(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN môn học kỹ THUẬT TRẢI PHỔ và ỨNG DỤNG công nghệ LTE

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TIỂU LUẬN MÔN HỌC KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG Công nghệ LTE Giảng viên: Học viên Lớp KTVT16A: Hà Nội, tháng 3/2017 Tieu luan Tieu luan MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE 1.2 Các dịch vụ triển khai LTE 1.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến 10 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG LTE 11 CHƯƠNG 3: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 15 3.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến .15 3.2 Băng tần truyền dẫn .15 3.3 Kỹ thuật đa truy nhập 15 3.4 Kỹ thuật đa anten MIMO .17 CHƯƠNG 4: LỚP VẬT LÝ LTE .20 4.1 Điều chế .20 4.2 Truyền tải liệu người sử dụng hướng lên 20 4.3 Truyền tải liệu người sử dụng hướng xuống 24 CHƯƠNG 5: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE 28 5.1 Dị tìm tế bào .28 5.2 Truy nhập ngẫu nhiên 28 KẾT LUẬN 29 LỜI CẢM ƠN 30 Tieu luan GIỚI THIỆU Trước trình bày vấn đề nghiên cứu chủ đề lần này, nhóm xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hữu Trung tận tình hướng dẫn, cung cấp kiến thức, thông tin, tài liệu hữu ích để nhóm hồn thiện phần nghiên cứu Giới thiệu công nghệ LTE Sự tăng trưởng mạnh mẽ kinh tế - xã hội năm gầnđây tác động không nhỏ tới nhu cầu cách thức giao tiếp, giải trí tiếp cận thông tin người Sự bùng nổ khoa học, kỹ thuật công nghệ tạo điều kiện cho nhu cầu phát triển ngày nhanh, với yêu cầu ngày cao đa dạng loại hình dịch vụ, phong phú thiết bị đầu cuối chất lượng dịch vụ  phải khơng ngừng cải thiện Theo xu đó, hệ thống thông tin di động phục vụ nhu cầu kết nối không dây liên tục phát triển từ 1G lên 2G, 3G 4G với  thay đổi vượt  bậc khía cạnh cơng nghệ khía cạnh dịch vụ Với xu hướng hội tụ cố định – di động hội tụ viễn thông – internet, cấu trúc mạng dần tách biệt hạ tầng dịch vụ Trong mạng 4G, thân LTE không bao gồm dịch vụ mà đơn phần hạ tầng nhằm đảm bảo truyền dẫn liệu thông suốt thiết bị đầu cuối mạng lõi Với yêu cầu dịch vụ tiên tiến chất lượng cao, 4G/LTEđược thiết kế hướng tới dịch vụ liệu cách cung cấp kết nối tốc độ cao chuyển mạch gói sử dụng IP Mục đích, tính cấp thiết việc nghiên cứu LTE Lý chọn đề tài Cơng nghệ LTE phát triển dựa tiêu chuẩn nhóm cơng nghệ di động 3GPP Cơng nghệ LTE cung cấp tốc độ đường xuống lên tới 100 Mbit/s, đường lên cao 50 Mbit/s Cơng nghệ LTE hỗ trợ sóng mang từ 1,4 MHz tới 20 MHz hỗ trợ đa truy nhập phân chia theo tần sô (FDD) theo thời gian TDD Mạng lõi công nghệ LTE – SAE thành phần quan trọng công nghệ LTE hệ thống thông tin di động LTE Trong chứa đựng cơng nghệ then chốt giao thức định tính ưu việt cơng nghệ LTE so với cơng nghệ trước Xuất phát từ nhu cầu thực tế việc phát triển mạng 3G lên mạng 4G nay, đề tài nghiên cứu: “Công nghệ LTE” cần thiết Kết nghiên cứu, nguồn tham khảo, phục vụ cho việc triển khai thực tế mạng viễn thông Việt Nam nói chung mạng di động nói riêng Là tiền đề cho đề xuất lộ trình phát triển cho công nghệ mạng di động, LTE Việt Nam Bố cục tiểu luận Tiểu luận gồm phần: - Phần 1: Tổng quan công nghệ LTE – Giới thiệu công nghệ LTE, Các dịch vụ triển khai LTE yêu cầu quản lý tài nguyên vô tuyến - Phần 2: Kiến trúc mạng LTE - Trình bày cấu trúc mạng LTE Tieu luan - Phần 3: Truy nhập vơ tuyến LTE – Trình bày chế độ truy nhập LTE - Phần 4: Lớp vật lý LTE – Các phương pháp điều chế, truyền tải liệu LTE - Phần 5: Các thủ tục truy nhập LTE – Thủ tục để truy nhập mạng LTE Tieu luan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE Công nghệ LTE hướng phát triển nâng cấp lên công nghệ băng rộng di động có 3G nghiên cứu triển khai từ năm 2004 Đến thời điểm nước giới chủ yếu đánh giá thử nghiệm lập kế hoạch cho việc thương mại hóa cơng nghệ LTE Hình Định hướng phát triển hệ mạng di động (nguồn ITU) Theo sơ đồ phát triển định hướng phát triển mạng hệ ngày rút ngắn khoảng cách hệ từ 4G đến 5G khoảng thời gian từ đến năm, việc cập nhật triển khai công nghệ bắt buộc doanh nghiệp có chuẩn bị gắt gao vòng năm Trên giới nhìn chung quan quản lý viễn thơng, nhà sản suất thiết bị, doanh nghiệp viễn thông lớn Châu Âu ủng hộ công nghệ LTE, cịn Bắc Mỹ Châu Á theo hai xu hướng LTE WiMAX LTE (Long Term Evolution) gọi EUTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) hay E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) hệ thứ tư tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển Đây cơng nghệ có khả cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập liệu nhanh, cho phép nhà khai thác phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vơ tuyến dựa tảng hoàn toàn IP Mục tiêu chủ yếu việc phát triển LTE là: tốc độ truyền liệu cao, độ trễ thấp công nghệ truy cập sóng vơ tuyến gói liệu tối ưu Cụ thể: - Tốc độ liệu: Tốc độ đỉnh liệu 100Mbps cho hướng DL, 50 Mbps cho hướng UL với băng thông sử dụng 20Mhz Tieu luan - Hiệu sử dụng phổ (Spectrum Efficiency): Cho hướng DL gấp đến lần, cho hướng UL gấp đến lần so với phiên 6, sử dụng băng tần cũ băng tần - Trễ (latency): Độ trễ giao thức điều khiển nhỏ 20ms dịch vụ viễn thông nhỏ 5ms Hình Các định hướng phát triển phiên LTE - Băng thông: Hỗ trợ nhiều băng thông (5, 10, 15, 20 Mhz Mhz) với bước biến đổi 180Khz (một khối băng thơng danh định 180 Khz 12 sóng mang con, độ rộng sóng mang 15Khz) Có thể sử dụng băng tần có băng tần mở rộng Hình Cấu trúc tổ chức mạng băng thơng Tieu luan - Tính tương tác: Có thể tương tác với hệ thống sử dụng (hệ thống WCDMA (3G) hệ thống GSM (2G)) hệ thống cho phép triển khai TDD FDD - Giá thành: Giảm giá thành đầu tư CAPEX OPEX kiến trúc đơn giản, giao diện mở để tương thích với nhiều nhà sản xuất - Tính di động: Tối ưu cho tốc độ thấp từ đến 15km/h, hỗ trợ cho tốc độ di động cao (lên tới 350km/h) - Chất lượng dịch vụ (QoS): Hỗ trợ QoS End to End Đối với công nghệ di động 3G, người dùng duyệt Internet gửi mail cách sử dụng notebook có cơng nghệ HSPA, thay modem DSL cố định họ modem HSPA USB, họ gửi nhận đoạn video file âm điện thoại 3G Đối với LTE, người dùng phục vụ tốt LTE đáp ứng tốt yêu cầu băng thông, tốc độ, chất lượng cho ứng dụng truyền thống cho dịch vụ truyền hình tương tác, video blogging, game online dịch vụ chuyên nghiệp khác Hình Kiến trúc mạng LTE 1.2 Các dịch vụ triển khai LTE Hệ thống thơng tin di động LTE đáp ứng tốc độ truy nhập lên tới 200Mb/s, hỗ trợ roaming toàn cầu dựa mạng lõi IP, tương tác mạnh với mạng khác tồn tại… Nhờ hứa hẹn cung cấp nhiều dịch vụ phong phú đa dạng Cũng giống hệ thống thông tin di dộng hệ 3, hệ thống thông tin di động hệ (LTE) cung cấp loại dich vụ: di động, viễn thông internet với tốc độ cao lên đến 200 Mbit/s điều đáng quan tâm dịch vụ đa phương tiện Với khả cung cấp dịch vụ tốc độ bit cao, hệ thống thông tin di động hệ dễ dàng cung cấp dịch vụ điện thọai hình, tải liệu nhanh, dịch vụ thơng tin vị trí, dịch vụ thương mại di động, dịch vụ phân phối nội dung, dịch vụ hỗ trợ tải liệu, dịch vụ điều khiển từ xa, dịch số liệu tốc độ bít thấp, dịch vụ số liệu bít cao Nói chung dịch vụ phân thành hai loại dịch vụ sở dịch vụ đa phương tiện qui vào hình thức dịch vụ: dịch vụ thời gian thực thời gian không thực, dịch vụ nội dung, dịch vụ quản lý Một số dịch vụ điển hình: Tieu luan - Dịch vụ thoại (Voice telephony): LTE cung cấp dịch vụ thoại khác tồn chờ gọi, chuyển gọi, gọi ba bên, thuộc tính AIN khác nhau, Centrex, Class,… Tuy nhiên cần lưu ý 4G không cố gắng lặp lại dịch vụ thoại truyền thống cung cấp; dịch vụ đảm bảo cơng nghệ thay đổi - Tin nhắn (Messaging) Khơng giống dịch vụ tin nhắn thông thường mạng 2G, 3G đơn tin text Tin nhắn LTE cho phép email kèm sử dụng việc toán trực tuyến cho dịch vụ gia đình - Truyền thơng tốc độ cao (High Multimedia) LTE cho phép truy cập internet tốc độ cao phục vụ cho ứng dụng theo yêu cầu như: video độ phân giải cao, audio chất lượng CD ứng dụng mua bán trực tuyến với sản phẩm hữu âm nhạc, phần mềm… - Video Mobile trực tuyến: Hiện nay, đa số điện thoại di động trang bị camera đại, có khả quay video chất lượng cao, nhu cầu việc xem video trực tuyến có độ nét cao ngày lớn Việc phát triển dịch vụ LTE giúp cho người dùng load liệu truyền hình đạt chất lượng cách nhanh hơn, rẻ kết nối không dây tốt - Game cầm tay/di động: Các game thủ đánh giá người có nhu cầu mạnh tốc độ khả di động dịch vụ LTE Với phát triển LTE, game thủ trực tuyến dễ dàng chơi game đa di chuyển với tốc độ cao (ngồi ô tô, xe máy …) - Mobile IPTV: Mobile IPTV cơng nghệ cho phép người sử dụng truyền nhận dịch vụ đa phương tiện tivi, video, nhạc, văn bản… với tảng IP thông qua mạng di động Với Mobile IPTV, người dùng xem chương trình TV yêu thích vào thời điểm kể di chuyển - Hội nghị truyền hình (Web Conference) Thông qua 4G việc sử dụng hội nghị truyền hình thơng qua điện thoại di chuyển trở thành thực - Dịch vụ liệu (Data Service) Cho phép thiết lập kết nối thời gian thực đầu cuối, với đặc tả giá trị gia tăng tính tin cậy phục hồi nhanh kết nối, kết nối chuyển mạch ảo (SVC- Switched Virtual Connection), quản lý dải tần, điều khiển gọi,… Tóm lại dịch vụ liệu có khả thiết lập kết nối theo băng thông chất lượng dịch vụ QoS theo yêu cầu - Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) Cho phép nhiều người tham gia tương tác với qua thoại, video, liệu Các dịch vụ cho phép khách hàng vừa nói chuyện, vừa hiển thị thơng tin Ngồi ra, máy tính cịn cộng tác với Tieu luan - Tính tốn mạng cơng cộng (PNC Public Network Computing): Cung cấp dịch vụ tính tốn dựa sở mạng công cộng cho thương mại khách hàng Ví dụ nhà cung cấp mạng cơng cộng cung cấp khả lưu trữ xử lý riêng ( chẳng hạn làm chủ trang web, lưu trữ/ bảo vệ/ dự phòng file số liệu hay chạy ứng dụng tính tốn) - Bản tin hợp (Unified Messaging): Hỗ trợ cung cấp dịch vụ voice mail, email, fax mail, pages qua giao diện chung Thông qua giao diện này, người sử dụng truy nhập (cũng thông báo) tất loại tin nhắn trên, không phụ thuộc vào hình thức truy nhập (hữu tuyến hay vơ tuyến, máy tính, thiết bị liệu vơ tuyến) Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi lời nói sang file văn ngược lại thực server ứng dụng cần phải sử dụng dịch vụ - Môi giới thông tin (Information Brokering) Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm cung cấp thơng tin đến khách hàng tương ứng với nhà cung cấp Ví dụ khách hàng nhận thơng tin sở tiêu chuẩn cụ thể hay sở tham chiếu cá nhân,… - Thương mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce) Cho phép khách hàng mua hàng hóa, dịch vụ xử lý điện tử mạng; bao gồm việc xử lý tiến trình, kiểm tra thơng tin tốn tiền, cung cấp khả bảo mật, … Ngân hàng nhà chợ nhà nằm danh mục dịch vụ này; bao gồm ứng dụng thương mại, ví dụ quản lý dây chuyển cung cấp ứng dụng quản lý tri thức - Trò chơi tương tác mạng (Interactive gaming) Cung cấp cho khách hàng phương thức gặp trực tuyến tạo trò chơi tương tác (chẳng hạn video games) - Thực tế phân tán ảo (Distributed Virtual Reality) Tham chiếu đến thay đổi tạo có tính chất kỹ thuật kiện, người, địa điểm, kinh nghiệm,… giới thực, người tham dự nhà cung cấp kinh nghiệm ảo phân tán địa lý Dịch vụ yêu cầu phối hợp phức tạp tài nguyên khác - Quản lý gia (Home Manager) Với đời thiết bị mạng thông minh, dịch vụ giám sát điều khiển hệ thống bảo vệ nhà, hệ thống hoạt động, hệ thống giải trí, công cụ khác nhà - Hiệu suất hệ thống Yêu cầu lưu lượng người dùng định rõ theo hai điểm: phân bố người dùng trung bình phân bố người dùng phân vị thứ năm (khi mà 95% người dùng có chất lượng tốt hơn) Mục tiêu hiệu suất phổ rõ, thuộc tính hiệu suất phổ định nghĩa lưu lượng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/MHz/cell Những mục tiêu thiết kế tổng hợp bảng: Phương pháp đo hiệu suất Mục tiêu đường Mục tiêu đường lên so 10 Tieu luan PAPR thấp hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang, GSM CDMA, với khả chống đa đường cấp phát tần số linh hoạt OFDMA Một so sánh OFDMA SC-FDMA thể hình 8, ví dụ sử dụng bốn (M) sóng mang hai chu kỳ ký hiệu với liệu tải trọng biểu diễn điều chế khóa dịch pha cầu phương (QPSK) Các tín hiệu LTE cấp phát đơn vị 12 sóng mang lân cận Các sóng mang 15kHz liền kề đặt vào địa điểm mong muốn băng thông kênh sóng mang điều chế với chu kỳ ký hiệu OFDMA 66,7μs ký hiệu liệu QPSK Trong ví dụ này, bốn sóng mang con, bốn ký hiệu đưa song song Đây ký hiệu liệu QPSK có pha sóng mang điều chế cơng suất sóng mang giữ khơng đổi ký hiệu Sau chu kỳ ký hiệu OFDMA trôi qua, CP chèn vào bốn ký hiệu truyền song song Để cho hình ảnh nhìn rõ dàng nên CP hiển thị khoảng trống, nhiên, thực lấp đầy với kết thúc ký hiệu tiếp theo, có nghĩa công suất truyền dẫn liên tục có gián đoạn pha biên ký hiệu Để tạo tín hiệu truyền đi, IFFT thực sóng mang để tạo M tín hiệu miền thời gian Chúng vector tổng hợp để tạo dạng sóng miền thời gian cuối sử dụng để truyền dẫn Hình OFDMA SC-FDMA truyền chuỗi ký hiệu liệu QPSK Sự tạo thành tín hiệu SC-FDMA bắt đầu với qui trình đặc biệt sau tiếp tục cách tương tự OFDMA Tuy nhiên trước hết ta xem hình bên phải hình Sự khác biệt rõ ràng OFDMA truyền bốn ký hiệu liệu QPSK song song sóng mang con, SC-FDMA truyền bốn ký hiệu liệu QPSK loạt bốn lần, với ký hiệu liệu chiếm M×15kHz băng thơng Nhìn cách trực quan, tín hiệu OFDMA rõ dàng đa sóng mang với ký hiệu liệu sóng mang con, tín hiệu SC-FDMA xuất nhiều sóng mang đơn (vì mà có “SC” tên SC-FDMA) với ký hiệu liệu biểu diễn 17 Tieu luan loạt tín hiệu Lưu ý chiều dài ký hiệu OFDMA SC-FDMA với 66,7μs, nhiên, ký hiệu SC-FDMA có chứa M ký hiệu mà biểu diễn cho liệu điều chế Đó việc truyền tải song song nhiều ký hiệu tạo PAPR cao không mong muốn với OFDMA Bằng cách truyền M ký hiệu liệu dãy vào M thời điểm, SC-FDMA chiếm băng thông đa sóng mang OFDMA chủ yếu PAPR tương tự sử dụng cho ký hiệu liệu gốc Thêm vào nhiều dạng sóng QPSK băng hẹp OFDMA tạo đỉnh cao thấy băng thơng rộng hơn, dạng sóng QPSK đơn sóng mang SC-FDMA 3.4 Kỹ thuật đa anten MIMO Trung tâm LTE ý tưởng kỹ thuật đa anten, sử dụng để tăng vùng phủ sóng khả lớp vật lý Thêm vào nhiều anten với hệ thống vô tuyến cho phép khả cải thiện hiệu suất tín hiệu phát có đường dẫn vật lý khác Có ba loại kỹ thuật đa anten Đầu tiên giúp sử dụng trực tiếp phân tập đường dẫn xạ đường dẫn bị mát fading khác khơng Thứ hai việc sử dụng kỹ thuật hướng búp song (beamforming) cách điều khiển mối tương quan pha tín hiệu điện phát vào anten với lượng truyền lái theo tự nhiên Loại thứ ba sử dụng phân tách không gian (sự khác biệt đường dẫn cách tách biệt anten) thông qua việc sử dụng ghép kênh theo không gian tạo chùm tia, gọi kỹ thuật đa đầu vào, đa đầu (MIMO ) Hình cho thấy, có cách để thực việc sử dụng kênh vô tuyến Để đơn giản vị dụ miêu tả sử dụng hai anten Hình Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến Bao gồm : - Đơn đầu vào đơn đầu (SISO) 18 Tieu luan - Đơn đầu vào đa đầu (SIMO) - Đa đầu vào đơn đầu (MISO) - Đa đầu vào đa đầu (MIMO) LTE sử dụng kỹ thuật đa anten MIMO, ta tập trung tìm hiểu kỹ thuật Từ hình 9, ta thấy MIMO yêu cầu nhiều máy phát hai nhiều máy thu MIMO làm tăng công suất phổ cách phát nhiều luồng liệu lúc tần số thời gian, tận dụng đầy đủ lợi đường dẫn khác kênh vô tuyến Đối với hệ thống mơ tả MIMO, phải có nhiều máy thu với nhiều luồng phát Số lượng luồng phát không nhầm lẫn với số lượng ăng ten phát Hãy xem xét trường hợp phân tập phát (MISO) có hai máy phát có dịng liệu Thêm phân tập thu (SIMO) khơng chuyển cấu hình vào MIMO, có hai anten phát hai anten thu có liên quan Nói cách khác SIMO+MISO # MIMO Nếu N luồng liệu truyền từ N anten, liệu khơng giải xáo trộn cách đầy đủ máy thu từ tạo chồng chéo luồng mà khơng có bổ sung phân tập theo khơng gian tạo nhiễu Tuy nhiên mặt không gian việc tách biệt N luồng qua tối thiểu N anten, N máy thu tái tạo lại đầy đủ liệu ban đầu nhiễu kênh vô tuyến đủ thấp Một yếu tố quan trọng cho hoạt động MIMO việc truyền từ anten phải để máy thu xác định mà nhận Việc nhận dạng thường thực với tín hiệu đạo, sử dụng mẫu trực giao cho anten Sự phân tập không gian kênh vô tuyến nghĩa MIMO có khả làm tăng tốc độ liệu Hình thức MIMO gán dòng liệu cho anten thể hình 10: Hình 10 MIMO 2x2 khơng có tiền mã hóa Trong dạng này, luồng liệu gán cho anten biết đến ánh xạ trực tiếp Sau chúng trộn lẫn với kênh, anten thu nhận kết hợp luồng Bên thu sử dụng lọc để nghịch đảo tổng hợp luồng nhận tái tạo lại liệu gốc Một dạng tiên tiến MIMO tiền mã hóa đặc biệt để phù hợp với việc truyền dẫn chế độ đặc biệt kênh Kết tối ưu luồng lan truyền qua nhiều anten phát Với kỹ thuật để làm việc hiệu máy phát phải có hiểu biết điều kiện kênh truyền, trường hợp FDD điều kiện phải cung cấp thời gian thực thông tin phản hồi từ UE Như làm phức tạp thêm cách đáng kể cho việc tối ưu hóa hệ thống làm việc với hiệu suất cao Tiền mã hóa với hệ thống TDD khơng u cầu nhận phản hồi máy phát xác định 19 Tieu luan cách độc lập điều kiện kênh truyền việc phân tích tín hiệu nhận tần số Những lợi ích mặt lý thuyết MIMO chức số lượng anten truyền nhận, điều kiện lan truyền vô tuyến, SNR khả máy phát để thích nghi với điều kiện thay đổi Trường hợp lý tưởng đường dẫn kênh truyền vô tuyến hồn tồn khơng tương quan, thể riêng biệt, kết nối cáp vật lý khơng có xun âm máy phát máy thu Điều kiện gần không đạt không gian tự Các giới hạn MIMO đạt điều kiện lý tưởng dễ dàng xác định, cho hệ thống 2×2 với hai luồng liệu đồng thời làm tăng gấp đôi công suất tốc độ liệu MIMO hoạt động tốt điều kiện SNR cao với đường tầm nhìn cực tiểu Kết là, MIMO đặc biệt phù hợp với mơi trường nhà, tạo mức độ cao đa đường tầm nhìn cực tiểu CHƯƠNG 4: LỚP VẬT LÝ LTE 4.1 Điều chế 20 Tieu luan Trong điều chế hướng lên sử dụng điều chế truyền thống điều chế biên độ cầu phương (QAM) Trong phương pháp điều chế có sẵn (cho liệu người dùng) khóa dịch pha vng góc (QPSK), 16QAM 24 QAM Trong QPSK 16QAM có sẵn tất thiết bị, việc hỗ trợ cho 64QAM theo hướng đường lên khả UE Các chòm điểm điều chế khác thể hình 11: Hình 11 Các chịm điểm điều chế LTE Điều chế PRACH điều chế pha chuỗi sử dụng tạo từ chuỗi Zadoff–Chu với khác biệt pha ký hiệu khác chuỗi Tùy thuộc vào chuỗi chọn dẫn đến tỉ lệ đỉnh- trung bình (PAR) giá trị Metric khối (CM) thực tế có phần thấp cao so với giá trị QPSK Sử dụng điều chế QPSK cho phép hiệu công suất phát tốt vận hành chế độ công suất truyền tải đầy đủ điều chế định kết CM (đối với SCFDMA) yêu cầu thiết bị khuyếch đại chờ để truyền Các thiết bị sử dụng công suất phát tối đa thấp vận hành với điều chế 16QAM 64QAM Trong hướng đường xuống, phương pháp điều chế cho liệu người sử dụng tương tự hướng lên Theo lý thuyết hệ thống OFDM sử dụng điều chế khác cho sóng mang Để có kênh thơng tin chất lượng (và báo hiệu) với độ chi tiết khả thi dẫn đến chi phí mức Nếu điều chế riêng sóng mang có q nhiều bít hướng đường xuống dành cho báo nhận tham số sóng mang hướng đường lên phản hồi thị chất lượng kênh (CQI) cần phải chi tiết để đạt mức độ chi tiết sóng mang để thích ứng Ngồi khóa dịch pha nhị phân (BPSK) xác định cho kênh điều khiển, sử dụng BPSK QPSK cho truyền dẫn thông tin điều khiển 4.2 Truyền tải liệu người sử dụng hướng lên Dữ liệu người sử dụng hướng lên mang PUSCH, cấu trúc khung 10ms dựa cấp phát tài nguyên miền thời gian miền tần số với 1ms khoảng chia 180kHz Việc phân bổ tài nguyên kèm từ lập biểu đặt eNodeB, minh họa hình 12: 21 Tieu luan Hình 12 Cấp phát tài nguyên hướng lên điều khiển lập biểu eNodeB Do khơng có cố định nguồn tài nguyên cho thiết bị, khơng cần tín hiệu trước từ eNodeB nguồn tài nguyên cần truy nhập ngẫu nhiên sử dụng Đối với mục đích thiết bị có nhu cầu cần phải cung cấp thông tin cho lập lịch biểu đường lên yêu cầu truyền dẫn (bộ đệm trạng thái) có dựa nguồn tài ngun cơng suất truyền tải sẵn có Cấu trúc khung thông qua cấu trúc khe 0,5ms sử dụng khe (1 khung con) thời gian cấp phát Chu kỳ cấp phát ngắn 0,5ms có qua cường độ tín hiệu với số lượng lớn người sử dụng Cấu trúc khung 10ms minh họa hình 13 Cấu trúc khung phù hợp cho hai chế độ FDD TDD, chế độ TDD có phần bổ sung cho điểm chuyển tiếp đường lên/đường xuống khung Hình 13 Cấu trúc khung LTE FDD Trong khe 0,5ms có ký hiệu tham chiếu ký hiệu liệu người sử dụng Tốc độ liệu người dùng tạm thời thay đổi chức phân bổ tài nguyên đường lên tùy thuộc vào băng thơng tạm thời cấp phát Băng thơng cấp phát 20MHz bậc 180kHz Cấp phát liên tục truyền dẫn đường lên FDMA điều chế với ký hiệu truyền thời điểm Băng thông khe điều chỉnh TTI liên tiếp minh họa hình 14 Nơi mà tăng 22 Tieu luan gấp đôi tốc độ liệu kết tăng gấp đôi băng thông sử dụng Các ký hiệu tham chiếu chiếm không gian miền thời gian tốc độ liệu cao kết tăng tương ứng với tốc độ liệu ký hiệu tham chiếu Hình 14 Tốc độ liệu TTI theo hướng lên Tiền tố vòng (Cyclic Prefix) sử dụng đường lên có hai giá trị phụ thuộc vào việc tiền tố vòng ngắn dài áp dụng Các thông số khác không thay đổi khe 0,5ms chứa ký hiệu hình 15 Các tải trọng liệu bị giảm bớt tiền tố vòng mở rộng sử dụng Nhưng khơng sử dụng thường xun thường có lợi hiệu suất có ký hiệu lớn nhiều so với suy giảm có từ nhiễu liên ký tự trễ kênh dài so với tiền tố vịng Hình 15 Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vòng ngắn dài Kết tốc độ liệu hướng lên tức thời khung 1ms chức điều chế, số lượng khối tài nguyên cấp phát, tổng số chi phí cho thông tin điều khiển tốc độ mã hóa kênh áp dụng Phạm vi tốc độ liệu đỉnh hướng lên tức thời tính toán từ nguồn tài nguyên lớp vật lý khoảng từ 700kbps tới 86Mbps Khơng có đa anten cho truyền tải hướng lên xác định phiên Tốc độ liệu tức thời cho UE phụ thuộc vào đặc điểm đường lên LTE từ yếu tố sau: - Phương thức điều chế áp dụng: với 2, bits ký hiệu điều chế tùy thuộc vào trình tự điều chế với QPSK, 16QAM 64QAM tương ứng - Băng thơng áp dụng: 1,4MHz có chi phí lớn có kênh chung tín hiệu đồng Băng thơng tạm thời kênh biến đổi cấp phát tối thiểu 12 sóng mang (một khối tài nguyên 180kHz) băng thông hệ thống lên đến 1200 sóng mang với băng thơng 20MHz 23 Tieu luan - Tốc độ mã hóa kênh áp dụng - Tốc độ liệu trung bình phụ thuộc vào thời gian phân bổ tài nguyên miền Các ô khu vực cụ thể, suất liệu tối đa tăng lên với MIMO ảo (V-MIMO) Trong V-MIMO eNodeB xử lý truyền từ hai UE khác (với ăngten phát đơn) kiểu truyền dẫn MIMO V-MIMO khơng góp phần vào tốc độ liệu tối đa cho người dùng đơn lẻ Hình 16 Chuỗi mã hóa kênh PUSCH Chuỗi mã hóa kênh cho đường lên thể hình 16, nơi mà liệu thơng tin điều khiển mã hóa riêng sau ánh xạ tới ký hiệu riêng để truyền Thông tin điều khiển có địa điểm riêng quanh ký hiệu tham chiếu, thông tin điều khiển lớp vật lý mã hóa riêng biệt đặt vào tập ký hiệu điều chế xác định trước Mã hóa kênh chọn cho liệu người dùng LTE mã turbo Mã hóa mã chập ghép song song (PCCC) mã hóa kiểu turbo Mã turbo đan xen WCDMA sửa đổi để phù hợp với đặc tính LTE, cấu trúc khe cho phép linh hoạt để thực việc sử lý tín hiệu song song với tốc độ liệu tăng lên LTE sử dụng kết hợp với phát lại lớp vật lý, thường gọi yêu cầu lặp lại thích ứng hỗn hợp (HARQ) Trong vận hành lớp vật lý HARQ nhận lưu trữ gói tin việc kiểm tra CRC thất bại kết hợp gói tin nhận nhận truyền lại Dữ liệu thông tin điều khiển ghép theo thời gian mức thành phần tài nguyên Dữ liệu điều khiển cách độc lập với thông tin điều khiển, thời gian điều chế 1ms TTI 24 Tieu luan Hình 17 Ghép kênh thơng tin điều khiển liệu 4.3 Truyền tải liệu người sử dụng hướng xuống Dữ liệu người dùng hướng xuống mang kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH) Tương tự việc phân bổ tài nguyên 1ms hợp lệ đường xuống Các sóng mang cấp phát đơn vị tài nguyên 12 sóng mang dẫn đến đơn vị cấp phát 180kHz (khối tài nguyên vật lý, PRBs) Với PDSCH, đa truy nhập OFDMA, sóng mang truyền song song với 15kHz tốc độ liệu người sử dụng phụ thuộc vào số lượng sóng mang cấp phát (hoặc khối tài nguyên thực tế) cho người dùng định eNodeB cấp phát khối tài nguyên dựa số chất lượng kênh (CQI) từ thiết bị đầu cuối Tương tự đường lên, khối tài nguyên cấp phát miền thời gian miền tần số, minh họa hình 18: Hình 18 Cấp phát tài nguyên đường xuống eNodeB Kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH) thông báo cho thiết bị khối tài nguyên cấp phát cho nó, tự động với độ chi tiết cấp phát 1ms Dữ liệu PDSCH chiếm giữ từ đến ký hiệu khe 0,5ms tùy thuộc vào việc cấp phát cho PDCCH 25 Tieu luan phụ thuộc xem liệu tiền tố vòng sử dụng ngắn hay dài Trong khung 1ms, có khe 0,5ms chứa PDCCH khe 0,5ms thứ hoàn toàn cho liệu (cho PDSCH) tiền tố vịng dài ký hiệu gắn khe 0,5ms Trong với tiền tố vịng ngắn ký hiệu gắn vào Ví dụ hình 19, giả sử có ký hiệu cho PDCCH điều thay đổi Với băng thông nhỏ 1,4MHz số ký hiệu thay đổi cho phép có đủ dung lượng để truyền tín hiệu đủ bit phép mã hóa kênh đủ tốt trường hợp quan trọng Hình 19 Cấu trúc khe đường xuống cho băng thơng 1.4 MHz Hình 20 Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH Ngồi ký hiệu điều khiển cho PDCCH, khơng gian liệu người sử dụng có bị giảm bớt tín hiệu chuẩn, tín hiệu đồng liệu quảng bá Do ước lượng kênh có lợi tín hiệu chuẩn phân bố miền thời gian miền tần số Điều làm giảm bớt chi phí cần thiết, yêu cầu số quy tắc phải xác định để hai máy thu máy phát hiểu để ánh xạ tài nguyên cách giống Từ tổng không gian cấp phát tài nguyên với nhu cầu vận chuyển toàn vào tài khoản cho kênh chung 26 Tieu luan PBCH, tiêu tốn không gian tài nguyên riêng họ Một ví dụ PDCCH việc cấp phát tài nguyên PDSCH thể hình 21: Hình 21 Ví dụ chia sẻ tài nguyên đường xuống PDCCH & PDSCH Mã hóa kênh cho liệu người dùng theo đường xuống sử dụng mã turbo 1/3 hướng đường lên Kích thước tối đa cho khối mã hóa turbo giới hạn 6144 bit để giảm bớt gánh nặng xử lý, cấp phát cao sau phân đoạn đến khối mã hóa đa Bên cạnh việc mã hóa turbo, đường xuống có lớp vật lý HARQ với phương pháp kết hợp tương tự hướng lên Các loại thiết bị phản ánh số lượng nhớ đệm có sẵn để kết hợp phát lại Chuỗi mã hóa đường xuống minh họa hình 21 Khơng có ghép kênh nguồn tài ngun lớp vật lý với PDCCH chúng có nguồn tài nguyên riêng khung 1ms Một liệu mã hóa, từ mã cung cấp sau cho chức điều chế xáo trộn Ánh xạ điều chế áp dụng điều chế mong muốn (QPSK, 16QAM 64QAM) ký hiệu nạp cho lớp ánh xạ trước mã hóa Đối với việc truyền dẫn đa anten (2 4) liệu sau chia thành nhiều luồng khác sau ánh xạ để điều chỉnh thành phần tài nguyên sẵn có cho PDSCH sau tín hiệu OFDMA thực tế tạo ra, thể hình 36 với ví dụ truyền dẫn anten Nếu có anten phát sẵn có, rõ dàng chức lớp ánh xạ trước mã hóa khơng có vài trị truyền dẫn tín hiệu 27 Tieu luan Hình 22 Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống Hiệu tốc độ liệu hướng xuống tức thời phụ thuộc vào : - Điều chế, với phương pháp tương tự hướng đường lên - Cấp phát số lượng sóng mang Lưu ý đường xuống khối tài nguyên không cần thiết phải cấp phát liên tục miền tần số Phạm vi việc cấp phát băng thông tương tự hướng đường lên từ 12 sóng mang (180kHz) tới 1200 sóng mang - Tốc độ mã hóa kênh - Số lượng anten phát (các luồng độc lập) với hoạt động MIMO Tốc độ liệu đỉnh tức thời cho đường xuống (giả sử tất tài nguyên cho người dùng tính nguồn tài ngun vật lý có sẵn) khoảng từ 0,7Mbps tới 170Mbps Thậm chí 300Mbps cao sử dụng cấu hình MIMO – anten Khơng có giới hạn tốc độ liệu nhỏ nhất, cần có đơn vị cấp phát nhỏ (1 khối tài ngun) q cao khoảng đệm áp dụng 28 Tieu luan CHƯƠNG 5: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE 5.1 Dị tìm tế bào Dị tìm cell thủ tục mà theo thiết bị đầu cuối tìm thấy cell có khả kết nối tới Như phần thủ tục dị tìm cell, thiết bị đầu cuối thu nhận dạng cell ước tính định thời khung cell xác định Hơn nữa, thủ tục dị tìm cell cung cấp đánh giá thông số cần thiết cho việc thu nhận thông tin hệ thống kênh quảng bá, có chứa thơng số cịn lại cần thiết cho việc truy nhập vào hệ thống Để tránh việc lập kế hoạch cell phức tạp, số lượng nhận dạng cell lớp vật lý phải có đủ lớn LTE hỗ trợ 510 nhận dạng ô khác nhau, chia thành 170 nhóm nhận dạng cell Để giảm phức tạm việc dị tìm cell, dị tìm cell LTE thường thực vài bước, tương tự thủ tục dị tìm ô ba bước WCDMA Để hỗ trợ thiết bị đầu cuối thủ tục này, LTE cung cấp tín hiệu đồng sơ cấp tín hiệu đồng thứ cấp đường xuống Các tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp chuỗi riêng, chèn vào hai ký hiệu OFDM cuối khe khung phụ (subframe) Ngồi tín hiệu đồng bộ, thủ tục dị tìm cell lợi dụng tín hiệu tham chiếu phần hoạt động 5.2 Truy nhập ngẫu nhiên Một yêu cầu cho hệ thống di động tế bào khả cho thiết bị đầu cuối yêu cầu thiết lập kết nối Điều thường gọi truy nhập ngẫu nhiên phụ vụ hai mục đích LTE, thiết lập đồng hướng lên thiết lập nhận dạng thiết bị đầu cuối nhất, C-RNTI, biết đến hệ thống mạng thiết bị đầu cuối Do đó, truy nhập ngẫu nhiên sử dụng khơng cho truy nhập ban đầu, chuyển giao từ LTE_DETACHED (LTE_tách biệt) LTE_IDLE (LTE_rảnh rỗi) tới LTE_ACTIVE (LTE_tích cực), mà cịn sau giai đoạn tình trạng khơng tích cực đường lên đồng đường lên bị LTE_ACTIVE Tổng quan truy nhập ngẫu nhiên thể hình 23, bao gồm bốn bước: - Bước bao gồm truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên, cho phép eNodeB ước tính định thời truyền tải thiết bị đầu cuối Đồng hướng lên cần thiết không thiết bị đầu cuối khơng thể truyền liệu hướng lên - Bước thứ hai bao gồm: mạng truyền lệnh định thời sớm đến để điều chỉnh định thời truyền thiết bị đầu cuối, dựa phép đo định thời bước Ngoài việc thiết lập đồng hướng lên, bước hai định nguồn tài nguyên hướng lên cho thiết bị đầu cuối sử dụng bước thứ ba thủ tục truy nhập ngẫu nhiên - Bước thứ ba bao gồm truyền dẫn nhận dạng thiết bị đầu cuối di động cách sử dụng UL-SCH tương tự liệu hoạch định thơng thường Nội dung xác tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái thiết bị đầu cuối, dù trước có biết đến mạng hay không 29 Tieu luan - Bước thứ tư bước cuối bao gồm truyền dẫn thông điệp phân giải tranh chấp từ mạng tới thiết bị đầu cuối kênh DL-SCH Bước giải tranh chấp có nhiều thiết bị đầu cuối cố gắng để truy nhập vào hệ thống cách sử dụng tài nguyên truy nhập hệ thống Hình 23 Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên KẾT LUẬN Qua phần tìm hiểu kiến trúc, lớp vật lý thủ tục truy nhập LTE Tuy nhiên, LTE gọi với tên khơng thức 3,9G chưa đủ đáp ứng yêu cầu hệ thống thông tin di động thứ tư LTE sử dụng kỹ thuật truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA đường xuống Trong đường lên LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SC-FDMA Vậy để thức gọi hệ thống thơng tin di động hệ thứ tư, cần tiếp tục tìm hiểu cơng nghệ LTE-Advanced 30 Tieu luan LỜI CẢM ƠN 31 Tieu luan ... Mạng lõi công nghệ LTE – SAE thành phần quan trọng công nghệ LTE hệ thống thông tin di động LTE Trong chứa đựng cơng nghệ then chốt giao thức định tính ưu việt công nghệ LTE so với công nghệ trước... phát triển cho cơng nghệ mạng di động, LTE Việt Nam Bố cục tiểu luận Tiểu luận gồm phần: - Phần 1: Tổng quan công nghệ LTE – Giới thiệu công nghệ LTE, Các dịch vụ triển khai LTE yêu cầu quản lý... thủ tục truy nhập LTE – Thủ tục để truy nhập mạng LTE Tieu luan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE Công nghệ LTE hướng phát triển nâng cấp lên công nghệ băng rộng