LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên Đặng Thị Hải Yến i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ viii LỜI MỞ ĐẦU 1 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 ii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ 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 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 iv 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 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 v 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 SDMA Spatial Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia không gian SIC Successive Interference Combining Kết hợp nhiễu thành công SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm STBC Space-Time Block Coding Mã hóa khối không gian thời gian STTD Space-Time Transmit Diversity Phân tập phát không gian thời gian SU- MIMO Single User MIMO MIMO đơn người dùng SVD Sigular Value Decomposition Phân chia giá trị đơn T TACS Total Access Communication System Hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn vi TDD Time Division Duplex Ghéo song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TTA Telecommunication Technology Association Liên hiệp công nghệ viễn thông TTC Telecommunication Technology Committee Ủy ban công nghệ viễn thông TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn U UE User Eqipment Thiết bị người dùng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di dộng toàn cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu V VoIP Voice over IP Thoại qua IP W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây Z ZF Zero Forcing Cưỡng bức không vii DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ Danh mục bảng DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ viii LỜI MỞ ĐẦU 1 LỜI MỞ ĐẦU 1 KẾT LUẬN 76 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Danh mục hình DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ viii LỜI MỞ ĐẦU 1 LỜI MỞ ĐẦU 1 KẾT LUẬN 76 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 viii LỜI MỞ 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. 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 được các tổ chức đặc biệt là 3GPP nghiên cứu triển khai. Tiểu biểu cho công nghệ thông tin di động sau 3G là HSPA và LTE. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng dịch vụ và tốc độ dữ liệu, các công nghệ này đã được bổ sung thêm nhiều đặc tính mới và tiến bộ, một trong số đó là kỹ thuật đa anten MIMO. Những năm gần đây các hệ thống đa anten MIMO đã trở thành các chủ đề thu hút nhiều tổ chức nghiên cứu trên toàn cầu. Hệ thống MIMO rất có triển vọng trong các hệ thống thông 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 độ cao ADC. Hiểu được tầm quan trọng của hệ thống đa anten, em quyết định chọn đề tài:“Nghiên cứu kỹ thuật đa anten trong LTE’’. Nội dung luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong thông tin không dây băng rộng. Chương 2: Kỹ thuật đa anten. Chương 3: LTE MIMO 1 Chương 1 - TRUYỀN DẪN TỐC ĐỘ SỐ LIỆU CAO TRONG THÔNG TIN KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG Chương 1 giới thiệu về các hạn chế cơ bản đối với truyền dẫn tốc độ số liệu cao, truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong băng thông hạn chế và điều chế bậc cao. Trong chương này cũng đề cập đến ảnh hưởng của môi trường truyền sóng lên truyền dẫn không dây băng rộng, cân bằng chống phađinh chọn lọc tần số và truyền dẫn đa sóng mang cho không dây băng rộng. 1.1. Các hạn chế cơ bản đối với truyền dẫn tốc độ số liệu cao Shannon đã đưa ra công cụ lý thuyết để xác định tốc độ cực đại mà thông tin có thể được truyền trên một kênh thông tin cho trước. Trong trường hợp tổng quát công cụ này khá phức tạp, tuy nhiên trong trường hợp đặc biệt khi thông tin được truyền trên một kênh (hay một đường truyền vô tuyến) chỉ bị ảnh hưởng của tạp âm Gauss trắng cộng, dung lượng kênh C được xác định bởi một biểu thức khá đơn giản sau: 1 c D T f ≈ (1.1) Trong đó: + B w là băng thông khả dụng cho truyền tin + S là ký kiệu cho công suất tín hiệu thu + N là kí hiệu cho công suất tạp âm trắng ảnh hưởng xấu lên tín hiệu thu Từ (1.1) ta thấy các yếu tố căn bản hạn chế tốc độ số liệu khả dụng là công suất thu khả dụng (hay tỷ số tín hiệu trên tạp âm khả dụng) và băng thông khả dụng B w . Để làm rõ hơn cách thức mà các nhân tố trên hạn chế tốc độ số liệu khả dụng, giả thiết rằng thông tin sử dụng một tốc độ truyền tin R nào đó. Công suất tín hiệu thu khi này sẽ là: S = E b .R (E b : năng lượng tín hiệu thu trên bit). Ngoài ra công suất tập âm có thể được biểu diễn: N = N 0 .B w (N 0 : mật độ phổ công suất tạp âm đo bằng W/Hz). Rõ ràng tốc độ thông tin không bao giờ vượt quá dung lượng kênh. Dựa trên điều này kết hợp với (1.1) ta được bất đẳng thức sau: 2 w 2 w 0 w . .log 1 1 . b E R S R C B B N N B     ≤ = + = +  ÷  ÷     (1.2) Hay, nếu định nghĩa mức độ sử dụng băng thông γ = R/B w , ta được: 2 0 log 1 . b E N γ γ   ≤ +  ÷   (1.3) Ta có thể viết lại bất đẳng thức trên để nhận được biên dưới cho năng lượng thu của một bit thông tin được chuẩn hóa theo mật độ phổ công suất tạp âm khi mức độ sử dụng băng thông γ cho trước như sau: 0 0 2 1 min b b E E N N γ γ   − ≥ =     (1.4) Biểu thức ngoài cùng bên phải, tỷ số E b /N 0 yêu cầu tại máy thu, là một hàm phụ thuộc vào mức độ sử dụng băng thông (hình 1.1). Từ hình 1.1 ta thấy, với mức độ sử dụng băng thông nhỏ hơn 1 (tốc độ thông tin nhỏ hơn nhiều so với băng thông được sử dụng) E b /N 0 yêu cầu tăng nhanh theo γ. Vì thế trong trường hợp các tốc độ số liệu có cùng giá trị hoặc lớn hơn băng thông, mọi sự tăng tốc độ thông tin không kèm theo tăng băng thông khả dụng sẽ dẫn đến tăng tương đối khá lơn công suất tín hiệu thu yêu cầu cực tiểu. Hình 1.1 E b /N 0 yêu cầu tối thiểu tại máy thu phụ thuộc vào mức độ sử dụng băng thông 3 [...]... truyền Trong chương tiếp theo, luận văn 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 Chương 2 - KỸ THUẬT ĐA ANTEN 19 Đa anten là tên chung cho cho tập hợp những kỹ thuật dựa trên việc sử dụng nhiều anten. .. Multi Output) Đa anten thu là dạng đặc biệt của MIMO trong đó chỉ có một anten phát và nhiều anten thu Vì thế đa anten thu còn được gọi là SIMO 2.3.1 Mô hình kênh phân tập anten thu Trong mô hình kênh fadinh có 1 anten phát và N r anten thu, ma trận kênh như sau: H = [h0, h1,…, hN-1] (2.13) trong đó hm (m = 0,1,…,Nr-1) là độ lợi của đường truyền từ anten phát đến anten thu m, Nr là số lượng anten thu Quan... thấp là áp dụng phân cực khác nhau đối với anten khác nhau Khi đó các anten có thể được đặt gần nhau 2.1.2 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/thu có thể được sử dụng để đảm bảo phân tập, chống phađinh kênh vô tuyến Trong trường hợp này, các kênh truyền do các anten này tạo ra phải có độ tương quan thấp,... nhiều kết hợp với kỹ thuật xử lý tín hiệu, thường được gọi là MIMO Kỹ thuật đa anten có thể được sử dụng để nâng cao hiệu năng hệ thống, bao gồm làm tăng dung lượng hệ thống (số người dùng trong một ô tăng) và tăng vùng phủ (mở rộng ô) cũng như là làm tăng khả năng cung cấp dịch vụ, ví dụ, tốc độ dữ liệu người dùng cao hơn Chương này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về một số kỹ thuật đa anten khác nhau... 2.1 Mở đầu 2.1.1 Các cấu hình đa anten Một đặc trưng quan trọng của mọi cấu hình đa anten là khoảng cách giữa các phần tử anten do quan hệ giữa khoảng cách anten và tương quan tương hỗ giữa phađinh kênh vô tuyến 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 cao, bản chất là các anten khác nhau sẽ có fading... mô hình kênh MIMO tổng quát gồm N t anten phát và Nr anten thu: 21 Hình 2.1 Mô hình kênh MIMO với Nt anten phát và Nr anten thu Ma trận kênh H cho mô hình MIMO được biểu diễn như sau:  h 0,0   h1,0 H= M  h N −1,0  r h 0,Nt −1   L h1,N t −1  M M   L h N -1,N −1  r t  h 0,1 L h1,1 M hN r −1,1 (2.1) trong đó hm,n là độ lợi kênh giữa anten phát thứ n và anten thu thứ m T Giả sử x =  x0 ,... ô cũng như các kỹ thuật đa anten là các biện pháp then chốt để tăng các tốc độ số liệu trong các kịch bản bị giới hạn bởi nhiễu: - Giảm kích thước ô sẽ giảm số người sử dụng vì thế sẽ giảm lưu lượng trên ô Nhờ vậy, giảm mức nhiễu tương đối và vì thế cho phép đạt được tốc độ số liệu cao hơn - Kết hợp hợp lý các tín hiệu thu tại nhiều anten sẽ tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu sau kết hợp anten 6 - Sử dụng... tương quan phađinh thấp ngay cả khi khoảng cách giữa các anten nhỏ Trong kịch bản triển khai khác, như triển khai ô vi mô với các anten trạm gốc thấp hơn mái nhà và triển khai trong nhà, môi trường nhìn từ trạm gốc lúc này rất 20 giống với môi trường máy đầu cuối, cho nên khoảng cách anten trạm gốc nhỏ hơn vẫn đảm bảo độ tương quan phađinh thấp Các anten giả thiết ở trên có cùng phân cực Một cách khác... anten tại phía thu (phân tập anten thu) Có thể sử dụng nhiều anten thu tại tram gốc (cho đường lên) hay nhiều anten thu tại đầu cuối di động (cho đường xuống) Bằng cách kết hợp tín hiệu thu một cách hợp lý, tỷ số tín hiệu trên tạp âm có thể được tăng tỷ lệ với số anten thu vì thế cho phép đạt được các tốc độ số liệu cao hơn đối với một khoảng cách phát thu cho trước Đa anten cũng có thể được áp dụng... Doopler…) ta có thể phân loại phađinh phạm vi hẹp dựa trên hai đặc tính: trải trễ đa đường và phađinh chọn lọc tần số Trải trễ đa đường là một thông số trong miền thời gian, trong khi đó phađinh phẳng hay chọn lọc tần số lại tương ứng với miền tần số Vì thế thông số miền thời gian, trải trễ đa đường, ảnh hưởng lên đặc tính kênh trong miền tần số Trải Doopler dẫn đến tán tần và phađinh chọn lọc thời gian, . trọng của hệ thống đa anten, em quyết định chọn đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật đa anten trong LTE ’. Nội dung luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong thông tin không. đặc tính mới và tiến bộ, một trong số đó là kỹ thuật đa anten MIMO. Những năm gần đây các hệ thống đa anten MIMO đã trở thành các chủ đề thu hút nhiều tổ chức nghiên cứu trên toàn cầu. Hệ thống. liệu cao trong thông tin không dây băng rộng. Chương 2: Kỹ thuật đa anten. Chương 3: LTE MIMO 1 Chương 1 - TRUYỀN DẪN TỐC ĐỘ SỐ LIỆU CAO TRONG THÔNG TIN KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG Chương 1 giới thiệu