Luận văn Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu năng máy thu đường tải lên NB-IoT

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG  
---------------------------------------  
Nguyễn Bảo Trung  
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG  
MÁY THU ĐƯỜNG TẢI LÊN NB-IOT  
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT  
(Theo định hướng ứng dụng)  
HÀ NỘI – 2021  
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG  
---------------------------------------  
Nguyễn Bảo Trung  
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG  
MÁY THU ĐƯỜNG TẢI LÊN NB-IOT  
CHUYÊN NGÀNH :  
MÃ SỐ  
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG  
8.52.02.08  
:
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT  
(Theo định hướng ứng dụng)  
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC  
TS. NGUYỄN NGỌC MINH  
HÀ NỘI – 2021  
i
LỜI CAM ĐOAN  
Tôi xin cam đoan nội dung luận văn là của tôi. Các kết quả tham khảo của các  
tác giả khác đều được trích dẫn đầy đủ nguồn gốc. Nội dung trình bày trong luận văn  
là chưa có tác giả nào công bố.  
Tác giả luận văn  
Nguyễn Bảo Trung  
 
ii  
LỜI CẢM ƠN  
Thực hiện luận văn thạc sĩ là một thử thách lớn, đòi hỏi sự kiên trì và tập trung  
cao độ. Tôi thực sự hạnh phúc với kết quả đạt được trong đề tài nghiên cứu của mình.  
Những kết quả đạt được không chỉ là nỗ lực cá nhân, mà còn có sự hỗ trợ và giúp đỡ  
của các thầy hướng dẫn, nhà trường, bộ môn, đồng nghiệp và gia đình. Tôi muốn bày  
tỏ tình cảm của mình đến với họ.  
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo - TS. Nguyễn Ngọc Minh  
đã quan tâm hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành  
luận văn.  
Tôi xin trân trọng cảm ơn Khoa Viễn thông 1, Khoa Đào tạo Sau Đại học và  
Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi  
trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành  
tới tất cả những người bạn của tôi, những người luôn chia sẻ và cổ vũ tôi trong những  
lúc khó khăn.  
Hà Nội, ngày 09 tháng 01 năm 2021  
Học viên  
Nguyễn Bảo Trung  
 
iii  
MỤC LỤC  
 
iv  
vi  
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC  
Ký hiệu  
Ý nghĩa  
Đơn vị  
Hz  
Khoảng cách sóng mang con giữa các tone NB-IoT  
f  
dB  
SNR trên sóng mang phụ NPRACH  
Bảng chữ cái điều chế được truyền trên tone 푘  
Ký hiệu cân bằng 푙, cho khe 푠 và tone 푘.  
ak  
es,l,k  
Mẫu n trong miền thời gian của ký hiệu cân bằng 푙,  
cho khe 푠 và tone k  
est,l,k  
n
   
Tần số phân tách giữa LTE và NB-IoT  
Hz  
dB  
f0  
Vectơ các số liệu phát hiện NPRACH thô (không  
chuẩn hóa)  
Gv  
G*  
Giá trị lớn nhất của vectơ các số liệu phát hiện  
NPRACH thô (không chuẩn hóa) sau khi nội suy đa  
thức.  
Ước tính kênh trung bình cho khối 푏  
Độ lợi kênh của ký hiệu thứ ith trong nhóm ký hiệu  
mth  
hb  
hm,i  
Ước tính kênh được làm mịn tần số trong khe 푠 cho  
NPUSCH định dạng 1  
hs,3  
Véc tơ FFT của ước tính kênh được làm mịn tần số  
Hv  
Iv  
Số liệu phát hiện CFO thô (không chuẩn hóa)  
Cân bằng, hiệu chỉnh độ lệch tần số và tích lũy các  
ký hiệu pilots và dữ liệu qua các RU và các lần lặp  
lại.  
J u  
r    
Số liệu phát hiện cho các ký hiệu đã nhận được  
trong NPUSCH định dạng 2  
J u  
   
k
Chỉ số tone của NB-IOT  
Số lần lặp lại theo lịch trình của quá trình truyền  
NPUSCH.  
NPUSCH  
Rep  
N
bits  
bits  
bits  
Số tone được ấn định và số ký hiệu trong một khe  
tương ứng  
UL  
symb  
N
Số lượng khe liên tiếp trong một đơn vị tài nguyên  
UL cho NB-IoT  
UL  
slots  
N
 
vii  
Số lượng sóng mang con liên tiếp trong một đơn vị  
tài nguyên UL cho NB-IoT  
RU  
SC  
N
bits  
Ncp,l  
Số lượng mẫu tiền tố chu kỳ của ký hiệu 푙  
bits  
bits  
NPUSCH  
Số lần lặp lại các vị trí giống nhau cho NPUSCH  
M
iden  
Mẫu trong miền thời gian giữa thời điểm bắt đầu  
ứng dụng dịch chuyển tần số và biểu tượng OFDM  
thứ 푙 th  
M0  
Số liệu phát hiện CFO tối đa  
mmax  
Pk  
Rad  
Rad  
Lệch pha giữa các sóng mang con lân cận 푘  
Lệch pha giữa các sóng mang con lân cận 푘 trong  
khe 푠  
Qsk  
Qv  
Biến đổi FFT véc tơ của sai lệch đã được hiệu chỉnh  
Là tín hiệu truyền tại mẫu nth của ký hiệu thứ ith  
trong nhóm ký hiệu mth  
Sm,i  
n
   
dB  
ms  
SNRb  
s(t)  
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) cho khối 푏  
Mẫu NB-IOT miền thời gian tại thời điểm 푡  
Hiệu chỉnh độ lệch tần số và sai lệch nhảy tần đã  
hiệu chỉnh (liên hợp) tổng cộng qua các lần lặp lại.  
Chu kỳ lấy mẫu  
T
l
ms  
Hz  
Hz  
T
s
Hiệu chỉnh độ lệch tần số và hiệu chỉnh nhảy tần sai  
khác (liên hợp)  
U4rl  
Vm  
Hiệu chỉnh độ lệch tần số sai khác  
Số liệu sai khác cuối cùng với pha, tỷ lệ thuận với  
độ lệch tần số ước tính  
w
Tổng và sự khác biệt của các số liệu chênh lệch giữa  
các nhóm ký hiệu và số lần lặp lại  
W &W  
1
2
Tổng và sự khác biệt của các số liệu chênh lệch giữa  
các nhóm ký hiệu và số lần lặp lại  
x
Tổng và hiệu của các số liệu chênh lệch giữa hai  
nhóm ký hiệu tương ứng.  
Xm1 &Xm2  
Tín hiệu đã nhận trong miền thời gian của mẫu nth  
của ký hiệu thứ ith trong nhóm ký hiệu mth  
Tín hiệu đã nhận trong miền tần số của mẫu nth của  
ký hiệu thứ ith trong nhóm ký hiệu mth  
ym,i  
ym,i  
n
   
k
   
viii  
Mẫu của ký hiệu thứ ith trong nhóm ký hiệu mth  
trong miền tần số  
Ym,i  
Ym  
Zm  
Tổng các mẫu miền tần số của nhóm ký hiệu mth  
Số liệu khác biệt của nhóm ký hiệu 푚푡ℎ  
Các mẫu xoay pha trong miền tần số cho khe 푠 và  
ký hiệu 푙  
Zl,k  
k
   
0
Các mẫu xoay pha kết hợp trong miền tần số cho  
các ký hiệu pilot trong khe 푠.  
Zsp  
Zsd  
Các mẫu xoay pha kết hợp trong miền tần số cho  
các ký hiệu dữ liệu trong khe 푠.  
ix  
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT  
Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh  
Nghĩa tiếng Việt  
ALOHA  
BPSK  
CDM  
ALOHA Protocol  
Giao thức ALOHA  
Điều chế pha nhị phân  
Ghép kênh phân chia theo mã  
Binary Phase Shift Keying  
Code Division Multiplexing  
Cumulative Distribution  
Function  
CDF  
Hàm phân phối xác suất tích lũy  
CID  
CP  
Cell Identification  
Cyclic Prefix  
Nhận dạng tế bào  
Tiền tố chu kỳ  
CSS  
DAB  
DCI  
DFE  
DL  
Chirp Spread Spectrum  
Dynamic Access Blocking  
Downlink Control Information  
Physical Resource Block  
Downlink  
kỹ thuật trải phổ Chirp  
Chặn truy cập động  
Thông tin điều khiển đường xuống  
Giao diện người dùng kỹ thuật số  
Đường tải xuống  
DMRS  
Demodulation Reference Signal Tín hiệu tham chiếu giải điều chế  
Extended Discontinuous  
Tiếp nhận không liên tục mở rộng  
Reception  
eDRx  
Enhanced Random Access  
ERA-CRPA Algorithm - Clustering Reuse  
Preamble Allocation  
Thuật toán truy cập nâng cao dựa  
trên việc phân bổ phần mở đầu có  
thể tái sử dụng dựa trên phân cụm  
Frequency Division Multiple  
FDMA  
Access  
Đa truy cập phân chia miền tần số  
Hệ thống thông tin di động toàn  
cầu  
GSM  
Global System for Mobile  
Hybrid Automatic Repeat  
Request  
Inter Carrier Interference  
Industrial, Scientific, and  
Medical  
Lai ghép tự động các yêu cầu lặp  
lại  
Nhiễu giữa các sóng mang  
HARQ  
ICI  
ISM  
Công nghiệp, khoa học và y tế  
Công nghệ truyền thông diện rộng  
công suất thấp  
LPWA  
Low Power Wide Area  
LTE  
M2M  
Long Term Evolution  
Machine To Machine  
Công nghệ di động thế hệ thứ 4  
Kết nối Máy tới Máy  
Multimedia Broadcast Multicast Dịch vụ đa phương tiện phát sóng  
Services đa hướng  
Modulation and Coding Process Quy trình Điều chế và Mã hóa  
MBMS  
MCS  
MF  
Matched Filter  
Bộ lọc trùng khớp  
MIB  
Master Information Block  
Khối thông tin chính  
 
x
Multi User - Multiple Inputs  
Multiple Outputs  
Narrow band Internet Of Thing Công nghệ IOT băng hẹp  
Đa người dùng đầu vào nhiều đầu  
ra  
MU-MIMO  
NB-IOT  
Narrowband Physical Broadcast  
Kênh phát sóng vật lý băng hẹp  
Channel  
NPBCH  
NB-IoT Narrowband Physical  
Downlink Control Channel  
NB-IoT Narrowband Physical  
Downlink Shared Channel  
NB-IoT Physical Random  
Access Channel  
Kênh điều khiển đường xuống vật  
lý băng hẹp  
Kênh chia sẻ đường xuống vật lý  
băng hẹp  
Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý  
băng hẹp  
Tín hiệu đồng bộ hóa chính băng  
hẹp  
NPDCCH  
NPDSCH  
NPRACH  
NPSS  
Narrowband Primary  
Synchronization Signal  
NB-IoT Physical Share Data  
Channel  
Kênh chia sẻ đường lên vật lý  
băng hẹp  
NPUSCH  
NRS  
Narrowband Reference Signals Tín hiệu tham chiếu băng hẹp  
Narrowband Secondary  
Synchronization Signal  
Tín hiệu đồng bộ hóa thứ cấp băng  
hẹp  
NSSS  
Orthogonal Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần số  
OFDMA  
OTDOA  
Multiple Access  
trực giao  
Observed Time Difference Of  
Arrival  
Chênh lệch thời gian từ UE đến  
các trạm phát lân cận  
Khối nguồn vật lý  
Tín hiệu tham chiếu định vị  
Chế độ tiết kiệm năng lượng  
Phương pháp tối ưu cụm  
Chất lượng dịch vụ  
PRB  
PRS  
PSM  
PSO  
QoS  
Physical Resource Block  
Positioning Reference Signal  
Power Saving Mode  
Particle Swarm Optimization  
Quality of Service  
QPSK  
RA  
RACH  
RAR  
RF  
Quadrature Phase-Shift Keying Điều chế pha vuông góc  
Random Access  
Truy cập ngẫu nhiên  
Kênh truy cập ngẫu nhiên  
Phản hồi truy cập ngẫu nhiên  
Tần số vô tuyến  
Random Access Channel  
Random Access Respone  
Radio Frequency  
RRC  
Radio Resource Control  
Reference Signal Receive  
Power  
Reference Signal Receive  
Quality  
Kiểm soát tài nguyên vô tuyến  
Công suất nhận tín hiệu tham  
chiếu  
Chất lượng nhận tín hiệu tham  
chiếu  
RSRP  
RSRQ  
RTC  
RTD  
RU  
Real Time Clock  
Round-Trip Delay  
Resource Units  
Đồng hồ thời gian thực  
Độ trễ khứ hồi  
Đơn vị tài nguyên  
Single-Carrier Frequency  
Division Multiple Access  
Đa truy nhập phân chia theo tần số  
sóng mang đơn  
SC-FDMA  
xi  
Single-Cell MBMS Control  
Channel  
Single-Cell MBMS Traffic  
Channel  
Ánh xạ Kênh điều khiển MBMS  
trong một ô  
Kênh lưu lượng MBMS trong một  
ô
Nguyên lý điểm-tới-đa điểm trong  
một ô  
SC-MCCH  
SC-MTCH  
SC-PTM  
Single-Cell Point To Multipoint  
SD  
SE  
Sphere Decoding  
Giải mã cầu phương  
Hiệu suất phổ  
Ghép kênh dạng sóng có phổ  
không trực giao  
Spectral Efficiency  
Spectrally Efficient Frequency  
Division Multiplexing  
Spreading Factors  
System Information  
System Information Block  
Signal To Interference Plus  
Noise Ratio  
SEFDM  
SF  
SI  
SIB  
Yếu tố lan truyền  
Thông tin hệ thống  
Khối thông tin hệ thống  
Tỉ số công suất tín hiệu trên nhiễu  
với tạp âm  
Lập lịch bán liên tục  
Mã nhận dạng mạng vô tuyến tạm  
thời  
SINR  
SPS  
Semi Persistent Scheduling  
Radio Network Temporary  
Identifier  
SPS-RNTI  
SR  
TA  
TB  
Scheduling Request  
Timing Advance  
Transmission Block  
Transport Block Size  
Yêu cầu lập lịch  
Định thời nâng cao  
Khối truyền tải  
Kích thước khối truyền tải  
Song công phân chia theo thời  
gian  
TBS  
TDD  
Time Division Duplex  
TTI  
UE  
UL  
Transmission Time Interval  
User Equipment  
Uplink  
Khoảng thời gian truyền  
Thiết bị người dùng  
Đường tải lên  
xii  
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU  
 
xiii  
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ  
 
1
LỜI MỞ ĐẦU  
Ở các nước phát triển như Hàn Quốc, Nhật Bản, các mô hình nhà thông minh,  
thành phố thông minh là gần như rộng khắp. Internet có ở khắp nơi trong thành phố.  
Các thiết bị thông minh có thể theo dõi, quản lý, giám sát nhiều thiết bị thông minh từ  
xa. Hay đơn giản là việc quản lý trẻ em, người cao tuổi đi lạc hoặc bị bắt cóc mà  
không cần ở bên cạnh 24/24…  
Ở Việt Nam, về một mạng lưới vạn vật kết nối Internet hay vạn vật kết nối  
Internet (IoT) là tương đối mới và việc áp dụng, triển khai nó phục vụ cho xã hội là  
còn hạn chế. Các nhà mạng lớn như Viettel đã bắt đầu đẩy mạnh xây dựng cơ sở hạ  
tầng để triển khai các mô hình ứng dụng. Theo ước tính từ IHS Market, dự đoán hơn  
75 tỷ thiết bị thông minh sẽ được sử dụng vào năm 2025, tăng 400% so với khoảng 15  
tỷ thiết bị đang hoạt động hiện nay. Việc nghiên cứu các mô hình, giải pháp kỹ thuật  
liên quan là cơ hội cũng như động lực để phát triển kinh tế, tạo ra các sản phẩm thông  
minh, hướng tới người dùng và xã hội nhiều hơn.  
Với mong muốn về một mô hình kết nối các thiết bị thông minh ở vùng sâu  
vùng xa, vùng hải đảo để phục vụ cho việc quan sát, dự báo cũng như kiểm soát một  
đối tượng, nhóm đối tượng nào đó. Ví dụ như kiểm soát biên giới, kiểm soát nạn buôn  
người, quản lý các động vật quý hiểm, các cây gỗ quý hay xa hơn là quản lý biển đảo,  
những vùng đất xa xôi của tổ quốc… Đề tài này sẽ là tiền đề cho các giải pháp của các  
mô hình đó.  
 
2
CHƯƠNG I  
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG NB IOT  
Tóm tắt: Trong một môi trường rộng lớn như biển đảo, tồn tại các vấn đề như:  
Vấn đề như định vị, dẫn đường, cảnh báo cứu hộ cứu nạn, vấn đề quản lý các thực thể  
trên biển (đảo, bãi cạn) hay giám sát nông nghiệp trên đảo… việc áp dụng khoa học  
công nghệ vào việc nhận biết, kiểm soát, theo dõi các thực thể di động và cố định là  
một việc làm cần thiết. Tuy nhiên việc truyền thông trong một môi trường rộng lớn là  
một thách thức. Các công nghệ truyền thông không dây thông thường như Wifi,  
Bluetooth, Zigbee, Zwave là không thể, các công nghệ truyền thông di động (Cellular)  
gặp nhiều hạn chế về vấn đề khoảng cách, công suất, thời gian sử dụng cũng như chi  
phí… Sự ra đời của các công nghệ truyền thông LPWAN mang đến các giải pháp thực  
sự hiệu quả. Trong đó NB IOT và Lora là hai lựa chọn hàng đầu. Chương 1 sẽ trình  
bày tổng quan về truyền thông NB IOT, cũng như lý do lựa chọn. Chương II sẽ trình  
bày về thiết kế cũng như vấn đề quan trọng nhất trong NB IOT là đường tải lên (cấu  
trúc, các vấn đề gặp phải). Chương III. Phân tích, đánh giá giải pháp và đưa ra kết  
luận. Cuối cùng là đề xuất mô hình áp dụng vào bài toán ban đầu.  
1.1 Công nghệ mạng diện rộng công suất thấp LPWAN  
Mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) [16] là các công nghệ không dây với  
đặc điểm là phạm vi kết nối rộng, băng thông thấp, kích thước gói tin nhỏ và hoạt  
động trong một khoảng thời gian rất dài mà không cần sạc hay thay thế pin… đáp ứng  
yêu cầu kết nối đa dạng của các ứng dụng IoT.  
Công nghệ LPWA cung cấp các giải pháp kết nối diện rộng các thiết bị công  
suất thấp và tốc độ dữ liệu thấp. [1] Thị trường LPWAN dự kiến sẽ rất lớn, khoảng 1/4  
trong tổng số 30 tỷ thiết bị IoT/M2M được kết nối với Internet bằng mạng LPWAN.  
Hình 1.1 chỉ ra nhiều ứng dụng trong một số lĩnh vực kinh doanh có thể khai thác các  
công nghệ LPWA để kết nối thiết bị cuối. Các lĩnh vực kinh doanh này bao gồm:  
     
3
Thành phố thông minh, ứng dụng IoT cá nhân, lưới điện thông minh, đo lường thông  
minh, hậu cần, giám sát công nghiệp, nông nghiệp, …  
Hình 1.1 Ứng dụng của LPWAN  
Mạng LPWAN là mạng chiếm ưu thế nhất trong vấn đề kết nối các thiết bị  
trong phạm vi địa lý rộng lớn. So với các công nghệ truyền thông không dây khác như  
ZigBee, Bluetooth, Z-Wave, Wifi, mạng 2G (GSM), 3G, mạng 4G (LTE), v.v. phạm  
vi của những công nghệ này tối đa được giới hạn trong vài chục mét tới vài km.Việc  
triển khai các công nghệ này để kết nối các thiết bị IOT trong một thành phố thông  
mình rất tốn kém. Chưa nói tới vùng sâu vùng xa, hải đảo…. Với phạm vi kết nối từ  
vài đến hàng chục km và tuổi thọ pin từ mười năm trở lên, công nghệ LPWA hứa hẹn  
cho việc truyền thông internet của những thiết bị có công suất thấp, chi phí thấp và  
thông lượng thấp.  
Một loạt các công nghệ LPWA cho phép các thiết bị lan truyền và di chuyển  
trên phạm vi khu vực địa lý rộng lớn (Hình 1.2). Các thiết bị IoT và M2M được kết  
nối bằng công nghệ LPWA gần như có thể được đặt ở bất kỳ đâu và bất kỳ lúc nào.  
 
4
Hình 1.2 So sánh các công nghệ truyền thông không dây [16]  
Mỗi công nghệ sử dụng các kỹ thuật khác nhau để đạt được phạm vi hoạt động  
tốt, công suất thấp và khả năng mở rộng cao (Tham khảo bảng 1.1). Có nhiều sự đánh  
đổi do công nghệ LPWA mang lại nhưng cũng có nhiều thách thức.  
Bảng 1.1 Bảng so sánh các công nghệ LPWAN [3]  
Công nghệ  
Công suất  
Tuổi thọ Pin  
SIGFOX  
~162dB  
>10 năm  
LORA  
~157dB  
>10 năm  
NB IOT  
~164dB  
>10 năm  
GSM & LTE  
(Có bản  
CAT M  
~156dB  
>10 năm  
LTE  
(Có bản  
quyền)  
EC-GSM  
~164dB  
>10 năm  
GSM  
(Có bản  
quyền)  
Không cần Không cần  
cấp phép  
Phổ tần  
cấp phép  
quyền)  
UL: 100bps  
DL: 500bps  
600Hz  
~0.3 -  
50kbps  
125kHz  
Tốc độ  
~250kbps.  
1Mbps  
~10-240kbps  
200kHz  
Băng thông  
180kHz  
BPSK,  
QPSK,  
8PSK,  
1.4MHz  
BPSK  
/GFSK  
GFSK,  
CSS  
QPSK, 16 or  
64QAM  
GMSK  
(8PSK)  
Điều chế  
16QAM  
3GPP  
Giao thức  
Giấy phép  
Sigfox  
Semtech  
Lora  
Alliance  
3GPP  
3GPP  
GCF/PTCRB GCF/PTCRB GCF/PTCRB  
TBC TBC TBC  
SIGFOX  
   
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 89 trang yennguyen 21740 Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu năng máy thu đường tải lên NB-IoT", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfluan_van_nghien_cuu_giai_phap_nang_cao_hieu_nang_may_thu_duo.pdf