Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

DƢƠNG ĐÌNH SÁNG

ĐIỀU KHIỂN GIẢM CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO
TRONG HỆ THỐNG LTE

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

DƢƠNG ĐÌNH SÁNG

ĐIỀU KHIỂN GIẢM CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO
TRONG HỆ THỐNG LTE
Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trịnh Anh Vũ

Hà Nội - 2015

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn này và kết quả đạt đƣợc là của là do tôi thực
hiện. Luận văn đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS.Trịnh Anh Vũ,
giảng viên Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội. Những kết
quả đạt đƣợc trong quá trình tôi thực hiện Luận văn là trung thực và có đƣợc từ
những tìm hiểu, nghiên cứu và mô phỏng mà tôi đã tiến hành trong thời gian
qua.
Học viên

Dƣơng Đình Sáng

Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


2

LỜI CẢM ƠN
Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng đến các thầy cô giáo Trƣờng Đại
học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy dỗ, dìu dắt em trong suốt thời
gian học tại trƣờng.
Để hoàn thành Luận văn nay, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo
Khoa Điện tử Viễn thông, Trƣờng Đại học Công nghệ, đặc biệt là thầy giáo
PGS.TS Trịnh Anh Vũ, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn Luận văn đã hết sức tạo điều
kiện, tận tình chỉ bảo cho em trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ trong thời
gian làm Luận văn tốt nghiệp.
Trân trọng./.

Học viên

Dƣơng Đình Sáng

Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


3

MỤC LỤC
Trang phụ bìa………………………………………………………………….
Lời cam đoan………………………………………………………………...1
Lời cảm ơn…………………………………………………………………...2
Mục lục………………………………………………………………………3
Danh mục các chữ viết tắt………………………………………………….5
Danh mục các bảng………………………………………………………….6
Danh mục các hình vẽ, đồ thị………………………………………………..6
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….8
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN KỸ THUẬT OFDM VÀ OFDMA…...………9
1.1 Kỹ thuật điều chế OFDM…………………………………………....9
1.1.1 Mở đầu……………………………..…………………………9
1.1.2 Đa sóng mang……………………………………………….9
1.1.3 Sóng mang trực giao…………………...……………………10
1.1.4 Cơ sở phƣơng pháp OFDM…………...………..……………10

1.2 Đặc điểm của OFDM ………………………...……………………14
1.3 Kỹ thuật OFDMA………………………………………………….16
1.4 So sánh OFDM và OFDMA………………………..………………18
1.5 Kết luận……………………………………………………...……..19
CHƢƠNG 2: CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO TRONG MẠNG

LTE/LTE-A………………………………………………………………...20
2.1 Tổng quan mạng LTE………………………………………………20
2.2 Mạng đồng nhất và mạng hỗn hợp trong LTE/LTE-A……..………22

2.3 Can nhiễu giữa các tế bào trong mạng LTE/LTE-A……….………23
2.4 Kết luận……………………………………………………….……25
CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN GIẢM NHIỄU GIỮA CÁC TẾ
BÀO TRONG MẠNG LTE/LTE-A………………………………………27
3.1 Công nghệ điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào ICIC trong
LTE……………………………………………………………………..27
3.1.1 Tái sử dụng tần số cứng ……………………………………28
3.1.2 Tái sử dụng tần số phân số …………………………………....28

3.1.3 Tái sử dụng tần số mềm ……………………………………29
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


4

3.1.4 Tính hiệu X2 hỗ trợ ICIC…………………………………….30
3.1.5 Hoạt động cơ bản của ICIC…………………………………..31
3.2 Công nghệ điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào tăng cƣờng
eICIC trong LTE-A…………………………………………………….33
3.2.1 Khái niệm eICIC……………………………………………33
3.2.2 Kỹ thuật dùng khung con gần nhƣ trống ABS……………….34

3.2.3 Sự kết hợp sóng mang với lập lịch chéo sóng mang ……...…37
3.2.4 Sự mở rộng cell……………………………………………..41
3.2.5 Phối hợp đa điểm……………………. ...…………………….42
3.3 Kết luận…………………………………………………...……..…42

CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ KỊCH BẢN GIẢM
CAN NHIỄU GIỮA CÁC TẾ BÀO………………………………………..44
4.1 Mô tả kịch bản và thuật toán………………...……………………44
4.1.1 Kịch bản I: Hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc
đƣờng lên ……………………………………………………..……44
4.1.2 Kịch bản 2: Hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu trên kênh xuôi
đƣờng xuống………………………………………...………...……47

4.2 Kết quả mô phỏng và đánh giá kết quả…………………………….49
4.2.1 Kịch bản I: Hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc
đƣờng lên.…………………………………………...………..…….49
4.2.2 Kịch bản 2: Hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu trên kênh xuôi
đƣờng xuống………………………………………………..………52

4.3 Kết luận……………………………………..………..…………….54
KẾT LUẬN………………………………………………………………...55
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………….…56

Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
ABS

Almos

BS

Base S

CA

Carrie

CCS

Cross

CRE

Cell R

CoMP

Coord

CSG

Closed

eICIC

Enhan

Coord

eNB

Enhan

HeNB

Home

HetNet

Hetero

ICIC

Inter-C

LTE

Long T

LTE-A

Long T

MeNB

Macro

MS

Mobile

OFDM

OFDMA

Orthog

Multip

Orthog

Multip

PBCH

Physic

PCC

Primar


PCFICH
PDCCH

Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE

Physic

Chann

Physic


6

PDSCH

Physica

PRB

Physica

RB

Resourc

RN

Relay N

SCC

Second

UE

User en

Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


7

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Hiệu khoảng cách giữa các thuê bao
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng phía phát hệ thống đa sóng mang
Hình 1.2 Sơ đồ khối chức năng phía thu hệ thống điều chế đa sóng mang
Hình 1.3 Các sóng mang trực giao
Hình 1.4 Biểu diễn FFT của dạng sóng thời gian
Hình 1.5 Phổ mật độ công suất
Hình 1.6 Phổ biên độ 2 sóng mang có tần số trực giao
Hình 1.7 Phổ ghép kênh đa tần số trực giao (OFDM)
Hình 1.8 Sơ đồ khối
Hình 1.9 Phân chia nguồn tài nguyên
Hình 1.10 Phân chia kênh trong OFDM
Hình 1.11 Chèn khoảng bảo vệ
Hình 1.12 Các sóng mang đồng bộ
Hình 1.13 Phân chia kênh OFDMA
Hình 1.14 Khối tài nguyên
Hình 1.15 Cấu trúc khung trong OFDMA
Hình 1.16 So sánh OFDM và OFDMA
Hình 2.1 LTE là sự hội tụ của nhiều nhánh công nghệ
Hình 2.2 Kiến trúc cơ bản và giao diện trong LTE
Hình 2.3 Truy cập OFDMA và SC-FDMA trong LTE
Hình 2.4 Mạng đồng nhất với các eNB trong LTE
Hình 2.5 Mạng hỗn hợp với các cell lớn và cell nhỏ trong LTE-A

Hình 2.6 Khả năng can nhiễu mạng đồng nhất trong LTE
Hình 2.7 Khả năng can nhiễu mạng hỗn hợp trong LTE-A
Hình 2.8 Mạng hỗn hợp với DeNB và RN
Hình 3.1 Can nhiễu giữa các tế bào trong LTE
Hình 3.2 Tái sử dụng tần số cứng
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


8

Hình 3.3 Tái sử dụng tần số phân số
Hình 3.4 Tái sử dụng tần số mềm
Hình 3.5 Phân bổ tần số khi có phối hợp qua tín hiệu
X2 Hình 3.6 Hoạt động cơ bản của ICIC
Hình3.7 Mạng đồng nhất và mạng hỗ hợp
Hình 3.8 Công nghệ ABS trong eICIC

Hình 3.9 Kênh điều khiển (PDCCH) và kênh dữ liệu (PDSCH)
Hình 3.10 Nhiễu bởi kênh điều khiển của macro cell trong
HetNet Hình 3.11 ICIC và eICIC
Hình 3.12 ABS: ngƣời dung macro cell và small cell
Hình 3.13 Kết hợp sóng mang
Hình 3.14 Lập lịch chéo sóng mang
Hình 3.15 Sử dụng lập lịch chéo sóng mang
Hình 3.16 Sự mở rộng cell
Hình 3.17 Phối hợp đa điểm
Hình 4.1 Kỹ thuật ICIC trong LTE
Hình 4.2 Kỹ thuật eICIC trong LTE-A
Hình 4.3 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách giữa 2 cell là
100m

Hình 4.4 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách giữa 2 cell là
110m
Hình 4.5 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách giữa 2 cell là
130m
Hình 4.6 Thông lƣợng trung bình hệ thống khi có và khi không phân khe
thời gian với bán kính small cell 30m
Hình 4.7 Thông lƣợng trung bình hệ thống khi có và khi không phân khe thời
gian với bán kính small cell 50m
Hình 4.8 Thông lƣợng trung bình hệ thống khi có và khi không phân khe
thời gian với bán kính small cell 80m

Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


9

MỞ ĐẦU
LTE viết tắt của cụm từ Long Term Evolution, có nghĩa là tiến hóa dài hạn. LTE
là một chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ dữ liệu cao dành cho điện thoại di
động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu, nó dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE
và UMTS/HSPA. Các yêu cầu chính cho mạng truy cập là hiệu quả phổ tần cao, tốc
độ dữ liệu cao, thời gian ngắn cũng nhƣ sự linh hoạt trong tần số và băng thông.
Các tiêu chuẩn của LTE đƣợc tổ chức Dự án đối tác thế hệ thứ 3 3GPP (The 3rd
Generation Partnership Project) ban hành và đƣợc quy định trong một loạt các chỉ
tiêu kỹ thuật của phiên bản 8 (Release 8) và đƣợc cập nhật trong các phiên bản tiếp
theo, đến phiên bản 10 đƣợc gọi là LTE-Advanced.

Trong mạng LTE/LTE-A, tại đƣờng xuống (downlink) sử dụng giải pháp
truy cập mới dựa trên công nghệ đa truy cập ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), kết hợp

với điều chế bậc cao hơn, băng thông lớn và ghép kênh không gian trong đƣờng
xuống nên có thể đạt đƣợc tốc độ dữ liệu cao. Tuy nhiên, một trong những nguy
cơ lớn nhất làm giảm thông lƣợng hệ thống trong mạng LTE/LTE-A đó là can
nhiễu giữa các tế bào do tần số đƣợc tái sử dụng với hệ số là 1, tần số sóng
mang trên các cell là nhƣ nhau nhằm tận dụng tài nguyên vô tuyến.
Để nhằm giảm và tránh việc giảm thông lƣợng hệ thống do can nhiễu giữa
các tế bào, các kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào đƣợc nghiên
cứu và áp dụng. Trong mạng LTE thƣờng đề cập đến kỹ thuật ICIC (Inter-Cell
Interference Coordination), trong mạng LTE-A thƣờng đề cập đến kỹ thuật
eICIC (enhenced ICIC).
Luận văn này sẽ trình bày về những vấn đề lý thuyết liên quan đến
OFDM/OFDMA và các kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong
mạng LTE/LTE-A, mô phỏng và đánh giá một số kịch bản điều khiển giảm can
nhiễu. Kết quả thu đƣợc có thể đƣợc xem xét áp dụng trong quy hoạch mạng và
là tiền đề để tiếp tục nghiên, áp dụng các kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu
trong các phiên bản tiếp theo của mạng LTE. Nội dung cụ thể của Luận văn
đƣợc phân bố trong các chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan kỹ thuật OFDM và OFDMA
Chƣơng 2: Can nhiễu giữa các tế bào trong mạng LTE/LTE-A
Chƣơng 3: Kỹ thuật giảm can nhiễu giữa các tề bào trong mạng LTE/LTE-A
Chƣơng 4: Mô phỏng và đánh giá một số mô hình giảm can nhiễu giữa các tế
bào
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


10

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM VÀ OFDMA
1.1 Kỹ thuật điều chế OFDM.
1.1.1 Mở đầu

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal frequencydivision multiplexing) là một phƣơng pháp mã hóa các dữ liệu kỹ thuật số trên
nhiều tần số sóng mang.
Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các
luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con
trực giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song
song với tốc độ thấp hơn cho nên lƣợng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đƣờng
đƣợc giảm xuống. Nhiễu xuyên ký tự ISI đƣợc hạn chế hầu nhƣ hoàn toàn do
việc đƣa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM. Trong
khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM đƣợc bảo vệ theo chu kỳ để tránh
nhiễu giữa các sóng mang ICI.
Trong OFDM, các kênh truyền con có khả năng chồng lấn phổ lên nhau
bằng cách lựa chọn các sóng mang cho các kênh truyền con trực giao với nhau.
Bên cạnh những ƣu điểm đƣợc kế thừa từ điều chế đa sóng mang, OFDM có
hiệu suất sử dụng phổ tần lớn hơn nhiều.
1.1.2 Đa sóng mang
Số lƣợng sóng mang đƣợc lựa chọn sao cho độ dài ký tự tại các kênh con
lớn hơn nhiều lần thời gian trễ của mỗi kênh con hay băng thông của mỗi kênh
con nhỏ hơn nhiều băng thông liên kết của kênh truyền. Điều kiện đó ngăn chặn
nhiễu giữa các ký tự trong mỗi kênh truyền con.
Với một hệ thống điều chế tuyến tính có tốc độ truyền R và băng thông B.
Giả sử kênh truyền là kênh Fading lựa chọn, tức là băng thông liên kết kênh
truyền (Bc) nhỏ hơn băng thông của hệ thống (Bcthành N hệ thống điều chế con, mỗi kênh truyền con có băng thông BN = B/N
<
Bc, cho phép ngăn chặn nhiễu fading trên mỗi kênh con. Tƣơng ứng trên
miền thời gian TN ≈ 1/BN >> 1/BC ≈ Tm với Tm là thời gian trễ của kênh truyền.
Do vậy nếu N càng lớn thì độ dài ký tự càng lớn hơn nhiều thời gian trễ kênh
truyền nên ngăn chặn đƣợc nhiễu ISI trong kênh truyền.
Tín hiệu điều chế đa sóng mang đƣợc tạo ra bởi hệ thống (Hình 1.1), dữ liệu
gồm N đƣờng khác nhau nếu sử dụng xung cos nâng có hệ số β để sửa dạng tín

hiệu thì chiều dài ký tự TN = (1+β)/BN với β là hệ số của xung. Tín hiệu điều chế
kết hợp của tất cả các kênh con đƣợc cộng lại để tạo dạng tín hiệu phát s(t)
N −1

si (t ) = ∑si g (t )cos(2πfit + φi
i=1

trong đó si là ký tự cần truyền trên sóng mang thứ i, φi là sai pha của sóng mang
thứ i, sóng mang thứ i có tần số fi = f0 + i.BN với i = 0, 1, 2,…, N-1.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


11

Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng phía phát hệ thống đa sóng mang [2]
Khối mapper là khối chuyển đổi tƣơng ứng một chuỗi bít thành ký tự phức,
khối này có thể thực hiện nhiều kiểu chuyển đổi nhƣ QAM, QPSK, …
Bộ thu cho kiểu điều chế đa sóng mang này có các chức năng thể hiện nhƣ
hình 1.2. Tín hiệu thu đƣợc gồm tín hiệu phát và nhiễu tạp trong kênh truyền
đƣợc cho qua các bộ lọc để tách ra tín hiệu tƣơng ứng trong từng kênh con khác
nhau. Sau đó giải điều chế từng kênh con với các sóng mang tƣơng ứng và ánh
xạ ngƣợc các ký tự thu đƣợc để thu đƣợc chuỗi bit của từng kênh truyền. Bộ
chuyển đổi nối tiếp sóng sóng liên kết các chuỗi bít của các kênh con tạo lại
dạng dữ liệu ban đầu.

Hình 1.2 Sơ đồ khối chức năng phía thu hệ thống điều chế đa sóng mang [2]
1.1.3 Sóng mang trực giao
Các hàm đƣợc coi là trực giao với nhau nếu thoả mãn điều kiện sau:
T

∫si (t)s j
0

Các hàm sin thoả mãn phƣơng trình sau là trực giao
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


sk
các hàm này biểu diễn các subcarrier cho tín hiệu OFDM chƣa điều chế. Trong
đó f0 là khoảng cách giữa các subcarrier, M là số subcarrier, T là chu kỳ ký tự.
Do thành phần có tần số cao nhất là Mf0 nên băng tần cũng là f0.

Hình 1.3 Các sóng mang trực giao

Hình 1.4 Biểu diễn FFT của dạng sóng thời gian.
Hình (4a) và (4b) là kết quả tổng hợp của 4 subcarrier [2]
1.1.4 Cơ sở phƣơng pháp OFDM
Thực chất phƣơng pháp OFDM là chia dòng dữ liệu đầu vào thành nhiều
dòng dữ liệu song song có tốc độ bit nhỏ hơn nhiều lần. Sau đó truyền chúng
trên trên những sóng mang phụ nhƣ là những kênh con. Các sóng mang phụ
đƣợc ghép tần số trực giao nhau để tránh gây can nhiễu với nhau. Việc ghép
nhƣ vậy làm tăng hiệu quả sử dụng băng tần rõ rệt.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


13

Một sóng mang phụ về mặt toán học
Exp nhƣ sau:

ψi(t) đƣợc biểu diễn dƣới dạng hàm
(1.4)
(1.5)

trong đó

Độ rộng phổ của hàm ψi(t) đƣợc tính theo biểu thức:
Ψ(f)

=A

i

Mật độ phổ công suất của sóng mang ψi(t) nhƣ công thức (1.6). Trong đó
phổ có một đỉnh tại tần số trung tâm và các điểm 0 tại các tần số biên tƣơng ứng
với các bội số tốc độ của dãy symbol đƣa vào điều chế.
Hai sóng mang nằm kề nhau trên trục tần số có phổ trực giao nhau khi chúng
thoả mãn điều kiện:
b

∫
a

Trong đó ψ*m(t) là giá trị liên hợp phức của ψm(t); K là hằng số; n và m là số
nguyên dƣơng thuộc N.
Xét 2 hàm số có tần số liên tiếp trực giao:

ψn (t) =e
ψm (t) =e
trong đó: ϖ0 = 2πf0 ;

1

=

f
0

T

a < b và
b

∫ψn (t)ψ*m (t)dt =∫ej(nϖ

0

t)

.e

− j(mϖ t )
0

dt

a

-1/T
-3/T

1/T

f


-2/T

2/T

Hình 1.5 Phổ mật độ công suất
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


14

Do n ≠ m (n,m ∈ N) nên
π

ej(n-m)2 = Cos[2π(n- m) ] + j sin[2π(n- m)] = 1
Vậy tích phân của 2 hàm Exp có tần số liên tiếp là ωn+1 = ωn+ 2π.1/T0 xác
định trong khoảng (a, a+T0) có giá trị bằng 0 là trực giao nhau.
Hình 1.6 biểu diễn mật độ phổ của 2 sóng mang có tần số liên tiếp trực giao
nhau. Ý nghĩa vật lý của nó là khi giải điều chế một sóng mang này bộ giải điều
chế sẽ "Không thấy" sóng mang kia. Nghĩa là các sóng mang không gây nhiễu
lẫn nhau. Về mặt phổ tín hiệu, điểm phổ có năng lƣợng cao nhất của một sóng
mang sẽ trùng với điểm phổ có năng lƣợng bằng không của sóng mang lân cận.
Do các sóng mang đặt rất gần nhau nên hiệu quả sử dụng phổ rất cao.

f

Hình 1.6 Phổ biên độ 2 sóng mang có tần số trực giao

n
f

Hình 1.7 Phổ ghép kênh đa tần số trực giao (OFDM)
Nhƣ vậy, tính trực giao giữa các sóng mang phụ có thể đƣợc lý giải nhƣ
sau. Mỗi sóng mang phụ đƣợc điều chế bởi dòng dữ liệu con sẽ cho phổ nhƣ
hình 1.7. Khi khoảng cách giữa các sóng mang phụ đƣợc lựa chọn sao cho thỏa
mãn tính trực giao nhau, nghĩa là đỉnh phổ của một sóng mang phụ trùng với các
điểm không của phổ các sóng mang phụ còn lại. Việc giải điều chế của từng
sóng mang phụ vì thế sẽ không bị xuyên nhiễu bởi các sóng mang phụ khác.
Điều này giống nhƣ việc giải điều chế kết hợp không có ISI (Inter Symbol
Interference) thực hiện trong miền thời gian đối với tín hiệu số truyền qua kênh
có đặc tính lọc thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất, ở đây chỉ khác là tính trực
giao đƣợc xét trong miền tần số.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


15

Dữ
liệu

Sắp

nhị

xếp

phân

Sắp
xếp

Dữ
liệu
ra

lại

Hình 1.8 Sơ đồ khối thu phát OFDM
Đầu tiên, dữ liệu vào tốc độ cao đƣợc chia thành nhiều dòng dữ liệu sóng
sóng tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp/sóng sóng (S/P:
Serial/Parrallel). Mỗi dòng dữ liệu sóng sóng sau đó đƣợc mã hóa sử dụng thuật
toán sửa lỗi tiến (FEC) và đƣợc sắp xếp theo một trình tự hỗn hợp. Những
symbol hỗn hợp đƣợc đƣa đến đầu vào của khối IDFT. Khối này sẽ tính toán
các mẫu thời gian tƣơng ứng với các kênh nhánh trong miền tần số. Sau đó,
khoảng bảo vệ đƣợc chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI do truyền trên các
kênh di động vô tuyến đa đƣờng. Sau cùng bộ lọc phía phát định dạng tín hiệu
thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên các kênh. Trong quá
trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hƣởng nhƣ nhiễu
trắng cộng AWGN,…
Ở phía thu, tín hiệu đƣợc chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt
đƣợc tại bộ lọc thu. Khoảng bảo vệ đƣợc loại bỏ và các mẫu đƣợc chuyển từ
miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT.
Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế đƣợc sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha
của các sóng mang nhánh sẽ đƣợc cân bằng bằng bộ cân bằng kênh (Channel
Equalization). Các symbol hỗn hợp thu đƣợc sẽ đƣợc sắp xếp ngƣợc trở lại và

đƣợc giải mã. Cuối cùng chúng ta sẽ thu nhận đƣợc dòng dữ liệu nối tiếp ban
đầu.
1.2 Đặc điểm của OFDM
Phân chia kênh
Trong OFDM, kênh truyền đƣợc tạo nên dựa trên sự phân chia nguồn tài
nguyên thành các sóng mang con (sub-carrier) và các ký hiệu (symbol). Kênh
truyền bởi tất cả các sóng mang con của ký hiệu đƣợc dùng để cung cấp dữ liệu
cho một ngƣời dùng xác định. Hình 1.10 mô tả sự phân kênh của OFDM.


Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


16

Hình 1.9 Phân chia tài nguyên [4]

Hình 1.10 Phân chia kênh trong OFDM [10]
Chèn khoảng bảo vệ và đồng bộ
Do hiệu ứng truyền đa đƣờng, nên phần đầu mỗi symbol sẽ bị nhiễu bởi
symbol trƣớc đó. OFDM khắc phục điều này bằng cách chèn thêm một khoảng
bảo vệ trƣớc mỗi symbol nhƣ trên hình 1.11.
Guard Interval
duration

Useful symbol
duration

time

OFDM
symbol
frequency

Hình 1.11 Chèn khoảng bảo vệ [2]
Hệ thống sử dụng các sóng mang phụ "pilot" trải đều trong kênh truyền dẫn,
đóng vai trò là các điểm đánh dấu đồng bộ (Synchronisation Markers) nhƣ trên
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


17

hình 1.12. Tín hiệu pilot đƣợc sử dụng để đồng bộ khung, đồng bộ tần số, đồng
bộ thời gian, đánh giá kênh truyền, nhân dạng mode truyền.

Hình 1.12 Các sóng mang đồng bộ [2]
Đặc điểm của OFDM
Khả năng thích ứng với hiệu ứng truyền đa đƣờng là một trong các đặc tính
ƣu việt của phƣơng pháp OFDM. Trong miền thời gian, tín hiệu do phản xạ từ
các chƣớng ngại vật sẽ đến máy thu trễ trong vòng hàng chục µs. Do đó, nếu
chu kỳ tín hiệu số trên sóng mang dài hơn khoảng thời gian trễ nói trên thì tiếng
vọng từ các symbol trƣớc sẽ tắt trong một phần nhỏ của symbol đang xét. Điều
này hoàn toàn có thể thực hiện đƣợc vì hệ thống OFDM thực hiện việc chuyển
từ truyền nối tiếp sang truyền sóng sóng nên cho phép kéo dài symbol ứng với
mỗi sóng mang phụ lên N lần. Ngoài ra, để ổn định sóng mang thì khoảng thời
gian bảo vệ T(guard) đƣợc chèn thêm vào trƣớc khoảng thời gian symbol. Do
có thêm khoảng thời gian bảo vệ này mà tại máy thu các tiếng vọng không đƣợc
bộ giải điều chế xử lý khi chúng nằm trong khoảng bảo vệ.
Hệ thống OFDM còn có khả năng chịu đựng nhiễu băng hẹp. Nếu trong
phạm vi phủ sóng có tồn tại nguồn nhiễu băng hẹp rơi vào kênh tần hoạt động

của hệ thống OFDM thì hệ thống có thể chấp nhận không truyền một số sóng
mang bằng cách đặt biên độ các sóng mang đó bằng 0. Điều này cũng tƣơng tự
nhƣ trƣờng hợp một số sóng mang bị suy giảm do tác động của pha đing chọn
lọc tần số. Khi đó chính hệ thống OFDM cũng giảm thiểu đƣợc việc gây nhiễu
đến hệ thống đƣợc xem là nguồn nhiễu kia.
1.3 Kỹ thuật OFDMA
Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (Orthorgonal
Frequency Division Multiple Access) là kỹ thuật đa truy nhập dựa trên điều chế
OFDM. OFDMA là công nghệ OFDM đa ngƣời dùng, trong đó ngƣời dùng có
thể đƣợc chỉ định trên cả TDMA và FDMA. Trong OFDMA, một ngƣời sử
dụng không nhất thiết phải chiếm tất cả các sóng mang con tại bất kỳ thời điểm
nào. Nói cách khác, một tập hợp con của các sóng mang con đƣợc gán cho một
ngƣời dùng cụ thể. Điều này cho phép truyền dữ liệu tốc độ thấp đồng thời từ
nhiều ngƣời dùng.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


18

Một tài nguyên cơn bản (resource element) là tài nguyên vật lý nhỏ nhất, nó
gồm một sóng mang con chứa một ký hiệu OFDM. Một nhóm các tài nguyên cơ
bản tạo nên một khối tài nguyên RB (resource blocks).

Hình 1.13 Phân chia kênh OFDMA[4]
Trong hệ thống LTE, công nghệ OFDMA áp dụng cho đƣờng xuống. Tín
hiệu đƣờng xuống bao gồm nhiều sóng mang con chứa các ký hiệu OFDM. Một
khối tài nguyên RB chứa 6 hoặc 7 ký hiệu OFDM, nó chiếm 1 khe thời gian
0.5ms. Trên miền tần số, một khối tài nguyên RB chiếm 12 sóng mang con với
tổng băng thông 180kHz (hình 1.14).

Hình 1.14 Khối tài nguyên [13]
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE


19

Một khung vô tuyến (frame) trong LTE có độ dài 10ms chứa 10 khung con
(subframe). Mỗi khung con là 1ms và đƣợc chia thành 2 khe thời gian (slot),
mỗi khe có độ dài 0.5ms.

Hình 1.15 Cấu trúc khung trong OFDMA [15]
1.4 So sánh OFDM và OFDMA
Nếu nhƣ trong OFDM tất cả các sóng mang con của ký hiệu đƣợc dùng để
cung cấp dữ liệu cho một ngƣời dùng xác định thì trong OFDMA các sóng
mang con của mỗi symbol có thể đƣợc phân cho nhiều ngƣời dùng do đó nó tốt
hơn trong việc sử dụng nguồn tài nguyên phổ tần số. Sự phân bổ động của
OFDMA là tốt hơn cho kênh đa ngƣời dùng tốc độ thấp và tránh đƣợc nhiễu và
fadinh băng hẹp. Có thể xem OFDMA là sự kết hợp của OFDM và TDMA.

Hình 1.16 So sánh OFDM và OFDMA [10]
So sánh OFDM và OFDMA
- OFDM hỗ trợ đa ngƣời dùng (Multiple Access) dựa trên TDMA, trong
khi OFDMA hỗ trợ đa ngƣời dùng trên hoặc TDMA hoặc FDMA hoặc cả
hai cùng một lúc.
- OFDMA hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ thấp đồng thời từ nhiều ngƣời dùng
nhƣng OFDM chỉ có thể hỗ trợ một ngƣời sử dụng tại thời điểm nhất
định.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE

20

OFDMA so với OFDM cải thiện đáng kể trong khả năng chống lại fading
và nhiễu vì nó có thể gán tập hợp con của sóng mang con cho mỗi ngƣời
dùng bằng cách tránh gán kênh xấu.
- OFDMA hỗ trợ công suất cho mỗi kênh truyền hoặc sóng mang con, trong
khi OFDM cần phải duy trì công suất giống nhau cho tất cả các sóng
mang con.
Hiện nay, OFDMA đƣợc ứng dụng trong các hệ thống nhƣ WiMAX di động
hệ thống LTE và các phiên bản tiếp theo, TiVi White Space...
-

1.5 Kết luận
OFDM là một phƣơng pháp mã hóa các dữ liệu kỹ thuật số trên nhiều tần số
sóng mang. Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao
thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng
mang con trực giao. Nhờ vậy OFDM tăng khả năng thích ứng với hiệu ứng
truyền đa đƣờng và khả năng chịu đựng nhiễu băng hẹp.
So sánh OFDM và OFDMA, trong OFDM tất cả các sóng mang con của ký
hiệu đƣợc dùng để cung cấp dữ liệu cho một ngƣời dùng xác định còn trong
OFDMA các sóng mang con của mỗi symbol có thể đƣợc phân cho nhiều ngƣời
dùng do đó OFDMA tốt hơn trong việc sử dụng nguồn tài nguyên phổ tần số.
Hiện nay, OFDMA đƣợc ứng dụng trong các hệ thống nhƣ WiMAX di động
hệ thống LTE và các phiên bản tiếp theo, TiVi White Space...

Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE