HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1 -*** - §å ¸n tèt nghiÖp ®¹i häc Đề tài: KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+ Giáo viên hướng dẫn:TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng Sinh viên thực hiện :Bùi Thị Thùy Dương Lớp :D04VT1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc KHOA VIỄN THÔNG 1 -*** - -*** - 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 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 .v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .vi LỜI NÓI ĐẦU x CHƯƠNG 1 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+ 1 1.1 Mở đầu 1 1.2 Sự phát triển của thông tin di động 1 1.3 Tổng quan HSPA+ 4 1.3.1 Khả năng của HSPA+ .5 1.3.2 Đặc tính của HSPA+ 5 1.3.2.1 MIMO 6 1.3.1.2 Điều chế bậc cao HOM 6 1.3.1.3 Kết nối gói liên tục CPC .7 1.4 Tổng quan công nghệ LTE 9 1.4.1 Các mục tiêu yêu cầu của LTE 10 1.4.1.1 Các khả năng của LTE 10 1.4.1.2 Hiệu năng hệ thống .11 1.4.1.3 Các khía cạnh liên quan tới triển khai .13 1.4.1.4 Quản lí tài nguyên vô tuyến 15 1.4.1.5 Các vấn đề về mức độ phức tạp 15 1.5 Tổng kết 16 CHƯƠNG 2 17 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐA ANTEN .17 2.1 Mở đầu 17 2.2 Cấu hình đa anten .17 2.3 Lợi ích của kỹ thuật đa anten 18 2.4 Mô hình MIMO tổng quát 18 2.5 Kênh SVD MIMO .20 2.5.1 Mô hình kênh SVD MIMO 20 2.5.2 Mô hình hệ thống SVD MIMO tối ưu 24 2.6 Đa anten thu 25 2.6.1 Mô hình kênh phân tập anten thu 25 2.6.2 Sơ đồ kết hợp chọn lọc SC .26 2.6.3 Sơ đồ kết hợp tỷ lệ cực đại MRC 27 2.6.4 Kết hợp loại bỏ nhiễu IRC .29 2.7 Đa anten phát 32 2.7.1 Phân tập phát 33 2.7.1.1 Sơ đồ Alamouti hai anten phát với một anten thu 33 2.7.1.2 Sơ đồ Alamouti hai anten phát và Nr anten thu 37 2.7.1.1 Phân tập trễ 40 2.7.1.2 Phân tập trễ vòng CDD 41 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 i Đồ án tốt nghiệp Mục lục 2.7.1.3 Phân tập bằng mã hóa không gian thời gian .42 2.7.1.4 Phân tập dựa trên mã hóa không gian-tần số 43 2.7.2 Tạo búp sóng phía phát 44 2.8 Ghép kênh không gian .47 2.8.1 Nguyên lý cơ bản 47 2.8.2 Ghép kênh dựa trên tiền mã hóa 51 2.8.3 Xử lý bộ thu phi tuyến 53 2.9 Tổng kết 54 CHƯƠNG 3 55 KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG HSPA+ VÀ LTE 55 3.1 Mở đầu 55 3.2 Kỹ thuật đa anten trong HSPA+ 55 3.1.1 Truyền dẫn HSDPA-MIMO 56 3.1.2 Điều khiển tốc độ cho HSDPA-MIMO 60 3.1.3 HARQ kết hợp mềm cho HSDPA-MIMO 61 3.1.4 Tín hiệu điều khiển cho HSDPA-MIMO 61 3.1.5 Hỗ trợ kênh điều khiển đường lên MIMO 64 3.1.6 Năng lực UE 69 3.3 Kỹ thuật đa anten trong LTE 71 3.3.1.Phân tập phát sử dụng mã hóa khối không gian- tần số hai anten SFBC72 3.3.2 Phân tập trễ vòng CDD 73 3.3.2 Tạo búp sóng 73 3.3.3 Ghép kênh không gian 74 3.3.4 Tín hiệu hoa tiêu truyền dẫn đa anten đường xuống .76 3.4 Tổng kết 77 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 ii Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sự phát triển công nghệ thông tin di động .3 Hình 1.2 Các phát hành của 3GPP 4 Hình 1.3.Hoạt động giảm HS-SCCH .8 Hình 1.4 Chuyển đổi trạng thái trong LTE 11 Hình 1.5 Yêu cầu trễ mặt bằng U trong LTE .11 Hình 1.6 Băng tần hoạt độngcủa LTE 14 Hình 1.7 Trạng thái UE và các quá trình chuyển đổi 16 Hình 1.8 Các trạng thái UE trong UMTS .16 Hình 2.1.Mô hình kênh MIMO với Nt anten phát và Nr anten thu .19 Hình 2.2 Phân chia kênh phađinh phẳng MIMO thành các kênh phađinh phẳng song song tương đương dựa trên SVD 23 Hình 2.3 Mô hình SVD MIMO tối ưu 24 Hình 2.4 Sơ đồ kết hợp chọn lọc 26 Hình 2.5 Kết hợp anten thu tuyến tính 28 Hình 2.6 Kịch bản đường xuống với một nguồn nhiễu trội 30 Hình 2.7 Kịch bản phía thu với một nguồn nhiễu mạnh từ máy đầu cuối di động 31 a) Nhiễu trong ô B) Nhiễu ngoài ô .31 Hình 2.8 Xử lý tuyến tính không gian/thời gian 2 chiều (2 anten thu) 32 Hình 2.9 Xử lý tuyến tính không gian/ tần số 2 chiều (2 anten thu) .32 Hình 2.10 Sơ đồ Alamouti hai anten phát và một anten thu 34 Hình 2.11.Sơ đồ Alamouti hai anten phát và hai anten thu 37 Hình 2.12 Phân tập trễ 2 anten .41 Hình 2.13 Phân tập trễ vòng 2 anten (CDD) 42 Hình 2.14 Phân tập phát không gian- thời gian WCDMA (STTD) 43 Hình 2.15 Phân tập phát không gian/tần số 2 anten .43 Hình 2.16 Tạo búp song cổ điển với độ tương cao anten cao: 44 a) Cấu hình anten b) Cấu trúc búp sóng .44 Hình 2.17 Tạo búp sóng dựa trên tiền mã hóa trong trường hợp tương quan anten thấp 45 Hình 2.18.Tiền mã hóa trên mỗi sóng mang con của OFDM (2 anten phát) 47 Hình 2.19 Cấu hình anten 2x2 49 Hình 2.20 Thu tuyến tính/Giải ghép kênh các tính hiệu được ghép không gian 50 Hình 2.21 Ghép kênh không gian dựa trên tiền mã hóa .51 Hình 2.22 Trực giao hóa tín hiệu ghép không gian thông qua tiền mã hóa 52 Hình 2.23 Truyền dẫn một từ mã (a) và đa từ mã (b) 53 Hình 2.24 Giải ghép kênh/giải mã tín hiệu ghép không gian dựa trên SIC 54 Hình 3.1 Xử lý kênh HS-DSCH trong trường hợp truyền dẫn MIMO 56 Hình 3.2 Sơ đồ D-TxAA 57 Hình 3.3 Mẫu điều chế kênh hoa tiêu chung với A=1+j .59 Hình 3.4 Thông tin kênh HS-DSCH khi hỗ trợ MIMO 61 Hình 3.5.Mã hóa kênh cho kênh HS-DPCCH .64 Hình 3.6.Ví dụ về báo cáo PCI/CQI loại A và B cho UE có cấu hình MIMO 68 Hình 3.7.Tổ hợp PCI/CQI .69 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 iii Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ Hình 3.8.Quan hệ giữa HSPA và LTE 71 Hình 3.9 Sơ đồ tổng quát tạo tín hiệu băng gốc đường xuống 72 Hình 3.10.Mã hóa khối không gian-tần số SFBC trong cơ cấu đa anten LTE 73 Hình 3.11.Tạo búp sóng trong trong cơ cấu đa anten LTE 73 Hình 3.12.Ghép kênh không gian trong khung hoạt động đa anten LTE (NL=3, NA=4) 74 Hình 3.13 Tín hiệu hoa tiêu ghép kênh không gian đường xuống 76 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 iv Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.Các đặc tính chủ yếu của HSPA+ 5 Bảng 1.2 Tốc độ dữ liệu HSPA+ 6 Bảng 1.3 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa LTE trên đường xuống và HSDPA 12 Bảng 1.4 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa LTE trên đường lên và HSDPA 12 Bảng 1.5 Yêu cầu gián đoạn cho LTE 15 Bảng 2.1 Mã hóa và chuỗi ký hiệu phát cho sơ đồ phân tập phát hai anten 38 Bảng 2.2 Định nghĩa các kênh giữa anten phát và anten thu .38 Bảng 2.3 Ký hiệu các tín hiệu thu tại hai anten thu .38 Bảng 3.1 Biên dịch thông tin sơ đồ điều chế và thông tin khối truyền tải từ HS- DSCH 63 Bảng 3.2 Kết hợp các quá trình HARQ cho truyền dẫn đa luồng (12 quá trình HARQ) 63 Bảng 3.3 Biên dịch HARQ trong hoạt động MIMO 65 Bảng 3.4 Bảng CQI cho UE loại 15 trong trường hợp truyền hai luồng (bản tin loại A) 66 Bảng 3.5 Bảng CQI cho UE loại 16 trong trường hợp truyền hai luồng (bản tin loại A) 67 Bảng 3.6 Bảng ánh xạ trọng số tiền mã hóa sang giá trị PCI .69 Bảng 3.7 UE phát hành 7 từ 15-18 hỗ trợ MIMO 71 Bảng 3.8 Bảng mã tiền mã hóa cho trường hợp hai anten phát 75 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 v Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Third Generation Partnership 3GPP Project Nhóm cộng tác 3GPP ACK A AMPS Acknowledgement Xác nhận ARIB Hệ thống điện thoại di động tiên ARQ Advanced Mobile Phone System tiến ATIS AWGN Association of Radio Industries Hiệp hội các doanh nghiệp và BPSK and Businesses công nghiệp vô tuyến CCSA Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động CDD CDMA Alliiance for CEPT Telecommunications Industry Liên minh cho các giải pháp công CPC CPICH Solutions nghiệp viễn thông CQI Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng DPCCH DRX B DTX D-TxAA Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân E-AGCH C Hiệp hội chuẩn truyền thông E-DCH China Communications EDGE Standards Association Trung Quốc E-RGCH Cyclic Delay Diversity Phân tập trễ vòng Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã European Conference of Postal and Telecommunications Hội nghị Châu Âu về quản lý Bưu Administations chính Viễn thông Continuous Packet Connectivity Kết nối gói liên túc Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh D Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng Discontinuous Reception Thu không liên tục Discontinuous Transmission Phát không liên tục Dual Transmit -Diversity Adaptive Array E E-DCH Absolute Grant Channel Kênh cấp phát tuyệt đối E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng nâng cao Enhanced Data rates for GSM Evolution and Enhanced Data Tốc độ số liệu tăng cường để phát rates for Global Channel triển GPRS E-DCH Relative Grant Channel Kênh cấp phát tương đối E-DCH Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 vi ... THUẬT ĐA ANTEN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+ Nội dung đồ án: Nội dung đồ án chia thành ba phần sau:  Tổng quan thông tin di động 3G+  Tổng quan kỹ thuật đa anten  Kỹ thuật đa anten HSPA+... chương này, đồ án trình bày số kỹ thuật đa anten kỹ thuật đa anten sử dụng hệ thống thông tin di động sau 3G Chương 3 :Kỹ thuật đa anten HSPA+ LTE Chương đồ án trình bàykỹ thuật đa anten sử dụng... x Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1 xi Đồ án tốt nghiệp Chương 1:Tổng quan thông tin di động 3G+ Đồ án tốt nghiệp Chương 1:Tổng quan thông tin di động 3G+