i TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên học viên: Nguyễn Đức An Năm sinh: 1990 Đơn vị công tác: Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khóa: 22.1 Ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 60.52.02.08 Cán hướng dẫn: TS.Nguyễn Cảnh Minh Tên đề tài luận văn “ Nghiên cứu công nghệ MIMO hệ thống thông tin di động 4G/LTE” Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu tổng quan kiến trúc công nghệ sử dụng hệ thống 4G/LTE Nghiên cứu kỹ thuật đa anten sử dụng hệ thống thông tin di động Công nghệ MIMO hệ thống thông tin di động 3G 4G Phương pháp nghiên cứu kết đạt Nội dung luận văn thực sở thu thập, nghiên cứu tổng hợp tài liệu khoa học công nghệ MIMO ứng dụng hệ thống thông tin di động 4G/LTE Dựa vào việc nghiên cứu lý thuyết để đưa sở thực tiễn từ áp dụng cho mạng di động Việt Nam Điểm bình qn mơn học: Điểm bảo vệ luận văn: Xác nhận cán hướng dẫn Hà Nội, ngày … tháng … năm … Học viên TS Nguyễn Cảnh Minh Nguyễn Đức An Xác nhận Bộ môn KTVT Trưởng môn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày … tháng … năm … Học viên Nguyễn Đức An iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học viết luận văn tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình q thầy trường đại học Giao thơng Vận tải, phòng Đào tạo sau Đại học, khoa Điện – Điện tử Trước hết xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường đại học Giao thông Vận tải, đặc biệt thầy cô trực tiếp dạy bảo cho suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Cảnh Minh người trực tiếp hướng dẫn thực luận văn Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế Kính mong nhận chia sẻ đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn bè đồng nghiệp Trân trọng cám ơn! iv MỤC LỤC TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xii PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 4G/LTE 1.1.Tiến trình phát triển giao diện vô tuyến hệ thống UMTS/HSPA/ LTE 1.1.1.Các giai đoạn phát triển giao diện vô tuyến UMTS 1.1.2.Chuẩn hóa hệ thống IMT-Advanced 1.2.Cấu trúc hệ thống LTE 1.2.1.Các đặc tính tổng quát LTE 1.2.2.Kiến trúc mạng LTE 1.1.3.Tự động tự cấu hình tự tối ưu mạng SON 11 1.3.Công nghệ MIMO hệ thống LTE 17 1.4.Các phương pháp đa truy nhập hệ thống LTE 20 1.4.1.Phương pháp đa truy nhập đường xuống OFDMA 20 1.4.2.Phương pháp đa truy nhập đường lên SC-FDMA 26 1.4.Kết luận chương 32 CHƯƠNG 2.KỸ THUẬT ĐA ANTEN 33 2.1.Cấu hình đa anten 33 2.2.Các lợi ích việc sử dụng đa anten 33 v 2.3.Đa anten thu 34 2.4.Đa anten phát 39 2.4.1.Phân tập anten phát 39 2.4.2.Phân tập trễ 40 2.4.3.Phân tập trễ vòng 41 2.4.4.Phân tập theo mã không gian thời gian 42 2.4.5.Phân tập theo mã không gian tần số 43 2.4.6.Tạo búp phía phát 44 2.5.Ghép kênh không gian 48 2.5.1.Nguyên lý sở ghép kênh không gian 48 2.5.2.Ghép kênh khơng gian dựa tiền mã hóa 52 2.5.3.Xử lý thu khơng tuyến tính 54 2.6.Kết luận chương 56 CHƯƠNG 3.CÔNG NGHỆ MIMO TRONG HỆ THỐNG 4G/LTE 57 3.1.Công nghệ MIMO hệ thống UMTS (Rel.7 tiếp đó) 57 3.1.1.Giới thiệu chung MIMO 57 3.1.2.Đặc điểm hệ thống MIMO UMTS 62 3.2.Công nghệ MIMO hệ thống LTE 65 3.2.1.Phát thu phân tập 66 3.2.2.Beamforming 67 3.2.3.Các cấu hình anten MIMO LTE 70 3.2.4.Các chế độ MIMO LTE 76 3.2.5.Cơ sở lý thuyết MIMO 77 3.3.Cấu trúc thiết bị thu phát LTE 85 3.4.Đặc điểm ứng dụng chế độ MIMO LTE 89 3.4.1.Các sơ đồ LTE/MIMO kênh Downlink Uplink 89 3.4.2.Các giải kỹ thuật theo MIMO hệ thống LTE 93 3.4.3.Hoàn thiện công nghệ LTE/MIMO 97 3.5.Kết luận chương 98 vi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 vii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ đầy đủ STT Từ viết tắt 1G First Generation Thế hệ thứ 2G Second Generation Thế hệ thứ 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP Genaration Partnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái 10 BS Base Station Trạm gốc 11 BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc 12 CDMA 13 CN 14 Code Division Multiple Access Tiếng Việt Đa truy nhập phân chia theo mã Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung 15 CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung 16 CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư 17 CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh 18 DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng 19 DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển 20 DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng 21 DPDCH 22 DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống 23 DSSS Direct-Sequence Spread Trải phổ chuỗi trực tiếp Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng viii Spectrum 24 E-AGCH 25 E-DCH 26 EDGE 27 EIR 28 E-DPCCH 29 E-DPDCH 30 E-RGCH 31 FACH 32 FDD 33 DSCH 34 DSSS 35 E-AGCH 36 Enhanced Absolute Grant Kênh cho phép tuyệt đối tăng Channel cường Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường Enhanced Data rates for GPRS Tốc độ số liệu tăng cường để Evolution phát triển GPRS Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Enhanced Dedicated Control Kênh điều khiển riêng tăng Channel cường Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường Enhanced Relative Grant Kênh cho phép tương đối tăng Channel cường Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống Frequency Division Duplex Downlink Shared Channel Direct-Sequence Spread Spectrum Ghép song công phân chia theo thời gian Kênh chia sẻ đường xuống Trải phổ chuỗi trực tiếp Enhanced Absolute Grant Kênh cho phép tuyệt đối tăng Channel cường E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường 37 EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị 38 GSM Global System For Mobile Hệ thống thông tin di động tòan Communications cấu 39 HARQ Hybrid Automatic Repeat Yêu cầu phát lại tự động linh reQuest hoạt 40 HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú ix 41 HSDPA 42 HS-DPCCH 43 HS-DSCH 44 HSPA 45 HS-PDSCH 46 HS-SCCH 47 HSUPA 48 High Speed Downlink Packet Truy nhập hói đường xuống tốc Access độ cao High-Speed Dedicated Kênh điều khiển vật lý riêng tốc Physical Control Channel độ cao High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao High-Speed Physical Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ Dedicated Shared Channel cao High-Speed Shared Control Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ Channel cao High-Speed Uplink Packet Truy nhập gói đường lên tốc độ Access cao IPv6 IP version Phiên IP sáu 49 LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn 50 MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường 51 MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu 52 MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện 53 MSC 54 NodeB 55 PCH 56 PCPCH 57 PRACH 58 QoS 59 QPSK Mobile Services Switching Trung tâm chuyển mạch Center dịch vụ di động Nút B Paging Channel Physical Common Packet Channel Kênh tìm gọi Kênh vật lý gói chung Physical Random Access Kênh vật lý truy nhập ngẫu Channel nhiên Quality of Service Chất lượng dịch vụ Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vng góc x 60 RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên 61 RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến 62 RF Radio Frequency Tần số vô tuyến 63 RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến 64 RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến 65 RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến Secondary Common Control Kênh vật lý điều khiển chung sơ Physical Channel cấp Kênh đồng 66 S-CCPCH 67 SCH Synchronization channel 68 TDD Time Division Duplex 69 TDM Time Division Multiplex 70 TDMA 71 UMTS 72 UTRA 73 UTRAN 74 WCDMA 75 FDMA 76 RACH Ghép song công phân chia theo thời gian Ghép kênh phân chia theo thời gian Time Division Mulptiple Đa truy nhập phân chia theo thời Access gian Universal Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn Telecommunications System cầu UMTS Terrestrial Radio Truy nhập vô tuyến mặt đất Access UMTS UMTS Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt Access Network đất UMTS Wideband Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã Multiple Access băng rộng Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần Access số Physical Random Access Kênh vật lý truy nhập ngẫu Channel nhiên 87 PDSCH Việc phát tin hỗ trợ lệnh điều khiển thực kênh vật lý điều khiển Hình 3.21 Cấu trúc thu LTE Mỗi thiết bị đầu cuối người sử dụng nhận tín hiệu từ trạm gốc nhận dạng khối tài nguyên dành cho Đồng thời thu đánh giá chất lượng kênh đường xuống theo tín hiệu tham chiếu (tín hiệu chuẩn nhận được) Reference Signal, lưu giữ mắt lưới tài nguyên Việc biết chất lượng kênh đường xuống sử dụng để điều chế OFDM, đồng thời để chọn ma trận giải mã kênh không gian MIMO Theo kết lần đánh giá thu gián tiếp nhận thông tin dung lượng kênh người sử dụng xét tồn bộ, thơng tin lỗi giải mã hóa ký tự liệu BER (Bit Error Ratio) khối liệu BLER (Block Error Ratio) Trên sơ đồ sử dụng ký hiệu sau: lọc, lọc dải, lọc tần thấp; A/D, D/A - biến đổi tương - tự số số - tương tự; KĐ (khuyếch đại) tạp âm nhỏ KĐ điều chỉnh được, điều chỉnh tự động khuyếch đại; tạo dao động điều khiển được; tinh chỉnh tự động pha; biến đổi rời rạc phurie; СР - chu kỳ tiền tố 88 Hình 3.22 Sơ đồ cấu trúc thu LTE Trên hình 3.23 mơ tả sơ đồ cấu trúc rút gọn thiết bị đầu cuối thuê bao LTE với hai anten thu (kênh) Hình 3.23 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đầu cuối thuê bao LTE 89 3.4 Đặc điểm ứng dụng chế độ MIMO LTE Hiện 3GPP chuẩn hóa sơ đồ truyền liệu MIMO cho hệ thống UMTS/HSPA+ (Rel’7) LTE (Rel’8) Trong khuôn khổ phiên 3GPP (Rel’9 Rel’10) tập trung công việc hồn thiện cơng nghệ MIMO cho hệ thống LTE (MIMO-Advanced) Xem xét định hướng công nghệ đến thiết bị thuê bao đơn giản tối đa, kỹ thuật MIMO LTE rút gọn tối đa Trong khuôn khổ chuẩn đưa [11] xác định yêu cầu ứng dụng MIMO (Rel’8, Rel’9, Rel’10) sau: • Số lượng anten thu phát cấu hình MIMO trạm gốc hai bốn • Một an ten phát hai anten thu cấu hình MIMO thiết bị đầu cuối th bao Trong cơng nghệ hồn thiện MIMO-Advanced (Rel’10) có kế hoạch mở rộng cấu hình anten trạm gốc (đến tám anten) , thiết bị đàu cuối thuê bao (đến hai anten phát) 3.4.1 Các sơ đồ LTE/MIMO kênh Downlink Uplink Khi cấu hình anten nêu ứng dụng LTE số chế độ số sơ đồ MIMO (bảng 3.5) Khi xem xét cấu hình MIMO khơng nên nhầm lẫn khái niệm số lượng anten số lượng luồng liệu phát theo không gian Như trường hợp MISO sử dụng số anten phát, phát luồng liệu (chúng ta nhớ điều kiện r тах = [М, N], đồng thời bổ sung SIMO không làm chuyển đổi cấu hình MIMO nghĩa SIMO + MISO # MIMO 90 Bảng 3.5.Một số ứng dụng MIMO hệ thống LTE Chế độ người sử dụng Hướng phát MIMO (SU-MIMO) Chế độ nhiều người sử dụng MIMO (MU-MIMO) lxl (SISO) – chế độ thông thường Downlink 2x1, 4x1 (MISO) – phát phân tập, Beamforming 2x2, 4x2 (MIMO) – ghép không gian Uplink lxl (SISO) - chế độ thông 2x2, 2x4 (MIMO) – ghép thường không gian 1x2, 1x4 (SIMO) - phát phân tập 3.4.1.1 Downlink MIMO Trong kênh đường xuống LTE sử dụng số sơ đồ MIMO khác chế độ người nhiều người sử dụng, đưa bảng 3.5 Việc chọn sơ đồ truyền liệu hay khác MIMO thực tương thích, phụ thuộc vào điều kiện kênh vô tuyến khả hoạt đọng thiết bị đầu cuối thuê bao sử dụng Đối với kênh đường xuống LTE sơ đồ sau [7]: Trong chế độ SU-MIMO: • Phát phân tập (Transmit Diversity); • Ghép kênh khơng gian (Spatial Multiplexing) với vòng mở (khơng có kênh liên hệ ngược) - OL SM; • Ghép kênh khơng gian (Spatial Multiplexing) với vòng kín (có kênh liên hệ ngược) - CL SM; Trong chế độ MU-MIMO: • Truyền liệu nhiều người sử dụng phối hợp phân tập không gian SDMA/Beamforming MIMO Các sơ đồ gần cho thấy hiệu tạo tia phát xạ Beamforming 91 phụ thuộc nhiều vào phân tập không gian tương ứng số anten phát trạm gốc Khi hai anten tính hiệu thấp, bốn anten – hiệu rõ nhận thấy Sử dụng phối hợp Beamforming MIMO đòi hỏi số thay đổi ma trận mã hóa W Sử dụng thể thức Beamforming LTE định hướng đến điều kiện độ lệch góc khơng lớn tia phát xạ không gian so với trạm gốc Nhân tố hạn chế điểm số kênh điều khiển LTE khơng thể có chức tham gia vào thể thức Beamforming Ngoài để sử dụng chế độ MU-MIMO thiết bị đầu cuối thuê bao cần phân chia không gian Chế độ nhiều người sử dụng MU-MUMO đảm bảo chủ yếu cách nâng cao dung lượng rìa nhờ giảm mức nhiễu hệ thống 3.4.1.2 Uplink MIMO Tương ứng với phiên có 3GPP kênh đường lên LTE sử dụng chế độ nhiều người sử dụng MIMO (MU-MIMO) Lý nhân tố làm cho phiên 3GPP (Rel’8) thiết bị đàu cuối thuê bao dự tính anten phát Tính đến việc tiết kiệm nhu cầu lượng việc tăng số lượng anten thiết bị đầu cuối vấn đề đặt kế hoạch giai đoạn phát triển LTE (LTEAdvanced, Rel’9 Rel’10) Vì chế độ truyền liệu người sử dụng theo kênh không gian SU-MIMO đường lên Uplink đề xuất Chế độ nhiều người sử dụng MU-MIMO kênh đường lên LTE có số khác biệt so với Downlink Thứ luồng không gian liệu phát tạo không anten phân tập mà luồng giống từ thiết bị đầu cuối thuê bao khác phân tập khơng gian Ngồi ra, sơ đồ tham đồng thời hai đến sáu thiết bị đầu cuối thuê bao LTE thuộc ô riêng biệt Thứ hai thiết bị đầu cuối thuê bao phân tập không gian luồng liệu phát đồng thời thựuc phát vào khối tài ngun Thứ ba sử dụng sơ đồ MU-MIMO kênh đường lên không đảm bảo việc tăng tốc độ truyền liệu 92 người sử dụng riêng biệt, dẫn đến làm tăng dung lượng ô mạng LTE Cấu hình 2x2 2x4 (MIMO) hướng lên UL cần giải thích nhấn mạnh thiết bị đầu cuối thuê bao có anten phát Chế độ nhiều người sử dụng MU- hướng lên tính toán hợp luồng phân tập liệu phát từ thiết bị đầu cuối khác nhau, đưa hình 3.24 [8] Hình 3.24 Các nguyên tắc MU-MIMO đường lên (cấu hình anten 2x2) Bảng 3.6.Các thơng số cấu hình anten MIMO sử dụng hệ thống LTE Loại cấu hình anten DIV-1X DIV-2X Các sơ đồ sử dụng Chú thích • TxD с SFBC/CDD OL/CL - SM - phân • DL OL/CL SM - luồng tập khơng gian (SM) • UL MU-MIMO với thiết bị với vòng mở (OL) • đầu cuối th bao AT đóng (CL) • TxD с SFBC/CDD Trong • DL OL/CL SM - luồng trường hợp MU- tất • UL MU-MIMO với thiết bị đầu MIMO dự tính đến cuối thuê bao AT tính di động thiết 93 bị đầu cuối thuê bao (АТ), cho phép ứng dụng Beamforming • TxD с SFBC/CDD CLA-2X • DL OL/CL SM - luồng (Rel’9) • UL MU-MIMO với thiết bị đầu cuối thuê bao AT • DL OL/CL SM - luồng • DL MU-MIMO với thiết bị đầu ULA-4V cuối thuê bao AT • UL MU-MIMO với thiết bị đầu cuối thuê bao AT • TxD с SFBC/CDD CLA-4X • DL OL/CL SM - luồng (Rel’9) • UL MU-MIMO với thiết bị đầu cuối thuê bao AT Chế độ UL không tăng gấp đôi tốc độ truyền liệu người sử dụng riêng biệt, tăng dung lượng mạng hai luồng liệu phân tập không gian phát miền tài nguyên tần số - thời gian (khối tài nguyên) Cấu hình 2x2 MIMO cấu hình cho hệ thống LTE Tiếp theo sơ đồ hợp lý truyền liệu MIMO mà ứng dụng LTE dạng tương ứng cấu hình vật lý anten Trong bảng 3.6 đưa số liệu, giới thiệu [11] 3.4.2 Các giải kỹ thuật theo MIMO hệ thống LTE 3.4.2.1 Các dạng truyền báo cáo trạng thái kênh Như nhấn mạnh nhiều lần, công nghệ MIMO hệ thống LTE sẵn có khả mở rộng cho phép chọn thích ứng sơ đồ cụ thể luồng 94 liệu phụ thuộc vào trạng thái kênh Đánh giá trạng thái kênh trạm gốc thiết bị đầu cuối thuê bao dùng làm điều kiện để chọn lựa Báo cáo bổ sung theo kết đánh giá nhận thiết bị đầu cuối thuê bao АТ, truyền đến trạm gốc theo kênh đường lên (Reporting of UE Feedback) Cần nhận thấy rằng, TDD kênh khơng u cầu trạm gốc đánh giá điều kiện kênh không gian tần số thiết bị đầu cuối thuê bao Trong LTE cho phép số dạng để gửi báo cáo sử dụng MIMO Ở dạng nhận tin sau: CQI (Channel Quality Indicator) - tin đặc tính chất lượng kênh Ở ban tin thiết bị đầu cuối thuê bao đề xuất đến eNode В sơ đồ điều chế tối ưu mã hóa chống nhiễu, mà sơ đồ tần số xuất khối liệu lỗi khơng vượt q 10% Có thể sử dụng loại CQI khác nhau: CQI băng rộng đánh giá tất băng tần tín hiệu OFDM CQI cho nhóm tần số PMI (Precoding Matrix Indicator) – tin ma trận đề xuất tối ưu mã hóa sơ W mà cần để chọn bảng mã Codeboock RI (Rank Indication) - tin số lượng hợp lý luồng liệu không gian phát Theo báo cáo trạm gốc chọn phương pháp tối ưu mã hóa sơ luồng liệu phát 3.4.2.2 Ma trận mã hóa sơ Ma trận tối ưu W cho hai anten phát có dạng, đưa bảng 3.7 [11] Nó chọn eNode В từ bảng mã xác định Codeboock đưa trước sở báo cáo nhận từ trạng thái kênh Bảng mã gồm ma trận cho hai luồng liệu 95 Bảng 3.7 Bảng mã ma trận cho hai luồng liệu Số luồng phát Chỉ số ma trận [ ] [ ] √ √ [ [ √ √ [ ] √ √ √ ] [ ] [ ] ] [ ] [ ] Ngồi ma trận W thay đổi pham vi số có chuyển tiếp từ miềm tần số vào miền khác Trong LTE đề xuất sử dụng ma trận W cho tất băng tần, nghĩa để mã hóa băng rộng (Wideband Precoding) mã hóa nhóm nhỏ tần số sóng mang mà từ tạo kênh độ rộng 20Mhz Với bốn anten phả bảng mã gồm 64 ma trận W(theo 16 ma trận cho anten) Việc chọn dư ma trận để thiết bị đầu cuối thuê bao có khả chọn ma trận tương ứng với trạng thái kênh vô tuyến Cần nhớ bảng mã gồm ma trận W cho trường hợp Beamforming (trong bảng 3.7 trường hợp tương ứng cột cho luồng phát) 3.4.2.3 Đặc điểm ứng dụng chế độ MIMO LTE Ghép kênh không gian với mã hóa sơ bộ, luồng liệu phát ghép kênh khơng gian LTE thuộc người sử dụng (SUMIMO) số người sử dụng (MU-MIMO) Đồng thời SU-MIMO làm 96 tăng tốc độ truyền liệu người sử dụng, MU-MIMO cho phép tăng dung lượng ô cách tổng thể Trong LTE chế độ ghép kênh không gian (SM) có bổ sung thuật tốn riêng phân tập có chu kỳ thời gian trễ tín hiệu kênh không gian CDD (Cyclic Delay Diversity) [11] Thuật toán bổ sung SM cho phép đưa vào trễ thời gian tương ứng cho tín hiệu phát anten Kết tạo hiệu bổ sung cho MIMO dạng ứng dụng nhân tạo kênh khơng gian đa đường bổ sung nhờ bù tương quan quy định phân tập gần an ten phát Thuật toán quan trọng ứng dụng cho chế độ Beamforming MIMO Trễ thời gian LTE phụ thuộc vào độ rộng kênh vơ tuyến thay đổi từ micrro giây đối cho độ rộng kênh 1.4 Mhz đến 65 không cho kênh độ rộng 20 Mhz [7] Sử dụng điều chế OFDM đưa vào trễ theo thời gian Δt tương đương độ dịch pha tần số sóng mang m, kết ký tự OFDM phát mã hóa sơ vector trọng số Wm kích thước М х [ ( ) ( ) ( )], (3.13) Ở M - số anten phát; L – số lượng tần số sóng mang tín hiệu OFDM Về nghĩa thể thức CDD có xem mã hố chọn tần số độc lập {Frequency selective precoding), mà vai trò dẫn đến pha trộn tất luồng không gian với phân chia chúng anten tỷ lệ Điều quan trọng số trường hợp mã hóa sơ theo loạt nguyên nhân gây cho mức cao tỷ số tín hiệu/tạp âm số kênh khơng gian, nghĩa gửi dư thừa lượng “vơ ích” Không vào chi tiết này, rõ ràng thể thức xem xét vê chất tạo anten ảo Trong chuẩn hoạt động khác 3GPP cho LTE tạm thời nhận phiên CĐ với độ trễ không (Zero-delay) Phát phân tập LTE sử dụng để nâng cao chất lượng thu điều 97 kiện tỷ số thấp tín hiệu/tạp âm kênh, sau nhân đôi luồng liệu phát đi, không đảm bảo tăng trực tiếp tốc độ phát chúng Như thấy rõ trước đây, LTE phiên LTE (Rel’8) thuật toán phát phân tập dựa mã hóa khối sơ khơng gian –tần số (SFBC) phạm vi ký tự OFDM mã Alamouti Chế độ phát sử dụng LTE cho anten anten phát Ma trận mã Alamouti Cho bốn anten có dạng [9] | | (3.14) Đặc điểm ma trận chỗ cho kết nối luồng liệu mã hóa đến hai anten phát (1 3, 4) Đồng thời, ngồi mã hóa khơng gian - thời gian, thực đổi hướng luòng mã hóa giữ cặp anten tạo nên hiệu bổ sung phân tập FSTD (Frequency Switched Transmit Diversity), nghĩa SFBC + FSTD 3.4.3 Hồn thiện cơng nghệ LTE/MIMO Phát triển công nghệ MIMO LTE theo số hướng, mà hướng xem xét đưa đến khả yêu cầu hiệu phổ, đưa cho hệ thống tương lai LTE-Advanced Theo hướng [] gồm: • Mở rộng khả sơ đồ có Beamforming Beamforming mở rộng (Dual-layer Beamforming) đòi hỏi cao dung lượng, hỗ trợ tín hiệu kiểm tra thống có hai tính chất khác (Reference Signal) cho FDD TDD với khả giải điều chế LTEAdvanced, hệ thống LTE (Rel’8) 98 Hình 3.25 Các chế độ MIMO LTE • Chế độ Beamforming chuẩn chuẩn 3GPP (Rel’9) dựa phối hợp tín hiệu kiểm tra Reference Signal thông tin CQI, phát theo kênh đường lên • Áp dụng chế độ người sử dung SU-MIMO kênh hướng lên LTE nhờ anten phát thứ hai thiết bị đầu cuối thuê bao 3.5 Kết luận chương Nội dung chương ba đề cập đến công nghệ MIMO hệ thống UMTS hệ thống 4G/LTE Đề cập đến bước phát triển công nghệ đa anten MIMO áp dụng cho hệ thống từ 3G lên 4G Các công nghệ MIMO đề cập kể đến phát thu phân tập, Beamforming, cấu hình anten MIMO cấu trúc thiết bị thu phát sử dụng hệ thống LTE Qua nắm đặc điểm ứng dụng MIMO hệ thống 4G 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nội dung luận văn nghiên cứu công nghệ MIMO hệ thống di động 4G/LTE Luận văn trình bày nghiên cứu công nghệ MIMO triển khai hệ thống thông tin di động UMTS hệ thống 4G/ LTE Sau thời gian nghiên cứu, kết thể luận văn tóm tắt sau: Đối với chương luận văn trình bày tiến trình phát triển giao diện vơ tuyến từ hệ thống thông tin di động UMTS, HSPA 4G/LTE Sau có nhìn tổng quan q trình phát triển hệ thống thơng tin di động công nghệ triển khai Phần tiếp luận văn trình bày tiếp nghiên cứu cấu trúc hệ thống LTE, giới thiệu đặc tính tổng quát kiến trúc mạng công nghệ tiên tiến phát triển cho mạng LTE tự cấu hình tự động tự tối ưu SON, công nghệ MIMO, phương pháp đa truy nhập hệ thống LTE, lý thuyết tảng để trình bày nghiên cứu MIMO phần Nội dung chương hai trình bày nghiên cứu kỹ thuật đa anten áp dụng cho hệ thống WCDMA/HSPA LTE Đây kỹ thuật tiên tiến mang lại lợi ích lớn phân tập không gian, cải thiện kể độ tin cậy nhờ tăng tỷ số tín hiệu tạp âm Tăng lượng tín hiệu hữu ích đồng thời nén loại bỏ tín hiệu nhiễu Nội dung chương ba trình bày nội dung luận văn, cơng nghệ MIMO hệ thống LTE Để có nhìn xun suốt cơng nghệ MIMO trình bày cơng nghệ MIMO triển khai hệ thống UMTS Rel.7 phiên Tiếp theo đưa nghiên cứu cơng nghệ MIMO hệ thống LTE phát thu phân tập, Beamforming, cấu hình anten chế độ MIMO LTE Đưa nghiên cứu cấu trúc thiết bị thu phát để làm rõ 100 đặc điểm ứng dụng MIMO Ngồi đưa giải kỹ thuật theo MIMO hệ thống Công nghệ MIMO ghép kênh không gian coi phương tiện để cải thiện thông lượng người dùng đầu cuối công nghệ quan trong việc triển khai hệ thống 4G/LTE Những nghiên cứu trình bày luận văn làm rõ vấn đề công nghệ MIMO Kiến nghị Nội dung nghiên cứu luận văn đạt kết nghiên cứu lý thuyết thực tế áp dụng nước Hệ thống thông tin di động 4G/LTE nghiên cứu triển khai diện rộng Việt Nam, việc hoàn thiện nghiên cứu MIMO hệ thống LTE hỗ trợ đáng kể chất lượng dịch vụ Phát triển công nghệ MIMO LTE theo số hướng hiệu phổ, đưa cho hệ thống tương lai LTE-Advanced Mở rộng khả sơ đồ có Beamforming Áp dụng chế độ người sử dụng SU-MIMO kênh hướng lên LTE nhờ anten phát thứ hai thiết bị đầu cuối thuê bao 101 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: Nguyễn Công Doanh (2013), MIMO LTE LTE-Advanced, Học viện Cơng nghệ Bưu viễn thơng, Hà Nội Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), Thông tin di động hệ thứ ba, Học viện Cơng nghệ Bưu viễn thông, Nxb Bưu điện, Hà Nội Nguyễn Phạm Anh Dũng (2010), Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G, Nxb Thông tin truyền thông, Hà Nội Nguyễn Thị Ánh Duyên (2012), Nghiên cứu kĩ thuật phân tập anten thu nhằm cải thiện chất lượng hệ thống MIMO-OFDM, Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng Nguyễn Cảnh Minh, Tập giảng cao học, Đại học giao thông vận tải, Hà Nội Tài liệu tiếng Anh: 3G Americas (2009), Mimo Transmission Schemes for LTE and HSPA Networks 3GPP LTE standard (2009), 3GPP Long Term Evolution: System Overview Product Development and Test Challenges Application Note Becker R (2009), LTE and the Evolution to 4G Wireless Designand Measurements Chanllenges, Agilent’s Book, United States Cho Y S., Kim J., Yang W Y (2010), MIMO-OFDM Wireless Communications with Matlab, John Wiley & Sons, United States 10 Dahlman E., Parkvanl S., Skold J (2011), 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband, Elsevier, Netherlands Tài liệu tiếng Nga: 11 Скрынников В Г (2012), Радиоподсистемы UMTS/LTE, Теория и практика, Изд Спорт и Культура, Russia ... quan tham số giao diện vô tuyến LTE-Advanced yêu cầu giao diện vô tuyến IMT-Advanced nêu bảng 1.1 [3] Bảng 1.1 Các tham số giao diện vô tuyến IMT-Adv LTE-Adv Các tham số IMT-Advanced LTE-Advanced... âm MIMO 70 Hình 3.11.Topo anten MIMO 71 xiv Hình 3.12.Các cấu hình có anten MIMO LTE 72 Hình 3.13.Hiệu topo anten MIMO 73 Hình 3.14.Các kịch sử dụng anten MIMO. .. 3.15.Các chế độ SU -MIMO MU -MIMO LTE 76 Hình 3.16.Ảnh hưởng bậc ghép không gian cấu trúc 4x4 MIMO 78 Hình 3.17.Mơ hình kênh x 2MIMO 79 Hình 3.18.Mã hóa sơ LTE /MIMO 82 Hình