Luận văn Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G)

-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 41 3.2.2.3 Quản lý hệ thống Mô tả trong hình 3.12, quản lý hệ thống là khía cạnh liên quan đến cơ chế hỗ trợ các dịch vụ. Các chức năng của phần này gồm: QoS, bảo mật/xác thực/ủy quyền/thanh toán, máy chủ từ xa/cơ sở dữ liệu, đặc tính thích ứng môi tr−ờng, xã hội. Mô hình quản lý hệ thống này có mục đích nâng cao tính bảo mật/ xác thực/ tính toán nh− là nhân tố cốt lõi của các dịch vụ làm nền tảng cho việc triển khai xã hội di động 4G và cung cấp cho hệ thống khả năng khắc phục các loại lỗi khác nhau [8]. Khái niệm QoS ứng dụng phối hợp QoS mạng đ−ợc sử dụng, do đó truyền dữ liệu liên tục tốc độ cao chống lại sự tắc nghẽn đ−ợc cung cấp ngay cả trong điều kiện bất lợi. 3.2.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng hệ thống 3.2.3.1 Các ví dụ điển hình và giao diện cho mạng truy cập vô tuyến mới Năm ví dụ điển hình về viễn cảnh trong mạng truy cập vô tuyến mới và các ví dụ về giao diện cho từng viễn cảnh đ−ợc thể hiện trong hình 3.13. Trong hình này, R1-R5 cho biết dạng của giao diện vô tuyến, N1-N3 cho biết dạng giao diện mạng. Viễn cảnh 1 là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập vô tuyến mới ở môi tr−ờng ngoài trời. ở mức trung bình, có thể đạt đ−ợc tốc độ gói vô tuyến nhanh hơn khi thiết bị đầu cuối gần trạm thu phát gốc (BTS). Viễn cảnh 2 là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập di động mới hoặc khả năng truy cập không dây tự do mới ở môi tr−ờng trong nhà quy mô rộng chẳng hạn nh− ở những toà nhà văn phòng rộng hoặc các cửa hàng. Viễn cảnh 3 là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập không dây tự do mới ở môi tr−ờng trong nhà quy mô nhỏ nh− nhà riêng. Viễn cảnh 4 là ví dụ giới thiệu về khả năng mạng di chuyển. Trong ví dụ này các nút mạng di chuyển (MNN) sẽ đ−ợc cài đặt trong các đối t−ợng chuyển động ví dụ nh− tàu hoả, xe buýt để có thể truyền thông giữa các trạm cơ sở và trạm di động qua các MNN. Viễn cảnh 5 là ví dụ Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 42 về định dạng của một mô hình ad-hoc ở giữa các trạm di động, các trạm di động đ−ợc trang bị giao diện vô tuyến R5 cho phép truyền thông vô tuyến giữa các trạm di động [8]. Chú ý rằng, những tr−ờng hợp đ−ợc giới thiệu này chỉ đơn thuần là một vài ví dụ trong hệ thống di động 4G, vì vậy có thể định dạng mạng kết nối đa chặng bằng cách kết nối các trạm cơ sở bằng sự kết nối vô tuyến là hoàn toàn có thể hiểu đ−ợc. BS (Base Station): Trạm gốc MS (Mobile Station): Trạm di động MNN (Moving Network Node): Nút mạng di chuyển R1: High Speed MS I/F: T−ơng tác MS tốc độ cao R2: Large-Scale Indoor I/F: T−ơng tác trong nhà lớn. R3: Indoor I/F: T−ơng tác trong nhà R4: Moving Network I/F: T−ơng tác mạng di chuyển R5: Ad Hoc I/F: t−ơng tác mạng Ad Hoc N1: Outdoor BS I/F: t−ơng tác BS ngoài trời N2: Large-Scale Indoor BS I/F: t−ơng tác BS trong nhà lớn N3: Indoor BS I/F: t−ơng tác BS trong nhà Hình 3.13. Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cập vô tuyến mới [8] Thêm vào đó, sẽ có những đòi hỏi lớn để thiết kế và phát triển 5 giao diện vô tuyến này có mức độ phổ dụng cao, để các thiết bị đầu cuối của hệ thống di động 4G có thể dễ dàng điều khiển khả năng đa sóng vô tuyến và có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong nhiều môi tr−ờng khác nhau. Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 43 3.2.3.2 Cấu hình chức năng cho các nút/thiết bị đầu cuối trong hệ thống di động 4G Hình 3.14 mô tả các ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút/các thiết bị đầu cuối trong các hệ thống di động 4G. Xem xét nh− là các lớp chức năng, dịch vụ và ứng dụng (F5), hỗ trợ dịch vụ (F4), điều khiển mạng và truyền tải (F3), quản lý tài nguyên và đ−ờng kết nối (F2) và các chức năng truy cập không dây (F1) đ−ợc định nghĩa. F5-F3 t−ơng ứng với dịch vụ và miền ứng dụng, nền tảng dịch vụ, mạng lõi chuyển mạch gói thuộc hình 3.8 t−ơng ứng với nơi mà F5, F4 ứng với trong miền truy cập sóng vô tuyến mới [8]. Hình 3.14. Ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút/các thiết bị đầu cuối [8] Nói cách khác, khi xem xét nh− là các loại nút/thiết bị đầu cuối, thì gồm các loại: Bridge, bao hàm các lớp chức năng F1-F2; Router bao hàm các lớp chức năng F1-F3; loại máy chủ quản lý gồm các lớp chức năng F1-F4; và loại thiết bị đầu cuối gồm các chức năng F1-F5. Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 44 3.3 Các công nghệ ứng dụng trong hệ thống di động 4G Để đạt đ−ợc tốc độ truyền dẫn cao, dung l−ợng lớn trong hệ thống di động 4G, rất nhiều công nghệ tiên tiến cho thiết bị đầu cuối, cơ sở hạ tầng mạng, nền tảng dịch vụ cũng nh− là mạng truy cập vô tuyến mới đã đ−ợc nghiên cứu, thử nghiệm và đã đạt đ−ợc kết quả đề ra. Sau đây là một số công nghệ đ−ợc ứng dụng cho hệ thống di động 4G trong t−ơng lai. 3.3.1 Kỹ thuật truyền dẫn dung l−ợng lớn, tốc độ cao 3.3.1.1 Các kỹ thuật đa truy cập (Multiple Access Techniques) Để đạt đ−ợc tốc độ truyền dẫn sấp xỉ 100Mbps ở môi tr−ờng ngoài trời và 2Gbps ở môi tr−ờng trong nhà, và để mạng truy cập vô tuyến t−ơng thích với hệ thống mạng có kiến trúc phân cấp dựa trên nền IP, các công nghệ truyền dẫn sau đã đ−ợc nghiên cứu và phát triển: - Ghép kênh phân chia theo mã và tần số trực giao có hệ số trải phổ thay đổi: VSF-OFCDM (Variable Spreading Factor – Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing). - Đa truy cập phân chia theo mã đa sóng mang có lựa chọn sóng mang con: SCS-MC-CDMA (Subcarrier Selecting Multi Carrier Code Division Multi Access). - Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multi Access). - Đa truy cập phân chia theo tần số đan xen: IFDMA (Interleaved Frequency Division Multi Access). VSF-OFCDM (Variable Spreading Factor – Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing) : VSF-OFCDM là một hệ thống truy cập vô tuyến có thể cung cấp thông l−ợng lớn tốc độ cao trong nhiều môi tr−ờng và điều kiện lan truyền khác nhau qua một vùng phủ rộng. Để triển khai đ−ợc truyền dẫn dung l−ợng lớn, hệ Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 45 thống này đã sử dụng hệ số trải phổ hai chiều thay đổi thích hợp trong miền thời gian và tần số tùy thuộc vào cấu hình ô, điều kiện lan truyền, tải trên kênh [9]. Công nghệ này v−ợt trội hơn công nghệ OFCDM dựa theo tốc độ ký hiệu thấp MC-CDMA sử dụng nhiều sóng mang con trong cùng giao diện vô tuyến. Ưu thế của VSF-OFCDM là khả năng đạt đ−ợc hiệu quả sử dụng phổ tần cao, truyền dẫn dung l−ợng lớn, tốc độ cao nhờ việc kế thừa hệ số trải phổ tối −u tùy thuộc điều kiện lan truyền cụ thể trong cả môi tr−ờng nhiều ô (tế bào) và môi tr−ờng tế bào độc lập, sử dụng cùng giao diện vô tuyến. Đặc tính truyền dẫn của VSF-OFCDM đã đ−ợc thử nghiệm cả ở môi tr−ờng trong nhà và ngoài trời. Báo cáo thử nghiệm cho kết quả 100Mbps ở môi tr−ờng ngoại ô, khoảng cách giữa trạm gốc và trạm di động là 80m-100m, tần số sóng mang 4,635 GHz, băng thông 101,5 MHz, số sóng mang con 768, hệ số trải phổ thời gian 16, tốc độ di chuyển của thiết bị di động 30km/h, điều chế 16QAM. SCS-MC-CDMA (Subcarrier Selecting Multi Carrier Code Division Multi Access): Hình 3.15. Cơ bản về SCS-MC-CDMA [9] Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 46 SCS-MC-CDMA là một l−ợc đồ truy cập vô tuyến dựa trên công nghệ MC-CDMA, là ph−ơng pháp truyền dẫn ký hiệu trải phổ sử dụng nhiều sóng mạng con trực giao trong miền tần số. Lợi dụng đặc tính của MC-CDMA là sử dụng nhiều sóng mang con, SCS-MC-CDMA gán nhiều sóng mang con cho mỗi ng−ời sử dụng tùy theo tốc độ dữ liệu của ng−ời dùng đó [9]. Bộ thu không yêu cầu bộ xử lý tín hiệu tốc độ cao để điều chế tất cả sóng mang con, nh−ng truyền thông vẫn đ−ợc thực thi bằng khả năng xử lý tín hiệu dựa vào số sóng mang con đ−ợc lựa chọn nhờ bộ lọc lựa chọn sóng mang con. SCS-MC-CDMA có thể thay đổi tốc độ dữ liệu tối đa gán cho một ng−ời sử dụng tùy theo khoảng cách giữa trạm gốc và thiết bị di động bằng việc điều chỉnh số sóng mang con và công suất phát cho mỗi sóng mang con. SCS-MC-CDMA gán số sóng mang con dựa theo tốc độ dữ liệu của ng−ời sử dụng. Hơn nữa, tính trực giao giữa các sóng mang con đ−ợc đảm bảo, nên cấu hình của máy phát không có sự khác biệt với máy phát của các hệ thống MC-CDMA. Trong hệ thống SCS-MC-CDMA, máy thu sử dụng bộ lọc lựa chọn sóng mang con nên hệ thống sẽ cung cấp tốc độ dữ liệu cho ng−ời dùng một cách linh động. Thậm chí trong các hệ thống sử dụng băng tần lớn, không cần phải thực hiện xử lý tín hiệu tốc độ cao cho cả băng tần mọi lúc mà chỉ cần mức độ xử lý tín hiệu và công suất phát t−ơng ứng với tốc độ dữ liệu của ng−ời sử dụng [9]. Do đó, với hệ thống này có thể giảm đ−ợc tải cho xử lý tín hiệu và công suất tiêu thụ của thiết bị đầu cuối so với các hệ thống khác sử dụng cả băng tần. SCS-MC-CDMA có thể thực hiện giải điều chế bằng khả năng xử lý tín hiệu t−ơng ứng với tốc độ dữ liệu ng−ời sử dụng do đó có thể phát triển một cách linh động các thiết bị đầu cuối giá rẻ có khả năng xử lý thấp, công suất tiêu thụ thấp, thiết bị đầu cuối đắt tiền có khả năng xử lý cao, công suất tiêu thụ cao tùy theo sở thích, yêu cầu dịch vụ của ng−ời dùng. Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 47 SCS-MC-CDMA có thể điều khiển tốc độ dữ liệu tối đa và khoảng cách truyền dẫn bằng việc điều chỉnh số sóng mang con và công suất phát cho mỗi sóng mang con. Nói cách khác, cấu trúc tế bào hiệu quả nhất (best-effort) có thể đ−ợc triển khai. Cấu trúc này cho phép tăng tốc độ dữ liệu khi thiết bị đầu cuối gần trạm gốc hơn và giảm khi thiết bị đầu cuối di chuyển ra biên của tế bào. Nếu cấu trúc này đ−ợc chấp nhận thì nó có thể đáp ứng đ−ợc cho nhiều ng−ời sử dụng có yêu cầu dịch vụ khác nhau và đạt đ−ợc hiệu quả sử dụng phổ tần cao bằng việc linh động thay đổi số sóng mang con và gán mã t−ơng ứng số ng−ời dùng nằm trong tế bào, và thay đổi tốc độ dữ liệu, khoảng cách liên lạc của mỗi ng−ời sử dụng. High data rate: tốc độ cao Middle data rate: tốc độ trung bình Low data rate: tốc độ thấp Short range user: ng−ời dùng ở gần Mid range user: ng−ời dùng trong phạm vi trung bình Long range user: ng−ời dùng ở xa Transmitter power: c/s phát Frequency: tần số Hình 3.16. Cấu trúc tế bào tối −u của SCS-MC-CDMA [9] OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multi Access): Hệ thống OFDM đạt đ−ợc khả năng dung lỗi (chống nhiễu) đa đ−ờng rất tốt và thực hiện đ−ợc truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao trong môi tr−ờng chuyển động, nh−ng hệ thống này th−ờng đ−ợc sử dụng kết hợp với các hệ thống đa Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 48 truy cập khác nh−: FDMA, TDMA. OFDMA là một ph−ơng thức triển khai đa truy cập trong đó tất cả ng−ời dùng chia sẻ tất cả các sóng mang con. Một số sóng mang con tùy ý đ−ợc đặt cho các kênh con và cho mỗi ng−ời dùng ở những khe thời gian tùy ý [6] [7]. Hình 3.17. Phân bổ kênh con [9] Nhờ việc phân bổ sóng mang con cho mỗi ng−ời sử dụng, hệ thống OFDMA đạt đ−ợc hiệu quả sử dụng phổ tần cao ở môi tr−ờng ngoại ô nhiều tế bào và dung l−ợng của toàn hệ thống có thể mở rộng. Tuy nhiên, hệ thống này cũng có nhiều nh−ợc điểm: - Mào đầu mở rộng cho thông tin điều khiển truyền dẫn trở lên rất phức tạp. - Để tăng dung l−ợng hệ thống thì điều kiện kênh phải đ−ợc biết dựa trên cơ sở thời gian thực và phải thực hiện đ−ợc sự sắp xếp phân bổ kênh một cách chính xác cao. Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 49 - Do số l−ợng sóng mang con lớn (1024 đến 2048) và FFT/IFFT có tỷ lệ lớn nên ảnh h−ởng không tốt đến kích th−ớc của mạch điện và công suất tiêu thụ. - Hệ thống yêu cầu sự đồng bộ về định thời có độ chính xác cao để đảm bảo tính trực giao giữa các sóng mang con. - Phân bổ theo kênh dẫn tới hạn chế tốc độ dữ liệu của ng−ời dùng. 3.3.1.2 Kỹ thuật điều chế/giải điều chế hiệu suất cao Kỹ thuật điều chế/giải điều chế thích nghi hiệu suất cao kế thừa từ kỹ thuật điều chế biên độ cầu ph−ơng đa mức của hệ thống truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao cho phép sử dụng hiệu quả tài nguyên tần số. Nhờ có sự truyền thông thích nghi theo môi tr−ờng kênh mà hiệu quả sử dụng phổ tần và chất l−ợng truyền thông đ−ợc cải tiến. Các kỹ thuật này gồm: các kỹ thuật điều chế, kỹ thuật lập mã, kỹ thuật điều khiển thích nghi, kỹ thuật đánh giá kênh. ở phần này trình bày hai kỹ thuật sau: + Kỹ thuật điều chế/giải điều chế thích nghi sóng mang con. + Kỹ thuật điều chế thích nghi OFDM tốc độ lập mã có thể thay đổi. - Kỹ thuật điều chế/giải điều chế thích nghi sóng mang con (Subcarrier Adaptive Modulation/Demodulation Techniques) Kỹ thuật điều chế/giải điều chế thích nghi là kỹ thuật có khuynh h−ớng cải thiện dung l−ợng hệ thống và thông l−ợng d−ới môi tr−ờng lan truyền có sự thay đổi là hằng số trong các hệ thống thông tin di động mặt đất. Kỹ thuật điều chế thích nghi sử dụng nhiều mức điều chế và tốc độ lập mã làm tham số đã đ−ợc triển khai trong hệ thống 3,5G HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) và đã nâng cao đ−ợc tổng thông l−ợng. Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 50 Điều chế thích nghi sóng mang con thực thi tối −u hóa điều chế cho mỗi đơn vị sóng mang con và mỗi đơn vị khối (gồm một số sóng mang con) trong các hệ thống gồm nhiều sóng mang con nh− OFDM. Hình 3.18. Điều chế thích nghi sóng mang con [9] Ưu điểm của kỹ thuật này là: băng thông sử dụng cho mỗi ng−ời dùng tăng trong hệ thống di động 4G do đó sự khác nhau về công suất thu trên mỗi sóng mang con gây ra từ fading lựa chọn tần số trở thành một lợi thế. Ngoài ra, nhờ sự lựa chọn tốc độ điều chế tối −u cho mỗi sóng mang con mà số bit đ−ợc truyền trong một gói OFDM sẽ tăng so với các hệ thống khác sử dụng l−ợc đồ điều chế đơn cho tất cả các sóng mang con. Và các sóng mang con có tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR: Signal-to-Noise Ratio) cao sẽ không đ−ợc sử dụng để truyền dữ liệu, các sóng mang con có tốc độ lỗi cao sẽ bị loại bỏ, do đó nâng cao đ−ợc thông l−ợng. Tuy nhiên, kỹ thuật này cải thiện đ−ợc thông l−ợng nếu điều chế thích nghi đ−ợc điều khiển một cách chính xác theo các điều kiện kênh. Để đạt đ−ợc điều này, các đặc tr−ng của kênh và thu tín hiệu phải đ−ợc hiểu kỹ l−ỡng. Trong các hệ thống thực, đặc biệt trong các hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số (FDD systems) điều đó là thánh thức lớn nhất. Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 51 - Kỹ thuật điều chế thích nghi OFDM tốc độ lập mã có thể thay đổi (Variable Coding Rate OFDM Adaptive Modulation) Đây là l−ợc đồ thực hiện một cách hiệu quả ph−ơng thức điều chế thích nghi cho mỗi sóng mang con của hệ thống OFDM. Trong hệ thống điều chế thích nghi OFDM có điều khiển công suất phát đa mức (OFDM AMS/MTPC), tham số điều chế và công suất phát cho sóng mang con OFDM đ−ợc thiết lập một cách thích hợp theo SINR (tỷ số tín hiệu/nhiễu+tạp âm) thu đ−ợc. Điều này yêu cầu sự thông báo về sự biến đổi kênh fading và sự tăng giảm mức nhiễu trong các đơn vị sóng mang con [6] [7]. Tuy nhiên nó cũng gây ra kết quả là có số l−ợng lớn thông tin thông báo. Hình 3.19. L−ợc đồ điều chế OFDM tốc độ lập mã có thể biến đổi [9] L−ợc đồ giới thiệu ở phần này không thực hiện điều khiển công suất phát (TPC: Transmit Power Control) trên mỗi sóng mang con cơ sở mà thực hiện phân bố công suất này đồng đều trên tất cả các sóng mang con. Sau đó tùy theo tỷ số SINR thu đo đ−ợc, các tham số điều chế có thể phân phối tốc độ truyền dẫn tối đa đ−ợc lựa chọn cho mỗi sóng mang con. Tuy nhiên, công suất Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 52 phát thiết lập bởi TPC sử dụng giá trị trung bình cho tất cả sóng mang con do đó chênh lệch giữa tỷ số SINR đánh giá đ−ợc và SINR yêu cầu của các tham số điều chế lớn hơn. Do đó, số các tham số điều chế tăng lên. Cả hai l−ợc đồ ở hình 3.19 đều đặt các tham số điều chế tối −u theo tỷ số SINR thu đo đ−ợc cho mỗi sóng mang con. Sự chênh lệch giữa tỷ số SINR yêu cầu và tỷ số SINR thu đo đ−ợc bằng với công suất phát v−ợt mức. Hình bên trái có công suất phát v−ợt mức lớn hơn do sự hạn chế của tập các tham số điều chế. Hình bên phải có thể không quan tâm đến công suất phát v−ợt mức vì nhiều tập tham số điều chế hơn đ−ợc sử dụng. Bảng 3.1 cho thấy sự −ớc l−ợng các các tham số lập mã và điều chế, bảng 3.2 trình bày các tham số mô phỏng [9]. Bảng 3.1. Các tham số lập mã và điều chế r=1/2 2/3 3/4 4/5 5/6 6/7 7/8 64QAM - y y - - - - 16QAM y ° y ° - ° ° QPSK y ° y - ° - - BPSK y - ° - - - - 1/2-rate BPSK y - - - - - - Tập tham số sử dụng trong OFDM AMS/MTPC (set 1) đ−ợc chỉ ra bằng các dấu chấm màu đen, còn tập thêm vào trong l−ợc đồ đề xuất thể hiện bằng dấu chấm màu trắng. Kỹ thuật này cho phép đạt đ−ợc sự nâng cao hiệu quả truyền dẫn vì tập tham số lập mã và điều chế tối −u đ−ợc lựa chọn cho mỗi sóng mang tùy theo SINR giữa tế bào nhiễu và tế bào thu. Ngoài ra, vì TPC không đ−ợc thiết lập bởi mỗi sóng mang con nh−ng thay vào đó là một giá trị trung bình cho tất cả Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 53 sóng mang con, điều đó có thể giúp giảm l−ợng thông tin để thông báo mức nhiễu. Bảng 3.2. Các tham số mô phỏng Sysbol rate 200ksps Num. of subcarriers 128 Channel model 8 spike Rayleigh model Target QoS BER 10-5 Frame length Tf 0.13msec Cell Radius 100m Cell model 3 sector cell sites wrapping Max. Tx Power 30 dBm 3.3.1.3 Kỹ thuật đa sóng mang (Multi-Carrier Techniques) Kỹ thuật đa sóng mang là kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu bằng cách phân chia chúng cho nhiều sóng mang. Một trong những kỹ thuật đó sử dụng các sóng mang trực giao đ−ợc gọi là OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Kỹ thuật đa sóng mang kết hợp OFDM với CDMA đ−ợc gọi là MC-CDMA (Multi Carrier CDMA) hay OFCDM (Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing). Ph−ơng thức truyền tín hiệu DS-CDMA song song trên nhiều băng tần đ−ợc gọi là MC/DS-CDMA để phân biệt với các ph−ơng thức trên. Khi tính trực giao giữa các sóng mang không còn đ−ợc duy trì thì các đặc tr−ng của hệ thống đa sóng mang bị suy thoái [7]. Khi nhiều sóng mang đ−ợc sử dụng, những kỹ thuật này có khả năng dung lỗi cao chống lại fading lựa chọn tần số, và OFDM cho hiệu quả sử dụng phổ tần cao vì các sóng mang con trực giao với nhau. Kỹ thuật MC-CDMA đ−ợc phát minh để ứng dụng cho các hệ thống thông tin tế bào trong khi vẫn duy trì các −u điểm của OFDM. Kỹ thuật này có thể cho tốc độ truyền dẫn hơn 100Mbps trong môi tr−ờng chuyển động, do đó Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 54 cho phép các dịch vụ đa ph−ơng tiện: gửi, nhận các hình ảnh video độ phân giải cao. ở phần này ta trình bày một kỹ thuật đa sóng mang OFDM nhảy tần FH- OFDM (Frequency Hopping OFDM). Kỹ thuật đa sóng mang có công suất đỉnh cao, và hai kỹ thuật sau giải quyết đ−ợc vấn đề này: - Ph−ơng thức giảm công suất đỉnh cho OFDM sử dụng ph−ơng pháp đảo ng−ợc các bit chẵn lẻ thích nghi. - Giảm công suất đỉnh cho tín hiệu OFDM dựa vào việc cắt bớt và lọc. Kỹ thuật đa sóng mang OFDM nhảy tần FH-OFDM (Frequency Hopping OFDM) FH-OFDM là kỹ thuật ngẫu nhiên hóa sự phân bổ tài nguyên vô tuyến nhờ thực hiện nhảy tần ở các đơn vị sóng mang con hoặc kênh con. Kỹ thuật này triển khai sự sử dụng lại 1-cell bằng việc kế thừa các mẫu tần số khác nhau cho mỗi trạm gốc [7]. Hình 3.20. Sơ đồ FH-OFDM [9] Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 55 Ưu điểm của FH-OFDM là làm cho nhiễu xuyên tế bào đ−ợc xem nh− là nhiễu trắng sinh bởi sự nhảy tần, và triển khai sự sử dụng lại 1-tế bào (1-cell) mà không yêu cầu sự xử lý phức tạp nào nh− là sự gán kênh động – DCA (Dynamic Channel Assignment) [9]. Ngoài ra, bằng việc tạo ra một số các sóng mang con đ−ợc phân bổ thay đổi theo tải l−u l−ợng mà đạt đ−ợc hiệu quả của tải phân đoạn, t−ơng tự nh− CDMA. Ph−ơng thức giảm công suất đỉnh cho OFDM sử dụng ph−ơng pháp đảo ng−ợc các bit chẵn lẻ thích nghi Các tín hiệu đa sóng mang (đại diện là OFDM) có tỷ số công suất đỉnh trên trung bình PAPR (Peak to Average Power Ratio) cao gây ra sự phát xạ phổ tần ngoài băng, có kết quả từ suy hao không tuyến tính của bộ khuếch đại công suất phát. Kỹ thuật đảo ng−ợc một cách thích nghi các bit kiểm tra tổng thể của các từ mã của các tín hiệu OFDM mã hóa khối để khử công suất đỉnh này. Cấu hình hệ thống đ−ợc trình bày ở hình 3.21. Hình 3.21. Cấu hình hệ thống [9] Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 56 Sóng mang con đ−ợc phân bổ có phần kiểm tra từ mã đ−ợc phân chia thành nhiều cụm theo cách thức mà các bit kiểm tra của cùng từ mã đ−ợc đặt trong cùng cụm. Sau đó, IFFT đ−ợc thực hiện cho mỗi cụm trong số các cụm, và hệ số (+1/-1 = các bít không đảo/ các bit đảo ng−ợc = non-inverse/inverse) nhân với mỗi kết quả đạt đ−ợc. Các hệ số đ−ợc nhân để PAPR của các tín hiệu kết hợp trong mọi cụm đầu ra nhỏ nhất. ở phía thu cần kiểm tra xem các bit kiểm tra đảo có tồn tại hay không. Khi các bit kiểm tra đ−ợc đảo ng−ợc, các lỗi không liên quan tới các điều kiện kênh (thông tin đáng tin cậy) sẽ đ−ợc thêm vào từ mã. Trong hệ thống này, nhờ việc giải mã xóa mà tín hiệu truyền dẫn bao gồm cả các bit kiểm tra đảo ng−ợc đ−ợc giải mã. Các thủ tục giải mã xóa gồm: (1) Tạo từ mã r’, thủ tục này đảo ng−ợc phần kiểm tra của từ mã nhận đ−ợc r. (2) Thực hiện giải mã xóa với cả r và r’. (3) Lựa chọn một kết quả có tổ hợp S=0 làm kết quả giải mã. (4) Khi cả hai S=0, thì lựa chọn một giá trị có độ tin cậy các bit đúng thấp hơn làm kết quả của giải mã [9]. Giảm công suất đỉnh cho tín hiệu OFDM dựa vào việc cắt bớt và lọc Công suất đỉnh cao là do các pha có thể nhận biết giữa mỗi sóng mang con của các tín hiệu OFCDM tạo ra kết quả là méo không tuyến tính trong bộ khuếch đại, điều đó làm tăng phát xạ công suất ngoài băng hoặc suy giảm các đặc tính truyền dẫn. Một ph−ơng thức điển hình để giảm công suất đỉnh là cắt bớt biên độ tín hiệu cao hơn giá trị chuẩn. Tuy nhiên, việc cắt giảm này lại làm tăng phát xạ công suất ngoài băng. Một ph−ơng thức để ngăn chặn vấn đề này là triệt phát xạ ngoài băng nhờ thực hiện lọc tín hiệu sau khi cắt bớt. Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 57 3.3.1.4 Kỹ thuật ăngten dãy thích nghi tiên tiến (Advanced Adaptive Array Antenna) ăngten dãy thích nghi là một công nghệ để tăng độ tăng ích của tín hiệu mong muốn phụ thuộc môi tr−ờng truyền thông, cải thiện chất l−ợng tín hiệu nhờ triệt nhiễu, và đóng góp vào sự nâng cao dung l−ợng hệ thống, hiệu quả sử dụng phổ tần bằng việc xóa bỏ các sóng vô tuyến không mong muốn, thông qua việc điều khiển một cách thích nghi h−ớng của nhiều ăngten đặt trong cùng một dãy. Nói cách khác, kỹ thuật này có thể ứng dụng cho chức năng xác định vị trí bằng việc đánh giá h−ớng về của những tín hiệu dựa vào sự sai pha giữa các thành phần ăngten. Kỹ thuật này có thể nâng cao hiệu năng bằng cách tăng số ăngten nh−ng điều đó lại làm tăng các yếu tố mạch điện và tăng sự phức tạp trong xử lý tín hiệu [6]. Do đó vẫn cần phải giải quyết vấn đề tối thiểu hóa các thành phần và đơn giản hóa các chức năng. Kỹ thuật ăngten dãy thích nghi tiên tiến (Advanced Adaptive Array Antenna): Trong các hệ thống thông tin di động, fading và tán sắc Doppler tồn tại trong kênh truyền dẫn giữa trạm gốc và đầu cuối di động gây ra sự tăng giảm mức tín hiệu và suy giảm chất l−ợng tín hiệu phát đi. Hệ thống W-CDMA là một trong những hệ thống cho truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao trong môi tr−ờng di động, có ít nhiễu tín hiệu hơn giữa những ng−ời sử dụng, chỗ trũng trong mức tín hiệu nhỏ hơn, và sự suy giảm chất l−ợng phát nhỏ hơn [7]. Tuy nhiên, để tăng nhiều hơn tốc độ truyền dẫn cho hệ thống thông tin di động 4G, công suất phát cần tăng lên, nh−ng điều đó lại dẫn tới tăng nhiễu. Do đó, để duy trì chất l−ợng truyền thông cần hạn chế số l−ợng ng−ời sử dụng có thể liên lạc đồng thời xuống mức thấp. Nói cách khác, tăng công suất phát dẫn tới tiêu thụ công suất nhiều hơn tại thiết bị đầu cuối di động làm ng−ời sử Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 58 dụng không đ−ợc thuận tiện. Để không giảm số l−ợng ng−ời