Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung của đề tài Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SCFDMA SCFDMA trong 3GPP LTE Thuật toán phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE Chương trình và kết quả mô phỏng
Đồ án tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 i Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ thứ ba A ADC Analog-to-Digital Conversion Chuyển đổi tương tự-số AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế & mã hóa thích ứng AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng B BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BIP Binary-Integer Program Chương trình số nguyên nhị phân BMNS Block Allocation for Minimum Number of Subchannels Gán khối với số lượng kênh con nhỏ nhất BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm phát đáp gốc C CAZAC Constant Amplitude Zero Auto- Correlation Tự tương quan không biên độ không đổi CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCDF Complementary Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy bù CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CP Cyclic Prefix Tiền tố tuần hoàn Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 ii Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt CQI Channel Quality Indicator Chỉ định chất lượng kênh CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh D DAC Digital-to-Analog Conversion Chuyển đổi số-tương tự DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DFDMA Distributed Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số phân tán DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống E E-MBMS Enhanced Multimedia Broadcast/Multicast Service Dịch vụ quảng bá/multicast đa phương tiện tiên tiến E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access Đa truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu tăng cường E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng đa truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu tăng cường F FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDE Frequency Domain Equalization Cân bằng trong miền tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh G GP Guard Period Khoảng bảo vệ GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu H Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 iii Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest HSDPA Yêu cầu lặp lại tự động lai ghép I IBI Inter-Block Interference Nhiễu xuyên khối ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu xuyên kênh IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngược IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện kỹ sư điện, điện tử IFDMA Interleave Distributed Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số đan xen IMT-2000 International Mobile Telecommunications-2000 Viễn thông di động quốc tế - 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu xuyên ký hiệu ITU International Telecommunication Union Liên minh Viễn thông Quốc tế L LFDMA Localized Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số cục bộ (tập trung) LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn M MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MBMS Multimedia Broadcast/Multicast Service Dịch vụ quảng bá/multicast đa phương tiện MBS Multicast and Broadcast Service Dịch vụ quảng bá và multicast MCCH Multicast Control Channel Kênh điều khiển Multicast MCH Multicast Channel Kênh Multicast MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 iv Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt MMSE Minimum Mean Squared Error Lỗi trung bình quân phương nhỏ nhất MTCH Multicast Traffic Channel Kênh lưu lượng multicast MUI Maximum Ultility Increase Tăng có ích lớn nhất O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao P PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PBCH Physical Broadcast Channel Kênh quảng bá vật lý PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi PCFICH Physical Control Format Indicator Channel Kênh chỉ định khuôn dạng điều khiển vật lý PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PDCCH Physical Downlink Control Channel Kênh điều khiển đường xuống vật lý PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PMCH Physical Multicast Channel Kênh multicast vật lý PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PS Pulse Shaping Định dạng xung PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh điều khiển đường lên vật lý PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên vật lý Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 v Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quaternary Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương R 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 RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network System Hệ thống mạng vô tuyến RS Reference Signal Tín hiệu tham chiếu (hoa tiêu) S SC Single Carrier Đơn sóng mang SC/FDE Single Carrier with Frequency Domain Equalization Đơn sóng mang / Cân bằng trong miền tần số SC- CFDMA Single Carrier Code-Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số mã hóa đơn sóng mang SC- FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SDMA Spatial Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia không gian SER Symbol Error Rate Tỷ số lỗi ký hiệu SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 vi Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt T TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia thời gian TS Technical Specification Đặc tả kỹ thuật TSG Technical Specification Group Nhóm đặc tả kỹ thuật TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn U UE User Equipment Thiết bị người dùng UL-SCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống UMB Ultra Mobile Broadband Siêu băng rộng di động UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UpPTS Uplink Pilot Time Slot Khe thời gian hoa tiêu đường xuống USIM UMTS Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao UMTS UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Z ZF Zero Focing Cưỡng bức không Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 vii Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống điều chế đa sóng mang tổng quát 2 Hình 1.2: Phổ tín hiệu OFDM 2 Hình 1.3: Đáp ứng của kênh và các sóng mang con trong miền tần số 3 Hình 1.4: Xử lý tín hiệu OFDM 3 Hình 1.5: Các thành phần của máy phát OFDM 4 Hình 1.6: Ý tưởng cơ bản của FDE 5 Hình 1.7: Sơ đồ khối của các hệ thống SC/FDE và OFDM 6 Hình 1.8: Tiền tố tuần hoàn (CP) 7 Hình 1.9: Máy thu OFDM và SC/FDE 8 Hình 1.10: So sánh các ký hiệu OFDM và SC/FDE 8 Hình 1.11: Cấu trúc máy phát và máy thu của hệ thống SC-FDMA và OFDM 10 Hình 1.12: Quá trình tạo các ký hiệu phát SC-FDMA 11 Hình 1.13: Bộ lọc cosin tăng và căn bậc hai cosin tăng 12 Hình 1.14: Cấu trúc máy thu SC-FDMA cho một hệ thống truy nhập đa người dùng 13 Hình 1.15: Các chế độ sắp xếp các sóng mang con ( phân tán và tập trung) 14 Hình 1.16: Các mô hình sắp xếp các sóng mang con 15 Hình 1.17: Các phương pháp phân bổ các sóng mang con đa người sử dụng 15 Hình 1.18: Sắp xếp các sóng mang con cho đa người dùng 17 Hình 1.19: Sắp xếp các sóng mang con LFDMA cho đa người dùng 19 Hình 1.20: Sắp xếp các sóng mang con DFDMA cho đa người dùng 20 Hình 1.21: Các ký hiệu trong miền thời gian của các mô hình sắp xếp sóng mang con 21 Hình 1.22: Biểu diễn về thời gian và băng tần các ký hiệu được điều chế từ các đầu cuối 22 Hình 1.23: OFDMA nén độ rộng băng tần truyền dẫn và mở rộng thời gian ký hiệu 23 Hình 1.24: SC-FDMA mở rộng băng tần truyền dẫn và nén thời gian ký hiệu 23 Hình 1.25: OFDMA và SC-FDMA; tách sóng và cân bằng 23 Hình 2.1: Cấu hình cơ bản của một mạng di động mặt đất công cộng (PLMN) hỗ trợ các dịch vụ chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) 29 Hình 2.2: Kiến trúc giao thức của 3GPP LTE 35 Hình 2.3: Các kênh đường xuống 37 Hình 2.4: Các kênh đường lên 38 Hình 2.5: Cấu trúc khung cho truyền dẫn FDD (cấu trúc khung kiểu 1) 40 Hình 2.6: Cấu trúc khung cho truyền dẫn TDD (cấu trúc khung kiểu 2) 40 Hình 2.7: Lưới tài nguyên đường lên 41 Hình 2.8: Sự sắp xếp của một khối tài nguyên vật lý trong miền tần số 43 Hình 2.9: Xử lý kênh vật lý đường lên cơ sở 44 Hình 2.10: Máy phát SC-FDMA tổng quát 44 Hình 2.11: Điều chế sóng mang và nâng tần 46 Hình 2.12: Điều chế SC-FDMA sử dụng DFT và IDFT 46 Hình 2.13: Cấu trúc khe thời gian của kênh PUSCH trong miền tần số với cấu hình truyền dẫn 5MHz (tiền tố tuần hoàn thông thường) 47 Hình 2.14: Cấu trúc khe thời gian đường lên của kênh PUSCH trong miền thời gian với cấu hình truyền dẫn 5MHz (tiền tố tuần hoàn thông thường) 47 Hình 2.15: Các tín hiệu tham chiếu FDM và CDM cho 3 người sử dụng với 12 sóng mang con. 48 Hình 4.1: Lưu đồ mô phỏng kỹ thuật SC/FDE 61 Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 viii Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ Hình 4.2: Lưu đồ mô phỏng kỹ thuật OFDM 61 Hình 4.3: Đáp ứng kênh trong miền tần số của hai mô hình kênh ITU PedA và ITU VehA 61 Hình 4.4: Kết quả mô phỏng tỷ số lỗi ký hiệu của hệ thống SC/FDE trong các mô hình kênh khác nhau và sử dụng các phương pháp cân bằng kênh khác nhau 63 Hình 4.5: Kết qủa mô phỏng so sánh tỷ số lỗi ký hiệu giữa hai hệ thống SC/FDE và OFDM 63 Hình 4.6: Lưu đồ mô phỏng hệ thống SC-FDMA 64 Hình 4.7: Minh họa băng con cục bộ cho kênh ITU PedA 65 Hình 4.8: Kết quả mô phỏng so sánh tỷ số lỗi ký hiệu giữa hai mô hình sắp xếp sóng mang con 65 Hình 4.9: Lưu đồ mô phỏng đặc tính công suất đỉnh (PAPR) của tín hiệu SC-FDMA 66 Hình 4.10: Lưu đồ mô phỏng đặc tính công suất đỉnh (PAPR) của tín hiệu OFDMA 66 Hình 4.11: Kết quả mô phỏng CCDF của PAPR cho các mô hình SC-FDMA ((a) không định dạng xung, (b) định dạng xung RC) và OFDMA 67 Hình 4.12: Kết quả mô phỏng CCDF của PAPR cho mô hình LFDMA và OFDMA 67 Hình 4.13: Phân bố tích lũy tốc độ tổng và thời gian tính toán trung bình trong các thuật toán phân bổ tài nguyên 69 Hình 4.14: Phân bố tích lũy số sóng mang con sử dụng và thời gian tính toán trung bình trong các thuật toán phân bổ tài nguyên 69 Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 ix Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tổng hợp và so sánh giữa WiMAX di động, LTE và UMB 32 Bảng 2.2: Các đặc tả kỹ thuật của LTE 33 Bảng 2.3: Các kênh vật lý 35 Bảng 2.4: Các kênh truyền tải 36 Bảng 2.5: Các kênh logic 36 Bảng 2.6: Các ký hiệu với lớp vật lý đường lên 39 Bảng 2.7: Tiền tố tuần hoàn thông thường và tiền tố tuần hoàn mở rộng 42 Bảng 2.8: Các đặc tính của khối tài nguyên 42 Bảng 3.1: Thuật toán Greedy cho bài toán tối đa hóa tốc độ tổng (MUI) 55 Bảng 3.2: Thuật toán Greedy cho bài toán tối thiểu hóa số kênh con sử dụng (BMNS) 58 Bảng 4.1: Lý lịch trễ công suất của hai mô hình kênh ITU PedA và ITU VehA 60 Bảng 4.2: Các thông số thực hiện mô phỏng 62 Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 x [...]... đường lên các hệ thống LTE được đưa ra bởi tổ chức 3GPP Khái quát về các kênh vật lý, cấu trúc về mặt thời gian và tần số ở đường lên và quá trình xử lý tín hiệu sẽ được trình bày trong chương này Chương 3: Thuật toán phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE Trong chương này, sẽ trình bày về ba bài toán phân bổ tài nguyên trong đường lên hệ thống LTE Sẽ có hai cách tiếp cận trong chương này,... tổ chức hợp tác thế hệ thứ 3 (3GPP) lại chỉ sử dụng OFDMA cho truyền dẫn đường xuống, trong khi đường lên sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA) Những thay đổi về mặt thực thi hệ thống của SC-FDMA so với OFDMA cũng dẫn tới việc phân bổ tài nguyên trong hệ thống cũng bị thay đổi Nhận thức rõ những yêu cầu tất yếu trong việc phân bổ tài nguyên trong các mạng thông... thi trong các hệ thống LTE trong tương lai, cùng với kiến thức đã học tập được tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông và những định hướng của thầy giáo Ths Nguyễn Viết Đảm, em đã chọn đề tài cho Đồ án tốt nghiệp Đại học là: Phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE Đồ án được trình bày qua 4 chương như sau: Chương 1: Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SCFDMA) Trong. .. chương này, đó công thức hóa bài toán về dạng chương trình số nguyên nhị phân sẵn có và đề xuất các thuật toán cận tối ưu cho việc phân bổ tài nguyên Chương 4: Chương trình và kết quả mô phỏng Chương này sẽ đưa ra các mô hình thực hiện mô phỏng cho hệ thống SC-FDMA và chop các thuật toán phân bổ tài nguyên ở đường lên trong các hệ thống LTE Các kết quả mô phỏng cũng được đưa ra nhằm rút ra những đánh... được các hệ thống thông tin di động tế bào đầu tiên sử dụng để phân chia các tín hiệu truyền dẫn thoại khác nhau: ghép kênh phân chia theo tần số ở đường xuống và đa truy nhập phân chia theo tần số ở đường lên Các hệ thống thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ phân chia theo mã hoặc lai ghép giữa phân chia theo thời gian và phân chia theo tần số để truyền tải các tín hiệu thoại và các tín hiệu khác ở dạng... nghệ SC-FDMA: xuất phát điểm, ý tưởng của kỹ thuật; các khối chức năng thực thi hệ thống, các mô hình; đồng thời so sánh nó với kỹ thuât OFDMA để giải thích tại sao SC-FDMA được lựa chọn cho truyền dẫn đường lên trong các hệ thống LTE Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 xi Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Chương 2: SC-FDMA trong 3GPP LTE Chương này đi sâu vào các đặc điểm kỹ thuật của SC-FDMA trong đường lên. .. hiệu khác ở dạng số Mặc dù hai hệ thống thế hệ thứ 3 là WCDMA và CDMA2000 đều dựa trên các công nghệ phân chia theo mã nhưng tất cả các hệ thống băng rộng sau này đều chuyển về công nghệ phân chia theo tần số Các công nghệ phân chia theo tần số rất thích hợp với các kênh vô tuyến di động chịu ảnh hưởng của fading chọn lọc tần số gây ra bởi truyền sóng đa đường Các kỹ thuật phân chia tần số trực giao hiệu... trở về các kỹ thuật phân chia theo tần số Hiện tại có hai xu hướng sử dụng công nghệ FDMA đang cạnh tranh nhau để giành được chỗ đứng trong các mạng thông tin di động tế bào thế hệ kế tiếp Trong khi WiMAX, được chuẩn hóa bởi tổ chức IEEE sử dụng công nghệ OFDMA cho truyền dẫn đường lên và đường xuống thì một công nghệ tiềm tàng khác là LTE (Long Term Evolution-Sự phát triển dài hạn) đươc chuẩn hóa bởi... trong các hệ thống 3GPP LTE 1.2 Kỹ thuật phân chia theo tần số trong các hệ thống không dây băng rộng 1.2.1 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA là một hệ thống đa sóng mang có sơ đồn tổng quát được chỉ ra trong hình 1.1 Nó ghép dữ liệu trên nhiều sóng mang và phát chúng song song với nhau OFDM sử Nguyễn Văn Minh - Lớp D2006VT2 1 Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Kỹ thuật SC-FDMA Hình 1.1: Hệ thống. .. điều chế là 0,13µ s (được sử dụng trong kênh 5MHz của 3GPP LTE) thì N > 76 băng tần con LTE sử dụng 512 sóng mang con trong kênh 5MHz Do đó hệ thống có thể hoạt động mà không có nhiễu xuyên ký hiệu trong kênh với thời gian của tuyến lên đến 512 × 0,13 = 66, 7 µ s Mặc dù hoạt động của hệ thống trong hình 1.4 triệt được nhiễu xuyên ký hiệu từ các tín hiệu có tốc độ thấp trong các dải băng tần khác nhau . Thuật toán phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE. Trong chương này, sẽ trình bày về ba bài toán phân bổ tài nguyên trong đường lên hệ thống LTE. Sẽ có hai cách tiếp cận trong chương. em đã chọn đề tài cho Đồ án tốt nghiệp Đại học là: Phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE Đồ án được trình bày qua 4 chương như sau: Chương 1: Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo. này sẽ đưa ra các mô hình thực hiện mô phỏng cho hệ thống SC-FDMA và chop các thuật toán phân bổ tài nguyên ở đường lên trong các hệ thống LTE. Các kết quả mô phỏng cũng được đưa ra nhằm rút