều chế rất đơn giản và bất kỳ một dạng sóng cho phép điều chế xung theo mã đều có thể được sử dụng đối với bộ điều chế TH/ SS

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

TH/SS có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh theo thời gian Vì mục đích này mà sự chính xác thời gian được yêu cầu trong hệ thống nhằm tối thiểu hóa độ dư giữa các máy phát

Do hệ thống TH/SS có thể bị ảnh hưởng dễ dàng bởi giao thoa nên cần sử dụng

hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH/SS để loại trừ giao thoa có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn

2.4.2.5 Hệ thống trải phổ lai ghép

Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybrid của hệ thống DS và

FH được sử dụng để cung cấp thêm các ưu điểm cho đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống Thông thường đa số các trường hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm: FH/

DS, TH/ FH, TH/ DS

Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS)

Các hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp các đặc tính mà một hệ thống cơ bản đã nói đến ở trên không thể nào có được Một mạch không cần phức tạp quá có thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số cho trước

2.4.3 Các loại nhiễu ảnh hưởng tới công nghệ CDMA

2.4.3.1 Fading

Hiện tượng Fading là sự thay đổi cường độ tín hiệu sóng mang cao tần gây nên bởi sự thay đổi môi trường truyền dẫn như áp suất không khí và do sự phản xạ của tín hiệu với các vật thể trên đường truyền như nước, mặt đất…

Hai dạng fading được đề cập nhiều trong hệ thống CDMA là:

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

2.4.3.2 Ảnh hưởng của gần, xa tới CDMA

Ta thường gặp vấn đề gần xa trong hệ thống thông tin trải phổ Như ta đã biết mỗi user là một nguồn nhiễu đối với các user khác Càng có nhiều người truy cập cùng lúc thì giao thoa đối với user mong muốn càng tăng Những user càng ở gần trạm thu thì công suất của nó phát ra được thu lại sẽ lớn hơn user khác cùng phát tương tự ở những vị trí xa hơn do suy hao đường truyền Nếu các user không mong muốn có công suất tương đối lớn so với user mong muốn thì sẽ gây nhiễu đáng kể cho user mong muốn Do vậy, việc làm sao để máy thu nhận được cùng một mức công suất từ mỗi bộ phát là rất quan trọng Từ đó người ta đưa ra khái niệm điều khiển công suất Việc điều khiển công suất nhằm mục đích mọi tín hiệu của mọi user khi đến máy thu có cùng công suất thu P

2.4.3.3 Hiện tượng đa đường

Trên kênh truyền vô tuyến luôn tồn tại sự truyền đa đường, nghĩa là có nhiều đường truyền từ máy phát tới máy thu Nguyên nhân dẫn tới hiện tượng này là:

 Sự phản xạ hay khúc xạ khí quyển

 Sự phản xạ từ mặt đất, đồi núi, các toà nhà cao ốc,…

Hiện tượng đa đường sẽ gây ra sự dao động, sự thay đổi lên xuống bất thường đối với mức tín hiệu thu được Mọi đường truyền đều có thời gian trì hoãn và sự suy giảm khác nhau Yêu cầu đặt ra là làm sao thu được tín hiệu truyền trực tiếp và loại bỏ những tín hiệu trên những đường truyền còn lại

Hình 2.13 Hiện tượng truyền đa đường

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

 Nhờ hệ thống kích hoạt thoại, hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổ cao và điều khiển năng lượng, nên nó cho phép quản lý số lượng thuê bao cao gấp 5-20 lần so với công nghệ GSM Áp dụng kỹ thuật mã hóa thoại mới, CDMA nâng chất lượng thoại lên gần bằng với hệ thống điện thoại hữu tuyến

 Đối với điện thoại di động, để đảm bảo tính di động, các trạm phát phải được đặt rải rác khắp nơi Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định và chịu trách nhiệm với các thuê bao trong vùng đó Với CDMA, ở vùng chuyển giao, thuê bao có thể liên lạc với 2 hoặc 3 trạm thu phát cùng một lúc, do đó cuộc gọi không bị ngắt quãng, làm giảm đáng kể xác suất rớt cuộc gọi

 Một ưu điểm khác nữa của CDMA là nhờ sử dụng các thuật toán điều khiển nhanh và chính xác, thuê bao chỉ phát ở mức công suất vừa đủ để đảm bảo chất lượng tín hiệu, giúp tăng tuổi thọ của pin, thời gian chờ và đàm thoại Máy điện thoại di động CDMA cũng có thể sử dụng pin nhỏ hơn, nên trọng lượng máy nhẹ, kích thước gọn và

di động các loại thông tin từ mạng Internet với tốc độ cao

 Triển khai được nhiều dịch vụ gia tăng trên thiết bị đầu cuối

Nhược điểm

 Công nghệ CDMA chỉ hiệu quả khi nhiều người cùng sử dụng chung một băng tần

 Quá trình xử lý tín hiệu phức tạp hơn

 Yêu cầu đồng bộ cao hơn

 Chi phí cho triên khai hệ thống tốn kém

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Phương pháp đa truy nhập điển hình trong vô

tuyến

2.5 Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA)

Đa truy nhập phân chia theo không gian cho phép tất cả mọi người sử dụng trong cùng một cell đều có thể truyền/nhận tín hiệu một lúc, trên cùng một băng thông

và không sử dụng mã như trong CDMA Như vậy tín hiệu do mọi người sử dụng trong cell và ngoài cell sẽ bị chồng lên nhau Khử nhiễu do nhiều người sử dụng trong SDMA là một vấn đề vô cùng phức tạp Phía trạm gốc yêu cầu phải có một dãy các ăng-ten lớn để có thể khử nhiễu Việc khử nhiễu ở phía trạm gốc có thể được thực hiện bằng một số kỹ thuật như ước lượng hướng đến của tín hiệu của mỗi người sử dụng để tách tín hiệu của mỗi người sử dụng ra khỏi tín hiệu thu được và dựa vào kỹ thuật khử nhiễu kết hợp với lọc Trong kỹ thuật đa truy cập này, trạm gốc có sử dụng kỹ thuật beamforming để phát tín hiệu trực tiếp đến người sử dụng

Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA cho phép đa truy nhập đến một kênh vô tuyến chung trên cơ sở ô Tập các tần số trong cùng một ô có thể lặp lại ở các

ô khác nhau trong hệ thống nếu đảm bảo đủ khoảng cách giữa các ô sử dụng cùng tần

số để ngăn chặn nhiễu giao thoa đồng kênh

Trong SDMA phân chia không gian theo các ô: ô mini, ô micro, ô phân đoạn, ô

dù phủ kết hợp với anten thông minh

Ô Micro được phủ sóng bởi các trạm gốc có công suất rất thấp ở các vùng mật

độ lưu lượng cao trong hệ thống

Ô dù phủ là các ô rất lớn được thiết kế để gánh đỡ tải cho các ô micro

Ô phân đoạn là các ô được phủ sóng bởi các đoạn ô 1200

hoặc 600 bằng các anten có tính hướng nhờ vậy tăng được dung lượng hệ thống

Anten thông minh là các phát kiến mới nhất cho hệ thống tổ ong vô tuyến Các anten này tạo ra các búp sóng khá hẹp nhờ vậy tăng đáng kể vùng phủ sóng và dung lượng hệ thống

2.6 Kết luận

Trong chương này đã giới thiệu các công nghệ truy nhập vô tuyến cơ bản như FDMA, TDMA, CDMA, SDMA Trong chương đã trình bày những nguyên lý cơ bản của các phương pháp truy nhập, trình bày mô hình truy nhập của các công nghệ, trình bày nguyên lý truy nhập song công theo thời gian TDD, song công theo tần số FDD Đưa ra những ưu điểm, nhược điểm của từng công nghệ truy nhập riêng

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 3 Kỹ thuật ghép kênh OFDM

CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM

3.1 Giới thiệu chung

OFDM bắt nguồn từ kỹ thuật phân kênh theo tần số (FDM), một kỹ thuật đã được biết tới và sử dụng rộng rãi Một ví dụ đơn giản của FDM là việc sử dụng tần số khác nhau cho các trạm vô tuyến biến điệu tần số Tất cả các trạm phát đồng thời nhưng không gây nhiễu lẫn nhau do các trạm này phát đi các sóng mang có tần số khác nhau Dải thông các tín hiệu này được đặt cách nhau một khoảng tần số sao cho tại phía thu bộ lọc thông dải phân biệt được tín hiệu cần thu, lọc bỏ tín hiệu của các sóng mang khác Điều này có nghĩa là giữa các sóng mang có một khoảng tần số không được sử dụng để truyền tin tức Sau khi qua bộ lọc, tín hiệu thu được sẽ được giải điều chế để nhận được tin tức cần thu Như vậy có thể thấy không có sự chồng phổ của các tín hiệu trong miền tần số

Khác với FDM, kỹ thuật OFDM truyền một bản tin trên một số N n sóng mang con,thay vì một sóng mang duy nhất như kỹ thuật FDM Điểm khác biệt là các sóng mang con này có dải thông nhỏ hơn nhiều so với các sóng mang sử dụng trong FDM

Các sóng mang con này có phổ chồng lấn lên nhau trong miền tần số mà không gây ra ICI do tính trực giao giữa chúng được bảo đảm Việc chồng phổ này làm tăng đáng kể hiệu quả sử dụng dải tần

Do có nhiều ưu điểm nổi bật nên OFDM là kỹ thuật được chọn làm kỹ thuật điều chế trong LTE

3.2 Nguyên lý cơ bản của OFDM

Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI

Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điều chế đa sóng mang chồng phổ có sự khác nhau Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần trực giao với nhau