KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE (có code bên dưới)

KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE (có code bên dưới) KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE (có code bên dưới) KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE (có code bên dưới) KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE (có code bên dưới) KĨ THUẬT PHÂN tập PHÁT CHO lớp vật lý ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE (có code bên dưới)

Trang 1

ĐỒ ÁN 3

KĨ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT CHO LỚP VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE

Trang 2

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LTE 6

1.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE 6

1.2 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ LTE 6

CHƯƠNG 2 KĨ THUẬT OFDM 8

2.1 GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM 8

2.2 SƠ ĐỒ KHỐI OFDM 10

2.3 CÁC ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRÊN THẾ GIỚI 11

2.4 ỨNG DỤNG HIỆN TẠI CỦA KỸ THUẬT OFDM Ở VIỆT NAM 12

CHƯƠNG 3 LỚP VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG 13

3.1 CẤU TRÚC LỚP VẬT LÝ 13

3.2 CÁC THAM SỐ ĐIỀU CHẾ 15

3.3 KÊNH VẬT LÝ 16

3.3.1 PDSCH - Kênh chia sẻ vật lý đường xuống 16

3.3.2 PDCCH - Kênh điều khiển đường dẫn vật lý 17

3.3.3 CCPCH - Kênh điều khiển chung 18

Trang 3

4.1 GIỚI THIỆU 19

4.1.1 Phân tập thời gian 20

4.1.2 Phân tập tần số 20

4.1.3 Phân tập không gian 20

4.1.4 Phân tập phát 20

CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG 21

5.1 CÔNG CỤ MÔ PHỎNG 21

5.2 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU OFDM 22

5.2.1 Chuyển đổi dòng bit nối tiếp thành dòng bit song song 22

5.2.2 Điều chế sóng mang phụ 23

5.2.3 Nhân với hàm phức 24

5.2.4 Tạo khoảng bảo vê 25

5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 26

5.3.1 Phân tập tần số 26

5.3.2 Phân tập thời gian 27

Kĩ thuật phân tập phát cho lớp vật lý đường xuống trong LTE

Trang 4

DANH MỤC HÌNH VẼ

HÌNH 2-2: SƠ ĐỒ KHỐI OFDM……….….… 10

HÌNH 2-3:CÁC ỨNG DỤNG OFDM ……… …… ………… … 12

HÌNH 3-1-1: PHÂN BỐ KÊNH DỮ LIỆU CHO NGƯỜI DÙNG……… … 13

HÌNH 3-2: THỜI LƯỢNG CP……… ……….……….……….….14

HÌNH 3-1-2: TỶ LỆ MÃ HÓA CHO MỖI PDCCH………… ……… ………….… 17

HÌNH 5-1: BỘ ĐIỀU CHẾ OFDM……… 21

HÌNH 5-2-2: ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG……… …….……… ………….23

HÌNH 5-2-3: CHUYỂN ĐỔI DÒNG BIT THÀNH TÍN HIỆU PHỨC…….………….24

HÌNH 5-2-4: SƠ ĐỒ CHUỖI BẢO VỆ……….25

Trang 5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DL-SCH Downlink Shared Channel

E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access

EPC Evolved Packet Core

eNodeB E-UTRAN Node B

FDD Frequency Division Duplex

FSTD Frequency Switched Transmit Diversity

FFT Inverse Fast Fourier Transform

HSPA High Speed Packet Access

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

LTE Long Term Evolution

MAC Medium Access Control

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

Trang 6

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QoS Quality of Service

QPSK Quadrature Phase Shift Keying

PDCCH Physical Downlink Control Channel

PDCCH Common Control Physical Chanel

DCI Display Control Interface

FEC Forward error correction

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform

ISI Institute for Scientific Information

ICI Interchannel Interference

DFT DiscreteFourier Transform

FDD Frequency Division Duplex

TDD Test Driven Development

DRM Digital Radio Mondiale

ADSL Asymmetric Digital Subscriber line

Trang 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LTE

1.1 Giới thiệu công nghệ LTE

LTE là viết tắt của của từ Long-Term Evolution (Tiến hóa dài hạn) hệ thống mạng diđộng thứ 4 của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển Một tiêu chuẩn truyền thông khôngday với tốc độ dữ liệu cao nhưng vẫn chưa đạt đến được với tốc độ 4G

LTE sử dụng kĩ thuật MIMO (Multiple Input Multiple Output) nhằm tăng tốc độ dữ liệu

Sử dụng kỹ thuật phân tập không gian , thời gian , mã hóa để nâng cao chất lượng tínhiệu

1.2 Đặc điểm công nghệ LTE

Tiêu chuẩn LTE hướng đến việc 3G UMTS để có thể trở thành công nghệ di động 4G.Hoạt động ở băng tần : 700Mhz - 2,6 Ghz Tốc độ dữ liệu :100Mbps

Tính di động : tốc độ di chuyển tối ưu 0-15km/h và vẫn hoạt động tốt vớ tốc độ dichuyển 120 km/h

E-UTRA là giao diện vô tuyến của LTE, E-UTRA xử lý các kết nối vô tuyến giữa cácuser và lõi gói phát triển và chỉ có một thành phần, các trạm cơ sở phát triển được gọi làeNodeB

Trang 8

Hỗ trợ hoạt động với các tiêu chuẩn cũ ( GSM ,CDMA 2000 ….) Người dùng có thể bắtđầu một cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu trong một khu vực sử dụng chuẩn LTE,

Hỗ trợ cả hai hệ thống dùng FDD và TDD cũng như FDD bán song công với cùng côngnghệ truy nhập vô tuyến

Trang 10

CHƯƠNG 2 KĨ THUẬT OFDM

Trong những năm gần đây, Phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giaoOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng được nghiên cứu và

mở rộng phạm vi ứng dụng bởi những ưu điểm của nó trong tiết kiệm băng tần và khảnăng chống lại Fading chọn lọc theo tần số cũng như xuyên nhiễu băng hẹp

Đã có chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện bằng phép biến đổI IDFT

và phép giải điều chế bằng phép biến đổi DFT Phát minh này cùng vớI sự phát triển của

kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được ứng dụng rộng rãi Thay vì sử dụngIDFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụngFFT cho bộ giải điều chế OFDM

OFDM là chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang, ta thấy rằng trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể cho hệ thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tuỳ theo tỷ số tín trên tạp SNR của sóng mang đó.

Trang 11

Trang 12

Một trong những ưu điểm chính của OFDM là có khảnăng chống fading chọn lọc tần số cao hơn các hệ thống sóng mang đơn và loại bỏ hiệntượng nhiễu ISI (Inter-Symbol Interference) khi độ dài chuỗi bảo vệ lớn hơn độ trễ truyềndẫn lớn nhất kênh truyền.

Hệ thống OFDM là hệ thống sử dụng nguyên lý ghép kênh phân chia theo tần số trựcgiao, hoạt động trên nghuyên lý phát dữ liệu bằng cách phân chia luồng dữ liệu thànhnhiều luồng dữ liệu song song có tốc đọ bít thấp hơn nhiều và sử dụng các luồng con này

để điều chế sóng mang với nhiều sóng mang con có tần số khác nhau Cũng như các hệthống đa sóng mang thông thường, hệ thống OFDM phân chia dải tần công tác thành cácbăng tần con khác nhau cho điều chế, đặc biệt tần số trung tâm của các băng con này trựcgiao với nhau về mặt toán học, cho phép phổ của các băng con chèn lẫn nhau tăng hiệuquả sử dụng phổ tần mà không gây nhiễu Nguyên lý cơ bản : Kênh với băng thông lớn sẽđược chia làm nhiều kênh phụ để giảm nhiễu ISI và fading theo tần số Mỗi sóng mangphu sẽ trực giao với nhau trong miền tần số Sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng kênh

Trang 13

2.2 Sơ đồ khối OFDM

Hình 2-2: Sơ đồ khối OFDM

Đầu tiên, dữ liệu vào tốc độ cao được đưa qua bộ chuyển đổi nối tiếp/song song(S/P).chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn đưa về các sóng con trựcgiao sau đó các sóng con này được cộng với nhau và được phát lên kênh truyền đồngthời Mỗi sóng con được đưa qua khối mã hóa dữ liệu và điều chế số để mã hoá dữ liệudưới dạng số, Ở ngõ ra các bộ điều chế, ta thu được một chuỗi số hỗn hợp Sau đó, những

cho lớp vật lý đường xuống trong LTE

Trang 14

chuỗi hỗn hợp này được đưa qua bộ biến đổi IFFT để chèn thêm khoản bảo vệ Sau khi

đã được chèn khoảng bảo vệ, tín hiệu dạng số đó sẽ được chuyển đổi sang dạng tín hiệutương tự (D/A) để trở thành tín hiệu liên tục, được khuếch đại, đưa lên tần số cao rồi phátlên kênh truyền Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnhhưởng như nhiễu trắng cộng AWGN,… Ở phía thu, quá trình được thực hiện ngược lạivới quá trình phát Tín hiệu được lấy mẫu và sau khi qua bộ biến đổi A/D để chuyển đổitín hiệu sang dạng số loại bỏ khoảng bảo vệ, rồi được đưa vào bộ FFT Sau đó giải điềuchế, biến đổi từ song song sang nối tiếp để thu lại chuỗi dữ liệu ban đầu

2.3 Các ứng dụng của OFDM trên thế giới

Hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T (digital video broadcasting for terestrial

transmission) (1995)

Hệ thống phát thanh số đường dài DRM ( Digital Radio Mondiale)

Truy cập internet băng thông rộng ADSL ( Asymmetric Digital Subscriber line)

Các chuẩn IEEE 802.11a (1999) IE-EE 802.11g

Mạng máy tính không dây với tốc độ truyền dẫn cao HiperLAN/2 (High Pefomance Local Area NetWork type 2)(2000)

Trang 15

Đặc biệt OFDM là ứng cử viên triển vọng nhất cho hệ thống thông tin 4G ( hệ thống truy cập Internet không dây băng rộng theo tiêu chuẩn Wimax )

Hình 2-3 : Các ứng dụng của OFDM

2.4 Ứng dụng hiện tại của kỹ thuật OFDM ở Việt Nam

Bên cạnh mạng cung cấp dịch vụ Internet ADSL, hiện đã được ứng dụng rất rông rãi ở Việt Nam, cá hệ thống thông tin vô tuyến như mạng truyền hình mặt đất DVB-T cũng đang được khai thác sử dụng

Trang 16

Các hệ thống phát thanh số như DAB và DRM chắc chắn sẽ được khai thác sử dụng trongtương lai không xa Các mạng về thông tin máy tính không dây như hiperLAN/2, IEEE 802.11a, g cũng sẽ được khai thác một cách rộng rãi ở Việt Nam Hiện tại trong thông tin

di động đã có một số công ty Việt Nam thử nghiêm Wimax ứng dụng công nghệ OFDM như VDC, VNPT

Trang 17

3.1 Cấu trúc lớp vật lý

Lớp vật lý chịu trách nhiệm cho việc mã hóa, xử lý hybrid-ARQ lớp vật lý layer hybrid-ARQ processing), điều chế, xử lý và ánh xạ tín hiệu tới những tài nguyên thời gian-tần số vật lý thích hợp Một cái nhìn đơn giản về việc xử lý DL-SCH được đưa

(physical-ra trong hình 3.Các khối lớp vật lý được điều khiển động (dynamically controlled) bởi lớp MAC được thể hiện bằng màu xám, còn những khối vật lý được cấu hình bán tĩnh được thể hiện bằng màu trắng

Trang 18

Hình 3-1: Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH

Trang 19

Khi một đầu cuối di động được chỉ định trong một chu kỳ TTI trên kênh DL-SCH, lớp vật lý sẽ nhận một khối truyền tải mang dữ liệu truyền đi Với mỗi khối truyền tải, một CRC được đính kèm và một khối như vậy được mã hóa riêng biệt với nhau Tốc độ mã hóa kênh gồm tốc độ phù hợp cần thiết được quyết định bởi kích thước khối truyền tải, sơ

đồ điều chế và lượng tài nguyên được cấp phát cho việc truyền dẫn Tất cả những đại lượng này được lựa chọn bởi scheduler đường xuống Phiên bản dư thừa (redundancy version) được dùng được điều khiển bởi hybrid- ARQ và nó sẽ ảnh huởng đến quá trình

xử lý thích ứng tốc độ (the rate matching processing) để tạo ra tập hợp các bit được mã hóa chính xác Cuối cùng, trong trường hợp ghép kênh không gian, việc ánh xạ anten cũng được điều khiển bởi scheduler đường xuống

Đầu cuối di động được chỉ định thu tín hiệu được phát đi và thực hiện tiến trình lớp vật lýngược lại Lớp vật lý tại đầu cuối di động cũng thông báo cho giao thức hybrid-ARQ biết việc truyền dẫn có được giải mã thành công hay không Thông tin này được sử dụng bởi một phần của chức năng MAC hybrid-ARQ trong đầu cuối di động để quyết định có yêu cầu truyền lại hay không

Trang 20

3.2 Các tham số điều chế

OFDM là sơ đồ điều chế cho DL Tùy thuộc vào độ trễ của kênh, hoặc sử dụng CP ngắnhoặc dài Khi sử dụng CP ngắn, biểu tượng OFDM đầu tiên trong một khe có độ dài CPnhỏ hơn sáu ký hiệu còn lại

Configuration Cyclic Prefix Length

144 for l = 1, 2…5

5.21 for l = 0 4.69 for l = 1, 2…5

Hình 3.2 Thời lượng CP

Trang 21

3.3 Kênh vật lý

Có ba loại kênh vật lý khác nhau định nghĩa cho đường xuống của LTE Một chức năngchung là tất cả các kênh vật lý đều truyền tải thông tin từ các lớp cao hơn trong ngăn xếpLTE

3.3.1 PDSCH - Kênh chia sẻ vật lý đường xuống

Kênh PDSCH là kênh mang dữ liệu chính được phân bổ cho người dùng trong đó bao gồm các thông báo hệ thống (SIB) và thông báo tín hiệu nhắn tin và báo hiệu

RRC PDSCH cũng được sử dụng để chuyển dữ liệu ứng dụng Do đó được thiết kế cho tốc độ dữ liệu rất cao

Trang 22

Hình 3-1-1 : phân bố kênh dữ liêu cho người dùng

3.3.2 PDCCH - Kênh điều khiển đường dẫn vật lý

PDCCH là một kênh vật lý mang thông tin điều khiển đường xuống (DCI) ngoài ra còn

Trang 23

Hình 3-1-2 : Tỷ lê mã hóa cho mỗi PDCCH

3.3.3 CCPCH - Kênh điều khiển chung

Trang 24

Đây là kênh radio phát sóng theo đó điện thoại di động hoặc thiết bị người dùng có thể giải mã và xác định các thông số hệ thống quan trọng trước khi thiết lập một liên kết truyền thông riêng Kênh này có thể được phát hiện bởi điện thoại di động do mã kênh cốđịnh cũng như thời gian được căn chỉnh vào Kênh Đồng bộ hóa

CCPCH mang thông tin điều khiển toàn bộ QPSK là định dạng điều chế sẵn có duy nhất

+ Hỗ trợ cho MB-SFN

+ Hỗ trợ phân bổ nguồn tĩnh bán tĩnh

Trang 25

CHƯƠNG 4 KĨ THUẬT PHÂN TẬP PHÁT

4.1 Giới thiệu

Phân tập là một phương pháp dùng trong viễn thông dùng để cải thiện độ tin cậy của việctruyền tín hiệu bằng cách truyền một tín hiệu giống nhau trên nhiều kênh truyền khácnhau để đầu thu có thể chọn trong số những tín hiệu được kết hợp những tín hiệu tốt nhấtthành một tín hiệu tối ưu nhất

Việc này nhằm chống lại fading và nhiễu là do những kênh truyền khác nhau sẽ chịufading và nhiễu khác nhau Người ta có thể sử dụng mã sửa lỗi FEC (forward errorcorrection) cùng với kỹ thuật phân tập Lợi dụng việc truyền trên nhiều kênh mà ta cóđược độ lợi phân tập, thường được đo bằng dB

Trong thông tin di ñộng kỹ thuật phân tập có thể phân ra làm 3 loại: Phân tập thời gian,phân tập tần số, phân tập không gian

Trang 26

4.1.1 Phân tập thời gian

Kỹ thuật phân tập thời gian là kỹ thuât thu hoặc phát các tín hiệu trên hai hoăc nhiều hơnkhe thời gian khác nhau , ở đầu thu sẽ nhân được tín hiêu trên các khe một bản tin sẽñược truyền ở nhiều thời điểm khác nhau, như vây sẽ cải thiện chất lượng hệ thống nhưnggây lãng phí khe thời gian làm giảm tốc độ truyền

4.1.2 Phân tập tần số

Kỹ thuật phân tập tần số là kỹ thuât thu hoặc phát các tín hiệu trên hai kênh hoăc nhiều hơn giống nhau sẽ được truyền trên nhiều tần số khác nhau Các tần số cần được phân chia để đảm bảo không bị nhiễu và bị ảnh hưởng fading một cách độc lập, không bị tươngquan nhau OFDM: được sử dụng kết hợp với ghép xen và mã sửa lỗi FEC

Trang 27

Kỹ thuật phân tập không gian được chia thành hai loại: kỹ thuật phân tập phát và kỹ thuậtphân tập thu.

4.1.4 Phân tập phát

Phân tập phát là kỹ thuật sử dụng hai hay nhiều anten ở phía phát để phát một tín hiệugiống nhau trên nhiều kênh truyền khác nhau để đầu thu có thể chọn trong số những tínhiệu thu được hoặc kết hợp những tín hiệu đó thành một tín hiệu tốt nhất

CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG

OFDM là sơ đồ điều chế cho DownLink vì vậy ta sẽ mô phỏng bộ điều chế OFDM trong phân tập phát với kỹ thuật QPSK

Hình 5-1 Bô điều chế OFDM

Trang 28

5.1 Công cụ mô phỏng

MATLAB là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do công

ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thịhàm số haybiểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết vớinhững chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác

Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều môhình trong thực tế và kỹ thuật (Trích WIKIPEDIA)

5.2 Các bước thực hiện điều chế tín hiệu OFDM

5.2.1 Chuyển đổi dòng bit nối tiếp thành dòng bit song song

Khối này có nhiệm vụ biến đổi một chuỗi tín hiệu nối tiếp thành các chuỗi tín hiệu dướidạng song song Khối này thực hiện chức năng giống với điều chế FDM Để hiểu rõ hơn

ta xét một vi dụ Trong OFDM có N sóng mang , N có thể là bất cứ giá trị nào trongkhoảng từ 16 đến 1024 tùy thuộc vào môi trường mà hệ thống đang sử dụng Chúng ta

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	0,99 MB