ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCED 4G
MỤC LỤC
Mục lục các từ viết tắt
Danh mục hình vẽ
Lời mở đầu
Chương 1: Lịch sử phát triển mạng di động và tổng quan về LTE- Advanced
1.1 Giới thiệu chương
1.2. Lịch sử phát triển của các thế hệ thông tin di động từ 2G lên 4G
1.2.1. Thế hệ di động thứ 2 (2G)
1.1.2.Thế hệ di động thứ 3 (3G)
1.2.3. Thế hệ di động tiền 4G - LTE (3.9G) :
1.2.3. Thế hệ thứ 4 (4G)
1.3. Tổng quan về Long Term Evolution - Advanded ( LTE-Advavced)
1.3.1. Giới thiệu chung
1.3.2. Yêu cầu thiết kế của LTE-Advaced
1.3.2.1. Các thông số chính của LTE-Advanced yêu cầu
1.3.2.2. Kiến trúc mạng của LTE-Advanced
1.3.3. Các kỹ thuật nổi bật được sử dụng trong LTE-Advanced
1.3.3.1. Giới thiệu về OFDMA
1.3.3.2. Giới thiệu về SC-FDMA
1.3.3.3. Giới thiệu MIMO tiên tiến
1.3.3.4.Kỹ thuật kết tập sóng mang ( Carrier Aggregation )
1.3.3.5. Giới thiệu về kỹ thuật truyền dẫn nhiều anten
1.3.3.6. Phối hợp truyền nhận đa điểm
1.3.4.So sánh giữa LTE và LTE-Advanced
1.4. Tổng kết chương :
Chương 2 : Kỹ thuật đa truy cập đường xuống và đường lên trong LTE-Advaced
2.1.Giới thiệu chương:
2.2. Kỹ thuật đa truy cập đường xuống
2.2.1.Giới thiệu về OFDMA
2.2.1.1 Sơ đồ và chức năng các khối
2.2.1.2. Truyền tín hiệu giữa các khối trong OFDMA
2.2.2. Các đặc trưng của kỹ thuật OFDMA
2.2.2.1. Sử dụng FFT/IFFT
2.2.2.2. Phương pháp chống nhiễu liên ký hiệu
2.2.2.3.Ưu nhược điểm trong phương pháp điều chế OFDMA
2.2.3.Ưu điểm,nhược điểm của kỹ thuật OFDMA
2.2.3.1. Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDMA
2.2.3.2.Nhược Điểm
2.3. Kỹ thuật đa truy cập đường lên
2.3.1.Giới Thiệu về SC-FDMA
2.3.2.Phương Thức Truyền SC-FDMA
2.3.2.1.Cấu Trúc Hệ Thống
2.3.2.1.1. Các khối chức năng trong hệ thống SC-FDMA
2.3.2.1.2. Đường đi của tín hiệu qua các khối trong SC-FDMA
2.3.2.2. Các Đặc Trưng Của SC-FDMA
2.3.2.2.1. Ánh xạ sóng mang con
2.3.2.2.2. So Sánh OFDMA và SC-FDMA
2.3.3. Ưu , nhược Điểm Của SC-FDMA
2.3.3.1. Ưu Điểm:
2.3.3.2 Nhược Điểm
2.4.Kết luận chương
Chương 3 : Kỹ thuật kết tập sóng mang (Carrier Aggregarion)
trong LTE-Advanced
3.1.Giới thiệu chương
3.2. Mục đích thiết kế, đặc điểm của thuật kết tập sóng mang
3.2.1.Mục đích thiết kế
3.2.2.Các hình thức của kỹ thuật kết tập sóng mang trong miền tiền số
3.2.3. Các kiểu triển khai cho kỹ thuật kết tập sóng mang
3.2.4.Xét kỹ thuật kết tập sóng mang ở các lớp cao hơn trong LTE-Advanced
3.2.4.1. Quản lý Cell :
3.2.4.2. Quản lý di động với kỹ thuật kết tập sóng mang
3.2.4.3. Kích hoạt/Khử kich hoạt cell trong kết tập sóng mang
3.2.5.Xét kỹ thuật kết tập sóng mang ở lớp vật lý trong LTE-Advanced
3.2.5.1.Thiết kế điều khiển đường xuống trong lớp vật lý
3.2.5.2.Thiết kế điều khiển đường lên trong lớp vật lý
3.3. Ưu, nhược điểm của kỹ thuật kết tập sóng mang
3.3.1.Ưu điểm
3.3.2.Nhược điểm
3.4. Kết luận chương
Chương 4 : Đánh giá chỉ số PAPR trong hệ thống LTE-Advanced
4.1.Giới thiệu chương
4.2.Cơ sở lý thuyết
4.3. Mô phỏng
4.3.1. Lưu đồ thuật toán mô phỏng PAPR trong OFDMA
4.3.2.Lưu đồ thuật toán mô phỏng PAPR trong SC-FDMA
4.3.3 Kết quả mô phỏng
4.3.3.1.Kết quả mô phỏng dưới phương pháp điều chế 16QAM
4.3.3.2.Kết quả mô phỏng dưới phương pháp điều chế QPSK
4.3.3.3.Kết quả mô phỏng PAPR ở đường lên qua kỹ thuật kết tập sóng mang
4.4.Kết luận chương
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
CÁC TỪ VIẾT TẮT
3G - Third Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
3 GPP Third Generation Patnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3
4G – 4th Generation Thế hệ thứ 4
A
AC - Admission Cotrol Điều khiển cho phép
AI - Acquistion Indicator Chỉ thị bắt
AICH - Acquistion Indication Channel Kênh chỉ thị bắt
A-P - Access Preamble Tiền tố
ATM - Asynchoronous Transfer Mode Kiểu truyền di bộ
AS - Access Slot Khe truy nhập
B
BER - Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi
BCH - Broadcast Channel Kênh quảng bá
BMC - Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá / đa phương
BS - Base Station Trạm gốc
BSC - Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BTS - Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C
CC - Connecting Management Quản lý kết nối
CDMA - Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã
CD-P - Collision Detection Preamble Tiền tố phát hiện tranh chấp
CN - Core Network Mạng lõi
CPCH - Common Packet Channel Kênh gói chung đường lên
CPICH - Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung
D
DC - Delicated Control Điều khiển riêng
DCH - Delicated Channel Kênh riêng
DL - Down Link Hướng xuống
DS-CDMA - Direct Sequence Code Division Đa truy nhập phân chia Multiple Access theo mã dãy trực tiếp
DSCH - Downlink Shared Channel Kênh đường xuống dùng chung
DSSPC - Dynamic step-size power control Điều khiển công suất theo bước động
DPCCH - Delicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý
DPDCH - Delicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng
E
ETSI - European Telecommunications Học viện viễn thông Standard Institute Châu Âu
F
FACH - Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống
FBI - Feedback Information Thông tin hồi tiếp
FER - Frame Error Rate Tỷ số khung lỗi
FDD - Fequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số
FDMA - Frequency Division Đa truy cập phân chia theo Multiple Access tần số
G
GC - General Control Điều khiển chung
GGSN - Gateway GPRS Support Node Node dịch vụ GPRS
GPRS - General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến
GoS - Grade of Service Cấp độ phục vụ
GSM - Global System of Mobile Hệ thống thông tin di động Communication toàn cầu
H
HC - Handover Control Điều khiển chuyển giao
HDLA - History Data Logic Analyzer Bộ phân tích dữ liệu gốc
HLR - Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú
I
IMT-2000 - International Mobile Telecommunication Tiêu chuẩn viễn thông di động toàn cầu 2000
ISDN - Integated Service Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ
ITU - International Telecomunication Union Liên minh viễn thông quốc tế
L
LC - Load Control Điều khiển tải
M
MAC - Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường
ME - Mobile Equipment Thiết bị nhận dạng thuê bao
MM - Mobility Management Quản lý di động
MSC - Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di dộng
N
Nt Notification Thông báo
O
OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiple Đa phân chia theo tần số trực giao
OFDMA - Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia tần số trực giao
OSS Operation Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động
P
PC - Power Control Điều khiển công suất
PCH - Paging Channel Kênh tìm gọi
PCPCH - Physical Common Packet Channel Kênh gói chung vật lý
PDCP - Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói
PDSCH - Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chung đường xuống
PICH - Paging Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi
PLMN - Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
PRACH - Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý
PSH - Packet Scheduler Lập biểu gói
PSTN - Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
Q
QI - Quality Indicator Chỉ số chất lượng
QoS - Quality of Service Chất lượng dịch vụ
R
RACH - Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN - Random Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RAT - Radio Access Technology Kỹ thuật truy nhập vô tuyến
RLC - Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến
RNC - Radio Network Controler Bộ điều khiển mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RRM - Radio Resouce Management Quản lí tài nguyên vô tuyến
Lời mở đầu
Theo chu kỳ phát triển của mạng di dộng thì mạng di động thế hệ thứ 4 đã ra đời. Từ khi hai công nghệ là Long Term Evolution và Wimax xuất hiện thì từ khoảng năm 2009 các nhà mạng lớn trên Thế giới đã triển khai xây dựng hệ thống thử nghiệm rồi tiến hành thương mại hóa và họ gọi đó là 4G (4th Generation – Thế hệ di động thứ 4). Nhưng tổ chức liên minh viễn thông quốc tế (ITU - International Mobile Telecommunication ) đã không công nhận điều đó, đến tận đầu năm 2012 , ITU mới chính thức công nhận hai công nghệ là Long Term Evolution–Advanced (LTE-Advanced) và WirelessMan Advanced đạt tiêu chuẩn để phát triển mạng 4G qua đó đặt dấu chếm hết cho những thắc mắc của mọi người về thế hệ di động thứ 4. LTE-Advanced và WirelessMan Advanced là hai công nghệ tiếp nối sau LTE và Wimax đã có những cải tiến đáng kể về băng thông và tốc độ truyền dữ liệu. Xuất phát từ sự tò mò, mong muốn tìm hiểu về thế hệ di động thứ 4 mới mẻ này em đã quyết định chọn LTE-Advanced để tìm hiểu với tên đề tài là “ Nghiên cứu về công nghệ di động LTE-Advanced – 4G “ .
Mục đích hướng đến ở đề tài này là tìm hiểu , phân tích về các kỹ thuật nổi bật được sử dụng trong LTE-Advanced qua đó đánh giá về khả năng phát triển của LTE-Advanced cũng như 4G trong tương lai,
Nội dung đồ án gồm 4 chương :
Chương 1: Lịch sử phát triển mạng di động và tổng quan về LTE- Advanced.
Trong chương này sẽ tập trung giới thiệu tổng về LTE-Advanced cùng với lịch sử phát triển của các thế hệ di động từ 2G đến 4G. Qua đó đạt được cái nhìn chung và đưa ra những đánh giá để khẳng định những ưu điểm vượt trội mà LTE-Advanced đem lại so với các thế hệ trước.
Chương 2 : Kỹ thuật đa truy cập đường xuống và đường lên trong LTE-Advaced
Ở chương 2 em sẽ đi sâu tìm hiểu về kỹ thuật đa truy cập đường xuống và đường lên trong LTE-Advanced thông qua hai kỹ thuật được sử dụng ở hai đường truy cập này là OFDMA và SC-FDMA. 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 Aggregarion) trong LTE-Advaced.
Trong chương 3 em 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 LTE-Advanced sẽ đạt được những đặc điểm kỹ thuật như băng thông, tốc độ truyền dữ liệu để phù hợp với những yêu cầu của ITU đưa ra cho mạng 4G.
Chương 4 : Đánh giá chỉ số PAPR trong hệ thống LTE-Advanced:
Ở chương này em sẽ tìm hiểu về chỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình ((PAPR - Peak-to-Average Power Ratio) trong hai kỹ thuật OFDMA và SC-FDMA. Qua đó đánh giá sự phù hợp của chúng khi được sử dụng ở đa truy cập đường xuống và đường lên trong LTE-Advanced.
Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Các thế hệ mạng di động toàn cầu
Hình 1.2: Kiến trúc mạng LTE-Advanced
Hình 1.2. Ví dụ về kỹ thuật kết tập sóng mang
Hình 1.3. Kỹ thuật đa anten truyền
Hình 1.4: Phối hợp truyền nhận đa điểm
Hình 2.1 : Các sóng mang con trực giao trong miền tần số
Hình 2.2: Mô hình hệ thống OFDMA
Hình 2.3: Tín hiệu được xử lý tại bộ IFT và phát đi
Hình 2.5 : Mô tả truyền dữ liệu giữa các khối trong OFDMA
Hình 2.6: Tín hiệu bị phản xạ trên đường truyền
Hình 2.7: Ảnh hưởng của ISI
Hình 2.8 : Khoảng bảo vệ ∆G được chèn vào giữa 2 symbol
Hình 2.9 : Chèn khoảng bảo vệ Cyclic prefix
Hình 2.10 : Phổ tần số của FDM và OFDMA
Hình 2.11 : OFDM và OFDMA trong miền tần số và thời gian
Hình 2.12:Mô hình hệ thống SC-FDMA sử dụng cho đường lên
Hình 2.13 : Đường đi của dữ liệu trong SC-FDMA
Hình 2.14 : Ánh xạ Localized FDMA
Hình 2.15 : Ánh xạ Distributed FDMA
Hình 2.16 : LFDMA VÀ DFDMA
Hình 2.17 : Sự khác nhau của sub-carrier mapping trong miền thời gian và tần số
Hình 2.18 : Các sóng mang con theo các phương pháp điều chế
Hình 2.19 : Chuỗi các symbol QPSK được ánh xạ trong miền thời gian và tần số
Hình 3.1 : Ví dụ về kỹ thuật kết tập sóng mang:
Hình 3.1.a. Kết tập 5 sóng mang con liền kề cùng 1 mức băng tần
Hình 3.1.b . Kết tập các sóng mang thành phần ở các mức băng tần khác nhau.
Hình 3.2. Hình thức 1
Hình 3.3 : Hình thức 2
Hình 3.4. Hình thức 3
Hình 3.5: Các kiểu triển khai kỹ thuật kết tập sóng mang (với F2 > = F1)
Hình 3.6. Kiểu 1
Hình 3.7 : Kiểu 2
Hình 3.8 : Kiểu 3
Hình 3.9: Kiểu 4
Hình 3.10: Minh họa kết tập sóng mang dựa trên hoạt động của mạng không đồng nhất
Hình 3.11:Cấu trúc lớp 2 cho đường truyền xuống,lên với cấu hình CA
Hình 4.1. Phối hợp các phương pháp để giảm PAPR ở đường lên
Hình 4.2. Kết quả mô phỏng PAPR với QAM
Hình 4.3. Kết quả mô phỏng PAPR với QPSK
Hình 4.4. PAPR ở đường lên trong LTE-Advanced với QPSK
...........
Chương 2 : Kỹ thuật đa truy cập đường xuống và đường lên trong LTE-Advaced
2.1.Giới thiệu chương:
Chương này đề cập tới hai kỹ thuật OFDMA và SC-FDMA lần lượt là hai kỹ thuật được sử dụng trong đa truy cập đường xuống và đường lên trong LTE-Advanced.
Nội dung chương sẽ tập trung giới thiệu, phân tích, đánh giá về ưu nhược điểm và ứng dụng của hai kỹ thuật này trong LTE-Advanced.
2.2. Kỹ thuật đa truy cập đường xuống :
2.2.1.Giới thiệu chung về OFDMA :
Để nối tiếp LTE thì LTE-Advanced tiếp tục sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia tần số trực giao (OFDMA) cho đa truy cập đường xuống.
- Kỹ thuật đa truy cập trong đường xuống của LTE-Advanced được sử dụng là OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) hay còn gọi là đa truy cập phân tần trực giao. Thay vì dùng một kênh truyền tải qua một giải tần rộng OFDMA sử dụng một lượng lớn các sóng mang con trực giao được truyền song song. Vì thế tín hiệu từ luồng dữ liệu tốc độ cao được chia thành nhiều luồng tốc độ thấp hơn ,mỗi luồng dành riêng cho mỗi sóng mang con.
Hình 2.1 : Các sóng mang con trực giao trong miền tần số
LTE-Advaced lựa chọn phương thức truyền OFDMA bởi lý do chính là tạo ưu thế cho hệ thống :
- OFDMA là phương thức truyền có tính đa truy cập tức là dữ liệu truyền đến nhiều người dùng đồng thời,tuy nhiênsẽ có các thông điệp điều khiển thông báo cho các UE biết phải đợi nhận bộ phận nào và lờ đi bộ phận nào của luồng dữ liệu truyền được gửi đến chúng.
- Trong OFDMA nhiều bit được vận chuyển song song với nhau nên tốc độ truyền trên mỗi kênh tải con có thể thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền dữ liệu tổng cộng ,chính vì vậy nên làm giảm ảnh hưởng của suy hao đa đường (multipath fading ) trong môi trường thực tế .
2.2.1.1 Sơ đồ và chức năng các khối :
- Khối S/P : Chuyển đổi các chuỗi bit nhị phân từ nối tiếp thành song song để đưa vào các bộ điều chế.
- Khối Modulation : khối này có chức năng điều chế chuỗi dữ liệu nhị phân cho đầu ra là các giá trị phức.Chính vì dưới dạng phức nên chúng nằm trong miền tần số.
- Bộ biến đổi IFFT : Chuyển đổi tín hiệu từ miền tần số sang miền thời gian
- Khối Chèn khoảng bảo vệ (Add cyclic prefix): Khối này có nhiệm vụ tạo ra khoảng bảo vệ giữa các symbol trong OFDMA và chèn tín hiệu copy đoạn cuối symbol này dán vào đầu symbol tiếp theo nhằm tránh nhiễu liên kí tự .
- Khối P/S : Khối này ghép các giá trị thực thu được thành chuỗi đảm bảo đúng thứ tự như biến đổi .Khi ghép các giá trị thực trên miền thời gian ta sẽ có được đường bao tín hiệu OFDMA.
- Khối DAC :Khối này nội suy các giá trị mà ta vừa có cho ra hình bao tín hiệu OFDMA như hình dưới.Hình bao này ở dải tần thấp .
- Bộ khuếch đại :Bộ này khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu lên tần số cao để truyền đi
Hình 2.2: Mô hình hệ thống OFDMA
Hình 2.3: Tín hiệu được xử lý tại bộ IFT và phát đi
Hình 2.4: Hình bao biễu tín hiệu OFDMA
2.2.1.2. Truyền tín hiệu giữa các khối trong OFDMA :
- Ở máy phát chuỗi tín hiệu nối tiếp được đưa qua bộ S/P biến đổi thành N chuỗi con song song ,mỗi chuỗi này qua một bộ điều chế và ngõ ra các bộ điều chế thu được một chuỗi số phức X0 ,X1 ….XN-1.
Trong đó Xk = Ak + jBk.
Chuỗi số phức này đi qua bộ IFFT theo biểu thức ma trận sau :
Với: k = 0, 1, …, N-1
Hay:
( Do với Ts là chu kỳ ký hiệu, fk là tần số các sóng mang).
Hình 2.5 : Mô tả truyền dữ liệu giữa các khối trong OFDMA
Ngõ ra bộ IFFT là các mẫu rời rạc của các symbol trong miền thời gian
Các mẫu y(n) này được chèn thêm khoảng bảo vệ ,sau đó đi qua bộ D/A để biến đổi trở thành tín hiệu liên tục y(t) :
Cuối cùng được khuếch đại và đưa lên tần số cao phát lên kênh truyền .
Trong quá trình truyền trên kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng như nhiễu AWGN (Additive White Gaussion Noise ).
Ở phía máy thực hiện quá trình ngược lại, tín hiệu OFDMA được đổi tần xuống,biến đổi A/D sau đó qua bộ lọa bỏ khoảng bảo vệ CP rồi được đưa vào bộ FFT, tín hiệu qua FFT được giải điều chế biến đổi song song sang nối tiếp để thu được chuỗi dữ liệu ban đầu.
2.2.2. Các đặc trưng của kỹ thuật OFDMA :
2.2.2.1. Sử dụng FFT/IFFT :
Với đặc điểm của kỹ thuật điều chế đa sóng mang trong đó dữ liệu được truyền song song nhờ vô số sóng mang trực giao nhau mang các bit thông tin,bằng cách này ta có thể tận dụng tốt băng thông tín hiệu và chống lại nhiễu liên ký tự.
Tuy nhiên vấn đề đạt ra là phải có bộ phát sóng,bộ điều chế và giải điều chế của riêng từng sóng mang con ,điều này dường như là bất khả thi trong việc thi công hệ thống khi số lượng sóng mang con rất lớn.Nhằm giải quyết vấn đề này thuật toán IDFT/DFT có vai trò giống như hàng loạt các bộ điều chế và giải điều chế.
Công thức của phép biến đổi DFT với tín hiệu x(n) có chiều dài N (n = 0,1,2,…,N-1) là: , k = 0, 1, …, N-1
Công thức của phép biến đổi IDFT :
, k = 0, 1, …, N-1
Thuật toán FFT là thuật toán giúp việc tính toán DFT nhanh và gọn hơn, thời gian tính DFT bao gồm :
Thời gian thực hiện phép nhân phức
Thời gian thực hiện phép cộng phức
Thời gian đọc các hệ số
Thời gian truyền số liệu
Trong đó thời gian chủ yếu là thực hiện phép nhân phức.Vì vậy để giảm thời gian tính toán DFT thì người ta tập trung chủ yếu vào việc giảm thời gian thực hiện phép nhân phức.Mà thời gian thực hiệ phép nhân tỷ lệ với số phép nhân.Do vậy để giảm thời gian tính tính DFT thì phải giảm được số lượng phép tính nhanh, và giải pháp là sử dụng thuật toán FFT.
Vì mỗi kênh con được truyền trên một tần số khác nhau nên người ta xây dựng một đồ thị để biểu diễn tần số trên trục x và biên độ trên trục y.Sau đó áp dụng thuật toán IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation) biến đổi từ miền tần số sang miền thời gian. Biểu đồ này có thời gian trên trục x và biểu diễn tín hiệu đó như thể nó đã được tạp ra bởi khối phần cứng riêng biệt cho mỗi kênh con .như vậy IFFT làm được đúng công việc mà các khối phần cứng truyền riêng cho mỗi kênh con có thể làm, kể cả việc cộng lại các kết quả riêng biệt.
Ở phía thu ,tín hiệu trước hết được giải điều chế rồi được khuếch đại lên.Sau đó kết quả được xử lý bởi FFT (Fast Fourier Transformation),tín hiệu từ miền thời gian về lại tần số .Thuật toán này tái tạo lại đồ thị tần số/biên độ đã được xây dựng ở phía máy phát .Và cuối cùng một hàm phát hiện detector được dùng ở tần số trung tâm của mỗi kênh con để sinh ra các bít ban đầu.
2.2.2.2. Phương pháp chống nhiễu liên ký hiệu :
Trong quá trình truyền sóng trong OFDMA các Symbol được truyền đi,và trong qúa trình truyền tín hiệu tới sau sẽ gây ảnh hưởng lên symbol trước đó ,các symbol liền kền nhau có hiện tượng trễ truyền (do sự phản xạ trên đường truyền trước khi tới máy thu).Đây gọi là hiện tượng nhiễu liên kí tự hay còn gọi là ISI ( Inter Symbol Interference).
Hình 2.6: Tín hiệu bị phản xạ trên đường truyền
Chính thành phần trễ là nguyên nhân gây ra hiện tượng nhiễu liên ký tự này.do sự phản xạ tín hiệu trên đường truyền tại đầu thu có hiện tượng chồng lấn trong vùng ISI tạo nên khó khăn cho việc giải mã ở đầu thu.tín hiệu phản xạ (reflection) đến máy thu theo đường truyền dài hơn so với các tín hiệu còn lại. Khoảng thời gian trễ(mức trải trễ) này tính như sau: τ = ∆s/c
khoảng chênh lệch này là khá nhỏ, tuy nhiên, so với khoảng thời gian một mẫu tín hiệu thì nó lại rất đáng kể.
Hình 2.7: Ảnh hưởng của ISI
Phương pháp để hạn chế tối đa nhiễu liên ký tự này là dùng khoảng bảo vệ .tức là chèn vào giữa các symbol một khoảng bảo vệ nhằm phân biệt các symbol một cách chính xác hơn,thuận lợi cho việc giả mã.
Phương pháp được đưa ra là dời symbol thứ i ra xa symbol trước đó (i-1) một khoảng trải trễ (τmax). và một khoảng rỗng sẽ được chèn vào giữa khoảng trễ này.Nhưng điều này lại làm mất đi tính liên tục vì vậy trong thực tế người ta chèn khoảng bảo vệ ∆G được copy từ phần cuối của symbol dán vào phần đầu của symbol tiếp theo.
Khoảng bảo vệ này được gọi là CP (cyclic prefix) hay gọi là tiền tố lặp.
Hình 2.8 : Khoảng bảo vệ ∆G được chèn vào giữa 2 symbol
Việc chèn tiền tố lặp CP lại làm nảy sinh vấn đề về hiệu suất băng tần ,cho nên việc chèn CP cần được hạn chế để đảm bảo hiệu suất sử dụng băng tần và nó phải dài hơn khoảng trải trễ (τmax) của kênh truyền nhằm loại bỏ được nhiễu ISI .
Và ở phía máy thu khoảng bảo vệ này được loại bỏ trước khi thực hiện giải điều chế.Chính việc chèn khoảng bảo vệ CP giữa các symbol đã hạn chế được tối đa nhiễu liên ký tự ISI trong quá trình truyền OFDMA .
Hình 2.9 : Chèn khoảng bảo vệ Cyclic prefix
2.2.2.3. Ưu nhược điểm của điều chế trong OFDMA :.
Trong việc điều chế tín hiệu có 2 dạng đề cập đến đó là M-QAM và M-PSK dựa vào những ưu nhược điểm chúng ta có thể vận dụng tốt hơn cho từng trường hợp.
Ưu nhược điểm của M-QAm và M-PSK:
PSK (Phase Shift Keying) gọi là điều chế số theo phase tín hiệu. Tín hiệu PSK có dạng sóng dao động có tần số f, mỗi bit đặc trưng bởi góc pha khác nhau của tín hiệu.
Ví dụ: pha= 90° cho bit 0 và pha = -90° cho bit 1.
- Ưu điểm: Có độ lớn của đỉnh tín hiệu truyền không đổi (constant envelope) cho nên vấn đề khuyếch đại trước khi truyền dễ dàng hơn, có hiệu quả hơn. Điều này có hiệu ứng thực sự khi truyền trong môi trường công suất truyền bị khống chế (chẳng hạn trong thông tin di động).
-Nhược điểm: Khi M lớn (truyền tốc độ bits/symbol cao) thì khoảng cách hình học giữa các tín hiệu truyền đi sẽ rất nhỏ và điều này đòi hỏi phải tăng công suất truyền (hoặc các phương pháp khác như mã hoá chống nhiễu) mới đảm bảo được chất lượng của tín hiệu thu.
- QAM (Quadrature Amplitude Modulation) gọi là Điều chế biên độ trực giao, đây là kỹ thật điều chế tín hiệu số có tốc độ dữ liệu cao gấp 2 lần điều chế BPSK ở cùng tần số. Tín hiệu QAM bao gồm 2 thành phần: in phase và quadrature trực giao với nhau theo góc pha (phase) .
- Ưu điểm: Ngược lại với M-PSK, khoảng cách hình học giữa các tín hiệu truyền đi lớn hơn M-PSK khi M > 4 (với điều kiện trung bình công suất truyền như M-PSK).
- Nhược điểm: Cũng ngược lại với M-PSK, đó là do biên độ của các tín hiệu khác nhau trọng bộ tín hiệu truyền đi là khác nhau cho nên dùng M-QAM sẽ gặp khó khăn khi phải truyền công suất lớn (vì tỷ số giữa công suất của tín hiệu lớn nhất và tín hiệu nhỏ nhất trong bộ tín hiệu truyền đi > 1). Khó khăn này cụ thể như sau: để khuyếch đại các tín hiệu nhỏ tốt thì khi tín hiệu lớn đi qua bộ khuyếch đại sẽ làm cho bộ khuyếch đại làm việc ở vùng bão hoà cho nên tín hiệu ở đầu ra của bộ khuyếch đại sẽ bị méo --> gây là lỗi ở phía thu. Ngược lại nếu muốn khuyếch đại tín hiệu lớn mà không bị méo thì điểm làm việc của bộ khuyếch đại lại phải lùi lại gần gốc toạ độ cho nên hiệu suất của bộ khuyếch đại sẽ bị giảm xuống đáng kể.
Một tín hiệu sau điều chế số có thể mang trong mình nó 1 bit (BPSK), 2 bit (QPSK), 3 bit (8-PSK),...., 6 bit (64-QAM), ... thông tin tùy vào phương thức điều chế nào được sử dụng.Trong DVB-T, các phương thức sau có thể được dùng, QPSK (2 bit/symbol), 16-QAM (4 bit/symbol) hoặc 64-QAM (6 bit/symbol) do đó tốc độ truyền (bit/giây) khi sử dụng 64-QAM sẽ là rất cao.
2.2.3. Ưu điểm,nhược điểm của kỹ thuật OFDMA :
2.2.3.1. Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDMA :
Hiệu quả trong việc sử dụng phổ,nâng cao dung lượng truyền dẫn. Công nghệ này thích hợp cho hệ thống tốc độ cao : Thay vì dùng một kênh truyền tải qua một giải tần rộng OFDMA sử dụng một lượng lớn các sóng mang con trực giao được truyền song song. Vì thế tín hiệu từ luồng dữ liệu tốc độ cao được chia thành nhiều luồng tốc độ thấp hơn ,mỗi luồng dành riêng cho mỗi sóng mang con.
Thích hợp với các ứng dụng không dây
Hình 2.10 : Phổ tần số của FDM và OFDMA
Hệ thống OFDMA có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu phân tập đa đường (ISI) :
nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval length) lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh.Rất hiệu quả trong các môi trường đa đường dẫn.Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con.Hạn chế được ảnh hưởng của fading và hiệu ứng đa đường bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần số thành các kênh con fading phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDM khác nhau.
Phương pháp này có ưu điểm quan trọng là loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các sóng mang và giao thoa giữa các tín hiệu.
Giải quyết vấn đề fading bằng quá trình thực hiện điều chế và giải điều chế trong OFDMA nhờ sử dụng phép biến đổi FFT OFDMA có ưu điểm nổi bật là khắc phục hiện tượng không có đường dẫn thẳng bằng tín hiệu đa đường dẫn. Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, do ảnh hưởng của sự phân tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống được giảm nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.
Hệ thống có cấu trúc bộ thu đơn giản. OFDMA chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế đặc biệt là trong các hệ thông vô tuyến đòi hỏi tốc độ cao như thông tin di động và cả trong truyền hình số.
Với chuẩn OFDM việc truyền tới UE bị hạn chế và có thể bị thu hẹp băng thông gây nên fadinh và nhiễu, điều này là lí do 3GPP chọn OFDMA cho đường downlink trong đó kết hợp yếu tố đa truy cập phân chia thao thời gian .
OFDMA cho phép các tập sóng mang con được cấp phát động giữa người sử dụng khác nhau trên kênh, được thể hiện ở hình dưới.Chính vì thế nên hệ thống đã trở nên mạnh mẽ hơn với công suất tăng lên ,cung cấp khả năng chống fadinh lựa chọn tần số
Tính đa truy cập của OFDMA so vơi OFDM được thể hiện ở hình dưới đây :
Hình 2.11 : OFDM và OFDMA trong miền tần số và thời gian
Kỹ thuật đa truy cập phân chia tần số trực giao OFDMA chia băng tần thành các băng con với mỗi băng con là một sóng mang con. Khác với OFDM , trong OFDMA mỗi trạm thuê bao không sử dụng toàn bộ không gian sóng mang con mà không gian sóng mang con được chia cho nhiều UE sử dụng cùng một lúc. Mỗi UE sẽ được cấp một hoặc vài sóng mang con gọi là kênh con hoá.
Khi các UE không sử dụng hết không gian sóng mang con thì tất cả công suất phát của trạm gốc sẽ chỉ tập trung vào số sóng mang con được sử dụng. Trong quá trình truyền dẫn mỗi UE được cấp phát một kênh con riêng.
OFDMA là kỹ thuật đa truy cập vào kênh truyền OFDM ,một dạng cải tiến của OFDM.
Bên cạnh những ưu điểm của OFDMA thì vẫn còn tồn tại những nhược điểm chính vì những nhược điểm đó nên trong đường uplink LTE-Advanced chọn kỹ thuật SC-FDMA chứ không phải là OFDMA .
2.2.3.2.Nhược Điểm :
Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng. Điều này gây ra méo phi tuyến ở các bộ khuyếch đại công suất ở máy phát và máy thu.
Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm giảm đi một phần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích.Do yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang phụ, hệ thống OFDMA rất nhạy cảm với hiệu ứng Doopler cũng như sự dịch tần (frequency offset) và dịch thời gian (time offset) do sai số đồng bộ.
Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peak to Average Power Ratio) lớn vì tín hiệu OFDMA là tổng của N thành phần được điều chế bởi các tần số khác nhau. Khi các thành phần này đồng pha, chúng tạo ra ở ngõ ra một tín hiệu có biên độ rất lớn. Ngược lại, khi chúng ngược pha, chúng lại triệt tiêu nhau làm ngõ ra bằng 0. Chính vì vậy, PAPR trong hệ thống OFDM là rất lớn
2.3. Kỹ thuật đa truy cập đường lên :
2.3.1.Giới Thiệu về SC-FDMA :
Giữa rất nhiều phương pháp đã được đề nghị và nghiên cứu để giảm chỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) cho hệ thống LTE-Advanced thì SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access - đa truy cập phân chia tần số sóng mang đơn ) đã đáp ứng được thực tiễn đề ra đó. Một trong những nhược điểm của kỹ thuật OFDMA mà LTE-Advanced sử dụng cho truyền dữ liệu hướng xuống là tỷ lệ PAPR cao, và điều này tạo ra bất lợi khi các thiết bị đầu cuối vốn không dồi dào về năng lượng . Vì thế nên SC-FDMA được chọn là kỹ thuật dùng cho đa truy cập đường lên.
2.3.2.Phương Thức Truyền SC-FDMA :
2.3.2.1.Cấu Trúc Hệ Thống :
SC-FDMA làmộtkỹ thuật đa truy cậpmới,sử dụngđiều chếđơnsóng mang và cân bằng miền tần số.Nó có cấu trúc và hiệu suất tương tự như OFDMA.Khác với OFDMA ,SC-FDMA có thêm một khối DFT trước khi ánh xạ sóng mang con.
Hình 2.12:Mô hình hệ thống SC-FDMA sử dụng cho đường lên
2.3.2.1.1. Các khối chức năng trong hệ thống SC-FDMA :
Constellation mapper : chuyển các dòng bit đến thành các ký hiệu đơn sóng mang (BPSK, QPSK, hay 16QAM là tùy vào điều kiện hoàn cảnh).
Serial/parallel converter : định dạng ký hiệu SC-FDMA trong miền thời gian vào các khối(blocks) để làm đầu vào của khối FFT.
M-point DFT : chuyển đổi khối ký hiệu SC-FDMA trong miền thời gian thành tín hiệu rời rạc.
Subcarrier mapping : ánh xạ đầu ra của khối DFT đến các sóng mang con được chỉ định để truyền đi. Hệ thống SC-FDMA sử dụng kiểu ánh xạ tập trung hoặc phân tán.
N-point IDFT: chuyển các sóng mang con đã được ánh xạ trở lại miền thời gian để truyền đi.
Cyclic prefix and pulse shaping : tiền tố chu kỳ là một cụm đứng trước các biểu tượng SC-FDMA thích hợp , để ngăn chặn trễ lan truyền như trong hệ thống OFDMA,đồng thời làm triệt tiêu nhiễu liên ký tự ISI.
RFE: chuyển đổi tín hiệu số thành tương tự và chuyển lên đến RF để truyền đi.
2.3.2.1.2. Đường đi của tín hiệu qua các khối trong SC-FDMA
Hình 2.13 : Đường đi của dữ liệu trong SC-FDMA
Đầu tiên , máy phát của một hệ thống SC- FDMA sẽ nhóm các modulation symbols vào các khối(block), mỗi khối chứa N symbols.
Tiếp theo, thực hiện một phép biến đổi N-point DFT (phép biến đổi fourier N điểm) để tạo ra một đại diện trong miền tần số của các symbols đầu vào.
Sau đó là ánh xạ : mỗi kết quả đầu ra của N-DFT ánh xạ lên 1 trong M sóng mang con trực giao nhau (N Nếu N = M/Q và tất cả các thiết bị đầu cuối đều truyền N symbols /khối thì hệ thống có thể xử lý Q cuộc truyền tải đồng thời mà không có nhiễu xuyên kênh.Q là yếu tố mở rộng băng thống của chuỗi symbol. Tiếp theo, cũng giống như trong OFDMA, một M-point IDFT (biến đổi furrier ngược M điểm) sẽ biến đổi biên độ sóng mang con thành tín hiệu phức trong miền thời gian. Máy phát thực hiện hai hoạt động xử lý tín hiệu khác nhau trước khi truyền. Chèn dải bảo vệ : Chèn một tập hợp các symbols gọi là tiền tốc chu kỳ (CP) , cung cấp một thời gian bảo vệ để ngăn chặn sự nhiễu liên khối IBI (inter-block interference) do lan truyền đa đường. Máy phát cũng thực hiện một bước qua bộ lọc tuyến tính được gọi là pulse shaping để giảm năng lượng của tín hiệu ngoài băng. Nhìn chung thì CP là bản sao của một phần cuối cùng của khối , nó được thêm vào đầu mỗi khối vì một số lí do sau : CP hoạt động như một khoảng thời gian bảo vệ giữa các khối liên tiếp nhau. Nếuchiều dài củaCPdàihơn trễ lan truyền lớn nhất của kênh truyền, hoặc xấp xỉ độ dài của đáp ứng xung kênh truyền, thì sẽ không có IBI. Vì CPlà mộtbản saocủaphầncuối cùngcủakhối .Như vậytruyềndữ liệutuyên truyềnthông qua cáckênhcó thể đượcmô hình hóanhưmộtchậptròngiữacácđáp ứng xungkênhvàkhốitruyềndữ liệu, mà trong miền tần số là một sự sáng suốt của các mẫu tần số DFT. Sau đó, để loại bỏ các méo kênh truyền, DFT của tín hiệu nhận được có thể chia ra cho DFTcủakênhđáp ứng xungđiểmthông minhhoặcmộtophisticatedhơnmiền tần sốkỹ thuậtcân bằngcó thểđượcthực hiện. Máy thu sẽ chuyển đổi tín hiệu thu được qua miền tần số thông qua DFT, giải ánh xạ các sóng mang con và sau đó thực hiện cân bằng trong miền tần số Hầu hếtcáckỹ thuật cân bằng trong miền thời giannổi tiếng, như minimum mean square error (MMSE) equalization, decision feedback equalization (DFE), and turbo equalization, có thể áp dụng cho việc cân bằng trong miền tần số. Các symbols đã cân bằng được chuyển đổi về lại miền thời gian thông qua IDFT, nhận diện và giải mã được thực hiện trong miền thời gian. 2.3.2.2. Các Đặc Trưng Của SC-FDMA 2.3.2.2.1. Ánh xạ sóng mang con : Trong SC FDMA thì bước ánh xạ sóng mang con được thực hiện trong miền tần số (chứ không phải miền thời gian như OFDMA) Có 2 cách để thực hiện việc ánh xạ này , đó là : phân tán và tập trung - Localized FDMA (tập trung) : Localized FDMA (tập trung )thể hiện mỗi người dùng truyền tập trung trong miền tầ số. Hình 2.14 : Ánh xạ Localized FDMA PAPRthấpdo việc truyền đơn sóng mang Băng thông truyền dẫn linh hoạt , Kênhphụ thuộc vàolịch trìnhtrongmiềntần số - Distributed FDMA(phân tán): - Distributed FDMA (phân tán) thể hiện mỗi người dùng truyền phân tán trong miền tần số. PAPRthấpnhờIFDMA(" đơn sóng mang ") Số sóng mang con linh hoạt(khác với các yếu tốc lặp lại IFDMA) Phân tập tần số. Nhạy cảm với lỗi tần số, yêu cầu phải đồng bộ người dùng. Ở chế độ Distributed subcarrier mapping(phân tán) , kết quả sau khi ra khỏi khối DFT của dữ liệu đầu vào được phân bổ trên toàn bộ băng thông với zero chiếm các sóng mang con không sử dụng Hình 2.15 : Ánh xạ Distributed FDMA Trong khi đó các sóng mang con liên tiếp được chiếm bởi các kết quả đầu ra DFT của dữ liệu đầu vào trong chế độ localized subcarrier mapping Hình 2.16 : LFDMA VÀ DFDMA Trường hợp M=Q.N cho chế độ phân tán distributed với sự cách đều giữa các sóng mang con bị chiếm được gọi làInterleavedFDMA(IFDMA). M : tổng số sóng mang con N : data block size (số sóng mang con phân phối cho một user) Q : bandwidth spreading factor (số người dùng) IFDMAlà mộttrường hợpđặc biệtcủaSC-FMDA và rất hiệu quả. Trong đó các máy phát có thể điều chế đúng tín hiệu trong miền thời gian mà không sử dụng DFT và IDFT. Tùy thuộcvàophương phápánh xạsóng mang con , các symbol SC-FDMA được điều chế là khác nhau. Đối vớiIFDMA, the modulated time symbols chỉ đơn giản là một sự lặp lại của những symbols đầu vào gốc với yếu tố giãn rộng 1/Q và một chút dịch pha. DFDMAvàLFDMAcócấu trúc symbol theo thời gian giống nhau. Vì thế , chúng ta có thể thấy sự biến động nhiều hơn và đỉnh cao hơn trong biên độ của DFDMA và LFDMA. Hình 2.17 : Sự khác nhau của sub-carrier mapping trong miền thời gian và tần số 2.3.2.2.2. So Sánh OFDMA và SC-FDMA Giống nhau :Điều chế khối và sử dụng CP.Phân chiabăng thôngtruyền tảivàocác sóng mang connhỏ hơn.Channel inversion/equalization được thực hiện trong miền tần số.SC-FDMA được coilàDFT-precoded, lây lan-DFT OFDMA Khác nhau : tín hiệu trong miền thời gian. Dựa vào hình 2.4 dưới đây một phần nào cũng có thể phân biệt được sự khác nhau giữa hai phương pháp điều chế OFDMA và SC-FDMAVề phía OFDMA mỗi sóng mang con có độ rộng 15Khz.và 1 symbol có 4 sóng mang con, Xét theo miền tần số thì mỗi sóng mang con chiếm 1 khoảng tần số là 15Khz trong độ rộng của symbol là 60Khz. Hình 2.18 : Các sóng mang con theo các phương pháp điều chế Xét theo thời gian thì trong khoảng thời gian truyền 1 symbol cả 4 sóng mang con đều được truyền song song với 1 khe tần số cho mỗi sóng mang con. Thời gian truyền giữa 2 symbol liên tiếp cách nhau một khoảng 66.7 μs gọi là khoảng bảo vệ CP. Tín hiệu phát SC-FDMA bắt đầu với quá trình dặc biệt precoding ,nhưng sau đó tiếp tục một cách tương tự như OFDMA. SC-FDMA được thể hiện trên hình vẽ ,ở đây có 4 sóng mang con trên một symbol và các symbol liên tiếp vẫn cách nhau một khoảng bảo vệ CP. Xét theo miền tần số thì mỗi sóng ang con chiếm trọn băng thông của 1 symbol ở hình dưới đây là 60Khz. Xét theo thời gian thì SC-FDMA truyền lần lượt các sóng mang con theo thứ tự cho mỗi symbol khác biệt với OFDMA là truyền song song các sóng mang con trong thời gian truyền 1 symbol. Tóm lại : OFDMA là tín hiệu đa sóng mang với một symbol dữ liệu trên sóng mang con, nhưng các tín hiệu SC-FDMA xuất hiện nhiều hơn các sóng mang con .Vì thế trong SC-FDMA mỗi sóng mang con được cung cấp cho một băng thông rộng hơn chính điều này tạo ra cho SC-FDMA có PAPR tốt hơn OFDMA. Ở khía cạnh equalization/detection : Hình 2.19 : Chuỗi các symbol QPSK được ánh xạ trong miền thời gian và tần số Đa truy cập : tăngtính linh hoạthệ thốngbằng cáchghépnhiềungười sử dụnglêncùng mộtsóng mang con. 2.3.3. Ưu Nhược Điểm Của SC-FDMA : 2.3.3.1. Ưu Điểm: Việc sử dụng điều chế đơn sóng mang cho đường lên đem lại tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (peak to average ratio) của tín hiệu được truyền thấp hơn khi mà so sánh với kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang ví dụ như OFDM Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình của tín hiệu được truyền càng nhỏ thì công suất phát trung bình đối với một bộ khuếch đại công suất nhất định càng cao. Vì vậy mà truyền dẫn đơn sóng mang cho phép sử dụng hiệu quả hơn bộ khuếch đại công suất, đồng thời làm tăng vùng phủ sóng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với những thiết bị đầu cuối bị giới hạn về năng lượng. Tại cùng một thời điểm, việc cân bằng cần thiết để kiểm soát lỗi của tín hiệu đơn sóng mang do fading lựa chọn tần số là vấn đề nhỏ trong đường lên vì ít giới hạn trong nguồn tạo tín hiệu tại trạm gốc hơn so với thiết bị đầu cuối di động. đường lên LTE-Advanced lại dựa trên kỹ thuật phân tách trực giao giữa những người dùng trong miền thời gian và tần số (Trên lý thuyết, việc phân chia người dùng trực giao có thể thực hiện được trong miền thời gian chỉ bằng cách ấn định toàn bộ băng thông truyền dẫn đường lên cho một người dùng tại 1 thời điểm, điều này có thể thực hiện được với đường lên nâng cao). Kỹ thuật phân tách người dùng trực giao trong nhiều tình huống mang lại lợi ích trong việc tránh được nhiễu trong tế bào (intra cell interference). Tuy nhiên, việc phân bố một lượng tài nguyên băng thông tức thời rất lớn cho người dùng lại không phải là một chiến lược hiệu quả trong những tình huống mà chính tốc độ dữ liệu bị giới hạn bởi công suất truyền dẫn hơn là băng thông. Trong những tình huống như vậy, một thiết bị đầu cuối sẽ chỉ được phân bố một phần của tổng băng thông truyền dẫn và những thiết bị đầu cuối khác có thể truyền song song trên phần phổ còn lại. Vì vậy mà đường lên LTE-Advanced sẽ bao gồm một thành phần đa truy nhập miền tần số (frequency domain multiple access component), hệ thống truyền dẫn đường lên LTE-Advanced nhiều khi cũng được xem như là hệ thống Single Carrier FDMA (SC-FDMA). Giảm được PAPR : giảm công suất tiêu thụ tại các thiết bị đầu cuối (do chỉ có một sóng mang). Với hệ thống có PAPR cao thì đòi hỏi chi phí cao, khuếch đại công suất không hiệu quả với những yêu cầu cao của tính tuyến tính, làm gia tăng giá thành của thiết bị đầu cuối và tiêu thụ pin nhanh hơn. Giảm ảnh huởng của hiệu ứng Doppler :tăng tính di động cho thiết bị đầu cuối so với sử dụng OFDM 2.3.3.2 Nhược Điểm: Tốc độ không cao bằng OFDMA (do hiệu quả sử dụng phổ không cao- trong OFDMA phổ chồng lấn nên tiết kiệm được băng thông nên hiệu suất sử dụng phổ cao). Trongcác ứng dụngdi động, mộtlợi thế lớncủaOFDMA là sự bền vững của nó trước sự hiện diện của lan truyền tín hiệu đa đường. Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường là do hệ thống OFDMA truyền thông tin trên M sóng mang có tần số trực giao, each operating tại 1/M lần tốc độ bit của tín hiệu mang thông tin.Tuy nhiên OFDMA lại có PAPR cao. Tín hiệucó PAPRcaoyêu cầucác bộ khuếch đạicông suấttuyến tínhcaođểtránhméoxuyênquá mức. Để đạt đượcđộ tuyến tính, cácbộ khuếch đạiphải hoạt động với một back off lớn từ công suất đỉnh của nó. Kết quảlàhiệu quảnăng lượngthấp(đo bằngtỷ lệcông suất phát trên công suất tiêu tán một chiều) , đặt ra mộtgánh nặnglớnvềthiết bị đầu cuốidi độngkhông dây. OFDMA chịu ảnh hưởng nhiều của độ lệch tần số, lệch tần số sẽ phá hủy sự trực giao của các sóng mang , do đó đem lại nhiễu đa truy cập. Để khắc phục nhữngnhược điểm đó , 3GPPđang tiến hành một hình thức biến đổi của OFDMAchotruyềnđường lên trong"sự tiến hóa lâudài(LTE-Advanced)" của cáchệ thốngdi động.Các phiên bảnsửa đổi củaOFDMA, gọi tắtlàđơn sóng mangFDMA(SC-FDMA). Giống nhưtrongOFDMA, cácmáy pháttrongmột hệ thống SC-FDMA sử dụng tần sốtrực giaokhác nhau(sóng mang con) để truyền các biểu tượngthông tin. Tuy nhiên, họtruyềncác sóng mang contheo tuần tự, chứ không phải song song. So với OFDMA thì sắp xếp này làm giảm đáng kểsự biến động trong dạng sóng truyền.Do đó,tín hiệuSC-FDMA cóPAPRthấp hơn so vớitín hiệuOFDMA. Tuy nhiên trong các hệ thống thông tin di động có sự lan truyền trong điều kiện khắc nghiệt thì tín hiệu SC-FDMA đến một trạm cơ sở sẽ bị sự can thiệp đáng kể của nhiễu xuyên kí tự. Các trạm cơ sở dùng thích nghi trong miền tần số cân bằng để loại bỏ sự can thiệp này.Sự sắp xếp nàycó ý nghĩatrong mộthệ thốngdi độngbởi vìnólàm giảmgánh nặngcủasự khuếch đạituyến tínhtrongthiết bị đầu cuốidi độngvới chi phíxử lý tín hiệuphức tạp(tần số miềncân bằng) tạicáctrạm cơ sở. 2.4.Kết luận chương: Chương này đã trình bày được khá đầy đủ về hai kỹ thuật OFDMA và SC-FDMA được sử dụng ở đa truy cập đường xuống và đường lên trong LTE-Advanced. Qua đó so sánh hai kỹ thuật OFDMA và SC-FDMA để có những đánh giá, làm tiền đề cho chuongw4 . Hai kỹ thuật này thừa kế đầy đủ từ phiên bản LTE. Kết luận và hướng phát triển đề tài: Kết luận: Công nghệ LTE-Advanced được phát triển dựa trên công nghệ LTE của 3GPPP , đã được tổ chức viễn thông toàn cầu ITU công nhận là một trong hai công nghệ đạt tiêu chuẩn để phát triển thế hệ di động thứ 4 (4G). Ở đồ án này em đã trình bày được về lịch sử phát triển của các thế hệ di động và đi sâu tìm hiểu về các kỹ thuật đặc trưng được sử dụng trong công nghệ LTE-Advanced. Và đã đặc biệt quan tâm đến 3 kỹ thuật đó là OFDMA , SC-FDMA và kỹ thuật kết tập sóng mang (Carrier Aggregation). Với việc giới thiệu,phân tích đã nêu bật được những ưu,nhược điểm của 3 kỹ thuật trên cùng với những ứng dụng của chúng trong LTE-Advanced. Về phần mô phỏng đã tìm hiểu về chỉ số PAPR trong hệ thống LTE-Advanced qua đó đưa kết luận để khẳng định SC-FDMA có đặc điểm kỹ phù hợp hơn so với OFDMA để sử dụng cho đa truy cập đường lên . Hướng phát triển đề tài: Với những với những kết quả đã đạt được ở trên thì những hướng phát triển để đề tài này là : -Tìm hiểu kỹ thêm các kỹ thuật đã được dùng trong công nghệ LTE-Advanced - Phần mô phỏng: mô phỏng thêm dưới nhiều phương pháp điều chế khác, trình bày thêm các kỹ thuật nhằm giảm bớt chỉ số PAPR cho hệ thống, đặc biệt là cho đường truyền lên. -Tìm hiểu khả năng phát triển mạng 4G với công nghệ LTE-Advanced trong tương lai tại nước ta.
