Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM TRONGMẠNG DI ĐỘNG 4G-LTE

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM TRONGMẠNG DI ĐỘNG 4G-LTE

Tải bản đầy đủ - 0trang

Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2

chế độ FDD và TDD.

➢ Thuộc tính liên quan của hệ thơng LTE [2]

Băng tần



1.25 – 20 MHz



Song công



TDD, FDD và bán song công FDD



Di động



350 km



Đa truy nhập



Đường xuống OFDMA

Đường lên SC-FDMA



MIMO



Đường xuống 2x2; 4x2; 4x4

Đường lên

1x2; 1x4



Tốc độ dữ liệu đỉnh trong 20MHz



Đường xuống: 173 và 326 Mb/s tương

ứng với cấu hình MIMO 2x2 và 4x4

Đường lên 86 Mb/s với cấu hình 1x2

anten



Điều chế



QPSK, 16 QAM, 64 QAM



Mã hóa kênh



Mã Turbo

Bảng 3.1: Các đặc điểm chính của cơng nghệ LTE.



3.1.2



Những đặc điểm nổi bật của mạng di động 4G-LTE



Mạng 4G là một sự hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện có và đang phát

triển như 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, pre-4G, UWB, …để cung cấp một kết nối vô

tuyến rộng khắp, mọi lúc, mọi nơi, không phụ thuộc vào nhà cung cấp hay thiết bị

di động của người dùng. Công nghệ này cho phép sử dụng các dịch vụ đa phương

tiện tốc độ cao trong khi di chuyển ở bất kỳ tốc độ nào nên nó có thể hỗ trợ sử dụng

các dịch vụ chất lượng cao, giá thành thấp, và mang tính đặc thù cho từng cá nhân.

4G-LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa

phương tiện với tốc độ trên 100Mb/s khi di chuyển ở tốc độ 3km/h, và đạt 30Mb/s

khi di chuyển ở tốc độ cao 120km/h. Tốc độ này nhanh hơn gấp 7 lần so với tốc độ

truyền dữ liệu của cơng nghệ HSDPA (truy nhập gói dữ liệu tốc độ cao).



60



Ưu điểm nổi bật:

-



Dung lượng truyền trên kênh đường xuống có thể đạt 100 Mbps và trên kênh

đường lên có thể đạt 50 Mbps.



-



Tăng tốc độ truyền trên cả người sử dụng và các mặt phẳng điều khiển.

Không sử dụng chuyển mạch kênh. Tất cả sẽ dựa trên IP, VoIP sẽ dùng cho

dich vụ thoại.



-



Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời.



-



OFDMA và MIMO được sự dụng trong 4G-LTE thay vì CDMA như trong

3G. Tuy nhiên mạng 4G-LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với

mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này rất quan trọng cho nhà cung cấp mạng

triển khai 4G-LTE vì khơng cần thay đổi tồn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.



-



Băng thơng hoạt động linh hoạt, có thể hoạt động ở các băng thơng như:

5MHz, 10MHz, 15MHz và 20MHz, thậm chí ở tần số thấp hơn như

1,25MHz và 2,5MHz



-



Tính kế thừa cao, tương thích tốt với nền tảng GSM, do vậy việc triển khai sẽ

dễ dàng hơn và giá thành không cao.



61



3.2



Hệ thống MIMO-OFDM trong LTE hướng xuống

Sơ đồ tổng quát



3.2.1



Loop OFDM



Modulation



Layer

Mapping



MIMO

Precoding



Mapping



Zero

Padding



Pilot



Channel

Estimation



CHANNEL



Loop OFDM



Pilot



DeModulation



Layer

Demapping



MIMO

Equalizer



Demapping



CP

Adding



IFFT



FFT



CP

Removal



Hình 3.1:Sơ đồ tổng quát hệ thống MIMO-OFDM trong LTE

Ở phía phát, dữ liệu đi vào khối điều chế Modulation thành các symbol được

đi qua khối Layer Mapping để ánh xạ thành các lớp tuỳ thuộc vào đầu ra của anten.

Sau đó dữ liệu từ đầu ra của Layer Mapping tạo thành các lớp và đi vào khối MIMO

Precoding và được nhân với một ma trận precoding tương ứng để ánh xạ vào tưng

anten. Tiếp theo dữ liệu sẽ qua khối mapping để ánh xạ dữ liệu và chèn dữ liệu

tham khảo (Pilot) lên lưới tài nguyên. Sau khi dữ liệu được mapping sẽ được chèn

zero để cho chiều dài đủ với chiều dài của IFFT. Dữ liệu được qua khối IFFT để

biến đổi từ miền tần số sang miền thời gian và đồng thời chèn khoảng bảo vệ (CP

Adding) sau mỗi một OFDM symbol để tránh nhiễu ISI.

Tại đầu thu dữ liệu nhận được sẽ loại bỏ khoảng bảo về và thực hiện chuyển

đổi từ miền thời gian sang miền tần số (FFT), dữ liệu sau khi chuyển đổi FFT sẽ

được qua khối Demapping để tách dữ liệu và pilot, từ dữ liệu pilot thu được và tạo

ra qua khối ước lượng kênh truyền (Channel Estimation) ta thu được hệ số kênh

truyền. Từ đó hệ số kênh truyền và dữ liệu được qua khối cân bằng kênh MIMO

Equalizer để thu được dữ liệu gốc. Dữ liệu đầu ra MIMO Equalizer được đưa vào

62



hệ thống layer Demapping để ghép các lớp lại thành một và được đi qua khối giải

điều chế (Demodulation) ta thu được dữ liệu ban đầu.

Cấu trúc của khung dữ liệu(Frame)



3.2.2



Truyền dữ liệu cho 2 hướng xuống và lên được tổ chức trong một

khung dữ liệu (radio frames) với Tf = 307200 x Ts = 10ms. Có 2 loại radio frame

được hỗ trợ là:

-



Loại 1: được sử dụng cho chế độ FDD[2]



-



Loại 2: được sử dụng cho chế độ TDD[2]



Loại 1:

One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms

One slot, Tslot = 15360Ts = 0.5 ms



#0



#1



#2



#3



#18



#19



One subframe



Hình 3.2: Cấu trúc frame cho chế độ FDD

Được sử dụng cho phương thức song công và bán song công FDD. Mỗi

khung dữ liệu có Tf  307200  Ts  10 ms ,bao gồm 20 khe, đánh số từ 0->19, với



Tslot  15360  Ts  0.5 ms .

Loại 2:

One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms

One half-frame, 153600Ts = 5 ms



One slot,

Tslot=15360Ts



30720Ts



Subframe #0



Subframe #2



Subframe #3



Subframe #4



Subframe #5



Subframe #7



One

subframe,

30720Ts

DwPTS



GP



UpPT

S



DwPTS



GP



Subframe #8



Subframe #9



UpPT

S



Hình 3.3: Cấu trúc frame cho chế đợ TDD.



Được



dùng



cho



phương



thức



TDD.



Một



khung(



frame)







Tf  307200  Ts  10 ms , bao gồm 2 haft-frame với 153600  Ts  5 ms , mỗi haftframe gồm 5 subframe có chu kì 30720  Ts  1 ms .

63



Lưới tài nguyên (Resource grid)



3.2.3



One downlink slot Tslot



DL

N symb

OFDM symbols



DL

RB

k  N RB

N sc

1



subcarrier

s

subcarrier

N scRB

s



Resource

block

DL

RB

N symb

 N sc



DL

 N scRB

N RB



Resource

element



resource

elements



(k , l )



k 0

DL

l  N symb

1



l 0



Hình 3.4: Lưới tài nguyên

DL



DL



RB



Một slot bao gồm N RB N sc sóng mang con và N symb OFDM symbols, tạo thành

lưới dữ liệu (resource grid)[2] . Mỗi slot được chia thành các khối, mỗi khối gồm

N scRB song mang con. Thông tin trong resource grid được đánh số theo k, l  với

DL RB

k  0,...,N RB

N sc  1







DL

l  0,...,N symb

1



là chỉ số trong miền tần số và thời gian.



➢ Resource elements

Mỗi một phần tử trong lưới tài nguyên cho antenna port p được gọi là một

DL RB

resource element [2] và được xác định bằng k, l  với k  0,...,N RB Nsc  1 và

DL

l  0,...,N symb

1



➢ Resource blocks

Resource block được sử dụng để miêu tả việc mapping dữ liệu của các kênh vật

lý từ resource elements. Một resource blocks [2] sẽ bao gồm



DL

N symb



x



N scRB



resource



elements. Mỗi Resource block bao gồm 12 subcarriers, nó sẽ tương ứng với

12x15khz = 180 KHz trong miền tần số và một slot = 0.5ms trong miền thời gian.



64



Băng tần

Resource

Blocks

Subcarriers



1.4 Mhz



3 Mhz



5 Mhz



10 Mhz



16 Mhz



20 Mhz



6



15



25



50



75



100



72



180



300



600



900



1200



Bảng 3.2: bảng ánh xạ băng tân với số resource blocks

3.2.4



Điều chế (Modulation)



Trong trường hợp kênh vật lý trong LTE, modulation được sử dụng khác nhau

cho từng kênh vật lý tương ứng, bởi vì mỗi một modulation symbols sẽ được gán

vào từng resource elements. Bảng 3.3 dưới đây thể hiện mối quan hệ giữa kênh vật

lý và loại modulation [3]



65



Kênh vật lý



Điều chế



Bít/Symbol



PBCH



QPSK



2



PCFICH



QPSK



2



PDCCH



QPSK



2



PHICH



BPSK



1



PDSCH



QPSK, 16QAM, 64QAM



2,4,6



PMCH



QPSK, 16QAM, 64QAM



2,4,6



Bảng 3.3: Ánh xạ kênh vật lý với điều chế

Trong các loại điều chế trên 64QAM là phương thức điều chế tốt nhât bởi vì

sử dụng 6bits thơng tin để mã hóa thành 1 symbol QAM, nó sẽ cho một tỷ lệ tín

hiệu trên nhiễu là tốt nhất. Những bits thông tin được map trong bảng symbol điều

chế, người ta sử dụng mã Gray để giảm tối đa bít bị lỗi. Minh họa trong hình 3.5



Hình 3.5: Điều chế QAM64

3.2.5



Ánh xạ lớp (Layer mapping)



Ký kiệu (symbol) điều chế với giá trị là số phức của mỗi codewords được ánh

xạ vào một hoặc một vài lớp. Những ký hiệu điều chế [2]



66



(q)

d (q) (0),...,d ( q) (M symb

 1)



cho



codeword



q











x(i)  x (0) (i) ... x ( 1) (i) ,

sẽ được ánh xạ vào các lớp



layer

i  0,1,...,M symb

1



layer

M symb



(3.1) với v là số lớp và



T



là số ký hiệu điều chế trên mỗi lớp



➢ Ánh xạ lớp cho một antenna port



Ánh xạ lớp cho một anten. Một lớp sẽ được sử dụng v=1, được xác định bằng

layer

(0)

x (0) (i)  d (0) (i) Với M symb  M symb



(3.2)



➢ Ánh xạ lớp trong ghép kênh không gian (spatial multiplexing)



Với ghép kênh không gian, ánh xạ lớp [2] sẽ được thực hiện trong bảng 3.4 .

Số lớp là ít hơn hoặc bằng với với số anten port P được sử dụng cho truyền phát

trong kênh vật lý. Trong trường hợp một codeword được ánh xạ tới 2 lớp được áp

dụng khi số anten port là [4].

Number

of layers



Number of

codewords



1



1



2



2



2



1



Codeword-to-layer mapping

layer

i  0,1,...,M symb

1



x (0) (i)  d (0) (i)

x (0) (i)  d (0) (i)

x (i)  d



(1)



(i)



(i)  d



( 0)



(2i)



x (i)  d



( 0)



(2i  1)



(1)



x



(1)



x



3



2



( 0)



( 0)



(i)  d



x (i)  d

(1)



( 0)

(1)



layer

( 0)

M symb

 M symb

layer

( 0)

(1)

M symb

 M symb

 M symb



layer

(0)

M symb

 M symb

2



(i)



(2i)



layer

( 0)

(1)

M symb

 M symb

 M symb

2



x ( 2) (i)  d (1) (2i  1)

x (0) (i)  d (0) (2i)



4



2



x (1) (i)  d (0) (2i  1)



x ( 2) (i)  d (1) (2i)



layer

( 0)

(1)

M symb

 M symb

2  M symb

2



x (3) (i)  d (1) (2i  1)



Bảng 3.4: ánh xạ codeword tới lớp trong ghép kênh không gian

➢ Ánh xạ lớp trong phân tập phát



Ánh xạ lớp [2] được thực hiện trong bảng 3.5. Trong trường hợp phân tập

phát chỉ có 1 codeword và số lớp là v sẽ bằng với số antenna port P được sử dụng

truyền trong kênh vật lý



67



Number



Number of



Codeword-to-layer mapping



of layers



codewords



layer

i  0,1,...,M symb

1



x (0) (i)  d (0) (2i)



2



1



x (1) (i)  d (0) (2i  1)



layer

( 0)

M symb

 M symb

2



x (0) (i )  d (0) (4i )





M ( 0) 4



layer

M symb

  (0) symb



 M symb  2 4







x (1) (i )  d (0) (4i  1)



4



x ( 2) (i )  d (0) (4i  2)



1







( 0)

if M symb

mod 4  0

( 0)

if M symb

mod 4  0



( 0)

If M symb

mod 4  0 two null symbols



x (3) (i )  d (0) (4i  3)



( 0)

shall be appended to d (0) (M symb

 1)



Bảng 3.5: ánh xạ codeword với lớp trong phân tập phát

3.2.6



Precoding cho phân tập phát



Precoding cho phân tập phát [3] được sử dụng kết với với ánh xạ lớp cho

phân tập phát. Nó được thực hiện cho 2 và 4 antena ports.

➢ Với 2 antena port, p  0,1 , đầu ra y(i)   y (0) (i)



T



y (1) (i)  ,



ap

i  0,1,..., M symb

 1 (3.4) được xác định bằng



 y (2i) 

1

 (1)





 y (2i)   1 0

 y (0) (2i  1) 

2 0

 (1)





1

 y (2i  1) 

(0)



 Re  x (0) (i )  

0

j 0 



(1)





1 0 j  Re  x (i )  





1 0 j   Im  x (0) (i)  





0  j 0 

(1)



 Im  x (i)  



(3.5)



ap

layer

layer

 2M symb

 1 và M symb

Với i  0,1,..., M symb

.



➢ Với 4 antenna ports, p  0,1,2,3 , đầu ra



y(i)   y (0) (i)



y (1) (i )



y (2) (i )



T



ap

 1 được xác định

y (3) (i )  , i  0,1,..., M symb



bằng



68



 y (0) (4i ) 

1 0

 (1)



0 0

 y (4i ) 



 y (2) (4i ) 

0 1

 (3)





 y (4i ) 

0 0

 y (0) (4i  1) 

0 1

 (1)





 y (4i  1) 

0 0

 y (2) (4i  1) 

1 0

 (3)





 y (4i  1)  1 0 0

 (0)



y

(4

i



2)

2 0 0





 y (1) (4i  2) 

0 0

 (2)





 y (4i  2) 

0 0

(3)

 y (4i  2) 

0 0

 (0)





 y (4i  3) 

0 0

 y (1) (4i  3) 

0 0

 (2)





 y (4i  3) 

0 0

 y (3) (4i  3) 

0 0







Với i  0,1,..., M



3.2.7



layer

symb



0

0



0

0



j

0



0

0



0

0



0

0



0

0



j

0



0

0



0

0



0

0



j

0



0

0



0

0



j 0

0 0



0

1



0

0



0

0



0

0



0 0

0 1



0

0



0

0



0

0



0

1



0

0



0

0



0

1



0

0



0

0



0

0



 1 và M



ap

symb



0

0 

0 0



(0)

0 0   Re  x (i )  





0 0   Re  x (1) (i )  





0 0 

 Re  x (2) (i )  

0 0 





(3)

0 0  Re  x (i)  





0 0   Im  x (0) (i )  





j 0 

(1)



  Im  x (i)  

0 0

(2)





0 j   Im  x (i )  



0 0   Im  x (3) (i )  





0 j



0 0

 j 0 

0

0



(3.6)



layer

(0)

 4M symb

if M symb

mod 4  0



.

layer

(0)

4

M



2

if

M

mod

4



0





symb

symb





Ánh xạ dữ liệu lên lưới tài nguyên



➢ Tạo dữ liệu tham khảo

Chuỗi dữ liệu tham khảo rl ,ns (m) được định nghĩa bằng [2]



rl ,ns (m) 



1

1

1  2  c(2m)   j 1  2  c(2m  1)  ,

2

2



max,DL

m  0,1,...,2 N RB

1



(3.7)



Với ns là số slot trong 1 khung và l là chỉ số OFDM trong khe của khung. Chuỗi

giả ngẫu nhiên (pseudo-random sequence) được định nghĩa như sau:

Đầu ra chuỗi giả ngẫu nhiên c(n) với độ dài M PN và n  0,1,..., M PN  1 , được định

nghĩa[2] bằng







x (n  31)   x (n  3)  x (n)  mod 2

1

1

1

x (n  31)   x (n  3)  x (n  2)  x (n  1)  x (n)  mod 2

2

2

2

2

2

c(n)  x (n  N )  x (n  N ) mod 2

1

C

2

C



69



(3.8)



Với NC  1600 và x1 (0)  1, x1 (n)  0, n  1,2,...,30

Khởi tạo cho chuỗi thứ hai x2 [2] là cinit   i 0 x2 (i)  2i

30



cell

cell

với cinit  210   7   ns  1  l  1   2  N ID

 1  2  N ID

 NCP



(3.9)



ở điểm bắt đầu của mỗi OFDM symbol và

1 for normal CP

NCP  

0 for extended CP



➢ Ánh xạ dữ liệu tham khảo lên resource element [2]

Được truyền trên tất cả các subframe downlink hỗ trợ kênh truyền Physical

Downlink Shared Channel ( PDSCH ), trên một hoặc tất cả các cổng anten, với

f  15 kHz .Trong mơ phỏng, tín hiệu quy chiếu được sử dụng như tín hiệu dẫn



đường cho mục đích ước lượng kênh.

Tín hiệu rl ,ns (m) sẽ được chèn vào vị trí ak( ,pl ) trên lưới thời gian-tần số[2]

ak( ,pl )  rl ,ns (m ')



với



k  6m   v  vshift  mod 6

DL

0, N symb

 3 if p  0,1

l

if p  2,3

1

DL

m  0,1,..., 2  N RB

1



(3.10)



max,DL

DL

m  m  N RB

 N RB



0

3



3

v

0

3(ns mod 2)



3  3(ns mod 2)



if p  0 and l  0

if p  0 and l  0

if p  1 and l  0



(3.11)



if p  1 and l  0

if p  2

if p  3



cell

vshift  N ID

mod 6



(3.12)



Vị trí chèn pilot vào lưới tài nguyên (resource grid) như hình[2]

70



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM TRONGMẠNG DI ĐỘNG 4G-LTE

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×