KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE

Nhu cầu sử dụng hệ thống thông tin di động ngày càng gia tăng, tức là nhu cầu chiếm dụng tài nguyên vô tuyến gia tăng. Hay nói cách khác tồn tại mâu thuẫn lớn giữa nhu cầu chiếm dụng tài nguyên và tài nguyên vốn có của thông tin vô tuyến. Nội dung đề tài gồm TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA 3G VÀ LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 4G CÁC CÔNG NGHỆ THEN CHỐT CỦA MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ SAU KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Sinh viên thực hiện : Hà Việt Dũng

I TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA 3G VÀ

• Đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến là tài nguyên hạn chế, chất lượng phụ thuộc nhiều vào môi trường: địa hình, thời tiết… dẫn đến làm hạn chế triển khai đáp ứng nhu cầu cho xã hội của các nhà công nghiệp và dịch vụ viễn thông.

Cơ sở thực tiễn

 Mạng thông tin di động từ khi ra đời đã trải qua nhiều thế hệ và mạng 3G đang được sử dụng rộng rãi hiện nay với các giải pháp kĩ thuật TDMA, FDMA, SDMA,

CDMA Song chưa thể tối ưu hóa phổ tần

 Vì lý do như vậy đồ án đã chọn nghiên cứu kiến trúc

giao diện vô tuyến LTE (Mạng di động tiền 4G) sử dụng OFDM của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển có thể đáp ứng nhu cầu thực tiễn của người sử dụng trong tương lai gần

I.TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA 3G VÀ LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 4G

 Giới thiệu:

3GPP là tổ chức quốc tế chịu trách nhiệm cho việc

phát triển các tiêu chuẩn được phát hành của UMTS

UTRA (WCDMA và TD-SDMA) Quá trình nghiên cứu

phát triển UMTS 3G và tiến dần lên 4G là đưa ra công

nghệ HSPA và LTE cho phần vô tuyến và SAE cho phần mạng

(R4) 03/01

Phát hành 5 (R5)

03/02

Phát hành 6

(R6) 12/04

Phát hành 7 (R7)

09/06

 TSG SA : Nghiên cứu kiến trúc mạng

Tốc độ số liệu 100Mbps cho vùng rộng, 1Gbps cho vùng hẹp Kết nối mạng Hoàn toàn IP

Thông tin Rộng khắp, di động, liên tục

Trễ kết nối Thấp hơn 5ms

Trễ truyền dẫn Thấp hơn 5ms

Giá thành trên một bít 1/10-1/100 thấp hơn 3G

Giá thành cơ sở hạ tầng Thấp hơn 3G (Khoảng 1/10)

Avd 4G

IMT-GSM Cdma One

Wifi/IEEE 802.11

Wimax/IEEE 802.16e

<10kbps <200kbps 300kbps-10Mbps <100Mbps 100Mbps-1Gbps

LTE

1985 1995 2000 2005 2010 2015 t

AMPS TACS

II Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau

 DFTS-OFDM một dạng cải tiến của OFDM được sử

dụng cho truyền dẫn đường lên LTE

Tóm tắt nguyên lý OFDM

 Truyền dẫn OFDM là một kiểu truyền dẫn đa

sóng mang Một số đặc trưng quan trọng của OFDM:

 Sử dụng nhiều sóng mang băng hẹp Chẳng hạn với

băng thông 20Mhz OFDM có thể sử dụng vài trăm sóng mang con truyền qua cùng một kết nối vô tuyến

 Các sóng mang con trực giao với nhau vì thế các sóng mang con của OFDM được đặt gần nhau hơn

Sơ đồ khối phát thu của hệ thống OFDM

1 1

0 , , , −

c

N

a a

Biến đổi D/A r(t)

a

1 1

a

n

r

Khối thu

Mã hóa kênh và phân tập tần số bằng OFDM

 Trong mã hóa kênh mỗi bit thông tin được truyền phân

tán trên nhiều bit mã Nếu sau đó các bít này thông qua

các kí hiệu điều chế được sắp xếp lên các sóng mang

con và được phân bố hợp lí trên toàn bộ băng thông

truyền dẫn của tín hiệu OFDM, thì mỗi bit thông tin sẽ

Điều chế OFDM

Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập

 OFDM được sử dụng làm sơ đồ ghép kênh và đa truy

nhập cho đường xuống và đường lên, trong khoảng thời gian một kí hiệu OFDM toàn bộ sóng mang con khả

dụng được chia thành các tập sóng mang con khác

nhau và gán cho các người sử dụng khác nhau để

truyền đến và từ các đầu cuối khác nhau

 Trong truyền dẫn đường lên, do khoảng cách từ các đầu cuối di động đến trạm gốc là khác nhau do đó phải đồng chỉnh thời gian để có thể đảm bảo tính trực giao giữa

các sóng mang và hạn chế nhiễu

Phát quảng bá/ đa phương trong nhiều ô và OFDM

 Các dịch vụ quảng bá/ đa phương trong hệ thống thông tin di động cho phép cung cấp đồng thời thông tin cho nhiều đầu cuối di động Các dịch vụ này thường được trải rộng trên vùng rộng lớn chứa nhiều ô

Tổng quan SC-FDMA

 Mặc dù OFDM có ưu điểm lớn nhưng nhược điểm của

nó là PAPR rất lớn vì thế để khắc phục nhược điểm này 3GPP đã sử dụng DFTS-OFDM được gọi là SC-FDMA, khác với OFDM thì SC-FDMA các kí hiệu được phát đi lần lượt chứ không song song do đó giảm đáng kể sự thăng giáng của đường bao tín hiệu của dạng sóng phát

 SC-FDMA sử dụng hai cách phân lô các sóng mang con giữa các máy đầu cuối:

SC-FDMA khoanh vùng (LFDMA), mỗi đầu cuối

sử dụng một tập sóng mang con liền kề để phát kí hiệu

DFT (M)

IFFT (N)

DFT

0 0 0

0

III Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE

 Mục tiêu thiết kế LTE:

Kiến trúc giao thức LTE

• Cấu trúc giao thức LTE liên quan đến truyền dẫn đường lên cũng giống như cấu trúc đường xuống mặc dù chỉ có một số khác biệt liên quan đến chọn khuôn dạng truyền tải và truyền dẫn đa anten

Nén tiêu đề Mật mã

Giải sắp xếp tài nguyên và anten

Các kênh Truyền tải

Điều khiển liên kết vô tuyến RLC

• LTE RLC chịu trách nhiệm phân đoạn các gói IP được

nén tiêu đề để nhận được các RLC SDU sau đó được

chia thành các đơn vị nhỏ hơn là các RLC PDU

RLC SDU RLC SDU RLC SDU RLC SDU

RLC PDU

Các kênh logic

 MAC cung cấp dịch vụ cho RLC trong dạng các kênh

logic Kênh logic được định nghĩa bởi kiểu thông tin nó

mang sử dụng để truyền dẫn thông tin điều khiển và cấu hình cần thiết để vận hành hệ thống LTE

 Kênh điều khiển quảng bá (BCCH)

 Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH)

 Kênh điều khiển riêng (DCCH)

 Kênh điều khiển đa phương(MCCH)

 Kênh lưu lượng riêng (DTCH)

 Kênh lưu lượng đa phương (MTCH)

Kênh truyền tải

 Kênh truyền tải được định nghĩa bởi cách thức và các

đặc tính mà thông tin được phát trên giao diện vô tuyến

 Kênh quảng bá (BCH)

 Kênh tìm gọi (PCH)

 Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH)

 Kênh đa phương (MCH)

 Kênh chia sẻ đường lên (UL-SCH)

Các kênh

Logic

Các kênh

Truyền tải

Sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải

Lập biểu đường xuống và đường lên

 Một trong những nguyên lí cơ bản của truy nhập vô

tuyến LTE là truyền dẫn kênh chia sẻ trên DL-SCH và

UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian-tần số được chia

sẻ động giữa các người sử dụng trên cả đường lên và đường xuống/

Bộ đệm Bộ đệm Ghép kênh Điều chế, mã hóa

Lớp vật lý

• Chịu trách nhiệm mã hóa, xử lý HARQ, điều chế, xử lý

đa anten và sắp xếp tín hiệu đến các tài nguyên thời

Giải sắp xếp tài nguyên

Ấn định anten

Ấn định tài nguyên

Một (hoặc hai) khối truyền tải Kích thước động trên một TTI

MAC PHY

MAC PHY

Kiểm tra CRC

Giải mã

Giải điều chế

Giải sắp xếp tài nguyên

Giải sắp xếp tài nguyên

Sắp xếp tài nguyên

Ấn định tài nguyên

Một khối truyền tải Kích thước động trên một TTI

MAC PHY

MAC PHY

Kết luận

 Như vậy qua đề tài này em đã nghiên cứu tổng quan về

sự phát triển của 4G, kĩ thuật OFDM được sử dụng

nhằm có thể tối ưu hóa phổ tần cho đường lên và

đường xuống

 Xét kiến trúc phân lớp tổng quát của giao diện vô tuyến

LTE Cấu trúc cụ thể của các lớp kiến trúc này như: cấu trúc và xử lý lớp điều khiển liên kết vô tuyến (RLC), cấu trúc và xử lý lớp điều khiển truy nhập môi trường, cấu trúc và xử lý lớp vật lý