Đang tải... (xem toàn văn)
kỹ thuật sc-fdma cho tuyến lên hệ thống thông tin di động lte sử dụng thuật toán cân bằng kênh mmse
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP -TỰ DO - HẠNH PHÚC LỜI CAM ĐOAN “KỸ THUẬT SC-FDMA CHO TUYẾN LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CÂN BẰNG KÊNH MMSE” ! "#$ %&' Đà Nẵng, ngày 08 tháng 06 năm 2013 Sinh viên thực hiện 1 Phụ lục LỜI CẢM ƠN ()*+%,-.%,/0-123045%), "%&67!8 9:';<:) =>? @0AB0"-?C/=D8#D %E?' 0?#FG(HI7!0>?/JK(8"CF= !%LKM=N%:#-/3O= #>M# P/QGQ>?R- K#SD%ET. 2 Phụ lục MỤC LỤC 3 Các từ viết tắt CÁC TỪ VIẾT TẮT KÝ TỰ TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH UV55 0 V88 5 8 5 W8 A XJY XW8J8Y8 Z8 88 X[J X\[JK8 X]V. XK8]8V.8 B ^J_ ^ J8 ^JJ_ ^ J J8 ^` ^ `8 ^5a* ^ ?58aZ*8? C JJJ_ JJ J8 J[,X J8[K,8X8 J5 J?5 8Z D [XJ [\XJK8 [JJ_ [88J J8 [b[,X [ 8b 8G8?[K,8X8 [b0 [ 88b 8 0 Z [2AaJ_ [ca 8J8 [a [ 8a8G8? [0J_ [880 ZZJ8 F b[,X b 8G8?[K,8X8 bb0 bb 8 0 Z b_ b 8G8?_ I YJY Y8 J8Y8 Z8 88 Yb[,X Y8 8K8b 8G8?[K,8X8 Ybb0 YK8 8[ 88b 8 0 Z YaY Y8 a?Y8 Z8 88 L 2b[,X 2d8b 8G8?[K,8X8 20 208 K M ,XJ ,8X8J ,J_ ,J8 Các từ viết tắt ,JJ_ ,J J8 ,,a ,,8aG 8 ,0J_ ,0 ZZJ8 O eb[, e b 8G8?[K,8 P 5X5` 58AAXK8 8A5c8 ` 5^J_ 5?^ J8 5JJ_ 5J J8 5JbYJ_ 5?J b Y J8 5J_ 5J8 5J, 58J8, 5[JJ_ 5?[cJ J8 5[aJ_ 5?[ca 8J8 5_YJ_ 5?_? X`fY J8 5,J_ 5?,J8 5`XJ_ 5?`X8J8 5gJJ_ 5?gJ J8 5gaJ_ 5?ga 8J8 Q fX, f 8X8, f5a* f 858aZ*8? R `XJ_ `X8J8 `b `b 8G8? S aJAb[,X a8J 8 b 8G8?[K,8X8 a.` a.8`8 T 0[,X 08A[K,8X8 0_ 08_ U g2AaJ_ ga 8J8 Z hb h8 b Các từ viết tắt LỜI MỞ ĐẦU Trong cuộc sống hiện nay, thông tin đóng một vai trò then chốt cho sự phát triển của kinh tế, xã hội. Từ thực tế thấy rằng, nơi nào thông tin càng nhanh chóng, người dân dễ dàng truy cập được thông tin mình cần, đáng tin cậy thì nơi đó có nền kinh tế, trình độ dân trí sẽ cao hơn các nơi khác rất nhiều. Vì vậy, vấn đề đặt ra là cần có một hệ thống vừa có khả năng truyền thông tin đáng tin cậy, nhanh chóng, linh động truy cập thông tin và hệ thống thông tin di động là hệ thống đáp ứng được yêu cầu đó. Hệ thống thông tin di động tuy phát triển sau các hệ thống thông tin khác nhưng nó có tốc độ phát triển rất cao, hiện nay và trong tương lai hệ thống thông tin di động tiếp tục là mũi nhọn của hệ thống thông tin trên toàn thế giới. Trong quá trình phát triển của mình, hệ thống thông tin di động đã trải qua các thế hệ khác nhau, từ thế hệ 1G với nền tảng kỹ thuật là kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số FDMA, tiếp theo là 2G với những ưu điểm được cải thiện về tốc độ truy cập và dung lượng hệ thống và nền tảng là kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA. Với sự phát triển cả về công nghệ và nhu cầu của số lượng thuê bao tăng lên chóng mặt, các hệ thống cũ khó có thể đáp ứng được, người ta đã phát triển thế hệ tiếp theo của hệ thống thông tin di động là 3G sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA. Hệ thống 3G ra đời đã giải quyết khá tốt về tốc độ truy cập, chất lượng thông tin hệ thống được nâng cao, cung cấp được nhiều dịch vụ gia tăng hơn. Tuy nhiên, nhu cầu người sử dụng không dừng ở việc tốc độ truyền dữ liệu nhanh, mà còn yêu cầu hệ thống hỗ trợ khi thiết bị di chuyển ở tốc độ cao nhưng vẫn đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu ổn định, để đáp ứng yêu cầu trên người ta đã đề xuất hệ thống di động LTE. Hệ thống thông tin di động LTE với ưu điểm là hỗ trợ truyền tải dữ liệu tốc độ cao dù thuê bao đang di chuyển ở tốc độ chậm hay tốc độ cao, nhiều người sử dụng trong cùng cell hơn. Các từ viết tắt Để hệ thống thông tin hoạt động tốt thì cần chú ý tới các kỹ thuật được sử dụng trong tuyến lên và tuyến xuống của hệ thống. Trong tuyến xuống hệ thống di động LTE, người ta sử dụng kỹ thuật OFDM. Tuy nhiên, mặc dù kỹ thuật OFDM cho khả năng chống fading lựa chọn tần số tốt, hiệu suất phổ cao, nhưng điểm yếu của nó là tỉ số PAPR cao, mà khi tỉ số PAPR cao thì đặt ra yêu cầu bộ khuếch đại công suất tuyến tính trong các thiết bị phát. Yêu cầu trên dẫn tới làm tăng giá cả hệ thống, làm tăng công suất tiêu tán trên thiết bị phát. Trong khi những vấn đề trên cần tránh khi thiết bị phát là các thuê bao di động. Do vậy, đối với tuyến lên trong hệ thống di động LTE người ta đề xuất sử dụng kỹ thuật SC-FDMA thay vì kỹ thuật OFDM để tránh nhược điểm trên. Từ những mục tiêu nhằm cải thiện chất lượng tín hiệu, giảm năng lượng tiêu tán trên thiết bị di động trong hệ thống thông tin di động LTE, em đã chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “KỸ THUẬT SC-FDMA CHO TUYẾN LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CÂN BẰNG KÊNH MMSE”. Đề tài của em bao gồm 4 chương: Chương 1: Đa truy cập trong hệ thống thông tin di động. Chương 2: Đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang. Chương 3: SC-FDMA trong hệ thống thông tin di động LTE. Chương 4: Mô phỏng SC-FDMA trong tuyến lên hệ thống thông tin di động LTE. Các từ viết tắt CHƯƠNG 1 ĐA TRUY CẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. Giới thiệu chương Các phương thức đa truy nhập vô tuyến được sử dụng rộng rãi trong các mạng thông tin di động. Thông thường ở một hệ thống thông tin đa truy cập có nhiều trạm đầu cuối và một số trạm có nhiệm vụ kết nối các trạm đầu cuối này với mạng, hoặc chuyển tiếp các tín hiệu từ các trạm đầu cuối này đến các trạm đầu cuối khác. Các trạm đầu cuối trong hệ thống thông tin di động chính là các thuê bao di động, việc kết nối các thuê bao với mạng hoặc các thuê bao khác là do các trạm gốc trong thông tin di động thực hiện. Để thuê bao truy cập tới được các trạm gốc, qua quá trình phát triển của kỹ thuật viễn thông đã tìm ra các phương pháp truy cập khác nhau. Trong chương này sẽ đi giới thiệu về một số phương pháp đa truy cập, đặc tính kênh truyền của hệ thống viễn thông. 1.2. Đa truy cập phân chia theo tần số, FDMA 1.2.1. Nguyên lý hoạt động Kỹ thuật FDMA là kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số hay được biết với tên là mạng thông tin di động đầu tiên 1G. Với băng thông cho trước được chia thành một số kênh băng hẹp hơn. Mỗi người sử dụng được phân bổ một băng tần số duy nhất, trong đó để truyền và nhận dữ liệu. Trong khi một thuê bao đang sử dụng một tần số nào đó thì không có thuê bao nào khác có thể sử dụng cùng một băng tần số đó. Mỗi người sử dụng được phân bổ một kênh liên kết chuyển tiếp (từ các trạm gốc tới thuê bao di động), một kênh ngược trở lại các trạm gốc và chúng là đường duy nhất. Các tín hiệu truyền đi trên mỗi kênh là liên tục cho phép truyền đi tín hiệu tương tự. Băng thông kênh được sử dụng trong hầu hết các hệ thống FDMA thường là thấp (30kHz) mỗi kênh chỉ cần để hỗ trợ cho một người dùng duy nhất. FDMA được sử dụng như việc phân chia cơ bản các dải tần số lớn phân bổ và được sử dụng như một phần của hầu hết các hệ Các từ viết tắt thống đa kênh. Hình 1.1 mô tả sự phân chia băng thông thành các dải tần hẹp trong FDMA. Hình 1.1 Phân chia tần số trong FDMA 1.2.2. Nhiễu của các kênh lân cận Trong kỹ thuật FDMA, khi chia băng tần thành các dải tần hẹp hơn thì không thể có các kênh riêng biệt cách rời nhau, mà nó có phần trùng lên nhau. Các tần số lân cận chồng lấn này cũng được phát đi với kênh chính từ trạm gốc tới tất cả các máy thu, tức chúng được xem là nhiễu trên hệ thống. Vì vậy, tại máy thu phải tiến hành lọc để loại bỏ các nhiễu này, việc lọc được thực hiện dễ dàng hơn khi phổ của các nhiễu này được phân cách với nhau bởi một băng tần bảo vệ rộng. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là khi sử dụng băng tần bảo vệ rộng thì dẫn tới việc sử dụng không hiệu quả độ rộng băng tần của kênh. Vì vậy, phải thực hiện dung hòa giữa tiêu chí 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 (ACI).Về mặt cấu trúc, FDMA có nhược điểm là mỗi sóng mang tần số vô tuyến chỉ truyền được một đơn vị lưu lượng Erlang, vì thế nếu các trạm gốc cần cung cấp N Erlang dung lượng thì phải cần N bộ thu phát cho mỗi trạm. Erlang (Erl): là đơn vị đo của dung lượng, với công thức đo dung lượng A = (n x t)/ T Các từ viết tắt (Erl), A: dung lượng, t: thời gian trung bình cuộc gọi, n: số cuộc gọi, T thường là T=1h=3600s. 1.2.3. Ưu và khuyết điểm hệ thống FDMA 1.2.3.1. Ưu điểm A Băng thông của mỗi kênh là tương đối hẹp nên hạn chế được fading lựa chọn tần số. A Tính toán trong hệ thống FDMA khá đơn giản. A Việc đồng bộ khá đơn giản. 1.2.3.2. Khuyết điểm A Mỗi thuê bao chỉ được cấp một khoảng tần số nhất định nên tốc độ bit trên được mỗi kênh là cố định, do đó FDMA không thích hợp với truyền dẫn số. A Cần thêm khoảng tần số bảo vệ để giảm ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh. A Cần bộ lọc băng tần hẹp tốt, nên giá thành hệ thống cao. 1.3. Đa truy cập phân chia theo thời gian, TDMA 1.3.1. Nguyên lý hoạt động Thế hệ thông tin di động tiếp theo sau thế hệ thông tin di động 1G là 2G, với nền tảng là kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA. TDMA là phương pháp truy cập mà mỗi thuê bao được ấn định trong một khe thời gian và cùng chia sẻ cùng một tần số. Hình 1.2 Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian [...]... thể coi nhiễu đồng kênh trong hệ thống cellular là nhiễu gây nên do các cell sử dụng cùng 1 kênh tần số Hình 1.13 Nhiễu đồng kênh trong hệ thống di động tế bào 1.9 Kết luận chương Qua toàn bộ chương này, ta đã biết về ưu và khuyết điểm của các phương thức đa truy cập đã và đang sử dụng trong hệ thống thông tin di động Thấy rằng, qua từng phương thức ta có một thế hệ thông tin di động mới từ 1G tới... đề nghị sử dụng kỹ thuật SC-FDMA cho đường lên và OFDM cho đường xuống của hệ thống LTE Kỹ thuật SC-FDMA có tỉ số giữa công suất đỉnh tín hiệu đối với công suất trung bình tín hiệu PAPR thấp, cho phép các bộ khuếch đại công suất tại các thiết bị đầu cuối đang sử dụng kỹ thuật này có thể đơn giản hơn và hiệu quả công suất tốt hơn so với sử dụng kỹ thuật truyền dẫn OFDM Trong trường hợp khác, SC-FDMA. .. của di n tích phục vụ hệ thống di động tế bào 1.8.3 Ảnh hưởng đồng kênh Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát trên cùng một tần số hoặc trên cùng một kênh Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát Nhiễu đồng kênh thường gặp trong hệ thống thông tin số cellular, trong đó để tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách sử dụng. .. tắt đề trên cho ta được dịch vụ thông tin di động ngày càng hoàn thiện hơn, chất lượng tốt hơn Các từ viết tắt CHƯƠNG 2 ĐA TRUY CẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ ĐƠN SÓNG MANG 2.1 Giới thiệu chương Trong hệ thống thông tin di động LTE vấn đề đặt ra đối với hệ thống là truyền tín hiệu với hiệu quả cao nhất, tín hiệu có chất lượng tốt nhất, tốc độ truyền tín hiệu cũng đòi hỏi cao so với các hệ thống cũ và phải... ghép kênh và tách kênh - tách kênh ở máy phát và máy thu Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường làm suy hao tín hiệu 1.4 Đa truy cập phân chia theo mã, CDMA 1.4.1 Nguyên lý hoạt động Hình 1.3 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA là kỹ thuật đa truy cập mà ở đó mỗi kênh được cung cấp một cặp tần số và một mã duy nhất Đây là phương thức đa truy nhập là kỹ thuật trong mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 Trong hệ thống. .. các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường Trong hệ thống dữ liệu nối tiếp thông thường, tín hiệu (symbols) được truyền đi một cách tuần tự với phổ tần số của mỗi tín hiệu cho phép chiếm toàn bộ băng thông hiện có.Trong... quả sử dụng phổ cao, khả năng chống giao thoa đa đường tốt (đặc biệt trong hệ thống không dây) và dễ lọc bỏ nhiễu (nếu một kênh tần số bị nhiễu, các tần số lân cận sẽ bị bỏ qua, không sử dụng) Ngoài ra, tốc độ truyền Uplink và Downlink có thể thay đổi dễ dàng bằng việc thay đổi số lượng sóng mang sử dụng Một ưu điểm quan trọng của hệ thống sử dụng đa sóng mang là các sóng mang riêng có thể hoạt động. .. hiệu Các thông tin trong các sóng mang bị mất có thể được phục hồi bằng cách sử dụng các kỹ thuật sửa lỗi Khi băng thông của tín hiệu là B mà nhỏ hơn nhiều so với băng thông kết hợp BC giữa các sóng mang thì loại fading trên gọi là fading phẳng Tại vì, với B > 1/BC lúc này trễ đa đường nhỏ so với thời gian tín hiệu, nên ảnh hưởng suy giảm tín hiệu trên các tần số trong băng thông B... chuyển giao mềm nhằm để tránh cho tín hiệu của người sử dụng này che thông tin của người sử dụng khác Tuy nhiên, do đặc tính kỹ thuật của CDMA là mọi thuê bao trong một tế bào cùng truyền/nhận thông tin một lúc và trên cùng một băng tần số Do vậy vấn đề Các từ viết tắt nhiễu lẫn nhau giữa những thuê bao trong cùng một tế bào, giữa những thuê bao ở các tế bào cạnh nhau (do việc sử dụng lại tần số ở các tế... Trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu và không có con số lớn nhất cố định nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm Kỹ thuật CDMA dựa trên nguyên lý trải . hệ thống thông tin di động LTE, em đã chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “KỸ THUẬT SC-FDMA CHO TUYẾN LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CÂN BẰNG KÊNH MMSE . Đề tài. cậy, nhanh chóng, linh động truy cập thông tin và hệ thống thông tin di động là hệ thống đáp ứng được yêu cầu đó. Hệ thống thông tin di động tuy phát triển sau các hệ thống thông tin khác nhưng nó. hoạt động tốt thì cần chú ý tới các kỹ thuật được sử dụng trong tuyến lên và tuyến xuống của hệ thống. Trong tuyến xuống hệ thống di động LTE, người ta sử dụng kỹ thuật OFDM. Tuy nhiên, mặc dù kỹ