Bài tập lớn tìm hiểu về công nghệ OFDMA trong LTE

Tìm hiểu về công ngh OFDMA trong LTE ệ OFDMA trong LTEContents 1.. Lời nói đầu LTE viết tắt của cụm từ Long Term Evolution, có nghĩa là Tiến hóa dài hạn, công nghệ này được coi

Trang 1

Tìm hiểu về công ngh OFDMA trong LTE ệ OFDMA trong LTE

Contents

1 Lời nói đầu 1

2 Khái ni m về OFDMA ệm về OFDMA 2

3 Nguyên lý hoạt đ ng ộng 2

4 OFDMA nhảy tần 3

5 Truyền dữ li u hướng xuống OFDM ệm về OFDMA 5

6 Nguyên tắc đa truy nh p đường xuống OFDMA ập đường xuống OFDMA 6

6.1 OFDM 6

6.2 OFDMA 10

6.2.1 Các tham số của OFDMA: 11

6.2.2 Cấu trúc lưới tài nguyên 12

6.2.3 Tiền tố vòng CP 13

6.3 Truyền dữ li u hướng xuống ệm về OFDMA 14

7 Kết lu n ập đường xuống OFDMA 17

1 Lời nói đầu LTE (viết tắt của cụm từ Long Term Evolution, có nghĩa là Tiến hóa dài hạn), công nghệ này được coi như công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G)

Trang 2

Vào giữa năm 2002, 4G là m t khung nh n thức để thảo lu n những yêu ộng ập đường xuống OFDMA ập đường xuống OFDMAcầu của m t mạng băng r ng tốc đ siêu cao trong tương lai mà cho phép h i ộng ộng ộng ộngtụ với mạng hữu tuyến cố định Tốc đ dữ li u cao hơn của những mạng di ộng ệm về OFDMA

đ ng trong tương lai sẽ đạt được bằng cách cải thi n hi u quả phổ 4G sẽ sử ộng ệm về OFDMA ệm về OFDMAdụng kỹ thu t OFDMA hướng xuống và SC-CDMA hướng lên, các kỹ thu t này ập đường xuống OFDMA ập đường xuống OFDMAcó đ c điểm nổi tr i như sử dụng phổ tần hi u quả, khả năng chống lại nhiễu ộng ệm về OFDMAISI và MULTIPATH Ở bài viết này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về công ngh OFDMA ệm về OFDMAtrong LTE

Đối với vi c truyền dữ li u nối tiếp qua giao tiếp ệm về OFDMA ệm về OFDMA vô tuyến tuyến người ta quyết định dùng m t phương thức truyền mới trong LTE, phương thức này ộnghoàn

toànkhác bi t với giải pháp CDMA của UMTF Thay vì dùng m t kênh truyền tải ệm về OFDMA ộngqua m t dải tần r ng, người ta đã quyết định dùng m t phương thức truyền ộng ộng ộnggọi là orthogonal frequency Division Muntiple Access (đa truy nh p phân chia ập đường xuống OFDMAtheo tần số trực giao), viết tắt là OFDMA

Lý do dùng phương thức này là vì:

- Nhiều bit được v n chuyển song song với nhau, lên tốc đ truyền trên ập đường xuống OFDMA ộngmỗi kênh truyền tải con có thể thấp hơn nhiều so với tốc đ truyền dữ ộng

li u tổng c ng, nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của vi c suy giảm đa đường ệm về OFDMA ộng ệm về OFDMAdẫn do thời điểm đến nơi khác bi t đôi chút của tín hi u từ các hướng ệm về OFDMA ệm về OFDMAkhác nhau

Trang 3

- Tác dụng của suy hao đa đường dẫn và sự phân tán đ trễ sẽ trở lên ộng

đ c l p với lượng giải tần được dùng cho kênh.ộng ập đường xuống OFDMA

2 Khái ni m v OFDMA ệm về OFDMA ề OFDMA

OFDMA là kỹ thu t đa truy nh p dựa trên nền tảng là OFDM được sử ập đường xuống OFDMA ập đường xuống OFDMAdụng trong các h thống tin di đ ng băng r ng thay thế cho CDMA.ệm về OFDMA ộng ộng

3 Nguyên lý ho t đ ng ạt động ộng

Trong OFDMA, vấn đề đa truy nh p được thực hi n bằng cách cung cấp ập đường xuống OFDMA ệm về OFDMAcho mỗi người dùng m t phần trong số các sóng mang có sẵn Bằng cách này, ộngOFDM A tương tự như phương thức đa truy nh p phân chia theo tần số thông ập đường xuống OFDMAthường (FDMA); tuy nhiên nó không nhất thiết phải có giải phòng v lân c n ệm về OFDMA ập đường xuống OFDMA

r ng như trong FDMA để tách bi t những người dùng khác nhau Hình 1 mô tả ộng ệm về OFDMAví dụ về bảng tần số thời gian của OFDMA, trong đó có 7 người dùng từ a đến g và mỗi người sử dụng m t phần xác định của các sóng mang phụ có sẵn, khác ộngvới những người còn lại

Trang 6

Hình 1: Ví dụ của biểu đồ số thời gian và OFDMA

Trang 7

Thí dụ này là hỗn hợp của OFDMA và TDMA bởi vì mỗi người sử dụng chỉ phát trong 4 khe thời gian, chứa 1 ho c vài symbol OFDM 7 người sử dụng từ a đến

g đều được đ t cố định (fix set) cho các sóng mang theo 4 khe thời gian

4 OFDMA nh y t n ảy tần ần

định cho sóng mang Có thể dễ dàng cho phép nhảy các sóng mang phụ theo khe thời gian như mô tả trong hình 2

Hình 2: Ví dụ của biểu đồ tần số thời gian với 3 khe thời gian a, b, c đều có 1bước nhảy với 4 khe thời gian

Vi c cho phép nhảy với các phương pháp nhảy khác nhau cho phép mỗi ệm về OFDMAngười sử dụng làm biến đổi th t sự h thống OFDMA trong h thống CDMA ập đường xuống OFDMA ệm về OFDMA ệm về OFDMAnhảy tần Điều này có lợi là tính Phân t p theo tần số tăng lên bởi vì mỗi người ập đường xuống OFDMAsử dụng dùng toàn b băng thông có sẵn cũng như có lợi về xuyên nhiễu trung ộng

Trang 8

bình, điều rất phổ biến đối với biến thể của CDMA Bằng cách sử dụng mã sửa lỗi hướng đi trên các bước nhảy, h thống có thể sửa cho các sóng mang phụ ệm về OFDMAkhi bị pha đinh sâu hay các sóng mang bị xuyên nhiễu bởi các người dùng khác

Do đ c tính xuyên nhiễu và phađinh thay đổi với mỗi bước nhảy, h thống phụ ệm về OFDMAthu c vào năng lượng tín hi u nh n được trung bình hơn là phụ thu c vào ộng ệm về OFDMA ập đường xuống OFDMA ộngphađinh và năng lượng nhiễu trong trường hợp xấu nhất

Ưu điểm của h thống OFDMA nhảy tần hơn hẳn h thống DS-CDMA và ệm về OFDMA ệm về OFDMAMC-CDMA là tương đối dễ dàng loại bỏ được xuyên nhiễu trong m t tế bào ộngbằng cách xử dụng mẫu nhảy trực giao trong m t tế bào.ộng

M t trong những ưu điểm như v y được mô tả trong hình 3 cho N sóng ộng ập đường xuống OFDMAmang phụ, nó luôn luôn có thể tạo ra N mẫu nhảy trực giao

Trang 9

Hình 3: Ví dụ về 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau

5 Truy n d li u h ề OFDMA ữ liệu hướng xuống OFDM ệm về OFDMA ướng xuống OFDM ng xu ng OFDM ống OFDM

H thống truyền dẫn đường xuống của LTE dựa trên công nh OFDM Như ệm về OFDMA ệm về OFDMAđã biết thì OFDM là m t h thống truyền dẫn đường xuống hấp dẫn với nhiều ộng ệm về OFDMAlý do khác nhau Vì thời gian kí tự trong OFDM tương đối dài trong vi c kết hợp ệm về OFDMAvới m t tiền tố chu trình, nên OFDM cung cấp đủ mạnh để chống lại sự lựa ộngchọn tần số kênh M c dù trên lý thuyết thì sự sai l ch tín hi u do kênh truyền ệm về OFDMA ệm về OFDMAchọn lọc tần số có thể được kiểm soát bằng kỹ thu t cân bằng tại phía thu, sự ập đường xuống OFDMAphức tạp của kỹ thu t cân bằng bắt đầu trở lên kém hấp dẫn trong vi c triển ập đường xuống OFDMA ệm về OFDMAkhai đối với những thiết bị đầu cuối di đ ng tại băng thông trên 5 MHZ Vì v y ộng ập đường xuống OFDMAmà OFDM với khả năng vốn có trong vi c chống lại fading lựa chọn tần số sẽ trởệm về OFDMAthành sự lựa chọn hấp dẫn cho đường xuống, đ c bi t khi được kết hợp với ệm về OFDMAghép kênh không gian

6 Nguyên t c đa truy nh p đ ắc đa truy nhập đường xuống OFDMA ập đường xuống OFDMA ường xuống OFDMA ng xu ng OFDMA ống OFDM

6.1 OFDM

Kế hoạch truyền dẫn đường xuống cho E-UTRAN chế đ FDD và TDD là được ộngdựa trên OFDM truyền thống OFDM cũng được sử dụng trong WLAN, WIMAX và các công ngh truyền quảng bá như DVB OFDM cũng có m t số lợi ích như ệm về OFDMA ộng

đ bền của nó với phađing đường và kiến trúc thu nh n hi u quả của nó Ngoàiộng ập đường xuống OFDMA ệm về OFDMA

ra OFDM còn có m t số lợi ích khác như:ộng

- OFDM dễ dàng hỗ trợ cho vi c phân bố băng thông m t cách linh hoạt, ệm về OFDMA ộngbằng cách biến đổi băng tần cơ sở thành các sóng mang con để truyền đi,

Trang 10

mỗi sóng mang con được điều chế đ c l p bởi m t dòng dữ li u tốc đ ộng ập đường xuống OFDMA ộng ệm về OFDMA ộngthấp.

- Hỗ trợ truyền dẫn broadcast/multicast, khi mà những thông tin giống nhauđược truyền đi từ nhiều trạm gốc

+ M t số đ c điểm cơ bản của OFDM:ộng

- Sử dụng m t số lượng tương đối lớn các sóng mang con băng hẹp Truyền ộngOFDM sử dụng vài trăm sóng mang con được truyền trên m t liên kết vô tuyến ộngđến cùng m t máy thu.ộng

- dạng xung đơn giản như trong hình 4.a Điều này đáp ứng phổ dạng sa ở mỗi sóng mang, như minh họa trong hình 4.b

- Những sóng mang con được sắp xếp ch t chẽ trên miền tần số với khoảng cách giữa các sóng mang con ∆ f =1/Tu (hình 5), với Tu là khoảng thời gian điều chế symbol trên mỗi sóng mang con Khoảng cách sóng mang bằng tốc đ điều ộngchế trên mỗi sóng mang con

Trang 11

Hình 4: Dạng xung và phổ của mỗi sóng mang con cho truyền OFDM cơ bản

Hình 5: Khoảng cách giữa các sóng mang con OFDM

Trong miền thời gian, m t khoảng bảo v có thể được thêm vào mỗi ký ộng ệm về OFDMA

hi u để chống lại nhiễu liên ký hi u OFDM do kênh lan truyền trễ Trong E-ệm về OFDMA ệm về OFDMAUTRAN, các khoảng bảo v là m t tiền tố vòng mà được chèn vào trước mỗi ký ệm về OFDMA ộng

hi u OFDM.ệm về OFDMA

Trang 12

Trong thực tế, tín hi u OFDM do kênh lan truyền trễ Trong E-UTRAN, các ệm về OFDMAkhoảng bảo v là m t tiền tố vòng mà được chèn vào trước mỗi ký hi u OFDM.ệm về OFDMA ộng ệm về OFDMA Trong thực tế tín hi u OFDM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng IFFT ệm về OFDMA(biến đổi Furier nhanh nghịch đảo) IFFT chuyển đổi số lượng N các ký hi u dữ ệm về OFDMA

li u phức được sử dụng như các phễu để biến đổi tín hi u miền tần số sang tín ệm về OFDMA ệm về OFDMA

hi u miền thời gian N điểm IFFT được minh họa như trong hình 6, nơi mà có ệm về OFDMAa(mN+n) tham chiếu tới ký hi u dữ li u điều chế sóng mang con thứ n, trong ệm về OFDMA ệm về OFDMAkhoảng thời gian mTu <t≤ (m+1 )Tu

s

Hình 6: Tạo ra ký hi u OFDM có sử dụng gói IFFTệm về OFDMA

Vecto Sm được xác định là ký hi u OFDM có ích Nó là sự chồng chất về m t ệm về OFDMAthời gian của N các sóng mang con được điều chế băng hẹp Vì v y, từ m t ập đường xuống OFDMA ộngdòng song song của của N nguồn dữ li u, mỗi nguồn được điều chế m t cách ệm về OFDMA ộng

Trang 13

đ c l p, m t dạng sóng bao gồm N sóng mang con trực giao được hình thành ộng ập đường xuống OFDMA ộngHình 3 minh họa sự ánh xạ từ m t luồng nối tiếp các ký hi u QAM đến N các ộng ệm về OFDMAluồng song song, sử dụng như là phiễu miền tần số cho IFFT N điểm các khối miền thời gian thu được từ IFFT sau đó được xếp theo m t thứ tự để tạo ra ộng

m t tín hi u miền thời gian Điều này không được biểu diễn trong hình 7, nó là ộng ệm về OFDMA

m t quá trình chèn vào tiền tố vòng.ộng

Hình 7: Sự tạo ra chuỗi tín hi u OFDM ệm về OFDMA

Tài nguyên v t lý trong truyền OFDM thường được minh họa như m t lưới ập đường xuống OFDMA ộngthời gian tần số như hình 8 với mỗi c t tương ứng với m t symbol OFDM và ộng ộng

Trang 14

mỗi hàng tương ứng với m t sóng mang con OFDM.ộng

Hình 8 Lưới thời gian tần số OFDM

6.2 OFDMA

Trái với phương thức truyền OFDM, OFDMA cho phép truy nh p của nhiều ập đường xuống OFDMAngười sử dụng trên băng thông sẵn có

Trang 15

Hình 9: Cấp phát sóng mang cho OFDM và OFDMA

Mỗi người sử dụng được ấn định m t tài nguyên thời gian-tần số cụ thể ộngNhư m t nguyên tắc cơ bản của E-UTRAN, các kênh dữ li u là các kênh chia sẻ ộng ệm về OFDMAVí dụ, đối với mỗi khoảng thời gian truyền của m t 1 ms, m t quyết định lịch ộng ộngbiểu được lấy về trong đó người sử dụng được gán với các tài nguyên thời gian / tần số trong suốt khoảng thời gian truyền tải

6.2.1 Các tham s c a OFDMA: ống OFDM ủa OFDMA:

trúc loại 2 cho chế đ TDD.ộng

+ đối với kiểu cấu trúc khung loại 1, khung vô tuyến 10ms được chia thành 20 khe có kích thước như nhau là 0,5ms M t khung con bao gồm có 2 khe liên ộng

Trang 16

tiếp, nên m t khung vô tuyến chứa 10 khung con Điều này được minh họa nhưộngtrong hình 10 (Ts là thể hi n của đơn vị thời gian cơ bản tương ứng với ệm về OFDMA

30,72MHZ)

Hình 10: Cấu trúc khung loại 1

Đối với cấu trúc khung loại 2, khung vô tuyến 10ms bao gồm hia nửa-khung với mỗi nửa chiều dài 5ms Mỗi nửa khung được chia thành năm khung con với mỗi khung con 1 ms, như được thể hi n trong hình 11 Các khung con đ c bi t ệm về OFDMA ệm về OFDMAcó 3 trường là DwPTS (khe thời gian dẫn hướng đường xuống), GP (khoảng bảo

v ) và UpPTS (khe thời gian dẫn hướng đường lên) Các trường này đã được ệm về OFDMAbiết đến từ TD-SCDMA và được duy trì trong LTE-TDD DwPTS, GP và UpPTS có chiều dài cấu hình riêng và chiều dài tổng c ng là 1 ms.ộng

Trang 17

Hình 11: Cấu trúc khung loại 2

6.2.2 C u trúc l ấu trúc lưới tài nguyên ướng xuống OFDM i tài nguyên

Hình 12 Lưới tài nguyên đường xuống

Các sóng mang con trong LTE có m t khoảng cách cố định f = 15 kHZ trong miềnộngtần số, 12 sóng mang con hình thành m t khối tài nguyên Kích thước khối tài ộngnguyên khác nhau với tất cả các băng thông Số lượng các tài nguyên ứng với băng thông li t kê trong bảng:ệm về OFDMA

Số lượng khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau

Trang 18

6.2.3 Ti n t vòng CP ề OFDMA ống OFDM

Với mỗi ký hi u OFDM, m t tiền tố vòng (CP) được nối thêm như là khoảng ệm về OFDMA ộngthời gian bảo v M t khe thời gian xuống bao gồm 6 ho c 7 ký hi u OFDM, ệm về OFDMA ộng ệm về OFDMAđiều này tùy thu c vào tiền tố vòng được cấu hình là mở r ng hay bình thường.ộng ộngTiền tố vòng dài có thể bao phủ các kích thước ô lớn hơn với sự lan truyền trễ cao hơn của các kênh vô tuyến Các chiều dài tiền tố vòng được lấy mẫu (đơn vị

đo bằng s) và được tóm tắt trong bảng:

Tham số cấu trúc đường xuống (FDD&TDD)

Trang 19

6.3 Truy n d li u h ề OFDMA ữ liệu hướng xuống OFDM ệm về OFDMA ướng xuống OFDM ng xu ng ống OFDM

Dữ li u được cấp phát tới UE theo các khối tài nguyên Các khối tài nguyên ệm về OFDMAnày không cần phải liền kề với nhau Trong miền thời gian, quyết định l p biểu ập đường xuống OFDMAcó thể bị biến đổi trong mỗi khoảng thời gian truyền của 1 ms Quyết định l p ập đường xuống OFDMAbiểu được thực hi n trong các trạm gốc Các thu t toán l p biểu có thể tính ệm về OFDMA ập đường xuống OFDMA ập đường xuống OFDMAđến tình trạng chất lượng liên kết vô tuyến của những người sử dụng khác nhau, tình trạng can nhiễu tổng thể, chất lượng của các dịch vụ yêu cầu, các dịch vụ ưu tiên,…

Hình 13 cho thấy m t ví dụ cho vi c cấp phát dữ li u người dùng hướng ộng ệm về OFDMA ệm về OFDMAxuống cho những người sử dụng khác nhau (giả sử có 6 UE) Dữ li u người dùngệm về OFDMAđược mang trên kênh chia sẻ đường xuống v t lý (PDSCH).ập đường xuống OFDMA

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	2,34 MB