Đa Truy Nhập Trong Mạng Di Động 4GLTE (có code)

Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là mộtthành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông. Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, mà các nhà cung cấp dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng cao: điển hình như 3G, HSPA, 4G.Vào tháng 122007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173Mbits trong môi trường đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc. Trên băng tần 2,6GHz với 20MHz băng thông, tốc độ này đã vượt xa tốc độ yêu cầu là 100Mbits. Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã được trình diễn vào Hội nghị Thế giới di động được tổ chức vào tháng 22008 tại Barcelona, Tây Ban Nha, mở đầu cho thời kỳ tiến lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4. Khác với 3G, giao tiếp vô tuyến trong LTE là một hệ thống mới hoàn toàn dựa trên OFDMA ở đường xuống và SCFDMA ở đường lên. Nhận thấy được tầm quan trọng của OFDMA và SCFDMA trong LTE em đã chọn đề tài này để tìm hiểu và nghiên cứu.Nội dung đề tài được chia làm 4 chương như sau :Chương 1: Lộ Trình Phát Triển Thông Tin Di Động 3G Lên 4G : Trình bày tổng quát hệ thống 3G, HSPA; đặc điểm, cấu trúc hệ thống LTE khi tiến lên 4G.Chương 2: OFDMA Trong LTE : Nội dung trình bày phương pháp đa truy nhập đường xuống dựa trên OFDM sử dụng trong hệ thống thông tin di động băng rộng thay thế cho CDMA.Chương 3: SCFDMA Trong LTE : Chương này trình bày phương pháp đa truy nhập đường lên sử dụng DFTSOFDM với tên gọi SCFDMA nhằm giảm PAPR so với OFDMA.Chương 4: Mô Phỏng Ứng Dụng OFDM Nhằm Cải Thiện Chất Lượng Trong LTE: Mô phỏng tín hiệu OFDM trong miền thời gian với phương pháp cắt biên độ nhằm giảm PAPR, đánh giá BER qua hai kênh truyền AWGN và Rayleigh Fading.Em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới thầy Nguyễn Tấn Nhân đã nhiệt tình hướng dẫn, góp ý giúp em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin cảm ơn toàn thể các thầy cô Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Tp.HCM đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức quý báu trong thời gian em theo học tại trường.Do thời gian nghiên cứu ngắn, tài liệu tham khảo không nhiều và trình độ kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô cùng toàn thể các bạn

LỜI MỞ ĐẦU



Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, mà các nhà cung cấp dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động

hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng cao: điển hình như 3G, HSPA, 4G

Vào tháng 12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173Mbit/s trong môi trường đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc Trên băng tần 2,6GHz với 20MHz băng thông, tốc độ này đã vượt xa tốc độ yêu cầu là 100Mbit/s Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã được trình diễn vào Hội nghị Thế giới di động được tổ chức vào tháng 2/2008 tại Barcelona, Tây Ban Nha, mở đầu

cho thời kỳ tiến lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 Khác với 3G, giao tiếp vô tuyến

trong LTE là một hệ thống mới hoàn toàn dựa trên OFDMA ở đường xuống và SC-FDMA ở

đường lên Nhận thấy được tầm quan trọng của OFDMA và SC-FDMA trong LTE em đã

chọn đề tài này để tìm hiểu và nghiên cứu

Nội dung đề tài được chia làm 4 chương như sau :

Chương 1: Lộ Trình Phát Triển Thông Tin Di Động 3G Lên 4G : Trình bày tổng

quát hệ thống 3G, HSPA; đặc điểm, cấu trúc hệ thống LTE khi tiến lên 4G

Chương 2: OFDMA Trong LTE : Nội dung trình bày phương pháp đa truy nhập

đường xuống dựa trên OFDM sử dụng trong hệ thống thông tin di động băng rộng thay thế cho CDMA

Chương 3: SC-FDMA Trong LTE : Chương này trình bày phương pháp đa truy

nhập đường lên sử dụng DFTS-OFDM với tên gọi SC-FDMA nhằm giảm PAPR so với OFDMA

Chương 4: Mô Phỏng Ứng Dụng OFDM Nhằm Cải Thiện Chất Lượng Trong LTE:

Mô phỏng tín hiệu OFDM trong miền thời gian với phương pháp cắt biên độ nhằm giảm PAPR, đánh giá BER qua hai kênh truyền AWGN và Rayleigh Fading

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới thầy Nguyễn Tấn Nhân đã nhiệt

tình hướng dẫn, góp ý giúp em hoàn thành đồ án này Em cũng xin cảm ơn toàn thể các thầy cô Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Tp.HCM đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức quý báu trong thời gian em theo học tại trường

Do thời gian nghiên cứu ngắn, tài liệu tham khảo không nhiều và trình độ kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô cùng toàn thể các bạn

TpHCM, tháng 12 năm 2011

SV thực hiện

Huỳnh Hoàng Anh

CHƯƠNG I :

LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G 1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS

UMTS là cụm từ viết tắt của Universal Mobile Telecommunications System UMTS là

hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ thứ 3 (3G) sử dụng kỹ thuật WCDMA UMTS

được chuẩn hóa bởi tổ chức Third Generation Partnership Project(3GPP) là dự án phát

triển chung của nhiều cơ quan tiêu chuẩn hoá (SDO) như :ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung Quốc) UMTS được phát triển lên từ các nước sử dụng GSM

Tóm lại, hệ thống thông tin di động thế hệ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000

(WCDMA và CDMA2000) đã được đưa vào áp dụng từ năm 2001 Các hệ thống 3G cung cấp rất nhiều các dịch vụ viễn thông bao gồm: Thoại, số liệu, tốc độ bit thấp và cao,

đa phương tiện, video cho khách hàng Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 như sau:

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 3G

- Đường lên : 1885-2025MHZ

- Đường xuống : 2110-2200MHz

- Công nghệ truy nhập DS-CDMA với kiểu ghép song công TDD và FDD

 Mạng 3G UMTS sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu Nó cũng cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ khác nhau tùy môi trường

- 384 kbit/s trong môi trường di động

- 2 Mbit/s trong môi trường tĩnh

 Là hệ thống thông tin di dộng toàn cầu cho các loại hình dịch vụ thông tin vô tuyến :

- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

- Chất lượng thoại ngang bằng với hữa tuyến

- Dung lượng cao

- Tính cước theo dung lượng truyền

- Bảo mật cao (sử dụng mã)

 Sử dụng các phương tiện khai thác khác nhau : trong công sở, ngoài đường, trên xe…

 Có thể hổ trợ các dịch vụ như :

- Đảm bảo chuyển mạng quốc gia và quốc tế

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch gói

 Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Môi trường hoạt động của 3G UMTS chia thành 4 vùng với các tốc độ bit Rb như sau:

- Vùng 1 : trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbit/s

- Vùng 2 : thành phố, ô micro, Rb ≤384 kbit/s

- Vùng 3 : ngoại ô, ô macro, Rb≤144 kbit/s

- Vùng 4 : toàn cầu, Rb =9.6 kbit/s

 Lý do phát triển mạng 4G

Mạng 3G ra đời được xem như một cuộc cách mạng trong hệ thống thông tin di

động băng rộng cung cấp các dịch vụ tiến tiến Mặc dù 3GPP đã phát triển HSDPA,

HSUPA để tăng dung lượng truyền đến tốc độ lý thuyết cực đại khoảng 14.4Mbit/s. Tuy

nhiên nó vẫn tồn tại nhiều mặt hạn chế sau :

 Tốc độ truyền dữ liệu đường xuống tối đa 2Mbit/s với 3G và 14.4Mbit/s với

HSDPA chưa đảm bảo chất lượng dịch vụ như video, xem TV chất lượng cao

HDTV, internet không dây tốc độ cao…

 Giá thành đắt: không phù hợp với số đông người dùng

Chính vì thế, công nghệ hậu 3G và HSPA, mà cụ thể là 4G ra đời cần phải duy trì

các dịch vụ đa phương tiện tương tác, hội nghị truyền hình và internet không dây, có độ

rộng băng tần lớn hơn, và rõ ràng có vận tốc truyền và tính di động toàn cầu cao hơn…

Các tính năng này không có ở hệ thống 3G Phân tích đã cho thấy hệ thống 4G sẽ cho giá

thành dịch vụ thấp hơn so với 3G, do nó được xây dựng trên cơ sở mạng hiện có và không

mất chi phí lớn khi chuyển đổi thiết bị

1.2 Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao (HSPA)

1.2.1 Mở đầu

Truy nhập gói tốc độ cao HSPA (còn gọi 3G+) bao gồm :

- Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA chuẩn hóa vào năm 2002

- Truy nhập gói tốc độ cao đường lên HSUPA chuẩn hóa vào năm 2004

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1.8Mbit/s và tăng lên 3.6Mbit/s và

7.2Mbit/s vào năm 2007 và có thể lên 14.4Mbit/s

HSPA được triển khai trên WCDMA trên cùng một sóng mang hoặc sử dụng sóng

mang khác để đạt được dung lượng cao như hình sau :

HSPA chia sẻ hạ tầng mạng với WCDMA Để nâng cấp WCDMA lên HSPA thì cần

bổ sung thêm phần mềm và một vài phần cứng trong BSC, RNC

Hình 1.2 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (HSDPA)

1.2.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng

Hình sau minh họa kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng Số liệu từ các dịch vụ khác nhau được nén tiêu đề IP tại PDCP MAC-hs thực hiện chức năng lập biểu nhanh dựa trên NodeB

Hình 1.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA

MAC-hs : High Speed MAC

MAC-e : E-DCH : MAC kênh EDCH

MAC-es : Thực thể MAC kênh E-DCH để sắp đặt lại thứ tự

Tốc độ HS-DSCH

14.4Mbit/s trên 2ms

Tốc độ bit Iub 0-3Mbit/s

Thông số QoS :tốc độ bit cực đại: 3Mbit/s

Iu-cs

Số liệu từ GGSN

1.3 Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE

Nghiên cứu phát triển chuẩn LTE được tiến hành trong các E-UTRAN TSG (Technical Specification Group) 3GPP đã vạch ra kế hoạch chi tiết cho các nhóm nghiên cứu TSG RAN, lộ trình phát triển LTE gắn liền với lộ trình phát triển 3GPP (hình 1.4)

Năm 2005 3GPP bắt đầu soạn thảo một dự án cải tiến chuẩn UMTS, dự án gồm:

 LTE thiết kế mạng vô tuyến và giao tiếp vô tuyến mới (Evoled-UTRAN)

 SAE (Service Architecture Evolution) thiết kế hạ tầng mạng lõi mới EPC (Evoled Packet Core)

Hình 1.4 Lộ trình phát triển 3GPP

Vấn đề nghiên cứu phát triển được thực hiện trong 2 TSG:

- TSG RAN : nghiên cứu tiêu chuẩn cho giao diện vô tuyến

- TSG SA : Nghiên cứu kiến trúc mạng

1.4 Tổng quan LTE

1.4.1 LTE là gì?

LTE viết tắt của từ Long Term Evolution, là một hệ thống công nghệ được phát triển từ

họ công nghệ GSM/UMTS (WCDMA, HSPA) đang được nghiên cứu, thử nghiệm để tạo nên một hệ thống truy cập di động băng rộng thế hệ mới, hướng đến thế hệ thứ 4 (4G)

 Giao tiếp vô tuyến của LTE là một hệ thống mới hoàn toàn dựa trên OFDMA ở đường xuống và SC-FDMA ở đường lên

 Kỹ thuật đa anten MIMO (Multiple Input Multiple Output)

 Hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network)

 Hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD

 Điều chế và mã hóa thích nghi: QPSK, 16-QAM và 64-QAM ở dowlink, QPSK

và 16-QAM ở uplink (sau này có thể tăng cao số mức điều chế hơn nữa)

 Nhiệm vụ nghiên cứu của LTE và SAE :

 Phần vô tuyến (LTE)

- Cải thiện hiệu suất phổ tần, thông lượng người sử dụng, trễ

- Đơn giản hóa mạng vô tuyến

- Hổ trợ hiệu quả các dịch vụ gói như MBMS, IMS

-TD-SCDMA -…v.v…

R5_2002

-HSDPA -IMS -…v.v…

R6-2005 -Đường lên tăng cường(EDCH)

- MBMS -Tương tác WLAN-UMTS

R7, R8

-LTE -SAE -Phát triển HSPA -…v.v…

-

 Phần mạng (SAE)

- Cải thiện trễ, dung lượng và thông lượng

- Đơn giản mạng lõi

- Tối ưu lưu lượng IP và các dịch vụ

- Đơn giản hóa việc hổ trợ và chuyển giao đến các công nghệ không phải 3GPP.Kết quả nghiên cứu đã đưa ra chuẩn mạng truy nhập vô tuyến với tên gọi E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access network), để đơn giản ta gọi là LTE

1.4.2 Tốc độ số liệu đỉnh

Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20MHz (5bit /Hz/s)

- Tải xuống: 100-826.4Mbit/s;

- Tải lên: 50-86.4Mbit/s (cả 2 hướng đều tùy thuộc anten và kiểu điều chế )

 Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.4MHz, 3MHz, 5MHz,

10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên

và băng xuống bằng nhau hoặc không

Bảng 1.1 và 1.2 sau so sánh thông số tốc độ và hiệu suất băng tần giữa LTE và HSPA trên đường xuống và đường lên

Bảng 1.1 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên đường

xuống và HSDPA

Tốc độ đỉnh (Mbit/s) 14.4 144 100/đã đạt

Tốc độ đỉnh (bit/Hz/s) 0.75 1.84 3-4 lần HSDPA/đã đạt Thông lượng người sử dụng biên ô 0.006 0.0148 2-3 lần HSDPA/đã đạt

Bảng 1.2 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên đường lên

và HSDPA

Tốc độ đỉnh (Mbit/s) 5.7 57 50/đã đạt

Tốc độ đỉnh (bit/Hz/s) 0.26 0.67 2-3 lần HSDPA/đã đạt Thông lượng người sử dụng biên ô 0.006 0.015 2-3 lần HSDPA/đã đạt

1.4.4 Hổ trợ di động

Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 - 15 km/h Vẫn chạy tốt với tốc

độ từ 15 - 120 km/h Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 -

350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần được phát)

1.4.5 Vùng phủ

 LTE phải hổ trợ linh hoạt các các kịch bản phủ sóng khác nhau với giả thiết sử dụng lại các trạm UTRAN và tần số sóng mang hiện có

 Thông lượng, hiệu suất sử dụng phổ tần và hổ trợ di động phải đáp ứng các ô có bán kính 5km và giảm chút ít chất lượng với bán kính 30km Từ 30 - 100 km thì không hạn chế

 LTE hoạt động trong các băng thông 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz và 20MHz cả chiều lên và xuống nên cần đảm bảo làm việc cả chế độ đơn băng lẫn song băng

 Hổ trợ tới 200UE/cell cùng lúc tại băng thông 5MHz

1.4.6 Độ trễ và khả năng liên kết mạng

 Độ trễ : Thời gian trễ tối đa dịch vụ thấp hơn 5ms

 Liên kết mạng : Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GETRAN hiện có và các hệ thống không thuộc 3GPP cũng được đảm bảo Thời gian trễ giữa E-UTRAN và GETRAN nhỏ hơn 300ms với dịch vụ thời gian thực và không quá 500ms cho các dịch

vụ khác

1.4.7 MBMS tăng cường

 MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service) được đưa vào các dịch vụ của LTE LTE phải hổ trợ các chế độ MBMS tăng cường so với hoạt động của UTRAN

 Hổ trợ MBMS phải đảm bảo các yêu cầu sau :

 Tái sử dụng các phần tử lớp vật lý để giảm độ phức tạp đầu cuối

 Thoại và MBMS : Cho phép tích hợp đồng thời và cung cấp hiệu quả thoại dành riêng và các dịch vụ MBMS cho người dùng

 Khai thác MBMS đơn băng

1.4.8 Các vấn đề về độ phức tạp

 LTE phải thỏa mãn hiệu năng yêu cầu, đảm bảo độ ổn định hệ thống dẫn đến giảm giá thành thiết bị đầu cuối và UTRAN Do đó, cần lưu ý các vấn đề sau :

- Giảm độ phức tạp phần cứng lẫn phần mềm

- Giảm thiểu mức độ phức tạp của UE (kích thức, dung lượng, pin)

Ngoài ra ta cần lưu ý các yếu tố sau:

- Khả năng hổ trợ nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến (GETRAN/UTRAN/LTE) khi xem xét độ phức tạp của tính năng LTE

- Cần giảm thiểu các tính năng bắt buộc

- Giảm thiểu các tùy chọn

1.5 Kiến trúc mô hình LTE

Hình 1.5 Kiến trúc mô hình của E-UTRAN trong dó R h đảm bảo chuyển giao để giảm thời

gian ngắt

Trong đó :

- Rh : Thể hiện chức năng chuẩn bị chuyển giao

- Gx+ : Thể hiện Gx có thêm hổ trợ di động giữa các inter-AS

- Wx+ : Kí hiệu cho Wx có hổ trợ thêm di dộng giữa các hệ thống

- Inter AS MM: Quản lý di động cho các hệ thống truy nhập

- PCRF2 : Thể hiện chức năng quy tắc tính cước và chính sách

- Các đường tròn và các đường nối không liên tục thể hiện các phần tử/giao diện mới

của kiến trúc E-UTRAN

- EPC : Evolved Packet Core : Lõi gói cải tiến

- MME : Mobility Management Entity : Thực thể quảm lý di động

- HSS : Home Subcriber Server : Server thuê bao nhà

- GETRAN, UTRAN, SGSN : Là phần mạng truy nhập vô tuyến cho 2G, 3G, dữ liệu

HSPA

Ngoài ra còn có S-GW (Serving Gateway) và P-GW (Packet Data Network Gateway) nhưng không thể hiện trên hình để đơn giản

Không còn RNC nữa Các trạm gốc cải tiến eNodeB thực hiện độc lập chức năng quản

lý dữ liệu truyền tải, đảm bảo QoS, chuyển giao cứng các UE tích cực

IP tùy chọn (IMS, PSS)

EPC với MME

Gx++ Rx

+

Gi

Gx++

Rh

Gx + +

Gi

Rx++

Ra

Iu

Gb

eNodeB

1.6 IMT-Advanced và lộ trình tiến lên 4G

Các hệ thống hậu IMT-2000 đã và đang được nghiên cứu cũng như hoàn thiện bởi nhóm công tác 8F (ITU-R WP 8F) của ITU

Tốc độ số liệu 100Mbit/s cho vùng rộng, 1Gbit/s cho vùng hẹp

Kết nối mạng Hoàn toàn IP

Thông tin Rộng khắp, di dộng, liên tục

Trễ kết nối Thấp hơn 500ms

Trễ truyền dẫn Thấp hơn 5ms

Giá thành trên một bit 1/10-1/100 thấp hơn 3G

Giá thành cơ sở hạ tầng Thấp hơn 3G (khoảng 1/10)

Các giao diện hậu IMT-2000 được thể hiện trên hình 1.6

Hình 1.6 Các khả năng của IMT-2000 và các hệ thống sau IMT-2000

Từ hình trên cho ta thấy rằng: LTE là một trong số các con đường tiến lên 4G, tồn tại trong giai đoạn đầu của 4G, tiếp theo sau nó là IMT-Adv

Phát triển 3G

IMT-2000

(WCDMA)

IMT-2000 tăng cường

IMT-Adv (4G)

LTE

LTE-Adv

Truy nhập

vô tuyến mới

Ngoài LTE của 3GPP thì 3GPP2 cũng đã đề xuất hệ thống UMB (Ultra Mobile Band), WiMAX cũng có kế hoạch tiến lên 4G

Hình 1.7 Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di dộng đến 4G

Hình 1.8 Quá trình phát triển lên 4G với tốc độ dữ liệu cụ thể

1.7 Thực trạng mạng di động 4G với công nghệ LTE trên thế giới hiện nay

Theo các cuộc khảo sát gần đây có hơn 80% nhà cung cấp dịch vụ di động (telco) trên thế giới hiện đang sử dụng công nghệ GSM (gồm GSM, GPRS/EDGE, HSPA) Lợi thế về

hạ tầng sẵn có và số lượng người sử dụng đông đảo là lý do chính để phát triển thị trường di động băng thông rộng với công nghệ HSPA và tiếp theo sẽ là LTE Đặc tả kỹ thuật của công nghệ LTE có khả năng tương thích gần như hoàn hảo với công nghệ nền tảng GSM

Không chỉ GSM, các telco sử dụng công nghệ CDMA cũng không bỏ qua cơ hội chuyển tiếp lên 4G với công nghệ LTE đầy hấp đẫn này

Trong cuộc chạy đua để trở thành nhà khai thác mạng đầu tiên đưa vào vận hành thương mại các dịch vụ LTE, TeliaSonera đã về đích sớm nhất TeliaSonera là telco đầu tiên trên thế giới thương mại hóa công nghệ LTE tại hai thủ đô Stockholm (Thụy Điển) và Oslo (Na Uy) vào cuối năm qua và tiếp tục triển khai sang Phần Lan Song hành với chiến dịch triển khai mạng 4G LTE, TeliaSonera cũng tiếp tục mở rộng mạng Turbo-3G (công nghệ HSPA) nhằm tăng dung lượng và khu vực phủ sóng Hãng này sử dụng công nghệ

LTE tần số 2,6GHz cùng với băng thông 20MHz, tốc độ tối đa lên đến 100Mbit/s

Hiện nay thế giới có 10-15 mạng LTE đang hoạt động và lên đến 30 mạng vào cuối năm 2012 Mỹ, Nhật, Thụy Điển, Na Uy, Phần Lan, Trung Quốc…đã triển khai mạng 4G với công nghệ LTE và hiện đang mở rộng vùng phục vụ

Tại Việt Nam, Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp phép thử nghiệm mạng di động

4G trong vòng 1 năm, cho 5 doanh nghiệp viễn thông: VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC

và VTC Trong đó Viettel đã thử nghiệm thành công (12/5/2011) tại Hà Nội và TP.HCM, tốc độ truyền dữ liệu tối đa đạt được lên tới 75Mbit/s (tải xuống) và 25Mbit/s (tải lên) Băng tần thử nghiệm ở cả Hà Nội và Tp.HCM là 2.6 GHz, độ rộng băng tần 10Mhz

Tải xuống: 2640 MHz – 2650 MHz; tải lên: 2520 MHz – 2530 MHz

đã xét đến công nghệ truy nhập vô tuyến cho 4G (IMT-Adv)

Nhìn chung mục đích các công nghệ mới này là nhằm cải thiện các thông số hiệu năng

và giảm giá thành

- Tăng tốc độ số liệu đỉnh

- Tăng tốc độ bit tại biên ô

- Cải thiện hiệu năng sử dụng phổ tần

- Giảm trễ vòng

- Sử dụng băng thông linh hoạt

- Giảm chi phí đầu tư mạng

- Giảm độ phức tạp, giảm giá thành, giảm tiêu thụ công suất đầu cuối

- Tương thích với các mạng đã triển khai

- Tối ưu hóa tốc độ di động thấp, đồng thời hổ trợ tốc độ di động cao

Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao trở nên phổ biến, nhu cầu của hệ thống 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết với các nước trên thế giới và ở Việt Nam Trong giai đoạn đầu của 4G tốc độ số liệu đạt được 30-100Mbps với băng thông 20MHz Tiếp sau thời kỳ phát triển của 4G với tốc độ từ 100Mbit/s đến 1Gbit/s và băng thông

CHƯƠNG II :

OFDMA TRONG LTE 2.1 Mở đầu

OFDMA là phương pháp đa truy nhập vô tuyến dựa trên OFDM được sử dụng trong

các hệ thống thông tin di động băng rộng thay thế CDMA.Trong đó OFDM là công nghệ truyền dẫn đa sóng mang tiết kiệm băng tần sẽ được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng tốc độ cao Nội dung chương này ta sẽ xét đến nguyên lý OFDM và ứng dụng nó trong mô hình lớp vật lý OFDMA đường xuống của LTE

2.2.1 Khái quát chung

Truyền dẫn OFDM là kiểu truyền dẫn đa sóng mang với một số đặc trưng cơ bản sau :

 Sử dụng nhiều sóng mang băng hẹp : 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 song song băng hẹp

 Các sóng mang trực giao với nhau : khoảng cách giữa hai sóng mang con liền kề bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian ký hiệu điều chế sóng mang con để làm cho chúng trực giao với nhau

 Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóng mang lân cận Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ trong OFDM (hình 2.1)

Hình 2.1 Hiệu quả sử dụng phổ của OFDM

 Ưu điểm của OFDM

- Tiết kiệm băng tần làm tăng hiệu quả sử dụng phổ

- OFDM dể dàng hổ trợ ấn định băng thông linh hoạt

- Loại bỏ nhiễu giữa các ký tự (ISI) và nhiễu giữa các sóng mang (ICI) nhờ sử

- Cho phép điều chế thích nghi cho mỗi người dùng QPSK,16QAM, 64QAM…

2.2.2 Tính chất trực giao trong OFDM

Các tín hiệu được gọi là trực giao nếu chúng độc lập tuyến tính với nhau Trực giao

là một đặc tính giúp cho các tín hiệu đa thông tin (multiple information signal) được truyền một cách hoàn hảo (không bị lỗi) qua một kênh truyền thông thường và được tách mà không gây nhiễu xuyên kênh Việc mất tính trực giao sẽ tạo ra sự chồng lắp giữa các tín hiệu mang

thông tin và làm suy giảm chất lượng tín hiệu

Hình 2.2 Máy phát và thu các sóng mang con trực giao

 Các sóng mang con trực giao lẫn nhau thỏa :

sin cơ bản, mỗi hàm tương ứng với một sóng mang con Tần số ở băng tần gốc của mỗi sóng mang con được chọn bằng số nguyên lần của nghịch đảo thời gian của một ký hiệu

Do đó, tất cả các sóng mang con đều có số nguyên lần chu kỳ trong mỗi symbol Kết quả là các sóng mang con trực giao với nhau

Tập hợp các hàm sẽ trực giao với nhau nếu chúng thỏa điều kiện trong phương trình (2.1) Nếu 2 hàm bất kỳ trong tập hợp các hàm trực giao khi nhân với nhau và lấy tích phân trong khoảng thời gian một ký hiệu, kết quả sẽ bằng không Một cách khác, nếu chúng ta xem xét bộ thu kết hợp cho một trong các hàm trực giao (dùng để tách hàm trực giao cần thiết), khi đó bộ thu chỉ nhận được kết quả của hàm đó Kết quả từ tất cả các hàm khác trong tập hợp sau khi lấy tích phân đều bằng không và do đó không gây ảnh hưởng

Trong miền tần số, phổ của các sóng mang con chồng lấn lên nhau nhưng không gây nhiễu giao thoa lẫn nhau là nhờ vào tính trực giao giữa chúng Theo đó mõi tần số trung tâm của các sóng mang con có sự khác nhau trong miền tần số, mà ở đó các sóng mang con kế cận có giá trị bằng không tại thời điểm lấy mẫu sóng mang con mong muốn

Hình 2.3 Các sóng mang con trực giao

Giá trị là 0 cho các sóng mang con khác

TFFT=1/ Δf

Ký hiệu

điều chế

2.2.3 Sơ đồ khối hệ thống OFDM

Ký hiệu N là tổng số sóng mang con của hệ thống truyền dẫn OFDM và P là số sóng mang con mà một máy phát trong hệ thống có thể sử dụng Sau đây trình bày sơ đồ khối hệ

thống OFDM

Hình 2.4 Sơ đồ khối hệ thống OFDM

2.2.3.1 Máy phát

 Các khối ký hiệu điều chế (QPSK, 16QAM, 64QAM) gồm P ký hiệu điều chế (X0,

X1,…,Xp-1) được đưa đến bộ nối tiếp vào song song (S/P) để được P luồng song song với

độ dài ký hiệu của mỗi luồng bằng TFFT (độ dài hiệu dụng của ký hiệu OFDM)

 Mỗi ký hiệu điều chế Xi (i = 0, 1,…,P-1) có giá trị phức thể hiện phổ rời rạc của sóng mang con thứ i trong số N sóng mang con hệ thống Các sóng mang con được điều chế X0,

X1,…,Xp-1 kết hợp với N-P sóng mang con rỗng (bằng không) tạo nên tập {Xi} (i = 0,1,…, N-1) giá trị phức và được đưa lên N đầu vào của bộ biến đổi Fourier nhanh ngược (IFFT)

 Bộ IFFT cho ra N sóng mang con trong miền thời gian {xi} (i=0,1,…,N-1) Các sóng mang con trong miền thời gian này được thể hiện ở các mẫu rời rạc với tần số lấy mẫu fs

fs = NΔf = N

FFT

1T

FFT

N điểm P/S

y0

yN-1

X’ 0

X’ p-1 X’ 0 ,X’ 1 ,…,X’ p-

Trong đó :

Δf : khoảng cách giữa hai sóng mang con (Δf =15kHz hoặc 7.5kHz )

Ts : chu kỳ lấy mẫu

 Tín hiệu đầu ra bộ IFFT biểu diễn ở dạng các mẫu rời rạc Sóng mang con thứ i tại thời điểm k trong miền thời gian được xác định như sau :

k    ,  ký hiệu cho sóng mang con thứ i của ký hiệu OFDM thứ k tương ứng

Xi,k : giá trị phức của tính hiệu điều chế thông thường thứ i tại thời điểm k

m = 0,1,…, N : là mẫu thứ m của tín hiệu được lấy mẫu với thời gian Ts

 Tín hiệu đầu ra bộ biến đổi song song thành nối tiếp (P/S) trong miền thời gian tại thời điểm k được xác định như sau :

 Tín hiệu trong miền thời gian nhận được bằng cách nhân tín hiệu trong miền tần số

với ma trận sau đây :

(2.4)

(2.5)

(2.6)

Hình 2.5 Tín hiệu OFDM trong miền thời gian

 Thời gian bảo vệ GI và bộ chèn CP (Cyclic Prefix)

Giải pháp GI (Guard Interval)

Một trong những lý do quan trọng nhất để sử dụng kỹ thuật OFDM là kỹ thuật này

có khả năng giải quyết một cách hiệu quả vấn đề trải trễ đa đường là nguyên nhân gây ra

nhiễu liên ký tự ISI

Để loại bỏ ISI một cách gần như triệt để ta sẽ :

 Thêm khoảng thời gian bảo vệ GI vào cho mỗi ký hiệu OFDM

Hình 2.6 Minh họa thêm GI

 GI được chọn sao cho lớn hơn trải trễ cực đại max, để các thành phần trễ (do

đa đường) từ một ký hiệu không thể gây nhiễu lên ký hiệu kế cận => đây là điều kiện loại bỏ hết ISI

TGI  max

Trong đó :

TFFT : độ dài hiệu dụng

TGI : thời gian bảo vệ

Ts : tổng chiều dài ký hiệu OFDM

ax

m

 : trải trễ cực đại

Ký hiệu OFDM thứ k

Ký hiệu OFDM thứ k+1 GI

TFF T TGI

Ts

t

Khoảng thời gian bảo vệ có thể không chứa một tín hiệu nào cả Tuy nhiên, trong

trường hợp có GI thì ICI sẽ xuất hiện ICI (Inter Channel Interference) là nhiễu giữa các

sóng mang con, tức là các sóng mang con không còn tính trực giao Hình sau minh họa hiện tượng này

Hình 2.7 Nhiễu giữa các sóng mang :sóng mang trễ 2 gây ra ICI trên sóng mang 1

và ngược lại

Bộ chèn CP (Cyclic Prefix)

Để loại bỏ ICI, ký hiệu OFDM được mở rộng có tính chu kỳ trong khoảng thời gian bảo vệ (thực hiện chèn CP, nghĩa là nó được lặp lại tuần hoàn trong thời gian bảo vệ nhờ CP) như hình 2.8

Điều này đảm bảo rằng phiên trễ của ký hiệu OFDM luôn luôn có một số nguyên

Chu kỳ trong khoảng thời gian FFT, miễn là thời gian trễ nhỏ hơn thời gian bảo vệ Các tín

hiệu đa đường với giá trị trễ nhỏ hơn thời gian bảo vệ sẽ không thể gây ra ICI

Bộ chèn thực hiện chèn V mẫu (độ dài TCP) của ký hiệu OFDM vào đầu ký hiệu này, lúc đó :

Ts = TFFT + TCPVới V mẫu được sao chép từ các mẫu cuối cùng của tín hiệu xk Thường thì TCP được chọn bằng thời gian trễ trội cực đại Khi đó m trong phương trình 2.6 (ma trận bên trên) sẽ là: m = 0, 1 ,…, N-1,…, N+V-1 và tổng số mẫu đầu ra sẽ bằng N+V

(2.7)

điều chế cho ký hiệu được xét sẽ chồng lấn một phần lên ký hiệu trước đó Vì thế tích

phân tín hiệu đi thẳng sẽ chứa nhiễu của tín hiệu phản xạ từ ký hiệu trước đó (hình

2.10a) nên không những xảy ra nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) mà còn cả nhiễu giữa các sóng mang con (ICI)

Khoảng thời gian ký hiệu OFDM

Sao chép và dán

GI

Hình 2.10 Giải thích ý nghĩa chèn CP

Do đó, khi CP được chèn vào làm cho ký hiệu OFDM có khả năng chống tán thời

trên kênh vô tuyến Khi chèn CP độ dài ký hiệu OFDM tăng từ TFFT lên TFFT + TCP , với TCP

là độ dài của CP tương ứng với việc giảm tốc độ ký hiệu OFDM T FFT =1/Δf và T CP 

ax

m

 Nhược điểm của việc chèn CP :

dụng và điều này có nghĩa là mất một phần công suất khi giải điều chế.)

- Chèn CP còn gây ra mất băng thông vì tốc độ ký hiệu OFDM giảm trong khi độ

rộng băng tần của tín hiệu không giảm

- Ảnh hưởng của trải Doppler làm mất đồng bộ tần số

 Bộ biến đổi số vào tương tự (DAC)

Bộ DAC cho ta tín hiệu tương tự có dạng sau :

Ts

b)Tín hiệu OFDM khi chèn CP

a)Tín hiệu OFDM khi không chèn CP

Cóp và dán Cóp và dán

Ký hiệu OFDM thứ k: Ts=TFFT + TCP Ký hiệu OFDM thứ k +1: Ts=TFFT + TCP

Không nhiễu giao thoa khi chèn CP

CP

 

1 , 0

exp 2

, k

, k

Bộ ADC biến đổi y(t) vào số

Bộ loại bỏ CP sẽ loại CP thực hiện bằng tích chập

Giả sử bỏ qua tạp âm thì y x h , với h là véctơ có độ dài v+1 biểu thị đáp ứng xung

kim trong thời gian ký hiệu OFDM

a) Mẫu đầu tiên tín hiệu đầu ra kênh b) Mẫu thứ hai tín hiệu đầu ra kênh

Hình 2.11 Quá trình tích chập quay vòng giữa đáp ứng kênh xung kim h và x CP

Sau quá trình tích chập vòng ta có tín hiệu đầu ra kênh như sau :

Hình 2.12 Bộ FFT chuyển đổi ký hiệu từ miền thời gian vào miền tần số

Sau FFT máy thu lấy ra P sóng mang con cần thu trong miền tần số {X i}, (i 1), khi đó mỗi sóng mang con được xác định như sau :

ký hiệu k Và m (m=0,1…,N-1) là mẫu thứ m của tín hiệu lấy mẫu trong miền thời gian với

Sau đó tín hiệu được chỉnh dạng xung và đưa đến bộ giải điều chế BPSK hoặc QAM

2.3 Ƣớc tính kênh và các ký hiệu tham khảo

Kênh OFDM bao gồm tổ hợp điều chế OFDM qua xử lý IFFT, kênh tán thời và giải điều chế OFDM qua xử lý FFT Nếu CP đủ lớn thì các nhánh kênh miền tần số H0,…, Hp-1

có thể được rút ra trực tiếp từ các đáp ứng xung kim

Hình 2.13 Mô hình kênh OFDM trong miền tần số

i

i i i

X H X  ( i = 0,1…p-1 ) ; H0 : Đáp ứng kênh đối với X0 ;i: Tạp âm tác động lên Xi

Để khôi phục lại ký hiệu phát cho quá trình xử lý tiếp theo máy thu phải nhân X i với phúc liên hợp của Hi : H i, đây là quá trình cân bằng một nhánh và được áp dụng cho từng sóng mang con được thu Vậy nên các máy thu phải ước tính các nhánh kênh miền tần số

H0, H1 , …, Hp-1 , và phương pháp ước tính nhánh kênh miền tần số trực tiếp được sử dụng

Hình 2.14 Mô hình kênh phát thu OFDM miền tần số với bộ cân bằng 1 nhánh

Khi dùng phương pháp ước tính nhánh kênh miền tần số trực tiếp hệ thống chèn các

ký hiệu tham khảo (là các kênh hoa tiêu pilot) tại các khoảng thời gian quy định trong lưới thời gian tần số của OFDM Do biết trước các ký hiệu tham khảo này nên máy thu có thể ước tính kênh miền tần số xung quanh vị trí ký hiệu tham khảo bằng cách so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu pilot nguyên thủy

Yêu cầu về khoảng cách thời gian hai tín hiệu pilot là :

12

Với fD , Ts tương ứng là độ dịch tần Doppler và khoảng thời gian ký tự OFDM

Hình 2.15 Các ký hiệu tham khảo trên trục thời gian - tần số

Tóm lại, ba chức năng tín hiệu tham khảo đường xuống cần quan tâm là :

- Ước tính kênh đường xuống để giải điều chế tại UE

- Đo chất lượng kênh đường xuống

- Tìm ô

2.4 Mã hóa kênh, ghép xen và phân tập tần số trong truyền dẫn OFDM

Fading chọn lọc tần số làm cho chất lượng kênh vô tuyến luôn thay đổi trong miền tần

số Trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang băng rộng (WCDMA chẳng hạn), mỗi ký hiệu được truyền trên một băng rộng nên ảnh hưởng chọn lọc tần số có thể bao gồm vùng tần số có chất lượng truyền dẫn cao và vùng tần số có chất lượng truyền dẫn thấp Việc truyền dẫn thông tin trên một băng tần rộng gồm nhiều dải băng với chất lượng khác nhau

này được gọi là phân tập tần số

Trong trường hợp OFDM, mỗi ký hiệu được truyền trên một băng hẹp Vì thế một số

ký hiệu có thể rơi vào vùng tần số có chất lượng kênh rất thấp, nên từng ký hiệu riêng lẻ có

Tín hiệu tham khảo

t

f

(2.15)

thể không nhận được phân tập tần số ngay cả khi kênh đó có tính chọn lọc tần số cao Kết quả là BER của truyền dẫn OFDM trên kênh chọn lọc tần số kém hơn nhiều so với BER trong truyền dẫn đơn sóng mang băng rộng

Để khắc phục điều đó trong truyền dẫn OFDM, người ta dùng kỹ thuật mã hóa kênh

Mục đích mã hóa kênh là giúp cho đầu thu phát hiện và sửa được nhiều lỗi hơn Trong mã hóa kênh mỗi bít thông tin được truyền phân tán trên nhiều bít mã, thông qua các ký hiệu điều chế được sắp xếp lên các sóng mang con và các sóng mang con này được phân bố hợp

lý trên toàn bộ băng thông truyền dẫn của tín hiệu OFDM Nghĩa là mỗi bít này được truyền trên các băng tần có chất lượng khác nhau của kênh, khi đó mỗi bít thông tin sẽ nhận được phân tập tần số (lưu ý các sóng mang con và các bít mã không nhận được phân tập tần số)

Hình 2.16 Giải thích vai trò của mã hóa kênh kết hợp ghép xen tần số trong OFDM

Phân bố các bít mã trong miền tần số như hình trên (hoán đổi thứ tự các bít trong một

từ mã) có thể gọi là ghép xen tần số Mục đích của ghép xen là để phân bố lỗi bít, giúp cho

bộ giải mã kênh sữa lỗi dể dàng nhằm chống lại fading thay đổi theo thời gian

Như vậy trong truyền dẫn OFDM, mã hóa kênh kết hợp với ghép xen tần số là khâu quan trọng Các loại mã hóa kênh thương dùng trong đi động như mã khối, mã chập, mã kết hợp

Trong thông tin di động, để sử dụng truyền dẫn OFDM cần lựa chọn 3 thông số cơ sở sau đây :

Khoảng cách các sóng mang con Δf

Số sóng mang con N : cùng với Δf tạo nên băng thông truyền dẫn của tín hiệu OFDM

Độ dài CP : cùng với Δf , TCP quyết định độ dài ký hiệu OFDM, hay tốc độ ký hiệu OFDM

2.5.1 Khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM

Chọn sóng mang con cần cân nhắc 2 tiêu chí sau :

- Δf càng nhỏ càng tốt : để giảm thiểu chi phí cho CP ( CP

Điều chế OFDM

c1 c2 c3 c4

b bít thông tin

Ghép xen

Mã hóa kênh

Khi truyền qua kênh vô tuyến, do trải Doppler lớn kênh có thể thay đổi đáng kể trong đoạn lấy tương quan TFFT dẫn đến trực giao giữa các sóng mang con bị mất và gây ra nhiễu giữa các sóng mang con Tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu mà có thể chấp nhận các mức nhiễu cao thấp khác nhau

2.5.2 Số lƣợng các sóng mang con

Dựa vào trải Doppler và tán thời ta chọn được Δf , bước tiếp theo cần chọn số lượng

sóng mang con phù hợp đựa trên băng thông khả dụng và phát xạ ngoài băng

Độ rộng băng tần cơ sở của tín hiệu OFDM bằng số sóng mang con P mà một máy

phát sử dụng nhân với Δf :

Bs =P*Δf

Tuy nhiên việc tạo dạng xung chữ nhật dẫn đến các búp sóng bên ngoài giảm tương đối chậm gây ra phát xạ ngoài băng làm cho phổ của tín hiệu OFDM cơ sở giảm rất chậm bên ngoài độ rộng băng tần OFDM cơ sở Vì thế để giảm phát xạ ngoài băng cần dành 10% băng tần cho băng bảo vệ Chẳng hạn ta có băng thông khả dụng là 20MHz thì độ rộng băng tần OFDM khoảng 18MHz, giả sử Δf = 15kHz thì có khoảng 1200 sóng mang con trong

(2.16)

Bs 18 MHz

Mật độ phổ công suất(dBm/30kHz)

Như vậy để tối ưu hiệu năng trong hệ thống OFDM, nó phải hổ trợ nhiều độ dài CP

- CP ngắn hơn trong môi trường ô nhỏ để giảm thiểu chi phí cho CP

- CP dài hơn trong môi trường có tán thời rất lớn và đặc biệt trong trường hợp mạng đơn tần SFN

2.6 Ảnh hưởng của thay đổi mức công suất tức thời

Một trong những nhược điểm của điều chế OFDM là sự thay đổi công suất tức thời của tín hiệu phát rất lớn dẫn đế tỷ số giữa công suất đỉnh và công suất trung bình PAPR (Peak to Average Power Ratio) rất lớn

đ trung binh

j A

dB A



Tỷ số PAPR này khá lớn , từ đó ta nhận thấy ảnh hưởng của PAPR lớn như sau :

- Tín hiệu với PAPR cao đòi hỏi các bộ khuếch đại công suất có tính tuyến tính cao để tránh làm méo tín hiệu => khó chế tạo, đắt tiền

- Hiệu suất sử dụng bộ khuếch đại công suất không cao (do thường xuyên làm việc ở công suất trung bình) nhưng bộ khuếch đại công suất thì phải thiết kế với công suất đỉnh cao hơn rất nhiều

- Giảm công suất phát ra dẫn đến giảm cự ly phủ sóng

Biên độ đỉnh

Biên độ trung bình

PAPR

Thời gian Biên độ

(2.17)

- Mức tiêu thụ công suất đầu cuối di động cao

 Phương pháp giảm giá trị đỉnh của tín hiệu OFDM

Lấy ý tưởng là giảm công suất trung bình, nghĩa là giảm dải động của tín hiệu đối với một tốc độ số liệu cho trước Ta xét 2 phương pháp sau (mang tính giải thuật) :

- Dành trước tông : Dành trước một cặp sóng mang con không sử dụng cho truyền dẫn

số liệu.Các sóng mang con này được điều chế để có thể triệt bỏ các giá trị đỉnh lớn của toàn

bộ tín hiệu OFDM

- Xáo trộn chọn lọc : Chuổi bít sau mã hóa kênh được xáo trộn với các mã ngẫu nhiên hóa và được điều chế OFDM chọn ra tín hiệu có công suất đỉnh thấp nhất để phát

2.7 Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập

Ta sử dụng OFDM cho đa truy nhập OFDM để truyền dẫn đồng thời đến/từ các máy đầu cuối bằng phân chia tần số

a ) Đường xuống b ) Đừơng lên

Hình 2.19 OFDM được sử dụng cho sơ đồ ghép kênh / đa truy nhập

Hình 2.19a trên đường xuống, OFDM được sử dụng làm sơ đồ ghép kênh những người

sử dụng Trong thời gian ký hiệu OFDM toàn bộ các sóng mang con được chia thành các tập con khác nhau và gán cho người dùng khác nhau để truyền đến các đầu cuối

Hình 2.19b, OFDM được sử dụng làm sơ đồ đa truy nhập cho đường lên Các đầu cuối

di động khác nhau được ghép kênh theo tần số, tuy nhiên chúng phải đồng bộ về thời gian, nghĩa là sự mất đồng bộ giữa các UE phải nhỏ hơn độ dài CP nhằm đảm bảo tính trực giao

để tránh nhiễu giữa các UE

Dịch vụ quảng bá và phát đa hướng đa phương tiện MBMS (Multimedia Broadcast-

Multicast Service) hay còn gọi là dịch vụ truyền thông đa phương tiện, là dịch vụ điểm – đa điểm nhằm quảng bá nội dung đến thiết bị di động qua mạng tế bào Các dịch

vụ MBMS điển hình như : truyền hình di động, video v.v MBMS cung cấp khả năng tương tác đầu-cuối giữa người dùng và nguồn dịch vụ

 Phát quảng bá đa ô : Cung cấp đồng thời nhiều thông tin cho các các đầu cuối trải rộng trên một vùng rộng lớn chứa nhiều ô Ưu điểm là tiết kiệm tài nguyên, độ lợi công suất đầu cuối lớn khi thu các UE thu đồng thời và kết hợp truyền dẫn quảng bá

 Phát quảng bá đơn ô : Khi cần cung cấp cùng một thông tin cho nhiều đầu cuối trong cùng một ô Phải đảm bảo cho các đầu cuối thu yếu tại biên ô bằng cách hạn chế tốc độ số liệu quảng bá hoặc giảm kích thước ô

 Phát đơn phương : Thông tin được truyền dẫn riêng cho từng đầu cuối di động Trong trường hợp này hệ thống LTE phải có khả năng đạt được các mục tiêu chất lượng khi làm việc trên cùng một đài trạm

Ta đã xét nguyên lý chung của OFDM, OFDM là phương pháp truyền dẫn đa sóng mang cho phép truyền dẫn vô tuyến băng rộng tiết kiệm băng thông Vì vậy được sử dụng cho mô hình lớp vật lý OFDM đường xuống trong LTE Tuy nhiên OFDM có nhược điểm khá quan trọng là PAPR cao, vì vậy DFTS-OFDM được dùng nhằm cải thiện PAPR cho đương lên bằng cách trải phổ DFT tín hiệu trước khi đưa lên bộ IFFT sẽ trình bày trong chương III

CHƯƠNG III

SC-FDMA TRONG LTE 3.1 Nguyên lý truyền dẫn DFTS-OFDM

3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống DFTS-OFDM

Hình 3.1 Cấu trúc máy phát và thu của hệ thống DFTS-OFDM

Chú thích :

- Khối cấu trúc trong đường nét đứt là phần thêm vào để cấu trúc hệ thống OFDM trở thành cấu trúc hệ thống DFTS-OFDM

- xp : ký hiệu số liệu thứ p (0,1…P-1) tại đầu vào bộ DFT của DFTS-OFDM

- Xn : mẫu n (0, 1,…, P-1) trong miền tần số của tín hiệu tại đầu ra DFT

- Xi : sóng mang con thứ i (0,1,…,N-1) được điều chế trong miền tần số tại đầu vào bộ IFFT

- xi : sóng mang con thứ i của tín hiệu OFDM trong miền thời gian tại đầu ra bộ IFFT

- xi,k(m) : mẫu m (0,1,…, N-1) của tín hiệu OFDM tại đầu ra của bộ P/S tại thời điểm

k (k  ( , ))

3.1.2 Máy phát DFTS-OFDM

Máy phát DFTS-OFDM biến đổi tín hiệu nhị phân thành một dãy sóng mang được điều chế Mỗi khối trong hình trên bao gồm P ký hiệu trong đó mỗi ký hiệu có độ dài Tsmod Vậy mỗi khối là khoảng thời gian P.TSmod Tại đầu vào máy phát, bộ điều chế băng gốc biến đổi đầu vào nhị phân thành một chuổi nhiều mức các số phức tạo thành các khối ký hiệu {xp} có khuôn dạng thuộc các kiểu điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM với P là số sóng mang con hệ thống OFDM dành cho máy đầu cuối

Hệ thống sẽ thực hiện điều chế và mã hóa thích nghi, nên tốc độ bít truyền dẫn sẽ phù

hợp với điều kiện kênh truyền của máy đầu cuối

 Điều chế và mã hóa thích nghi:

Mục đích nhằm cải thiện lưu lượng dữ liệu trên kênh fading tùy theo điều kiện mỗi người dùng Khi đường truyền có chất lượng tốt, hệ thống sẽ tăng số mức điều chế hoặc

CP

FFT

N điểm

Giải sắp xếp các sóng mang con