Kỹ thuật đa anten trong thông tin di động 3g+

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 1
-------***-------

Đồ án
tốt nghiệp đại học
ti:

K THUT A 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 CƠNG NGHỆ
BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA VIỄN THÔNG 1

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
-------***-------

-------***-------

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 ngun vơ 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. Mơ hình MIMO tổng qt...........................................................................18

2.5. Kênh SVD MIMO.........................................................................................20
2.5.1. Mơ hình kênh SVD MIMO......................................................................20
2.5.2. Mơ 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 khơng gian thời gian.......................................42
2.7.1.4. Phân tập dựa trên mã hóa khơng 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 khơng gian- tần số hai anten SFBC 72
3.3.2. Phân tập trễ vịng CDD............................................................................73
3.3.2. Tạo búp sóng............................................................................................73
3.3.3. Ghép kênh khơng 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 cơng nghệ thơng 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.Mơ 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. Mơ 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 ngồi ơ.........................................................................31
Hình 2.8. Xử lý tuyến tính khơng gian/thời gian 2 chiều (2 anten thu)...................32
Hình 2.9. Xử lý tuyến tính khơng 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 vịng 2 anten (CDD)..........................................................42
Hình 2.14. Phân tập phát khơng gian- thời gian WCDMA (STTD)........................43
Hình 2.15. Phân tập phát khơng 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 khơng gian....50
Hình 2.21. Ghép kênh khơng gian dựa trên tiền mã hóa.........................................51
Hình 2.22. Trực giao hóa tín hiệu ghép khơng gian thơng 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 khơng 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. Thơng 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 qt tạo tín hiệu băng gốc đường xuống..............................72
Hình 3.10.Mã hóa khối khơng 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 khơng 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 HSDSCH..................................................................................................................... 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
3GPP
ACK

Third Generation Partnership
Project
A
Acknowledgement

Nhóm cộng tác 3GPP

Xác nhận
Hệ thống điện thoại di động tiên
AMPS
Advanced Mobile Phone System tiến
Association of Radio Industries Hiệp hội các doanh nghiệp và
ARIB
and Businesses

công nghiệp vô tuyến
ARQ
Automatic Repeat reQuest
Yêu cầu phát lại tự động
Alliiance for
Telecommunications Industry
Liên minh cho các giải pháp công
ATIS
Solutions
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
China Communications
Hiệp hội chuẩn truyền thông
CCSA
Standards Association
Trung Quốc
CDD
Cyclic Delay Diversity
Phân tập trễ vòng
CDMA
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

CEPT
Administations
chính Viễn thơng
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
Dedicated Physical Control
DPCCH 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
Enhanced Data rates for GSM
Evolution and Enhanced Data
Tốc độ số liệu tăng cường để phát

EDGE
rates for Global Channel
triển GPRS
E-RGCH E-DCH Relative Grant Channel Kênh cấp phát tương đối E-DCH
Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1

vi


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục bảng biểu

F
FDD
FDM
FDMA

GERAN
GPRS
GSM
HARQ
HOM
HSDPA
HSDPCCH
HSPA
HSDSCH
HSPDSCH
HSSCCH
HSUPA

IRC
IMS

J-TACS
LTE
MAC
MBMS
MIMO

Frequency Division Duplex
Frequency Division Multiplex
Frequency Division Multiple
Access
G
GSM EDGE RAN
General Packet Radio Services
Global System for Mobile
communications
H
Hybrid ARQ
High Order Modulation
High Speed Downlink Packet
Access
High Speed Dedicated Physical
Control Channel
High Speed Packet Access
High Speed Downlink Shared
Channel
High Speed Physical Downlink

Shared Channel
High Speed Shared Control
Channel
High Speed Uplink Packet
Access
I
Interference Rejection
Combining
Internet Multimedia Subsystem
J
Japanese Total Access
Communication System
L
Long Term Evolution
M
Medium Access Control
Multimedia Broadcast/Multicast
Service
Multi Input Multi Output

Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1

Ghép song công phân chia theo
tần số
Ghép kênh phân chia theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
Mạng truy nhập vô tuyến GSM/
EDGE
Dịch vụ vô tuyến gói chuntg

Hệ thống thơng tin di dộng tồn
cầu
ARQ lai ghép
Điều chế bậc cao
Truy nhập gói tốc độ cao đường
xuống
Kênh vật lý điều khiển riêng tốc
độ cao
Truy nhập gói tốc độ cao
Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ
cao
Kênh vật lý chia sẻ đường xuống
tốc độ cao
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ
cao
Truy nhập gói tốc độ cao đường
lên

Kết hợp triệt nhiễu
Phân hệ đa phương tiện Internet
Hệ thống truyền thơng truy nhập
hồn tồn Nhật bản
Phát triển dài hạn
Điều khiển truy nhập mơi trường
Dịch vụ quảng bá /đa phương
Đa đầu vào đa đầu ra
vii


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục bảng biểu

ML

Maximum Likelihood

MMSE
MRC
MUMIMO

Minimum Mean Square Error
Maximum Ratio Combining

Khả năng giống cực đại
Sai lỗi trung bình bình phương
cực tiểu
Kết hợp tỷ lệ lớn nhất

Multi User MIMO

MIMO đa người dùng

N
NACK
Negative Acknowledgement
O
Orthogonal Frequency Division
OFDM
Multiplex

P
PARC
Per-Antenna Rate Control
PCI
Precoding Control Indicator
P-CPICH Primary CPICH
PDC
Personal Digital Cellular
R
RAN
Radio Access Network
RLC
Radio Link Control
S
SAE
System Architecture Evolution
SC
Selective Combining
S-CPICH Secondary CPICH
Spatial Division Multiple
SDMA
Access
Successive Interference
SIC
Combining
SMS
Short Message Service
SNR
Signal to Noise Ratio
STBC

Space-Time Block Coding
STTD
SUMIMO
SVD

Space-Time Transmit Diversity

TACS

Single User MIMO
Sigular Value Decomposition
T
Total Access Communication
System

TDD

Time Division Duplex

TDM
TDMA

Time Division Multiplex
Time Division Multiple Access

Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1

Không xác nhận
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao

Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa
Kênh CPICH sơ cấp

Mạng truy nhập vô tuyến
Điều khiển liên kết vô tuyến
Phát triển kiến trúc hệ thống
Kết hợp lựa chọn
Kênh CPICH thứ cấp
Đa truy nhập phân chia không
gian
Kết hợp nhiễu thành công
Dịch vụ nhắn tin
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
Mã hóa khối khơng gian thời gian
Phân tập phát không gian thời
gian
MIMO đơn người dùng
Phân chia giá trị đơn
Hệ thống truyền thơng truy nhập
hồn tồn
Ghéo song cơng phân chia theo
thời gian
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
Đa truy nhập phân chia theo thời
viii


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục bảng biểu

gian
Telecommunication Technology
TTA
Association
Telecommunication Technology
TTC
Committee
TTI
Transmission Time Interval
U
UE
User Eqipment
Universal Mobile
UMTS
Telecommunications System
Universal Terrestrial Radio
UTRAN Access Network
V
VoIP
Voice over IP
W
Wideband Code Division
WCDMA Multiple Access
WLAN
Wireless Local Area Network
Z
ZF

Zero Forcing

Liên hiệp công nghệ viễn thông
Ủy ban công nghệ viễn thông
Khoảng thời gian truyền dẫn
Thiết bị người dùng
Hệ thống viễn thông di dộng tồn
cầu
Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất
tồn cầu
Thoại qua IP
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
Mạng cục bộ không dây
Cưỡng bức khơng

LỜI NĨI ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của xã hội lồi người, sự ra đời của thơng tin di
động là một bước ngoặt lớn và thông tin di động đã nhanh chóng trở thành một
ngành cơng 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 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 phát hành 7 (HSPA +) và LTE. Để đáp ứng nhu

Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1

ix


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục bảng biểu

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 thơng tin di động thế hệ sau bởi lẽ nó khơng chỉ cho phép đạt
được hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn nữa mà cịn 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 ADC độ cao.
Với mục đích tìm hiểu sâu về kỹ thuật MIMO và ứng dụng thực tiễn của nó
cũng như xu hướng phát triển của thơng tin di động, em đã chọn đề tài “Kỹ thuật
đa anten trong cơng nghệ thơng 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 cơ bản nhất của hai công
nghệ HSPA+ và LTE.
Chương 2:Tổng quan về kỹ thuật đa anten
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 cịn hạn chế đồng thời trong q trình tìm hiểu cũng mang
nhiều tính chủ quan trong nhìn nhận nên nội dung của đề tài khơng tránh khỏi
những sai sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn
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. Tơi 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 q báu đó trong cuộc sống và trong công tác.
Hà Nội, ngày… tháng… năm 2008
Sinh viên
Bùi Thị Thùy Dương
Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1

x


Đồ án tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Dương-D04VT1

Danh mục bảng biểu

xi

Đồ án tốt nghiệp

Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+

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 được
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 thơng di động tồn cầu với hơn một nửa dân
số thế giới sử dụng như ngày nay. Sự phát triển các công nghệ di động đã có sự
thay đổi, từ một vấn đề mang tính quốc gia hoặc khu vực trở thành một nhiệm vụ
phức tạp do tổ chức phát triển các chuẩn quốc tế đảm nhiệm, như là 3GPP và liên
quan tới hàng nghìn con người. Các cơng 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, ngồi ra đồ án sẽ trình bày tổng quan về mạng truy
nhập vơ tuyến của 3G+, đó là HSPA+ và LTE.

1.2. Sự phát triển của thông tin di động
Sự phát triển của cơng nghệ thơng tin di động tính đến nay được tóm tắt như

sau:
Cơng nghệ thơng 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 thường 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, khơng được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu chuẩn quốc tế và khơng
có ý định sử dụng cho quốc tế.
Công nghệ thông tin di động 2G


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+

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 vơ 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 (dựa 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 tốn 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 dựa 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 cơ hội để cung cấp các dịch vụ dữ liệu
thông qua mạng di động. Các dịch vụ dữ liệu đầu tiên được 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 đưa ra sau đó bằng cách gán nhiều khe thời gian cho
người dùng và thay đổi sơ đồ mã hóa.
Truyền dữ liệu thơng 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 cơng nghệ tế bào khác như chuẩn PDC. Những công nghệ này thường được
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 cịn rất thấp.
Cơng nghệ thơng 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 bước 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 được đặt tên là UMTS. Đầu năm 1998, ETSI đã lựa chọn
WCDMA là cơng nghệ cho UMTS. WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện
vơ 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
cuối năm 1998 khi 3GPP được hình thành bởi các tổ chức phát triển chuẩn từ các


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+

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 thơng 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 hỗ 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 hồn 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 bổ 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.


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 cường 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 của 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) được
giới thiệu trong phát hành 6 của 3GPP/WCDMA. HSDPA và Enhanced Uplink
thường được 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.