Đề tài: KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+

Chia sẻ: Trần Quang | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

353
lượt xem 101
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'đề tài: kỹ thuật đa anten trong thông tin di động 3g+', luận văn - báo cáo, điện - điện tử - viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1 -------***------- Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 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 Hà Nội, 11-2008
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG -------***------- 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  K ỹ 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 ………………..) N gày..........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 ĐỘ NG 3G+.................................................. 1 1.1. Mở đầu ........................................................................................................... 1 1.2. Sự phát triể n 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 cạ nh 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. Cấ u 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 nhiễ u 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 i Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
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 c ơ bản................................ ................................ .................... 47 2.8.2. Ghép kênh dựa trên tiền mã hóa............................................................. 51 2.8.3. Xử lý bộ thu phi tuyến ............................................................................ 52 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 kế t hợp mề m 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 ................................................................ ........................... 70 3.3. Kỹ thuật đa anten trong LTE .................................................................... 72 3.3.1.Phân tập phát sử dụ ng mã hóa khố i không gian - tần số hai anten SFBC 73 3.3.2. Phân tập trễ vòng CDD .......................................................................... 74 3.3.2. Tạo búp sóng ................................ ................................ .......................... 74 3.3.3. Ghép kênh không gian ............................................................................ 76 3.3.4. Tín hiệu hoa tiêu truyền dẫn đa anten đường xuống .............................. 78 3.4. Tổng kết ................................................................ ....................................... 79 KẾT LUẬN ................................ ............................................................................ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................ ................................ .................... 81 ii Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Đồ án tốt nghiệp Danh mục h ình 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 a nten 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- th ời 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 .................................................................................48 Hình 2.20. Thu tuyến tính/Giải ghép kênh các tính hiệu được ghép không gian .... 49 Hình 2.21. Ghép kênh không gian dựa trên tiền mã hóa .......................................... 50 Hình 2.22. Trực giao hóa tín hiệu ghép không gian thông qua tiền mã hóa. ........... 51 Hình 2.23. Truyền dẫn một từ mã (a) và đa từ mã (b) ............................................. 52 Hình 2.24. Giải ghép kênh/giả i mã tín hiệu ghép không gian dựa trên SIC ............ 53 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 h ỗ 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 v à B cho UE có cấu hình MIMO ........ 68 Hình 3.7.Tổ hợp PCI/CQI ........................................................................................69 iii Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Đồ án tốt nghiệp Danh mục h ình vẽ Hình 3.8.Quan hệ giữa HSPA và LTE ..................................................................... 72 Hình 3.9. Sơ đồ tổng quát tạo tín hiệu băng gốc đường xuống...............................73 Hình 3.10.Mã hóa khối không gian-tần số SFBC trong c ơ cấu đa anten LTE ........ 74 Hình 3.11.Tạo búp sóng trong trong cơ cấu đa anten LTE ...................................... 75 Hình 3.12.Ghép kênh không gian trong khung hoạt động đa anten LTE (NL=3, NA=4) .......................................................................................................................76 Hình 3.13. Tín hiệu hoa tiêu ghép kênh không gian đường xuống ..........................78 iv Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
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) ............................................................................................................................. 67 Bảng 3.5. Bảng CQI cho UE loại 16 trong trường hợp truyền hai luồng (bản tin loại A) ............................................................................................................................. 68 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 .................................................. 72 Bảng 3.8. Bảng mã tiền mã hóa cho trường hợp hai anten phát ............................. 77 v Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Third Generation Partnership Nhóm cộng tác 3GPP 3GPP Project A Xác nhận ACK Acknowledgement Hệ thống điện thoại di động tiên Advanced Mobile Phone System tiến AMPS Association of Radio Industries Hiệp hội các doanh nghiệp và công nghiệp vô tuyến ARIB and Businesses Yêu cầu phát lại tự động ARQ Automatic Repeat reQuest Alliiance for Liên minh cho các giải pháp công Telecommunications Industry n ghiệp viễn thông ATIS Solutions Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng AWGN B Khóa d ịch pha nhị phân BPSK Binary Phase -Shift Keying C Hiệp hội chuẩn truyền thông China Communications Trung Quốc CCSA Standards Association Phân tập trễ vòng CDD Cyclic Delay Diversity Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA European Conference of Postal Hội nghị Châu Âu về quản lý Bưu and Telecommunications chính Viễn thông CEPT Administations Continuous Packet Connectivity Kết nối gói liên túc CPC CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung Ch ỉ thị chất lượng kênh CQI Channel Quality Indicator D Dedicated Physical Control Kênh điều khiển vật lý riêng DPCCH Channel Thu không liên tục DRX Discontinuous Reception Phát không liên tục DTX Discontinuous Transmission D-TxAA Dual Transmit -Diversity Adaptive Array E E-AGCH E-DCH Absolute Grant Channel Kênh cấp phát tuyệt đối E-DCH vi Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng nâng cao Enhanced Data rates for GSM Tốc độ số liệu tăng cường để phát Evolution and Enhanced Data triển GPRS EDGE rates for Global Channel Kênh cấp phát tương đối E-DCH E-RGCH E-DCH Relative Grant Channel F Ghép song công phân chia theo tần số FDD Frequency Division Duplex Ghép kênh phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplex Đa truy nhập phân chia theo tần Frequency Division Multiple số FDMA Access G Mạng truy nhập vô tuyến GSM/ GERAN GSM EDGE RAN EDGE Dịch vụ vô tuyến gói chuntg GPRS General Packet Radio Services Hệ thống thông tin di dộng toàn Global System for Mobile cầu GSM communications H HARQ Hybrid ARQ ARQ lai ghép Điều chế bậc cao HOM High Order Modulation Truy nhập gói tốc độ cao đường High Speed Downlink Packet xuống HSDPA Access Kênh vật lý điều khiển riêng tốc HS- High Speed Dedicated Physical độ cao DPCCH Control Channel Truy nhập gói tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ HS- High Speed Downlink Shared DSCH Channel cao Kênh vật lý chia sẻ đường xuống HS- High Speed Physical Downlink tốc độ cao PDSCH Shared Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ HS- High Speed Shared Control SCCH Channel cao Truy nhập gói tốc độ cao đường High Speed Uplink Packet HSUPA Access lên I Interference Rejection Kết hợp triệt nhiễu IRC Combining Phân hệ đa phương tiện Internet IMS Internet Multimedia Subsystem J vii Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt Hệ thống truyền thông truy nhập Japanese Total Access hoàn toàn Nhật bản J-TACS Communication System L Phát triển dài hạn LTE Long Term Evolution M Điều khiển truy nhập môi trường MAC Medium Access Control Multimedia Broadcast/Multicast Dịch vụ quảng bá /đa phương MBMS Service Đa đầu vào đa đầu ra MIMO Multi Input Multi Output Khả năng giống cực đại ML Maximum Likelihood Sai lỗi trung bình bình phương cực tiểu MMSE Minimum Mean Square Error Kết hợp tỷ lệ lớn nhất MRC Maximum Ratio Combining MU- MIMO đa người dùng MIMO Multi User MIMO N Không xác nhận NACK Negative Acknowledgement O Ghép kênh phân chia theo tần số Orthogonal Frequency Division trực giao OFDM Multiplex P PARC Per-Antenna Rate Control Ch ỉ thị điều khiển tiền mã hóa PCI Precoding Control Indicator Kênh CPICH sơ cấp P-CPICH Primary CPICH PDC Personal Digital Cellular R Mạng truy nhập vô tuyến RAN Radio Access Network Điều khiển liên kết vô tuyến RLC Radio Link Control S Phát triển kiến trúc hệ thống SAE System Architecture Evolution Kết hợp lựa chọn SC Selective Combining Kênh CPICH thứ cấp S-CPICH Secondary CPICH Đa truy nhập phân chia không Spatial Division Multiple SDMA Access gian Successive Interference Kết hợp nhiễu thành công SIC Combining Dịch vụ nhắn tin SMS Short Message Service Tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR Signal to Noise Ratio viii Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt Mã hóa khối không gian thời gian STBC Space -Time Block Coding Phân tập phát không gian thời STTD Space -Time Transmit Diversity gian SU- MIMO đơn người dùng MIMO Single User MIMO Phân chia giá trị đơn SVD Sigular Value Decomposition T Hệ thống truyền thông truy nhập Total Access Communication TACS System hoàn toàn Ghéo song công phân chia theo thời gian TDD Time Division Duplex Ghép kênh phân chia theo th ời TDM Time Division Multiplex gian Đa truy nhập phân chia theo thời TDMA Time Division Multiple Access gian Telecommunication Technology Liên hiệp công nghệ viễn thông TTA Association Telecommunication Technology Ủy ban công nghệ viễn thông TTC Committee Khoảng thời gian truyền dẫn TTI Transmission Time Interval U Thiết bị người dùng UE User Eqipment Hệ thống viễn thông di dộng toàn Universal Mobile cầu UMTS Telecommunications System Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Universal Terrestrial Radio toàn cầu UTRAN Access Network V Thoại qua IP VoIP Voice over IP W Đa truy nhập phân chia theo mã Wideband Code Division băng rộng WCDMA Multiple Access Mạng cục bộ không dây WLAN Wireless Local Area Network Z Cưỡng bức không ZF Zero Forcing ix Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu LỜI NÓI 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 đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế 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 đ ưa vào thương mại hóa, nhưng nhu cầu về chất l ượng dịch vụ cũng nh ư 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 phát hành 7 (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 v à 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 h ơn n ữa 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 v à 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 nh ư xu hướng phát triển của thông tin di động, em đã chọn đề tài “ Kỹ 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 c ơ bản nhất của hai công nghệ HSPA+ và LTE. Chương 2:Tổng quan về kỹ thuật đa anten x Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Trong chương này, đồ án sẽ 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. 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 hiểu cũng mang nhiều tính chủ quan trong nhìn nhận nên nội dung của đề tài không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và b ạn đọc để đồ án được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Tiến sỹ Nguyễn Phạm Anh Dũng và các thầy cô giáo trong bộ môn Vô tuyến đã tạo điều kiện tốt trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án. Tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã dành cho tôi sự quan tâm, giúp đỡ trong thời gian vừa qua và mong muốn tiếp tục nhận được những tình cảm quý báu đó trong cuộc sống và trong công tác. Hà Nội, ngày… tháng… năm 2008 Sinh viên Bùi Thị Thùy Dương xi Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+ Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+ 1.1. Mở đầu Bắt đầu từ những thử nghiệm đầu tiên với truyền dẫn vô tuyến của Guglielmo Marcono trong những năm 1980, con đường cho truyền thông vô tuyến di động đã thực sự trải dài. Để hiểu được hệ thống truyền thông di động 3G phức tạp ngày nay, điều quan trọng là phải hiểu được điểm xuất phát cũng như hiểu đ ược hệ thống tế bào đã phát triển thế nào từ một công nghệ đắt đỏ dành cho một số cá nhân đặc biệt tới các hệ thống truyền thông di động toàn cầu với hơn một nửa dân số thế giới sử dụng như ngày nay. Sự phát triển các công nghệ di động đ ã có sự thay đổi, từ một vấn đề mang tính quốc gia hoặc khu vực trở th ành một nhiệm vụ phức tạp do tổ chức phát triển các chuẩn quốc tế đảm nhiệm, như là 3GP P và liên quan tới hàng nghìn con người. Các công nghệ tế bào mà 3GPP nghiên cứu được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới, với số lượng người sử dụng trên 2 tỷ trong năm 2006. Bước tiến mới nhất của 3GPP là nghiên cứu phát triển 3G lên LTE và SAE. Đi ngược lại thời gian, đồ án sẽ trình bày lịch sử phát triển của hệ thống tế bào khi mới bắt đầu hình thành, ngoài ra đồ án sẽ trình bày tổng quan về mạng truy 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 giới thiệu ở các quốc gia Bắc Âu năm 1981 cùng thời điểm với AMPS tương tự (Hệ thống di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ. Các công nghệ tế bào khác đã triển khai rộng rãi trên thế giới là TACS và J-TACS. Chúng có chung đặc điểm là thiết bị cồng kềnh, chất lượng thoại th ường không ổn định, “xuyên âm” giữa các người dùng là vấn đề phổ biến. Thông thường các công nghệ 1G được triển khai tại một số nước hoặc nhóm các nước, không được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu chuẩn quốc tế và không có ý đ ịnh sử dụng cho quốc tế. 1 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+ Đồ án tốt nghiệp Công nghệ thông tin di động 2G Khác với 1G, các công nghệ 2G được thiết kế để triển khai quốc tế. Thiết kế 2G nhấn mạnh đến tính tương thích, khả năng chuyển mạng phức tạp và sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên vô tuyến. Tính năng cuối cùng chính là yêu cầu đối với 2G. Các thí dụ điển hình về hệ thống 2G là GSM và CDMAone (d ựa trên tiêu chuẩn TIA IS95). Ở Châu Âu, CEPT đã đề xướng dự án GSM để phát triển một hệ thống di động toàn Châu Âu. Các hoạt động của GSM tiếp tục được thực hiện trong năm 1989 với ETSI. Sau khi tính toán các đề xuất dựa trên TDMA, CDMA và FDMA giữa những năm 1980, chuẩn GSM cuối cùng đã được xây dựng trên TDMA. Cùng lúc đó, việc phát triển chuẩn tế bào cũng được TIA thực hiện ở Mỹ với chuẩn IS-54 d ựa trên TDMA, sau này được gọi đơn giản là US-TDMA. Tiếp sau đó, sự phát triển chuẩn CDMA đã được TIA hoàn thành trong năm 1993 với tên gọi là IS-95. Ở Nhật Bản, chuẩn TDMA 2G cũng được phát triển với tên gọi là PDC. Các chuẩn này có chiều hướng “băng hẹp”, với các dịch vụ “băng thông thấp” như voice. Hệ thống 2G cũng mang lại c ơ hội để cung cấp các dịch vụ dữ liệu thông qua mạng di động. Các dịch vụ dữ liệu đầu tiên đư ợc giới thiệu trong 2G là tin nhăn văn bản SMS và dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh cho phép truyền e-mail và các ứng dụng dữ liệu khác. Tốc độ dữ liệu đỉnh vào thời gian đầu là 9,6 kbps. Các tốc độ cao hơn được đ ưa ra sau đó bằng cách gán nhiều khe thời gian cho người dùng và thay đổi sơ đồ mã hóa. Truyền dữ liệu thô ng qua hệ thống tế bào trở thành sự thật trong suốt nửa sau những năm 1990 với GPRS được đưa ra trong GSM và dữ liệu gói cũng được đưa vào các công nghệ tế bào khác như chuẩn PDC. Những công nghệ này thường đ ược gọi là 2,5G. Sự thành công của dịch vụ dữ liệu không dây iMode ở Nhật Bản là một dấu hiệu về khả năng của các ứng dụng truyền gói trong hệ thống di động, mặc dù trong thời điểm đó tốc độ dữ liệu còn rất thấp. Công nghệ thông tin di động 3G Sự xuất hiện của 3G và các giao diện vô tuyến băng tần cao hơn của UTRA mang lại khả năng cho một loạt các dịch vụ mới chỉ được đề xuất ở 2G và 2,5G. Ngày nay, việc phát triển truy nhập vô tuyến 3G được chuyển giao cho 3GPP. Tuy nhiên thì các b ước khởi tạo cho 3G đã được thực hiện từ đầu những năm 1990, trước khi 3GPP hình thành một thời gian khá dài. Ở Châu Âu, 3G đ ược đặt tên là UMTS. Đầu năm 1998, ETSI đã lựa chọn WCDMA là công nghệ cho UMTS. WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số và ghép song công phân chia theo thời gian. Chuẩn WCDMA được thực hiện song song trong ETSI và ARIB cho đến 2 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+ Đồ án tốt nghiệp cuối năm 1998 khi 3GPP được hình thành bởi các tổ chức phát triển chuẩn từ các vùng khác nhau trên thế giới : ARIB (Nhật), CCSA (Trung Quốc), ETSI (Châu Âu), ATIS (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và TTC (Nhật). Hình 1.1 đã trình bày sự phát triển của thông tin di động và xu hướng tiến vào 4G. Hình 1.1. Sự phát triển công nghệ thông tin di động Sự phát triển từ WCDMA lên HSPA và LTE diễn ra theo từng giai đoạn, được gọi là phát hành 3GPP. Các nhà cung cấp thiết bị sản xuất ra phần cứng hỗ trợ từng đặc điểm riêng của từng phiên bản. Tổng hợp các phát hành của 3GPP được trình bày trong hình 1.2 Phát hành 99: (Đã hoàn chỉnh ). Đây là phiên bản đã triển khai đầu tiên của UMTS, nâng cao tốc độ cho GSM (EDGE). Đa số những triển khai ngày nay đều dựa vào phát hành 99. Phiên bản này hỗ trợ cho mạng truy nhập vô tuyến GSM/ EDGE/ GPRS/ WCDMA. Phát hành 4: (Đã hoàn chỉnh) . Phát hành này h ỗ trợ tin nhắn đa phương tiện, kết nối hiệu quả với cơ sở hạ tầng mạng lõi thông qua mạng đường trục IP. Phát hành 5: (Đã hoàn chỉnh): Bổ sung chính vào phát hành 5 là HSDPA và pha đầu tiên của IMS. Phát hành 6 : (Đã hoàn chỉnh) . Phiên bản này b ổ sung HSUPA, hỗ trợ đa phương tiện thông qua MBMS, định rõ hiệu suất cho máy thu tiên tiến, tích hợp WLAN, và phiên bản thứ hai của IMS. 3 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+ Đồ án tốt nghiệp Phát hành 7:(Chưa hoàn chỉnh). Cung cấp các chức năng dữ liêu GSM nâng cao, đồng thời bao gồm các cải tiến cho các tính năng từ các phiên bản trước. Kết quả làm tăng hiệu suất, nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần, tăng c ường dung lượng và chống nhiễu tốt hơn. Do đó, nó thường được gọi là 3G+ (phát triển 3G ). Ngoài ra trong phát hành 7, HSPA+ còn hỗ trợ dịch vụ VoIP. Bước tiến cuối cùng được nghiên cứu và phát triển trong 3GPP là cải tiến của 3G vào mạng truy nhập vô tuyến LTE và mạng lõi truy nhập gói SAE. Đến năm 2009-2010, LTE và SAE được hy vọng sẽ triển khai. Hình 1.2. Các phát hành c ủa 3GPP 1.3. Tổng quan HSPA+ Bước tiến đầu tiên của công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA là đưa ra HSDPA trong phát hành 5. Mặc dù truyền dẫn dữ liệu gói đã từng được hỗ trợ trong phát hành đầu tiên của chuẩn WCDMA nhưng HSDPA đã mang lại những tiến bộ xa hơn trong việc cung cấp các dịch vụ dữ liệu gói trong WCDMA, cả về mặt hệ thống lẫn hiệu năng người dùng. Việc làm tăng dữ liệu gói đường xuống của HSDPA được hoàn chỉnh bởi những cải tiến đường lên (Enhanced Uplink) đư ợc giới thiệu trong phát hành 6 của 3GPP/WCDMA. HSDPA và Enhanced Uplink thường đ ược gọi là HSPA. Yêu cầu quan trọng đối với một hệ thống tế bào cung cấp dịch vụ dữ liệu gói là tốc độ dữ liệu cao và trễ thấp, dùy trì vùng phủ tốt và cung cấp dung lượng cao. Để đạt được điều này, HSPA giới thiệu một số kỹ thuật cơ bản trong phần II của WCDMA như điều chế bậc cao, chế độ lập lịch nhanh (phụ thuộc kênh) và điều khiển tốc độ, ARQ lai nhanh với kết hợp mềm. Nhìn chung, HSPA cung cấp tốc độ dữ liệu đường xuống và đường lên xấpxỉ 14 và 5,7 Mbit/s, RTT giảm xuống đồng thời cải thiện dung lượng so với R99. Những nhà khai thác UMTS đã nhanh chóng triển khai các dịch vụ di động băng rộng của HSPA và tăng dung lượng dữ liệu. 4 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1
Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+ Đồ án tốt nghiệp 1.3.1. Khả năng của HSPA+ HSPA+ là tên gọi một tập những cải tiến của HSPA được đưa ra trong 3GPP phát hành 7 .Sau đây là một số khả năng của HSPA+:  HSPA+ n hân đôi dung lượng dữ liệu so với HSPA, do đó giảm giá thành cho các d ịch vụ dữ liệu đồng thời nâng cao mạng băng rộng di động.  HSPA+ cung cấp dung lượng thoại thông qua VoIP gấp 3 lần so với thoại chuyển mạch kênh trong phát hành 99 với cùng chất lượng và mã hóa.  HSPA+ VoIP giúp tăng dung lượng dữ liệu trong mô hình hòa trộn VoIP và d ữ liệu, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của dịch vụ dữ liệu.  HSPA+ tăng cường trải nghiệm cho người dùng đầu cuối với tốc độ dữ liệu đỉnh cao, trễ thấp, thiết lập cuộc gọi nhanh, thời gian cuộc gọi dài h ơn đáng kể ...HSPA+ hỗ trợ tốc độ đỉnh đường xuống tới 28 Mbps (42 Mbps trong phát hành 8) và đường lên 11 Mbps. HSPA+ là một cải tiến mang tính kinh tế nhất của HSPA, cho phép các nhà khai thác UMTS sử dụng có hiệu quả nhất cơ sở vật chất của họ cũng như là đầu tư vào mạng, phổ tần và thiết bị. Giống HSPA, HSPA+ c ó thể tương thích với cả công nghệ trước và sau nó.  HSPA+ là một giải pháp tối ưu với sóng mang 5 MHz và nó cung cấp dung lượng thoại và dữ liệu xấp xỉ LTE trong cùng dải 5 MHz và cùng số anten. 1.3.2. Đặc tính của HSPA+ Bảng 1.1 đưa ra một số đặc tính chủ yếu của HSPA+ : Đặc tính HSPA+ Lợi ích MIMO 2x2 đường xuống Nhân đôi tốc độ dữ liệu đỉnh Tăng dung lượng đường xuống Điều chế bậc cao HOM Tốc độ dữ liệu đường xuống tăng 50% 64QAM đường xuống, Nhân đôi tốc độ dữ liệu đ ường lên 16 QAM đường lên Tăng dung lượng đường lên và xuống Kết nối gói lên tục CPC Cải thiện dung lượng VoIP DTX/DRX-Hoạt động Tăng thời gian đàm thoại lên 50% giảm HS-SCCH Trạng thái hoạt động Thiết lập cuộc gọi nhanh CELL_FACH nâng cao Tăng dung lượng quảng bá MBFSN Bảng 1.1.Các đặc tính chủ yếu của HSPA+ 5 Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1