2 . mạng 4G tổng quát :

Dựa trên xu thế phát triển của thông tin di động, mạng 4G sẽ có băng thông rộng hơn,tốc độ dữ liệu cao hơn, chuyển giao nhanh hơn và không gián đoạn, và đặc biệt cungcấp các dịch vụ liên tục giữa các hệ thống và các mạng.Mạng 4G sẽ bao gồm tất cả các hệ thống của các mạng khác nhau, từ mạng côngcộng đến mạng riêng, từ mạng băng rộng có quản trị mạng đến mạng cá nhân và cácmạng adhoc. Các hệ thống 4G sẽ hoạt động kết hợp với các hệ thống 2G và 3G cũngnhư các hệ thống phát quảng bá băng rộng khác. Thêm vào đó, mạng 4G sẽ là mạngInternet di động dựa trên IP hoàn toàn.Hình ( dưới ) cho thấy một loạt các hệ thống mạng 4G sẽ tích hợp: vệ tinh băng rộng,mạng tổ ong 2G, mạng tổ ong 3G, mạch vòng nội hạt vô tuyến (WLL) và mạng cá nhân(PAN), dùng giao thức IP là giao thức tích hợp

Phần 3GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾTKẾ LTE

1.1Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thếhệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tínhcạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự ánnhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên

gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảmchi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băngtần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở vàgiảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Đặc tả kỹ thuật cho LTEđang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm tới.Các mục tiêu của công nghệ này là:- Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz:Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps- Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1MHz so với mạng HSDPA Rel. 6:Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.- Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫnhoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khithuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùybăng tần)- Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảmchút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế

Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống.Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đónổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trựcgiao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất).Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả2 chế độ FDD và TDD

1.3Mục tiêu thiết kế LTE 

Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêuvà yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913

Những yêu cầu cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau:• Tiềm năng, dung lượng.• Hiệu suất hệ thống• Các vấn đề liên quan đến việc triển khai• Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)• Quản lý tài nguyên vô tuyến• Độ phức tạp• Những vấn đề chung

Chương 2Phát triển kiến trúc hệ thống

3.1 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến

a.Các chức năng của mạng truy nhập vô tuyến;-Mã hóa,đan xen,điều chế và các chức năng lớp vật lý điển hình khác.-ARQ,nén tiêu đề và các chức năng lớp liên kết điển hình khác.-Các chức năng an ninh (mật mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn).-Các chức năng quản lí tài nguyên ,chuyển giao và các chức năng điều khiển tàinguyên vô tuyến điển hình khác

Hình 3.1 Mạng truy nhập vô tuyến :Các nút và các giao diện

Hình 3.1 cho thấy tổng quan mạng truy nhập vô tuyến LTE RAN với các nút và giaodiện.Khác với WCDMA/HSPA RAN ,LTE Ran chỉ có 1 kiểu nút.Như vậy trong LTEkhông có nút tương đương với RNC .Lý do chủ yếu là không có hỗ trợ phân tập vĩ môđường lên ,đường xuống cho lưu lượng riêng của người sử dụng và triết lý là giảmthiểu số lượng nút.eNodeB chịu trách nhiệm cho một tập các ô.Tương tự như nút B trong kiến trúcWCDMA /HSPA không cần sử dụng cùng 1 trạm anten.eNodeB thừa hưởng các chứcnăng của RNC,eNodeB phức tạp hơn nút B.eNodeB chịu trách nhiệm quản lý tàinguyên vô tuyến của 1 ô,các quyết định chuyển giao,lập biểu cho cả đường lên vàđường xuống trong các ô của mình.*Giao diện giữa eNodeB với mạng lõi và với các eNodeB khác.-eNodeB được nối tới mạng lõi thông qua giao diện S1.Giao diện S1 giống nhưgiao diện Iu nối giữa mạng lõi và RNC trong WCDMA/HSPA

Giữa các eNodeB có giao diện X2 giống như giao diện Iur trongWCDMA/HSPA.Giao diện X2 chủ yếu được sử dụng để hỗ trợ di động chế độ tíchcực.*Vai trò và chức năng của eNodeBeNodeB có cùng chức năng như NodeB và ngoài ra nó còn có hầu hết chứcnăng RNC của WCDMA/HSPA.Với những chức năng như:-Thực hiện quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống.-Quyết định chuyển giao.-Chịu trách nhiệm về tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình.-Thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa ,giải mã ,điềuchế,giải điều chế,đan xen,giải đan xen…-Thực hiện cơ chế phát lại HARQ.

3.Kiến trúc mạng lõi

Khi bắt đầu xây dựng tiêu chuản LTE RAN,công tác chuẩn hóa mạng lõi cũng được bắtđầu.Công tác này được gọi là phát triển kiến trúc hệ thống(SAE:System ArchitecturreEvolution).Mạng lõi được định nghĩa trong công tác SAE là sự phát triển triệt để từmạng lõi GSM/GPRS và vì thế có tên gọi mới .lõi gói phát triển (EPC :Elvolved PacketCore).Phạm vi SAE chỉ bao gồm chuyển mạch gói không có miền chuyển mạch kênh.

57

Hình 3.3 :Kiến trúc EPS cơ bản.Hình

3.4:Kiến trúc EPS phục vụ nút gỗ trợ GPRS/EDGE

Hình 3.3: Cấu hình cho EPS hỗ trợ của 3GPP bao gồm cả truy cập UMTS / HSPA-EPC nối đến LTE RAN qua giao diện S1 và đến Internet qua giao diện SGi.-Ngoài ra EPC nối đến HSS(tương ứng với HLR trong mạng lõi GSM/WCDMA) quagiao diện S6a.-Giữa UE và mạng truy nhập vô tuyến có giao diện Uu

Hình 3.3 Kiến trúc chi tiết mạng lõi LTE

Chức năng các nút:Mobility Management Entity (MME):- Cung cấp tín hiệu cho phép truy nhập mạng và các khía cạnh an ninh.- Chấm dứt sự truy cập của các thuê bao di động đối với truy nhập mạng 3GPP.- Chọn chế độ tích cực thấp cho thiết bị người sử dụng khi không làm việc.- Theo dõi quản lí danh sách các thuê bao trong khu vực .- Chuyển vùng.- GW lựa chọn

(Phục vụ GW và PDN lựa chọn GW.- Nút SGSN hỗ trợ các thuê bao 2G,3G truy nhập mạng LTE.-Trung tâm nhận thực .

Serving Gateway :

là nút chấm dứt sự truy nhập từ mạng truy nhập vô tuyếnEUTRAN.Serving Gateway có những chức năng bao gồm

-Là nút hỗ trợ sự chuyển giao từ eNodeB này sang eNodeB khác trong quá trình thiếtbị di động di chuyển .-Kết thúc sự truy nhập từ mạng truy nhập vô tuyến 3GPP(chấm dứt sự truy nhập vôtuyến bởi giao diện S4 và tiếp nhận kênh truyền tải từ mạng 2G,3G và PDN Gateway).-Cung cấp chức năng cho mạng truy nhập vô tuyến khi ở chế độ nhàn rỗi là đệm cácgói ở đường downlink và kích hoạt các thủ tục yêu cầu dịch vụ.-Đánh số thứ tự các gói trên đường downlink và uplink.-Tính toán chi phí của người dùng.Cho phép cấp quyền truy nhập.-Định tuyến gói tin và chuyển tiếp các gói.-Hỗ trợ việc tính cước.

PDN Gateway

:

là nút chấm dứt giao diện SGi về phía PDN.Nếu có 1UE truy cập vàonhiều PDN,nó có thể cung cấp 1 hay nhiều hơn PDN phục vụ UE.PDN bao gồm nhữngchức năng sau:-Thực thi chính sách.-Mỗi ngưới sử dụng được cung cấp gói dịch vụ khác nhau.-Tính phí hỗ trợ.-Vận chuyển các gói trên downlink hay uplink.-Cho phép những thiết bị hợp pháp truy nhập.-Cung cấp cho mỗi UE một địa chỉ IP.-Phân loại các gói .-Có chức năng như DHCP trong 3G(Dynamic Host Confiquration Protocol:Giao thứccấu hình động máy chủ).

eNodeB

:có cùng chức năng như NodeB và ngoài ra nó còn có hầu hết chức năngRNC của WCDMA/HSPA.Với những chức năng như:-Thực hiện quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống.-Quyết định chuyển giao.-Chịu trách nhiệm về tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình

-Thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa ,giải mã ,điềuchế,giải điều chế,đan xen,giải đan xen…-Thực hiện cơ chế phát lại HARQHỗ trợ cho những mạng không thuộc 3GPP: Để hỗ trợ chuyển vùng ;EPS có 3 dạng giao diện phục vụ cho những mạng khôngthuộc 3GPP là:S2a;S2b và S2c.-S2a cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ di động giữa nhữngmạng không phải 3GPP và Gateway.-S2b cung cấp cho người dùng liên quan tới điều

khiển và hỗ trợ tính năng di động giữaePDG và Gateway.-S2c cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ di động giữa UE vànhững mạng thuộc 3GPP và không thuộc 3GPP.

ePDG:

Chức năng của ePDG bao gồm:điều khiển sự phân bổ địa chỉ IP trong ePDGđược sử dụng như là CoA khi mà S2c được sử dụng.

-

Chức năng để vận chuyển một địa chỉ IP từ xa như là một địa chỉ IP cụ thể đểPDN một khi S2b được sử dụng.

-

Định tuyến các gói dữ liệu từ / đến PDN.

-

Can thiệp hợp pháp.

-

Thực thi các chính sách QoS dựa trên thông tin nhận được thông qua cơ sở hạtầng AAA.

Hỗ trợ truy nhập từ các mạng không thuộc 3GPP

:Để hỗ trợ cho việc chuyển giao,kiến trúc mạng lõi EPC có 3 giao diện hỗ trợ truy nhập:-S2a:là giao diện giữa mạng không thuộc 3GPP với PDN Gateway.-S2b :là giao diện giữa ePDG và PDN Gateway.-S2c là giao diện giữa UE và Gateway

Chương 3

Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTEI -

Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDMA và đường lên SC-FDMA:

Đường xuống và đường lên trong LTE dựa trên việc sử dụng nhiều các công nghệ đatruy nhập , cụ thể : đa truy nhập phân chia tần số trực giao cho đường xuống ( OFDMA), và đa truy nhập phân chia tần số - đơn sóng mang ( SC-FDMA ) cho đường lên .trước tiên ta xét cho đường xuống .

1 – Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM và OFDMA :

Truyền dẫn OFDM là một kiểu truyền dẫn đa sóng mang . một số đặc điểm củaOFDM :- sử dụng nhiều sóng mang . chẳng hạn nếu một hệ thống MC-WCDMA ( WCDMAđa sóng mang ) băng thông 20MHz sử dụng 4 sóng mang với mỗi sóng mang có băngtần là 5MHz , thì với băng thông như vậy OFDM có thể sử dụng 2048 sóng mang vớibăng thông sóng mang con 15MHz .- các sóng mang con trực giao với nhau và khoảng cách giữa 2 sóng mang con liềnkề bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian ký hiệu điều chế sóng mang con . vì thếcác sóng mang con của OFDM được đặt gần nhau hơn so với FDMA .

1.1 đặc điểm chung :

OFDMA là một biến thể của ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM . một số hệthống điều chế đa sóng mang đã được đưa vào sử dụng rộng dãi trong các hệ thốngkhông dây nhưng tương đối mới cho di động. OFDM sử dụng một số lượng lớn cácsóng mang phụ dải hẹp hoặc âm thanh cho việc truyền dẫn nhiều sóng mang.Các tàinguyên vật lý của đường downlink LTE cơ bản có thể được giải thích là một lưới tầnsố-thời gian, như minh họa trong hình dưới. Trong vùng tần số, khoảng cách giữa cácsóng mang phụ(Δf)là 15kHz. Ngoài ra,chu kỳ của OFDM là 1/Δf cộng với chu trình đầutiên.Các chu trình đầu được sử dụng để duy trì trực giao giữa các sóng mang phụ,chocả thời gian phân tán các kênh vô tuyến

Một phần tài nguyên mang QPSK,16QAM hay 64QAM,ví dụ với 64QAM,mỗi phầnmang 6 bit. Các OFDM được phân nhóm thành các khối tài nguyên,các khối tài nguyêncó tổng kích thước là 180 kHz trong miền tần số và 0.5 ms trong miền thời gian. Mỗingười dùng được phân bổ một số khối tài nguyên trong lưới thời gian-tần số.Các khốitài nguyên người dùng nhận được càng nhiều và điều chế sử dụng trong một phần tàinguyên càng cao thì tốc độ bit càng cao.Các khối tài nguyên nào và có bao nhiêu người dùng nhận được tại một điểm nhất địnhphụ thuộc vào cơ cấu lập danh mục cải tiến trong chiều thời gian và tần số.Danh mụccác tài nguyên có thể được cập nhật hàng ms,có nghĩa là 2 khối tài nguyên,rộng 180kHz và có tổng chiều dài là 1 ms,gọi là khối danh mục.Cơ cấu lập danh mục trong LTEtương tự như cơ cấu được sử dụng trong HSPA và cho phép tối ưu hiệu suất cho

cácdịch vụ khác nhau trong các môi trường vô tuyến khác nhau.Trên hình minh họa các tính năng chính của một tín hiệu OFDM ở miền tần số và thờigian. Trong miền tần số ,đa truy nhập các âm liền kề hoặc các sóng mang con mộtcách độc lập với các dữ liệu điều biến . sau đó , trong miền thời gian , khoảng bảo vệđược chèn vào giữa mỗi ký hiệu để ngăn chặn nhiễu liên ký hiệu ở máy thu gây ra bởinhiều con đường trễ lan truyền trong kênh vô tuyến .Khi so sánh với công nghệ CDMA mà đại diện là UMTS , OFDM có một số ưuđiểm khác biệt :- OFDM có nhiều khả năng chống pha đinh .- các bộ bù kênh của OFDM thực hiện đơn giản hơn các bộ bù của CDMA , như là tínhiệu OFDM được biểu diễn trong miền tần số hơn là miền thời gian .- OFDM có thể hoàn toàn có khả năng chống được nhiễu đa đường . điều này là có thểbởi vì các ký hiệu dài được sử dụng cho OFDM có thể được ngăn cách bởi mộtkhoảng bảo vệ được gọi là tiền tố vòng ( CP ). CP là một bản sao của biên của một ký

hiệu được chèn vào lúc bắt đầu. bởi lấy mẫu tín hiệu nhận được tại thời điểm tối ưu,máy thu có thể loại bỏ các nhiễu miền thời gian giữa các biểu tượng liền kề gây ra bởilan truyền trễ đa đường trong kênh vô tuyến .- OFDM là phù hợp hơn để sử dụng MIMO . biểu diễn miền tần số của tín hiệu chophép dễ dàng mã hóa để phù hợp với tín hiệu tần số và đặc điểm của kênh truyền đađường .

1.1.1 khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM :

Tồn tại 2 tiêu chí cần cân nhắc trong việc chọn sóng mang con :- khoảng cách giữa các sóng mang con càng nhỏ càng tốt ( T

FFT

càng lớn càng tốt ) đểgiảm thiểu tỉ lệ chi phí cho CP : T

CP

/ ( T

FFT +

T

CP

)- khoảng cách giữa các sóng mang con quá nhỏ sẽ tăng sự nhạy cảm của truyền dẫnOFDM với trải Doppler .Khi truyền qua kênh phadinh vô tuyến , do trải Doppler lớn , kênh có thể thay đổiđáng kể trong đoạn lấy tương quan T

FFT

dẫn đến trực giao hóa giữa các sóng mang bịmất và nhiễu giữa các sóng mang .Trong thực tế , đại lượng nhiễu giữa các sóng mang có thể chấp nhận rất lớn tùythuộc vào dịch vụ cần cung cấp và mức độ tín hiệu thu chịu được tạp âm và các nhântố gây giảm cấp khác . chẳng hạn tại biên của một ô lớn tỉ số tín hiệu trên tạp âm cộngnhiễu có thể khá thấp khi tốc độ số liệu thấp. vì thế một lượng nhỏ nhiễu bổ xung giữacác sóng mang con do trải Doppler có thể bỏ qua . tuy nhiên trong trường hợp tỷ lệ sốtạp âm cộng nhiễu cao (chẳng hạn trong các ô nhỏ hay tại vị trí gần BS ) , khi cần cungcấp tốc độ số liệu cao , cùng một lượng nhiễu giữa các sóng mang con như trên cũngcó thể gây ảnh hưởng xấu hơn nhiều .

1.1.2 số lượng các sóng mang con :

Số lượng các sóng mang con được xác định dựa trên băng thông khả dụng và phátxạ ngoài băng .Độ rộng băng tần cơ sở của tín hiệu OFDM bằng P ∆f∙ , nghĩa là số sóng mang connhân với khoảng cách giữa các sóng mang con . tuy nhiên phổ của tín hiệu OFDM cơsở giảm rất chậm bên ngoài độ rộng băng tần OFDM cơ sở . lý do gây ra phát xạ ngoàibăng lớn là do việc sử dụng tạo dạng xung chữ nhật dẫn đến các búp sóng bên giảmtương đối chậm . tuy nhiên trong thực tế lọc hoặc tạo cửa sổ miền thời gian được sửdụng để loại bỏ phần lớn các phát xạ ngoài băng của OFDM .trong thực tế cần dành10% băng tần cho băng bảo vệ đới với tín hiệu OFDM . chẳng hạn nếu băng thông khảdụng là 5MHz thì độ rộng băng tần OFDM (P ∆f) chỉ có thể vào khoảng ∙4,5MHz . giả sửLTE sử dụng khoảng cách giữa các sóng mang là 15KHz , thì điều này tương đươngvới vào khoảng 300 sóng mang con trong 5MHz .

1.1.3 sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập:

Trên đường xuống , OFDM được sử dụng làm sơ đồ ghép kênh cho những người sửdụng . trong khoảng thời gian một ký hiệu OFDM , toàn bộ các sóng mang con khảdụng được chia thành các tập con khác nhau và được gán cho những người sử dụngkhác nhau để truyền đến các đầu cuối khác nhau .Trên đường lên cũng tương tự , OFDM được sử dụng làm sơ đồ đa truy nhập . trongkhoảng thời gian một ký hiệu OFDM toàn bộ các sóng mang con khả dụng được chia

thành các tập con khác nhau và được gán cho các người sử dụng khác nhau để truyềntừ các đầu cuối khác nhau đến trạm gốc .Trong trường hợp OFDMA được sử dụng cho đường lên , tín hiệu OFDM được phátđi từ các máy đầu cuối khác nhau được ghép kênh theo tần số , điều quan trọng là khitruyền dẫn từ các đầu cuối ở các vị trí khác nhau so với trạm gốc phải đến trạm gốcmột cách đồng bộ theo thời gian .đặc biệt là sự mất đồng bộ giữa các truyền dẫn từ cácđầu cuối di động khác nhau tại trạm gốc phải nhỏ hơn độ dài CP để đảm bảo tính trựcgiao giữa các sóng mang con thu được từ các đầu cuối di động khác nhau để tránhnhiễu giữa những người sử dụng .Do khác nhau về khoảng cách từ các máy đầu cuối di động đến trạm gốc và vì thếdẫn đến khác nhau về thời gian truyền lan , nên phải điều khiển định thời phát của từngđầu cuối . điều khiển định thời phát nhằm điều chỉnh định thời phát của từng đầu cuối diđộng để đảm bảo rằng các truyền dẫn đường lên được đòng bộ tại tram gốc . do thờigian truyền lan thay đổi khi đầu cuối di động chuyển động trong ô , điều khiển định thờiphát

phải là một quá trình tích cực liên tục điều chỉnh định thời phát cho từng đầu cuốidi động .Ngay cả khi điều khiển định thời phát hoàn hảo , vẫn luôn có một lượng nhiễu giữacác sóng mang con do sai số tần số . trong trường hợp sai số tần số hợp lý và trảiDoppler nhỏ thì nhiễu này thường tương đối nhỏ . tuy nhiên điều này chỉ sảy ra khi coirằng các sóng mang con khác nhau được thu tại trạm gốc với công suất gần như nhautrên đường lên do khoảng cách từ các máy đầu cuối đến trạm gốc là khác nhau , vì thếsuy hao đường truyền của các đường truyền này cũng có thể rất khác nhau . nếu 2 đầucuối phát cùng một công suất thì do khoảng cách khác nhau nên công suất tín hiệu thutại tram gốc từ 2 đầu cuối này có thể rất khác nhau và vì thế tín hiệu thu từ trạm đầucuối mạnh hơn sẽ gây nhiễu đối với tín hiệu thu yếu hơn cho dù vẫn duy trì được trựcgiao hoàn hảo giữa các sóng mang con .để tránh điều này cần phải thực hiện điềukhiển công suất phát của các dầu cuối ở một mức độ nhất định . đối với OFDMA đườnglên bằng cách giảm công suất của đầu cuối ở gần trạm gốc để đảm bảo công suất củacác tín hiệu thu gần như nhau .

1.4 thu phát tín hiệu OFDM

Những tín hiệu OFDM được tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra những bank lớncác bộ dao động và những máy thu khóa pha trong miền tương tự . Hình dưới là sơ đồkhối của thiết bị đầu cuối OFDM tiêu biểu .Phần máy phát biến đổi dữ liệu số cần truyền, ánh xạ vào biên độ và pha của các tải phụ .Sau đó nó biến đổi biểu diễn phổ của dữliệu vào trong miền thời gian nhờ sử dụng biến đổi Fourier rời rạc đảo (inverseDiscrecte Fourier Transform).Biến đổi nhanh Fourier đảo (Inverse Fast Fourier Transform) thực hiện cùng một thuật toán như IDTF , ngoại trừ rằng nó tính hiệu quảhơn nhiều và do vậy nó được sử dụng trong tất cả các hệ thống thực tế .Để truyền tínhiệu OFDM tín hiệu miền thời gian được tính toán được phách lên tần số cần

thiết .Máythu thực hiện thuật toán ngược lại với máy phát .Khi dịch tính hiệu RF xuống băng cơsở để xử lý ,sau đó sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) để phân tích tín hiệu trongmiền tần số .Sau đó biên độ và pha của các tải phụ được chọn ra và đuợc biến đổingược lại thành dữ liệu số . Biến đổi nhanh Fourier đảo (IFFT) và biến đổi Fourier nhanh(FFT) là hàm bổ sung và thuật ngữ thích hợp nhất được dùng phụ thuộc vào liệutín hiệu đang được thu hoặc đang được phát .Trong nhiều trường hợp tín hiệu là độclập với sự phân biệt này nên thuật ngữ FFT và IFFT có thể được sử dụng thay thế chonhau .

1.4.1 chuyển đổi nối tiếp – song song

Dữ liệu cần truyền thường có dạng dòng dữ liệu nối tiếp .Trong OFDM ,mỗi symbolthường truyền 40-4000 bit và do vậy giai đoạn biến đổi song song thành nối tiếp là cầnthiết để biến đổi dòng, bit nối tiếp đầu vào thành dữ liệu cần truyền trong mỗi symbolOFDM .Dữ liệu được phân phối cho mỗi symbol phụ thuộc vào sơ đồ điều chế được sửdụng và trên mỗi tải phụ có thể thay đổi và như vậy số bit tảii phụ cũng thay đổi .Kếtquả là giai đoạn biến đổi nối tiếp thành song song bao hàm việc làm đầy payload dữliệu của mỗi tải phụ

.

Tại máy thu quá trình là ngược lại ,với dữ liệu từ các tải phụ đượcbiến đổi trở lại thành dòng dữ liệu nối tiếp gốc.Khi sự truyền OFDM xảy ra trong môi trường radio truyền lan đa đường (multipath),fading chọn lọc tần số có thể làm cho những nhóm tải phụ bị suy giảm nghiêm trọng,có thể gây ra các lỗi bit .Các Null này trong đáp tuyến tần số của kênh có thể làm chothông tin trong những sóng mang kế cận dễ bị phá hủy, tạo thành cụm mỗi bit trong mỗisymbol. Phần lớn các sơ đồ của lỗi tiến (FEC) làm việc có hiệu quả hơn nếu các lỗiđược trải rộng ra ,hơn là tạo thành bó ,và vì vậy để cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật phần lớncác hệ thống dung xáo trộn dữ liệu (scrambing) như một phần của giai đoạn biến đổinối tiếp thành song song .Điều này được thực hiện bởi sự ngẫu nhiên hoá vị trí tải phụcủa mỗi bit dữ liệu liên tiếp .Tại máy thu quá trình xáo trộn được sử dụng để giải mã tínhiệu .Điều này khôi phục dãy bit dữ liệu gốc nhưng trải rộng các cụm lỗi bit làm chochúng được phân bố gần đều theo thời gian .Sự ngẫu nhiên hóa vị trí của các lỗi bitnhư vậy cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật sửa lỗi tiến (FEC) và nhìn chung của cả hệ thống .

1.4.2 điều chế RF :

Đầu ra của bộ điều chế OFDM là tín hiệu dải gốc ( baseband ),tín hiệu này phảiđược dịch (hoặc phách –UpConverte) lên tần số cao để phát đi .Điều này có thể đượcthực hiện khi dùng kỹ thuật tương tự hoặc dùng dịch tần số .Cả hai kỹ thuật trên đềuthực hiện cùng một thuật toán ,tuy nhiên kỹ thuật điều chế số có khuynh hướng trở nênchính xác hơn do sự phối hợp đuợc cải thiện giữa xử lý kênh I , Q và độ chính xác phacủa bộ điều chế IQ số .

1.4.3 khoảng bảo vệ (GUARD PERIOD)

Đối với một băng thông hệ thống đã cho tốc độ symbol của tín hiệu OFDM thì thấphơn nhiều tốc độ symbol của sơ đồ truyền sóng mang đơn .Ví dụ đối với điều chế đơnsóng mang BPSK tốc độ symbol tương ứng với tốc độ bit. Tuy nhiên với OFDM băngthông hệ thống được chia cho Nc tải phụ ,tạo thành tốc độ symbol nhỏ hơn Nc lần sovới truyền sóng mang đơn .Tốc độ symbol

thấp này làm cho OFDM chịu đựng được tốtvới can nhiễu giữa can nhiễu ISI (inter- Symbol interference ) gây ra bởi truyền lan

nhiều đường. Có thể giảm ảnh hưởng ISI tới tín hiệu OFDM bằng các thêm vào khoảngbảo vệ ở trước của mỗi symbol .Khoảng bảo vệ này là bản copy tuần hoàn theo chukỳ ,làm mở rộng chiều dài của dạng sóng symbol .Mỗi tải phụ trong phần dữ liệu củamỗi symbol ,có nghĩa là symbol OFDM chưa có bổ sung khoảng bảo vệ ,có chiều dàibằng kích thước IFFT( được sử dụng để tạo tín hiệu ) có một số nguyên lần các chukỳ .Do vậy việc đưa vào các bản copy của symbol nối đuôi nhau tạo thành một tín hiệuliên tục ,không có sự gián đoạn ở chỗ nối .Như vậy việc sao chép đầu cuối của symbolvà đặt nó đế đầu vào đã tạo ra một khoảng thời gian symbol dài hơn .

1.5 kỹ thuật OFDMA

Với tín hiệu OFDM tiêu chuẩn rất hẹp , thiết bị đầu cuối truyền dẫn có thể bị hiệntượng phadinh băng hẹp và can nhiễu . đó là lý do tại sao 3GPP đã chọn OFDMA chođường xuống , trong đó có kết hợp yếu tố của đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA). OFDMA cho phép các nhóm nhỏ của sóng mang con được cấp phát giao động giữanhững người dùng khác nhau trên băng tần này , như trong hình

:Kết quả là một hệ thống mạnh mẽ hơn với công suất tăng lên . điều này là do hiệu quảsử dụng ghép kênh người dùng cấp độ thấp ,và khả năng lập lịch trình cho người sửdụng bởi tần số , đồng thời làm giảm ảnh hưởng của phadinh đa đường.Trong OFDMA, vấn đề đa truy nhập được thực hiện bằng cách cung cấp cho mỗingười dùng một phần trong số các sóng mang có sẵn. Bằng cách này, OFDMA tươngtự như phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số

thông thường (FDMA); tuynhiên nó không cần thiết có dải phòng vệ lân cận rộng như trong FDMA để tách biệtnhững người dùng khác nhau.

Ưu điểm cơ bản của hệ thống OFDMA nhảy tần

hơn hẳn các hệ thống DS-CDMAvà MC-CDMA là tương đối dễ dàng loại bỏ được xuyên nhiễu trong một tế bào bằngcách sử dụng các mẫu nhảy trực giao trong một tế bào.

2. công nghệ đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA :

Đối với việc truyền dữ liệu ở hướng lên, 3GPP đã chọn một phương thức điều chếhơi khác một chút. Việc truyền OFDMA phải chịu một PAPR (Peak to Average Power Ratio _ tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình) cao, điều này có thể dẫn đến những hệ quả tiêu cực đối với việc thiết kế một bộ phát sóng nhúng trong UE; đó là, khi truyền dữliệu từ UE đến mạng, cần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu đến lên mộtmức đủ cao để mạng

bắt được 

(pick up). Bộ khuếch đại công suất là một trong nhữngthành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong một thiết bị, và vì thế nên có hiệu quảcông suất cao càng cao càng tốt để làm tăng tuổi thọ pin của máy. Tính hiệu quả củabộ khuếch đại công suất phụ thuộc vào hai yếu tố :

Bộ khuếch đại đó phải có khả năng khuếch đại giá trị đỉnh cao nhất của sóng. Donhững ràng buộc trong chất bán dẫn, giá trị đỉnh này quyết định mức tiêu thụ nănglượng của bộ khuếch đại.

Tuy nhiên, các giá trị đỉnh của sóng không mang nhiều thông tin hơn chút nào so vớicông suất trung bình của tín hiệu trong thời gian truyền nhận. Vì thế, tốc độ truyềnkhông phụ thuộc vào mức công suất ngõ ra cần thiết cho các giá trị đỉnh mà phụ thuộcvào mức công suất trung bình của sóng.Bởi vì cả mức tiêu thụ năng lượng lẫn tốc độ truyền đều quan trọng đối với các nhàthiết kế UE, cho nên bộ khuếch đại công suất nên tiêu thụ càng ít năng lượng càng tốt.Như vậy, UE nào sử dụng phương thức điều chế có tỉ lệ PAPR càng thấp thì thời gianhoạt động của nó ở một tốc độ truyền nhất định càng dài.Một phương thức điều chế tương tự với OFDMA cơ bản, nhưng có một PAPR tốt(thấp) hơn, là SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access _ Đa Truy cập Phân Tần Một Kênh truyền duy nhất ). Do PAPR của nó tốt hơn, nó được 3GPPchọn để truyền dữ liệu ở hướng lên. Tuy mang cái tên như vậy song SC-FDMA cũngtruyền dữ liệu qua giao tiếp vô tuyến trong nhiều kênh con, nhưng bổ sung thêm mộtbước xử lý nữa, như được minh họa trong Hình . Thay vì đặt 2, 4 hoặc 6 bit với nhaunhư trong ví dụ OFDM để tạo thành tín hiệu cho một kênh con, khối xử lý bổ sung trongSC-FDMA trải thông tin của mỗi bit ra trên tất cả các kênh con. Điều này được thựchiện như sau: Cũng một số bit (ví dụ như 4 đối với điều chế 16-QAM) được nhóm lạivới nhau, nhưng trong OFDM,

các nhóm bit này là dữ liệu nhập cho hàm IFFT, còntrong SC-FDMA, các bit này được đưa vào một hàm FFT (Fast Fourier Transformation)trước đã. Dữ liệu xuất của quá trình này là cơ sở cho việc tạo ra các kênh truyền concho hàm IFFT theo sau. Bởi vì không phải tất cả các kênh con đều được dùng bởi UE,nên nhiều kênh được đặt ở mức không (0) trong đồ thị. Những kênh này có thể đượcdùng bởi các UE khác hoặc không.Ở phía máy thu, tín hiệu được giải điều chế, được khuếch đại và được xử lý bởi hàmFFT theo cách giống như trong OFDMA. Nhưng biểu đồ biên độ kết quả không

đượcphân tích thẳng ra để có được dòng dữ liệu ban đầu, mà được nạp vào một hàm IFFTđể gỡ bỏ tác dụng của quá trình

xử lý tín hiệu bổ sung đã được thực hiện ở phía máy phát. Ra khỏi hàm IFFT này, tínhiệu lại trở thành tín hiệu miền thời gian. Tiếp đến, tín hiệu miền thời gian này đượccung cấp cho một khối phát hiện (detector), khối này tái tạo lại các bit dữ liệu ban đầu.Như vậy, thay vì phát hiện các bit trên nhiều kênh con khác nhau, người ta chỉ dùngmột hàm phát hiện duy nhất trên một kênh truyền duy nhất.

Điều chế SC-FDMA cho các cuộc truyền hướng lên.Những khác biệt giữa OFDM và SC-FDMA có thể được tổng kết như sau: OFDM tạora các nhóm bit nhập (các con số 0 và 1) để lắp ráp vào các kênh con; sau đó các kênhcon này được xử lý bởi hàm IFFT để có được một tín hiệu miền thời gian. Ngược lại,SC-FDMA trước hết chạy một hàm FFT trên các nhóm bit dữ liệu nhập rồi đưa kết quảvào hàm IFFT để hàm này tạo ra tín hiệu miền thời gian. Đây là lý do khiến đôi khi SC-FDMA còn được gọi là phương thức OFDM trải FFT (FFT spread OFDM).

3.3 Điều phối nhiễu liên tế bào (Inter-cell interference coordination)

LTE cung cấp sự trực giao giữa những người dùng trong một tế bào trong cả đườnglên và đường xuống. Vì vậy, hiệu năng của LTE về mặt hiệu suất phổ và tốc độ dữ liệu khả dụng nói một cách tương đối thì có nhiều giới hạn bởi nhiễu từ những tế bào khác(inter-cell interference) hơn so với WCDMA/HSPA. Do đó, các phương pháp để làmgiảm và điều khiển nhiễu liên tế bào có khả năng mang lại những lợi ích thật sự chohiệu suất của hệ thống LTE, đặc biệt về mặt các dịch vụ (tốc độ dữ liệu, v.v…) có thểđược cung cấp cho người dùng tại biên tế bào (cell edge).Điều phối nhiễu liên tế bào là một chiến lược hoạch định mà trong đó tốc độ dữ liệutại biên tế bào được tăng lên bằng cách giám sát nhiễu liên tế bào. Về cơ bản, việcđiều phối nhiễu liên tế bào sẽ đưa đến những giới hạn chính xác đối với scheduler đường lên và đường xuống trong tế bào để kiểm soát nhiễu liên tế bào. Bằng việc hạnchế công suất phát của các thành phần phổ (parts of the spectrum) trong tế bào, mànhiễu xuất hiện trong những tế bào lân cận thuộc thành phần phổ này sẽ được giảmbớt. Thành phần phổ này có thể được sử dụng để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn chonhững người dùng thuộc tế bào lân cận. Thực ra th. hệ số tái sử dụng tần số là khácnhau đối với những phần khác nhau của tế bào.việc điều phối nhiễu liên tế bào là một chiến lược hoạch định quan trọng mà trong đócần quan tâm đến vị trí của những tế bào lân cận. Do đó,

 

việc điều phối nhiễu liên tếbào là một vấn đề triển khai với phạm vi lớn và khó có thể nhìn thấy được trong các chitiết kỹ thuật. Điều này cũng có nghĩa là việc điều phối nhiễu chỉ có thể được áp dụngvới một nhóm các tế bào đ. được lựa chọn, dựa trên những yêu cầu triển khai riêng biệtđược đặt ra.

4 . các băng tần hỗ trợ :

Các đặc điểm kỹ thuật của LTE thừa hưởng tất cả các bang tần được xác định choUMTS , và là một danh sách tiếp tục phát triển . hiện có 13 băng tần FDD và 8 băng tầnTDD .quan trọng là sự chồng chéo của một số các băng tần đã tồn tại , nhưng điều nàykhông nhất thiết phải thu gọn các băng tần mà từ đó có thể được thực hiện cụ thể dựatrên nhu cầu thực tế của từng khu vực .

II – công nghệ đa ăng ten MIMO:

2.1 đặc điểm chung :

Các hế thống thông tin không dây luôn được nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng ,dung lượng của hệ thống cũng như khả năng chống lại hiện tượng đa đường . đối vớicác hệ thống thông tin chất lượng của tín hiệu có thể được cải thiện bằng cách tăngcông suất , dung lượng của hệ thống có thể tăng khi tăng băng thông . tuy nhiên côngsuất cũng chỉ có thể tăng tới một mức gới hạn nào đó, vì công suất phát càng tăng thìhế thống càng gây nhiễu cho các hệ thống xung quanh, băng thông của hệ thống cũngkhông thể tăng lên mãi vì việc phân bố băng thông đã được định chuẩn sẵn .Hệ thống MIMO có thể tăng dung lượng kênh truyền , sử dụng băng thông rất hiệuquả nhờ ghép kênh không gian( V-BLAST ), cải thiện chất lượng của hệ thống đáng kểnhờ vào phân tập tại phía phát và phía thu ( STBC , STTC ) mà không cần tăng công

suất phát cũng như tăng băng thông của hế thống . kỹ thuật OFDM là một phương thứctruyền dẫn tốc độ cao với cấu trúc đơn giản nhưng có thể chống phadinh chọn lọc tầnsố , bằng cách chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành N luồng dữ liệu tốc độ thấp truyềnqua N kênh truyền con sử dụng tập tần số trực giao . kênh truyền chịu phadinh chọn lọctần số được chia thành N kênh truyền con có băng thông nhỏ hơn , khi N đủ lớn cáckênh truyền con chịu phadinh phẳng . OFDM còn loại bỏ được hiệu ứng ISI khi sử dụngkhoảng bảo vệ đủ lớn . ngoài ra việc sử dụng kỹ thuật OFDM còn giảm độ phức tạp củabộ Equalizer đáng kể bằng cách cho phép tín hiệu cân bằng trong miền tần số . từnhững ưu điểm nổi bật của hệ thống MIMO và kỹ thuật OFDM , việc kết hợp hệ thốngMIMO và kỹ thuật OFDM là một giải pháp hứa hẹn cho hệ thống thông tin không dâybăng rộng tương lai .

2.2 sử dụng hệ thống MIMO trong LTE :

Cho đến nay việc truyền dữ liệu thông thường thông qua một dòng tín hiệu duy nhấttrong không gian giữa bộ phát sóng và bộ thu sóng. Hầu hết các hệ thống không dâyhiện nay đều hoạt động theo chế độ này, và một bộ phát sóng thứ hai trên cùng tần sốđược xem là nhiễu không mong muốn, làm giảm chất lượng kênh truyền. Tuy nhiêntrong thực tế, có thể thấy rằng ngay cả một tín hiệu duy nhất cũng bị phản xạ và tán xạbởi những đối tượng trong lộ trình truyền, và đầu kia nhận được vài bản sao của tínhiệu ban đầu từ những góc độ khác nhau vào những thời điểm hơi lệch nhau một chút. Đối với những công nghệ truyền không dây đơn giản, các bản sao này cũng là nhiễukhông mong muốn. Nhưng LTE lại lợi dụng sự tán xạ và phản xạ trên lộ trình truyềnbằng cách truyền vài dòng dữ liệu độc lập qua những ăng-ten riêng. Các ăng-ten nàyđược đặt cách nhau ít nhất là một nửa bước sóng, điều này tự nó tạo ra những cuộctruyền riêng biệt, vốn phản ứng khác nhau khi chúng gặp những chướng ngại trong lộtrinh truyền. Ở phía máy thu, những dòng dữ liệu khác nhau được bắt (pick up) bởi cácăng-ten độc lập và các dây chuyền thiết bị thu độc lập. Việc truyền vài tín hiệu độc lậptrên cùng băng tần này được gọi là MIMO (Multiple Input Multiple Output), và Hình dướicho thấy một cách biểu diễn đồ họa đơn giản hóa của kỹ thuật này. Trong thực tế, điềunày có nghĩa là vài lưới tài nguyên LTE được gửi đồng thời trên cùng tần số nhưngthông qua những ăng-ten khác nhau

Nguyên tắc của truyền MIMO.

Chuẩn LTE chỉ định hai và bốn cuộc truyền riêng biệt trên cùng một băng tần, tức đòihỏi phải có hai hoặc bốn ăng-ten tương ứng ở cả máy phát lẫn máy thu. Hệ quả là,những cuộc truyền như vậy được gọi là 2x2 MIMO và 4x4 MIMO. Trong thực tế, 2x2MIMO nhiều khả năng sẽ được dùng trước, do bởi những ràng buộc về kích cỡ của cácUE và do sự kiện là các ăng-ten phải được đặt cách nhau ít nhất một nửa bước sóng.Hơn nữa, hầu hết các UE đều cho phép dùng vài băng tần, mỗi băng thường đòi hỏi bộăng-ten của riêng nó trong trường hợp hoạt động MIMO được hậu thuẫn trong băng đó.Ở phía mạng, có thể có được những cuộc truyền 2x2 MIMO bằng một

ăng-ten phâncực chéo

(cross polar antenna) “duy nhất”, kết hợp hai ăng-ten theo cách sao cho mỗiăng-ten truyền đi một dòng dữ liệu riêng biệt với một dạng phân cực khác nhau (ngangvà đứng).Tuy trên hình mô tả khái niệm tổng quát của truyền MIMO, nhưng nó không chính xác ởphía máy thu, bởi vì mỗi ăng-ten nhận không phải chỉ một tín hiệu duy nhất mà là mộtsự kết hợp của tất cả các tín hiệu khi chúng chồng chéo lên nhau trong không gian. Vìthế, mỗi dây chuyền thiết bị thu cần phải tính toán một cách truyền kênh có xét đến mọicuộc truyền để phân biệt các cuộc truyền với nhau. Các ký hiệu truyền pilot đã nói ở

trên được dùng cho mục đích này. Những thành tố cần thiết cho các tính toán này baogồm

độ lợi 

(gain),

 pha

(phase) và các

ảnh hưởng đa

 

đường truyền

(multipath effect) chomỗi lộ trình truyền độc lập. Vì khuôn khổ có hạn, tài liệu này không đi sâu vào cách tínhtoán này.Bởi vì các kênh MIMO phân biệt với nhau, nên 2x2 MIMO có thể làm tăng tốc độtruyền tổng thể lên hai lần, còn 4x4 MIMO thì tăng lên bốn lần. Tuy nhiên điều này chỉ có thể đạt được trong những điều kiện tín hiệu lý tưởng. Vì vậy, MIMO chỉ được dùngcho các cuộc truyền hướng xuống trong LTE, bởi vì bộ phát sóng của trạm cơ sở ít bịràng buộc về công suất hơn bộ phát sóng ở hướng lên. Trong những điều kiện truyền ítthuận lợi hơn, hệ thống tự động quay trở lại kiểu truyền một dòng dữ liệu duy nhất vàcũng giảm luôn cấp điều chế từ 64-QAM xuống 16- QAM hay thậm chí QPSK. Ngoài ra,như đã trình bày trong phần nói về HSPA+, còn có một sự quân bình (được này mấtkia) giữa điều chế cấp cao hơn và sử dụng MIMO. Vì thế trong những điều kiện tín hiệukém hơn lý tưởng, truyền MIMO chỉ được dùng với điều chế 16-QAM thôi, như vậykhông thể gấp đôi tốc độ truyền so với truyền một dòng duy nhất sử dụng 64-QAM.Ở hướng lên, thật khó cho các UE sử dụng MIMO do bởi kích cỡ ăng-ten hạn chế vàcông suất ngõ ra của nó, cho nên chuẩn LTE hiện nay không có MIMO. Tuy nhiên bảnthân kênh truyền hướng lên LTE vẫn thích hợp cho truyền MIMO hướng lên. Để tậndụng trọn vẹn kênh truyền này, một số công ty đang tính tới việc thực hiện

MIMO cộng tác 

(collaborative MIMO), hay còn gọi là MIMO đa người dùng (multiuser MIMO), trongtương lai. Ở đây, hai UE sử dụng cùng một kênh hướng lên cho lưới tài nguyên củachúng. Về phía trạm cơ sở, hai dòng dữ liệu này được phân tách bởi bộ thu sóngMIMO và được xử lý như là hai cuộc truyền từ những thiết bị độc lập, chứ không phảinhư hai cuộc truyền từ một thiết bị duy nhất nên phải được kết hợp lại. Tuy điều nàykhông làm cho tốc độ truyền của mỗi thiết bị cao hơn, nhưng dung lượng hướng lêntổng thể của cell được gia tăng đáng kể.

Mô hình trực quan của một hệ thống MIMO :

2.3 mô hình hệ thống MIMO-OFDM :

Cấu trúc máy thu và máy phát của hệ thống MIMO-OFDM bao gồm hệ MIMO N

T

anten phát và N

R

anten thu , kỹ thuật OFDM sử dụng N sóng mang phụ được mô tảnhư hình

chương 4các kiến trúc giao thức LTE

Tổng quan về kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh họa trong 

Hình 4.1:Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)

4.1 Điều khiển liên kết vô tuyến RLC(Radio Link Control)

-Nhiệm vụ RLC:+Chịu trách nhiệm phân đoạn các gói IP được gọi là các RLC SDU(Service Data Unit:đơn vị sốliệu dịch vụ),thành các đơn vị nhỏ hơn được gọi là các RLC PDU(Packet

Data Unit:đơn vị sốliệu gói).+RLC xử lí việc phát lại các PDU thu bị lỗi cũng như loại bỏ thu kép và móc nối các PDU thu.+RLC đảm bảo việc chuyển các RLC SDU theo đúng trình tự lên các lớp trên.a)Cơ chế phát lại PDU:-Có 1 giao thức phát lại làm việc giữa RLC phía phát và phía thu.-Bằng cách giám sát các số thứ tự thu ,RLC thu có thể nhận ra các PDU bị mất.Báo cáo trạngthái được phản hồi đến RLC phát để yêu cầu phát lại các PDU bị mất.-Để thực hiện việc phát lại các PDU thì RLC được lập các chế độ cấu hình khác nhau:+Chế độ công nhận AM(Acnowledged Mode):được sử dụng cho các dịch vụ dựa trên TCP nhưchuyển file khi mà truyền số liệu không bị lỗi là mối quan tâm đầu tiên.+Chế độ không công nhận UM(Unacknowledged Mode):trong UM,chuyển theo trình tự lên cáclớp cao hơn vẫn được đảm bảo ,nhưng không yêu cầu phát lại các PDU bị mất.+Chế độ trong suôt TM(Transparent Mode). b)RLC làm nhiệm vụ phân đoạn và móc nối

Hình 4.2:Phân đoạn và móc nối RLCNgoài việc điều khiển việc truyền lại và phân phát theo trình tự, RLC cũng chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nối theo như minh họa trong hình 4.2.Dựa trên quyết định của scheduler (scheduler decision), một lượng dữ liệu nào đóđược lựa chọn để truyền đi từ bộ đệm RLC SDU và các SDUs sẽ được phânđoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU. Do đó, đối với LTE thì kích thước RLCPDU thay đổi một cách động (varies dynamically), trong khi WCDMA/HSPAtrước phiên bản 7 lại sử dụng kích thước PDU bán tĩnh (semi-static PDU size).Khi mà tốc độ dữ liệu cao, kích thước PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ hơntương ứng, còn khi mà tốc độ dữ liệu thấp, đòi hỏi kích thước PDU phải nhỏ nếukhông thì tải trọng sẽ trở nên quá lớn. Vì vậy, khi tốc độ dữ liệu nằm trong khoảngtừ một vài kbit/s tới trên một trăm Mbit/s, kích thước PDU động (dynamic PDUsizes) sẽ được điều chỉnh bởi LTE. Vì RLC, scheduler và cơ chế thích ứng tốc độđều được đặt trong eNodeB, nên dễ dàng hổ trợ các kích thước PDU động cho LTE.4.2 Điều khiển truy nhập môi trường MAC(Medium Access Control)-Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC có nhiệm vụ:+ Xử lí ghép kênh logic.+Các phát lại HARQ .+Lập biểu đường lên và đường xuống.4.2.1Các kênh logic và các kênh truyền tải

a)Kênh logic-MAC cung cấp dịch vụ cho RLC trong dạng các kênh logic.Kênh logic được định nghĩa bởikiểu thông tin nó mang;có nhiệm vụ để truyền dẫn thông tin điều khiển và cấu hình cần thiết đểvận hành hệ thống LTE.-Các kênh logic của LTE bao gồm:· Kênh điều khiển quảng bá (Broadcast Control Channel - BCCH):được sử dụng cho việc truyềndẫn thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất cả các thiết bị đầu cuối di động trong một tế bào. Trước khi truy nhập vào hệ thống, một thiết bị đầu cuối di động cần phải đọc những thông

tin được truyền trên kênh BCCH để tìm ra cách thức hệ thống được cấu hình, ví dụ như băngthông của hệ thống.· Kênh điều khiển tìm gọi (Paging Control Channel – PCCH):được sử dụng cho việc tìm gọicủa các thiết bị đầu cuối di động mà mạng không biết được vị trí của nó về mức tế bào (celllevel) và vì vậy tin nhắn tìm gọi cần được truyền trong nhiều tế bào.· Kênh điều khiển dành riêng (Dedicated Control Channel – DCCH): được dùng cho việc truyềndẫn thông tin điều khiển tới hoặc từ thiết bị đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho việccấu hình riêng lẻ từng thiết bị đầu cuối di động ví dụ như những tin nhắn chuyển giao khác nhau.· Kênh điều khiển multicast (Multicast Control Channel - MCCH): được dùng cho việc truyềndẫn thông tin điều khiển được yêu cầu cho việc tiếp nhận của MTCH.· Kênh lưu lượng dành riêng (Dedicated Traffic Channel - DTCH): được dùng cho việc truyềndữ liệu người dùng đến hoặc từ một thiết bị đầu cuối di động. Đây là 1 loại kênh logic được dùngđể truyền dữ liệu người dùng đường lên và đường xuống phi-MBMS (non-MBMS).· Kênh lưu lượng multicast (Multicast Traffic Channel – MTCH): được dùng cho truyền dẫnđường xuống những dịch vụ MBMS. b)Tập các kênh truyền tải được định nghĩa trong LTE bao gồm:+Kênh quảng bá(BCH:Broadcast Channel) có một định dạng truyềntải cố định, đượccung cấp bởi các đặc tính kỹ thuật. Nó được dùng cho việc truyền dẫn những thông tintrên kênh logic BCCH.   Kênh tìm gọi(PCH Paging channe):được dùng cho việc paging thông tin trênkênh logic PCCH. Kênh PCH hỗ trợ việc thu nhận không liên tục(discontinous reception – DRX) nhằm cho phép thiết bị đầu cuối diđộng tiết kiệm năng lượng pin bằng cách ngủ (sleeping) và chỉ thức(wake up) khi nhận PCH tại những thời điểm xác định trước. Cơ chếpaging được mô tả có phần chi tiết hơn trong chương 5.     Kênh chia sẻ đường xuống – Downlink Shared Channel (DL-SCH): là kênhtruyền tải được dùng cho truyền dẫn dữ liệu đường xuống trong LTE.Nó hỗ trợ những đặc tính của LTE như cơ chế thích ứng tốc độ động(dynamic rate adaption) và hoạch định phụ thuộc kênh truyền(channel-

dependent scheduling) trong miền thời gian và tần số, hybridARQ, và ghép kênh không gian (spatial multiplexing). Nó cũng hỗ trợDRX nhằm làm giảm năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối di động

 

trong khi vẫn cung cấp trải nghiệm luôn mở (always-on experience),tương tự như cơ chế CPC trong HSPA. DL-SCH TTI là 1 ms.   Kênh multicast – Multicast Channel (MCH): được dùng để hỗ trợ MBMS và được đặctrưng bởi định dạng truyền tải bán tĩnh và hoạch định bán tĩnh (semi-static transport format and semi-static scheduling).  Trong trường hợptruyền dẫn nhiều tế bào (multi-cell transmission) sử  dụng MBSFN, cấuhình định dạng truyền tải và hoạch định được điều phối giữa những tếbào liên quan trong truyền dẫn MBSFN.  + Kênh chia sẻ đường lên – Uplink shared channel (UL-SCH): là đườnglên tương ứngvới DL-SCH.

Hình 4.3:Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tảiChương 5Lớp vật lý LTE*Các chưc năng của lớp vật lý- Phát hiện lỗi trên kênh truyền- Mã hóa ,giả mã trên kênh truyền- Yêu cầu lặp tự động hỗn hợp-Đánh gia, kết hợp và lập bản đồ các kênh mã hóa để vận chuyển các kênh vật lý- Điều chế và giải điều chế kênh vật lý 

- Đồng bộ tần số và thời gian- Đo lường đặ tính song vô tuyến- Điều chế ănten MIMO- Đa dạng truyền tải- Beamforming- Điều chế RF5.1. Tổng quan lớp vật lýCác chi tiết kỹ thuật lớp vật lý được chia thành 4 phần như trong hình

Hình 4.1. Sơ đồ khối lớp vật lý-TS36.211 kênh vật lý và điều chế :Đặc diểm kỹ thuật này mô tả tín hiệu vật lý, kênhvật lý trên đường lên và đường xuống, cách điều biến , ánh xạ vào các khung. Nó cũngxử lý và hỗ trợ cho công nghệ đa ănten-TS36.212 ghép kênh và mã hóa kênh: Đặc điểm kỹ thuật này mô tả kênh truyền, kiểmsoát, điều chế dữ liệu, bao gồm cả ghép kênh, mã hóa kênh,…

-TS36.213 Lớp vật lý thủ tục: Đặc điểm kỹ thuật này mô tả các thủ tục như đồng bộ, tìmkiếm di động, kiểm sioats, truy cập ngẫu nhiên, nhận diện âm thanh,…-TS36.214 Lớp vật lý đo lường : Đặc diểm kỹ thuật này mô tả các đực tính của phép đoở tầng 1 của UE và eNB .kỹ thuật này bao gồm các phép đo để hỗ trợ chuyển giao.-TS36.113 quản lý tài nguyên vô tuyến: Không thật sự là 1 phần của lớp vật lý. Cácyêu cầu của quẩn lý tài nguyên được tóm tắt ở đây để phục vụ cho lớp vật lý đo lường5.2.Kênh vật lý và điều chế TS36.211

Giao diện vô tuyến của LTE bao gồm các tín hiệu vật lý, các kênh vật lý được địnhnghĩa trong TS36.211 , tín hiệu vật lý được tạo ra ở tầng 1 và được sử dụng cho hệthống đồng bộ, xác định khu (tế bào), dự toán kênh vô tuyến. Kênh vật lý mang dữ liệutừ các lớp cao hơn bao gồm tín hiệu điều khiển, định thời, và tải tin của người sử dụng.. Trong đường xuống, tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp mã hóa việc nhận dạng tếbào, cho phếp xác định người xử dụng(UE) và đồng bộ với mạng.Trong cả đường xuống và đường lên các tín hiệu tham chiếu(RS) ,được gọi là tín hiệuđiều khiển trong các tiêu chuẩn khác, được xác định ở phía thu để ước lượng độphẳng biên độ và pha của tín hiệu thu.. Độ phẳng là sự kết hợp của lỗi trên tin hiêutruyền và sự không hoàn hảo của kênh vô tuyến. Nếu không có tín hiệu tham chiếu,sự thay đổi pha và biên độ của tín hiệu thu được làm giả điều chế không đáng tin cậy,dặc biệt là điều chế ở cáp cao như 16 QAM hay 64 QAM. Trong những trường hợpđiều chế ở cấp cao 1 lỗi nhỏ trong điều chế cũng có thể gây ra gián đoạn ở điều chế.Cùng với tín hiệu vật lý là kênh vật lý , nó và hệ thống thông tin được dưa tơi ngườisử dụng . Cáu trúc kênh của LTE gần với HSPDA hơn là bản gốc WCDMA , nó dựatrên kênh dành cho người sử dụng đơn.5.2.1Cấu trúc khungCó 2 cấu truc khung phát cho LTE : Khung cấu truc loại 1 (FS1) cho bán song côngvà song công kép FDD, cấu truck hung loại2 (FS2) choTDD. Những cấu trúc này đượcbiểu diễn trong hình 4.2 và 4.3

Hình 4.2 Cấu trúc khung loại 1 (FS1)FS1 được tối ưu để làm việc với 3,84Mbps trong hệ thong UMTS. Cấu trúc này baogồm 10 khung phụ 1ms, mỗi khung gồm 2 khe 0,5ms , Tổng số là 10ms. FS1 như nhautrong cả đường lên và đường xuống về khung,tiểu khung, và khe thời gian dù việcphân bố cảu tín hiệu và kênh là hơi khác nhau. Đường lên và đường xuống khác biệt ởmiền tần số (ở các tần số khác nhau

Hình 4.2 Cấu trúc khung loại 2 (FS2)Cấu trúc của FS2 linh hoạt hơn nhiều so với cấu trúc của FS1. 1 ví dụ về cấu trúc FS2được hiển thị trong hình 4.2. Vd này là dành cho điểm chuyển đổi 5ms, gồm 2 nửakhung 5 ms, tổng cộng 10ms.Tiểu Khung bao gốm 1 dường lên hoặc 1 đường xuống,hoặc 1 tiểu khung đặc biệt chứa đường suốn và 1 khe thơid gian điêu khiển đường lên(DwPTS và UpPTS) cách nahu 1 khoảng thời gian truyền bảo vệ (GP). Việ phân bổ cáctiểu khung cho đường lên và đường xuống đặc biệt là khung phụ được xác định bởi 1trong bảy cấu trúc khác nhau. Khung phụ 0 và 5 luon ở đường xuống, khung phụ 1 luônlà khung phụ dặc biệt, nhưng cấu trúc thành phần của các tiểu khung khacs tùy thuộcvào cấu truc khung. Đối với cấu trúc điểm chuyển đổi 5ms,tiểu khung 6 luôn là 1 khungphụ đặc biệt như hình 5. Với điểm chuyển đổi chu kù 10ms, chỉ có 1 khung đặc biệtmõi khung 10ms

5.2.2 Phần tử Tài nguyên vật lý đường xuốngĐơn vị tần số thời gian nhỏ nhất dung cho đương xuống gọi là phần tử tài nguyên,được xác định là 1 trong các dấu hiệu trên một sóng mang thứ cấp. Một nhóm gồm 12sóng mang thứ cấp tiếp giáp với tần số và 1 khe trong thời gian hình thành 1 RB, nóđược biểu diễn trong hình 4.3. Tín hiệu truyền được cáp phát cho các đơn vị RB

.Hình 4.3: Downlink resource grid

1 khe đường xuống sử dụng CP có độ dài bình thường là 7 ký hiệu.Các Cp đượcchọn có thể dài hơn một chút so với dự kiến trong các kênh vô tuyến. Đối với LTE,

chiều dài CP bình thường đã được đặt ở 4,69 μs, điều này cho phép hệ thông dói xử lýtrễ trên quãng đường dài tới 1,4km. Lưu ý là điều này chỉ đại diện cho sự khác biệt củachiều dài tuyến truyên, không phải cho tế bào. Có sẵn các CP dài hơn để sử dụng chocác tế bào lớn hơn và cho các ứng dụng quản bá ở đa khu đặc biệt . Việc cung cápbảo vệ này có thể trễ lay lan trên 10 km và tỉ lệ giảm dữ liệu ở mức cho phép. Đối vớiLTE, chiều dài ký hiệu là 66,7 μs, mà mất bảy phần trăm không nhỏ nhưng không đángkể so với khả năng khi sử dụng CP bình thường .

5.2.3 Tài nguyên vật lý đường xuống và ánh xạ

Hình 4.4 biểu diễn chi tiết về các FS1 cho đường xuống, nó biểu diễn các cấu trúckhe đường xuống và mã hóa màu săc cho các tín hiệu khác nhau và cho các kênh. Ởbiểu đò, 1 bộ khung 10ms là cần thiết cho cá kênh điều khiển để lặp lại. Các cấu trúckhung là tham chiếu đến Ts, đó là thời gian ngắn nhất của hệ thống được định nghĩa là1/(15000x2048) giây hoặc 32,552ns.

Hình 4.4 FS1 cho đường xuống

Ví dụ này, lập ánh xạ vật lý của các tín hiệu vật lý DL như sau:

• RS được truyền với OFDMA ở ô 0 của sóng mang thứ cấp đầu tiên và ô thứ 4 / cáccủa sóng mang thứ cấp thứ tư của mỗi khe. Đây là trường hợp đơn giản cho các ăngten đơn . Vị trí của RS khác với số cổng ăng ten và chiều dài CP.

• P-SCH được truyền vào ô 6 / khe 0 và 10 của mỗi khung đài phát thanh; nó chiếm 62của sóng mang thứ cấp, tập trung vào các của sóng mang thứ cấp DC.

• S-SCH được truyền vào ô 5 / khe 0 và 10 của mỗi khung đài phát thanh; nó chiếm 62của sóng mang thứ cấp,tập trung vào các của sóng mang thứ cấp DC.

• PBCH được truyền vào ô 0-3 của khe 1; nó chiếm 72 s của sóng mang thứ cấp ,tậptrung vào các của sóng mang thứ cấp DC.Lưu ý rằng PMCH, PCFICH, và PHICH không được hiển thị trong ví dụ này.Các kênh điều khiển chứa trong cácm tín hiệu trung tâm 1,08Mhz, như vậy hệ thống cóthể hoạt động độc lập với kênh băng thông. Có chiều dài 72, P-SCH và S-SCH cho mốitương quan cao khi một phân bổ 6 RB (72 sóng mang thứ cấp) được sử dụng, trong khiđó chiều dài 62 cho PBCH có nghĩa là nó có thể được phát hiện sử dụng một FFTchiều dài 64, điều này giúp giảm thiểu sự phức tạp cho người sử dụng (UE)... Các song mang thứ cấp trung tâm của dường xuống không được dung để truyềnnhưng được dành riêng để tạo ra năng lượng cho LO thong qua quá trình phát tínhiệu..Bảng dưới cho thấy trạng thái bình thường và trạng thái mở rộng số biểu tượng củaCP. Đối với các cấu trúc CP bình thường, khoảng cách song amng thứ cấp là 15 kHzvà độ dài của CP là 160 x Tx (đối với số ký hiệu OFDMA 0) và 144 (cho các ký hiệuOFDMA số 1-6). Các CP mở rộng độ dài cũng được sử dụng để đối phó với những conđường dài sự chậm trễ trong các tế bào lớn hoặc cho eMBMS trong đó có nhiều tế bàođược kết hợp.

5. 2.4 Tài nguyên vật lý đường lên và ánh xạ.

Như đã mô tả, các FS1 đường lên có cấu trúc giôgns đường xuống ở khung hình,khe và độ dài tiểu khung.. Ví dụ ánh xạ cho PDSCHvà PUCCH được hiển thị chi tiếttrong hình 4.5 và 4.6 tương ứng. Số lượng các ký hiệu trong một khe phụ thuộc vào độdài CP. Đối với một CP bình thường, có bảy ký hiệu SC-FDMA cho mỗi khe. Đối vớimột CP mở rộng có sáu ký hiệu SC-FDMA mỗi khe. Giải điều chế tín hiệu tham chiếuđược truyền đi trong các ký hiệu thứ tư của khe trên tất cả các song mang thứ cấp của

khối tài nguyên được phân bổ PUSCH. ĐÓ là để dự toán cho kênh đường lên kich hoạteNB giả điều chế tín hiệu..

Hinh4.5: FS1 trong đường lên cho PDSCHHình 4.6 : FS1 cho đường lên cho PUCCH

 

Cấu trúc CP được thể hiên trong bảng dưới

Hinh 4.77 cho thấy ánh xạ vật lý đường lên FS1 cho1 UE giả định 1 phân bổ hằng số.Bởi vì đường lên được chia sẻ bởi nhiều người dùng và tỷ lệ dữ liệu trực tiếp liên kếtvới băng thông này, việc giao cho một UE sẽ gần như luôn luôn được ít hơn nhiều sovới băng thông kênh. Việc giả điều chế tín hiệu tham chiếu trong các dường lên khôngđược truyền vượt ra ngoài cấp phát cho mỗi UE, không giống như tín hiệu tham chiếutrong đường xuống, mà luôn luôn được truyền qua toàn bộ băng thông rộng, ngay cảkhi các kênh dường xuống là không hoàn toàn được cáp phát. Việc này cho phép cácÙE thựchiện các phép đo kênh dường xuống để lập trình các, tuy nhiên, đối với cácđường lên, truyền RS tại hệ thống băng thông tối đa sẽ là không thực tế vì các lý docủa nguồn tiêu thụ và phối hợp với UE khác. Khi không có PUCCH hoặc PUSCH làmdự trữ trong các đường lên, các eNB có thể yêu cầu truyền dẫn của các tín hiệu thamchiếu (SRS), cho phép eNB để ước tính đặc điểm. kênh đường lên đặc điểm.

 

Hình 4.7FS1 trong đường lên cho 1 UE giả định

5. 2.5 Điều chế

VIệc điều chế tín hiệu và kênh cho đường lên và đường xuống được thể hiện tronghinh14. Chi tiết đặc điểm kỹ thuạt cho các tín hiệu và kênh vật lý, cùng điều chế và ánhxạ của chúng là điều kiện trong suốt TS 36.211.10.

5.3. Dồn kênh và mã hóa kênh (TS 36,212)

Các kênh vật ly được định nghĩa trong TS 36,211 được ánh xạ để kênh vận chuyển(TrCH) mang thông tin giữa các lớp vật lý ,MAC và lớp cao hơn. Thông tin trên TrCHvà kiểm soát ánh xạ các kênh vật lý của LTE được mô tả trong Bảng dưới.

 

5.3.1 MÃ hóa kênh

Dữ liệu và điều khiển dòng dữ liệu đến từ lớp MAC được mã hóa và giải max bằngcác kênh mã hóa. Mã hóa kênh kết hợp phát hiện lỗi, sửa lỗi, tốc độ phù hợp, xengiữa,các kênh van chuyển hoặc điều khiển ánh xj thong tin lên hoặc chia tách từ cáckênh vật lý.Hai kênh mã hóa được sử dụng trong LTE cho TrCH: mã hóa turbo cho UL-SCH,DL-SCH, PCH, và MCH; mã xoắn (tail-biting convolutional coding) cho BCH. Đối với cảhai chương trình, tỷ lệ mã hóa là R = 1 / 3 (có nghĩa là, cho mỗi bit mà đi vào bộ mãhóa, ba bit đi ra).Việc Điều khiển thôgn tin mã hóa bằng cách sử dụng các hệ thốngkhac nhau.Các chi tiết của việc xử lý lớp vật lý cho các TrCH khác nhau theo TrCH loại và đượcquy định trong suốt TS 36,212.

5.4. lớp vật lý thủ tục TS-26.213

Một số thủ tục của lớp vật lý có liên quan đến hoạt động LTE. Đây là những quy địnhtại 3GPP TS 36.213.13TE sử dụng điều HARQ và thích ứng liên kết tương tự như HSPA, thích ứng điều chếvà mã hóa mạng (AMC) được sử dụng như cơ chế cho thích ứng liên kết để nâng caothông lượng dữ liệu trong một kênh fading. Kỹ thuật này thay đổi theo các điều chế mãhóa đường xuống dựa trên các điều kiện kênh của mỗi người dùng. Khi liên kết có chấtlượng tốt, hệ thống LTE có thể sử dụng một điều chế cao hơn (thêm bit trên một biểu

tượng) hoặc mã hóa kênh ít hơn, kết quả dữ liệu cao hơn tỷ giá. Khi điều kiên lien kếtkémvif các lý do như fadinh hay can thiệp tín hiệu, hệ thống có thể sử dụng độ sâuđiều chế thấp hơn hoặc kênh mã hóa mạnh mẽ hơn để duy trì giới hạn chấp nhận đượctrong danh sách kết nối vô tuyến.Không phải tất cả các thủ tục ở lớp vật lý đã được định nghĩa đầy đủ nhưng nóichungnguyên tắc của các thủ tục chính được nêu ra ở đây.

5.4.1 Tìm kiếm tế bào

Đay là 1 thủ tục để UE tiết kiêm thòi gian vầ đồng bộ tần số và tìm ID tế bào cuảt lớpvật lý tế bào. Để kích hoạt tính năng tìm kiếm di động eNB truyền đi RS, P-SCH, và S-SCH. Bởi vì đồng bộ hóa tín hiệu nằm ở trung tâm của các kênh, 1 tế bào LTE tìmkiếm một thủ tục hỗ trợ khả năng mở rộng băng thông truyền dãn từ 6 RB cho đến tốiđa trên100 RB.

5.4.2. Khả năng kiểm soát

THủ tục này bao gồm khả năng kiểm đường lên và khả năng cấp phát đường xuống.XÁc định khả năng kiểm soat năng lượng cho mõi phần tử. Khả năng kiểm soáttrong các hệ thống OFDMA là ít quan trọng hơn trong các hệ thống CDMA, ở trongOFDMA,các UE được tách biệt theo thời gian và tần số trong khi ở CDMA chúng chiasẻcùng một kênh vật lý và được phân cách bằng mã số nên đòi hỏi chặt hơn giới hạn vềnăng lượng nhận được. Tầm quan trọng của khả năng kiểm soát tăng trưởng với MU-MIMO, trong đó hoạt động tốt nhất khi nguồn điện nhận đượcmỗi lúc từ UE tới eNB làcân bằng.Đối với các đường lên, định nghĩa về khả năng kiểm soát lên quan đến các thông sốcủa chín trải PUSCH, PUCCH, và SRS. Thủ tục đặc biệt áp dụng cho những RB giaocho UE tại biên tế bào, nơi UElà nhạy cảm nhất để can thiệp chuyển vùng.Đối với đường xuông, tất cả khả năng tham chiếu đến RS, được truyền lien tục trênkênh băng thông toàn bộ hệ thống. Tỷ lệ giữa RS EPRE và PDSCH cho một người sửdụng được thiết lập bảng. Nó cũng Thúc đẩy RS hỗ trợ.

5. 4.3 Thủ tục truy cập ngẫu nhiên.

Các thủ tục này bao gồm việc truyền tải các đoạn truy cập ngẫu nhiên (mang trênPRACH) và truy cập vào các phản ứng ngẫu nhiên. A PRACH chiếm sáu khối tàinguyên trong một tiểu khung, hoặc thiết lập các tiểu khung liên tiếp dành riêng cho cácđoạn truy cập ngẫu nhiên được truyền đi

5. 4.4 Thủ tục lien quan tới PDSCH( kênh vật lý chia sẻ đường xuống)

Thủ tục đầu tiên xác định cách thức mà các PDCCH phân bổ nguồn lực cho các UEnhận PDSCH. Có ba cơ chế phân bổ khác nhau từ một bitmap( ánh xạ bit) đơn giản(loại 0) đến các loại phức tạp nhất (loại2), trong đó có sự linh hoạtCác thủ tục tiếp theo UE được định nghĩa như các báo cáo của CQI, sự sẵn mã hóama trận chỉ số (PMI), và xếp hạng. Các báo cáo này có thể tuần hoang hoặc không .CQI được sử dụng để UE nhận thức chất lượng kênh. Đối với một anten duy nhất, CQIlà 5 bit chỉ mục,giá trị CQI được điều chế và mã hóa tốc độ . Để tăng hiệu suất chọn lọctần số, được gọi là nhóm phụ CQI , có thể được tạo ra bằng cách chia tách các kênhvào một số nhóm phụ. Số lượng các nhóm phụ phụ thuộc vào băng thông kênh vàđược thể hiện trong Bảng dưới đây. Ngoài ra toàn bộ các kênh có thể được báo cáomột lần như Wideband CQI.

Định kỳ báo cáo CQI có thể được mang trên PUCCH khi UEkhông theo lịch trìnhtruyền dẫn và trên PUSCH khi UE đi theo dự kiến. PUCCH chỉ có một vài bit của dunglượng nhưng PUSCH hạn chế ít hơn nhiều. Báo cáo Không tuàn hoàn (chu kỳ) luônluôn mang trên PUSCH. Nếu việc lập lịch trình của các báo cáo tuần hoàn vàkhôngtuần hoàn va chạm, các báo cáo không tuần hoàn luôn luôn được ưu tiên. CácPUCCH ngắn hơnbáo cáo luôn luôn có chứa thông tin độc lập hữu ích cho các eNB, trong khi các báocáo PUSCH chứa nhiều dữ liệu hơn và chỉ có thể được giải mã từ một vài dữ liệuđược truyền đi.Có nhiều tùy chọn cho báo cáo CQI của cả hai PUCCH và PUSCH bao gồm cả UEcó sự trợ giúp lựa chọn nhóm phụ và các loại báo cáo tuần hoàn CQI khác nhau .Khiso sánh với báo cáo CQI đơn của HSDPA, LTE có thêm nhiều báo cáo cấu trúc phứctạp với những tiềm năng cho hiệu suất tốt hơn.Báo cáo PMI được sử dụng kết hợp với MIMO để chỉ đến eNB, ma trận mã hóa cósẵn trước sẽ cho kết quả hiệu suất tốt nhất. PMI có thể là một giá trị duy nhất hoặcnhiều giá trị cấu trúc mạng cho các RB cụ thể. PMI mang đến một chỉ số một của bảng

mã trong ma trận mã trước. Đối với các cấu trúc đường xuống đơn giản 2x2 SU-MIMOcóbốn ma trận. Đối với cấu trúc 4x4 phức tạp có 32 ma trận là kết hợp MIMO vàbeamforming.Các thông tin phản hồi xếp hạng xác định số ưa thích của dòng dữ liệu song songMIMOvà luôn luôn báo

cáo là một giá trị duy nhất cho kênh này. Nó là một đơn giản hóa làmgiảm đáng kể những số lượng dữ liệu phản hồi ảnh hưởng đến thứ hạng CQI và PMI. Đánh giá phản hồi là cần thiết cho mỗi khung (10 ms), chậm hơn so với CQI và báo cáoPMI có thể được thực hiện tại các tiểu khung.

5

.

4.5 thủ tục liên quan đến PUSCH

Việc giao UE cho truyền dẫn của PUSCH được cung cấp bởi một danh sách mang tintrên PDCCH, cung cấp các UE với RB bắt đầu và chiều dài của RB tiếp giáp vớiPUSCH truyền.Việc truyền UE của SRS cho dự toán kênh đường lên khi không có PUCCH hoặcPUSCH được lên kế hoạch không được đầy đủ các quy định tại thời điểm văn bản này.Tham số được cung cấp bởi các tầng trên sẽ bao gồm SRS tuần hoàn và thời gian, địađiểm biểu tượng trong tiểu khung, bước nhảy tần số, dịch chuyển tuần hoàn, Và lặp lại.

5.4.6 thủ tục liên quan đến PDCCH

UE cần giám sát các đường xuống về sự hiện diện của các PDCCH. PCFICH cho biếtsố PDCCH ký hiệu (1, 2, hoặc 3) ở từng tiểu khung để giám sát và thời gian biểu tượngPHFICH, được đọc từ P-BCH. Thời gian PHICH ít hơn hoặc bằng số lượng các biểutượng PDCCH và là 1 hoặc 3 cho hoạt động truyền thong đơn hướng, và 1 hoặc 2 chohoạt động MBSFN.

5

.

4.7 thủ tục liên quan đến PUCCH

Vị trí của các ACK / NACK gửi trong PUCCH cho PSDSCH truyền đi được xác địnhngầm từ PDCCH liên quan. Đối với một PDSCH phát hiện trong tiểu khung, các bản tinliên kết ACK / NACK được truyền đi trong tiểu khung n 4. Sự trễ này là một thông sốquan trọng trong việc xác định độ trễ tổng thể để truyền lại, với tám tiểu khung (8 ms).

5.5 Lớp vật lý đo lường TS 36.214

Các UE và các eNB được yêu cầu thực hiện các phép đo của lớp vật lý của đài phátđặc trưng. Những yêu cầu này được quy định tại TS 36,21414 , phép đo được báo cáocho các lớp cao hơn và được sử dụng cho nhiều mục đích bao gồm cả intra- frequencyvà inter-frequency, tiếp cận công nghệ vô tuyến (inter-RAT), các phép đo thời gian, vàcác phép đo cho RRM.

5. 6. Quản lý tài nguyên vô tuyến

Những yêu cầu cho RRM được định nghĩa trong TS 36.133.15 RRM bao gồm các thủtục và thực hiện các yêu cầu được sử dụng để làm cho việc sử dụng hiệu quả cácnguồn tài nguyên vô tuyến. Những yêu cầu cơ bản nhất trong chế độ E-UTRAN_RRC_IDLE bao gồm tế bào lựa chọn ban đầu và tế bào tái lựa chọn, bao gồmcả các thủ tục khác nhau giữa các đài phát tiếp cận công nghệ (RAT). Bổ sung các thủtục được xác đing trong chế độE-UTRAN_RRC_ CONNECTED liên quan đến chuyểngiao và đo lường hiệu suất.

Một bản tóm tắt các yêu cầu RRM hiện tại là như sau:Thủ tục trong E-UTRAN RRC_IDLE chế độ di độngTế bào lựa chọnTế bào tái lựa chọn

• E-UTRAN nội tần số, E-UTRAN liên tần số, UTRAN FDD

• UTRAN TDD, GSMThủ tục trong E-UTRAN RRC_CONNECTED chế độ chuyển độngBàn giao trễ và các yêu cầu gián đoạn cho

• E-UTRAN FDD - FDD, E-UTRAN FDD - TDD, E-UTRAN TDD – FDD

• E-UTRAN TDD - TDD, E-UTRAN - UTRAN FDD, E-UTRAN - UTRAN TDD

• E-UTRAN - GSMThủ tục kiểm soát lưu động kết nối RRC

• RRC tái thành lập• truy cập ngẫu nhiênDặc điêmt Thời gian và truyền tín hiệu

• UE truyền tải thời gian

• UE hẹn giờ chính xácThủ tục đo UE tại RRC_CONNECTEDE-UTRA UE đo

• Phép đo nội tần số E-UTRAN FDD

• Phép đo nội tần số E-UTRAN TDD• Phép đo liên tần số E-UTRAN FDD –

• Phép đo liên tần số E-UTRAN FDD – TDD

• Phép đo liên tần số E-UTRAN TDD – FDD

• Phép đo liên tần số E-UTRAN TDD - TDDPhép đo Inter-RAT

• Phép đo E-UTRAN FDD - UTRAN FDD

• Phép đo E-UTRAN TDD - UTRAN FDD

• Phép đo E-UTRAN FDD - UTRAN TDD• Phép đo E-UTRAN TDD - UTRAN TDD

• Phép đo E-UTRAN FDD – GSM

• Phép đoE-UTRAN TDD - GSMHiệu suất yêu cầu đối với các phép đo UE• RSRP độ chính xác tuyệt đối• lựa chọn tính chính xác của RSRP• Độ chính xác yêu cầu trong Liên tần số RSRP• UTRAN FDD CPICH RSCP• UTRAN FDD sóng mang RSSI• UTRAN FDD CPICH Ec / Không• UTRAN TDD P-CCPCH RSCP• UTRAN TDD sóng mang RSSI• UTRAN TDD P-CCPCH RSCP• GSM song mang RSSIHiệu suất yêu cầu đối với phép đoE-UTRAN• DL RS Tx powe

CHƯƠNG 6CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE

Những chương trước đã mô tả các sơ đồ (scheme) truyền dẫn đường lên(uplink) và đường xuống (downlink) LTE. Tuy nhiên, trước khi truyền dữ liệu, các đầucuối di động cần phải kết nối đến hệ thống mạng. Trong chương này sẽ mô tả các thủtục cần thiết cho một đầu cuối có thể truy cập vào mạng dựa trên LTE.

5.1 Dò tìm tế bào (cell search)

Dò tìm cell là một thủ tục bằng cách đó đầu cuối tìm được một cell có khả năng kếtnối đến. Như một phần của thủ tục dò tìm cell, đầu cuối thu được nhận dạng của cellvà đánh giá định thời khung của cell được nhận dạng. Ngoài ra, thủ tục dò tìm cellcũng cung cấp việc đánh giá các thông số cần thiết cho việc tiếp nhận thông tin hệthống trên kênh quảng bá (broadcast), bao gồm các thông số còn lại được yêu cầu chotruy cập hệ thống. Để tránh việc lập kế hoạch cell bị phức tạp thì số lượng nhận dạng cell lớp vật lýcần phải đủ lớn. Như được đề cập trong chương 4, LTE hỗ trợ 510 nhận dạng cellkhác nhau, được chia thành 170 nhóm nhận dạng cell, với ba nhận dạng cho mỗinhóm.

5.1.1 Thủ tục dò tìm cell (cell search)

Trong bước đầu tiên của thủ tục dò tìm cell, đầu cuối di động sử dụng tín hiệuđồng bộ sơ cấp để tìm định thời trên một cơ sở 5 ms. Lưu ý rằng tín hiệu đồng bộ sơcấp được phát hai lần trên mỗi khung. Lý do là để đơn giản hóa việc chuyển giao từcác công nghệ truy cập vô tuyến khác như GSM đến LTE. Do đó, tín hiệu đồng bộ sơcấp chỉ có thể cung cấp định thời khung với khoảng 5ms không rõ ràng.Việc thực thi của thuật toán đánh giá là đặc trưng của nhà khai thác, nhưngmột khả năng là để thực hiện lọc thích ứng giữa tín hiệu thu được và các chuỗi đượcdành riêng cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Khi đầu ra của bộ lọc thích ứng đạt đến giá trịtối đa của nó, đầu cuối có thể tìm được định thời trên 1 cơ sở 5 ms. Bước đầu tiên củacũng có thể được sử dụng để chặn tần số bộ dao động cục bộ của đầu cuối di độngđến tần số sóng mang trạm gốc. Việc chặn tần số dao động cục bộ đến tần số trạmgốc làm nới

lỏng các yêu cầu chính xác trên bộ dao động của thiết bị đầu cuối di động,kết quả là giảm được chi phí.Đối với các nguyên nhân được thảo luận dưới đây, có ba chuỗi khác nhau có thểđược sử dụng như tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Có một phép ánh xạ (mapping) một - một(one-to-one) giữa mỗi chuỗi trong ba chuỗi này với nhận dạng cell trong cùng 1 nhómnhận dạng cell. Do đó, sau bước đầu tiên, đầu cuối đã tìm được nhận dạng trongnhóm nhận dạng cell. Hơn nữa, khi có một phép ánh xạ một - một giữa mỗi nhận dạngtrong nhóm nhận dạng cell và mỗi chuỗi trong ba chuỗi trực giao được sử dụng khi tạotín hiệu tham khảo theo như mô tả trong chương 4, đầu cuối cũng thu được nhận biếttừng phần về cấu trúc tín hiệu tham khảo trong bước này. Tuy nhiên, thiết bị đầu cuốivẫn chưa biết được nhóm nhận dạng tế bào sau bước này.Trong bước tiếp theo, đầu cuối dò tìm nhóm nhận dạng cell và xác định định thờikhung. Điều này được thực hiện bởi việc theo dõi các cặp khe thời gian mà ở đó cáctín hiệu đồng bộ thứ cấp được phát. Về cơ bản, nếu (s1, s2) là một cặp chuỗi hợp lệ, ởđó s1 và s2 lần lượt tương ứng với tín hiệu đồng bộ thứ cấp trong khung phụ 0 và 5,cặp ngược lại (s2, s1) thì không phải là một cặp chuỗi có giá trị. Bằng cách lợi dụngtính chất này, đầu cuối có thể phân giải định thời 5 ms có được từ bước đầu tiên trongthủ tục dò tìm cell và xác định được định thời khung. Hơn nữa, khi sự kết hợp (s1, s2)đại diện cho các nhóm nhận dạng cell, nhóm nhận dạng cell cũng thu được từ bướcthứ hai của thủ tục dò tìm cell. Từ nhóm nhận dạng cell, đầu cuối cũng thu đượcnhững tin tức về việc chuỗi giả-ngẫu nhiên nào được sử dụng cho việc tạo ra tín hiệutham khảo trong cell.Một khi thủ tục dò tìm cell được hoàn thành, đầu cuối nhận thông tin hệ thốngđược quảng bá để có được các thông số còn lại, chẳng hạn như băng thông truyềndẫn được sử dụng trong cell