Đang tải... (xem toàn văn)
KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+
HC VIN CễNG NGH BU CHNH VIN THễNG KHOA VIN THễNG 1 -------***------- Đồ án tốt nghiệp đại học ti: K THUT A ANTEN TRONG THễNG TIN DI NG 3G + Giỏo viờn hng dn:TS.Nguyn Phm Anh Dng Sinh viờn thc hin :Bựi Th Thựy Dng Lp :D04VT1 H Ni, 11-2008 ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên: Bùi Thị Thùy Dương Lớp: D04VT1 Khoá: 2004 – 2008 Ngành học: Điện Tử - Viễn Thông Tên đề tài: KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G + Nội dung đồ án: Nội dung của đồ án được chia thành ba phần chính như sau: Tổng quan về thông tin di động 3G + Tổng quan về kỹ thuật đa anten Kỹ thuật đa anten trong HSPA + và LTE Ngày giao đồ án:……/ ./2008 Ngày nộp đồ án: ……/11/2008 Ngày …. tháng 11 năm 2008 Giáo viên hướng dẫn TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc KHOA VIỄN THÔNG 1 -------***------- -------***------- NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Điểm: (bằng chữ ……………… ) Ngày tháng 11 năm 2007 Giáo viên hướng dẫn TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………… Điểm: (bằng chữ ……………… ) Ngày tháng 11 năm 2008 Giáo viên phản biện Đồ án tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU . iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv LỜI NÓI ĐẦU . viii CHƯƠNG 1 10 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+ . 10 1.1. Mở đầu 10 1.2. Sự phát triển của thông tin di động . 10 1.3. Tổng quan HSPA+ 13 1.3.1. Khả năng của HSPA+ . 14 1.3.2. Đặc tính của HSPA+ . 14 1.3.2.1. MIMO . 15 1.3.1.2. Điều chế bậc cao HOM 15 1.3.1.3. Kết nối gói liên tục CPC 16 1.4. Tổng quan công nghệ LTE 18 1.4.1. Các mục tiêu yêu cầu của LTE . 19 1.4.1.1. Các khả năng của LTE . 19 1.4.1.2. Hiệu năng hệ thống 20 1.4.1.3. Các khía cạnh liên quan tới triển khai 22 1.4.1.4. Quản lí tài nguyên vô tuyến . 24 1.4.1.5. Các vấn đề về mức độ phức tạp . 24 1.5. Tổng kết . 25 CHƯƠNG 2 26 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐA ANTEN 26 2.1. Mở đầu 26 2.2. Cấu hình đa anten . 26 2.3. Lợi ích của kỹ thuật đa anten 27 2.4. Mô hình MIMO tổng quát . 27 2.5. Kênh SVD MIMO . 29 2.5.1. Mô hình kênh SVD MIMO . 29 2.5.2. Mô hình hệ thống SVD MIMO tối ưu . 33 2.6. Đa anten thu . 34 2.6.1. Mô hình kênh phân tập anten thu 34 2.6.2. Sơ đồ kết hợp chọn lọc SC . 35 2.6.3. Sơ đồ kết hợp tỷ lệ cực đại MRC 37 2.6.4. Kết hợp loại bỏ nhiễu IRC 39 2.7. Đa anten phát . 43 2.7.1. Phân tập phát 43 2.7.1.1. Sơ đồ Alamouti hai anten phát với một anten thu . 43 2.7.1.2. Sơ đồ Alamouti hai anten phát và Nr anten thu . 48 2.7.1.1. Phân tập trễ 51 2.7.1.2. Phân tập trễ vòng CDD 52 2.7.1.3. Phân tập bằng mã hóa không gian thời gian . 53 2.7.1.4. Phân tập dựa trên mã hóa không gian-tần số 54 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 i Đồ án tốt nghiệp Mục lục 2.7.2. Tạo búp sóng phía phát . 55 2.8. Ghép kênh không gian 58 2.8.1. Nguyên lý cơ bản 58 2.8.2. Ghép kênh dựa trên tiền mã hóa 62 2.8.3. Xử lý bộ thu phi tuyến 64 2.9. Tổng kết . 65 CHƯƠNG 3 67 KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG HSPA+ VÀ LTE 67 3.1. Mở đầu 67 3.2. Kỹ thuật đa anten trong HSPA+ . 67 3.1.1. Truyền dẫn HSDPA-MIMO . 68 3.1.2. Điều khiển tốc độ cho HSDPA-MIMO . 72 3.1.3. HARQ kết hợp mềm cho HSDPA-MIMO 73 3.1.4. Tín hiệu điều khiển cho HSDPA-MIMO 73 3.1.5. Hỗ trợ kênh điều khiển đường lên MIMO 76 3.1.6. Năng lực UE . 81 3.3. Kỹ thuật đa anten trong LTE 83 3.3.1.Phân tập phát sử dụng mã hóa khối không gian- tần số hai anten SFBC 84 3.3.2. Phân tập trễ vòng CDD . 85 3.3.2. Tạo búp sóng 85 3.3.3. Ghép kênh không gian 87 3.3.4. Tín hiệu hoa tiêu truyền dẫn đa anten đường xuống 89 3.4. Tổng kết 90 KẾT LUẬN . 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 92 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 ii Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.6.Ví dụ về báo cáo PCI/CQI loại A và B cho UE có cấu hình MIMO .80 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 iii Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 3.6.Ví dụ về báo cáo PCI/CQI loại A và B cho UE có cấu hình MIMO .80 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3GPP Third Generation Partnership Project Nhóm cộng tác 3GPP A ACK Acknowledgement Xác nhận AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ARIB Association of Radio Industries and Businesses Hiệp hội các doanh nghiệp và công nghiệp vô tuyến ARQ Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động ATIS Alliiance for Telecommunications Industry Solutions Liên minh cho các giải pháp công nghiệp viễn thông AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng B BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân C CCSA China Communications Standards Association Hiệp hội chuẩn truyền thông Trung Quốc CDD Cyclic Delay Diversity Phân tập trễ vòng Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 iv Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CEPT European Conference of Postal and Telecommunications Administations Hội nghị Châu Âu về quản lý Bưu chính Viễn thông CPC Continuous Packet Connectivity Kết nối gói liên túc CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh D DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DRX Discontinuous Reception Thu không liên tục DTX Discontinuous Transmission Phát không liên tục D-TxAA Dual Transmit -Diversity Adaptive Array E E-AGCH E-DCH Absolute Grant Channel Kênh cấp phát tuyệt đối E-DCH E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng nâng cao EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution and Enhanced Data rates for Global Channel Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS E-RGCH E-DCH Relative Grant Channel Kênh cấp phát tương đối E-DCH F FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số G GERAN GSM EDGE RAN Mạng truy nhập vô tuyến GSM/ EDGE GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chuntg GSM Global System for Mobile communications Hệ thống thông tin di dộng toàn cầu H HARQ Hybrid ARQ ARQ lai ghép HOM High Order Modulation Điều chế bậc cao HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống HS- DPCCH High Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh vật lý điều khiển riêng tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS- DSCH High Speed Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 v Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu HS- PDSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS- SCCH High Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao đường lên I IRC Interference Rejection Combining Kết hợp triệt nhiễu IMS Internet Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện Internet J J-TACS Japanese Total Access Communication System Hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn Nhật bản L LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn M MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MBMS Multimedia Broadcast/Multicast Service Dịch vụ quảng bá /đa phương MIMO Multi Input Multi Output Đa đầu vào đa đầu ra ML Maximum Likelihood Khả năng giống cực đại MMSE Minimum Mean Square Error Sai lỗi trung bình bình phương cực tiểu MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ lớn nhất MU- MIMO Multi User MIMO MIMO đa người dùng N NACK Negative Acknowledgement Không xác nhận O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao P PARC Per-Antenna Rate Control PCI Precoding Control Indicator Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa P-CPICH Primary CPICH Kênh CPICH sơ cấp PDC Personal Digital Cellular R RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến S SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc hệ thống SC Selective Combining Kết hợp lựa chọn S-CPICH Secondary CPICH Kênh CPICH thứ cấp Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 vi [...]... trình bày một số kỹ thuật đa anten cơ bản nhất cũng như các kỹ thuật đa anten được sử dụng trong hệ thống thông tin di động sau 3G Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 viii Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu Chương 3 :Kỹ thuật đa anten trong HSPA+ và LTE Chương 3 của đồ án trình bàykỹ thuật đa anten sử dụng trong HSPA+ và LTE và một số các vấn đề liên quan Do nhiều mặt còn hạn chế đồng thời trong quá trình tìm... tới Trong chương tiếp theo, đồ án sẽ trình bày tổng quan về kỹ thuật MIMO, một trong những phát minh lớn trong lĩnh vực vô tuyến, được ứng dụng trong hệ thống 3G và các hệ thống thông tin di động tương lai Với MIMO, hiệu năng cả mức hệ thống và mức liên kết được nâng cao lên đáng kể Đồ án tốt nghiệp Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+ CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐA ANTEN 2.1 Mở đầu Đa anten. .. thuật đa anten trong công nghệ thông tin di động 3G+ Nội dung tìm hiểu của đồ án gồm 3 chương sẽ lần lượt trình bày các vấn đề sau: Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+ Chương 1 của đồ án sẽ giới thiệu một cách khái quát về sự phát triển của hệ thống thông tin di động đồng thời trình bày những nét cơ bản nhất của hai công nghệ HSPA+ và LTE Chương 2:Tổng quan về kỹ thuật đa anten Trong chương... kỹ thuật đa anten khác nhau 2.2 Cấu hình đa anten Một trong những đặc tính quan trọng trong cấu hình đa anten là khoảng cách giữa hai phần tử anten do khoảng cách các anten có mối quan hệ với độ tương quan giữa fading kênh vô tuyến (được xác định bởi tín hiệu tại các anten khác nhau) Các anten được đặt xa nhau để độ tương quan fading thấp Ngược lại, các anten được đặt gần nhau để độ tương quan fading... hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Thông tin di động thế hệ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA) Ngày nay, công nghệ thông tin di động 3G đã được đưa vào thương mại hóa, nhưng nhu cầu về chất lượng dịch vụ cũng như tốc độ dữ liệu vẫn ngày càng tăng Do đó, sự phát triển sau 3G đang... nhập vô tuyến của 3G+, đó là HSPA+ và LTE 1.2 Sự phát triển của thông tin di động Sự phát triển của công nghệ thông tin di động tính đến nay được tóm tắt như sau: Công nghệ thông tin di động 1G Các hệ thống 1G đảm bảo truyền dẫn tương tự dựa trên FDM với kết nối mạng lõi dựa trên TDM Hệ thống truyền dẫn di động đầu tiên trên thế giới là hệ thống NMT tương tự (Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu), được... ĐẦU Trong tiến trình phát triển của xã hội loài người, sự ra đời của thông tin di động là một bước ngoặt lớn và thông tin di động đã nhanh chóng trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển, là lĩnh vực tiên phong, điều kiện kiên quyết cũng như cơ hội để mỗi quốc gia, mỗi dân tộc thu hẹp khoảng cách phát triển, tránh nguy cơ lạc hậu, tăng cường năng lực cạnh tranh Cho đến nay, thông tin di động. .. cách giữa các anten trạm gốc sẽ nhỏ hơn vẫn đảm bảo độ tương quan thấp Các anten giả thiết ở trên có cùng phân cực Một cách khác để đạt được độ tương quan fading thấp là áp dụng phân cực khác nhau đối với anten khác nhau Khi đó các anten có thể được đặt gần nhau 2.3 Lợi ích của kỹ thuật đa anten Kỹ thuật đa anten mang lại những lợi ích khác nhau phụ thuộc vào những mục đích khác nhau: Nhiều anten phát/... ô tới đầu cuối di động trong ô Hiệu suất, phổ tần và thông Đồ án tốt nghiệp Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+ lượng yêu cầu cho các ô bán kính 5km với các ô bán kính tới 30 km cho phép giảm nhẹ thông lượng và cho phép giảm khá lớn hiệu suất sử dụng phổ tần song vẫn đáp ứng tính di động d MBMS tăng cường Các yêu cầu MBMS tăng cường đề cập tới chế độ quảng bá và chế độ phát đa phương LTE phải... tin di động thế hệ sau bởi lẽ nó không chỉ cho phép đạt được hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn nữa mà còn có tính khả thi về phần cứng cũng như phần mềm do sự tiến bộ của các công nghệ xử lý tín hiệu số DSP và biến đổi tương tự số tốc ADC độ cao Với mục đích tìm hiểu sâu về kỹ thuật MIMO và ứng dụng thực tiễn của nó cũng như xu hướng phát triển của thông tin di động, em đã chọn đề tài Kỹ thuật đa anten . thông tin di động 3G + Tổng quan về kỹ thuật đa anten Kỹ thuật đa anten trong HSPA + và LTE Ngày giao đồ án:……/..... /20 08 Ngày nộp đồ án: ……/11 /20 08. thông tin di động 3G + 1.3 .2. 1. MIMO HSPA + hỗ trợ MIMO 2x2 đường xuống, sử dụng hai anten phát ở Node B để truyền luồng dữ liệu trực giao tới hai anten