Scheduler và thích ứng đường truyền trong thông tin di động LTE

Có một vài nguyên nhân gây lên sự thay đổi này, phading chon lọc tần số dẫn đến các thay đổi nhanh và ngẫu nhiên đối với suy hao đườngtruyền, phading che tối và tôn hao đường truyền phụ

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÙI' ANtu ANG

SCHEDULING VÀ THỊ+ * UNG DUONG TRUYEN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

Mã số: 60.52.02.08

TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI -2014

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYEN PHAM ANH DUNG

Phản biện 1: TS Dư Đình Viên

Phản biện 2: TS Đỗ Quốc Trinh

Luận văn sẽ được bả vệ trước i đông châm luận văn

thạc sĩ tại Học việ: Cong thé Bưu ctunh Viễn thông.

Vào lúc: 145 2) ngày 9 ‘ng 8 năm 2014

Có thê tìm hic uận văn tại:

- Thư viện cu Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn

thông

MO DAU.

Một trong những đặc tính quan trong của thông tin vô tuyến di

động là sự thay đổi nhanh và lớn của các điều kiện kênh tức thời Có

một vài nguyên nhân gây lên sự thay đổi này, phading chon lọc tần số

dẫn đến các thay đổi nhanh và ngẫu nhiên đối với suy hao đườngtruyền, phading che tối và tôn hao đường truyền phụ thuộc khoảngcách cũng ảnh hưởng đáng ké lên cường độ tín hiệu, nhiễu tai máy

thu do truyền dẫn từ các ô khác nhau và các đầu cuối di động cũngảnh hưởng lên nhiễu Lập biểu và tương thích đường truyền trong

thông tin di động giải quết các vấn dé chia sẻ tài nguyên vô tuyến

giữa các người sử dụng khác nhau trong hệ thống dé đạt được hiệuxuât sử dung tài nguyên là cao nhất, tức là © im lượng tài nguyên chomột người vì đó cho phép nhiều ngườ :ử dụng hơn trong một hệ

thông mà vẫn dam bảo yêu cau chat! yng ‘ch vụ LTE (Long TermEvolution) là một hệ thống tiếp th¬ của 3G v ` mục đích nhằm nângcao tốc độ dữ liệu, chất lượng ”`zh v, OOS (Quai - of Service), giảmgiá thành cho người sử dụn và khai ti > với hệ thống 3G hiện nay,trong luận văn này tập tr ug u xh bảy về q 2n lý tai nguyên vô tuyến

RRM(Radio Resource Managei +f), đặc tính PC(Power Control), thích ứng băng th ag + “B (Adapv 2 Transmission Bandwidth) va

lập lịch gói tin” -(Packe: ;cheduler).

Nội dung luật, 4° Jao gồm:

Chương I:Tổng -át về scheduling và thích ứng đường truyềnđối với LTE

Chương 2:Quản lý nguồn vô tuyến đường lên trong LTEChương 3:Lập biéu đường xuống động, thích ứng đường truyền

và HARQ đường xuống

Trong quá trình làm luận văn, do gặp nhiều khó khăn và hạn chế

về mặt kiến thức nên không tránh khỏi thiếu sót Em xin chân thành

cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Phạm Anh Dũng

-người đã giúp em hoàn thành luận văn này.

CHUONG 1 TONG QUAT VE SCHEDULING VA THICH

UNG DUONG TRUYEN DOI VOI LTE

1.1 Mở đầu

Theo thống kê số lượng thuê bao đi động tới đầu năm 2014 đãvượt qua mức 6,5 tỷ thuê bao Điện thoại di động từ một thiết bị khanhiếm đã trở thành một thiết bị không thể thiếu trong cuộc sống hàng

ngày của chúng ta và có một vai trò quan trọng trong đời sống xã hộingày nay Với sự phát triển của thiết bị đi động, dich vu internet va

lượng lớn thông tin đã chuyền từ dich vụ âm thanh sang loại hình

dịch vu đữ liệu Hơn nữa điểm đặc biệt của di động và Internet trênthế giới đưa đến một quan niệm về dịch vụ mà quan trọng nhất là đặcquyên của người sử dụng thiết bị di động

Hệ thống di động đầu tiên trên th“ vidi là hệ thống 1G (FirstGeneration) sử dung kỹ thuật truyền an ti *iệu tương tự, truyền tảichủ yếu là tín hiệu thoại thông qu kênh vô tu, sn Hệ thống này kéodai trong những năm 1970-1° 0, a ¬ đặc biệt à băng thông hẹptrên cơ sở của băng thông * -yén dẫn ¡ thống di động 1G sử dụngtính năng thích ứng due g tru *n LA (Lin Adaptation) cơ bản như

là sơ đồ giải điều chả eô định, a “1 chỉnh công suất vòng mé, Da

truy nhập là cơ s® ua ki VA (Freq acy Division Multiple Access),

ở đây người di 3 sử d ug những băng tần truyền dẫn khác nhau,

truyền dẫn băng th >” ep với tốc tương thích đường truyền 2kpbs

Hệ thống 2G(Sec 2d Generation) được biết đến như là một hệthống thông tin toàn câu như là GSM, IS-54, IS-95, mở ra một kynguyên của thông tin số GSM là chuẩn được sử dụng nhiều nhấttrong toàn bộ tiêu chuẩn về di động không dây GSM sử dụng kết

phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số và thời gian (FDMA:

Frequency Division Multiple Access: Đa truy nhập phan chia theo tần số và TDMA: Time Division Multiple Access: Đa truy nhập phân

chia theo thời gian) dé dé dang cho đa truy nhập Các khung thời gian

trong kỹ thuật TDMA là không được phủ nhau giữa các người sử

dụng Phát triển của thích ứng đường truyền LA, GSM là sử dụng kỹ

thuật mã hóa kênh truyền, nó được kết với mã nguồn dé cải thiện lưu

lượng cell Trong hệ thống GSM sử dụng phương pháp chuyên mạchkênh, sử dụng băng thông hẹp trong truyền dẫn thông tin độ rộng

băng thông 200Khz Hệ thống 2G được đưa ra vào những năm

1980-1990.

Đặc trưng của mạng vô tuyến đa truy nhập phân chia theo mã

băng rộng WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)

được đưa ra bằng 3GPP(3TM Generation Partnership Project: dự án đối

tác thế hệ thứ 3) Hệ thống WCDMA được đưa ra vào năm 2002 và

nó được xếp vào hệ thông băng rộng với băng thông khoảng 5Mhz,

tốc độ dữ liệu là 2Mb/s, 384Mb/s, 144Mb/s WCDMA sử dụng kỹthuật tương thích truyền dẫn như mã hóa kênh truyền, thay đổi độrộng trải phố, điều khiển công suất vòng lặp kín Đưa chuyển mạchgói(Packet Switched) PS vào trong WCDMA là để hỗ trợ trong quátrình chuyển mạch gói Chức năng của PS“ acket Switched) là phânphối mã và nguồn công suất giữa dic’ vụ chuyển mạch kênh và

chuyền mạch gói

WCDMA cải tiến được đưa rˆ bằng phưc + pháp truy nhập gói

tốc độ cao HSPA(Hight-Spee” Pac + Acess: t y nhập gói tốc độ

cao), nó được biết tới như rm + hệ thống 5G và bao gồm HSDPA và

HSUPA(Hight- Speed D wm * Packet Av ess: truy nhập gói đường

xuống tốc độ cao va Hight Speec ˆ!plink Packet Acess: truy nhập góiđường lên tốc độ =2) 1 2 độ dit li, cao nhất của HSDPA có thé có

được 10Mbps, ong khi 16 tốc độ dữ liệu HSUPA mong muốn đạtđược trong khoản, 3 Mbps Thích ứng đường truyền LA đã được

nâng cao lên nhờ c thiện chức năng hỗ trợ như AMC (Adaptive

Modulation and Coding điều chế và mã hóa kênh thích ứng) và

HARQ( Hibrd Automatic Repeat Request) Lap lịch gói tin PS(Packet Scheluing) có một vai trò quan trọng trong HSPA, nó

không thể thiếu được trên kênh truyền vô tuyến và các trạm cơ sở

Nó có thể hoạt động với tốc độ cao, việc lựa chọn lập lịch đườngxuống HSDPA có thể chỉ trong 2ms Lập lịch gói tín PS và thích ứngđường truyền LA không thể thiếu được trong trạm BTS cơ sở, nó cóảnh hưởng rat lớn tới việc phân bồ tài nguyên vô tuyến

duy trì sự hoạt động tính cạnh ‘ram °GPP trons, ơng lai, cần thiết

đưa ra một tiêu chí nghiên - ¿u mới dụ trên cơ sở 3G và HSPA và

được phát triển thành E-' 1k “Evolved >iversal Terrestiral RadioAccess:truy nhập vô tuyến ma đất toàn cầu phát triển ) va E-

UTRAN(Evolved” uve al Terrest >| Radio Access Network: mạng

truy nhập vô tư :n mặt ‹ t toàn cầu phát triển) Mục đích trong tiêu

chí nghiên cứu là “a một giải pháp lâu dài cho thông tin di động.

Hệ thống di độn ` TE (Long Term Evolution: tiến hóa dai hạn)(

bao gồm E-UTRA và L JTRAN) Mục đích của LTE nâng cao tốc

độ dữ liệu, 100Mbps đối với đường lên và 50 Mbps đối với đườngxuống, nâng cao công xuất và vùng phủ sóng của hệ thống, giảm giá

thành hoạt động, hỗ trợ nhiều anten, nâng cao hiệu quả truyền dẫn

gói đữ liệu, băng thông làm việc linh hoạt LTE được biết đến như

một hệ thống 3.9G, nó chỉ hỗ trợ truyền dẫn gói dữ liệu Trong LTEyêu cầu chức năng thích ứng đường truyền LA và lập lịch gói tin PS

cao hơn so với HSPA Trong luận văn này tập trung nghiên cứu lập

lịch gói tin PS và thích ứng đường truyền LA trong thông tin di động

LTE.

1.2 Tổng quát về UTRAN LTE

1.2.1 Giới thiệu về UTRAN LTE

UTRAN LTE (Universal Terrestrial Radio Access Network Long

Term Evolution: mang truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển

) đã được bắt đầu phát triển từ 3GPP với mục đích nâng cao công

nghệ dé có thé cạnh tranh lâu dai hơn trong tương lai bằng việc đápứng nhu cầu dịch vụ ngày càng tăng và giảm giá thành hơn so với

HSPA So với HSPA số lượng nút giữa dao diện không gian và

đường mạng sẽ giảm đi và giảm thời gian thiết lập cuộc gọi Điểm

đặc biệt trong LTE là băng thông rộng và độ rộng băng thông đượclinh hoạt, tại cùng một thời điểm có thể hộ trợ nhiều băng truyền dẫn

khác nhau Tiêu chí trong LTE có những đ:ˆ.n chính sau

e Tốc độ dữ liệu cao nhất đối vé :ờng xuống là 100Mbps va

50 Mbps đối với đường lên ( sang t `ng là 20Mhz)

e Nang cao lưu lượng ngu dùng tăng “4n từ 2-3 lần trong

đường lên và 3-4 1* đối : đường xuống , thông qua

HSDPA —R6

e Nang cao tốc Gy độ LG biên cac cell lên 2 — 3 lần, ma

không thay Zˆˆ “hoảng các

e Giảm đê ¿:ễ điề: khiển và giảm độ trễ người sử dụng ( trễ

khoảng us )

e Có thể mở +g băng thông lên tới 20Mhz, hoạt động băng

thông linh hoa: '.25,2.5, 5, 10, 15 và 20Mhz

e Tang cường hỗ trợ cho dich vụ đầu cuối QoS

e Cai thiện hỗ trợ cho tính di động, thiết bị đầu cuối di chuyển

với vận tốc lên tới 350 km/h hoặc 500 km/h vẫn có thé được

hỗ trợ phụ thuộc vào băng tần

e - Giảm giá thành cho quá trình vận hành và người sử dụng

Trong LTE hỗ trợ chuyển mạch gói, do đó mục tiêu đưa ra ở đây là

tối ưu hóa gói đữ liệu cơ sở trên hệ thống truy nhập vô tuyến với tốc

độ dữ liệu cao và độ trễ thấp Ví dụ dich vụ truyền hình quảng bá HD

(HDVT: Hight Definition Television), nhu cầu xem phim, choi

game, và VoIP(Voice Over Internet Protocol: truyền giọng nói qua

giao thức IP).

1.2.2 Giao diện vô tuyến trong LTE

1.2.2.1 Kỹ thuật truyền dẫn đường xuống OFDM1.2.2.2 Sơ đồ truy nhập đường lên SC-FDMA

1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE

1.3 Khái quát về lập lịch gói tin và thích ứng đường truyền

1.4 Kết Luận

Trong phan này chúng ta đã giới thiệu tổng quát về LTE, nó được nâng cấp từ công nghệ 3GPP với mục đích đề có thêcanh tranh với các công nghệ khác về đường dài Số lượng nút và

UTRAN-tuyến đường truyền được giảm đi, cũng như đồng thời giảm được

thời gian thiết lập cuộc gọi

Trình bày giao diện vô tuyến trong ' E là công nghệ OFDM là

sử dụng các sóng vô tuyên có độ lớ: oa - nhau song song và trựcgiao với nhau Trong trường hop tery nhập da +iền tần số sóng mangtín hiệu(SC-FDMA) đã lựa cho» chu ~uyén dẫn “dng lên

Lập lịch gói tin đang @ yc nghie ¬ứu tìm hiểu cho truy nhập

phan chia theo mã CDM’ vc ho HSPA “ong LTE đưa ra lựa trọn

truyền dan dir liệu, lập lịch gói sử dụng mã khóa trong toàn bộ hệ

thống Điểm quan“ yu; "1a lập lịc: 61 tin trong LTE là lựa chọn kỹ thuật lập lịch g“ an car cung cap dịch vu mà tổn tại trong độ rộng

tốc độ dit liệu, do 4 wv’ dộ tin cậy thiết bị

CHUONG 2 QUAN L “NGUỎN VÔ TUYẾN DUONG LÊN

TRONG LTE

2.1 Mở đầu

Trong chương này sẽ trình tổng quát về kiến trúc LTE và đặc tính

đường lên trong RRM( radio resource managements:quan lý tài

nguyên vô tuyén).Trong phan này ta tìm hiểu về các van dé sau: thiếtlập thông số QoS, khái quát về kênh vật lý và kênh truyền dẫn, đặctính RRM, nhận biết về kênh truyền và chất lượng kênh truyền,HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest), mô tả khái quát về đặctính LA(Link Adaption:thích ứng đường truyền)

2.2 Tóm tắt QoS và thông số liên quan

2.3 Kênh truyền tải và kênh vật lý, tương tác giao thức eNodeB

và UE

Hình 2.2 minh họa tương tác giữa các lớp giao thức của eNodeB

và UE Trong đó tập trung lên lớp PHY (Physical: vật lý) và MAC

(Medium Access Control: điều khiến truy nhập môi trường) trong

ngăn xếp giao thức mặt phăng người sử dụng của E-UTRAN Lớp

PHY thực hiện các chức năng chính sau:

Mã hóa/giải mã FEC (Forward Error Correction: hiệu chỉnh

lỗi trước) Dé đảm bao tính bền vững đối với kênh phadinh

bằng cách thực hiện mã hoá kênh trên cơ sở đưa thêm các bit

dư dé sửa lỗi Mã hóa kênh số liệ" „ược thực hiện trên cơ sở

mã hóa turbo trong phát hanh 1" `AN R6

Mã hóa/giải phát hiện lỗi cựa tre kỹ thuật CRC (Cyclic

Redundance Check:kiém t vòng dư)

Hỗ trợ HARQ với kế“ .ợp me

Điều chế và giải @ ¬hế

Hình 2.2: Tương tác giữa các lớp giao thức của eNodeB va UE

(tập trung lên các lớp PHY và MAC)

Khung 10 ms (10 khe 1ms, 10 khung con 1ms, 20 khe 0,55)

Khung con (TTI= 1ms)

Lớp con RLC (Radio Link Control âu khiến liên kết vô tuyến)

trong L2 thực hiện phân đoạn và tai’ yp ca DU (Packet Data Unit:

đơn vị số liệu gói) cho lớp cao he citing như, 4t lại dé cải thiện độ

tin cậy liên kết vô tuyến (tron“ ché ¿2ó công m,n) Lớp con MACtrong L2 chịu trách nhiệm< 9 biểu gói, ` A (Link Adaptation: thíchứng đường truyền và H* Q | “brid Auto atic Repeat Request: yêucau phat lai tự động)

BCH (Broade 3t Ch ›nel: kênh ,uảng bá), DL-SCH (Downlink

Shared Channc kênh ¢’ a sẻ đường xuống, PCH (Paging Channel:

kênh tìm gọn) và “© 1 (Multicast Channel: kênh đa phương) Các

kênh vật lý bao gồm *DSCH (Physical Downlink Shared Channel:kênh chia sẻ đường x.óng vật lý), PBCH (Physical Broadcast

Channel: kênh quảng bá vật lý), PMCH (Physical Multicast Channel:

kênh đa phương vat lý), PCFICH (Physical Control Format Indicator

Channel: kênh chi thị khuôn dang điều khiển vat lý), PDCCH(Physical Downlink Control Channel: kênh đều khiển đường xuống

vật lý, PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ vat lý.

BCH PCH 1MCH DL-SCH Cac kénh truyen tai

| đường xudng

Cac kénh vật ly

Th Ả® Ả"_ẲÄ&Ắ&Ắ MS đường ie oly

PECH PMCH PDSCH POCCH PCFICH FHICH

Hình 2.4:Chuyén đổi giữa các kênh truyền tải đường xuống va

các kênh vật

lý đường xuống

just RACH y SA «(ac kénh truyền tải

đường lên

mm xem Tam Qe chênh

PUSCH PRACH P!.cH đường lên

Hình 2.5:Chuyền đổi ø`.a “e kênh tru 4n tải đường lên và các

kê vat ly đườn, “én UL-SCH; UV unk Sk ced Channel: kênh chia sẻ đường lên) va

RACH (Rando ecess Channel:kénh truy nhập ngẫu

nhién).PUSCH (Phy ¬al Uplink Shared Channel:kénh chia sẻ đường

lên vật ly), PUCCH ( xssical Uplink Control Channel: kênh điêu

khiên đường lên vật lý) và PRACH (Physical Radom Access

Channel: kênh truy nhập ngâu nhiên vật lý) Chuyên đôi giữa các

kênh truyén tải và các kênh vật lý được trình bày trên hình 2.5.

2.4 Lập lịch gói tin

2.5 HARQ đường lên

2.6 Điều khiển AC(Admission Control)

2.7 Thích ứng đường truyền đường lên

2.7.1 Mở đầu

2.7.2 Thích ứng điều chế và mã(AMC)

Thích ứng đường truyên vòng ngoài OLLA

Như đã nói ở trên, AMC có hai nhiệm vụ chính: (1) cung cấp liênkết giữa bộ lập biểu gói và bộ quản lý thông tin trạng thái kênh, (2)chọn lựa MCS phù hợp nhất cho truyền dẫn trên băng được lên được

chọn bởi bộ lập biểu gói Dé thực hiện các nhiệm vụ này, chức năng

AMC cần chuyên thông tin trạng thái kênh thành SINR hay MSC

Mục đích chính của OLLA là bù trừ các sai lỗi hệ thống trong thông

tin trạng thái kênh tại đầu ra của bộ quản lý thông tin trạng thái kênh

để bộ lập biểu gói và AMC có thể làm việc đúng

Cơ chế thích ứng đường truyền dựa trên AMC có thê bị các sai lỗi

khác nhau như:

e Sai lỗi khi kết hợp với lập biểu nhận thức kênh do xu hướng

lập biểu lên các PRB có các sai lỗi “ ; dương

e Sai lỗi do dựa khác nhau giữa -c lần đo CSI (SINR được

ước tinh dựa trên docttong y Sk ` Và các SINR thực tế

trên kênh số liệu Lý do se !ỗi như sau

- Sai lỗi do CSI

- Cachtinh© tvà SINR ác nhau

e_ Mật độ phố cér , sua ‘PSD: Pow Spectral Density) khác

nhau được sử 4ung cho S._ŠS và cho truyền dẫn PUSCH)

e Mức nhjiỄễ trun, bình trê ›.nh thăm dò và kênh PUSCH

khác ni ¬

Đề duy trì BLL > «1 lần phát đầu gần nhất với BLER đích, cần có

một giải thuật dịch (a + chỉnh) các kế quả do CSI như trên hình 2 8đối với người sử dung 1 và băng thông BW Giá trị dich O(i) đượcđiều chỉnh theo quy tắc giống như điều khiển công suất vòng ngoài

trong WCDMA.

1 Nếu lần truyền thứ nhất trên kênh PUSCH được thu đúng,

O(i) được giảm một lượng O, = S.BLER,.

2 Nếu một lần truyền thứ nhất trên PUSCH bi thu sai, O(i)

tăng lên một lượng O, =S.d—BLER, ).

Trong đó S là kích thước và BLERT là BLER mà giải thuật sẽ hội tụ

đến néu O(i) thỏa mãn điều kiện On SOW SỞ v

Tương tác OLLA va AMC được trình bay trên hình 2.9.

Hình 2.9 Tương “cø: 7» OLLA v AMC

OLLA: Outer loop link ad? son: BLE Block Error Rate: tỷ lệ lỗi

khối, CRC: cyclic redv san check: 1 Am tra vong du, AMC:

Adaption modulation and codin, - điều chế và mã hóa kênh thích

ung.CSI: channel “.ate formation "hông tin trang thái kênh, SRS:

Sounding Refe nce sig al: tín hiệu tham chuẩn thăm dò, MCS:

modulation and cx “ir, scheme: sơ đồ điều chế và mã hóa, i: truyền

dẫn i, bw: băng thôn, ¬ho truyền dẫn i

Bảng 1.1 Liệt kê các gi tri được thiết lập cho cácthông số OLLA

Thông số Giá trị

BLER+ 30%

Kích thước bước (S) 0.5dB