nghiên cứu giảm PAPR trong hệ thống LTEADVANCED

Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN
Em tên là: Trương Công Tý

Lớp : 09DT1

Khoa Điện tử-Viễn thông

Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao của bất kì đồ án
nào đã có trước đây. Nếu có em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Đà Nẵng, ngày…..tháng…..năm 2014
Kí tên

Trương Công Tý


Lời cam đoan

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
LỜI MỞ ĐẦU
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


Lời cam đoan

CÁC TỪ VIẾT TẮT
3G

3rd Generation

3GPP

3rd Generation Partnership Project

4G

4th Generation

AWGN

Additive white Gaussian Noise

B3G

Beyond 3rd Generation

BER

Bit Error Rate

BS

Base Station

CA

Carrier Aggregation

CC

Component Carrier

CDMA

Code Division Multiple Access

CoMP

Coordinated Multi Point

CP

Cyclic Prefix

DFT

Discrete Fourier Transform

DL

Down link

DSCH

Downlink Shared Channel

EDGE

Enhanced Data rates for GSM Evolution

ESNRC

Enhanced Signal to Noise Combining

ERC

Equal Ratio Combining

FDMA

Frequency Division Multiple Access


Lời cam đoan

FDD

Frequency Division Duplex

FFT

Fast Fourier Transform

FSTD

Frequency Shift Transmit Diversity

FRC

Fixed Ratio Combining

GSM

Global System for Mobile communication

HSPA

High Speed Packet Access

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

IMT

International Mobile Telecommunications

IMT-A

International Mobile Telecommunications Advanced

ITU

International Telecommunication Union

LOS

Line Of Sight

LSP

Large Scale Parameter

LTE

Long Term Evolution

LTE-A

Long Term Evolution Advanced

MIMO

Multiple Input and Multiple Output

MM

Mobiliti Management

MMSE

Minimum Mean Square Error

MPC

Multi Path Component

MRC

Maximum Ratio Combining

NLOS

Non Line Of Sight


Lời cam đoan

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OFDMA

Orthogonal Frequency Division Multiple Access

PAPR

Peak to Average Power Ratio

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

QoS

Quality of Service

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

RAN

Radio Access Network

RF

Radio Frequency

RN

Relay Node

RRM

Radio Resource Management

RX

Receiver

SCFDMA

Single Carrier Frequency Division Multiple Access

SCME

Spatial Channel Model Extended

SER

Symbol Error Rate

SISO

Single Input and Single Output

SNR

Signal to Noise Ratio

SNRC

Signal to Noise Ratio Combining

TDD

Time Division Duplex

TDSCDMA

Time Division Synchronous Code Division Multiple Access

TX

Transmitter

Lời cam đoan

UE

User Equipment

UL

Up link

UMTS

Universal Mobile Telecommunications System

VoIP

Voice over Internet Protocol

WLAN

WIRELESS LOCAL AREA NETWORK


Lời cam đoan

LỜI MỞ ĐẦU
Hệ thống thông tin di động trên thế giới phát triển không ngừng, nhằm đáp ứng
nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng cao của người dùng. Hệ thống LTE-Advanced

có thể coi là hệ thống tiên tiến nhất hiện nay, nó đã được một số nước trên thế giới
triển khai xây dựng và thương mại hóa. Với tính tương đồng với các thế hệ trước
đặc biệt là thế hệ tiền 4G (LTE), LTE-Advanced đang chiếm ưu thế trong cuộc đua
với WirlessMAN-Advanced để trở thành công nghệ được ứng dụng rộng rãi cho
4G. LTE-Advanced đã có những cải tiến đáng kể so với thế hệ tiền 4G (LTE) cũng
như các thế hệ trước nó, ví dụ như về băng thông cũng như tốc độ dữ liệu.
Đồ án này trình bày về một số kĩ thuật nổi bậc được sử dụng trong hệ thống
LTE-Advanced. Nội dung đồ án bao gồm 4 chương :
Chương 1 : Lịch sử phát triển mạng di động và tổng quan về LTEAdvanced
Chương này đã giới thiệu về sự ra đời và phát triển của các thế hệ thông tin di
động. Khái quát được các đặc điểm nổi bậc của LTE-Advanced.
Chương 2 : Kỹ thuật đa truy cập đường xuống và đường lên trong LTEAdvanced
Trình bày chi tiết về hai kỹ thuật đa truy cập đường xuống (OFDMA ) và kỹ
thuật đa truy cập đường lên (SC-FDMA ). Qua đó, chúng ta có thể thấy được các ưu
nhược điểm của từng phương pháp. Đây là hai kỹ thuật đã được sử dụng trong gian
đoạn tiền 4G với công nghệ LTE.
Chương 3 : Kỹ thuật kết tập sóng mang (Carrier Aggregation ) trong LTEAdvanced
Trong chương 3 chúng ta sẽ tìm hiểu một kỹ thuật hoàn toàn mới đã được đưa
vào ứng dụng trong LTE-Advanced đó là kỹ thuật kết tập sóng mang. Đây là kỹ
thuật mang tính đặc trưng nhất trong LTE-Advanced bởi vì nhờ nó mà LTEAdvanced sẽ đạt được những đặc điểm kỹ thuật vượt bậc như băng thông, tốc độ
truyền dữ liệu để phù hợp với những yêu cầu của ITU đưa ra cho mạng 4G.


Lời cam đoan

Chương 4 : Đánh giá chỉ số PAPR trong hệ thống LTE-Advanced
Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về chỉ số công suất đỉnh trên công suất trung
bình PAPR (Peak to Averrage Power Ratio) của hai phương pháp OFDMA và SCFDMA. Bằng mô phỏng matlab, chúng ta đã biết được tại sao LTE-Advanced vẫn
tiếp tục sử dụng kỹ thuật SC-FDMA cho đa truy cập đường lên.
Trong quá trình hoàn thành đồ án này, tuy đã có nhiều cố gắng nhưng vẫn

còn nhiều thiếu sót. Rất mong quý thầy cô chỉ bảo thêm.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn thông, đặc
biệt là thầy Tăng Tấn Chiến đã nhiệt tình hướng dẫn để em hoàn thành tốt đồ án
này.
CHƯƠNG 1
SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG
VÀ TỔNG QUAN VỀ LTE-ADVANCED
1.1 Giới thiệu chương
Các thế hệ mạng thông tin di động nối tiếp nhau phát triển trên nền công nghệ
truyền thông không dây liên tục đổi mới để đáp ứng nhu cầu tương tác, làm việc,
giải trí ngày càng cao của người dùng. Nhu cầu về tốc độ truyền dữ liệu, khả năng
bảo mật, dung lượng, chất lượng… của dịch vụ ngày càng lớn. Vì vậy việc ra đời
của các hệ thống 2G,3G,4G là để đáp ứng các nhu cầu này. Ở chương này ta sẽ tập
trung vào sự ra đời và phát triển của mạng thông tin di động từ 2G lên 4G, đồng
thời trình bày tổng quan về hệ thống LTE-Advanced.
1.2 Sự phát triển của mạng thông tin di động từ 2G lên 4G


Lời cam đoan

Hình 1.1 Các thế hệ mạng di động toàn cầu
1.2.1 Mạng thông tin di động 2G
Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hoàn toàn
so với thế hệ đầu tiên. Nó sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog
của thế hệ 1G. Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong
suốt một thời gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng
hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS. Theo
đó, các tín hiệu thoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số
dưới nhiều dạng mã, cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một
băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí.

1.2.2 Mạng thông tin di động 3G
Là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hơn hẳn các thế hệ trước đó. Nó
cho phép người dùng di động truyền tải cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải
dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips … Nó đặc trưng
bới tốc đọ truyền dữ liệu cao, dung lượng lớn, tăng hiệu quả sử dụng phổ tầng và
nhiều cải tiến đáng kể khác.
Công nghệ 3G cũng được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức
Viễn thông Thế giới (ITU). Ban đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất trên


Lời cam đoan

thế giới, nhưng trên thực tế, thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần riêng biệt : UMTS,
CDMA2000, TD-SCDMA và WIDEBAND-CDMA .
- UMTS: dựa trên công nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói
chung thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network
operator) sử dung GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á
(trong đó có Việt Nam). UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP. Tốc độ
truyền dữ liệu tối đa là 1920Kbps nhưng thực tế tốc độ này là 384Kbps.
- CDMA2000: là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G, cung cấp tốc độ dữ liêu từ
144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s .
- TD-SCDMA: là chuẩn ít được biết đến hơn, được phát triển riêng tại Trung
Quốc bởi công ty Datang và Siemens.
- WIDEBAND-CDMA: Hỗ trợ tốc độ giữa 384 kbit/s và 2 Mbit/s. Giao thức
này được dùng trong một mạng diện rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 kbit/s. Khi
nó dùng trong một mạng cục bộ LAN, tốc độ tối đa chỉ là 1,8 Mbit/s.
Để cải tiến tốc độ dữ liệu của mạng 3G hai kĩ thuật HSUPA và HSDPA đã được
đề nghị. Khi 2 kĩ thuật này được triễn khai người ta gọi chung là HSPA và nó được
biết đến như mạng 3,5G.
- HSUPA: kĩ thuật này cho phép tăng tốc độ upload thông tin tối đa là 5,8Mbps.

- HSDPA: kĩ thuật này cho phép download thông tin với tốc độ tối đa là
14,4Mbps, nhưng thực tế thì nó chỉ đạt được 1,8Mbps và tốt nhất là 3,6Mbps.
1.2.3 Mạng di động tiền 4G-LTE (3,9G)
Hai công nghệ là LTE và WiMax đã được một số nhà mạng trên thế giới triển
khai xây dựng. họ gọi đó là 4G nhưng thật sự chưa được ITU công nhận nên nó
được biết đến như công nghệ 3,9G . Các đặc điểm chính của mạng di động tiền 4G
dựa trên công nghệ LTE: tốc độ truyền dữ liệu, dải tần co giản được, đảm bảo hiệu
suất khi di chuyển, giảm độ trễ ở mặt phẳng người dùng, giảm độ trễ trên mặt phẳng
người sử dụng và các mặt phẳng điều khiển.
- Tốc độ truyền dữ liệu : dung lượng truyền trên kênh đường lên có thể đạt tối
đa là 50Mbps và đường xuống là 100Mbps đối với băng thông 20MHz.


Lời cam đoan

- Dải tần co giản được: dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở rộng
từ 1.4MHz ; 3MHz ; 5MHz ; 10MHz đến 20 MHz. Nó cho thấy sự linh hoạt trong
việc sử dụng băng thông.
- Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển: tùy thuộc vào băng tần mà LTE tối ưu hóa
hiệu suất cho thiết bị đầu cuối. Khi thiết bị đầu cuối di chuyển với vận tốc từ 015Km/h thì hiệu suất là tối ưu, vẫn hỗ trợ hiệu suất cao đối với vận tốc 15-20Km/h,
đối với vận tốc trên 120Km/h thì hệ thống vẫn duy trì được kết nối trên toàn mạng.
- Giảm độ trễ ở mặt phẳng người sử dụng: hiện nay rất nhiều ứng dụng yêu cầu
thời gian thực nhưng nhược điểm của các mạng tổ ong là độ trễ đường truyền cao
hơn nhiều so với các mạng dây cố định.
Yêu cầu độ trễ trên giao tiếp vô tuyến đối với mạng LTE là khoảng chừng 5ms
để độ trễ truyền từ UE này đến UE khác tương đương với độ trễ ở các mạng dây cố
định.
- IP: một trong những tính năng đáng kế nhất của mạng LTE đó là sự chuyển
dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa trên IP. Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh
hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động khác.

- Đồ phủ sóng: LTE cung cấp tối ưu về lưu lượng người dùng,độ di động và
hiệu suất phổ trong vòng bán kính 5km. khi phạm vi tăng lên đến 30km thì lưu
lượng người dùng sẽ giảm nhẹ nhưng hiệu suất phổ thì bị giảm 1 cách đáng kể, tuy
nhiên nó vẫn có thể chấp nhận được.
- Các kĩ thuật MIMO, OFDMA, SC-FDMA được sử dụng trong mạng LTE thay
vì CDMA như trong mạng 3G.
1.2.4 Mạng thông tin di động 4G
Là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu
với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 - 1,5 Gbit/s. Là chuẩn tương lai
của các thiết bị không dây. Điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbit/s
khi di chuyển và tới 1 Gbit/s khi đứng yên, cũng như cho phép người sử dụng có thể
tải và truyền lên các hình ảnh, video clips chất lượng cao. Và trong tương lai, mạng
di động LTE Advance, WiMax (nhánh khác của 4G)… sẽ là những thế hệ tiến bộ


Lời cam đoan

hơn nữa, cho phép người dùng truyền tải các dữ liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải
nghệm web tiên tiến hơn cũng như mang lại cho người dùng nhiều tiện lợi hơn nữa
từ chính chiếc di động của mình.
1.3 Tổng quan về LTE-Advanced (Long Term Evolution- Advanced)
Hệ thống thông tin di động 4G đã được khai thác và phát triển tại 1 số quốc gia
phát triển trên thế giới từ năm 2012. Với tính tương đồng với các thế hệ trước đặc
biệt là thế hệ tiền 4G (LTE), LTE-Advanced đang chiếm ưu thế trong cuộc đua với
WirlessMAN-Advanced để trở thành công nghệ được ứng dụng rộng rãi cho 4G.
LTE-Advanced thực chất chỉ là bảng nâng cấp của LTE nhằm hướng đến thỏa
mãn các yêu cầu của IMT-Advanced. Việc nâng cấp này thê hiện rõ ở chỗ các công
nghệ được sử dụng trong LTE cũng được sử dụng trong LTE-Advanced (OFDMA,
SC-FDMA, MIMO,…). Nhưng đã có 1 số cải tiến để phát huy tối đa hiệu quả sử
dụng của nó như MIMO tăng cường sử dụng cấu hình cao hơn (8x8 MIMO), đồng

thời LTE-Advanced còn sử dụng thêm nhiều kĩ thuật mới để nâng cao đặc tính : kết
tập sóng mang, trạm chuyển tiếp, đa anten cải tiến, phối hợp đa điểm, mạng không
đồng nhất.
1.3.1 Yêu cầu thiết kế của LTE-Advanced
1.3.1.1 Các thông số chính
Các yêu cầu
Tốc độ đường xuống đỉnh
Tốc độ đường lên đỉnh
Khả năng cung cấp phổ
Thời gian chờ (mặt phẳng
người dùng)
Thời gian chờ (mặt phẳng
điều khiển)
Hiệu suất phổ đỉnh ở đường
xuống
Hiệu suất phổ đỉnh ở đường
lên
Hiệu suất phổ trung bình ở
đường xuống
Hiệu suất phổ trung bình ở
đường lên

Đáp ứng của LTE-Advanced
1Gbps
500Mbps
Lên đến 100MHz
10ms
50ms
30bps/Hz (8x8)
15bps/Hz (4x4)

2.6bps/Hz (4x2)
2.0bps/Hz (2x4)


Lời cam đoan

Bảng 1.1 Các thông số chính của LTE-Advanced yêu cầu
1.3.1.2 Kiến trúc mạng của LTE-Advanced

Hình 1.2 Kiến trúc mạng của LTE-Advanced
- UE: là thiết bị đầu cuối. Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng
truyền thông, duy trì và loại bỏ các liền kết thông tin người dùng cần.
- eNB (eNodeB) : có tên là Evolved NodeB dựa trên chuẩn 3GPP là trạm gốc
được tăng cường mới. Là trạm BTS tăng cường cung cấp giao diện không gian và
thực hiện quản lý tài nguyên vô tuyến cho hệ thống này. Nó nén IP header và mã
hóa dữ liệu người dùng. Sự chọn lọc của một MME khi không có định tuyến tới
một MME nào tại thời điểm UE attach, thì nó có thể xác định nhờ thông tin được
cấp bởi UE. Định tuyến dữ liệu phẳng người dùng hướng tới cổng dịch vụ Serving
Gateway. Lập lịch và truyền dẫn thông tin quảng bá. Lập lịch và truyền dẫn những
thông báo tìm gọi. Cấu hình phép đo và báo cáo phép đo sự lưu động và sự lập
trình.
- S-GW (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu gói với EUTRAN. Nó có chức năng là : SWG có chức năng định tuyến và hướng các gói dữ
liệu người dùng, E-UTRAN ngừng bộ đệm gói downling và bắt đầu mạng thúc đẩy


Lời cam đoan

yêu cầu của dịch vụ. khi các UE ở trạng thái rỗi thì SWG sẽ kết thúc đường dữ liệu
downling và kích hoạt tìm gọi khi mà dữ liệu của downling chuyển tới UE. Quản lý
và lưu trữ các văn cảnh của UE.

- PDN-GW (Packet Data Network- Gate Way ) : Cổng mạng dữ liệu gói là
tuyến biên giữa EPS và các mạng dữliệu gói bên ngoài. Nó là nút cuối di động mức
cao nhất trong hệ thống, và nó thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho
UE. Nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và chọn lọc theo các yêu cầu bởi
các dịch vụ được đề cập. Là điểm đầu cuối cho những phiên hướng về mạng dữ liệu
gói bên ngoài. Đồng thời nó cũng là Router đến mạng Internet.
- MME (Mobility Mangament Entity) : Là node quan trọng của mạng truy cập
LTE-Advanced. Nó chịu trách nhiệm xử lý những chức năng mặt bằng điều khiển,
liên quan tới quản lý thuê bao và quản lý phiên, quản lý tính lưu động và xác nhận
UE cùng những tham số bảo mật. Một số chức năng chính của MME là : xác thực
và bào mật, quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối, quản lý tính di động, quản lý
hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối.
- PCRF (Policy and Charging Rules Funtion) : là chính sách và tính cước tài
nguyên, là phần tử chịu trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cước. PCRF là
một máy chủ và thường được đặt với các phần tử CN khác tại các trung tâm điều
hành chuyển mạch.
1.3.2 Các kỹ thuật nỗi bậc được sử dụng trong LTE-Advanced
1.3.2.1 Kỹ thuật OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

Hình 1.3 Kĩ thuật OFDM
Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số trực giao được sử dụng trong đa truy
cập theo đường xuống của LTE-Advanced. Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm nỗi bậc


Lời cam đoan

như : hiệu quả trong việc sử dụng băng tần, chống nhiễu xuyên kí tự, chống được
nhiều liên sóng mang… Ngoài ra nó còn có thế thay đổi tốc độ truyền tải đường lên
và xuống một cách dễ dàng nhờ vào việc thay đổi số lượng sóng mang được sử
dụng.

1.3.2.2 Kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple
Access)
Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số sóng mang đơn được LTE-Advanced
sử dụng cho đa truy cập đường lên. Ưu điểm của kỹ thuật này so với OFDMA là tỉ
số PAPR (tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình) nhỏ hơn, dẫn đến việc tiêu
thụ công suất ở thiết bị đầu cuối ít hơn tăng tính di động cho thiết bị.
1.3.2.3 Kỹ thuật MIMO tiên tiến

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống MIMO
Là kỹ thuật đa anten thu và phát được LTE-Advanced tiếp tục sử dụng vì hiệu
quả của nó rất cao. Hai đặc tính nổi bậc của MIMO trong LTE-Advanced là ghép
kênh không gian và phát phân tập.Với cấu hình 8x8 ở đường lên và 4x4 ở đường
xuống LTE-Advanced đã đạt được hiệu suất phổ đỉnh như yêu cầu (hiệu suất phổ
đường xuống là 30bps/Hz và 15bps/Hz ở đường lên).
1.3.2.4 Kỹ thuật kết tập sóng mang (Carrier Aggregation)
Kỹ thuật kết tập sóng mang được LTE-Advanced áp dụng để tăng băng thông
và do đó làm tăng tốc độ bit. Nhờ đó mà LTE-Advanced đạt được yêu cầu về băng
thông và tốc độ truyền dẫn dữ liệu. Nó được xem như là một trong những kỹ thuật
đặc trưng nhất của LTE-Advanced.


Lời cam đoan

Hình 1.5 Kĩ thuật kết tập sóng mang
Để tăng độ rộng băng tần mà vẫn duy trì được tính tương thích phổ(không bị
nhiễu sóng mang) nhờ vào việc sử dụng kỹ thuật kết tập sóng mang, trong đó nhiều
sóng mang con được kết hợp với nhau để cung cấp độ rộng băng tần cần thiết. Các
sóng mang thành phần có thể có băng thông là 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz và tối đa
chỉ có 5 sóng mang thành phần được kết hợp, từ đó băng thông kết hợp có thể lên
tới 100MHz. Tùy thuộc vào độ rộng băng tần sẵn có mà LTE-Advanced có thể áp

dụng kỹ thuật kết tập sóng mang liền kề hay không liền kề.
1.3.2.5 Truyền dẫn đa điểm phối hợp (Coordinated Multi-Point Transmission )
Mục tiêu về tốc độ số liệu của LTE-Advanced yêu cầu sự cải thiện đáng kể về tỉ
lệ tín hiệu trên tạp âm và can nhiễu ở thiết bị đầu cuối. Định dạng chùm là một
cách. Ở các mạng hiện tại, nhiều anten nằm phân tán về mặt địa lý kết nối đến một
đơn vị xử lý băng gốc trung tâm được sử dụng nhằm đem lại hiệu quả về chi phí.
Hệ thống phối hơp có 1 nút nguồn phân phát 1 bản tin đến một số nút chuyển tiếp.
Các nút này gửi lại tín hiệu đã được xử lý đến nút đích. Nút đích kết hợp và sử dụng
phân tập tín hiệu thu được từ các nút chuyển tiếp và từ nút nguồn để nhận được tín
hiệu thu.


Lời cam đoan

Hình 1.6 Hệ thống phối hợp có 2 nút chuyển tiếp
Lợi ích của hệ thống CoMP trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ:
+ Tăng hiệu quả sử dụng mạng: bằng việc cung cấp kết nối tới nhiều trạm cùng
lúc, dữ liệu có thể tận dụng tối ưu tài nguyên của các trạm thu phát đó.
+ Nâng cao chất lượng thuê bao: sử dụng nhiều tế bào mạng trên 1 thuê bao sẽ
tăng khả năng thu nhận và giảm đáng kể việc mất kết nối.
+ Giảm nhiễu: Hệ thống này giúp cải thiện đáng kể về tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm
và can nhiễu ở thiết bị đầu cuối.

1.3.3 So sánh giữa LTE và LTE-Advanced
Đặc tính

LTE

LTE-Advanced

Lời cam đoan

Tốc độ số liệu đỉnh đường xuống
Tốc độ số liệu đỉnh đường lên
Băng thông
Hiệu suất sử dụng phổ
tần(bps/Hz) ở đường xuống
Hiệu suất sử dụng phổ
tần(bps/Hz) ở đường lên
Độ trễ
Cấu hình MIMO ở đường xuống
Cấu hình MIMO ở đường lên

326 Mbps
86 Mbps
≤ 20MHz
16.3 (4x4 MIMO)

1 Gbps
500 Mbps
≤ 100MHz
30 (8x8 MIMO)

4.32 (SISO)

15 (4x4 MIMO)

10 ms
4x4

2x4

5 ms
8x8
4x4

Bảng 1.2 Bảng so sánh LTE với LTE-Advanced
1.4 Kết luận chương
Ở chương này chúng ta đã sơ lược về lịch sử phát triển của các thế hệ di động.
Các công nghệ của các thế hệ tương ứng, trong đó công nghệ vượt trội hơn cả chính
là LTE-Advanced. Chúng ta sẽ đi vào chi tiết hơn về các kỹ thuật được sử dụng chủ
yếu trong LTE-Advanced ở các chương tiếp theo.


Lời cam đoan

CHƯƠNG 2
KỸ THUẬT ĐA TRUY CẬP ĐƯỜNG XUỐNG
VÀ ĐƯỜNG LÊN TRONG LTE-ADVANCED
2.1 Giới thiệu chương
Để hiểu rõ hơn về hai kỹ thuật đa truy cập đường xuống (OFDMA) và đa truy
cập đường lên SC-FDMA, trong chương này chúng ta sẽ đi sâu phân tích đánh giá
các ưu nhược điểm của hai kỹ thuật này.
2.2 Kỹ thuật đa truy cập đường xuống
2.2.1 Giới thiệu chung về OFDMA
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) : đa truy cập phân
chia theo tần số trực giao đã được LTE-Advanced sử dụng cho đa truy cập đường
xuống.

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống OFDMA

Đầu tiên, dữ liệu vào tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu song song
tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp/song song(S/P: Serial/Parrallel). Mỗi
dòng dữ liệu song song sau đó được mã hóa sử dụng thuật toán sửa lỗi tiến (FEC )
và được sắp xếp theo một trình tự hỗn hợp. Những symbol hỗn hợp được đưa đến
đầu vào của khối IDFT.Khối này sẽ tính toán các mẫu thời gian tương ứng với các
kênh nhánh trong miền tần số. Sau đó, khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu
xuyên ký tự ISI do truyền trên các kênh di động vô tuyến đa đường..Cuối cùng thực
hiện điều chế cao tần, khuếch đại công suất và phát đi từ anten.


Lời cam đoan

Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu tác động đến như
nhiễu Gausian trắng (Additive White Gaussian Noise-AWGN),…
Bên phía thu, tín hiệu thu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc
nhận được sau bộ D/A thu. Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển
đổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi FFT (khối FFT). Sau đó,
tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của các
sóng mang con sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã. Sau cùng, chúng ta
nhận lại được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu sau khi chuyển từ song song về nối tiếp.
2.2.1.1 Chức năng của từng khối
- Khối S/P : chuyển đổi các luồng dữ liệu bit nhị phân từ nối tiếp thành song
song để giảm tốc độ đưa vào bộ điều chế .
- Khối FFT và IFFT : Khối thực hiện chức năng biến đổi DFT/IDFT được dùng
để thay thế toàn bộ các bộ tạo dao động sóng sin, bộ điều chế, giải điều chế dùng
trong mỗi kênh phụ. FFT/IFFT được xem là một thuật toán giúp cho việc thực hiện
phép biến đổi DFT/IDFT nhanh và gọn hơn bằng cách giảm số phép nhân phức khi
thực hiện phép biến đổi DFT/IDFT và giúp tiết kiệm bộ nhớ bằng cách tính tại chỗ.

Hình 2.2 Sơ đồ khối FFT và IFFT

- Khối chèn khoảng bảo vệ nó có chức năng chèn các khoảng bảo vệ giữa các
symbol trong OFDM để tránh nhiễu liên kí tự.
- Khối P/S : khối này có nhiệm vụ ghép các giá trị thực thu được thành một
chuỗi theo đúng thứ tự ban đầu. khi ta ghép tất cả giá trị thực này trên miền thời
gian nó sẽ tạo thành 1 đường bao tín hiệu OFDMA.


Lời cam đoan

Hình 2.3 Đường bao tín hiệu OFDMA
2.2.1.2 Truyền tín hiệu giữa các khối trong OFDMA

Hình 2.4 Sơ đồ truyền dữ liệu trong khối OFDMA
Tín hiệu được truyền từ máy phát qua bộ S/P chuyển thành N chuỗi tín hiệu
song song,sau đó từng chuỗi tín hiệu con này qua mỗi bộ điều chế,ngõ ra các bộ
điều chế sẽ thu được một chuỗi số phức X0,X1,…,XN-1. Chuỗi này có dạng như sau :
(2.1)
k

Với Ts là chu kì của tín hiệu và f là tần số các sóng mang.


Lời cam đoan

Do
(2.2)
Nên ta có thể viết lại :
(2.3)
Sau khi qua bộ IFFT thì tín hiệu là các mẫu rời rạc trong miền thời gian và có
dạng sau :

(2.4)
Tín hiệu này tiếp tục qua khối chèn bảo vệ và khối D/A để ta thu được tín hiệu
liên tục y(t) sau :
(2.5)
Ở bên phía máy thu sẽ thực hiện các quá trình ngược lại (biến đổi A/D,lọc
khoảng bảo vệ rồi qua khối FFT được giải điều chế và biến đổi song song thành nối
tiếp nhờ khối (P/S) để thu được tín hiệu như ban đầu.
2.2.2 Các đặc điểm nổi bậc của kỹ thuật OFDMA
2.2.2.1 Sử dụng bộ FFT và IFFT
Kỹ thuật OFDMA có hiệu suất sử dụng phổ rất cao và có thể chống được nhiễu
liên kí tự,nhờ sử dụng kĩ thuật điều chế đa sóng mang trong đó các sóng mang con
trực giao với nhau.


Lời cam đoan

Tuy nhiên để thực hiện được điều này dường như là không thể, bởi vì mỗi sóng
mang thành phần cần phải có bộ tách sóng, bộ điều chế và giải điều chế cho riêng
nó. Trong khi đó số lượng các sóng mang thành phần dùng để truyền tín hiệu là rất
lớn. Vì thế người ta đã dùng thuật toán IDFT/DFT để thay thế tất cả các bộ tạo dao
động sóng sin, bộ điều chế và giải điều chế nhằm giải quyết triệt để vấn đề này.
Xét chuỗi tín hiệu x(n) có chiều dài N (n=0,1,2,3,….., N-1) lúc đó
Công thức biền đổi của thuật toán DFT :
(2.6)
Với k = 0,1,……..,N-1
Công thức của thuật toán IDFT là :
(2.7)
Không dừng ở đó, các thuật toán DFT/IDFT vẫn còn tính toán khá lâu không
thể đáp ứng được thời gian thực,với thời gian tính của phép DFT gồm :

+ Thời gian thực hiện phép nhân số phức
+ Thời gian thực hiện phép cộng số phức
+ Thời gian đọc các hệ số
+ Thời gian truyền số liệu
Trong đó thời gian thực hiện phép nhân số phức là đáng quan tâm nhất. Vì thế
người ta phải giảm số lượng phép tính nhanh nhằm đảm bảo được thời gian thực


Lời cam đoan

cho kênh truyền, ở đây thuật toán FFT/IFFT được sử dụng để thay thế cho
DFT/IDFT. Thuật toán FFT/IFFT giúp cho việc tính toán nhanh và đơn giản hơn rất
nhiều.
2.2.2.2 Phương pháp chống nhiễu liên kí tự
Trong đường truyền vô tuyến, tín hiệu cao tần từ máy phát có thể bị phản xạ từ
các vật cản như đồi, nhà cửa, xe cộ…sinh ra nhiều đường tín hiệu đến máy thu, dẫn
đến lệch pha giữa các tín hiệu đến máy thu làm cho biên độ tín hiệu thu bị suy giảm.

Hình 2.5 Tín hiệu bị phản xạ trên đường truyền
Chính các thành phần trễ truyền làm cho các symbol liền kề nhau chồng lấn lên
nhau ở phía máy thu, tại máy thu sẽ là chồng chập các tín hiệu từ nhiều đường khác
nhau. Hiện tượng này gọi là nhiễu liên kí tự ISI (Inter Symbol Interference). Thời
gian trễ truyền (trải trễ) được tính theo công thức (τ = ∆s/c), với khoảng thời gian
của một mẫu tín hiệu thì đây là một khoảng chênh lệch rất đáng kể.


Lời cam đoan

Hình 2.6 Ảnh hưởng của nhiễu liên kí tự
Để giải quyết vấn đề này người ta dùng phương pháp chèn khoảng bảo vệ giữa

hai symbol liền kề nhau. Khoảng bảo vệ là bản copy tuần hoàn theo chu kỳ, làm mở
rộng chiều dài của dạng sóng ký hiệu. Mỗi ký hiệu khi chưa bổ sung khoảng bảo vệ,
có chiều dài bằng kích thước IFFT (được sử dụng để tạo tín hiệu) bằng một số
nguyên lần chu kỳ của sóng mang phụ đó. Do vậy việc đưa vào các bản copy của kí
hiệu nối đuôi nhau tạo thành một tín hiệu liên tục, không có sự gián đoạn ở chỗ nối.
Như vậy việc sao chép đoạn cuối của ký hiệu và đặt nó vào điểm bắt đầu của mỗi
ký hiệu đã tạo ra một khoảng thời gian ký hiệu dài hơn.