Cụng trỡnh c hon thnh ti: Trng i Hc K Thut Cụng Nghip Thỏi N
Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS Nguyn Thanh H
Chuyờn Ngnh: K thut o in
n v cụng tỏc: i hc Thỏi Nguyờn
Phn bin 1: TS o Huy Du
Đại học Thái Nguyên
TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN
NGUYN TH THANH NHN
NGHIấN CU, PHN TCH CễNG NGH THEN CHT
NHM NG DNG CHO MNG DI NG TH H SAU
Chuyờn ngnh: K Thut in T
Mã số: 60.52.02.03
Tóm tắt Luận văn thạc sĩ K THUT IN T
Thái Nguyên - Năm 2014
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái
Nguyên
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thanh Hà
Chuyên Ngành: Kỹ thuật đo điện
Đơn vị công tác: Đại học Thái Nguyên
Phản biện 1: TS Đào Huy Du
Phản biện 2: PGS. TS Lại Khắc Lãi
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:
HT 201A8 – Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Vào hồi 15 giờ15 phút đến 16 giờ 00 phút. ngày 18 tháng 04 năm 2014
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, thông tin di động phát triển một cách mạnh mẽ
không chỉ ở các nước phát triển mà hầu hết các quốc gia trên thế giới. Dịch vụ
thông tin di động ngày nay không chỉ hướng tới khách hàng giàu có mà hướng tới
tất cả mọi đối tượng có nhu cầu về thông tin liên lạc. Với khả năng đáp ứng nhu cầu
thông tin"mọi lúc, mọi nơi", thông tin di động ngày càng thu hút nhiều người sử
dụng.
Thông tin di động từ khi ra đời đã trải qua nhiều thế hệ và hiện nay mạng
thông tin di động 3G đang được sử dụng rộng rãi với các giải pháp kỹ thuật công
nghẹ được sử dụng để có thể khai thác tài nguyên vô tuyến như là TDMA, FDMA,
SDMA và CDMA nhưng thực tế cho thấy chưa tìm thấy ở các thông tin di động
trước đây một phương pháp nào có thể tối ưu hóa phổ tần, một tài nguyên vô cùng
quan trọng trong thông tin vô tuyến.
Để đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người trong thời đại ngày nay thì
các nhà cung cấp phải nâng cấp cơ sở hạ tầng của mình. Bên cạnh việc nâng cấp cơ
sở hạ tầng của các mạng cũ thì các nhà cung cấp mạng cũng đã và đang nghiên cứu
tiến hành và xây dựng một mô hình mạng mới để có thể phục vụ cho tương lai đó là
mạng thông tin di động tiền 4G (LTE) của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. Tác
giả giới thiệu tổng quan về sự phát triển của 3G lên 4G được thể hiện ở chương 1
[1]
LTE được xây dựng dựa trên nền tảng IP và sử dụng kỹ thuật OFDM đây là
giải pháp công nghệ tiên tiến có thể khắc phục được nhược điểm về hiệu quả sử
dụng phổ tần thấp của các hệ thống di động trước đây. Chu kỳ ký hiệu lớn cho phép
công nghệ OFDM có thể truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến và nó sử dụng
các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu vì thế có thể tối ưu băng tần sử dụng.
Kỹ thuật OFDM là một công nghệ then chốt được tác giả trình bày ở chương 2 [1] ,
[2] ,[3]. Mục tiêu thiết kế của LTE nhằm đạt được tốc độ truyền dẫn đường xuống
tối đa là 100Mbps. Người sử dụng sẽ cảm thấy điện thoại của họ được kết nối mọi
lúc.
Chính vì vậy tôi đã đề xuất ứng dụng triển khai mạng 4G cho Phú Thọ và nội
dung này được thể hiện ở chương 3 [1] ,[3]. thực tế có thể xem xét để thay đổi cho
phù hợp với điều kiện và sự phát triển thực tế, dự kiến trong năm 2015 là thời điểm
chín muồi để có thể triển khai dịch vụ 4G. Do đó tôi đã chọn đề tài luận văn là:
“Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di đông thế
hệ sau”.
Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chương:
Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động
Chương II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau
Chương III: Triển khai mạng 4G/LTE
2. Mục tiêu nghiên cứu
+ Phân tích quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động
+ Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt (OFDM) nhằm ứng dụng cho
mạng di động thế hệ sau
+ Phân tích các khía cạnh liên quan đến triển khai mạng 4G/LTE
+ Nghiên cứu, phân tích giao diện vô tuyến trong mạng LTE
+ Đề xuất, ứng dụng triển khai mạng 4G/LTE
3. Đối tượng, phương pháp nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là quá trình phát triển của các hệ thống thông tin
di động, đặc điểm kỹ thuật công nghệ OFDM, giao diện vô tuyến trong mạng LTE
và ứng dụng cho mạng 4G/LTE.
- Phương pháp nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu phân tích công nghệ then chốt (OFDM) nhằm ứng dụng cho
mạng di động thế hệ sau để từ đó đi sâu vào triển khai mạng 4G/LTE nhằm đạt
được tốc độ truyền dẫn đường xuống tối đa là 100Mbsp
4. Ý nghĩa của đề tài
- Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về 3G và lộ
trình phát triển lên 4G. Cấu trúc đặc điểm của OFDM và các cải tiến nâng cao như
điều chế, điều khiển tốc độ lập biểu đường lên, lập biểu đường xuống, … để có thể
giúp các nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn đúng đắn giải pháp công nghệ nhằm đáp
ứng các nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng.
- Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài là bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng cũng
như giảm độ trễ trên đường truyền, công nghệ OFDM có thể truyền dữ liệu tốc độ
cao qua kênh vô tuyến và nó sử dụng các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu
vì thế có thể tối ưu băng tần sử dụng
5. Bố cục của luận văn
Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chương:
Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động
Chương II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau
Chương III: Triển khai mạng 4G/LTE
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động
Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua
nhiều thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công
nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ
thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia
theo mã (CDMA).Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung
lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ
đa phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.
LTE là một trong số các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn
đầu của 4G, tiếp theo nó sẽ là IMT-Adv. LTE cho phép chuyển đổi từ 3G UMTS
sang giai đoạn đầu của 4G sau đó sang IMT-Adv.
Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới được thể
hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : Cellular Mobile
Telephone System) và nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới một hệ thống chung
toàn cầu trong tương lai.
Hình1.1: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G,[1]
1.2.Kiến trúc của LTE
Hình1.2. :Kiến trúc mô hình B1 của E-UTRAN cho trường hợp không chuyển
mạng
Trên mô hình kiến trúc (Hinh 1.2) các ký hiệu được sử dụng như sau: R1, R2,
R3 là tên các điểm tham khảo. Gx+ ký hiệu cho Gx phát triển hay mở rộng. PCRF1
1985 1995 2000 2005 2010 2015
t
TriÓn
khai
LTE
1G
2G
3G
3G+
E3G
GSM
CDMA one
LTE
ATM -
Avd 4G
WCDMA
CDMA 2001
Wifi/TEEE
802.11
< 10kbps
AMPS
TACS
Wimax/TEE
E802.16e
< 200kbps < 300kbps - 10Mbps
< 100Mbps
100Mbps-1Gbps
C¸c IP
tuú chän
(IMS )
HSS
Truy nhËp IP cña WLAN 3GPP
Internet
PCFIR
Lâi gãi ph¸t
triÓn
SGSN
GERAN
UTRAN
E-RAN
Gb
Iu
R3
R1
R2
Gn
Gi
(Policy and Charging Rules Function: Chức năng các qui tắc tính cước và chính
sách) thể hiện chức năng các qui tắc tính cước và chính sách phát triển. Các đường
nối và các đường tròn không liên tục thể hiện các phần tử và các giao diện mới của
kiến trúc LTE [1].
1.2.Các sơ đồ truyền dẫn
1.2.1. Lập biểu phụ thuộc kênh và thích ứng tốc độ
. Đối với LTE các quyết định lập biểu được thực hiện một lần trong
1ms và tính hạt trong miền tần số là 180Khz. Điều này cho phép bộ lập biểu bám
theo các thay đổi kênh khá nhanh [1]
Hình 1.3 : Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống trong miền thời gian và miền tần số.
Lập biểu đường xuống
Trên đường xuống mỗi đầu cuối báo cao ước tính chất lượng kênh tức thời
cho trạm gốc. Các ước tính này nhận được bằng cách đo một tín hiệu tham khảo
được phát đi từ trạm gốc và cũng được sử dụng cho mục đích giải điều chế. Dựa
trên ước tính chất lượng kênh bộ lập biểu đường xuống ấn định các tài nguyên cho
các người sử dụng. Về nguyên tắc đầu cuối được lập biểu có thể được ấn định một
tổ hợp bất kỳ gồm các khối tài nguyên rộng 180khz trong mỗi khoảng thời gian lập
biểu 1ms.
Lập biểu đường lên
Đường lên của LTE được xây dựng trên cơ sở phân tách trực giao các
người sử dụng và đây là nhiệm vụ của bộ lập biểu đường lên. Bộ lập biểu đường lên
ấn định các tài nguyên cho các người sử dụng khác nhau (TDMA/FDMA) trong cả
miền thời gian và miền tần số. Quyết định lập biểu được đưa ra mỗi 1ms một lần để
điều khiển các đầu cuối nào được quyền phát trong ô trong khoảng thời gian cho
trước và trên các tài nguyên tần số nào cũng như tốc độ số liệu đường lên là bao
nhiêu (khuôn dạng truyền tải). Lưu ý rằng các đầu cuối được ấn định một vùng tần
số liên tục do truyền dẫn đơn sóng mang được được sử dụng cho đường lên của
LTE.
1.2.2. Điều phối nhiễu giữa các ô
Điều phối nhiễu giữa các biên ô là một chiến lược trong đó các tốc độ số liệu
tại biên ô được tăng nhờ xét đến nhiễu giữa các người sử dụng. Về cơ bản đều phối
nhiễu giữa các ô có nghĩa là đưa ra các hạn chế nhất định (miền thời gian) cho các
bộ lập biểu đường lên và đường xuống để điều khiển nhiễu giữa các ô. Bằng cách
hạn chế công suất của một bộ phận trong ô, nhiễu trong các ô lân cận trong phần
phổ này sẽ giảm. Phần phổ này có thể được sử dụng để cung cấp tốc độ số liệu cao
hơn cho các người sử dụng trong các ô lân cận . Về thực chất hệ số tái sử dụng tần
số trên các phần khác nhau của ô sẽ khác nhau. (hình 1.4).
Hình 1.4 : Thí dụ về điều phối nhiễu giữa các ô trong đó một số phần phổ bị hạn
chế công suất
Lưu ý rằng điều phối nhiễu giữa các ô chủ yếu là một chiến lược lập biểu với xét
đến tình trạng trong các ô lân cận. Như vậy điều phối nhiễu ô lân cận là một vấn đề
của thực hiện và có lẽ khó đưa vào các đặc tả. Điều này cũng có nghĩa là điều phối
nhiễu giữa các ô có thể được áp dụng chỉ cho một tập các ô được chọn phụ thuộc
vào các yêu cầu của một triển khai cụ thể.
1.3. Kiến trúc giao thức LTE
Tổng quan kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh hoạ
trên( hình 1.5). Trong các phần trình bày dưới đây ta sẽ hiểu rằng không phải tất cả
các thực thể được minh hoạ trên (hình 1.5) là đều được áp dụng trong tất cả các tình
huống. Chẳng hạn cả lập biểu MAC lẫn HARQ với kết hợp mềm đều không được
sử dụng cho quảng bá thông tin hệ thống. Ngoài ra cấu trúc giao thức LTE liên quan
đến truyền dẫn đường lên cũng giống với cấu trúc đường xuống trên (hình 1.5).
Mặc dù có một số điểm khác biệt liên quan đến chọn khuôn dạng truyền tải và
truyền dẫn đa ăng ten
MAC
Gói IP
Nén tiêu đề
Mật mã
PDCP
#1
RLC
#1
Phân doạn , ARQ
Ghép kênh , MA C
HARQ
Mã hóa
Điều chế
Sắp xếp tài nguyên
và ăng ten
Gói IP
Nén tiêu đề
Mật mã
PDCP
#1
RLC #1
Phân doạn , ARQ
Ghép kênh , MAC
HARQ
Mã hóa
Điều chế
Sắp xếp tài nguyên
và ăng ten
MAC
PHY
Người sử dụng # i
Người sử dụng thứ # j
Các kênh mang
SAE
Các kênh mang
Vô tuyến
Các kênh mang
Logic
Các kênh mang
Truyền tải
Chọn tải tin
Xử lý ưu tiên
Chọn tải tin
Điều khiển
phát lại
Sơ đồ điều chế
Ấn định tài nguyên
và ăng ten
Bộ
lập
biểu
MAC
eNodeB
Đầu cuối di
động (UE)
PHY
Hình 1.5: Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống).
Số liệu cần phát trên đường xuống sẽ được đưa vào gói IP trên
các kênh SAE. Trước khi được phát trên giao diện vô tuyến các gói IP
được đưa qua nhiều thực thể giao thức.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Mạng thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ như thế hệ 1 (1G), thế hệ 2
(2G), thế hệ 3(3G), thế hệ 3(3G), thế hệ thứ 4(4G)
LTE là một trong số các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn
đầu của 4G
Công nghệ điều chế sóng mang trực giao OFDM có nhiều tính năng vượt trội
so với điều chế đơn sóng mang truyền thống như khả năng thích hợp cho hệ thống
tốc độ cao, khả năng thích hợp với các hệ thống không dây cố định, tính hiệu quả
trong các môi trường đa đường truyền dẫn, khả năng chống fading chọn lọc tần số.
Ngoài ra công nghệ này có thể loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các sóng mang
và giao thoa giữa các ký hiệu. Đặc biệt OFDM có thể khắc phục hiện tượng không
có đường dẫn thẳng bằng tín hiệu đa đường dẫn. Tuy nhiên OFDM không phải là
không có nhược điểm, đó là nó đòi hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về
tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu
giao thoa tần số ICI (Inter Carrier Interference) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao
giữa các tần số sóng mang và làm tăng tỷ số bit lỗi (BER). Ngoài ra OFDM chịu
anht hưởng của nhiễu xung.
OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn
thông trên thực tế, đặc biệt là trong các hệ thống vô tuyên đòi hỏi tốc độ cao như
thông tin di động thế hệ tiếp theo, hệ thống truyền hình số và đặc biệt việc ứng dụng
công nghệ OFDM là một trong những vấn đề then chốt trong hệ thống 4G/LTE
CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ THEN CHỐT CỦA MẠNG DI ĐỘNG
THẾ HỆ SAU
2.1 Mở đầu:
Trong chương này trước hết ta sẽ xét nguyên lý OFDM và ứng dụng của nó
trong mô hình lớp vật lý OFDMA đường xuống của LTE. OFDM đã được tiếp nhận
là sơ đồ truyền dẫn đường xuống cho LTE và cũng được sử dụng cho các công nghệ
không dây băng rộng khác như Wimax và các công nghệ truyền hình quảng bá
DVB.
Đây là một công nghệ đầy hứa hẹn cho thông tin đường lên tốc độ cao trong các hệ
thống thông tin di động tương lai. DFTS-OSDM có hiệu quả thông lượng và mức
độ phức tạp tương tự như OFDM. Ưu điểm chính của DFTS – OFDM là tỷ số công
suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) thấp hơn OFDM. LTE sử dụng DFTS -
OFDM cho đa truy nhập đường lên với tên gọi SC-FDMA. Chương này sẽ xét
nguyên lý của DFTS-OFDM và SC-FDMA ứng dụng trong LTE.
2.2. Tóm tắt nguyên lý OFDM
Truyền dẫn OFDM là một kiểu truyền dẫn đa sóng mang. Một số đặc trưng
quan trọng của OFDM:
- Sử dụng nhiều sóng mang băng hẹp. Chẳng hạn nếu một hệ thống MC-
WCDMA (WCDMA đa sóng mang) băng thông 20MHz sử dụng 4 sóng mang với
mỗi sóng mang có băng tần 5MHz, thì với băng thông như vậy OFDM có thể sử
dụng 2048 sóng mang với băng thông sóng mang con 15MHz.
- Các sóng mang con trực giao với nhau và khoảng cách giữa hai sóng mang
con liên kề bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian ký hiệu điều chế sóng mang
con (hình 2.1). Vì thế các sóng mang con của OFDM được đặt gần nhau hơn so với
FDMA.
a) Ký hiệu điều chế
T
U
= 1/∆f
Time domain
∆f = 1/T
U
b, Sắp xếp các sóng mang con
Hình2. 1: Ký hiệu điều chế và phổ của tín hiệu OFDM
Ta ký hiệu N là tổng số các sóng mang con của hệ thống truyền dẫn OFDM và
Nc là số sóng mang con mà một máy phát trong hệ thống có thể sử dụng.
2.3. Ước tính kênh và các ký hiệu tham khảo
Do biết trước được các ký hiệu tham khảo này nên máy thu có thể ước tính kênh
miền tần số xung quanh vị trí ký hiệu tham khảo. Các ký hiệu tham khảo phải có
mật độ đủ lớn cả trong miền thời gian và miền tần số để có thể đảm bảo các ước
tính kênh cho toàn bộ lưới thời gian tần số ngay cả trong trường hợp các kênh vô
tuyến bị phading chọn lọc tần số và thời gian cao [1].
Hình2. 2: Các ký hiệu tham khảo trên trục thời gian tần số
2.4. Mã hóa kênh và phân tập tần số bằng OFDM
Chất lượng kênh vô tuyến bị phading chọn lọc tần số luôn luôn thay đổi trong
miền tần số.
Thời gian
Tần số
Ký hiệu tham khảo
2.5. Lựa chọn các thông số OFDM cơ sở
Để sử dụng OFDM cho truyền dẫn thông tin di động, cần lựa chọn các thông
số cơ sở dưới đây:
- Khoảng cách giữa các sóng mang con ∆f
- Số sóng mang con N cùng với khoảng cách giữa sóng mang con quyết định
toàn bộ băng thông truyền dẫn của tín hiệu OFDM
- Độ dài CP: TCP. Cùng với khoảng cách giữa các sóng mang ∆f =
1/T
FFT
,T
CP
quyết định độ dài ký hiệu OFDM: T = T
CP
+ T
FFT
hay tốc độ ký
hiệu OFDM 1].
2.5.1. Khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM
Tồn tại hai tiêu chí cần cân nhắc trong việc chọn sóng mang con:
- Khoảng cách giữa các sóng mang con càng nhỏ càng tốt (TFFT càng lớn
cáng tốt) để giảm thiểu tỷ lệ chi phí cho CP: T
CP
/(T
FFT
+ T
CP
).
- Khoảng cách giữa các sóng mang con quá nhỏ sẽ tăng sự nhạy cảm của
truyền dẫn OFDM đối với trải Doppler.
2.5.2. Số lượng các sóng mang con
Sau khi đã chọn được khoảng cách giữa các sóng mang con theo môi trường (dựa
trên cân nhắc giữa trải Doppler và tán thời), số lượng các sóng mang con được xác
định dựa trên băng thông khả dụng và phát xạ ngoài băng.
2.6. Ảnh hưởng của thay đổi mức công suất tức thời.
Một trong số các nhược điểm của truyền dẫn OFDM là sự biến động lớn
trong công suất phát tức thời dẫn đến giảm hiệu suất bộ khuyếch đại công suất và
tiêu thụ công suất của đầu cuối di động cao hơn hoặc phải giảm công suất phát ra
dẫn đến giảm cự ly phủ sóng.
2.7. Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập
Hình 2.3 mô tả sử dụng OFDM cho đa truy nhập OFDM để có thể truyền dẫn đồng
thời đến và từ các máy đầu cuối bằng phân chia tần số. Phương pháp này được gọi
là ghép kênh các người sử dụng cho đường xuống (từ trạm gốc tới các trạm đầu
cuối di động) và đa truy nhập cho đường lên(từ các máy đầu cuối di động đến trạm
gốc)
a)đường xuống, b) đường lên
(a)
(b)
Hình2. 3: OFDM được sử dụng cho sơ đồ ghép kênh/đa truy nhập.
Trên đường xuống, OFDM được sử dụng làm sơ đồ ghép kênh các người sử
dụng. Trong thời gian một ký hiệu OFDM, toàn bộ các sóng mang con khả dụng
được chia thành các tập con khác nhau và được gán cho các người sử dụng khác
nhau để truyền đến các đầu cưới khác nhau [5].
2.8. Phát quảng bá và đa phương trong nhiều ô và OFDM.
Các dịch vụ quảng bá / đa phương trong hệ thống thông tin di động cho phép
cung cấp đồng thời thông tin cho nhiều đầu cuối di động. Các dịch vụ này thường
được trải rộng trên một vùng rộng lớn chứa nhiều ô như trên hình 2.4a. Thông tin
quảng bá / đa phương có thể là một TV clip mới, thông tin về tình hình thời tiết địa
phương
Khi cần cung cấp cùng một thông tin cho nhiều đầu cuối di động trong cùng
một ô , tiện lợi nhất là cung cấp thông tin này bằng cách sử dụng một đường truyền
dẫn cô tuyến quảng bá cho toàn bộ ô đồng thời đến tất cả các đầu cuối di động liên
quan (hình 2.4b) chứ không nên phát thông tin này bằng các đường truyền dẫn
riêng cho từng đầu cuối di động ( truyền đơn phương hình 2.4c)
Hình2. 4: Phát quảng bá đa ô, đơn ô và phát đơn phương.
2.9. Ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật OFDM:
2.9.1.Ưu điểm:
Kỹ thuật OFDM có nhiều ưu điểm mà các kỹ thuật khác không có được.
OFDM cho phép truyền thông tin tốc độ cao bằng cách chia kênh truyền fading
chọn lọc tần số thành các kênh truyền con chỉ chịu fading phẳng. Nhờ việc sử dụng
tần số sóng mang trực giao nên hiện tượng nhiễu liên sóng mang ICI có thể loại bỏ,
do các sóng mang phụ trực giao nên các sóng mang này có thể chồng lấn lên nhau
a, Phát quảng bá đa ô Vùng quảng bá
b, Phát quảng bá đơn ô c, Phát đơn phương
mà phía thu vẫn có thể tách ra được dẫn đến hiệu quả sử dụng băng thông hệ thống
rất hiệu quả. Khi sử dụng khoảng bảo vệ có tính chất CP (cylic prefix) lớn hơn trải
trễ lớn nhất của kênh truyền đa đường thì hiện tượng nhiễu liên ký tự ISI sẽ được
loại bỏ hoàn toàn. Nhờ vào khoảng bảo vệ có tính chất cylic prefix nên hệ thống sử
dụng kỹ thuật OFDM chỉ cần bộ cân bằng miền tần số khá đơn giản. IFFT và FFT
giúp giảm thiểu số bộ dao động cũng như giảm số bộ điều chế và giải điều chế giúp
hệ thống giảm độ phức tạp và chi phí thực hiện, hơn nữa tín hiệu được điều chế và
giải điều chế đơn giản, hiệu quả nhờ vào IFFT và FFT.
2.9.2.Nhược điểm:
OFDM là một kỹ thuật truyền đa sóng mang nên nhược điểm chính của kỹ
thuật này là tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peak- to- Average
Power Ratio) lớn. Tìn hiệu OFDM là tổng hợp tín hiệu từ các sóng mang phụ, nên
khi các sóng mang phụ đồng pha, tín hiệu OFDM sẽ xuất hiện đỉnh rất lớn. Điều
này khiến cho việc sử dụng không hiệu quả bộ khuếch đại công suất lớn HPA
(High- Power Amplifier). Một nhược điểm khác của OFDM là rất nhạy với lệch tần
số, khi hiệu ứng dịch tần Doppler xảy ra tần số sóng mang trung tâm sẽ bị lệch, dẫn
đến bộ FFT không lấy mẫu đúng tại đỉnh các sóng mang, dẫn tới sai lỗi khi giải điều
chế các symbol.
Kết luận chương 2
Trong chương 2 chúng ta đã thấy được công nghệ điều chế sóng mang trực
giao OFDM có nhiều tính năng vượt trội so với điều chế đơn sóng mang truyền
thống như khả năng thích hợp cho hệ thống tốc độ cao, khả năng thích hợp với các
hệ thống không dây cố định, tính hiệu quả trong các môi trường đa đường truyền
dẫn, khả năng chống fading chọn lọc tần số. Ngoài ra công nghệ này có thể loại bỏ
được hầu hết giao thoa giữa các sóng mang và giao thoa giữa các ký hiệu. Đặc biệt
OFDM có thể khắc phục hiện tượng không có đường dẫn thẳng bằng tín hiệu đa
đường dẫn. Tuy nhiên OFDM không phải là không có nhược điểm, đó là nó đòi hỏi
khắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng
Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số ICI (Inter Carrier
Interference) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và làm
tăng tỷ số bit lỗi (BER). Ngoài ra OFDM chịu anht hưởng của nhiễu xung.
OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn
thông trên thực tế, đặc biệt là trong các hệ thống vô tuyên đòi hỏi tốc độ cao như
thông tin di động thế hệ tiếp theo, hệ thống truyền hình số và đặc biệt việc ứng dụng
công nghệ OFDM là một trong những vấn đề then chốt trong hệ thống 4G/LTE sẽ
trình bày ở chương 3
CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI MẠNG 4G/LTE
Điều đâu tiên cần lưu ý khi nói đến LTE là sự thay đổi trong tần số và băng
thông sử dụng. LTE có thể sử dụng băng thông linh hoạt từ 1,25 MHz đến 20 MHz.
Các băng thông này đặc biệt hữu ích trong những thị trường có độ phủ thưa thớt
hoặc những nới có rất nhiều tần số sử dụng có sẵn. Tất nhiên kênh rộng hơn, cao
hơn có nghĩa là tốc độ dữ liệu tốt hơn, tiếp cận với một người sử dụng nhiều hơn
(nếu tất cả các yếu tố khác được coi là giống nhau). Các nhà mạng lựa chọn băng
tần tùy thuộc vào quốc gia và quy định sử dụng băng tần của đất nước đó
Hầu hết các băng tần sử dụng kỹ thuật FDD (Frequense Division Duplexing),
kỹ thuật này sử dụng hai băng tần riêng biệt cho đường lên và đường xuống, đang
được áp dụng ở Bắc Mỹ, Châu Âu và một số thị trường Châu Á. Kỹ thuật Time
Division Duplexing (TDD) sử dụng chung một tần số cho cả đường xuống và
đường lên là những gì đang được thực hiện ở Trung Quốc và Ấn độ. Kỹ thuật
OFDMA được dùng cho đường xuống, SC-FDMA dùng cho đường lên để tiết kiệm
công suất.
3.1.Lợi ích của công nghệ LTE
Lợi ích lớn nhất của LTE theo quan điểm của người tiêu dùng đó là tốc độ
truyền tải dữ liệu nhanh hơn. LTE cung cấp tốc độ đường xuống theo lý thuyết lớn
hơn 100Mbps và đường lên hơn 50Mbps. Tuy nhiên tốc độ này trên thực tế phụ
thuộc rất nhiều vào các yếu tố như băng thông kênh, loại điều chế, cấu hình MIMO
và không gia truyền song. Hiện nay, các mạng LTE phổ biến nhất có tốc độ trung
bình nằm trong dải từ 5Mbps đến 25 Mps, nhưng mới việc mở rộng, tăng cường
mạng lưới và chuyển hướng sang LTE-Advanced sẽ đem lại một tốc độ nhanh hơn
rất nhiều dịch vụ Internet cố định [6]
Thuê bao LTE trên toàn cầu cũng đã được tăng ở mức ấn tượng, từ 75 triệu
trong tháng 12 năm 2012 lên 126 triệu vào tháng 6 năm 2013.
Hình 3.1: Sự tăng trưởng thuê bao LTE
Theo các nhà phát triển mạng lưới có uy tín, LTE hiện đang có sẵn trên 200
nhà mạng tính đến tháng 8 năm 2013 và con số đó sẽ tăng trưởng đến 425 vào 2016.
Ở Việt Nam thì hiện tại chưa có một lộ trình cụ thể nào của các nhà mạng về việc
đưa vào LTE trong di động bởi theo thứ trưởng bộ Thông tin và truyền thông, năm
2015 mới bắt đầu cấp phép sử dụng 4G và nước ta cần thêm thời gian để triển khai
nâng cấp hạ tầng.
3.2. Ứng dụng của 4G LTE trong việc nâng cao chất lượng thoại
VoLTE là dịch vụ dựa vào giao thức Internet (Internet Protocol) để truyền
các gói dữ liệu và giọng nói. Bằng việc sử dụng băng thông lớn hơn và dải tần số
âm 50 - 7000Hz dựa trên mạng 4G LTE, VoLTE có thể mang lại chất lượng cuộc
gọi tốt hơn khoảng 40% (các nhà cung cấp thường hay gọi "HD Voice" hay "chất
lượng âm thanh độ phân giải cao) so với khi gọi bằng mạng 3G vốn có tần số âm
hẹp hơn, chỉ 300 - 2400Hz. Dịch vụ này còn có thể giảm thời gian kết nối giữa hai
thiết bị với nhau trong chỉ 1/4 giây, nhanh hơn nhiều so với con số 5 giây của mạng
3G. Hiện có Galaxy S III LTE LG Optimus II LTE, LG Optimus Vu II là ba trong
số nhiều thiết bị tương thích với VoLTE. Một số nhà mạng ở Mỹ và Hàn Quốc đã
bắt đầu triển khai việc cung cấp dịch vụ VoLTE cho khác hàng.
bắt đầu triển khai việc cung cấp dịch vụ VoLTE cho khác hàng.
3.3. Đặc điểm mạng thông tin di động của Phú Thọ
• Đặc điểm tỉnh Phú Thọ
Phú Thọ là một tỉnh miền núi, trung du thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam,
Thành phố Việt Trì là trung tâm hành chính của tỉnh cách thủ đô Hà Nội 80km và
sân bay quốc tế nội bài 50km về phía Tây Bắc.
Hiện tỉnh Phú Thọ có 353.294, 93ha diện tích tự nhiên và 1.313.926 nhân
khẩu; 13 huyện, thành thị (Thành Phố Việt Trì, Thị Xã Phú Thọ, 11 huyện: Thanh
Ba, Thanh Sơn, tân Sơn, Yên Lập, Cẩm Khê, Tam Nông, Thanh Thủy, Hạ Hòa,
Đoan Hùng, Lâm Thao Phù Ninh); 277 đơn vị hành chính cấp xã.
Địa giới Phú Thọ: Phía bắc giáp với tỉnh Tuyên Quang Và Yên Bái, Phía
nam giáp với Thành Phố Hà Nội, Phía đông giápTỉnh Vĩnh Phúc, Phía tây, giáp với
tỉnh Sơn La.
• Hiện trạng mạng thông tin di động Phú Thọ
Phú Thọ đang đẩy mạnh triển Khai cơ sở hạ tầng được xem là một trong
những giải pháp lớn, quan trọng trong năm 2011. Thực hiện chủ trương này, Tập
đoàn đã bước đầu phát huy được tối đa năng lực của hạ tầng mạng lưới, rút ngắn
được thời gian chuẩn bị cơ sở hạ tầng kịp thời phục vụ SXKD, giảm tối đa các chi
phí xây dựng, truyền dẫn, bảo dưỡng…từ đó nâng cao chất lượng mạng và dịch vụ.
Cùng với duy trì, củng cố hệ thống điểm giao dịch dùng chung cho các dịch vụ
BCVT, CNTT và dùng chung cơ sở hạ tầng mạng lưới, nhà trạm giữa 2 mạng di
động, năm qua VNPT đã hoàn thành việc chuyển mạng (Roaming) cho các thuê bao
trả trước trong nước, quốc tế và dịch vụ dữ liệu (data) giữa 2 mạng Mobifone và
Vinaphone. Đây là một bước đi quan trọng của VNPT trong việc tối ưu hóa mạng
lưới, tạo thêm các giá trị tiện ích cho hàng chục triệu khách hàng.
• Hiện trạng truy nhập băng rộng qua hệ thống vô tuyến
Hệ thống truy nhập băng rộng qua môi trường vô tuyên tại Phú Thọ hiện nay
chủ yếu vẫn là các mạng LAN vô tuyến (WLAN) sử dụng các hệ thống truy nhập
WiFi được triển khai tại các khu vực Hotsport. Các Hotsport này bao gồm các
khách sạn, trung tâm hội nghị nhà hàng… Ưu điểm WLAN trong các mạng thương
mại là nó hỗ trợ tính di động cho đối tượng sử dụng, đồng thời vẫn cho phép kết nối
cố định, các mạng này cài đặt đơn giản, nhanh chóng và không cần cơ sở hạ tầng có
sẵn, khả năng lắp đặt rộng hơn vì cho phép lắp đặt ở những nơi mà mạng có dây
không thể thiết lập được, tiết kiệm chi phí lắp đặt do giảm bớt được thành phần cáp
trong mạng, việc mở rộng và thay đổi cấu hình mạng đơn giản. Tuy nhiên các hệ
thống WiFi có phạm vi phục vụ tương đối nhỏ chỉ trong bán kính 50 đến 100m.
• Hiện trạng truy nhập băng rộng qua vệ tinh
Tối ưu hóa mạng lưới, triển khai các chương trình nâng cao chất lượng dịch
vụ để gia tăng giá trị, tiện ích cho khách hàng và tiết kiệm chi phí là giải pháp các
đơn vị tích cực vận dụng đặc biệt đối với 2 mạng di động Mobifone và Vinaphone.
Năm 2011, dự án Vinasat 2 đang trong giai đoạn hoàn tất để đảm bảo đúng lộ trình
đưa vệ tinh lên quỹ đạo trong quý II năm 2012.
3.4. Nhu cầu và hướng phát triển từ 2G/3G lên 4G tỉnh Phú Thọ
- Viễn thông Phú Thọ là một doanh nghiệp lớn, với cơ sở hạ tầng đã được
đầu tư vững chắc
- Viễn thông Phú Thọ sẵn sàng đáp ứng mọi dịch vụ về Internet băng rộng về
điện thoại cố định và di động trên mọi địa bàn tỉnh
- Phú Thọ có trên 300 trạm BTS đảm bảo 100% số xã trong tỉnh được phủ
sóng di động 3G
Kế hoạch phát triển hạ tầng dùng chung giai đoạn 2011 - 2020:
+ Giai đoạn 2011 - 2015: 150 x 2 = 300 vị trí trạm thu phát sóng
+ Giai đoạn 2016 - 2020: 170 x 2 = 340 vị trí trạm thu phát sóng
Kế hoạch phát triển hạ tầng dùng riêng giai đoạn 2011 - 2020:
- Giai đoạn 2011 - 2015: 120 vị trí trạm thu phát sóng.
- Giai đoạn 2016 - 2020: 75 vị trí trạm thu phát sóng.
Dự phòng quỹ vị trí cho doanh nghiệp phát triển mạng lưới ứng dụng
công nghệ mới
Quy hoạch 300 vị trí trạm thu phát sóng thông tin di động để đáp ứng xu
hướng phát triển chung của công nghệ, khi mạng thông tin di động phát triển lên
các thế hệ tiếp theo (4G), ứng dụng công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng tốc độ
cao… Quỹ vị trí này chỉ được sử dụng khi các doanh nghiệp phát triển mạng lưới
lên thế hệ tiếp theo, ứng dụng các công nghệ mới; mỗi doanh nghiệp không được
phép lắp đặt quá 75 vị trí. Ngoài quỹ vị trí trên, các doanh nghiệp có thể lắp đặt và
triển khai hạ tầng mạng 4G trên cơ sở sử dụng chung hạ tầng với mạng 2G, 3G hiện
tại.
Kế hoạch phát triển hạ tầng 2011 - 2020:
- Giai đoạn 2011 - 2015: 100 vị trí trạm thu phát sóng.
- Giai đoạn 2016 - 2020: 200 vị trí trạm thu phát sóng.
Dự phòng quỹ vị trí cho doanh nghiệp mới tham gia thị trường
Dành cho các doanh nghiệp được cấp phép sau khi quy hoạch đã được ban
hành. Quỹ vị trí trạm dự phòng dành cho 02 doanh nghiệp. Đến năm 2020, dự
phòng 150 vị trí trạm thu phát sóng cho các doanh nghiệp mới, mỗi doanh nghiệp
có không quá 75 vị trí trạm thu phát sóng. Khuyến khích các doanh nghiệp mới thỏa
thuận, phối hợp sử dụng hạ tầng và thuê lại hạ tầng của các doanh nghiệp khác. Quỹ
vị trí trạm dự phòng này không dành cho các doanh nghiệp đang hoạt động.
Kế hoạch phát triển hạ tầng 2011 - 2020:
- Giai đoạn 2011 - 2015: 90 vị trí trạm thu phát sóng.
- Giai đoạn 2016 - 2020: 60 vị trí trạm thu phát sóng.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Công nghệ 4G cần phải duy trì các dịch vụ đa phương tiện tương tác, hội
nghị truyền hình và internet không dây có độ rộng băng tần lớn hơn và rõ ràng có
vận tốc truyền và tính di động toàn cầu cao hơn. Các tính năng này không có ở hệ
thống 3G . Phân tích đã cho thấy hệ thống 4G sẽ cho giá cả rẻ hơn so với 3G do nó
được xây dựng trên cơ sở mạng hiện có và không mất chi phí lớn khi chuyển đổi
thiết bị. Chính vì những ưu điểm trên mà em đã chọn việc thiết kế mạng 4G cho
viễn thông Phú Thọ.
Việc thiết kế mạng 4G cho Viễn thông Phú Thọ cũng có đặc thù theo địa lý
vùng miền. Do dân cứ phân bố không đều chỉ chủ yếu tập trung ở khu vực thị trấn,
thị tứ, nên việc thiết kế cũng cần tập trung vùng phủ sóng theo khu vực. Nếu việc
thiết kế dàn trải sẽ gây lãng phí và không hiệu quả.
Đối với tỉnh Phú Thọ là tỉnh miền núi, trung du bị ảnh hưởng nhiều do bị che
chắn. Để phù hợp với địa hình miền núi đối với vùng, khu công nghiệp ven thành
phố, các thị tứ không đông dân có thể sử dụng thêm các node chuyển tiếp sẽ tiếp
kiệm được chi phí và nâng cao hiệu quả vùng phủ sóng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận văn đã hoàn thành được các mục tiêu đề ra ban đầu bám sát đề cương
nghiên cứu và hoàn thành đúng hạn.
Trên cơ sở tham khảo nhiều tài liệu và nhiều vấn đề liên quan tới nội dung
luận văn, tác giả đã tìm hiểu về Công nghệ điều chế đa sóng mang trực giao OFDM,
đây là một trong những vấn đề then chốt trong sự phát triển của LTE. LTE cung cấp
một con đường tiến hóa đến các tốc độ cao hơn và độ trễ thấp hơn cùng với hiệu
quả trong sử dụng phổ tần hữu hạn của các nhà khai thác, LTE cho một môi trường
dịch vụ di động hấp dẫn và phong phú hơn.
Trong đề tài luận văn này, em đề cập đến tầm quan trọng của thông tin di
động với khả năng kết nối mọi lúc mọi nơi nó luôn thể hiện những tiện ích và ngày
càng không thể thiếu đối với ngường sử dụng.
Qua một thời gian học tập tại khoa Điện tử- Trường đại học kỹ thuật công
nghiệp Thái Nguyên, được sự giúp đỡ tận tình của Thầy giáo PGS.TS Nguyễn
Thanh Hà và các thầy cô giáo trong khoa. Đến nay em đã kết thúc khóa học và
hoàn thành luận văn của mình.
Với mục tiêu nghiên cứu, phân tích về công nghệ then chốt nhằm ứng dụng
cho mạng di dộng thế hệ sau và áp dụng triển khai 4G cho Viễn thông Phú Thọ .
luận văn đã hoàn thành được tất cả các mục tiêu đã đề ra.
Kiến nghị
+ Tính toán, quy hoạch 4G/LTE
+ Nghiên cứu hệ thống truyền thông tốc độ Gigabit sử dụng xử lý tín hiệu thời
gian.
Tác giả mong rằng đề tài này sẽ được đưa vào ứng dụng cho các nhà mạng
của Tỉnh Phú Thọ.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong nghiên cứu và trình bày nhưng luận văn
vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy,
Cô giáo cũng như những đóng góp ý kiến của bạn bè, đồng nghiệp để luận văn được
hoàn thiện hơn.
