Đồ Án Phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE

MỤC LỤC​
​

MỤC LỤCi

LƯU Ý: TÀI LIỆU NÀY KHÔNG CÓ mã mô phỏng Matlab
THUẬT NGỮ VIẾT TẮTiii
DANH MỤC HÌNH VẼix
DANH MỤC BẢNG BIỂUxi
LỜI NÓI ĐẦUxii
CHƯƠNG 1. 1
ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ ĐƠN SÓNG MANG (SC-FDMA). 1
1.1. Giới thiệu chung. 1
1.2. Kỹ thuật phân chia theo tần số trong các hệ thống không dây băng rộng. 1
1.2.1. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. 1
1.2.2. Điều chế đơn sóng mang / Cân bằng trong miền tần số. 5
1.3. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA). 9
1.3.1. Giới thiệu. 9
1.3.2. Xử lý tín hiệu SC-FDMA10
1.3.3. Sắp xếp các sóng mang con. 14
1.3.4. Biểu diễn trong miền thời gian của tín hiệu SC-FDMA16
1.3.5. SC-FDMA và đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA). 21
1.3.6. Đặc tính công suất đỉnh của tín hiệu SC-FDMA23
1.4. Tổng kết25
CHƯƠNG 2. 26
SC-FDMA TRONG 3GPP LTE26
2.1. Giới thiệu chung. 26
2.2. Khái quát về 3GPP LTE26
2.2.1. Các thế hệ mạng thông tin di dộng. 26
2.2.2. Các tiêu chuẩn chung. 27
2.2.3. Các hệ thống không dây di động tiên tiến dựa trên FDMA28
2.2.4. Các đặc tả kỹ thuật của 3GPP31
2.3. Các lớp giao thức và các kênh. 33
2.4. Cấu trúc thời gian và tần số ở đường lên. 37
2.4.1. Khung và khe thời gian. 37
2.4.2. Khối tài nguyên. 39
2.5. Xử lý kênh vật lý đường lên cơ sở. 42
2.6. Cấu trúc tín hiệu tham chiếu (hoa tiêu). 46
2.7. Tổng kết47
CHƯƠNG 3. 48
PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN Ở ĐƯỜNG LÊN TRONG HỆ THỐNG LTE48
3.1. Giới thiệu. 48
3.2. Mô hình hệ thống. 48
3.3. Tối đa hóa tốc độ tổng theo trọng số. 50
3.4. Tối thiểu hóa số kênh con sử dụng. 54
3.5. Tổng kết57
CHƯƠNG 4. 58
CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG58
4.1. Giới thiệu. 58
4.2. Mô phỏng kỹ thuật SC/FE58
4.3. Mô phỏng hệ thống SC-FDMA62
4.3.1. Mô phỏng các mô hình sắp xếp sóng mang con. 62
4.3.2. Mô phỏng đặc tính công suất đỉnh của tín hiệu SC-FDMA63
4.4. Mô phỏng thuật toán phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE66
4.4.1. Mô phỏng thuật toán tối đa hóa tốc độ tổng theo trọng số. 66
4.4.2. Mô phỏng thuật toán tối thiểu hóa số sóng mang con sử dụng. 68
4.5. Tổng kết68
PHỤ LỤC (Mã mô phỏng bằng Matlab). 69
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN89
TÀI LIỆU THAM KHẢO90
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đang phát triển rất mạnh mẽ và không ngừng được cải tiến nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin phong phú và đa dạng của con người. Các thế hệ mạng thông tin di động đầu tiên được thương mại hóa vào những năm 1980 sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Truyền dẫn số xuất hiện đầu tiên vào những năm 1990 với phần lớn các hệ thống được triển khai đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và một số khác dựa vào phân chia theo mã (CDMA). Công nghệ thế hệ thứ ba bắt đầu từ năm 2000 sử dụng phân chia theo mã, trong khi các thế hệ mạng thông tin di dộng tiếp theo đang có xu hướng trở về các kỹ thuật phân chia theo tần số.
Hiện tại có hai xu hướng sử dụng công nghệ FDMA đang cạnh tranh nhau để giành được chỗ đứng trong các mạng thông tin di động tế bào thế hệ kế tiếp. Trong khi WiMAX, được chuẩn hóa bởi tổ chức IEEE sử dụng công nghệ OFDMA cho truyền dẫn đường lên và đường xuống thì một công nghệ tiềm tàng khác là LTE (Long Term Evolution-Sự phát triển dài hạn) đươc chuẩn hóa bởi tổ chức hợp tác thế hệ thứ 3 (3GPP) lại chỉ sử dụng OFDMA cho truyền dẫn đường xuống, trong khi đường lên sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA). Những thay đổi về mặt thực thi hệ thống của SC-FDMA so với OFDMA cũng dẫn tới việc phân bổ tài nguyên trong hệ thống cũng bị thay đổi.
Nhận thức rõ những yêu cầu tất yếu trong việc phân bổ tài nguyên trong các mạng thông tin di động, đặc biệt là tính khả thi trong các hệ thống LTE trong tương lai, cùng với kiến thức đã học tập được tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông và những định hướng của thầy giáo Ths. Nguyễn Viết Đảm, em đã chọn đề tài cho Đồ án tốt nghiệp Đại học là:
“Phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE”
Đồ án được trình bày qua 4 chương như sau:
Chương 1: Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA). Trong chương này, sẽ trình bày về công nghệ SC-FDMA: xuất phát điểm, ý tưởng của kỹ thuật; các khối chức năng thực thi hệ thống, các mô hình; đồng thời so sánh nó với kỹ thuât OFDMA để giải thích tại sao SC-FDMA được lựa chọn cho truyền dẫn đường lên trong các hệ thống LTE.
Chương 2: SC-FDMA trong 3GPP LTE. Chương này đi sâu vào các đặc điểm kỹ thuật của SC-FDMA trong đường lên các hệ thống LTE được đưa ra bởi tổ chức 3GPP. Khái quát về các kênh vật lý, cấu trúc về mặt thời gian và tần số ở đường lên và quá trình xử lý tín hiệu sẽ được trình bày trong chương này.
Chương 3: Thuật toán phân bổ tài nguyên ở đường lên trong hệ thống LTE. Trong chương này, sẽ trình bày về ba bài toán phân bổ tài nguyên trong đường lên hệ thống LTE. Sẽ có hai cách tiếp cận trong chương này, đó công thức hóa bài toán về dạng chương trình số nguyên nhị phân sẵn có và đề xuất các thuật toán cận tối ưu cho việc phân bổ tài nguyên.
Chương 4: Chương trình và kết quả mô phỏng. Chương này sẽ đưa ra các mô hình thực hiện mô phỏng cho hệ thống SC-FDMA và chop các thuật toán phân bổ tài nguyên ở đường lên trong các hệ thống LTE. Các kết quả mô phỏng cũng được đưa ra nhằm rút ra những đánh giá, kết luận.
Được sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo tận tình trong nghiên cứu và cung cấp tài liệu của thầy giáo Ths. Nguyễn Viết Đảm và ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo trong bộ môn vô tuyến cùng với sự nỗ lực của bản thân, đồ án được hoàn thành với nội dung ở mức độ nhất định. Tuy nhiên do trình độ và thời gian có hạn, đồ án chắc chắn không chắn khỏi những sai sót, kính mong các thầy cô giáo và các bạn sinh viên đóng góp kiến chỉnh sửa và hướng phát triển tiếp theo để đồ án hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths. Nguyễn Viết Đảm, các thầy cô giáo trong bộ môn vô tuyến và các bạn đã giúp đỡ tận tình trong thời gian học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp này.