ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang i

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan nội dung đồ án này là do em làm không phải là bản sao chép
của bất cứ đồ án hoặc công trình nghiên cứu có từ trước.
ĐÀ NẴNG, ngày…tháng 5 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Hồ Văn Thượng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN

Trang ii

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy Ngô Văn Sỹ đã hướng dẫn tận tình
cho em trong suốt thời gian làm đồ án. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô
trong khoa Điện tử - Viễn thông đã dạy dỗ, cung cấp kiến thức, tạo điều kiện giúp đỡ
cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn những thành viên trong gia đình đã động viên khích lệ tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đồ án. Cảm ơn những người bạn thân thiết đã giúp đỡ
tôi trong những lúc khó khăn để hoàn thành đồ án này.
Trong quá trình làm đồ án dù đã nỗ lực cố gắng nhiều nhưng do hiểu biết và kiến
thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những
ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn.


Trang iv

1.2.3.2 Độ linh hoạt phổ tần…………………………………………………………….7
1.2.3.3 Các vấn đề tồn tại và tương tác với 3GPP RAT……………………………… 8
1.2.4. Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)……………………………………….8
1.2.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến……………………………………………………8
1.2.6. Các vấn đề về mức độ phức tạp……………………………………………… 9
1.2.7. Những vấn đề chung………………………………………………………… 10
1.3. Kết luận………………………………………………………………………….11
CHƢƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT TRUY CẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE
2.1 . Các kỹ thuật sử dụng trong LTE 12
2.1.1. Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDMA 12
2.1.2. Kỹ thuật đa truy cập SC-FDMA 18
2.1.3. Kỹ thuật MIMO 18
2.1.4. Mã hóa Turbo 20
2.1.5. Thích ứng đường truyền 20
2.1.6. Lập biểu phụ thuộc kênh 22
2.1.7. HARQ kết hợp với phần mềm 22
2.2. Một số đặc tính kênh truyền…….……………………………………… 23
2.2.1. Trễ đa đường………………………………………………………………… 23
2.2.2. Các loại fading…………………………………………………………………23
2.2.2.1. Rayleigh fading………………………………………………………… 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC

Trang v

2.2.2.2. Fading chọn lọc tần số và fading phẳng………………………………….23
2.2.3. Dịch tần Doppler…………………………………………………………… 24
2.2.4. Nhiễu MAI với LTE………………………………………………………… 24

a. Kết quả mô phỏng với mô hình kênh cố định…………………………….56
b. Kết quả mô phỏng với mô hình kênh người đi bộ……………………… 57
c. Kết quả mô phỏng với mô hình kênh di chuyển tốc độ cao…………… 57
d. Kết quả mô phỏng so sánh mô hình kênh người đi bộ với mô hình kênh di
chuyển tốc độ cao………………………………………………………….58
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……………………………… 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 59
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang vii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A ACK/NACK
Acknowledgement/ Non-
Acknowledgement
Công nhận/ Không công nhận
B BER
Bit error ratio
Tỷ lệ lỗi bít
C CAZAC
Constant Amplitude Zero Auto-

Đa truy nhập phân chia theo mã
chuỗi trực tiếp
E eNodeB
E-UTRAN Node B
Nút B của E-UTRAN
EPC
Evolved packet Core
Lõi gói phát triển
E-UTRA
Evolved UTRA
Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
phát triển
F FDD
Frequency Division Duplex
Ghép song công phân chia theo tần
số
FDMA
Frequency Division Multi Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang viii

G

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao
I IBI
Inter – Block Interference
Nhiễu liên khối
ICI
Inter-carrier Interference
Nhiễu liên sóng mang
IFDMA
Interleaved FDMA
FDMA đan xen
IMS
IP Multimedia Subsystem
Phân hệ đa phương tiện IP
IMT-2000
International Mobile
Telecommunication 2000
Thông tin di động quốc tế 2000
ISI
Inter-Symbol Interference
Nhiễu liên kí hiệu
L LFDMA
Localized FDMA
FDMA khoanh vùng
LTE

Chức năng quy tắc tinh cước và
chính sách
P-GW
Packet Data Network – Gateway
Cổng mạng dữ liệu gói
PS
Pulse Shaping
Tạo dạng xung
PSR
Packet Success Ratio
Tỷ lệ gói thành công
PUSCH
Physical Uplink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường lên vật lý
Q QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
QPSK
Quatrature phase Shift Key
Khóa chuyển pha vuông góc
R RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RAT

đơn sóng mang.
SGSN
Serving GPRA Support Node
Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SNR
Signal Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
T TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân chia theo
thời gian
TD-SCDMA
Time Division-Synchronous
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
đồng bộ-phân chia theo thời gian
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang x

TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian phát
U UL-SCH

chuẩn hóa bởi các tổ chức trên thế giới. Việc các hệ thống thông tin di động từ 3G tiến
lên 4G là điều tất yếu của viễn thông thế giới. 3GPP LTE một chuẩn của tổ chức 3GPP
là một trong số các con đường tiến lên mạng di động 4G, với mục tiêu tăng dung lượng
truyền dẫn, tăng tốc độ truy cập Web, giảm giá thành dịch vụ cũng như thiết bị đầu
cuối, cải thiện chất lượng các dịch vụ hiện tại và tương lai. Để đáp ứng được các tiêu
chí đó thì kỹ thuật đa truy cập SC-FDMA là một phương pháp truyền dẫn lý tưởng cho
4G với tốc độ truyền dẫn cao, là một giải pháp tốt cho dung lượng truyền dẫn và tính
chọn lọc của các kênh pha đinh trong miền tần số đã được 3GPP LTE sử dụng cho
truyền dẫn đường lên. Xuất phát từ đó em đã chọn đề tài : “ Nghiên cứu và đánh giá kỹ
thuật đa truy cập SC-FDMA sử dụng trong truyền dẫn đường lên 3GPP LTE”. Trong
đồ án này em đi sâu nghiên cứu về phương thức truyền dẫn cách sắp xếp sóng mang,
cấu trúc các bộ thu phát, cấu trúc tổng thể khung thời gian…đồng thời tiến hành mô
phỏng đề so sánh đánh giá PAPR, SER của lược đồ truyền dẫn SC-FDMA với các kiểu
sắp xếp sóng mang khác khau với lược đồ truyền dẫn OFDMA.
Nội dung của đồ án bao gồm 4 chương:
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU

Trang xii

Nội dung của chương giới thiệu về công nghệ LTE và so sánh công nghệ LTE
với công nghệ WIMAX. Ngoài ra còn trình bày mục tiêu và yêu cầu cầu của công nghệ
LTE.
Chƣơng 2: Các kỹ thuật truy cập vô tuyến trong LTE
Nội dung chương trình bày về các kỹ thuật truy cập vô tuyến như: OFDM, SC-
FDMA, MIMO, mã hóa Turbo, thích ứng đường truyền Ngoài ra còn trình bày một
cách khái quát các đặc tính kênh truyền trong công nghệ LTE.
Chƣơng 3: Kỹ thuật đa truy cập SC-FDMA
Trình bày nguyên lý cơ bản của kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA, cùng với các
kiểu sắp xếp sóng mang khác nhau đem lại độ linh hoạt cao trong truyền dẫn, phân tích

chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple Access
SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công
suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA.
1.1.2. SO SÁNH CÔNG NGHỆ LTE VỚI CÔNG NGHỆ WIMAX
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 2

Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm
tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kỹ thuật
MIMO để cải thiện chất lượng truyền nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến
thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa
phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn WiMax hiện tại (802.16e) cho tốc độ tải
xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên,
khi LTE được triển khai ra thị trường có thể WiMax cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn
802.16m (còn được gọi là WiMax 2.0) có tốc độ tương đương hoặc cao hơn.
Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa hai
công nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division MultipleAccess),
còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (SingleCarrier - Frequency Division Multiple
Access).

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác
Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu
cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA.
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 3

LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức
TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex). Ngược lại,

 Độ phức tạp
 Những vấn đề chung
1.2.1. TIỀM NĂNG VÀ DUNG LƢỢNG CỦA HỆ THỐNG
Yêu cầu được đặt ra là việc đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống là
100Mbit/s và đường lên là 50Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20MHZ. Khi mà
phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỷ lệ theo. Do đó, điều kiện đặt ra
là có thể biểu diễn được 5bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5bit/s/Hz cho đường lên.
Trong công nghệ LTE hỗ trỡ cả 2 chế độ TDD ( Time division duplex ) và FDD ( Time
division duplex ). Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, truyền dẫn đường lên và đường
xuống, theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu
đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác, đối với trường hợp FDD, đặc tính
của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh theo
phần lí thuyết ở trên.
1.2.2. HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG
Hiệu năng hệ thống của LTE đề cập đến thông lượng của người sử dụng, hiệu suất
phổ tần, vùng phủ và MBMS tăng cường hơn.
1.2.2.1. Thông lƣợng
Yêu cầu thông lượng của người sử dụng của LTE được đặc tả ở hai điểm: vùng
phủ và 5% của phân bố người sử dụng (95% người sử dụng có hiệu năng tốt hơn). Mục
tiêu hiệu suất phổ tần cũng được đặc tả trong đó hiệu xuất phổ tần được định nghĩa như
là thông lượng hệ thống trong ô được đo bằng bit/s/Hz.

HSDPA
LTE
Đích LTE/ Đã đạt
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 5

Tốc độ đỉnh (Mbps)

dụng biên ô
0,006
0,015
2-3 lần HSDPA/đạt 2,5
Bảng 1.2. So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa LTE trên đường
lên và HSDPA
1.2.2.2. Hỗ trợ di động
Các yêu cầu về di động tập trung lên tốc độ di chuyển đầu cuối di động. Mục tiêu
đề ra là đạt được hiệu năng cực đại với tốc độ đầu cuối di động khoảng 0-15km/h, hiệu
năng của hệ thống sẽ giảm khi tốc độ đầu cuối cao hơn. Đối với tốc độ trên 120km/h
LTE đảm bảo hiệu năng cao để duy trì kết nối trên toàn mạng tế bào. Hệ thống LTE có
thể quản lí tốc độ lên tới 350km/h thậm chí là 500km/h phụ thuộc vào băng tần. Một
yếu tố quan trọng đặc biệt là dịch vụ thoại được cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với
chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ.
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 6

1.2.2.3. Vùng phủ
Các yêu cầu về vùng phủ tập trung lên vùng phủ (bán kính ô) tức là khoảng cách
cực đại từ trạm ô tới đầu cuối di động trong ô. Hiệu suất, phổ tần và thông 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.
1.2.2.4. MBMS tăng cƣờng
MBMS lần đầu được đưa vào trong R6. Trong mạng quảng bá, tài nguyên vô
tuyến được thiết lập trong từng ô nằm trong vùng quảng bá MBMS và tất cả các đầu
cuối khi đăng kí với dịch vụ đều thu được cùng môt tín hiệu được phát này. Mạng
không cần theo dõi chuyển động đầu cuối và đầu cuối khi đăng kí có thể thu nội dung
mà không cần thông báo cho mạng. Như vậy một trong các lợi ích của dịch vụ MBMS

LTE phải hỗ trợ tương tác với các hệ thống 3G hiện có và với các hệ thống
không theo chuẩn 3GPP. Tất cả các đầu cuối LTE hỗ trợ khai thác UTRAN/GERAN
phải có khả năng hỗ trợ đo, chuyển giao đến/từ cả hai hệ thống UTRAN và GERAN.
Ngoài ra LTE cần phải hỗ trợ đo giữa các RAT chẳng hạn bằng cách cung cấp cho các
UE các cơ hội đo trên đường lên và đường xuống thông qua lập biểu. Bảng sau mô tả
gián đoạn giữa các công nghệ khác nhau với các dịch vụ.

Phi thời gian thực (ms)
Thời gian thực (ms)
LTE sang WCDMA
500
300
LTE sang GSM
500
300
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 8

Bảng 1.3 Yêu cầu gián đoạn cho LTE
1.2.4. KIẾN TRÚC VÀ SỰ DỊCH CHUYỂN (MIGRATION)
Một vài nguyên tắc chỉ đạo cho việc thiết kế kiến trúc LTE RAN được đưa ra bởi
3GPP:
 Một kiến trúc đơn LTE RAN được chấp nhận
 Kiến trúc LTE RAN phải dựa trên gói (packet), tuy vậy lưu lượng lớp thoại và
thời gian thực vẫn được hỗ trỡ.
 Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của “những hư hỏng cục
bộ” (single points of failure) mà không cần tăng chi phí cho đường truyền
(backhaul).
 Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lượng giao tiếp đã

hiện sự đơn giản trong LTE so với UMTS về các trạng thái UE.
LTE_Idle
RRC Idle
LTE_Active
RRC Connected
LTE_Detected

Hình 1.2. Trạng thái UE và các quá trình chuyển đổi trong LTE
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 10

Idle
Mode
Cell_DCH
Cell_FACH
URA_PCH
Cell_PCH
Mode

Hình 1.3. Các trạng thái UE trong UMTS
LTE_IDLE là trạng thái tích cực thấp trong đó đầu cuối di động ngủ hầu hết thời
gian để giảm tiêu thụ acqui. Đồng bộ đường lên không được duy trì. Trên đường
xuống, đầu cuối di động có thể định kì tỉnh giấc để nghe tìm gọi cho các cuộc gọi. Đầu
cuối di động dữ các địa chỉ IP và các thông tin nội bộ khác để có thể chuyển nhanh vào
trạng thái LTE-ACTIVE khi cần.
LTE-ACTIVE là trạng thái được sử dụng khi đầu cuối tích cực phát số liệu và thu
số liệu. Trong trường hợp này đầu cuối được nối tới một ô trong mạng. Một địa chỉ IP
được gán cho đầu cuối di động cùng với một số nhận dạng C-RNTI được sử dụng cho
các mục đích báo hiệu đầu cuối và mạng.

Hình 2.1 Nguyên lý FDMA

Hình 2.2 Nguyên lý đa sóng mang
Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phương
pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong
vùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub-carrier)
trực giao với nhau. Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này được ghép
chồng lấn lên nhau mà phía bên thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Sự chồng
Chƣơng 2: Các kỹ thuật truy cập vô tuyến trong LTE

Trang 13

lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sư dụng phổ lớn hơn nhiều
so với các kỹ thuật điều chế thông thường.

Hình 2.3 Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM
LTE sử dụng OFDM trong kỹ thuật truy cập đường xuống vì nó có các ưu
điểm sau:
 OFDM có thể loại bỏ nhiễu xuyên kí tự ISI nếu độ dài chuỗi bảo vệ (Guard
interval) lớn hơn đỗ trệ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền
 Thực hiện việc chuyển đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời
gian symbol tăng lên do đó sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ do
truyền dẫn đa đường giảm xuống.
 Tối ưu hiệu quả phổ tần do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang
con.Hạn chế được ảnh hưởng của fading bằng cách chia kênh fading chọn lọc
tần số thành các kênh con phẳng tương ứng với các tần số sóng mang
OFDM khác nhau.
 OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng (hệ thống
có tốc độ truyền dẫn cao), ảnh hưởng của sự phân tập về tần số (frequency
selectivity) đối với chất lượng hệ thống được giảm thiểu nhiều so với hệ thống