Quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE

Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) luôn là vấn đề thiết yếu trong tất cả các mạng vô tuyến, LTE cũng không phải trường hợp ngoại lệ. RRM đảm bảo cho việc thực hiện các mục tiêu đã đề ra của LTE. Quản lý tài nguyên vô tuyến có chức năng cung cấp vùng phủ tối ưu, đảm bảo dung lượng quy hoạch cực đại, đảm bảo chất lượng dịch vụ yêu cầu và đảm bảo sử dụng hiệu quả các tài nguyên vật lý và truyền tải. Đồ án được chia làm ba chương với các nội dung khái quát như sau: Tổng quan LTE trong 3GPP Quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE Lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu phát lại lai ghép

KHOA VIỄN THÔNG 1

-*** -ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên: Nguyễn Bảo Ngọc

Nội dung của đồ án được chia thành ba phần chính như sau:

 Tổng quan về LTE trong 3GPP

 Điều khiển tài nguyên vô tuyến trong LTE

 Lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu phát lại lai ghép

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: (bằng chữ ……… )

Ngày…… tháng … năm 20….

Giáo viên hướng dẫn

ThS Phạm Thị Thúy Hiền

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: (bằng chữ ……… )

Ngày tháng …… năm 20….

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU viii

CHƯƠNG I TỔNG QUAN LTE TRONG 3GPP 1

1.1 Các hệ thống vượt trên 3G 2

1.2 Sự phát triển dài hạn (LTE) 3

1.3 Các yêu cầu và mục tiêu cho LTE 3

1.3.1 Các yêu cầu hiệu năng hệ thống 4

1.3.2 Chi phí triển khai và khả năng phối hợp 9

1.4 Các công nghệ cho LTE 10

1.4.1 Công nghệ đa sóng mang 11

1.4.2 Công nghệ đa ănten 13

1.4.3 Chuyển mạch gói trong giao diện vô tuyến 14

1.4.4 Các khả năng cho thiết bị người dùng 15

1.5 Kết luận 16

CHƯƠNG II ĐIỀU KHIỂN TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG LTE 17

2.1 Giới thiệu 17

2.1.1 Kiến trúc LTE 17

2.1.2 Khái niệm về tài nguyên vô tuyến trong LTE 20

2.1.3 Tổng quan về các giải thuật điều khiển tài nguyên vô tuyến trong LTE 22

2.2 Điều khiển thu nạp và các thông số QoS 23

2.3 Sự phối hợp nhiễu liên ô 25

2.3.1 Kỹ thuật ICIC tiên phong 29

2.3.2 Kỹ thuật ICIC phản kháng 30

2.4 Điều khiển công suất 30

2.4.1 Điều khiển công suất đường lên 31

2.4.2 Điều khiển công suất đường xuống 32

2.5 Thông báo thông tin chất lượng kênh (CQI – Channel Quality Information) 33

2.5.1 Báo cáo CQI không theo chu kỳ 34

2.5.2 Báo cáo CQI có chu kỳ 36

2.6 Phát và thu không liên tục (DTX/DRX) 36

2.7 Kết luận 39

CHƯƠNG III LẬP BIỂU, THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ YÊU CẦU PHÁT

LẠI LAI GHÉP 41

3.1 Lập biểu động đường xuống và thích ứng đường truyền 41

3.1.1 Lập biểu lớp 2 và khung thích ứng đường truyền 41

3.1.2 Lập biểu gói miền tần số 42

3.1.3 Các thuật toán lập biểu miền thời gian và tần số kết hợp 45

3.1.4 Lập biểu gói với MIMO 46

3.2 Lập biểu động đường lên và thích ứng đường truyền 47

3.2.1 Báo hiệu cho thích ứng đường truyền đường lên và lập biểu gói 50

3.2.2 Thích ứng đường truyền đường lên 54

3.2.3 Lập biểu gói đường lên 55

3.3 ARQ lai ghép 56

3.3.1 Các giao thức ARQ 57

3.3.2 Dừng-và-chờ N-kênh 61

3.3.3 Sự kết hợp ARQ lai ghép 62

3.2.4 Thông tin điều khiển lập biểu 63

3.3.5 Định thời và thích ứng ARQ lai ghép 63

3.3.6 Kỹ thuật ARQ lai ghép AA tiêu đề nhỏ 67

3.3.7 ARQ lai ghép cho MIMO 71

3.4 HARQ trong hệ thống LTE 74

3.4.1 Số tiến trình HARQ 74

3.4.2 Hoán đổi từ mã MIMO 76

3.5 Kết luận 77

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Thí dụ về chuyển đổi trạng thái trong kiến trúc E-UTRAN 8

Hình 1.2 Trễ mặt phẳng U 9

Hình 1.3: Các công nghệ đa truy nhập LTE nhìn theo miền tần số 11

Hình 1.4 Các lợi ích cơ bản của đa ănten: (a) độ lợi phân tập; (b) độ lợi mạng ănten; (c) độ lợi ghép kênh không gian 13

Hình 2.1 Kiến trúc RAN LTE trong 3GPP 19

Hình 2.2 Hình kẻ ô tài nguyên đường lên/đường xuống 20

Hình 2.3 Khái quát kiến trúc giao thức mặt phẳng điều khiẻn và mặt phẳng người sử dụng, và ánh xạ các chức năng RRM chủ yếu tới các lớp khác nhau 22

Hình 2.4 Nhiễu liên ô trong một hệ thống tái sử dụng – 1 (trong trường hợp đường lên) 25

Hình 2.5: Minh họa việc ấn định độ lệch tần số tới các ô trong các thuật toán ICIC được đề xuất 27

Hình 2.6 Minh họa đơn giản về các thông số DRX 39

Hình 3.1: Các chức năng lớp 2 cho quản lý lập biểu gói động, thích ứng đường truyền và HARQ 42

Hình 3.2: Nguyên tắc lập biểu miền tần số 43

Hình 3.3: Độ lợi dung lượng từ lập biểu gói miền tần số 43

Hình 3.4: Nguyên tắc lập biểu miền tần số dưới điều kiện tải từng phần 44

Hình 3.5: Minh họa sơ đồ khung thuật toán lập biểu gói ba bước 45

Hình 3.6: Lập biểu gói miền tần số dựa trên HARQ 45

Hình 3.7: Ví dụ minh họa ràng buộc đơn sóng mang đối với lập biểu gói miền tần số trong đường lên 48

Hình 3.8 Phối hợp làm việc giữa lập biểu gói, đơn vị thích ứng đường truyền và các chức năng RRM đường lên khác 49

Hình 3.9 Ví dụ ánh xạ từ RB sang nhóm kênh truyền tải vô tuyến cho báo cáo trạng thái bộ đệm 53

Hình 3.10 Các loại báo cáo trạng thái bộ đệm ngắn và dài trong LTE đường lên 54

Hình 3.11: Sơ đồ của chức năng điều chế và mã hóa thích ứng nhanh 55

Hình 3.12 Giao thức dừng-và-chờ 58

Hình 3.13 Giao thức quay lại N 59

Hình 3.14 Giao thức lặp lại có lựa chọn 60

Hình 3.15 Các cửa sổ phát và nhận trong giao thức lặp lại có chọn lựa 60

Hình 3.16 Giao thức dừng-và-chờ (SAW) N-kênh 61

Hình 3.17 Nội dung bản tin điều khiển hỗ trợ lập biểu 63

Hình 3.18 Phân loại HARQ dựa trên định thời và thích ứng 64

Hình 3.21 HARQ không đồng bộ không thích ứng 66

Hình 3.22 HARQ thích ứng không đồng bộ 66

Hình 3.23 Kỹ thuật HARQ thích ứng không đồng bộ tiêu đề nhỏ 68

Hình 3.24 Chế độ ARQ lai ghép đồng bộ không thích ứng của kỹ thuật HARQ thích ứng không đồng bộ tiêu đề nhỏ 69

Hình 3.25 So sánh tiêu đề điều khiển cho các kỹ thuật HARQ khác nhau 70

Hình 3.26 Từ mã theo ánh xạ lớp 72

Hình 3.27 Để trống lớp với kỹ thuật HARQ đồng bộ không thích ứng 72

Hình 3.28 Minh họa các giới hạn của HARQ đồng bộ không thích ứng khi thay đổi hạng MIMO 73

Hình 3.29 Minh họa vấn đề nhiễu liên tục với HARQ đồng bộ không thích ứng 74

Hình 3.30 Thời gian quay vòng (RTT) HARQ dừng-và-chờ 75

Hình 3.31 Minh họa một tiến trình HARQ trong hệ thống LTE 76

Hình 3.32 Hoán đổi từ mã MIMO ở các phát lại HARQ 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tổng kết các mục tiêu yêu cầu chính cho LTE 4Bảng 1.2 Các loại UE LTE 16Bảng 2.1 Các đặc tính QCI cho đặc trưng QoS kênh truyền tải EPS 24Bảng 2.2 Các loại hồi tiếp CQI không theo chu kỳ trên PUSCH đối với mỗi chế độphát PDSCH 34Bảng 2.3 Kích thước băng phụ (k) theo băng thông hệ thống đối với các báo cáo CQIkhông theo chu kỳ cấu hình eNodeB 35Bảng 2.4 Kích thước băng phụ k và số các băng phụ được ưa thích hơn (M) theo băngthông hệ thống đường xuống cho các báo cáo CQI không chu kỳ đối với hồi tiếp băngphụ UE lựa chọn 36Bảng 2.5 Báo cáo CQI có chu kỳ với các băng phụ UE lựa chọn: kích thước băng phụ(k) và các phần băng thông (J) theo băng thông hệ thống đường xuống 36Bảng 2.6 Các thông số có liên quan DRX và các ví dụ về cách dùng/thiết lập củachúng 37Bảng 3.1 Điều chế, chỉ số TBS và phiên bản dư cho đường lên 56

CQI Channel Quality Information Thông tin chất lượng kênh

DTX/DRX Discontinuos Transmission/

Discontinuos Reception

Phát/Thu không liên tục

Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầuHARQ Hybrid Adaptive Repeat and Request Yêu cầu phát lại thích ứng lai

ghép

ICIC InterCell Interference Coordination Phối hợp nhiễu liên cell

trườngMCS Modulation and Coding Scheme Kỹ thuật điều chế và mã hóaMIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra

NDI New Data Indicator Trường chỉ thị dữ liệu mớiOFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần

số trực giaoOFDMA Orthogonal Frequency Division

Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giaoOLLA Outer Loop Link Adaptation Thích ứng đường truyền vòng

ngoàiPAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên

trung bình

PHICH Physical HARQ Indicator Channel Kênh chỉ thị HARQ vật lý

PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh điều khiển đường lên

vật lýPUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên vật lý

tuyến

SINR Signal to Interference and Noise

Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu và tạp âm

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo

mã băng rộng

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tiến trình phát triển của xã hội loài người, sự ra đời của thông tin di động là một bước ngoặt lớn và thông tin di động đã nhanh chóng trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển, là lĩnh vực tiên phong, điều kiện kiên quyết cũng như cơ hội để mỗi quốc gia, mỗi dân tộc thu hẹp khoảng cách phát triển, tránh nguy cơ lạc hậu, tăng cường năng lực cạnh tranh Cho đến nay, thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ

đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Thông tin di động thế hệ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA) Ngày nay, công nghệ thông tin di động 3G đã được đưa vào thương mại hóa, nhưng nhu cầu về chất lượng dịch vụ cũng như tốc độ dữ liệu vẫn ngày càng tăng Do đó, sự phát triển sau 3G đang được các tổ chức đặc biệt là 3GPP nghiên cứu triển khai Tiểu biểu cho công nghệ thông tin di động sau 3G là Sự phát triển dài hạn (LTE) của 3GPP.

Chuẩn 3GPP LTE phát hành 8 xác định chức năng cơ bản của một giao diện vô tuyến mới cung cấp hiệu năng lớn mang lại tốc độ dữ liệu cao cho người sử dụng cùng với độ trễ thấp chủ yếu dựa trên MIMO, OFDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao)và một sự phát triển kiến trúc hệ thống (SAE) tối ưu Đồng thời, trong một tương lai gần, sẽ ngày càng có nhiều người sử dụng yêu cầu truy nhập dữ liệu băng rộng di động ở khắp mọi nơi – ví dụ, để sử dụng e-mail, truy nhập Internet, các ứng dụng đặc trưng, tải file về thiết bị di động … LTE – thế hệ kế tiếp của mạng vô tuyến

di động 3G sẽ làm hài lòng khách hàng hơn bao giờ hết Nhu cầu về vùng phủ vô tuyến sẽ là mục tiêu chính trong giai đầu ra mắt, trong khi đó dung lượng cao trên toàn bộ ô vô tuyến sẽ là mục tiêu dài hạn Hiệu quả phổ cao đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ nhu cầu tốc độ lưu lượng dữ liệu cao trong khi phổ sẵn sàng hiện tại vẫn là một tài nguyên khan hiếm và bị giới hạn tại mỗi vùng địa lý.

Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) luôn là vấn đề thiết yếu trong tất cả các mạng vô tuyến, LTE cũng không phải trường hợp ngoại lệ RRM đảm bảo cho việc thực hiện các mục tiêu đã đề ra của LTE Quản lý tài nguyên vô tuyến có chức năng cung cấp vùng phủ tối ưu, đảm bảo dung lượng quy hoạch cực đại, đảm bảo chất lượng dịch vụ yêu cầu và đảm bảo sử dụng hiệu quả các tài nguyên vật lý và truyền

tải Chính vì vậy mà em đã chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp này là: “Quản lý tài

nguyên vô tuyến trong LTE”.

Đồ án được chia làm ba chương với các nội dung khái quát như sau:

Chương I: Tổng quan LTE trong 3GPP

Chương I của đồ án sẽ giới thiệu một cách khái quát về sự phát triển của hệ thống thông tin di động, sự phát triển từ các mạng 3G lên các mạng vượt trên 3G trong đó

có LTE Đồng thời chương I cũng đưa ra các mục tiêu của LTE và các công nghệ chủ yếu được sử dụng để đạt được các yêu cầu, mục tiêu đặt ra trong LTE.

Chương II: Quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE

Chương II khái quát khái niệm quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE, sau đó thảo luận các chức năng RRM trong đó các chức năng này có thể phân chia theo ba lớp Các chức năng RRM chủ yếu gồm có điều khiển công suấ, thông báo thông tin chất lượng kênh, lập biểu, thích ứng đường truyền, yêu cầu phát lại lai ghép (HARQ), quản

lý QoS và một vài chức năng khác.

Chương III: Lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu phát lại lai ghép

Chương này tập trung vào các chức năng quản lý RRM lớp hai gồm có lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu phát lại lai ghép trong LTE.

Do thời gian và kiến thức có hạn, nên nội dung đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo ThS Phạm Thị Thúy Hiền đã tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này Em cũng xin cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn vô tuyến và khoa Viễn thông I đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu là nền tảng cho em làm đồ án này Và cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè - những người đã luôn giúp đỡ, cổ vũ động viên tôi về mọi mặt trong thời gian vừa qua.

Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Bảo Ngọc

CHƯƠNG I TỔNG QUAN LTE TRONG 3GPP

Ngành công nghiệp viễn thông không dây tế bào đã chứng kiến sự lớn mạnh vượtbậc trong một thập kỷ qua với trên bốn tỷ thuê bao vô tuyến trên toàn thế giới Các hệthống tế bào tương tự thế hệ đầu tiên (1G) đã hỗ cung cấp truyền thông thoại vớichuyển vùng (roaming) có giới hạn Các hệ thống số thế hệ hai (2G) đã hứa hẹn cungcấp dung lượng cao hơn và chất lượng tiếng nói tốt hơn thế hệ tương tự đã làm được.Hơn nữa, việc chuyển vùng trở lên phổ biến hơn nhờ vào việc có ít chuẩn hơn và các

vị trí phổ tần chung qua các quốc gia đặc biệt ở châu Âu Hai hệ thống tế bào thế hệthứ hai (2G) được triển khai rộng rãi là GSM (Hệ thống toàn cầu cho thông tin diđộng) và CDMA (Đa truy nhập phân chia theo mã) Cũng như các hệ thống tương tự1G, các hệ thống 2G được thiết kế chủ yếu cho thông tin thoại Trong các phát hànhsau của các chuẩn này, các khả năng hỗ trợ truyền dẫn dữ liệu được đưa ra Tuy nhiên,các tốc độ dữ liệu nói chung thấp hơn so với tốc độ mà các kết nối dial-up cung cấp

Sự khởi xướng của ITU-R trong IMT2000 (viễn thông di động quốc tế 2000) đã mởđường cho sự phát triển 3G Một lọat các yêu cầu như tốc độ dữ liệu đỉnh 2Mbps và hỗtrợ tính di động trên các phương tiện giao thông được xuất bản dưới chuẩn IMT2000

Cả hai bên GSM và CDMA đều đã thành lập các dự án hợp tác 3G của riêng họ (tươngứng là 3GPP và 3GPP2) để phát triển các chuẩn phù hợp với IMT-2000 dựa trên côngnghệ CDMA Chuẩn 3G trong 3GPP được gọi là CDMA băng rộng (WCDMA) vì nó

sử dụng băng tần lớn hơn 5MHz trong khi băng thông được sử dụng cho hệ thốngcdma2000 của 3GPP2 chỉ là 1,25MHz 3GPP2 cũng phát triển một phiên bản 5MHzcung cấp 3 sóng mang con 1,25MHz được gọi là cdma2000-3x Để phân biệt vớichuẩn cdma2000-3x 5MHz, hệ thống 1,25MHz được gọi là cdma2000-1x hay đơngiản 3G-1x

Phát hành đầu tiên của các chuẩn 3G đã không hoàn thành được hứa hẹn của nó vềtruyền dẫn dữ liệu tốc độ cao vì các tốc độ dữ liệu được hỗ trợ trong thực tế thấp hơnnhiều tốc độ được khẳng định trong các chuẩn Một nỗ lực đáng kể sau đó đã đượcthực hiện để nâng cao các hệ thống 3G trong việc cung cấp dữ liệu hiệu quả Ban đầu3GPP2 đưa ra hệ thống HRPD (dữ liệu gói tốc độ cao) đã sử dụng nhiều kỹ thuật nângcao để tối ưu cho lưu lượng dữ liệu như lập biểu độ nhạy kênh, thích ứng liên kếtnhanh và ARQ lai, v.v… Hệ thống HRPD yêu cầu một sóng mang tách biệt 1,25MHz

cdma2000-1xEVDO (chỉ phát triển dữ liệu) 3GPP đi theo một con đường tương tự vàđưa ra HSPA (truy nhập gói tốc độ cao) là sự nâng cao đối với hệ thống WCDMA.Chuẩn HSPA sử dụng lại nhiều kỹ thuật tối ưu hóa dữ liệu trong hệ thống HRPD Tuynhiên sự khác biệt so với HRPD đó là cả dữ liệu và thoại đều có thể được mang trêncùng sóng mang 5MHz trong HSPA Lưu lượng thoại và dữ liệu được ghép kênh theo

mã trên đường xuống Song song với HRPD, 3GPP2 cũng phát triển một chuẩn dữ liệuthoại chung được gọi là cdma2000-1xEVDV(phát triển dữ liệu thoại) Giống HSPA,

hệ thống cdma2000-1xEVDV hỗ trợ cả thoại và dữ liệu trên cùng một sóng mangnhưng nó đã không bao giờ được thương mại hóa Trong lần phát hành sau của HRPD,các khả năng VoIP (Thoại trên nền IP) đã được đưa ra để cung cấp cả hai dịch vụ thoại

và dữ liệu trên cùng sóng mang Hai chuẩn 3G tên HSPA và HRPD cuối cùng đã cóthể hoàn thành được hứa hẹn về 3G và đã được triển khai rộng rãi ở các thị trườngmạng tế bào chính để cung câp truy nhập dữ liệu vô tuyến

Trong thời gian các hệ thống HSPA và HRPD đang được phát triển và triển khai,IEEE 802 LMSC (Ủy ban tiêu chuẩn LAN/MAN) đã đưa ra chuẩn IEEE802.16e chotruy nhập không dây băng rộng di động Chuẩn này đã được giới thiệu như một sựnâng cao của tiêu chuẩn 802.16 trước đó cho truy nhập không dây băng rộng cố định.Chuẩn 802.16e triển khai một công nghệ truy nhập khác có tên OFDMA (đa truy nhậpphân chia theo tần số trực giao) và khẳng định cho các tốc độ dữ liệu và hiệu quả phổtốt hơn so với HSPA và HRPD Mặc dù họ các chuẩn IEEE 802.16 chính thức đượcgọi là WirelessMAN (mạng MAN không dây) trong IEEE nhưng nó lại được gán chocái tên là WiMAX (khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba) bởi một nhóm cótên là Diễn đàn WiMAX Nhiệm vụ của Diễn đàn WiMAX là xúc tiến và chứng nhậntính tương thích và khả năng phối hợp của các sản phẩm truy nhập không dây băngrộng Hệ thống WiMAX hỗ trợ tính di động như trong chuẩn IEEE 802.16e được gọi

là WiMAX Di động (Mobile WiMAX) Thêm vào các ưu điểm của công nghệ vôtuyến, Mobile Di động cũng triển khai một kiến trúc mạng đơn giản hơn dựa trên cácgiao thức IP

Việc đưa ra WiMAX Di động đã đưa cả 3GPP và 3GPP2 phát triển chính phiênbản của các hệ thống 3G+ của họ dựa trên công nghệ OFDMA và kiến trúc mạngtương tự như trong WiMAX Di động Các hệ thống vượt qua 3G trong 3GPP được gọi

là Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển (UTRA phát triển) và cũng được gọirộng rãi là LTE (Sự phát triển dài hạn) trong khi phiên bản của 3GPP2 được gọi làUMB (băng rộng siêu di động) như được mô tả trong hình 1.1 Lưu ý rằng cả ba hệthống 3G+ là Mobile WiMAX, LTE và UMB đều phù hợp các yêu cầu IMT-2000 và

do đó chúng cũng là thành phần của họ các chuẩn IMT-2000

1.2 Sự phát triển dài hạn (LTE)

Mục tiêu của LTE là cung cấp tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp và công nghệ truynhập vô tuyến tối ưu gói hỗ trợ các triển khai băng thông mềm dẻo Song song đó,kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu để hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch góivới tính di động không bị gián đoạn, chất lượng dịch vụ tốt và độ trễ tối thiểu

Các thuộc tính liên quan đến giao diện vô tuyến của hệ thống LTE được tổng kếttrong bảng 1.1 Hệ thống hỗ trợ các băng thông linh hoạt nhờ các kỹ thuật truy nhậpOFDMA và SC-FDMA Thêm vào với FDD (ghép kênh theo tần số) và TDD (ghépkênh theo thời gian), FDD bán song công được cho phép để hỗ trợ các UE chi phíthấp Không giống FDD, trong hoạt động FDD bán song công, một UE được yêu cầukhông được phát và nhận đồng thời Điều này tránh sự cần thiết một bộ ghép kênh đắttiền trong UE Hệ thống được tối ưu hóa chủ yếu cho các tốc độ thấp lên đến 15km/h.Tuy nhiên, các đặc tính kỹ thuật hệ thống cho phép hỗ trợ tính di động vượt qua350km/h với một mức suy giảm nào đó về hiệu năng Truy nhập đường lên dựa trên đatruy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA), kỹ thuật này hứa hẹntăng vùng phủ đường lên nhờ tỷ số công suất đỉnh trên trung bình thấp (PAPR) so vớiOFDMA

Hệ thống hỗ trợ các tốc độ dữ liệu đỉnh đường xuống khoảng 326Mb/s với 4 × 4MIMO (nhiều đầu vào nhiều đầu ra) trong băng thông 20MHz Vì MIMO đường lênkhông được triển khai trong xuất bản đầu tiên của chuẩn LTE, các tốc độ dữ liệu đỉnhđường lên bị giới hạn là 86Mb/s trong băng thông 20MHz Thêm vào các cải thiện tốc

độ dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE cung cấp hiệu quả phổ cao hơn gấp hai đến bốn lần sovới hệ thống HSPA xuất bản 6 Các cải thiện tương tự cũng quan sát được trong thônglượng ở biên ô trong khi duy trì các vị trí trong cùng một vùng như triển khai trongHSPA Về mặt trễ, mạng và giao diện vô tuyến LTE cung cấp các khả năng cho độ trễnhỏ hơn 10ms cho truyền dẫn một gói từ mạng đến UE

Việc thảo luận về các yêu cầu chính cho hệ thống LTE mới dẫn đến tạo nên mộthạng mục nghiên cứu chính thức trong 3GPP với mục tiêu cụ thể là phát triển côngnghệ truy nhập vô tuyến 3GPP để đảm bảo tính cạnh tranh trong khung thời gian 10năm Dưới sự bảo trợ của hạng mục nghiên cứu này, các yêu cầu cho LTE được chọnlọc và đúc kết, cuối cùng được hoàn thành vào tháng 6 năm 2005

Các yêu cầu này như sau:

 Giảm trễ, cả trong thiết lập kết nối và trễ truyền dẫn;

 Tăng tốc độ dữ liệu người sử dụng;

 Tăng tốc độ bit biên ô, cho tính thống nhất của việc cung cấp dịch vụ;

 Giảm chi phí trên bit, tức là cải thiện hiệu quả phổ tần;

 Sử dụng phổ linh hoạt hơn, cả trong những băng tần đã tồn tại và mới;

 Đơn giản hóa kiến trúc mạng;

 Tính di động liền mạch, ngay cả giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến

khác nhau;

 Công suất tiêu thụ hợp lý cho thiết bị đầu cuối

Lưu ý rằng các yêu cầu khai thác mạng cho các hệ thống di động thế hệ sau đãđược đề ra bởi liên minh các mạng di động thế hệ sau (NGMN) của các nhà khai thácmạng, như một sự tham khảo thêm vào cho sự phát triển và thẩm định thiết kế LTE.Các yêu cầu này cũng sẽ dẫn đến sự phát triển của giai đoạn tiếp theo của LTE – LTEnâng cao

1.3.1 Các yêu cầu hiệu năng hệ thống

Việc cải thiện hiệu năng hệ thống so với các hệ thống đang tồn tại là một trongnhững yêu cầu chính từ các nhà khai thác mạng, để đảm bảo tính cạnh tranh của LTE

và do đó để tăng thị hiếu thị trường Trong phần này chúng ta sẽ nêu bật lên các tham

số hiệu năng chính được dùng để xác định các yêu cầu LTE và thẩm định hiệu năngcủa nó

Bảng 1.1 tổng kết các yêu cầu hiệu năng chính theo đó phát hành đầu tiên của LTEđược thiết kế Nhiều con số được cho liên quan đến hiệu năng của hầu hết các phiênbản nâng cao sẵn có của UMTS, tại thời điểm định nghĩa các yêu cầu LTE thì đó làHSDPA/HSUPA phát hành 6 – ở đây được gọi là vạch ranh giới tham khảo Có thểnhận thấy rằng các yêu cầu mục tiêu cho LTE đã thể hiện một bước nhảy đáng kể sovới trải nghiệm người dùng và dung lượng được cung cấp bởi các hệ thống thông tin diđộng 3G đang được triển khai tại thời điểm mà LTE đang được phát triển

Bảng 1.1 Tổng kết các mục tiêu yêu cầu chính cho LTE.

Yêu cầu tuyệtđối

2 × 2 Tham khảo: HSDPAtrong FDD 5MHz, phát đơn ănten

Hiệu suất phổ tần đỉnh > 5 bit/s/Hz 3 bit/s/Hz

Hiệu suất phổ trung

bình trên ô

>1,6 – 2,1 bit/s/Hz/ô

3 – 4 × 0,53bit/s/Hz/ô

LTE: Ghép kênh không gian 2 × 2, Máy thu kết hợp loại bỏ nhiễu (IRC)

Tham khảo: HSDPA, máy thu Rake, 2 ănten thu Hiệu suất phổ tại biên ô >0,04 – 0,06

bit/s/Hz/người dùng

2-3 × 0,02 bit/s/Hz

Như trên, giả thiết 10 người dùng trên ô

Hiệu suất phổ quảng bá > 1 bit/s/Hz Không áp

n Tốc độ truyền đỉnh > 50 Mb/s 5 × 11 Mb/s LTE trong FDD 20MHz,

phát đơn ănten Tham khảo: HSUPA trong FDD 5MHz, phát đơn ănten

Hiệu suất phổ tần đỉnh > 2,5 bit/s/Hz 2 bit/s/Hz

Hiệu suất phổ trung

bình trên ô

>0,66 – 1,0 bit/s/Hz/ô

2 – 3 × 0,33bit/s/Hz/ô

LTE: phát đơn ănten, Máy thu IRC

Tham khảo: HSUPA, máy thu Rake, 2 ănten thu Hiệu suất phổ tại biên ô >0,02 – 0,03

bit/s/Hz/người dùng

2 – 3 × 0,01bit/s/Hz/

đầu từ 1,25 MHz)Khả năng VoIP Mục tiêu được ưa chuộng trong NGMN là >60 phiên/MHz/

ô

1.3.1.1 Tốc độ số liệu đỉnh và hiệu suất phổ đỉnh

LTE sẽ hỗ trợ tốc độ đỉnh tức thời tăng đáng kể Tốc độ này được định cỡ tuỳ theokích thước của phổ được ấn định

LTE sẽ đảm bảo tốc độ số liệu đỉnh tức thời đường xuống lên đến 100 Mbps và tốc

độ đỉnh đường lên 50 Mbps khi băng thông được cấp phát cực đại là 20 Mhz tươngứng với các hiệu suất phổ cực đại tương ứng là 5 bit/s/Hz và 2,5 bit/s/Hz Băng thôngLTE được cấp phát linh hoạt từ 1.4 Mhz lên đến 20 Mhz (Gấp bốn lần băng thông 3G-UMTS)

Lưu ý rằng tốc độ đỉnh có thể phụ thuộc vào số lượng anten phát và anten thu tại

UE Các mục tiêu về tốc độ số liệu đỉnh nói trên được đặc tả trong UE tham chuẩngồm: (1) khả năng đường xuống với hai anten tại UE,(2) khả năng đường lên với mộtanten tại UE Trong trường hợp phổ được dùng chung cho cả đường lên và đườngxuống, LTE không phải hỗ trợ tốc độ số liệu đỉnh đường xuống và đường lên nói trênđồng thời

1.3.1.2 Hiệu suất phổ trung bình trên ô và thông lượng ô

Hiệu năng tại mức ô là một tiêu chuẩn quan trọng, vì nó liên quan trực tiếp đến sốcác địa điểm ô mà các nhà khai thác mạng yêu cầu, và do đó liên quan đến chi phí thiếtyếu trong việc triển khai hệ thống Với LTE, nó được chọn để ấn định hiệu năng mức

ô với các mô hình lưu lượng hàng đợi đầy (tức là giả thiết rằng không bao giờ thiếu dữliệu để truyền nếu một người dùng có cơ hội truyền) và một tải hệ thống tương đốicao, thường là 10 người trên một ô

Thông lượng đường xuống trong LTE sẽ gấp ba đến bốn lần thông lượng đườngxuống trong R6 HSDPA tính trung bình trên một Mhz Cần lưu ý rằng thông lượngHSDPA trong R6 được xét cho trường hợp một anten tại nút B với tính năng tăngcường và một máy thu trong UE; trong khi đó LTE sử dụng cực đại hai anten tại nút B

và hai anten tại UE Ngoài ra cũng cần lưu ý rằng khi băng thông cấp phát tăng , thônglượng cũng phải tăng

Mặt khác thông lượng đường lên trong LTE cũng gấp hai đến ba lần thông lượngđường lên trong R6 HSUPA tính trung bình trên một Mhz Trong đó giả thiết rằng R6HSUPA sử dụng một anten phát tại UE và hai anten thu tại nút B; còn đường lên trongLTE sử dụng cực đại hai anten phát tại UE và hai anten thu tại nút B

1.3.1.3 Dung lượng thoại

Không giống lưu lượng hàng đợi đầy (như khi tải file xuống) mà đặc trưng là khảnăng chịu độ trễ và không yêu cầu một tốc độ bit đảm bảo, lưu lượng thời gian thựcnhư VoIP có các hạn chế chặt về độ trễ Việc thiết lập các yêu cầu khả năng hệ thốngcho các dịch vụ như vậy là rất quan trọng, một thử thách đặc biệt trong các hệ thốnghoàn toàn dựa trên gói giống như LTE dựa trên lập biểu thích ứng

Yêu cầu khả năng hệ thống được định nghĩa là số người dùng VoIP hài lòng, chosẵn một mô hình lưu lượng cụ thể và các hạn chế độ trễ Ở đây, một người dùng VoIPđược coi là không hài lòng nếu nhiều hơn 2% các gói VoIP không đến thành công tạiphía thu vô tuyến trong vòng 50 ms và do đó bị loại bỏ Điều này giả thiết rằng toàn bộtrễ từ đầu đến cuối (từ đầu cuối di động đến đầu cuối di động) dưới 200 ms Dunglượng hệ thống cho VoIP do đó có thể được định nghĩa là số người dùng hiện tại trên ôkhi nhiều hơn 95% người sử dụng hài lòng

Nhóm NGMN của các nhà khai thác mạng đã diễn tả một sự ưu tiên hơn cho khảnăng hỗ trợ 60 phiên VoIP hài lòng trên một MHz, tăng 2 đến 4 lần so với những gì cóthể đạt đựơc trong trường hợp phát hành 6.

1.3.1.4 Tính di động và vùng phủ ô

Hiệu năng LTE cần được tối ưu hoá cho người sử dụng di động tại các tốc độ thấp

từ 0 đến 15km/h Các người di động tại các tốc độ cao từ 15 đến 120 km/h cần đượcđảm bảo hiệu năng cao thoả mãn Cũng cần hỗ trợ di động tại các tốc độ từ 120 km/hđến 350 km/h (thậm chí đến 500 km/h phụ thuộc vào băng tần được cấp phát) Việcđảm bảo tốc độ 350kmh cần thiết để duy trì chất lượng dịch vụ chấp nhận được chocác người sử dụng cần được cung cấp dịch vụ trong các hệ thống xe lửa tốc độ cao.Trong trường hợp này cần sử dụng các giải pháp và mô hình kênh đặc biệt Khi thiếtlập các thông số lớp vật lý, LTE cần có khả năng duy trì kết nối tại tốc độ lên tới 350km/h thậm chí lên đến 500km/h phụ thuộc băng tần được cấp phát

LTE cũng cần hỗ trợ các kĩ thuật cũng như các cơ chế để tối ưu hoá trễ và mất góikhi chuyển giao trong hệ thống Các dịch vụ thời gian thực như tiếng được hỗ trợ trongmiền chuyển mạch kênh trước đây phải được E-UTRAN hỗ trợ trong miền chuyểnmạch gói với chất lượng tối thiểu phải bằng với chất lượng được hỗ trợ bởi UTRAN(chẳng hạn tốc độ bit đảm bảo) trên toàn bộ dải tốc độ Ảnh hưởng của chuyển giaotrong hệ thống lên chất lượng (thời gian ngắt) phải nhỏ hơn hay bằng chất lượng đượccung cấp trong miền chuyển mạch kênh của GERAN

LTE phải hỗ trợ linh hoạt các kịch bản phủ sóng khác nhau trong khi vẫn đảm bảocác mục tiêu đã nêu trong các phần trên với giả thiết sử dụng lại các đài trạm UTRAN

và tần số sóng mang hiện có

Thông lượng, hiệu suất sử dụng phổ tần và hỗ trợ di động nói trên phải đáp ứng các

ô có bán kính 5km và với giảm nhẹ chất lượng đối với các ô có bán kính 30km

1.3.1.5 Hiệu năng chế độ quảng bá

MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service: Dịch vụ đa phương quảng bá đaphương tiện) được đưa vào các dịch vụ của LTE Các hệ thống LTE phải đảm bảo hỗtrợ tăng cường cho MBMS LTE phải hỗ trợ các chế độ MBMS tăng cường so với hoạtđộng của UTRA Đối với trường hợp đơn phương, LTE phải có khả năng đạt được cácmục tiêu chất lượng như hệ thống các hệ thống UTRA khi làm việc trên cùng một đàitrạm

Hỗ trợ MBMS của LTE cần đảm bảo các yêu cầu sau : (1) tái sử dụng các phần tửvật lý : để giảm độ phức tạp đầu cuối, sử dụng các phương pháp đa truy nhập, mã hoá,

chế độ băng thông của UE cho các khai thác đơn phương cho MBMS, (2) thoại vàMBMS : giải pháp LTE cho MBMS phải cho phép tích hợp đồng thời và cung cấphiệu quả thoại dành riêng và các dịch vụ MBMS cho người sử dụng : (3) Khai thácMBMS đơn băng : phải hỗ trợ triển khai các sóng mang LTE mang các dịch vụMBMS trong phổ tần đơn băng.

1.3.1.6 Trễ mặt phẳng người dùng và trễ mặt phẳng điều khiển

Cần giảm đáng kể trễ mặt phẳng điều khiển (mặt phẳng C) (chẳng hạn bao gồm trễchuyển đổi từ trạng thái rỗi sang trạng thái trao đổi số liệu không kể trễ tìm gọi là100ms), (hình 1.1)

Hình 1.1 Thí dụ về chuyển đổi trạng thái trong kiến trúc E-UTRAN

LTE phải có thời gian chuyển đổi trạng thái nhỏ hơn 100ms (như trong chế độ rỗiR6) vào trạng thái tích cực (như trong R6 Ô_DCH) Nó cũng cần đảm bảo thời gianchuyển đổi nhỏ hơn 50ms từ trạng thái ngủ (như trong R6 Ô_PCH) vào trạng thái tíchcực (như trong R6 Ô_DCH)

Cần đảm bảo trễ trong mặt phẳng U nhỏ hơn 10ms Trễ mặt phẳng U được địnhnghĩa là trễ một chiều giữa một gói tại lớp IP trong UE (hoặc nút biên của UTRAN)đến lớp IP trong nút biên của UTRAN (hoặc UE) Nút biên của UTRAN là nút giaodiện UTRAN với mạng lõi Chuẩn phải đảm bảo trễ mặt phẳng U của LTE nhỏ hơn5ms (hình 1.2) trong điều kiện không tải (nghĩa là một người sử dụng với một luồng sốliệu) đối với gói nhỏ (chẳng hạn tải tin bằng không cộng với tiêu đề) Rõ ràng rằng cácchế độ ấn định băng thông của LTE có thể ảnh hưởng đáng kể lên trễ

Trạng thái tích cực (ô_DCH)

Trạng thái ngủ

(Ô_PCH)

<50ms

Trạng thái rỗi

<100ms

eNodeB : Nút B có thêm các chức năng bổ sung so với nút B của WCDMA/HSPA

Hình 1.2 Trễ mặt phẳng U

1.3.2 Chi phí triển khai và khả năng phối hợp

Bên cạnh các khía cạnh hiệu năng hệ thống, một số các cân nhắc khác cũng rấtquan trọng cho nhà khai thác mạng Đó là chi phí triển khai giảm, độ linh hoạt phổ vàkhả năng phối hợp được nâng cao với các hệ thống kế thừa – các yêu cầu quan trọng

để cho phép triển khai mạng LTE trong nhiều viễn cảnh và để tạo điều kiện thuận lợichuyển dịch sang LTE

1.3.2.1 Sự cấp phát phổ và các chế độ song công

Vì nhu cầu về phổ vô tuyến phù hợp cho thông tin di động tăng, LTE được yêu cầuphải có thể hoạt động trong một dải rộng các băng tần và kích thước các dải phổ đượccấp trong cả đường xuống và đường lên LTE có thể sử dụng các dải phổ được cấp kéodài từ 1,4 đến 20 MHz với một sóng mang đơn

Điều này theo đúng trình tự sẽ bao gồm việc triển khai LTE trong phổ tần hiệnđược chiếm bởi các công nghệ truy nhập vô tuyến cũ hơn – một hoạt động thườngđược biết đến là sự “canh tác lại dải phổ”

Khả năng hoạt động trong cả phổ tần theo cặp và không theo cặp được yêu cầu,phụ thuộc sự sẵn sàng dải phổ LTE cung cấp hỗ trợ cho FDD, TDD và hoạt độngFDD bán song công trong một thiết kế thống nhất, đảm bảo rằng một mức độ tươngđồng cao mà tạo điều kiện thuận lợi trong việc thực hiện các thiết bị đầu cuối đa chế

độ và chuyển vùng trên toàn thế giới

1.3.2.2 Phối hợp làm việc với các công nghệ truy nhập vô tuyến khác

Sự phối hợp nhịp nhàng với các công nghệ truy nhập vô tuyến khác là rất cần thiếtcho tính liên tục của dịch vụ, đặc biệt trong suốt giai đoạn dịch chuyển trong những

Mạng lõi

thời kỳ đầu triển khai LTE với vùng phủ từng phần, trong đó việc chuyển giao tới các

hệ thống kế thừa sẽ thường xuyên diễn ra

LTE dựa trên một mạng lõi gói được phát triển cho phép khả năng phối hợp vớinhiều công nghệ truy nhập khác nhau, cụ thể là các công nghệ 3GPP ban đầu(GSM/EDGE và UTRAN) cũng như các công nghệ không thuộc 3GPP (ví dụ WiFi,CDMA2000 và WiMAX)

Tuy nhiên, tính liên tục của dịch vụ và các thời gian gián đoạn ngắn có thể chỉđược đảm bảo nếu các phép đo của các tín hiệu từ các hệ thống khác và các kỹ thuậtchuyển giao nhanh được tích hợp trong thiết kế vô tuyến LTE Trong các phát hànhđầu tiên, LTE do đó sẽ hỗ trợ sự phối hợp làm việc chặt chẽ với tất cả các công nghệ3GPP truyền thống và vài công nghệ không phải của 3GPP khác như CDMA2000

1.3.2.3 Độ phức tạp thiết bị và giá thành

Một cân nhắc quan trọng cho việc triển khai mang tính cạnh tranh của LTE là sựsẵn sàng cho các thiết bị đầu cuối có chi phí thấp với thời gian sống của pin dài, cảtrong trạng thái dự phòng và hoạt động Do đó, độ phức tạp thiết bị đầu cuối thấp đãđược tính đến ở những nơi liên quan đến toàn bộ hệ thống LTE, cũng như thiết kế hệthống ở bất cứ nơi nào có thể để hỗ trợ việc tiêu thụ công suất thấp của thiết bị đầucuối

1.3.2.4 Các yêu cầu kiến trúc mạng

LTE được yêu cầu cho phép triển khai ở một mức chi phí hiệu quả bởi một kiếntrúc mạng truy nhập vô tuyến được cải thiện, bao gồm:

 Kiến trúc phẳng bao gồm chỉ một loại node, trạm gốc được biết đến

trong LTE là eNodeB;

 Các giao thức hiệu quả cho việc hỗ trợ các dịch vụ chuyển mạch gói;

 Các giao diện mở và hỗ trợ khả năng phối hợp thiết bị của nhiều nhà

cung cấp;

 Các kỹ thuật hiệu năng cao cho việc vận hành và bảo dưỡng, bao gồm

các chức năng tự tối ưu hóa;

 Hỗ trợ việc triển khai và cấu hình dễ dàng, ví dụ cho các trạm được gọi

là trạm gốc tại nhà (hay cũng được biết đến là femto-ô)

Các yêu cầu được liệt kê ở trên chỉ có thể được thực hiện nhờ các cải thiện trongcác công nghệ vô tuyến di động cơ bản Phần này sẽ trình bày khái quát ba công nghệ

cơ bản hình thành nên thiết kế giao diện vô tuyến LTE: công nghệ đa sóng mang, công

nghệ đa ănten và ứng dụng chuyển mạch gói vào giao diện vô tuyến Cuối cùng là tổngkết các kết hợp các khả năng được hỗ trợ bởi các loại đầu cuối di động LTE khácnhau.

1.4.1 Công nghệ đa sóng mang

Cách tiếp cận đa sóng mang cho đa truy nhập trong LTE là lựa chọn thiết kế chínhchủ yếu đầu tiên Sau khi thống nhất các đề xuất đầu tiên, các kỹ thuật đã đề cử chođường xuống là đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) và đa sóngmang WCDMA, trong khi các kỹ thuật đề cử cho đường lên là đa truy nhập phân chiatheo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA), OFDMA và đa sóng mang WCDMA Sự lựachọn các kỹ thuật đa truy nhập được thực hiện vào tháng 12/2005, với OFDMA đượclựa chọn cho đường xuống, và SC-FDMA cho đường lên Cả hai kỹ thuật này đưamiền tần số thành một hướng linh hoạt mới trong hệ thống, như minh họa trong hình1.3

Hình 1.3: Các công nghệ đa truy nhập LTE nhìn theo miền tần số.

OFDMA mở rộng công nghệ đa sóng mang OFDMA để cung cấp một kỹ thuật đatruy nhập rất mềm dẻo OFDMA phân chia băng thông sẵn có cho truyền dẫn tín hiệuthành rất nhiều sóng mang con băng hẹp, được sắp xếp trực giao với nhau, hoặc riêngbiệt hoặc theo nhóm, có thể mang các luồng thông tin độc lập; trong OFDMA, sự phânchia băng thông sẵn có này được khai thác trong chia sẻ các sóng mang con giữa nhiềungười sử dụng

Tính mềm dẻo này có thể được vận dụng theo nhiều cách:

 Các băng thông phổ khác nhau có thể được sử dụng mà không thay đổi

các thông số hệ thống cơ bản hay thiết kế thiết bị

 Các tài nguyên truyền dẫn của băng thông biến đổi có thể được cấp phát

cho các người dùng khác nhau và được lập biểu tùy thích trong miền tầnsố

 Việc dùng lại tần số từng phần và phối hợp nhiễu giữa các ô được tạo

điều kiện thuận lợi

Trải nghiệm mở rộng với OFDM đã được tăng lên trong những năm gần đây từ khitriển khai các hệ thống âm thanh số và quảng bá hình ảnh như DAB, DVB và DMB.Trải nghiệm này đã làm nổi bật các ưu điểm quan trọng sau của OFDM:

 Tính mạnh mẽ của các kênh vô tuyến phân tán thời gian, nhờ có sự phân

chia băng tần rộng để phát tín hiệu thành nhiều sóng mang con băng hẹp,cho phép nhiễu liên ký hiệu bị hạn chế chủ yếu trong một khoảng thờigian bảo vệ tại thời điểm bắt đầu của mỗi ký hiệu;

 Các máy thu có độ phức tạp thấp, nhờ triển khai sự cân bằng miền tần

Tuy nhiên trong đường lên, PAPR cao của OFDM khó có thể chấp nhận được đốivới máy phát của đầu cuối di động, vì cần thiết phải dàn xếp giữa công suất đầu rađược yêu cầu cho vùng phủ đầu ra tốt, công suất tiêu thụ và chi phí của bộ khuếch đạicông suất SC-FDMA cung cấp một công nghệ đa truy nhập có nhiều tương đồng vớiOFDMA cụ thể là tính linh hoạt trong miền tần số, và sự phối hợp của băng bảo vệ tạithời điểm bắt đầu mỗi ký hiệu được phát để tạo điều kiện thuận lợi cho sự cân bằngtrong miền tần số độ phức tạp thấp tại máy thu Đồng thời, SC-FDMA có PAPR thấphơn đáng kể Do đó nó giải quyết được phần nào vấn đề khó xử trong việc làm thế nàođường lên có thể tận dụng được các ưu điểm của công nghệ đa sóng mang trong khitránh được chi phí vượt trội cho máy phát thiết bị đầu cuối di động và giữ lại ở mộtmức độ hợp lý đặc điểm chung giữa các công nghệ đường lên và xuống

Như được đề cập ở trên, trong suốt những giai đoạn phát triển gần đây của LTE,giải pháp đa truy nhập dựa trên công nghệ đa sóng mang khác cũng đã được cân nhắc

tích cực đó là WCDMA đa sóng mang Công nghệ này tận dụng được ưu điểm củaviệc sử dụng lại công nghệ đang tồn tại từ các hệ thống UMTS đã được thiết lập Tuynhiên, vì hệ thống LTE dự định duy trì tính cạnh tranh trong nhiều năm trong tươnglai, các lợi ích ban đầu của việc dùng lại công nghệ từ UMTS trở lên ít thuận lợi hơntrong tương lai xa; tiếp tục theo đuổi công nghệ cũ có thể sẽ làm lỡ mất cơ hội nắm lấycác tiềm năng mới và tận dụng từ OFDM tính linh hoạt, độ phức tạp máy thu thấp vàhiệu năng cao trong các kênh phân tán thời gian.

1.4.2 Công nghệ đa ănten

Việc sử dụng công nghệ đa ănten cho phép sự khai thác miền không gian như mộtchiều mới Công nghệ này trở lên cần thiết trong việc tìm kiếm các hiệu năng phổ caohơn Với việc sử dụng nhiều ănten, hiệu năng phổ có thể đạt được về mặt lý thuyết tỷ

lệ tuyến tính số nhỏ nhất trong số các ănten phát và thu được triển khai, ít nhất là trongcác môi trường truyền dẫn vô tuyến thích hợp

Công nghệ đa ănten mở ra cánh cửa dẫn tới rất nhiều các tính năng ưu việt, nhưngkhông phải tất cả đều dễ dàng thực hiện được các hứa hẹn về mặt lý thuyết khi chúngđược thực hiện trong các hệ thống thực tế Đa ănten có thể được sử dụng theo nhiềucách, chủ yếu dựa trên ba nguyên tắc cơ bản, như được minh họa trong hình 1.4:

 Độ lợi phân tập Việc sử dụng phân tập không gian được cung cấp bởi đa

ănten để cải thiện tính mạnh mẽ của truyền dẫn chống lại fading đađường

 Độ lợi mạng ănten Sự tập trung của năng lượng vào một hoặc nhiều

hướng cho sẵn hơn thông qua tiền mã hóa hay beamforming Công nghệnày cũng cho phép nhiều người sử dụng được định vị theo các hướngkhác nhau để được phục vụ đồng thời (được gọi là MIMO nhiều ngườidùng)

 Độ lợi ghép kênh theo không gian Việc truyền dẫn nhiều luồng tín hiệu

tới một người sử dụng trên nhiều lớp không gian được tạo ra bởi các kếthợp của nhiều ănten sẵn có

(a) (b) (c)

Hình 1.4 Các lợi ích cơ bản của đa ănten: (a) độ lợi phân tập; (b) độ lợi mạng

ănten; (c) độ lợi ghép kênh không gian.

Do đó một phần lớn thời gian trong giai đoạn nghiên cứu LTE được dành riêng choviệc lựa chọn và thiết kế rất nhiều các tính năng đa ănten trong LTE Hệ thống cuốicùng bao gồm vài lựa chọn bổ sung cho phép tính thích ứng theo triển khai và các điềukiện lan truyền của những người dùng khác nhau

1.4.3 Chuyển mạch gói trong giao diện vô tuyến

Như vừa được lưu ý bên trên, LTE đã được thiết kế hoàn toàn là một hệ thống đadịch vụ theo gói, mà không cần dựa vào các giao thức hướng kết nối chuyển mạchkênh thông dụng trong các hệ thống tiền nhiệm của nó Trong LTE, triết lý này được

áp dụng xuyên suốt tất cả các lớp trong chồng giao thức

Cấp phát tài nguyên chuyển mạch kênhLập biểu thích ứng gói nhanh

Kênh vô tuyến fading

Thời gian

Hình 1.5 Lập biểu nhanh và thích ứng đường truyền

Lộ trình hướng tới lập biểu gói nhanh trên giao diện vô tuyến đã được mở ra bởiHSDPA, cho phép truyền các gói ngắn có khoảng thời gian cùng yêu cầu về độ lớnnhư thời gian nhất quán của kênh fading nhanh, được chỉ ra trong hình 1.5 Điều này

đòi hỏi một sự tối ưu chung của cấu hình lớp vật lý và quản lý tài nguyên được thựchiện bởi các giao thưcs lớp liên kết theo các điều kiện lan truyền phổ biến Lĩnh vựcnày của HSDPA liên quan đến sự móc nối chặt giữa hai lớp thấp hơn trong chồng giaothức – lớp MAC (lớp truy nhập môi trường) và lớp vật lý Trong HSDPA, sự móc nốinày đã bao gồm các đặc tính như hồi tiếp trạng thái kênh nhanh, thích ứng đườngtruyền động, lập biểu khai thác phân tập đa người dùng, và các giao thức phát lạinhanh.

Trong LTE, để cải thiện độ trễ hệ thống, khoảng thời gian của một gói giảm hơnnữa từ 2ms được sử dụng trong HSDPA xuống chỉ còn khoảng 1ms Khoảng thời giantruyền ngắn này cùng với các chiều mới là tần số và không gian, đã mở rộng hơn phạm

vi của các kỹ thuật chéo giữa các lớp để bao gồm các kỹ thuật sau trong LTE:

 Lập biểu thích ứng theo cả hai chiều tần số và không gian;

 Thích ứng của cấu hình MIMO bao gồm việc lựa chọn số lớp không gian

được phát đồng thời;

 Thích ứng đường truyền trong điều chế và tốc độ mã hóa, bao gồm số

các từ mã được phát;

 Các chế độ của báo cáo trạng thái kênh nhanh

Các mức tối ưu khác nhau này được kết hợp với báo hiệu điều khiển phức tạp, vấn

đề này đã được chứng minh là một trong những thử thách đáng kể trong việc chuyểnkhái niệm LTE thành một hệ thống thực tế

1.4.4 Các khả năng cho thiết bị người dùng

Toàn bộ hệ thống LTE được xây dựng trên cơ sở 3 công nghệ cơ bản trên, kết hợpvới một kiến trúc mạng phẳng mới Bằng cách khai thác các công nghệ này đầy đủ, tất

cả các thiết bị đầu cuối LTE hay được biết đến là thiết bị người dùng (UE) có thể đạtđược hiệu năng vượt qua các tốc độ truyền dẫn dữ liệu đỉnh và các hiệu năng phổ.Tuy nhiên, trong thực tế, việc nhận ra rằng thị trường cho các UE là lớn và phântán là rất quan trọng, và do đó cần có một yêu cầu cho LTE để hỗ trợ một dải rộng cácloại UE với các khả năng khác nhau để thỏa mãn các mảng thị trường khác nhau Nóichung, mỗi mảng thị trường gắn với các khía cạnh ưu tiên khác nhau như tốc độ dữliệu đỉnh, kích thước UE, giá cả và vòng đời của pin Có một vài cân nhắc cần phải có

sự lựa chọn như sau:

 Hỗ trợ cho các tốc độ dữ liệu cao nhất là chìa khóa thành công cho một

vài ứng dụng, nhưng nói chung yêu cầu một lượng lớn bộ nhớ để xử lý

dữ liệu, làm tăng chi phí cho UE

 Các UE mà có thể được gắn vào các thiết bị lớn như laptop thường bị

hạn chế đáng kể theo công suất tiêu thụ chấp nhận được hoặc số lượngănten có thể sử dụng; mặt khác, các mảng thị trường khác lại yêu cầu cácthiết bị cầm tay siêu mỏng do đó có ít không gian cho đa ănten hay cácpin lớn

Như vậy càng có nhiều loại UE được hỗ trợ, thì sự phù hợp giữa các khả năng của

UE và các yêu cầu của một mảng thị trường cụ thể càng gần Tuy nhiên, việc hỗ trợcho một lượng lớn các loại UE cũng có những hạn chế về mặt mào đầu báo hiệu đượcyêu cầu cho mỗi UE để thông báo cho mạng về các khả năng của nó, cũng như chi phígia tăng vì sự suy giảm hiệu quả kinh tế và tăng độ phức tạp cho kiểm tra khả năngphối hợp các cấu hình khác nhau

Hệ thống LTE do đó đã được thiết kế để hỗ trợ năm loại UE, từ các thiết bị đầucuối chi giá tương đối thấp với các khả năng tương tự với UMTS HSPA, đến các thiết

bị đầu cuối dung lượng rất cao mà khai thác công nghệ LTE tới khả năng mở rộng lớnnhất và vượt qua cả các mục tiêu tốc độ dữ liệu đỉnh

Các khả năng của năm loại này được tổng kết trong bảng 1.2

Số các luồng MIMO đường xuống

Có thể nhận thấy rằng loại UE LTE cao nhất có khả năng tốc độ dữ liệu đỉnh vượtqua các mục tiêu LTE

1.5 Kết luận

Chương này đã trình bày khái quát sự phát triển của các mạng thông tin di động từthế hệ đầu tiên cho đến các mạng 3G hiện nay đang được triển khai và sự ra đời củacác mạng vượt trên 3G trong đó có LTE Mục tiêu của LTE là cung cấp tốc độ dữ liệucao, độ trễ thấp và công nghệ truy nhập vô tuyến tối ưu gói hỗ trợ các triển khai băngthông mềm dẻo Song song đó, kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu để hỗtrợ lưu lượng chuyển mạch gói với tính di động không bị gián đoạn, chất lượng dịch

vụ tốt và độ trễ tối thiểu Chương này cũng giới thiệu tổng quan ba công nghệ tiên tiếnđược áp dụng trong LTE nhằm đạt được các yêu cầu và mục tiêu đã đặt ra trong LTE,

đó là công nghệ đa sóng mang, công nghệ đa ăng ten và ứng dụng chuyển mach góitrong giao diện vô tuyến

CHƯƠNG II ĐIỀU KHIỂN TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN

đa truy nhập, như đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chiatheo thời gian (TDMA), hoặc đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) và các kết hợpkhả thi từ đó Tương tự như vậy, đơn vị nhỏ nhất mà trong đó các tài nguyên vô tuyếnđược ấn định và được phân bố giữa các thực thể (ví dụ công suất, các khe thời gian,các băng tần/sóng mang tần số, hay các mã) cũng biến đổi phụ thuộc vào các nguyêntắc cơ bản của công nghệ đa truy nhập được dùng trên giao diện vô tuyến

Việc sắp đặt và phân bố các chức năng RRM tới các thực thể mạng khác nhau củamạng truy nhập vô tuyến (RAN), bao gồm cả phân bố chức năng giữa thiết bị đầu cuối

và mạng cũng như các giao thức và giao diện giữa các thực thể khác nhau góp phầntạo nên kiến trúc RAN

Trong LTE, giao diện vô tuyến dựa trên kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần sốtrực giao (OFDM) Trong thực tế, OFDM được dùng như một kỹ thuật điều chế vàcũng là một kỹ thuật đa truy nhập Do đó, nhiều chức năng RRM có thể thu được từcác đặc trưng của điều chế OFDM

2.1.1 Kiến trúc LTE

Trước hết phần này trình bày các xu hướng chung trong sự phát triển công nghệ vôtuyến đây chính là các yếu tố đưa đến nhiều thay đổi kiến trúc trong các hệ thống tếbào ngày nay Thử thách quan trọng nhất trong bất kỳ hệ thống vô tuyến nào đó làchống lại các điều kiện đường truyền vô tuyến thay đổi ngẫu nhiên bằng cách thíchứng các thông số thu phát với các điều kiện đường truyền thực tế (thường được gọi làtrạng thái kênh) Máy phát càng có thể theo được các dao động của chất lượng đường

truyền vô tuyến và phát thích ứng theo đó (điều chế và mã hóa, cấp phát công suất, lậpbiểu) thì nó càng có thể sử dụng dung lượng kênh vô tuyến tốt hơn Chất lượng đườngtruyền vô tuyến có thể thay đổi nhanh với các biến đổi lớn chủ yếu là do các dao độngfading nhanh trên đường truyền vô tuyến, mặc dù các yếu tố khác như tính di động vàcác dao động nhiễu cũng góp phần vào đó Vì vậy, các chức năng quản lý tài nguyên

vô tuyến phải hoạt động trên một thang thời gian phù hợp với thang thời gian của cácdao động đường truyền vô tuyến Các yêu cầu LTE về các tốc độ dữ liệu (đỉnh vàtrung bình) cao, độ trễ thấp và hiệu năng phổ cao đạt được một phần vì các chức năngđiều khiển tài nguyên vô tuyến được cấp phát gần với giao diện vô tuyến ở đó nhữngthông tin chất lượng đường truyền vô tuyến tức thời như vậy sẵn sàng

Bên cạnh chất lượng đường truyền vô tuyến thay đổi nhanh, bản chất cụm đặctrưng của lưu lượng dữ liệu gói đặt thêm thử thách cho ấn định tài nguyên vô tuyến vàyêu cầu phải cấp phát tài nguyên nhanh và động, cân nhắc đến không chỉ chất lượngđường truyền vô tuyến tức thời mà còn các gói đến tức thời Do đó, một xu hướng phổbiến của các hệ thống tế bào đó là các chức năng và các giao thức đặc trưng vô tuyếnđược kết cuối ở trạm gốc Do đó, mạng truy nhập vô tuyến đưa ra một kiến trúc phântán mà không có tính năng điều khiển tài nguyên vô tuyến trung tâm

Kiến trúc LTE thường được gọi là kiến trúc 2 node vì về logic, chỉ hai node liênquan – trên các tuyến đường mặt phẳng người sử dụng và điều khiển – giữa thiết bịngười dùng và mạng lõi Hai node này một là trạm gốc được gọi là eNodeB và hai làgateway phục vụ (S-GW) trong mặt phẳng người sử dụng và thực thể quản lý tính diđộng (MME) trong mặt phẳng điều khiển MME và GW thuộc về mạng lõi, được gọi

là lõi gói phát triển (EPC) trong thuật ngữ 3GPP GW thực hiện các chức năng xử lýchung tương tự các chức năng của router, bao gồm lọc gói và phân loại MME kết cuốicác giao thức được gọi là báo hiệu các lớp không truy nhập với thiết bị người dùng(UE) và duy trì thuộc tính UE, bao gồm các kênh truyền tải được thiết lập, thuộc tính

an toàn và định vị UE Để cung cấp các dịch vụ được yêu cầu tới UE, MME sẽ bảoeNodeB yêu cầu các tài nguyên cho UE Tuy nhiên, lưu ý rằng các tài nguyên vô tuyếnđược sở hữu và điều khiển chỉ bởi eNodeB và MME không có quyền điều khiển trêncác tài nguyên vô tuyến eNodeB

Hình 2.1 Kiến trúc RAN LTE trong 3GPP

Kiến trúc LTE được mô tả trong hình 2.1, chỉ ra các chồng giao thức mặt phẳngđiều khiển và mặt phẳng người sử dụng giữa UE và mạng Như thấy được trên hình,các giao thức đặc trưng đường truyền vô tuyến bao gồm các giao thức điều khiển liênkết vô tuyến (RLC), điều khiển truy nhập môi trường (MAC) được kết cuối ở eNodeB.Lớp giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP) chịu trách nhiệm cho việc nén tiêu đề và mật

mã hóa cũng nằm ở eNodeB Trong mặt phẳng điều khiển, eNodeB sử dụng giao thứcđiều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) để thực hiện điều khiển tài nguyên vô tuyếnthời gian lâu hơn hướng tới UE Ví dụ, việc thiết lập các kênh truyền tải vô tuyến vớicác đặc tính chất lượng dịch vụ (QoS) nhất định, điều khiển các phép đo UE hay điềukhiển chuyển giao được hỗ trợ bởi RRC Các phép điều khiển tài nguyên vô tuyếnthang thời gian ngắn khác hướng tới UE được thực hiện thông qua lớp MAC hay báohiệu điều khiển lớp vật lý (ví dụ báo hiệu của các tài nguyên được ấn định và các địnhdạng truyền tải thông qua các kênh điều khiển lớp vật lý)

Các dịch vụ được cung cấp tới UE theo các kênh truyền tải hệ thống gói phát triển(EPS) Các gói thuộc cùng kênh truyền tải nhận được cùng cách xử lý từ đầu cuối đếnđầu cuối trong mạng Một tập hữu hạn các đặc tính QoS có thể – hay nói cách khác,các đặc tính xử lý gói – được định nghĩa và được nhận dạng bởi các nhãn Một nhãnnhận dạng một tập nhất định các đặc tính xử lý gói (tức là các ảnh hưởng lập biểu, cáccấu hình giao thức vô tuyến như chế độ xác nhận hoặc không xác nhận RLC, các

thông số yêu cầu phát lại tự động lai ghép HARQ v.v…) Mỗi kênh truyền tải EPSđược kết hợp với một lớp QoS cụ thể (tức là với một nhãn QoS cụ thể) Có hai loạikênh truyền tải chủ yếu: Các kênh truyền tải tốc độ bit được đảm bảo (GBR) và khôngđảm bảo (non-GBR) Đối với các kênh truyền tải GBR, mạng đảm bảo một tốc độ bitnào đó luôn sẵn sàng cho kênh truyền tải tại bất kỳ thời gian nào Các kênh truyền tải

cả GBR và non-GBR được mô tả cụ thể hơn bởi một tốc độ bit lớn nhất (MBR), điềunày hạn chế tốc độ lớn nhất mà mạng sẽ cung cấp đối với kênh truyền tải cho sẵn.Các kênh truyền tải EPS đầu cuối tới đầu cuối có thể được phân nhỏ hơn thành mộtkênh truyên tải vô tuyến và một kênh truyền tải truy nhập Kênh truyền tải vô tuyếngiữa UE và eNodeB, và kênh truyền tải truy nhập giữa eNodeB và GW Kênh truyềntải truy nhập xác định QoS mà các gói nhận trên mạng truyền tải; kênh truyền tải vôtuyến xác định các xử lý QoS trên giao diện vô tuyến

2.1.2 Khái niệm về tài nguyên vô tuyến trong LTE

Giao diện vô tuyến của LTE dựa trên công nghệ OFDM, trong đó tài nguyên vôtuyến xuất hiện như một kênh chia sẻ chung, được chia sẻ bởi tất cả các người dùngtrong ô Bộ lập biểu, được đặt ở eNodeB, điều khiển ấn định các khối thời gian tần sốcho các UE trong ô theo cách trực giao cho nên tránh được nhiễu liên ô giữa hai ô.Mặc dù vậy, một trường hợp ngoại lệ đó là ghép kênh phân chia theo không gian đangười dùng, cũng được gọi là MIMO đa người dùng (nhiều đầu vào, nhiều đầu ra), khinhiều UE với các kênh được phân tách theo không gian trên đường lên của LTE Chứcnăng bộ lập biểu là cần thiết cho cả đường lên (UL) và đường xuống (DL) cho nên nó

có thể tương thích với các chế độ song công miền tần số (FDD) và song công miềnthời gian (TDD)

7 ký hiệu (một khe = 0,5 ms)

Hình 2.2 Hình kẻ ô tài nguyên đường lên/đường xuống

Hình 2.2 chỉ ra đường kẻ ô tài nguyên của các kênh chia sẻ đường lên và đườngxuống Đơn vị nhỏ nhất trong đường kẻ ô tài nguyên là phần tử tài nguyên (RE) tươngứng với một sóng mang con trong suốt khoảng thời gian một ký hiệu Các phần tử tàinguyên này được tổ chức trong các khối lớn hơn theo thời gian và tần số, trong đó bảytrong số các khoảng thời gian ký hiệu này tạo thành một khe có chiều dài 0,5 ms và 12sóng mang con trong suốt một khe được gọi là một khối tài nguyên (RB) Hai khe thờigian kề nhau được gọi là một khung con và 10 khung con như vậy tạo thành 1 khung

có chiều dài 10 ms Bộ lập biểu có thể ấn định các khối tài nguyên chỉ theo từng cặphai RB liên tiếp (trong cùng thời gian); tức là đơn vị tài nguyên nhỏ nhất mà có thểđược ấn định là hai RB

Tuy nhiên, có một sự khác biệt quan trọng giữa các ấn định khả thi trên các kênhchia sẻ UL và DL Vì trong UL, điều chế sử dụng FDMA đơn sóng mang (SC-FDMA), việc cấp phát các RB cho mỗi UE phải trên hai RB liên tiếp theo tần số Điềuchế SC-FDMA về cơ bản ứng với một tín hiệu OFDM được tiền mã hóa biến đổiFourier rời rạc (DFT), trong đó các ký hiệu điều chế được ánh xạ tới các sóng mangOFDM liên tiếp Động lực chính cho việc dùng kỹ thuật SC-FDMA trong UL là để đạtđược các tỷ số công suất đỉnh trên trung bình tốt hơn

Vì lớp vật lý LTE được xác định nó hỗ trợ nhiều kỹ thuật đa ăng ten MIMO nhưphân tập phát và ghép kênh theo không gian, không gian ảo của các tài nguyên vôtuyến được mở rộng với một chiều thứ ba tương ứng với cổng ăng ten, kết hợp với cácmiền thời gian và tần số Điều này về bản chất có nghĩa là hình kẻ ô tài nguyên thờigian tần số sẵn sàng trên mỗi cổng ăng ten Trong đường xuống, hệ thống hỗ trợ phát

đa ăng ten lên đến 4 ăng ten phát Ở đường lên, phát đa luồng không được hỗ trợ từcùng UE, nhưng phát MIMO đa người dùng là có thể

Như vậy, chúng ta có thể xác định phần tử tài nguyên trìu tượng trong LTE là bộ ba[thời gian, tần số, cổng ăng ten] Do đó, vấn đề cấp phát tài nguyên vô tuyến chungtrong LTE có thể được công thức hóa như là tìm một cách cấp phát tối ưu các đơn vịtài nguyên [thời gian, tần số, cổng ăng ten] tới các UE để các yêu cầu QoS của cáckênh truyền tải vô tuyến đựơc thỏa mãn trong khi tối thiểu việc dùng các tài nguyên vôtuyến Một chức năng liên quan gần gũi với việc cấp phát tài nguyên đó là thích ứngđường truyền (LA), chức năng này lựa chọn định dạng truyền tải – tức là, kỹ thuật điềuchế và mã hóa (MCS) – và cấp phát công suất tới tài nguyên [thời gian, tần số, cổngăng ten] được ấn định Đầu tiên, bộ lập biểu trong eNodeB thực hiện chức năng ấnđịnh tài nguyên trước đó, mặc dù cấu hình ăng ten có thể thấy là một chức năng phầnnào tách biệt so với hoạt động lập biểu chung Bộ lập biểu lựa chọn tài nguyên thờigian – tần số để ấn định tới UE cụ thể dựa trên các điều kiện kênh và các yêu cầu QoScủa UE đó Sau đó chức năng LA lựa chọn MCS và cấp phát công suất cho các tàinguyên thời gian – tần số được lựa chọn Cấu hình ăng ten như chế độ MIMO và các

thông số tương ứng của nó (ví dụ ma trận tiền mã hóa) có thể được điều khiển về cơbản tách biệt với các ấn định thời gian – tần số, mặc dù hai hoạt động này không hoàntoàn độc lập.

2.1.3 Tổng quan về các giải thuật điều khiển tài nguyên vô tuyến trong LTE

Hình 2.3 chỉ ra một cái nhìn tổng quan về chồng giao thức mặt phẳng điều khiển

và mặt phẳng người sử dụng tại eNodeB, cũng như ánh xạ tương ứng các giải thuậtchính liên quan đến RRM theo các lớp khác nhau Họ các giải thuật RRM tại eNodeBkhai thác các chức năng khác nhau từ lớp 1 đến lớp 3 được minh họa trong hình 2.3.Các chức năng RRM tại lớp 3, như quản lý QoS, điều khiển thu nạp, và lập biểu bánliên tục được đặc tả như các kỹ thuật gần động, vì chúng chủ yếu được thực hiện trongquá trình thiết lập các luồng dữ liệu mới Các thuật toán RRM tại lớp 1 và lớp 2, nhưquản lý yêu cầu phát lại tự động lai ghép (HARQ), lập biểu gói động, và thích ứngđường truyền là các chức năng mang tính động cao với các hoạt động mới được kiểmsoát mỗi khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) là 1ms Các chức năng RRM này do đóđược đặc tả là các kỹ thuật mang tính động nhanh

Hình 2.3 Khái quát kiến trúc giao thức mặt phẳng điều khiẻn và mặt phẳng người

sử dụng, và ánh xạ các chức năng RRM chủ yếu tới các lớp khác nhau.

PHY = Lớp vật lý; MAC = Điều khiển truy nhập môi trường; RLC = Điều khiểnliên kết vô tuyến; PDCP = Giao thức hội tụ dữ liệu gói; PDCCH = Kênh điều khiểnđường xuống vật lý

Quản lý chỉ số chất lượng kênh (CQI) tại lớp 1 xử lý các báo cáo CQI nhận được(đường xuống) và các tín hiệu tham chiếu thăm dò (SRS) (đường lên) từ những người

sử dụng đang hoạt động trong ô Mỗi báo cáo CQI nhận được và SRS được sử dụngbởi eNodeB cho các quyết định lập biểu và cho mục đích thích ứng đường truyềntrong đường xuống và đường lên Chương này trình bày các chức năng RRM lớp 1 vàlớp 3, các chức năng lớp 2 được trình bày trong chương 3

3GPP định rõ báo hiệu liên quan đến RRM nhưng các giải thuật RRM trong mạngkhông được xác định trong 3GPP – các giải thuật này có thể phụ thuộc vào các nhàcung cấp và các nhà khai thác.

2.2 Điều khiển thu nạp và các thông số QoS

Giải thuật điều khiển thu nạp của eNodeB quyết định liệu các yêu cầu các kênhtruyền tải mới trong ô nên được chấp nhận hay bác bỏ Điều khiển thu nạp (AC) tínhđến cả trạng thái tài nguyên trong ô, các yêu cầu QoS cho kênh truyền tải EPS mới,cũng như các mức ưu tiên, và QoS được cung cấp hiện tại cho các phiên tích cực trong

ô Một yêu cầu mới chỉ được chấp nhận nếu nó được đánh giá là có thể thực hiện QoScho kênh truyền tải EPS mới, trong khi vẫn có thể cung cấp dịch vụ chấp nhận đượccho các phiên đang trong quá trình xử lý trong ô mà có cùng độ ưu tiên hoặc độ ưu tiêncao hơn Do đó, giải thuật điều khiển thu nạp chỉ hướng đến việc nhận các kênh truyềntải EPS mới tới mức mà bộ lập biểu gói trong ô có thể hội tụ về một giải pháp khả thitrong đó các yêu cầu QoS đã hứa hẹn được thực hiện cho ít nhất tất cả các kênh truyềntải với độ ưu tiên cao Các nguyên tắc quyết định chính xác và các giải thuật cho điềukhiển thu nạp là các đặc trưng riêng của các nhà cung cấp eNodeB mà không đượcđịnh rõ trong 3GPP

Mỗi kênh truyền tải LTE EPS có một tập các thông số QoS kết hợp cũng giống nhưcác mạng vô tuyến GERAN và UTRAN Tất cả các gói trong kênh truyền tải có cùngcách xử lý QoS Các thông số QoS có thể biến đổi động cho các kênh truyền tải đangtồn tại Cũng có thể kích hoạt kênh truyền tải song song khác để cho phép các đặctrưng QoS khác nhau đồng thời cho các dịch vụ khác nhau Kênh truyền tải mới có thểđược khởi đầu bởi UE hoặc bởi mạng gói lõi

Đặc trưng QoS cho kênh truyền tải EPS bao gồm các thông số liên quan sau:

 Độ ưu tiên duy trì cấp phát (ARP)

 Tốc độ bit được bảo đảm đường lên và xuống (GBR)

 Nhận dạng lớp QoS (QCI)

Thông số GBR chỉ được đặc tả cho các kênh truyền tải GBR EPS Đối với cáckênh truyền tải non-GBR , một MBR tập hợp được đặc tả Thông số ARP, là một sốnguyên trong dải 1–16, chủ yếu ưu tiên khi quản lý các quyết định điều khiển thu nạp.QCI là một con trỏ tới một tập các thành phần QoS chi tiết hơn QCI bao gồm cácthông số như quỹ trễ gói lớp 2, tốc độ mất gói và độ ưu tiên lập biểu Các thông số này

có thể được sử dụng bởi eNodeB để cấu hình điểm hoạt động ARQ ở phía ngoài chogiao thức RLC, và quỹ trễ gói lớp 2 được sử dụng bởi bộ lập biểu eNodeB, tức là dành

ưu tiên các hàng đợi nào đó để hoàn thành các mục tiêu độ trễ gói hàng đầu nào đó

Các chi tiết kỹ thuật 3GPP định nghĩa một bảng ánh xạ cho 9 QCI khác nhau vàcác dịch vụ điển hình của chúng (bảng 2.1) Các giá trị QCI thêm nữa có thể được địnhnghĩa sau, phụ thuộc vào nhu cầu và các dịch vụ mới.

Một thông số QoS thêm vào được gọi là tốc độ bit được ưu tiên (PBR) được đặc tảcho đường lên trên một kênh truyền tải PBR được giới thiệu để tránh vấn đề gọi làthiếu lập biểu đường lên mà có thể xảy ra đối với các UE có đa kênh truyền tải Do đómột chức năng điều khiển tốc độ đường lên đơn giản trên một kênh truyền tải đượcđưa ra để chia sẻ các nguồn tài nguyên đường lên giữa các kênh truyền tải vô tuyến.RRC điều khiển chức năng điều chỉnh tốc độ đường lên bằng cách cho mỗi kênhtruyền tải một độ ưu tiên và một PBR PBR không nhất thiết phải liên quan đến thông

số GBR được báo hiệu qua S1 tới eNodeB, tức là một PBR cũng có thể được xác địnhcho các kênh truyền tải non-GBR Chức năng điều khiển tốc độ đường lên đảm bảorằng các UE đáp ứng các kênh truyền tải vô tuyến của nó theo thứ tự sau:

 Tất cả các kênh truyền tải vô tuyến (RB) khi giảm độ ưu tiên yêu cầu tăngPBR của chúng;

 Tất cả các kênh truyền tải vô tuyến khi giảm độ ưu tiên yêu cầu các nguồntài nguyên còn lại

Khi PBR được thiết lập bằng 0 cho tất cả các RB, bước đầu tiên được bỏ qua vàcác kênh truyền tải vô tuyến được đáp ứng theo thứ tự ưu tiên nghiêm ngặt

Bảng 2.1 Các đặc tính QCI cho đặc trưng QoS kênh truyền tải EPS

tiên

Quỹ trễ góimức 2

Tốc độ mấtgói mức 2

Các dịch vụ ví dụ

email,

Khái niệm QoS trong LTE đã được đơn giản hóa hơn so với WCDMA/HSPA trong

đó trên 10 thông số QoS khác nhau được báo hiệu trên giao diện Iu LTE cũng chophép một mạng được kích hoạt kênh truyền tải GBR mà không cần ứng dụng đầu cuối

để khởi tạo yêu cầu Tuy nhiên, cũng có nhiều yêu cầu hơn cho QoS được thực hiện tốt

trong LTE vì các kết nối chuyển mạch kênh là không thể và thoại được mang quaVoIP.

2.3 Sự phối hợp nhiễu liên ô

Phối hợp nhiễu liên ô có nhiệm vụ sắp xếp các tài nguyên vô tuyến (đặc biệt là cáckhối tài nguyên vô tuyến) để kiểm soát nhiễu liên ô ICIC vốn là một chức năng RRM

đa ô cần được tính đến trong trạng thái sử dụng tài nguyên và tình trạng tải lưu lượngcủa đa ô

Tái sử dụng - 1 Đụng độ Nhiễu

T ầ n s ố

Thời gian Thời gian

Về nguyên tắc, sự phối hợp cấp phát RB giữa các ô có thể được thực hiện trongmiền thời gian hoặc trong miền tần số Vì một sự phối hợp miền thời gian được thựchiện trên thang thời gian lập biểu (1 ms) sẽ là bất khả thi vì độ trễ và tải báo hiệu đượcphát trên giao diện X2 (trong khi sự phối hợp trong miền thời gian trong một thangthời gian dài hơn sẽ ngụ ý là tăng các độ trễ giao diện vô tuyến và sử dụng không đúngmức các tài nguyên ô), cho nên cách tiếp cận chính được thông qua cho ICIC trongLTE là sự phối hợp miền tần số

Trước khi thảo luận chi tiết về việc làm thế nào để tránh các đụng độ khối tàinguyên và để hiểu tốt hơn về các độ lợi được mong đợi của thuật toán ICIC, phần này

sẽ trình bày ảnh hưởng của các đụng độ có khả năng xảy ra Trình tự mà một cuộcđụng độ xảy ra có thể là như sau:

 Một RB mang ít bit dữ liệu người dùng hơn vì thích ứng đường truyền cầnlựa chọn mức điều chế thấp hơn hoặc tốc độ mã hóa thấp hơn để bù SINRthấp hơn

 Số RB có thể được cấp phát tới UE trong một khung con ít hơn vì giới hạncông suất UE (cũng như dẫn đến mức tiêu thụ công suất cao hơn ở UE)

 Có thể cần nhiều phát lại HARQ hơn để chuyển dữ liệu thành công

Nếu một đụng độ xảy ra, bộ lập biểu sẽ cần ấn định nhiều tài nguyên (RB) hơn tới

UE để bù vào những mất mát trong các bit được mang vì bất kỳ hệ quả nào trước đó(tức là, ít bit hơn trên mỗi RB, phát lại nhiều hơn v.v…) Điều này có nghĩa là trongtrường hợp không có ICIC nhiều tài nguyên hơn (và có lẽ thời gian dài hơn) sẽ đượcdùng để mang cùng số bit trong trường hợp có ICIC Một nhận xét quan trọng là sựkhác biệt trong số lượng RB được dùng để mang lượng dữ liệu nhất định sẽ khôngnhất thiết xuất hiện trong phép đo hiệu năng điển hình nhất - đo thông lượng ngườidùng Liệu các đụng độ có tác động lên thông lượng hay không theo một nghĩa rộngphụ thuộc vào loại mô hình lưu lượng

Mô hình lưu lượng có thể phân chia thành bộ đệm đầy và không đầy trong đó mỗiloại lại có thể được phân loại tiếp thành mô hình bị hạn chế tốc độ đỉnh và không hạnchế tốc độ đỉnh Giả định bộ đệm đầy có nghĩa là một lượng dữ liệu không hạn chếđang chờ phát (tức là, về cơ bản một nguồn lưu lượng có thể dùng toàn bộ băng thôngtrong mỗi khung con trừ khi công suất sẵn có hạn chế số các RB có thể được ấn định).Trong trường hợp bộ đệm không đầy, giả thiết rằng nguồn lưu lượng phát ra mộtlượng hữu hạn dữ liệu theo các cụm với các khoảng thời gian đến liên nhau, trong đó

có một khoảng thời gian rỗi giữa thời gian dịch vụ của hai cụm liền nhau (tức là không

có tải liên tục trong hệ thống) Giới hạn tốc độ số liệu đỉnh có nghĩa là có một giới hạntrên cho số bit lớn nhất (hay số các RB) mà được ấn định cho việc phát trong mộtkhoảng thời gian cho sẵn đối với UE cụ thể Trong trường hợp đơn giản nhất, giới hạntốc độ đỉnh có thể được phiên dịch trên thang thời gian khung con, đặt ra một giới hạntrên số các RB lớn nhất có thể được ấn định cho UE trong một khung con Bên dướiđây sẽ chỉ ra kết quả các viễn cảnh bộ đệm đầy – hạn chế tốc độ đỉnh và bộ đệm khôngđầy – không hạn chế tốc độ đỉnh