Nghiên cứu công nghệ thông tin LTE và SAE trong hệ thống thông tin di động 4G

100 439 0
Nghiên cứu công nghệ thông tin LTE và SAE trong hệ thống thông tin di động 4G

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ngµy nay, cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt ngµnh c«ng nghiÖp truyÒn th«ng còng ph¸t triÓn nh­ vò b•o. C«ng nghÖ kh«ng d©y ®• dÇn dÇn ®­îc ph¸t triÓn vµ trë thµnh chiÕn l­îc cña c«ng nghÖ truyÒn th«ng trong t­¬ng lai. Qua mét thêi gian ph¸t triÓn vµ øng dông trong thùc tÕ m¹ng kh«ng d©y ®• ph¸t triÓn rÊt nhanh vµ thu ®­îc rÊt nhiÒu thµnh qu¶, ®ãng gãp to lín cho sù ph¸t triÓn chung cña ngµnh th«ng tin liªn l¹c. §iÓn h×nh lµ c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng. Tuy lµ hÖ thèng ra ®êi muén trong lÞch sù ngµnh th«ng liªn l¹c, nh­ng hÖ thèng th«ng tin di ®éng l¹i cã tèc ®é ph¸t triÓn nhanh nhÊt cïng víi rÊt nhiÒu sù c¶i tiÕn vÒ mÆt kü thuËt còng nh­ cÊu tróc cña hÖ thèng. C¸c hÖ thèng di ®éng hiÖn nay ®• ®­îc ph¸t triÓn tõ nh÷ng hÖ thèng analog 1G, 2G vµ hiÖn nay lµ 3G. Ch­a dõng l¹i ë ®ã, viÖc nghiªn cøu ®ang ®­îc tiÕp tôc ®Ó h­íng tíi c¸c thÕ hÖ m¹ng di ®éng cao h¬n nh­ 4G vµ 5G. Th«ng tin di déng ngµy nay kh«ng ®¬n thuÇn chØ phôc vô cho liªn l¹c tho¹i mµ cßn rÊt nhiÒu øng dông liªn quan ®Õn thu ph¸t d÷ liÖu tèc ®é cao (multimedia, transfer file, email, chat, video), nh»m phôc vô nhu cÇu di chuyÓn ngµy cµng nhiÒu h¬n cña con ng­êi, phôc vô cho nhu cÇu gi¶i trÝ, lµm viÖc, häc tËp. ViÖc ®ã ®ßi hái hÖ thèng di ®éng cÇn ®­îc n©ng cÊp ®Ó cã thÓ ®¸p øng ®­îc nhu cÇu ngµy cµng cao nh­ng vÉn cã thÓ tËn dông ®­îc h¹ tÇng vèn cã tõ c¸c hÖ thèng ®i tr­íc. HiÖn t¹i c¸c hÖ thèng di ®éng còng ®• cung cÊp c¸c dÞch vô liªn quan ®Õn d÷ liÖu, tuy nhiªn vÉn kh«ng thÓ cung cÊp c¸c dÞch vô nh­ TV, video. Thªm vµo ®ã lµ sù ra ®êi cña WiMAX, ®ang g©y søc Ðp lín lªn c¸c hÖ thèng di ®éng 3,5G bëi lÏ WiMAX ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu ®Ò ra cña hÖ thèng di ®éng 4G. §iÒu ®¸ng nãi ë ®©y lµ WiMAX ®­îc xem nh­ lµ sù më réng cña m¹ng Wifi trong ph¹m vi réng. §Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò trªn 3GPP ®• ®­a ra tiªu chuÈn 3GPP LTE, c«ng nghÖ m¹ng di ®éng 4G cã thÓ ph¸t triÓn lªn tõ h¹ tÇng m¹ng UMTS(3G) hoÆc HsxPA(3,5G). Tr­íc sù ra ®êi cña WiMAX IEEE 802.16e, 3GPP buéc ph¶i ph¸t triÓn 3G LTE ®Ó cã thÓ ®øng v÷ng trªn thÞ tr­êng di ®éng. Bªn c¹nh ®ã, ngoµi viÖc ph¸t triÓn ®Ó LTE cã thÓ trë thµnh c«ng nghÖ di ®éng hµng ®Çu, chiÕm thÞ phÇn lín, 3GPP ®ång thêi còng nghiªn cøu c¸c kü thuËt ®­îc øng dông trong m¹ng lâi cña hÖ thèng nh»m ®¶m b¶o ®­îc sù ph¸t triÓn hµi hßa cña cµ m¹ng lâi vµ m¹ng v« tuyÕn. M¹ng lâi cã c¸c chøc n¨ng riªng biÖt vµ kh«ng kÐm phÇn quan träng so víi m¹ng v« tuyÕn. M¹ng lâi cña hÖ thèng LTE ®­îc ph¸t triÓn trªn nguyªn t¾c míi kh«ng tËn dông ®­îc kiÕn tróc cña hÖ thèng m¹ng lâi tõ c¸c thÕ hÖ di ®éng tr­íc ®©y do 3GPP ph¸t triÓn. §Ó hiÓu râ h¬n vÒ hÖ thèng LTE còng nh­ hÖ thèng m¹ng lâi SAE, chóng ta ®i vµo nghiªn cøu qua 4 ch­¬ng cña néi dung ®å ¸n: NGHI£N CøU C¤NG NGHÖ LTE Vµ SAE TRONG HÖ THèNG TH¤NG TIN DI §éNg 4g Ch­¬ng 1: Tæng quan vÒ LTE vµ SAE. Ch­¬ng 2: C¸c kü thuËt sö dông trong LTE. Ch­¬ng 3: Líp vËt lý LTE. Ch­¬ng 4: SAE. Trong quá trình thực hiện do khả năng và thời gian còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi xin chân thành cảm ơn Thượng tá, Ts.Mai Thanh Hải đã trực tiếp hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành đồ án này.

1 MỞ ĐẦU Ngµy nay, cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt ngµnh c«ng nghiÖp truyÒn th«ng còng ph¸t triÓn nh vò b·o. C«ng nghÖ kh«ng d©y ®· dÇn dÇn ®îc ph¸t triÓn vµ trë thµnh chiÕn lîc cña c«ng nghÖ truyÒn th«ng trong t¬ng lai. Qua mét thêi gian ph¸t triÓn vµ øng dông trong thùc tÕ m¹ng kh«ng d©y ®· ph¸t triÓn rÊt nhanh vµ thu ®îc rÊt nhiÒu thµnh qu¶, ®ãng gãp to lín cho sù ph¸t triÓn chung cña ngµnh th«ng tin liªn l¹c. §iÓn h×nh lµ c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng. Tuy lµ hÖ thèng ra ®êi muén trong lÞch sù ngµnh th«ng liªn l¹c, nhng hÖ thèng th«ng tin di ®éng l¹i cã tèc ®é ph¸t triÓn nhanh nhÊt cïng víi rÊt nhiÒu sù c¶i tiÕn vÒ mÆt kü thuËt còng nh cÊu tróc cña hÖ thèng. C¸c hÖ thèng di ®éng hiÖn nay ®· ®îc ph¸t triÓn tõ nh÷ng hÖ thèng analog 1G, 2G vµ hiÖn nay lµ 3G. Cha dõng l¹i ë ®ã, viÖc nghiªn cøu ®ang ®îc tiÕp tôc ®Ó híng tíi c¸c thÕ hÖ m¹ng di ®éng cao h¬n nh 4G vµ 5G. Th«ng tin di déng ngµy nay kh«ng ®¬n thuÇn chØ phôc vô cho liªn l¹c tho¹i mµ cßn rÊt nhiÒu øng dông liªn quan ®Õn thu ph¸t d÷ liÖu tèc ®é cao (multimedia, transfer file, email, chat, video), nh»m phôc vô nhu cÇu di chuyÓn ngµy cµng nhiÒu h¬n cña con ngêi, phôc vô cho nhu cÇu gi¶i trÝ, lµm viÖc, häc tËp. ViÖc ®ã ®ßi hái hÖ thèng di ®éng cÇn ®îc n©ng cÊp ®Ó cã thÓ ®¸p øng ®îc nhu cÇu ngµy cµng cao nhng vÉn cã thÓ tËn dông ®îc h¹ tÇng vèn cã tõ c¸c hÖ thèng ®i tríc. HiÖn t¹i c¸c hÖ thèng di ®éng còng ®· cung cÊp c¸c dÞch vô liªn quan ®Õn d÷ liÖu, tuy nhiªn vÉn kh«ng thÓ cung cÊp c¸c dÞch vô nh TV, video. Thªm vµo ®ã lµ sù ra ®êi cña WiMAX, ®ang g©y søc Ðp lín lªn c¸c hÖ thèng di ®éng 3,5G bëi lÏ WiMAX ®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu ®Ò ra cña hÖ thèng di ®éng 4G. §iÒu ®¸ng nãi ë ®©y lµ WiMAX ®îc xem nh lµ sù më réng cña m¹ng Wifi trong ph¹m vi réng. §Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò trªn 3GPP ®· ®a ra tiªu chuÈn 3GPP LTE, c«ng nghÖ m¹ng di ®éng 4G cã thÓ ph¸t triÓn lªn tõ h¹ tÇng m¹ng UMTS(3G) hoÆc HsxPA(3,5G). Tríc sù ra ®êi cña WiMAX IEEE 802.16e, 3GPP buéc ph¶i ph¸t triÓn 3G LTE ®Ó cã thÓ ®øng v÷ng trªn thÞ trêng di ®éng. Bªn c¹nh ®ã, ngoµi viÖc ph¸t triÓn ®Ó LTE cã thÓ trë thµnh c«ng nghÖ di ®éng hµng ®Çu, chiÕm thÞ phÇn lín, 3GPP ®ång thêi còng nghiªn cøu c¸c kü thuËt ®îc øng dông trong m¹ng lâi cña hÖ thèng nh»m ®¶m b¶o ®îc sù ph¸t triÓn hµi hßa cña cµ m¹ng lâi vµ m¹ng v« tuyÕn. M¹ng lâi cã c¸c chøc n¨ng riªng biÖt vµ kh«ng kÐm phÇn quan träng so víi m¹ng v« tuyÕn. M¹ng lâi cña hÖ thèng LTE ®îc ph¸t triÓn trªn nguyªn t¾c míi kh«ng tËn dông ®îc kiÕn tróc 2 cña hÖ thèng m¹ng lâi tõ c¸c thÕ hÖ di ®éng tríc ®©y do 3GPP ph¸t triÓn. §Ó hiÓu râ h¬n vÒ hÖ thèng LTE còng nh hÖ thèng m¹ng lâi SAE, chóng ta ®i vµo nghiªn cøu qua 4 ch¬ng cña néi dung ®å ¸n: NGHI£N CøU C¤NG NGHÖ LTE Vµ SAE TRONG HÖ THèNG TH¤NG TIN DI §éNg 4g Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ LTE vµ SAE. Ch¬ng 2: C¸c kü thuËt sö dông trong LTE. Ch¬ng 3: Líp vËt lý LTE. Ch¬ng 4: SAE. Trong quá trình thực hiện do khả năng và thời gian còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi xin chân thành cảm ơn Thượng tá, Ts.Mai Thanh Hải đã trực tiếp hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành đồ án này. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LTE VÀ SAE 1.1. Các yêu cầu chung đối với hệ thống LTE (Long term evolution). 1.1.1. Các mục tiêu thiết kế Các yêu cầu đối với LTE đã được phân chia thành 7 lĩnh vực khác nhau: 3 - Khả năng. - Hiệu suất hệ thống. - Các khía cạnh liên quan đến sự triển khai. - Cấu trúc và sự di chuyển. - Sự quản lý tài nguyên vô tuyến. - Mức độ phức tạp. - Các khía cạnh chung. 1.1.2. Khả năng Các mục tiêu yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh đường xuống và đường lên tương ứng là 100Mbit/s và 50 Mbit/s khi hoạt động trong sự phân chia phổ 20MHz. Đối với các sự phân chia phổ hẹp hơn, các tốc độ dữ liệu được thay theo tỷ lệ. Do đó, các yêu cầu này có thể được diễn tả bằng 5 bit/s/Hz đối với đường xuống và 2.5 bit/s/Hz đối với đường lên. LTE hỗ trợ hoạt động theo cả FDD lẫn TDD. Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, sự truyền theo đường lên và theo đường xuống không thể xảy ra cùng một lúc. Do đó, yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh không thể được thoả mãn đồng thời. Mặt khác, đối với FDD thì các đặc điểm kỹ thuật LTE cho phép sự thu và phát đồng thời tại các tốc độ dữ liệu đỉnh đã xác định ở trên. Các yêu cầu về độ trễ được tách thành các yêu cầu mặt phẳng điều khiển (control-plane) và các yêu cầu mặt phẳng sử dụng(user-plane). Các yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển xử lý độ trễ để nó chuyển tiếp từ các trạng thái đầu cuối không tích cực tới một trạng thái tích cực trong đó đầu cuối di động có thể gửi và/hoặc thu dữ liệu. Có hai số đo: một số đo được biểu diễn bằng thời gian chuyển tiếp từ một trạng thái tạm nghỉ (a camped state) là một trạng thái trong đó đầu cuối không biết mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ ngữ cảnh đầu cuối nào và đầu cuối không có bất kỳ sự ấn định tài nguyên nào yêu cầu 4 là 100ms. Phép đo khác được biểu diễn bằng thời gian chuyển tiếp từ một trạng thái ngủ (a dormant) là một trạng thái trong đó đầu cuối không biết mạng truy nhập vô tuyến, tuy nhiên mạng truy nhập vô tuyến biết tế bào nào mà đầu cuối ở trong, nhưng đầu cuối không có bất cứ tài nguyên vô tuyến nào được ấn định yêu cầu là 50ms. Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được biểu diễn bằng thời gian nó tiêu tốn để phát một gói IP nhỏ từ đầu cuối tới nút rìa RAN. Thời gian truyền một chiều không nên vượt quá 5ms trong một mạng không tải, tức là không có đầu cuối nào hiện diện trong tế bào. Yêu cầu phụ đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển là LTE nên hỗ trợ ít nhất 200 đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động tại 5 MHz. Ở các sự phân chia rộng hơn 5MHz, ít nhất 400 đầu cuối nên được hỗ trợ. 1.1.3. Hiệu suất hệ thống Các mục tiêu thiết kế hiệu suất hệ thống LTE là thông lượng người dùng, hiệu quả phổ, tính di động, vùng phủ sóng, và MBMS tăng cường. Quy định thông lượng người dùng LTE được xác định tại hai điểm: tính trung bình và tại phần trăm thứ 5 của sự phân bổ người dùng ( trong đó 95% người dùng có hiệu suất tốt hơn). Tiêu chí hiệu quả phổ cũng được xác định, hiệu quả phổ được định nghĩa như thông lượng hệ thống trên tế bào tính bằng bit/s/MHz/tế bào. Các yêu cầu di chuyển tập trung vào tốc độ các đầu cuối di chuyển. Hiệu suất tối đa là đích hướng tới tại các tốc độ đầu cuối thấp, 0_15 km/h, trong khi đó một sự giảm sút nhẹ là được phép đối với tốc độ cao. Đối với tốc độ lên tới 120 km/h, LTE nên được cung ứng hiệu suất cao và đối với tốc độ cao hơn 120 km/h hệ thống nên duy trì sự kết nối qua mạng tế bào. Tốc độ tối 5 đa để quản lý trong một hệ thống LTE đạt tới 350 km/h (hoặc thậm chí lên tới 500 km/h phụ thuộc vào băng tần ). Các yêu cầu vùng phủ sóng tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính), đó là khoảng cách lớn nhất từ vị trí tế bào tới một đầu cuối di động trong tế bào. Yêu cầu cho các kịch bản, trường hợp giới hạn không nhiễu là để thoả mãn thông lượng người dùng, hiệu quả phổ, và các yêu cầu mức độ di chuyển cho các tế bào với phạm vi tế bào lên tới 5 km. Đối với các tế bào, phạm vi tế bào lên tới 30 km, một sự suy giảm nhẹ thông lượng người dùng được bỏ qua và một sự suy giảm đáng kể hơn về hiệu quả phổ có thể chấp nhận được liên quan tới các yêu cầu. Tuy nhiên, các yêu cầu về độ di chuyển nên được thoả mãn. Các phạm vi tế bào lên tới 100 km không những không nên loại trừ bởi các đặc tính kỹ thuật mà trái lại các quy định hiệu suất cần được nói rõ trong trường hợp này. 1.1.4. Các khía cạnh liên quan tới triển khai Các yêu cầu liên quan tới việc triển khai gồm có các kịch bản triển khai, mức độ mềm dẻo phổ, sự triển khai phổ, sự tồn tại đồng thời và sự liên kết mạng cùng với các công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP khác nhau như là GSM và WCDMA/HSPA. Yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm hai trường hợp khi hệ thống LTE được triển khai như một hệ thống độc lập và trường hợp nó được triển khai cùng với WCDMA/HSPA và / hoặc GSM. Do đó, yêu cầu này không nằm trong giới hạn thực tế chỉ tiêu thiết kế. Sự tồn tại đồng thời và sự liên kết mạng cùng với các hệ thống 3GPP khác nhau và các yêu cầu riêng của chúng thiết lập sự yêu cầu về sự di chuyển giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho các đầu cuối di động hỗ trợ các công nghệ đó. Bảng 1.1. Các quy định thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA 6 Thời gian không thực (ms) Thời gian thực (ms) LTE tới WCDMA 500 300 LTE tới GSM 500 300 Bảng 1.1 ghi các yêu cầu khoảng thời gian gián đoạn, đó là khoảng thời gian dài nhất mà có thể chấp nhận trong liên kết vô tuyến khi di chuyển giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau, đối với cả các dịch vụ thời gian thực và thời gian không thực. Chú ý rằng các quy định đó rất lỏng, không chặt đối với thời gian gián đoạn chuyển giao cuộc gọi và các giá trị tốt hơn một cách đáng kể được mong đợi trong các triển khai thực tế. Cơ sở cho các yêu cầu về tính mềm dẻo phổ là yêu cầu đối với LTE sẽ được triển khai trong các băng tần IMT_2000 hiện nay, đưa đến sự tồn tại đồng thời cùng với các hệ thống mà đã được triển khai trong các băng tần đó, gồm có WCDMA/HPSA hoặc GSM. Một bộ phận có liên quan của các yêu cầu LTE về mặt tính mềm dẻo phổ là khả năng để triển khai sự truy nhập vô tuyến cơ sở LTE theo cả sự phân chia phổ cặp lẫn sự phân chia phổ không theo cặp, nghĩa là LTE nên hỗ trợ cả FDD lẫn TDD. Sơ đồ song công hay sự bố trí song công là một thuộc tính của một công nghệ truy nhập vô tuyến . Tuy nhiên, một sự phân chia phổ cho trước cũng được kết hợp một cách đặc trưng cùng với một sơ đồ song công cụ thể. Các hệ thống FDD được triển khai theo các sự phân chia phổ cặp, có một vùng tần số dành cho phát theo đường xuống, còn vùng kia dành cho phát theo đường lên. Các hệ thống TDD được triển khai theo các sự phân chia không theo phổ cặp. Một ví dụ là phổ IMT-2000 tại 2 GHz, đó là ‘băng lõi’ IMT2000. Như biểu diễn trong hình 1.1, nó gồm có cặp băng tần 1920- 1980 MHz và 2110- 2170 MHz dành cho truy nhập vô tuyến FDD cơ bản. Hai băng tần 7 1910-2020 MHz và 2010-2025 MHz dành cho truy nhập vô tuyến TDD cơ bản. Chú ý rằng do sự điều chỉnh địa phương và khu vực thì việc sử dụng của phổ IMT-2000 (International Mobile Telecommunicational-2000) có thể khác nhau so với cái gì được biểu diễn ở đây. Hình1.1. Cấp phát phổ ‘băng lõi’ IMT cơ bản tại 2 GHz Sự phân chia cặp đối với FDD trong hình 1.1 là 2 x 60 MHz, nhưng phổ có thể dùng được đối với một nhà khai thác mạng đơn lẻ có thể là 2 x 20 MHz hoặc thậm chí 2 x 10 MHz. Trong các băng tần khác thậm chí ít phổ hơn có thể dùng được. Hơn nữa, sự di chuyển của phổ hiện nay dùng cho các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau nhất thiết phải thực hiện từ từ để đảm bảo rằng số lượng của các phần phổ còn lại đủ để hỗ trợ nhiều người dùng hiện tại. Vì vậy, lượng phổ mà có thể được di chuyển theo hướng LTE lúc ban đầu có thể tương đối nhỏ, sau đó có thể sẽ từ từ tăng lên, như đã biểu diễn trong hình 1.2. Sự thay đổi của các kịch bản phổ có thể có sẽ đưa đến một sự quy định cho tính mềm dẻo phổ đối với LTE về mặt các độ rộng băng thông truyền dẫn được hỗ trợ. 8 Hình 1.2. Ví dụ về LTE có thể được di chuyển từng bước vào trong một sự cấp phát phổ cùng với một sự triển khai GSM gốc 1.1.5. Cấu trúc và sự di chuyển Một vài nguyên tắc hướng dẫn đối với việc thiết kế cấu trúc LTE RAN được trình bày bởi 3GPP như sau: • Một cấu trúc LTE RAN đơn lẻ nên được quy chuẩn. • Cấu trúc LTE RAN nên dựa trên nền tảng gói, mặc dù lưu lượng lớp đàm thoại thời gian thực nên được hỗ trợ. • Cấu trúc LTE RAN nên giảm tới mức tối thiểu sự xuất hiện của ‘ các điểm đơn lẻ của hư hỏng’ không thêm vào chi phí cho mạng đường trục. • Cấu trúc LTE RAN nên làm đơn giản hoá và tối thiểu hoá số lượng các giao diện. • Sự tương tác lẫn nhau giữa lớp mạng vô tuyến (RNL: Radio Network Layer) và lớp mạng truyền tải (TNL: 9 Transport Network Layer) không nên loại trừ nếu quan tâm đến cải thiện hiệu suất của hệ thống. • Cấu trúc LTE RAN nên hỗ trợ một QoS từ đầu cuối tới đầu cuối. TNL nên đưa ra yêu cầu QoS phù hợp với RNL. • Cơ chế QoS cần tính đến các loại lưu lượng khác nhau cái mà tồn tại để cung cấp việc sử dụng hiệu quả dải thông: lưu lượng mặt bằng điều khiển, lưu lượng mặt bằng sử dụng và lưu lượng O&M. • LTE RAN nên được thiết kế theo cách để tối thiểu hoá sự thay đổi rung pha đối với lưu lượng cần rung pha thấp như TCP/IP. 1.1.6. Quản lý tài nguyên vô tuyến Các yêu cầu quản lý tài nguyên vô tuyến được chia thành hỗ trợ tăng cường cho QoS đầu cuối-tới-đầu cuối, hỗ trợ có hiệu quả cho sự truyền dẫn của các lớp cao hơn, hỗ trợ về phân chia tải và quản lý chiến lược qua các công nghệ truy nhập vô tuyến. Hỗ trợ nâng cao cho QoS đầu-tới-đầu yêu cầu cải thiện thích ứng về dịch vụ, các yêu cầu ứng dụng và giao thức (gồm có báo hiệu lớp cao hơn) cho các tài nguyên RAN và các đặc tính vô tuyến. Hỗ trợ hiệu quả cho việc truyền dẫn của các lớp cao hơn yêu cầu LTE RAN nên ‘đưa ra các cơ chế để hỗ trợ việc truyền dẫn và sự làm việc có hiệu quả của các giao thức lớp cao hơn trên giao diện vô tuyến, như là nén mào đầu IP. Hỗ trợ về sự phân chia tải và quản lý chiến lược qua các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau đòi hỏi sự cân nhắc về các cơ chế tái lựa chọn để hướng các đầu cuối di động tới các công nghệ truy nhập vô tuyến thích hợp cũng như hỗ trợ cho QoS đầu cuối-tới-đầu cuối trong khi chuyển giao cuộc gọi giữa các công nghệ truy nhập. 10 1.1.7. Mức độ phức tạp Các yêu độ phức tạp nói về sự phức tạp của toàn bộ hệ thống cũng như sự phức tạp của đầu cuối di động. Về cơ bản, các quy định này dẫn đến rằng số lượng các tuỳ chọn nên được tối thiểu hoá cùng với các điểm đặc trưng không cần thiết. Điều này cũng dẫn tới tối thiểu hoá số lượng các trường hợp kiểm tra cần thiết. 1.1.8. Các khía cạnh chung Các yêu chung bao chùm phần này đối với LTE chú tâm vào các khía cạnh liên quan tới chi phí và dịch vụ. Rõ ràng, mong muốn giảm thiểu chi phí trong khi duy trì hiệu suất mong muốn đối với tất cả các dịch vụ được hình dung ra. Chi phí được tập trung vào đường trục, sự vận hành và bảo dưỡng. Do đó, không chỉ giao diện vô tuyến mà còn sự truyền tải tới các vị trí trạm gốc và hệ thống quản lý nên được chú ý bởi LTE. Một quy định rõ về các giao diện nhiều nhà cung cấp cũng nằm trong các loại quy định này. Hơn nữa, các đầu cuối không phức tạp và công suất thấp được quy định. 1.2. Các yêu cầu chung đối với SAE (System architecture evolution) Mục tiêu đặt ra đối với SAE cũng được chia thành các phần sau: • Các lĩnh vực hoạt động và người sử dụng ở mức độ cao. • Dung lượng cơ bản. • Đa truy nhập và di chuyển không giới hạn. • Khía cạnh giao diện con người – máy. • Các yêu cầu về hiệu suất đối với sự phát triển của hệ thống 3GPP. • Bảo mật và tính riêng tư. • Tính cước Mặc dù các yêu cầu của SAE rất nhiều và phân chia vào subgroups ở trên, các yêu cầu của SAE chủ yếu là không liên quan đến phần vô tuyến. Vì 11 vậy, ta sẽ tóm tắt các yêu cầu quan trọng nhất của SAE có tác động tới phần truy cập vô tuyến hoặc là kiến trúc của SAE. Hệ thống SAE cần phải có khả năng để vận hành nhiều hơn so với mạng truy nhập vô tuyến LTE và cần phải có những chức năng lưu động cho phép một thiết bị đầu cuối di động di chuyển giữa những hệ thống truy nhập vô tuyến khác nhau. Thật ra, những yêu cầu không làm hạn chế tính lưu động giữa những mạng truy nhập rnhưng, nhưng mở ra về sự lưu động tới mạng truy nhập cố định. Những mạng truy nhập không cần phải được phát triển bởi 3GPP, những mạng truy nhập khác không phải 3GPP cần phải cũng được xem xét. Như thường lệ trong 3GPP, chuyển vùng là yêu cầu rất lớn đối với SAE, bao gồm cả chuyển vùng đến và chuyển vùng đi sang các mạng SAE khác. Hơn thế nữa sự tương tác giữa dịch vụ chuyển mạch gói và dịch vụ chuyển mạch kênh cũng được yêu cầu. Tuy nhiên nó không yêu cầu việc hỗ trợ chuyển mạch kênh từ các thành phần chuyển mạch kênh của các mạng khác. Tất nhiên là SAE hỗ trợ các dịch vụ truyền thống như là thoại, video, tin nhắn và truyền file dữl iệu , thêm vào đó là các dịch vụ multicast và broadcast. Thực tế, với các yêu cầu để hỗ trợ việc kết nối giữa IPv4 và IPv6 gồm có việc di chuyển giữa các mạng truy nhập hỗ trợ các phiên bản IP khác nhau cũng như liên lạc giữa các thiết bị đầu cuối sử dụng phiên bản khác nhau, bất kỳ dịch vụ nào dựa trên IP cũng sẽ được hỗ trợ mặc dù có lẽ không cùng với việc tối ưu hóa chất lượng dịchvụ. Hệ thống SAE cần phải cung cấp các cơ chế bảo mật cao cấp cái mà tương đương hoặc tốt hơn so với mức bảo mật của 3GPP cho WCDMA/HSPA và GSM. Điều này có nghĩa là bảo vệ chống lại mối đe dọa và tấn công bao gồm cả thứ hiện có trên Internet sẽ là một phần của SAE. 12 Hơn nữa, hệ thống SAE sẽ cung cấp thông tin nhận thực giữa các thiết bị di động và mạng, nhưng đồng thời cũng cho phép ngăn chặn hợp pháp về lưu lượng. Hệ thống SAE có yêu cầu cao về sự riêng tư người sử dụng. Một vài cấp độ đã được cung cấp. Ví dụ như bảo mật thông tin liên lạc, riêng tư về vị trí.... Vì vậy, hệ thống cơ sở cúa SAE sẽ ẩn đi sự nhận dạng về người sử dụng từ bên thứ ba không hợp pháp, bảo vệ nội dung, nguồn gốc và đích đến của một kênh liên lạc từ các đối tượng không hợp pháp và phát hiện vị trí của người sử dụng từ đối tượng không hợp pháp. Một số mô hình tính phí, bao gồm cả bên gọi trả tiền, tỷ lệ cố định, và tính phí dựa trên trên QoS được yêu cầu để được hỗ trợ trong SAE. Khía cạnh tính cước thỉnh thoáng có thể thấy trong mạng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là những mô hình được tính phí dựa trên gửi QoS hoặc gửi dữ liệu khối tin. Tuy nhiên, hầu hết các chương trình tính phí chỉ có thể thấy thông tin trong các mạng lõi. 13 Chương 2 CÁC KỸ THUẬT SỦ DỤNG TRONG LTE 2.1. Truy nhập vô tuyến LTE 2.1.1. Các sơ đồ truyền dẫn: OFDM đường xuống và SC-FDMA đường lên. Sơ đồ truyền dẫn đường xuống dựa trên cơ sở OFDM (Orthogolnal Frequency-Division Mtilplexing). Do thời gian symbol OFDM tương đối dài kết hợp với một tiếp đầu tuần hoàn CP (CP:Cycle Prefix), OFDM có sức chịu đựng cao về mặt chống lại độ chọn lọc tần số kênh. Mặc dù sự sai lạc tín hiệu do một kênh chọn lọc theo tần số về nguyên lý có thể được xử lý bằng cách san bằng ở bên thu, sự phức tạp của việc san bằng bắt đầu trở nên không hấp dẫn để thực thi trong một thiết bị đầu cuối di động tại các độ rộng băng trên 5MHz. Vì vậy, OFDM cùng với sức chịu đựng vốn có của nó đối với pha đinh chọn lọc theo tần số đã được áp dụng cho đường xuống, đặc biệt là khi được kết hợp cùng với sự ghép không gian.  Các lợi ích khi dùng OFDM gồm có: • OFDM cung cấp sự truy nhập tới miền tần số, theo cách đó cho phép thêm độ tự do cho bộ lập lịch + - phụ thuộc kênh so với HSPA. • Các sự phân chia dải thông mềm dẻo được hỗ trợ một cách dễ dàng bởi OFDM, bằng cách biến đổi số lượng các sóng mang con OFDM được sử dụng cho truyền dẫn. Tuy nhiên, chú ý rằng sự hỗ trợ về các sự phân chia nhiều phổ cũng đòi hỏi việc lọc RF (Radio Frequency) mềm dẻo, đó là 14 việc làm mà không phù hợp cho sơ đồ truyền dẫn chính xác. Tuy nhiên nó lại cho phép duy trì cấu trúc xử lý băng gốc giống nhau, không quan tâm độ rộng của băng thông, làm đơn giản việc thực thi đầu cuối. • Sự truyền dẫn quảng bá/đa trạm trong đó các thông tin giống nhau được phát từ nhiều trạm gốc, được thực hiện dễ dàng nhờ OFDM. Đối với đường lên LTE, sự truyền dẫn đơn sóng mang dựa trên cơ sở OFDM trải DFT (Discrete Fourier Transform) (DFTS-OFDM) được sử dụng. Việc sử dụng sự điều chế đơn sóng mang trong đường lên được thúc đẩy nhờ tỷ số đỉnh trên trung bình của tín hiệu được truyền thấp hơn so với việc truyền dẫn đa sóng mang như là OFDM. Tỷ số đỉnh–trung bình của tín hiệu được phát nhỏ hơn sẽ có thể cho công suất truyền dẫn trung bình cao hơn đối với một bộ khuếch đại cho trước. Vì vậy, sự truyền dẫn đơn sóng mang cho phép sử dụng bộ khuếch đại công suất hiệu quả hơn, điều này tương đương với vùng phủ sóng tăng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với đầu cuối bị giới hạn công suất. Ngược lại, đối với đường lên WCDMA/HSPA cũng dựa vào sự truyền dẫn đơn sóng mang nhưng không trực giao, trong khi đó đường lên của LTE dựa trên cơ sở phân tách trực giao những người sử dụng về thời gian và tần số. Sự phân tách người dùng trực giao có ích trong nhiều trường hợp vì nó ngăn ngừa nhiễu nội tế bào. Tuy nhiên, sự cấp phát một tài nguyên dải thông tức thời rất lớn cho một người dùng đơn lẻ là một chiến lược không hiệu quả ở các trường hợp mà trong đó tốc độ dữ liệu chủ yếu bị giới hạn bởi công suất truyền hơn là dải thông. Trong hoàn cảnh như thế, một đầu cuối chỉ được cấp phát một phần của tổng dải thông truyền dẫn và các đầu cuối khác có thể phát song song trên phần còn lại của phổ. Theo cách đó, đường lên LTE này bao gồm thành phần đa truy nhập miền tần số, kế hoạch truyền dẫn đường lên 15 LTE đôi khi cũng được gọi là FDMA đơn sóng mang (SC-FDMA: Single Carrier-FDMA). 2.1.2. Sự lập lịch phụ thuộc kênh và sự thích nghi tốc độ Điểm chủ yếu của sơ đồ truyền dẫn LTE là việc sử dụng truyền dẫn kênh chia sẻ, trong đó nguồn tài nguyên thời gian-tần số được chia sẻ một cách động giữa những người sử dụng. Việc sử dụng truyền dẫn kênh chia sẻ thích ứng tốt với các yêu cầu nguồn tài nguyên thay đổi một cách nhanh chóng đã được đề ra bởi dữ liệu gói và cũng cho phép một vài công nghệ then chốt khác được sử dụng bởi LTE. Trong mỗi khoảng thời gian ngắn, bộ lập lịch điều khiển để ấn định những người dùng các tài nguyên được chia sẻ này. Nó cũng quyết định tốc độ dữ liệu được dùng cho mỗi liên kết, tức là sự thích nghi tốc độ và có thể được xem như một phần của bộ lập lịch này. Bộ lập lịch là một phần tử chủ chốt và quyết định lớn đến hiệu suất toàn bộ đường xuống, đặc biệt là trong một mạng tải mức cao. Sự tăng đáng kể dung lượng hệ thống có thể đạt được nếu các điều kiện về kênh được đưa vào tính toán trong quyết định lập lịch, nên được gọi là sự lập lịch phụ thuộc kênh (Channel-Dependent-Scheduling). Điều này đã được khai thác trong HSPA, nơi mà bộ lập lịch đường xuống này phát tới một người dùng khi các điều kiện kênh thuận lợi để tối đa hoá tốc độ dữ liệu, và ở phạm vi nào đó cũng có khả năng thực hiện đối với đường lên được nâng cao. 16 Hình 2.1. Lập lịch trình phụ thuộc kênh đường xuống trong miền thời gian và tần số. Tuy nhiên, thêm vào miền thời gian này LTE cũng có cả truy nhập tới miền tần số, nhờ có sử dụng OFDM trong đường xuống và DFTS – OFDM trong đường lên. Cho nên, với mỗi miền tần số, bộ lập lịch có thể lựa chọn người dùng cùng với các điều kiện kênh tốt nhất. Nói cách khác, việc lập lịch trong LTE không chỉ có thể đưa các sự biến đổi kênh vào tính toán ở miền thời gian như HSPA mà còn trong cả miền tần số. Điều này được minh hoạ trong hình 2.1. Khả năng đối với việc lập lịch phụ thuộc kênh ở miền tần số là có ích nhất tại các tốc độ đầu cuối thấp, nói cách khác khi kênh này đang thay đổi một cách chậm chạp theo thời gian. Việc lập lịch phụ thuộc kênh dựa vào các sự biến đổi chất lượng kênh giữa những người dùng để đạt được lợi ích về dung lượng hệ thống. Đối với các dịch vụ nhạy với trễ, một bộ lập lịch miền thời gian duy nhất có thể bị bắt buộc để lập một người dùng cụ thể, bất chấp chất lượng kênh đang tại đỉnh của nó hay không. Trong hoàn cảnh như vậy, việc lợi dụng các sự biến đổi chất lượng kênh cả trong miền tần số sẽ giúp cải 17 thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Đối với LTE, các quyết định lập lịch có thể được thực hiện mỗi 1ms một lần và trong miền tần số là 180 kHz. Điều này cũng cho phép các sự biến đổi kênh tương đối nhanh được theo dõi nhờ bộ lập lịch này. • Lập lịch đường xuống Ở đường xuống, mỗi đầu cuối thông báo một sự đánh giá về chất lượng kênh tức thời tới trạm gốc. Các đánh giá này thu được nhờ phép đo dựa vào một tín hiệu chuẩn được phát bởi trạm gốc và cũng được dùng cho các mục đích điều chế. Dựa vào đánh giá chất lượng kênh, bộ lập lịch đường xuống có thể ấn định các nguồn tài nguyên cho những người sử dụng, đưa các chất lượng kênh vào trong tính toán. Về nguyên lý, một đầu cuối được lập lịch có thể được ấn định một tập bất kỳ của các khối tài nguyên rộng 180 kHz trong mỗi khoảng thời gian lập lịch 1ms. • Lập lịch đường lên Đường lên LTE được dựa vào sự phân tách trực giao của những người sử dụng và nó làm nhiệm vụ của bộ lập lịch đường lên để ấn định các tài nguyên trong cả miền thời gian lẫn miền tần số (kết hợp TDMA và FDMA) cho những người dùng khác nhau. Các quyết định lập lịch được đưa ra một lần cho mỗi ms để điều khiển các đầu cuối di động mà được phép phát bên trong một tế bào trong một khoảng thời gian đã cho về những tài nguyên tần số truyền dẫn sẽ thực hiện và những tốc độ dữ liệu đường lên (dạng truyền tải) mà sử dụng. Chú ý rằng chỉ một miền tần số kề nhau được ấn định cho các đầu cuối di động trong đường lên như là hệ quả của việc dùng truyền dẫn đơn sóng mang trên đường xuống LTE. Các điều kiện kênh có thể được đưa vào trong tính toán trong quá trình xử lý lập lịch đường lên giống như việc lập lịch cho đường xuống. Tuy nhiên, thông tin thu được về các điều kiện kênh đường lên này là một nhiệm 18 vụ không phải không quan trọng. Vì vậy, các phương pháp khác nhau để đạt được sự phân tập đường lên là điều quan trọng như một sự bổ xung trong các hoàn cảnh mà sự lập lịch phụ thuộc kênh không được sử dụng. • Sự lập toạ độ nhiễu liên tế bào LTE cung cấp tính trực giao giữa những người sử dụng bên trong một tế bào trong cả đường xuống lẫn đường lên. Vì vậy, hiệu suất LTE về mặt hiệu quả phổ và tốc độ dữ liệu đã dùng bị hạn chế hơn bởi nhiễu từ các tế bào khác (nhiễu liên tế bào) so với WCDMA/HSPA. Do đó, các phương pháp để giảm hoặc kiểm soát nhiễu liên tế bào có thể cung cấp lợi ích đáng kể về hiệu suất LTE, nhất là về mặt dịch vụ (các tốc độ dữ liệu, v..v..) để có thể được cung cấp cho nhiều người dùng ở mép tế bào đó. Sự lập toạ độ nhiễu liên tế bào là một chiến lược lập lịch trong đó các tốc độ dữ liệu rìa tế bào được tăng nhờ việc đưa nhiễu liên tế bào vào trong tính toán. Về cơ bản, sự lập toạ độ nhiễu liên tế bào đưa các sự hạn chế (miền tần số) nào đó tới các bộ lập lịch đường lên và đường xuống trong một tế bào để kiểm soát nhiễu liên tế bào. Nhờ khống chế công suất truyền dẫn của các thành phần của phổ trong một tế bào, nhiễu ở các tế bào láng giềng gặp trong thành phần của phổ này sẽ được giảm. Thành phần của phổ này sau đó có thể được dùng để cung cấp các tốc độ dữ liệu cao hơn cho nhiều người sử dụng trong tế bào láng giềng. Về bản chất, hệ số dùng lại tần số là khác nhau trong các phần khác nhau của tế bào (hình 2.2). 19 Hình 2.2. Ví dụ về sự lập toạ độ nhiễu liên cell nơi mà phổ bị hạn chế về mặt công suất truyền 2.1.3. ARQ lai cùng với sự kết hợp mềm ARQ lai nhanh kết hợp mềm được sử dụng trong LTE với các lý do rất giống như trong HSPA, cụ thể là để cho phép đầu cuối yêu cầu truyền lại một cách nhanh chóng các khối truyền tải thu được bị nhầm và cung cấp một công cụ cho sự thích nghi tốc độ ngầm. Giao thức cơ bản cũng giống với cái đã dùng đối với HSPA- nhiều quá trình xử lý ARQ lai dừng và đợi song song. Những sự truyền lại có thể được yêu cầu nhanh chóng sau sự truyền mỗi gói. Độ dư thừa tăng lên được dùng như chiến lược kết hợp mềm và các bộ đệm các bit mềm máy thu có thể thực hiện sự kết hợp mềm giữa các lần thử. 2.1.4. Hỗ trợ nhiều anten LTE đã hỗ trợ nhiều anten tại cả ở trạm gốc lẫn đầu cuối như một bộ phận không thể thiếu của đặc tính kỹ thuật. Về nhiều khía cạnh việc sử dụng nhiều anten là kỹ thuật chủ yếu để đạt được các mục đích hiệu suất LTE lớn. Nhiều anten có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau cho các mục đích khác nhau: 20 • Nhiều anten thu có thể được dùng cho phân tập thu. Đối với các sự truyền dẫn đường lên, cái này đã được sử dụng trong nhiều hệ thống tế bào cho nhiều năm. Tuy nhiên, hai anten thu là chuẩn cho tất cả các đầu cuối LTE, hiệu suất đường xuống cũng được cải thiện. Cách đơn giản nhất của việc sử dụng nhiều anten thu là sự phân tập thu cổ điển để triệt phađing, nhưng các độ tăng ích thêm vào có thể đạt được trong kịch bản hạn chế nhiễu nếu các anten cũng được dùng không chỉ cung cấp sự phân tập chống pha đinh mà còn để khử nhiễu. • Nhiều anten phát tại trạm gốc có thể dùng cho phân tập phát và các loại khác về tạo chùm (beam-forming). Mục đích chính của tạo chùm là cải thiện tỉ số SNR và/hoặc SIR thu được, cuối cùng là cải thiện dung lượng hệ thống và vùng phủ sóng. • Ghép không gian (Spatial Multiplexing), đôi khi được gọi là MIMO, sử dụng nhiều anten ở cả máy phát lẫn máy thu được hỗ trợ bởi LTE. Ghép không gian dẫn đến kết quả tốc độ dữ liệu được tăng, sự cho phép các điều kiện về kênh, trong các trường hợp bị giới hạn dải thông bởi việc tạo một vài kênh song song. Nhìn chung, các kỹ thuật nhiều anten khác nhau là có ích trong các trường hợp khác nhau. Ví dụ, tại SNR và SIR tương đối thấp như là tải cao hoặc tại rìa tế bào thì việc ghép không gian cho các lợi ích tương đối hạn chế. Trong các trường hợp như thế nhiều anten tại bên máy phát nên được dùng để tăng SNR/SIR nhờ các phương pháp của tạo chùm. Mặt khác, trong các trường hợp mà đã có một SNR và SIR tương đối cao, ví dụ trong các cell nhỏ, việc tăng chất lượng tín hiệu hơn nữa cung cấp các lợi ích tương đối nhỏ vì các tốc độ dữ liệu có thể đạt được bị giới hạn bởi dải thông là chính hơn là bị giới hạn bởi SIR/SNR. Trong các trường hợp như thế, ghép không gian nên được dùng để khai thác đầy đủ các điều kiện kênh tốt. Sơ đồ nhiều anten đã 21 dùng được điều khiển bởi trạm gốc, do vậy có thể chọn một sơ đồ phù hợp cho mỗi sự truyền dẫn. 2.1.5. Hỗ trợ phát đa trạm và quảng bá Quảng bá nhiều tế bào đưa đến sự truyền dẫn của các thông tin giống nhau từ nhiều tế bào. Bằng cách khai thác điều này tại đầu cuối, việc sử dụng một cách hiệu quả công suất tín hiệu từ nhiều vị trí tế bào lúc dò tìm có thể đạt được một sự cải thiện đáng kể về mức độ phủ sóng (hoặc các tốc độ quảng bá cao hơn). Điều này đã được khai thác trong WCDMA, trong đó, ở trường hợp quảng bá/đa trạm nhiều tế bào, một đầu cuối di động có thể thu các tín hiệu từ nhiều tế bào và kết hợp mềm một cách tích cực bên trong máy thu. LTE thực hiện điều này một bước xa hơn để cung cấp sự quảng bá nhiều tế bào hiệu quả cao. Bằng cách truyền không chỉ các tín hiệu giống nhau từ nhiều vị trí tế bào (với mã và sự điều chế giống nhau), mà còn đồng bộ hoá thời gian truyền giữa các tế bào, tín hiệu tại các đầu cuối di động sẽ hiện diện đúng như một tín hiệu được phát đi từ một vị trí tế bào đơn lẻ và lệ thuộc vào đường truyền đa đường. Do sức chịu đựng của OFDM đối với đường truyền đa đường nên sự truyền dẫn nhiều tế bào như vậy cũng được gọi là mạng một tần số đa trạm-quảng bá (MBSFN: Multicast-Broadcast SingleFrequency Network) (điều này cũng được gọi là mạng tần số đơn (SFN: Single Frequency Network) mặc dù trong 3GPP sự viết tắt MBFSN được dùng vì SFN là sự viết tắt của System Frame Number), sau đó sẽ không chỉ cải thiện cường độ tín hiệu thu, mà còn loại trừ nhiễu liên tế bào. Vì vậy, cùng với OFDM, năng suất quảng bá/đa trạm nhiều tế bào cuối cùng còn bị hạn chế duy nhất bởi tạp âm và trong trường hợp các tế bào nhỏ thì hiệu suất có thể đạt cực cao. Nên chú ý rằng việc sử dụng truyền dẫn MBSFN cho quảng bá/đa trạm phải đảm bảo sự đồng bộ khắt khe và sự đồng chỉnh thời gian của các tín hiệu được phát từ các vị trí tế bào khác nhau. 22 2.2. Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE Tương tự với WCDMA/HSPA, cũng như tất cả các hệ thống thông tin hiện đại khác, quá trình xử lý đối với LTE được kết cấu thành các lớp giao thức khác nhau. Mặc dù một vài lớp tương tự với những cái đã dùng trong WCDMA/HSPA, nhưng cũng có một vài sự khác biệt, ví dụ do các sự khác nhau trong cấu trúc toàn thể giữa WCDMA/HSPA và LTE. Phần này bao gồm sự diễn tả về: • Các lớp mạng phía trên lớp vật lý. • Sự tác động lẫn nhau của chúng. • Giao diện với lớp vật lý. Trong phần này chỉ nói tới kiến trúc truy nhập vô tuyến LTE gồm có một nốt đơn–eNodeB (Evolved-Universal Terrestrial Radio Access NodeB). Tổng quát chung về cấu trúc giao thức LTE đối với đường xuống được minh hoạ trong hình 2.3. Nhưng không phải tất cả các thực thể đã minh hoạ trong hình 2.3 có thể ứng dụng ở tất cả các hoàn cảnh. Ví dụ, không phải sự lập lịch trình MAC mà cũng không phải ARQ lai cùng với sự kết hợp mềm được sử dụng cho quảng bá về thông tin hệ thống. Hơn nữa, cấu trúc giao thức LTE liên quan tới các sự truyền dẫn theo đường lên là tương tự với cấu trúc đường xuống trong hình 2.3, mặc dù có các sự khác nhau về việc lựa chọn dạng truyền tải và sự truyền dẫn nhiều anten như sẽ được thảo luận. 23 Hình 2.3. Cấu trúc giao thức LTE (đường xuống) Dữ liệu được truyền theo đường xuống được tiến hành dưới dạng các gói IP dựa vào một trong các dịch vụ mang SAE (SAE: System Architecture Evolution). Trước khi truyền dẫn qua giao diện vô tuyến, các gói IP đến được cho qua nhiều thực thể giao thức mạng được diễn tả chi tiết hơn trong các phần sau đây: • Giao thức hội tụ dữ liệu gói PDCP ( PDCP: Paket Data Convergence Protocol) thực hiện việc nén mào đầu IP để giảm số lượng bít cần thiết để phát trên giao diện vô tuyến. Cơ chế nén mào đầu dựa trên cơ sở sự nén mào đầu mạnh ROHC (Robust Header Compression) - một thuật toán nén mào đầu 24 được tiêu chuẩn hoá đã dùng trong WCDMA cũng như một vài các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng có trách nhiệm mã mật và bảo vệ nguyên vẹn về dữ liệu được phát. Tại bên thu, giao thức PDCP thực hiện giải mã mật và các hoạt động giải nén tương ứng. • Điều khiển liên kết vô tuyến RLC (RLC: Radio Link Control) có trách nhiệm phân đoạn/ móc nối, xử lý truyền lại và phân phát theo chuỗi nối tiếp tới các lớp cao hơn. Khác với WCDMA, giao thức RLC được đặt trong eNodeB đó chỉ là một loại nút đơn lẻ trong cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE. RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dưới dạng các dịch vụ mang vô tuyến. Có một thực thể RLC cho mỗi dịch vụ mang vô tuyến đã thiết lập cấu hình cho một đầu cuối. • Điều khiển truy nhập môi trường MAC (MAC: Medium Access Control) điều khiển các sự truyền lại ARQ lai và lập lịch đường lên và đường xuống. Chức năng lập lịch được đặt trong eNodeB, cái mà có một thực thể MAC cho mỗi tế bào đối với cả đường lên và đường xuống. Thành phần giao thức ARQ lai được hiện diện trong cả ở đầu phát lẫn thu của giao thức MAC. MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic. • Lớp vật lý PHY (PHY: Physical Layer) xử lý việc mã hoá/giải mã, điều chế/ giải điều chế, sự ánh xạ nhiều anten, và các chức năng lớp vật lý điển hình khác. Lớp vật lý cung cấp các dịch vụ cho lớp MAC dưới dạng các kênh truyền tải. 2.2.1. Điều khiển liên kết vô tuyến RLC RLC LTE tương tự với WCDMA/HSPA chịu trách nhiệm về phân chia đoạn (nén mào đầu) các gói IP cũng được biết đến như là RLC-SDUs (SDUService Data Unit ) từ PDCP thành cách đơn vị nhỏ hơn RLC- PDUs (PDU- 25 Protocol Data Unit). Với chú ý là thực thể dữ liệu từ/tới một lớp giao thức cao hơn được biết đến như một SDU và thực thể tương ứng tới/từ một lớp giao thức thấp hơn biểu thị PDU. Nó cũng xử lý việc truyền lại của các PDUs bị thu sai, cũng như việc xoá bỏ bản sao và móc nối các PDUs thu được. Cuối cùng, RLC đảm bảo phân phát nối tiếp các SDUs cho các lớp phía trên. Cơ chế truyền lại RLC chịu trách nhiệm cho sự phân phát không bị lỗi của dữ liệu cho các lớp trên. Để làm điều này, một giao thức truyền lại hoạt động giữa các thực thể RLC trong máy thu và máy phát. Bằng cách giám sát chuỗi các chữ số đi vào, RLC thu có thể nhận ra các PDUs bị lỗi. Các thông báo trạng thái được quay trở lại RLC phát, yêu cầu truyền lại các PDUs bị lỗi. Dựa vào thông báo các trạng thái thu được, thực thể RLC ở máy phát có thể đưa ra hành động phù hợp và truyền lại PDUs lỗi nếu được yêu cầu. Khi RLC được định cấu hình để yêu cầu các sự truyền lại các PDUs lỗi như đã trình bày ở trên, nó được nói là hoạt động trong chế độ báo nhận (AM: Acknowledged Mode). Điều này tương tự với cơ chế tương ứng đã dùng trong WCDMA/HSPA. AM được dùng điển hình trong các dịch vụ TCP (Transmission Control Protocol) cơ bản như truyền file trong đó việc phân phát dữ liệu không bị lỗi là điều quan trọng hàng đầu. Tương tự với WCDMA/HSPA, RLC cũng có thể được định cấu hình theo chế độ không báo nhận (UM: Unacknowledged Mode) và chế độ trong suốt (TM: Transparent Mode). Trong UM, sự phân phát nối tiếp tới các lớp cao hơn được cung cấp nhưng không truyền lại các PDUs lỗi được yêu cầu. UM được dùng điển hình cho các dịch vụ như VoIP, trong đó sự phân phát không bị lỗi là ít quan trọng đối với thời gian phân phát ngắn. TM, mặc dù đã hỗ trợ song chỉ dùng cho các mục đích đặc biệt như truy nhập ngẫu nhiên. 26 Hình 2.4. Phân đoạn và nối ghép RLC Mặc dù RLC có thể xử lý các lỗi truyền dẫn do tạp âm, các sự biến đổi kênh không được dự đoán trước,.. trong tất cả các trường hợp này được xử lý bởi giao thức ARQ lai MAC cơ bản. Do đó việc dùng cơ chế truyền lại trong RLC có thể xem như không cần thiết. Tuy nhiên, sẽ dùng các cơ chế truyền lại trong cả RLC và MAC cơ bản do có các sự khác nhau về báo hiệu phản hồi. Cùng với sự thêm vào việc xử lý truyền lại và phân phát nối tiếp, RLC cũng đảm nhiệm sự phân đoạn và móc nối như được minh hoạ trong hình 1.8. Phụ thuộc vào quyết định bộ lập thì một số lượng nào đó của dữ liệu được lựa chọn cho việc truyền dẫn từ bộ đệm RLC SDU, còn SDUs được phân đoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU. Vì vậy, đối với LTE thì kích thước RLC PDU biến đổi một cách động. Đối với các tốc độ dữ liệu cao, một kích thước PDU lớn dẫn đến mào đầu nhỏ hơn tương đối. Trong khi đó đối với các tốc độ dữ liệu thấp, một kích thước PDU nhỏ được yêu cầu nếu không thì tải trọng có thể quá lớn. Vì các tốc độ dữ liệu LTE có thể từ vài kbit/s đến trên một trăm Mbit/s nên các kích thước PDU động được áp dụng cho LTE. Do tất cả RLC, bộ lập và các cơ chế thích nghi tốc độ được đặt trong eNodeB nên các kích thước PDU động được hỗ trợ một cách dễ dàng đối với LTE. 27 2.2.2. Điều khiển truy nhập môi trường MAC Lớp MAC xử lý việc ghép kênh logic, truyền lại ARQ lai, và lập lịch đường lên và đường xuống. Trái ngược với HSPA, cái mà dùng phân tập macro đường lên và vì vậy định rõ cả tế bào phục vụ lẫn tế bào không phục vụ trong khi LTE chỉ định rõ một tế bào phục vụ vì không có phân tập macro đường lên. Tế bào phục vụ là tế bào mà đầu cuối di động được kết nối tới và là tế bào mà chịu trách nhiệm cho việc lập lịch và sự hoạt động ARQ lai. 2.2.2.1. Các kênh logic và các kênh truyền tải MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic. Một kênh logic được xác định nhờ vào loại thông tin mà nó mang và đã được phân loại thành các kênh điều khiển được dùng cho việc truyền dẫn điều khiển và các thông tin về tổ chức cần thiết cho một hệ thống LTE hoạt động và các kênh lưu lượng dùng cho dữ liệu người dùng.  Tập các loại kênh logic đã chỉ định cho LTE bao gồm: 1. Kênh điều khiển quảng bá (BCCH: Broadcast Control Channel) dùng cho sự truyền dẫn các thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất cả các đầu cuối di động trong tế bào. Trước khi truy nhập hệ thống, một đầu cuối di động cần đọc thông tin được truyền trên kênh này để tìm hiểu hệ thống này được định cấu hình như thế nào ví dụ như dải thông của hệ thống. 2. Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH: Paging Control Channel) dùng để tìm gọi các đầu cuối di động mà vị trí của nó trên cấp độ tế bào không được nhận biết về mạng và vì thế thông báo tìm gọi cần được truyền cho nhiều tế bào. 3. Kênh điều khiển dành riêng (DCCH: Dedicated Control Channel) dùng để truyền thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động. Kênh này được dùng để định cấu hình riêng của đầu cuối di động như là các thông báo chuyển giao cuộc gọi khác nhau. 28 4. Kênh điều khiển đa trạm (MCCH: Multicast Control channel) dùng cho sự truyền dẫn thông tin điều khiển cần thiết cho việc thu của MTC 5. Kênh lưu lượng dành riêng (DTCH: Dedicated Traffic Channel) sử dụng cho việc truyền dẫn dữ liệu người dùng từ/tới một đầu cuối di động. Đây là loại kênh logic được dùng để truyền dẫn cho tất cả dữ liệu người dùng đường lên và dữ liệu người dùng đường xuống mà không phải là MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service) 6. Kênh lưu lượng đa trạm (MTCH: Multicast Traffic Channel) được dùng cho truyền dẫn đường xuống của các dịch vụ MBMS. Một cấu trúc kênh logic tương tự được dùng cho WCDMA/HSPA. Tuy nhiên, so với WCDMA/HSPA, cấu trúc kênh logic LTE này có phần được đơn giản, cùng với việc giảm số lượng các loại kênh logic. Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng các dịch vụ dưới dạng các kênh truyền tải. Một kênh truyền tải được định nghĩa bởi các đặc tính về thông tin được truyền qua giao diện vô tuyến. Dữ liệu trên một kênh truyền tải được sắp xếp thành các khối truyền tải. Trong mỗi khoảng thời gian truyền TTI (TTI: Transmission Time Interval), tối đa có một khối truyền tải có kích thước nào đó được truyền qua giao diện vô tuyến khi không có sự ghép không gian. Nếu có ghép không gian (‘MIMO’) có thể lên tới hai khối truyền tải cho mỗi TTI. Được kết hợp cùng với mỗi khối truyền tải là một dạng truyền tải (TF: Transport Format) định rõ khối truyền tải như thế nào sẽ được truyền qua giao diện vô tuyến. Dạng truyền tải chứa thông tin về kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế, và ánh xạ anten. Cùng với sự ấn định tài nguyên, kết quả tốc độ mã có thể được suy ra từ dạng truyền tải TF. Nhờ sự biến đổi các dạng truyền tải, lớp MAC có thể thu được các tốc độ dữ liệu khác nhau. Vì vậy, điều khiển tốc độ cũng được biết đến như là sự lựa chọn dạng truyền tải.  Tập các loại kênh truyền tải đã chỉ định cho LTE gồm có: 29 1. Kênh quảng bá (BCH: Broadcast Channel) có một dạng truyền tải cố định, được cung cấp bởi các đặc điểm kỹ thuật. Nó được dùng để truyền dẫn thông tin trên kênh logic BCCH. 2. Kênh tìm gọi (PCH: Paging channel) được dùng để truyền thông tin tìm gọi trên kênh logic PCCH. PCH hỗ trợ sự thu gián đoạn DRX (DRX: Discontinuous Reception) cho phép đầu cuối di động tiết kiệm nguồn pin nhờ vào chế độ ngủ và thức dậy để thu PCH này chỉ ở các thời điểm đã xác định trước. 3. Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH: Downlink Shared Channel) là kênh truyền tải được dùng cho việc truyền dẫn dữ liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ các đặc tính LTE như sự thích nghi tốc độ động và việc lập lịch phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số, ARQ lai, và ghép không gian. Nó cũng hỗ trợ DRX để giảm sự tiêu thụ nguồn của đầu cuối di động. Khoảng thời gian truyền trên DL-SCH là 1 ms. 4. Kênh đa trạm (MCH: Multicast Channel) được dùng để hỗ trợ MBMS. Nó được đặc trưng bởi một dạng truyền tải bán tĩnh (semi-static transport format) và sự lập lịch bán tĩnh (semistatic scheduling). Trong trường hợp truyền dẫn nhiều tế bào bằng cách dùng MBSFN, việc lập lịch và cấu hình dạng truyền tải được lập toạ độ giữa các tế bào tham gia vào sự truyền dẫn MBSFN đó. 5. Kênh chia sẻ đường lên (UL-SCH: Uplink Shared Channel) là phần đối xứng với DL-SCH. 30 Hình 2.5. Ví dụ về sự ánh xạ của các kênh logic tới các kênh truyền tải. Nhiệm vụ của chức năng MAC là ghép các kênh logic khác nhau và ánh xạ các kênh logic cho các kênh truyền tải thích hợp. MAC trong LTE hỗ trợ việc ghép của RLC PDUs từ các dịch vụ mang vô tuyến khác nhau thành khối truyền tải giống nhau. Vì có một số sự liên quan giữa loại thông tin và cách nó được phát nên có các sự giới hạn nào đó trong việc ánh xạ của các kênh logic tới các kênh truyền tải. Một ví dụ về sự ánh xạ các kênh locgíc tới các kênh truyền tải được cho trong hình 2.5. 2.2.2.2. Sự lập lịch đường xuống Một trong các nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là việc truyền dẫn kênh chia sẻ trên DL-SCH và UL-SCH, đó là các tài nguyên thời gian-tần số được chia sẻ một cách động giữa những người dùng trong cả đường lên và đường xuống. Bộ lập lịch là thành phần của lớp MAC và điều khiển việc ấn định tài nguyên đường lên và đường xuống. Lập lịch đường lên và đường xuống được tách ra trong LTE và các quyết định việc lập lịch đường lên và đường xuống có thể được thực hiện không phụ thuộc lẫn nhau (bên trong tập các giới hạn bởi UL/DL tách biệt trong trường hợp hoạt động TDD). 31 Nguyên lý cơ bản của bộ lập lịch đường xuống là trong mỗi khoảng thời gian TTI bằng 1ms quyết định mang tính động các đầu cuối mà có nhiệm vụ thu từ sự truyền dẫn DL-SCH và trên các tài nguyên gì. Nhiều đầu cuối có thể được lập lịch song song, trong trường hợp đó có một DLSCH trên mỗi đầu cuối được lập lịch, mỗi một ánh xạ động cho duy nhất một tập các nguồn tài nguyên tần số. Đơn vị thời gian-tần số trong bộ lập lịch cũng được gọi là khối tài nguyên. Về nguyên lý một khối tài nguyên là một khối rộng 180 kHz trong miền tần số. Trong mỗi khoảng thời gian lập lịch 1 ms, bộ lập lịch ấn định các khối tài nguyên cho một đầu cuối để cho phép thu từ sự truyền dẫn DL-SCH. Bộ lập lịch chịu trách nhiệm lựa chọn kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế, và sự ánh xạ anten (trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten). Như một hệ quả, bộ lập lịch điều khiển tốc độ dữ liệu, sự phân đoạn RLC và sự ghép kênh MAC cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi sự quyết định lập lịch. Các đầu ra từ bộ lập lịch đường xuống có thể như hình 2.3. Mặc dù chiến lược lập lịch là sự bổ xung riêng và không được định rõ trong 3GPP, toàn bộ mục tiêu của hầu hết các bộ lập lịch là để mang lại sự thuận lợi cho các sự thay đổi các kênh giữa các đầu cuối di động và lập lịch một cách tốt nhất các sự truyền dẫn cho một đầu cuối di động trên các tài nguyên cùng với các điều kiện kênh thuận lợi. Chỉ riêng về mặt này, sự hoạt động của bộ lập lịch LTE về nguyên lý giống như bộ lập lịch HSDPA. Tuy nhiên, vì sử dụng OFDM làm sơ đồ đường xuống nên LTE có thể khai thác các sự biến đổi kênh theo cả miền tần số và miền thời gian, trong khi HSDPA chỉ có thể khai thác các sự biến đổi trên miền thời gian. Đối với các băng thông rộng hơn được hỗ trợ bởi LTE, trong đó một lượng đáng kể của pha đinh lựa chọn theo tần số sẽ được cảm nhận thấy, thì khả năng cho bộ lập lịch khai thác các sự biến đổi kênh cả trên miền tần số trở nên quan trọng so với chỉ khai thác sự biến đổi trên miền thời gian. Đặc biệt là ở các tốc độ thấp, 32 trong đó các sự biến đổi ở miền thời gian tương đối thấp so với các yêu cầu độ trễ thiết lập bởi nhiều dịch vụ, khả năng khai thác cả các sự biến đổi trên miền tần số là có ích. Thông tin về các điều kiện kênh đường xuống cần thiết cho việc lập lịch phụ thuộc kênh, được đưa từ đầu cuối di động tới eNodeB qua các thông báo chất lượng kênh. Thông báo chất lượng kênh cũng được biết đến như là bộ chỉ thị chất lượng kênh CQI (CQI: Channel Quality Indicator), gồm có không chỉ thông tin về chất lượng kênh tức thời trong miền tần số mà còn thông tin cần thiết để quyết định quá trình xử lý anten thích hợp trong trường hợp ghép không gian. Cơ sở cho thông báo CQI là các phép đo về các tín hiệu chuẩn đường xuống. Thêm vào chất lượng kênh, một bộ lập lịch hiệu suất cao cũng nên đưa các các trạng thái đệm và các quyền ưu tiên vào trong tính toán trong quyết định lập lịch. Sự khác nhau cả về loại dịch vụ cũng như loại thuê bao có thể ảnh hưởng tới quyền ưu tiên lập lịch. Ví dụ, người dùng voiIP (voice-over -IP user) với một thuê bao đắt nên duy trì chất lượng dịch vụ của nó ngay cả tại các tải trọng hệ thống cao, trong khi người dùng tải xuống một file với giá thuê bao thấp có thể phải hài lòng với các tài nguyên không được yêu cầu để hỗ trợ những người dùng khác. 2.2.2.3. ARQ lai ARQ lai LTE cùng với sự kết hợp mềm để chống lại các lỗi truyền dẫn. Vì các sự truyền lại ARQ lai là nhanh nên nhiều dịch vụ cho phép đối với một hoặc nhiều sự truyền lại, theo cách đó hình thành cơ chế điều khiển tốc độ ngầm (vòng kín), tương tự như HSPA, giao thức ARQ lai là bộ phận của lớp MAC, trong khi đó, hoạt động kết hợp mềm được xử lý bởi lớp vật lý. Rõ ràng, ARQ lai không thể ứng dụng được cho tất cả các loại lưu lượng. Ví dụ, các sự truyền dẫn quảng bá trong đó thông tin giống nhau dành 33 cho nhiều người dùng làm việc không dựa vào ARQ lai. Vì thế ARQ chỉ được hỗ trợ cho DL-SCH và UL-SCH. Giao thức ARQ lai LTE bao gồm nhiều quá trình xử lý dừng và đợi song song. Dựa vào sự thu của một khối truyền tải, máy thu thực hiện thử giải mã khối truyền tải này và thông báo cho máy phát biết về kết quả của hoạt động giải mã thông qua một bít ACK/NAK đơn lẻ biểu thị sự giải mã thành công hoặc nếu sự truyền lại của một khối truyền tải được yêu cầu. Để tối thiểu hoá mào đầu, một bít ACK/NAK đơn lẻ được sử dụng. Rõ ràng, máy thu nhất thiết phải biết được một bít ACK/NAK đã thu được kết hợp với quá trình ARQ lai nào. Điều này được giải quyết nhờ sự tính toán thời điểm của ACK/NAK được dùng để kết hợp ACK/NAK này với một quá trình ARQ nào đó như được minh hoạ trong hình 1.11. Chú ý rằng, trong trường hợp hoạt động TDD, mối quan hệ về thời gian giữa sự thu của dữ liệu theo một quá trình ARQ lai nào đó và sự phát của ACK/NAK cũng bị ảnh hưởng bởi sự phân chia đường lên/đường xuống. Ở LTE, một giao thức không đồng bộ là cơ sở cho sự hoạt động ARQ lai đường xuống. Vì vậy, các sự truyền lại đường xuống có thể xảy ra tại bất cứ thời gian nào sau lần truyền đầu tiên và đánh số quá trình xử lý ARQ lai được sử dụng để chỉ thị quá trình xử lý đang được chú tâm vào. Hình 2.6. Giao thức ARQ lai đồng bộ và không đồng bộ 34 Mặt khác, các sự truyền lại theo đường lên dựa trên cơ sở giao thức đồng bộ trong đó sự truyền lại xảy ra ở một thời điểm xác định trước sau lần truyền dẫn đầu tiên. Hai trường hợp này được minh hoạ trong hình 2.6. Ở giao thức ARQ lai không đồng bộ, các sự truyền lại được lập lịch về nguyên tắc cơ bản giống với các sự truyền đầu tiên. Mặt khác, trong giao thức đồng bộ, thời điểm cho các sự truyền lại được cố định sau khi việc truyền lần đầu tiên được lập lịch. Tuy nhiên, chú ý rằng bộ lập lịch nhận biết từ thực thể ARQ trong eNodeB một đầu cuối di động sẽ thực hiện sự truyền lại hay không. Việc sử dụng nhiều quá trình ARQ lai song song được minh hoạ trong hình 2.7, đối với mỗi người dùng có thể dẫn đến dữ liệu được phân chia theo cơ chế ARQ lai không theo trình tự nào. Ví dụ, khối truyền tải 5 trong hình minh hoạ đã được giải mã thành công trước khối truyền tải 3 cái mà đã yêu cầu một sự truyền lại. Sau khi giải mã thành công khối truyền tải được phân thành các kênh logic thích hợp và sự sắp xếp lại được làm trên mỗi kênh logic bằng cách dùng chuỗi các chữ số này. Hình 2.7. Đa xử lý ARQ song song 35 Cơ chế ARQ lai sẽ sửa các lỗi truyền gây bởi tạp âm hoặc các biến đổi kênh không thể dự đoán trước. Như đã thảo luận ở trên, thì RLC cũng có khả năng thực hiện đối với các yêu cầu truyền lại. Tuy nhiên, ít khi các sự truyền lại RLC là cần thiết vì cơ chế ARQ lai cơ bản có khả năng sửa hầu hết các lỗi truyền dẫn nhưng đôi khi ARQ lai có thể không đủ khả năng để cấp phát các khối dữ liệu không có lỗi (error-free) cho RLC do một kẽ hở ở chuỗi của các khối dữ liệu không có lỗi được phân phát tới RLC. Điều này xảy ra do báo hiệu hồi tiếp về sai, ví dụ một NAK được diễn dịch không đúng thành một ACK bởi máy phát, gây mất dữ liệu. Xác suất để xảy ra điều này có thể là khoảng 1%; Một xác suất lỗi không quá cao đối với các dịch vụ TCP cơ bản (Transmission Control Protocol) là cần thiết cho sự cấp phát các gói TCP hầu như không có lỗi. Một cách cụ thể hơn, đối với các tốc độ dữ liệu vượt quá 100 Mbit/s yêu cầu xác suất mất một gói dữ liệu dưới 10-5. Về cơ bản, TCP coi toàn bộ các lỗi gói là do sự tắc nghẽn. Vì vậy, các lỗi gói khởi sự một quá trình tránh tắc nghẽn cùng với một sự giảm tương ứng các tốc độ dữ liệu và để duy trì hiệu suất tốt tại các tốc độ dữ liệu cao thì RLC-AM phục vụ nhằm mục đích quan trọng là để bảo đảm phân phát dữ liệu không có lỗi cho TCP. Vì cơ chế ARQ lai có mục đích cho các sự truyền lại rất nhanh nên đòi hỏi gửi một bít thông báo trạng thái ACK/NAK tới máy phát thật nhanh có thể thực hiện chỉ trên một TTI. Mặc dù về nguyên lý có thể đạt được xác suất lỗi thấp tuỳ ý của thông tin phản hồi ACK/NAK nhưng giá phải trả là cần đến công suất phát tương đối cao. Việc giữ sự trả giá này một cách hợp lý đưa đến một tỷ lệ lỗi hồi tiếp khoảng 1% cái mà quyết định tỷ lệ lỗi ARQ lai còn dư. Vì các thông báo trạng thái RLC được truyền ít hơn ACK/NAK ARQ lai một cách đáng kể nên sự trả giá để đạt được sự tin cậy 10−5 hay thấp hơn là tương đối nhỏ. Vì vậy sự kết hợp của ARQ lai và RLC đạt được một sự kết hợp tốt 36 về thời gian khứ hồi nhỏ và một mào đầu hồi tiếp vừa phải trong đó hai thành phần này bổ xung lẫn nhau. Vì RLC và ARQ lai được đặt ở cùng một Node nên sự tương tác chặt chẽ giữa hai cái này là điều có thể xảy ra. Ví dụ nếu cơ chế ARQ lai phát hiện một lỗi không thể khôi phục lại được thì việc truyền của một thông báo trạng thái RLC có thể được khởi sự ngay lập tức thay vì đợi để truyền một thông báo trạng thái theo định kỳ. Điều này sẽ dẫn đến việc truyền lại RLC của các PDU bị lỗi nhanh hơn. Vì vậy, với mức độ nào đó thì việc kết hợp của ARQ lai và RLC có thể xem như một cơ chế truyền lại với hai cơ chế phản hồi trạng thái. 2.2.3. Các trạng thái LTE Trong LTE một đầu cuối di động có thể có một vài trạng thái khác nhau như đã minh hoạ trong hình 2.8. Vào lúc bật máy, đầu cuối di động đi vào trạng thái LTE-DETACHED. Ở trạng thái này, đầu cuối di động không được nhận biết về mạng. Trước khi việc truyền thông tin được thực hiện giữa đầu cuối di động và mạng thì đầu cuối di động cần phải đăng ký với mạng bằng cách dùng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên để đi vào trạng thái LTE-ACTIVE. LTE-DETACHED là một trạng thái chính được dùng vào lúc bật nguồn; Đầu cuối di động đã đăng ký với mạng dù chỉ một lần thì nó thuộc một trong các trạng thái điển hình là LTE_ACTIVE hoặc LTE-IDLE. LTE -ACTIVE là trạng thái được sử dụng khi đầu cuối di động là tích cực cùng với dữ liệu thu và phát. Trong trạng thái này, đầu cuối di động được kết nối với một tế báo cụ thể bên trong mạng này. Một hoặc một vài địa chỉ IP được ấn định cho đầu cuối di động cũng như sự nhận dạng về đầu cuối, bộ nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến ô C-RNTI này (C-RNTI: Cell Radio Network Temporary Indentifier) được dùng cho các mục đích báo hiệu giữa đầu cuối di động và mạng. LTE ACTIVE có thể xem như có hai trạng thái 37 con là đồng bộ trong (IN SYNC) và không đồng bộ (OUT OF SYNC) phụ thuộc vào đường lên được đồng bộ hay không được đồng bộ với mạng. Vì LTE dùng một đường lên dựa vào FDMA/TDMA trực giao cơ bản nên nó cần phải đồng bộ sự truyền dẫn theo đường lên từ các đầu cuối di động khác nhau để mà chúng đến eNodeB đồng thời (hoặc xấp xỉ đồng thời). Thủ tục để đạt được và duy trì sự đồng bộ là nhờ eNodeB đo thời gian đến của các sự truyền dẫn từ mỗi đầu cuối di động phát một cách tích cực và và gửi các lệnh sửa về thời gian điều khiển trong đường xuống. Với điều kiện là đường lên là trong chế độ đồng bộ trong (IN SYNC), sự truyền dẫn đường lên của dữ liệu người dùng và báo hiệu điều khiển L1/L2 là có thể thực hiện được. Trong bất cứ trường hợp nào sự truyền dẫn đường lên không xảy ra bên trong một cửa sổ thời gian đã cho thì rõ ràng sự đồng chỉnh về thời gian là không thể thực hiện được và đường lên được khai báo là chế độ không đồng bộ (OUT -OFSYNC). Trong trường hợp này, đầu cuối di động cần thực hiện một thủ tục truy nhập ngẫu nhiên để khôi phục lại sự đồng bộ đường lên. Hình 2.8. Các trạng thái LTE LTE-IDLE là một trạng thái tích cực mức thấp trong đó đầu cuối di động ngủ ở hầu hết thời gian để giảm tiêu thụ nguồn. Sự đồng bộ đường lên 38 không được duy trì và do đó chỉ duy nhất truyền dẫn đường lên tích cực mà có thể xảy ra là truy nhập ngẫu nhiên để chuyển tới LTE ACTIVE. Trong đường xuống, đầu cuối di động có thể thức dậy một cách định kỳ để mà tìm gọi cho các cuộc gọi đến. Đầu cuối di động giữ địa chỉ IP của nó và thông tin bên trong khác để mà di chuyển một cách nhanh chóng tới trạng thái LTE ACTIVE khi cần thiết. Vị trí của đầu cuối di động được nhận biết một phần đối với mạng chí ít biết được nhóm gồm các tế bào mà trong đó sự tìm gọi sẽ được thực hiện. 2.2.4. Luồng dữ liệu Để tóm tắt luồng dữ liệu đường xuống qua tất cả các lớp giao thức, một ví dụ minh hoạ đối với một trường hợp cùng với ba gói IP và hai giá vô tuyến được cho trong hình 2.9. Luồng dữ liệu trong trường hợp truyền theo đường lên là tương tự. PDCP thực hiện việc nén mào đầu IP kèm theo mã mật. Một mào đầu PDCP được thêm vào mang thông tin cần thiết cho giải mã mật ở đầu cuối di động, đầu ra từ PDCP được đưa tới RLC. Giao thức RLC thực hiện việc móc nối các đoạn của PDCP SDUs và thêm vào mào đầu RLC. Mào đầu được dùng để phân phát nối tiếp (qua kênh logic) trong đầu cuối di động và để nhận thực RLC PDUs trong trường hợp truyền lại. RLC PDUs được gửi tới lớp MAC, lớp mà mang nhiều RLC PDUs lắp ghép một MAC SDU và gắn mào đầu MAC để tạo thành một khối truyền tải, kích thước khối truyền tải này phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu tức thời được chọn lựa bởi cơ chế thích nghi liên kết. Vì vậy, sự thích nghi liên kết ảnh hưởng tới cả hai quá trình MAC và quá trình xử lý RLC. 39 Hình 2.9. Ví dụ luồng dữ liệu LTE Cuối cùng, lớp vật lý gắn một CRC cho khối truyền tải nhằm mục đích phát hiện lỗi, thực hiện việc mã và điều chế và phát tín hiệu kết quả này qua không gian. 40 Chương 3 LỚP VẬT LÝ LTE 3.1. Lớp vật lý PHY Lớp vật lý chịu trách nhiệm mã hoá, xử lý ARQ lai lớp vật lý, điều chế, xử lý nhiều anten, và sự ánh xạ tín hiệu tới các nguồn tài nguyên thời gian-tần số vật lý thích hợp. Một sự khái quát được đơn giản hoá của quá trình xử lý đối với DL-SCH được cho trong hình 3.1. Các khối lớp vật lý mà được điều khiển một cách động bởi lớp MAC được mô tả bằng màu xám, trong khi các khối lớp vật lý bán động mô tả bằng màu trắng. Hình 3.1. Quá trình xử lý lớp vật lý được đơn giản hoá đối với DL-SCH Khi một đầu cuối di động được lập lịch trong một TTI trên DL-SCH, thì lớp vật lý này thu một khối truyền tải (hai khối truyền tải trong trường 41 hợp ghép không gian) của dữ liệu để phát. Mỗi khối truyền tải được gắn một CRC và mỗi CRC đã được gắn với khối truyền tải được mã hoá một cách tách biệt nhau. Tốc độ mã kênh được quyết định hoàn toàn bởi kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế và số lượng các tài nguyên đã ấn định cho sự truyền dẫn. Tất cả khối lượng đó được lựa chọn bởi bộ lập lịch đường 42 xuống. Hình 3.2. Quá trình xử lý lớp vật lý đã được đơn giản hoá đối với UL-SCH 43 Phiên bản dư để sử dụng được điều khiển bởi giao thức ARQ lai và ảnh hưởng đến quá trình xử lý thích ứng tốc độ để tạo ra tập sửa các bít được mã. Cuối cùng, trong trường hợp ghép không gian thì việc ánh xạ anten cũng do bộ lập lịch đường xuống điều khiển. Quá trình xử lý lớp vật lý UL-SCH được biểu diễn theo dạng đơn giản trong hình 3.2. Các kênh truyền tải đường xuống còn lại cơ bản dựa vào quá trình xử lý lớp vật lý thông thường giống như DL-SCH. Đối với sự quảng bá của thông tin hệ thống trên BCH, một đầu cuối di động nhất thiết phải thu kênh thông tin này như một trong các bước đầu tiên trước khi truy nhập hệ thống và không có điều khiển động về bất cứ các tham số truyền dẫn nào từ lớp MAC trong trường hợp này. Đối với việc truyền dẫn của các thông báo tìm gọi trên PCH thì sự thích nghi động của các tham số có thể được dùng tới một mức độ nhất định. Nhìn chung, quá trình xử lý trong trường hợp này tương tự với quá trình xử lý trong DL-SCH. MAC có thể điều khiển sự điều chế, số lượng các nguồn tài nguyên và ánh xạ anten. Tuy nhiên, vì một một đường lên chưa được thiết lập khi một đầu cuối di động được tìm gọi nên ARQ lai không thể sử dụng do không có khả năng để đầu cuối di động này truyền một ACK/NAK. MCH được dùng cho các sự truyền dẫn MBMS, điển hình với sự hoạt động mạng một tần số bằng cách phát từ nhiều tế bào trên các tài nguyên như nhau với dạng truyền tải giống nhau tại cùng thời điểm. Do vậy, việc lập lịch của các sự truyền dẫn MCH nhất thiết phải được lập toạ độ giữa các tế bào tham gia và sự lựa chọn động về các tham số bởi MAC là không thể thực hiện được. 3.2. Cấu trúc miền thời gian 44 Hình 3.3 minh hoạ cấu trúc miền thời gian mức cao cho sự truyền dẫn LTE cùng với độ dài mỗi khung (vô tuyến) T frame = 10 ms bao gồm mười khung con kích thước bằng nhau và bằng Tsubframe = 1 ms. Để cung cấp các sự định nghĩa thời gian phù hợp và chính xác thì các khoảng thời gian khác nhau bên trong các đặc điểm truy nhập vô tuyến LTE có thể được diễn tả như là bội số của một đơn vị thời gian cơ sở Ts=1/30720000. Vì vậy, các khoảng thời gian đã vẽ phác trong hình 3.3 cũng có thể được diễn tả bằng T frame = 307200.Ts và Tsubframe = 30720.Ts. Hình 3.3. Cấu trúc miền thời gian LTE Bên trong một sóng mang, các khung con khác nhau của một khung có thể được dùng cho truyền dẫn đường xuống hoặc là cho truyền dẫn đường lên. Như minh hoạ trong hình 3.4a, trong trường hợp FDD đó là sự hoạt động theo phổ cặp, tất cả các khung con của một sóng mang được dùng cho đường xuống (một sóng mang đường xuống ) hoặc là đường lên (một sóng mang đường lên). Mặt khác, trong trường hợp hoạt động cùng với TDD theo phổ không theo cặp (hình 3.4b), khung con thứ nhất và thứ sáu của mỗi khung (khung con 0 và 5) thường được ấn định cho sự truyền dẫn đường xuống trong khi các khung còn lại có thể được ấn định một cách mềm dẻo cho sự truyền dẫn theo đường xuống hoặc đường lên. Lý do cho việc ấn định trước của khung con thứ nhất và thứ sáu cho truyền dẫn đường xuống là do các 45 hung con đó chứa các tín hiệu đồng bộ LTE. Các tín hiệu đồng bộ này được truyền trên đường xuống của mỗi tế bào và được dự định để dùng cho việc tìm tế bào lúc đầu cũng như để tìm tế bào láng giềng. Như đã minh hoạ trong hình 3.4, sự ấn định mềm dẻo của các khung con trong trường hợp TDD cho phép các sự không đối xứng khác nhau về mặt số lượng các nguồn tài nguyên vô tuyến (các khung con) đã ấn định cho sự truyền dẫn đường xuống và đường lên. Vì sự ấn định khung con cũng cần phải giống như thế đối với các tế bào láng giềng để mà ngăn ngừa nhiễu mạnh giữa các sự truyền dẫn đường xuống và đường lên giữa các tế bào, nên tính không đối xứng đường xuống/đường lên không thể biến đổi một cách động, ví dụ một nền tảng mỗi khung. 46 Hình 3.4. Ví dụ của sự ấn định khung con đường xuống/đường lên trong trường hợp TDD và sự so sánh với FDD Tuy nhiên, nó có thể được thay đổi trên một nền tảng thấp hơn ví dụ để làm cho phù hợp các đặc điểm lưu lượng khác nhau như là các sự chênh lệch và các sự biến đổi trong tính không đối xứng lưu lượng đường xuống/đường lên. 3.3. Lớp vật lý đường xuống 3.3.1. Tài nguyên vật lý đường xuống Sự truyền dẫn đường xuống LTE được dựa trên nền tảng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM. Tài nguyên vật lý đường xuống LTE có thể xem như một lưới tài nguyên thời gian-tần số (xem hình 3.5), ở đó mỗi thành phần tài nguyên tương ứng với một sóng mang con OFDM trong thời gian một khoảng symbol OFDM (trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten thì sẽ có một lưới tài nguyên trên một anten). Hình 3.5. Tài nguyên vật lý đường xuống LTE Đối với đường xuống LTE, khoảng cách sóng mang con OFDM được chọn với f = 15 kHz. Giả thiết là thực hiện thu/phát dùng FFT cơ bản, điều này tương ứng với một tốc độ lấy mẫu fs = 15000.NFFT trong đó NFFT là kích thước FFT này. Vì vậy đơn vị thời gian T s đã xác định trong phần trước có thể được xem như thời gian lấy mẫu của việc thực hiện thu/phát FFT cơ 47 bản với NFFT = 2048. Đó là điều quan trọng để hiểu rằng đơn vị thời gian T s được đưa vào trong đặc điểm kỹ thuật truy nhập vô tuyến chỉ như là một công cụ để xác định các khoảng thời gian khác nhau và không áp đặt bất cứ các ép buộc việc thu và/hoặc phát riêng nào, ví dụ như một tốc độ lấy mẫu nào đó. Trong thực tế, thực hiện thu/phát FFT cơ bản cùng với N FFT = 2048 và một tốc độ lấy mẫu tương ứng f s = 30.72 MHz là phù hợp cho các độ rộng băng truyền LTE rộng hơn, như là các độ rộng băng thông trong khoảng 15 MHz hoặc trên 15 MHz. Tuy nhiên, đối với các dải thông truyền dẫn nhỏ hơn, một kích thước FFT nhỏ hơn và một tốc độ lấy mẫu thấp hơn một cách tương ứng có thể được sử dụng rất tốt. Ví dụ như đối với các băng thông truyền dẫn dưới 5 MHz, một kích thước NFFT = 512 và một tốc độ lấy mẫu tương ứng fs = 7.67 MHz là đủ. Một luận cứ để chấp nhận một khoảng cách sóng mang con 15 kHz cho LTE đó là nó có thể làm đơn giản hoá việc thực thi của các đầu cuối đa chế độ WCDMA/HSPA/LTE. Sự chấp nhận một kích thước FFT luỹ thừa của 2 và một khoảng cách sóng mang con Δ f=15 kHz, tốc độ lấy mẫu fs=Δf.NFFT sẽ là bội số hoặc ước số của tốc độ chíp WCDMA/HSPA f cr=3.84 MHz. Các đầu cuối WCDMA/HSPA/LTE đa chế độ có thể được thực thi một cách đơn giản cùng với một mạch đồng hồ đơn. Hình 3.6. Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE 48 Như đã minh hoạ trong hình 3.6, các sóng mang con đường xuống trong miền tần số được tập hợp thành các khối tài nguyên, ở đó mỗi một khối tài nguyên bao gồm 12 sóng mang con liên tiếp tương ứng với một dải thông khối tài nguyên bằng 180 kHz. Thêm vào đó có một sóng mang con DC chưa dùng đến ở trung tâm của phổ đường xuống. Lý do tại sao mà sóng mang con DC không được sử dụng cho bất cứ sự truyền dẫn nào, đó là nó có thể trùng với tần số dao động nội tại máy phát trạm gốc và/hoặc máy thu đầu cuối di động. Như một hệ quả, nó có thể phải chịu nhiễu cao ví dụ là do sự dò gỉ dao động nội. Tổng số lượng các sóng mang con trên một sóng mang đường xuống bao gồm cả sóng mang con DC vì vậy bằng N sc = 12.NRB + 1, trong đó NRB là số các khối tài nguyên. Các đặc điểm kỹ thuật lớp vật lý LTE trên thực tế cho phép một sóng mang đường xuống bao gồm số lượng bất kỳ các khối tài nguyên ở phạm vi từ 6 khối nguồn tài nguyên lên tới hơn 100 khối tài nguyên. Điều này tương ứng với một dải thông truyền dẫn đường xuống từ khoảng 1MHz lên tới khoảng 20 MHz. Điều này cho phép đối với một mức độ rất cao về tính mềm dẻo về dải thông/phổ, chí ít xuất phát từ quan điểm đặc điểm kỹ thuật lớp vật lý. Tuy nhiên các quy định tần số vô tuyến LTE được xác định duy nhất cho một tập giới hạn của các dải thông truyền dẫn, tương ứng với một tập giới hạn các giá trị có thể có đối với NRB khối tài nguyên. Một khung con bao gồm hai khe thời gian kích thước bằng nhau. Mỗi khe bao gồm bảy hoặc sáu symbol OFDM tương ứng theo thứ tự trong trường hợp tiếp đầu tuần hoàn thường và tiếp đầu tuần hoàn mở rộng. Hình 3.7 phác hoạ chi tiết hơn cấu trúc miền thời gian cho sự truyền dẫn đường xuống LTE. Mỗi một khung con 1 ms bao gồm hai khe kích thước bằng nhau với độ dài T slot = 0.5 ms (15360.Ts). Khi đó, mỗi khe 49 bao gồm một số lượng các symbol kể cả tiền tố tuần hoàn. Một khoảng cách sóng mang con Δ f = 15 kHz tương ứng với thời gian symbol có ích Tu = 1/ Δf ≈ 66.7 µs (2048.Ts). Khi đó, toàn bộ thời gian symbol OFDM là tổng của thời gian có ích và độ dài tiếp đầu tuần hoàn TCP. Như đã minh hoạ trong hình 3.7, LTE xác định hai độ dài tiếp đầu tuần hoàn là tiếp đầu tuần hoàn thường và tiếp đầu tuần hoàn mở rộng, theo thứ tự tương ứng với bảy và sáu symbol OFDM trên một khe. Các độ dài tiếp đầu tuần hoàn chính xác được diễn tả theo đơn vị thời gian cơ sở Ts được cho trong hình 3.7. Nên chú ý rằng, trong trường hợp tiếp đầu tuần hoàn thường thì độ dài tiếp đầu tuần hoàn đối với symbol OFDM thứ nhất của một khe là lớn hơn một chút so với các symbol OFDM còn lại. Lý do cho điều này là để điền đầy toàn bộ khe 0.5 ms khi mà tổng số đơn vị thời gian Ts trên khe (15360.Ts) không thể chia hết cho bảy. 50 Hình 3.7. Khung con đường xuống LTE và cấu trúc khe. Các lý do cho việc xác định 2 độ dài tiếp đầu tuần hoàn đối với LTE gồm hai phần: 1. Một tiếp đầu tuần hoàn dài hơn mặc dù ít có hiệu quả cao theo quan điểm về mào đầu nhưng có thể là có ích trong các điều kiện cụ thể với sự trải trễ lớn, ví dụ trong các tế bào rất lớn. Nó là điều quan trọng phải chú ý đến, dù rằng một tiếp đầu dài hơn không thật sự có ích trong trường hợp các tế bào lớn thậm chí nếu trải trễ là rất rộng trong các trường hợp như thế. Nếu trong các tế bào lớn hiệu suất kết nối bị giới hạn bởi tạp âm hơn là bởi sự sai lạc tín hiệu do sự tản mạn thời gian còn dư không được phủ kín bởi tiếp đầu tuần hoàn thì cộng tăng cường vào cho sự tản mạn kênh vô tuyến bằng cách dùng một tiếp đầu tuần hoàn dài hơn thì có thể không phải căn chỉnh sự hao phí tương ứng về mặt năng lượng tín hiệu được thu. 2. Trong trường hợp truyền dẫn đa trạm/quảng bá MBSFN cơ bản, tiếp đầu tuần hoàn không nên chỉ phủ thành phần chính của sự tản mạn thời gian kênh hiện thời mà còn cả thành phần chính của sự chênh lệch về thời gian giữa các đường truyền được thu từ các tế bào liên quan trong việc truyền dẫn MBSFN. Trong trường hợp hoạt động MBSFN, thì tiếp đầu tuần hoàn được mở rộng là cần thiết. Vì vậy, phần chủ yếu dùng tiếp đầu tuần hoàn mở rộng LTE là cho sự truyền dẫn MBSFN cơ bản. Chú ý rằng các độ dài tiếp đầu tuần hoàn khác nhau có thể được sử dụng cho các khung con khác nhau bên trong một khung. Các khối tài nguyên đã đề cập ở trên bao gồm 12 sóng mang con trong khoảng thời gian một khe 0.5 ms. Vì vậy, mỗi khối nguồn tài nguyên bao gồm 12x7=84 phần tử tài nguyên trong trường hợp tiếp đầu tuần 51 hoàn thường và 12x6=72 phần tử tài nguyên trong trường hợp tiếp đầu tuần hoàn mở rộng. 3.3.2. Các tín hiệu chuẩn đường xuống Để thực hiện sự giải điều chế kết hợp đường xuống, đầu cuối di động cần đánh giá kênh đường xuống. Một cách đơn giản cho phép đánh giá kênh trong trường hợp truyền dẫn OFDM là chèn vào các symbol chuẩn đã biết vào trong lưới thời gian-tần số OFDM. Trong LTE, các symbol chuẩn đó cũng được gọi là các tín hiệu chuẩn đường xuống LTE. Như đã minh hoạ trong hình 3.8, các symbol chuẩn đường xuống được chèn vào bên trong các symbol OFDM cuối cùng thứ nhất và thứ ba của mỗi khe (điều này tương ứng với các symbol thứ 5 và thứ 4 của khe theo thứ tự trong trường hợp tiếp đầu tuần hoàn thường và tiếp đầu tuần hoàn mở rộng) và cùng với một khoảng cách miền tần số bằng sáu sóng mang con. Hơn nữa, có sự sắp xếp lệch nhau trên miền tần số bằng ba sóng mang con ở giữa các symbol chuẩn thứ nhất và thứ hai. Bên trong mỗi khối nguồn tài nguyên bao gồm 12 sóng mang con trong thời gian một khe, vì vậy mà có bốn symbol chuẩn. Điều này là đúng cho tất cả các khung con trừ các khung được dùng cho truyền dẫn MBSFN cơ bản. 52 Hình 3.8 Cấu trúc tín hiệu chuẩn đường xuống LTE mang tiếp đầu tuần hoàn thông thường, ví dụ bảy symbol OFDM trên khe. Để đánh giá kênh trên toàn bộ lưới thời gian-tần số cũng như việc giảm bớt tạp âm trong việc đánh giá kênh thì đầu cuối di động nên thực hiện phép nội suy/tính trung bình đối với nhiều symbol chuẩn. Vì vậy khi đánh giá kênh đối với một khối nguồn tài nguyên nào đó thì đầu cuối di động có thể không những sử dụng các symbol chuẩn bên trong các khối tài nguyên đó mà còn trong miền tần số các khối nguồn tài nguyên láng giềng cũng như các symbol chuẩn của các khe/các khung con thu được trước đó. Tuy nhiên, phạm vi mà đầu cuối di động có thể tính trung bình đối với nhiều khối nguồn tài nguyên trong miền tần số và/hoặc miền thời gian phụ thuộc vào các đặc tính kỹ thuật kênh. Trong trường hợp độ chọn lọc tần số kênh cao thì khả năng cho việc tính trung bình trong miền tần số bị hạn chế. Cũng tương tự cho việc thực hiện tính trung bình trong miền thời gian, đó là có thể thực hiện bằng cách sử dụng các symbol chuẩn trong các khe/các khung con thu được trước đó và bị hạn chế trong trường hợp các sự biến đổi kênh nhanh, ví dụ như vận tốc đầu cuối cao. Cũng nên chú ý rằng trong trường hợp TDD khả năng cho sự tính trung bình về thời gian có thể bị hạn chế vì các khung con trước đó có thể được ấn định không bằng nhau đối với sự truyền dẫn đường xuống. 3.3.2.1. Các chuỗi tín hiệu chuẩn và nhận dạng tế bào lớp vật lý Nhìn chung các giá trị phức của các symbol chuẩn sẽ thay đổi giữa các vị trí symbol chuẩn khác nhau và giữa các tế bào khác nhau. Vì vậy, tín hiệu chuẩn của một tế bào này có thể được xem như một chuỗi hai chiều, trong các đặc điểm kỹ thuật LTE được gọi là chuỗi tín hiệu chuẩn hai chiều. Giống với mã xáo trộn WCDMA/HSPA, chuỗi tín hiệu chuẩn LTE có thể được xem như một bộ chỉ thị về nhận dạng tế bào lớp vật lý. Có 510 chuỗi 53 tín hiệu chuẩn được định nghĩa trong đặc điểm kỹ thuật LTE tương ứng với 510 sự nhận dạng khác nhau. Dưới dạng cụ thể hơn, mỗi chuỗi tín hiệu chuẩn có thể được xem như tích số của một chuỗi giả ngẫu nhiên hai chiều và một chuỗi trực giao hai chiều. Có tổng số 170 chuỗi giả ngẫu nhiên khác nhau được định nghĩa bởi đặc tính kỹ thuật LTE, mỗi cái tương ứng với một trong số 170 nhóm nhận dạng tế bào. Hơn nữa, có ba chuỗi trực giao được định nghĩa, mỗi cái tương ứng với một sự nhận dạng tế bào cụ thể bên trong mỗi nhóm nhận dạng tế bào. Các chuỗi tín hiệu chuẩn và cấu trúc của tích của một chuỗi giả ngẫu nhiên và một chuỗi trực giao của chúng có thể được sử dụng cho nhiệm vụ tìm kiếm tế bào LTE. Các chuỗi tín hiệu chuẩn này nên được ứng dụng thích hợp cho các tế bào theo cách mà các tế bào thuộc vào cùng eNodeB thì cũng bằng chừng ấy các nhận dạng tế bào lớp vật lý được ấn định trong cùng nhóm nhận dạng tế bào. Ví dụ các tín hiệu chuẩn được ấn định dựa trên cơ sở cùng chuỗi giả ngẫu nhiên nhưng khác nhau về các chuỗi trực giao. Bằng cách làm như thế, nhiễu giữa các tín hiệu chuẩn của các tế bào khác nhau của cùng eNodeB có thể được tối thiểu hoá. 3.3.2.2. Sự nhảy tần số tín hiệu chuẩn Cấu trúc tín hiệu chuẩn đã phác hoạ trong hình 3.8, các vị trí trên miền tần số của các symbol chuẩn là như nhau giữa các khung con liên tiếp. Tuy nhiên, các vị trí trên miền tần số của các symbol chuẩn cũng có thể thay đổi giữa các khung con liên tiếp như thế được gọi là sự nhảy tần symbol chuẩn. Trong trường hợp sự nhảy tần symbol chuẩn, các vị trí tương đối của các symbol chuẩn bên trong một khung con giống như trong hình 3.8. Vì vậy, sự nhảy tần có thể được diễn tả như là việc thêm vào một chuỗi của các sự 54 lệch tần, với mô hình symbol chuẩn được phác hoạ trong hình 3.8 với độ lệch là giống nhau đối với tất cả các symbol chuẩn bên trong một khung con, nhưng lại thay đổi giữa các khung con liên tiếp. Vì vậy, các vị trí symbol chuẩn p trong khung con k có thể được diễn tả như là: Các symbol chuẩn thứ nhất: p(k) = (p0 + 6.i + offset(k)) mod 6 Các symbol chuẩn thứ hai: p(k) = (p0 + 6.i + 3offset(k)) mod 6 Trong đó, i là hệ số. Chuỗi của các độ lệch tần hay kiểu nhảy tần này có độ dài chu kỳ bằng 10, ví dụ kiểu nhảy tần được lập lại giữa các khung liên tiếp. Có 170 kiểu nhảy tần khác nhau được định nghĩa mà ở đó mỗi kiểu tương ứng với một nhóm nhận dạng tế bào. Bằng cách đưa các kiểu nhảy tần khác nhau vào các tế bào láng giềng thì nguy cơ các symbol chuẩn của các tế bào láng giềng xung đột một cách liên tiếp có thể được ngăn ngừa. Điều này được chú ý đặc biệt nếu/khi các symbol được truyền với năng lượng cao hơn so với các thành phần tài nguyên còn lại, như thế được gọi là sự tăng thế năng lượng tín hiệu chuẩn. 3.3.2.3. Các tín hiệu chuẩn đối với sự truyền dẫn nhiều anten Trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten đường xuống thì đầu cuối di động nhất thiết phải có khả năng đánh giá kênh đường xuống tương ứng với mỗi anten. Để làm điều này, có một tín hiệu chuẩn đường xuống được phát từ mỗi anten. Trên thực tế gọi là các cổng anten hơn là các anten để nhấn mạnh rằng cái mà được nói đến không tương đương với một anten vật lý đơn lẻ. Thực tế, một cổng anten được xác định bằng sự hiện diện của một tín hiệu chuẩn đặc trưng cổng anten. Vì vậy, nếu các tín hiệu chuẩn giống hệt nhau được phát từ một vài anten vật lý thì trên quan điểm một đầu cuối di động không thể quyết định được và các anten này có thể cũng được xem như một cổng anten đơn. Tuy nhiên, để đơn giản chủ đề thì thuật ngữ anten sẽ được dùng ở đây. 55 • Trong trường hợp hai anten phát thì các symbol chuẩn của anten thứ hai được ghép tần số cùng với các symbol chuẩn của anten thứ nhất với một độ lệch miền tần số bằng ba sóng mang con. • Trong trường hợp bốn anten phát các symbol chuẩn cho các anten thứ ba và thứ tư được ghép tần số bên trong symbol OFDM thứ hai của mỗi khe. Chú ý rằng các symbol chuẩn đối với anten thứ ba và thứ tư chỉ được phát bên trong một symbol OFDM của mỗi khe. Cũng chú ý rằng một phần tử tài nguyên mang một symbol chuẩn cho một anten nào đó sẽ không được phát trên các anten khác. Vì vậy, các symbol chuẩn của một anten nào đó không bị nhiễu bởi các sự phát từ các anten khác bên trong tế bào đó. Rõ ràng, trong trường hợp bốn anten phát mật độ symbol chuẩn trên miền thời gian của các anten thứ ba và thứ tư bị giảm bớt so với anten thứ nhất và thứ hai. Điều này được làm cốt để mà hạn chế mào đầu tín hiệu chuẩn trong trường hợp bốn anten phát. Đồng thời điều này có một tác động tiêu cực đến khả năng theo dõi các sự biến đổi kênh rất nhanh. Tuy nhiên, cái này có thể được điều chỉnh phù hợp ví dụ sự ghép không gian bốn anten sẽ chủ yếu được áp dụng cho các kịch bản cùng với tính di động thấp. Lý do để duy trì mật độ symbol chuẩn cao hơn cho các anten thứ nhất và thứ hai trong trường hợp bốn anten phát như vậy để mà các tín hiệu chuẩn đó sẽ được dùng trong thời gian tìm tế bào lúc ban đầu khi mà đầu cuối di động chưa thu được đầy đủ thông tin về số lượng các anten phát bên trong tế bào đó. Vì vậy, cấu hình của các tín hiệu chuẩn của anten thứ nhất và thứ hai nên không chú ý về số lượng các anten như vậy. 3.3.3. Quá trình xử lý kênh truyền tải đường xuống 56 Các giao diện lớp vật lý với các lớp cao hơn, cụ thể hơn là lớp MAC, nhờ vào các kênh truyền tải. LTE đã kế thừa nguyên lý cơ bản của WCDMA/HSPA cái mà dữ liệu được phân phát tới lớp vật lý này dưới dạng các khối truyền tải với một kích thước nào đó. Về mặt cấu trúc chi tiết khối truyền tải thì LTE đã dùng một phương pháp tương tự như đã dùng đối với HSPA: 1. Trong trường hợp sự phát anten đơn có thể tối đa là một khối truyền tải đơn với kích thước động trong mỗi TTI. 2. Trong trường hợp phát nhiều anten có thể lên tới hai khối truyền tải với kích thước động trong mỗi TTI, trong đó mỗi khối truyền tải tương ứng với một từ mã trong trường hợp ghép không gian đường xuống. Điều này đưa đến rằng mặc dù LTE hỗ trợ ghép không gian đường xuống với sự hiện diện lên đến bốn anten phát nhưng số lượng từ mã vẫn bị giới hạn đến hai. 57 Hình 3.9. Quá trình xử lý kênh truyền tải đường xuống LTE. Các phần nét gạch chỉ xuất hiện trong trường hợp ghép không gian đường xuống, khi đó hai khối truyền tải được phát song song trong một TTI. Cùng với cấu trúc khối truyền tải, quá trình xử lý kênh truyền tải đường xuống LTE cụ thể hơn với quá trình xử lý DL-SCH có thể được phác hoạ theo hình 3.9 với hai chuỗi xử lý chính tách biệt, mỗi cái tương ứng cho quá trính xử lý của một khối truyền tải đơn. Chuỗi xử lý thứ hai tương ứng với một khối truyền tải thứ hai và vì vậy chỉ hiện diện trong trường hợp ghép không gian đường xuống. Trong trường hợp này hai khối truyền tải nhìn chung có kích thước khác nhau được kết hợp thành phần ánh xạ anten. 3.3.3.1. Sự chèn CRC 58 Ở bước đầu tiên của quá trình xử lý kênh truyền tải, một thủ tục kiểm tra độ dư chu trình (thủ tục CRC) được tính toán và được gắn vào mỗi khối truyền tải (hình 3.10). CRC cho phép bên thu phát hiện các lỗi còn dư trong khối truyền tải đã giải mã. Hình 3.10. Sự chèn CRC đường xuống, tính toán và sự gắn một CRC cho mỗi khối truyền tải 3.3.3.2. Sự mã hoá kênh Các phiên bản đầu tiên của các đặc điểm truy nhập vô tuyến WCDMA (trước HSPA) đã cho phép ứng dụng mã xoắn và mã Turbo cho các kênh truyền tải. Đối với HSPA, mã kênh được làm đơn giản hoá mà theo đó chỉ có mã Turbo mới có thể được ứng dụng cho các kênh truyền tải HSPA liên quan (HS-DSCH đối với đường xuống và E-DCH đối với đường lên). Điều đó cũng đúng cho kênh chung đường xuống LTE, ví dụ chỉ có mã Turbo mới có thể được ứng dụng trong trường hợp truyền dẫn DLSCH. 59 Hình 3.11. Bộ mã hoá Turbo LTE Toàn bộ cấu trúc của mã Turbo LTE được minh hoạ trong hình 3.11. Mã Turbo dùng lại từ WCDMA/HSPA hai bộ mã hoá thành phần tám trạng thái, tốc độ 1/2 dẫn đến một tốc độ mã tổng R=1/3. Tuy nhiên, đối với LTE, bộ mã hoá Turbo WCDMA/HSPA bên trong bộ ghép xen được thay thế bởi sự xen lẫn QPP cơ bản (QPP_based Quadrature Permutation polynomial: đa thức hoán vị vuông cơ bản ). Trái ngược với bộ ghép xen WCDMA/HSPA hiện thời thì trong một bộ ghép xen QPP cơ bản là không tranh chấp tối đa, dẫn đến sự giải mã có thể được song song hoá một cách đơn giản mà không có nguy cơ cho sự tranh chấp khi truy nhập bộ nhớ bộ ghép xen. Đối với các tốc độ dữ liệu rất cao được hỗ trợ bởi LTE, việc sử dụng sự ghép xen QPP cơ bản có thể giảm về căn bản sự phức tạp bộ mã/bộ giải mã Turbo. 3.3.3.4. Chức năng ARQ lai ở lớp vật lý Nhiệm vụ của ARQ lai lớp vật lý đường xuống là để rút ra từ các khối gồm các bít mã được phân phát bởi bộ mã kênh, tập các bít yêu cầu để truyền trong TTI đã cho (hình 3.12). Cũng nên chú ý rằng, một vài phần tử 60 tài nguyên bên trong một khối tài nguyên được ấn định sẽ bị chiếm giữ bởi các symbol chuẩn như đã diễn tả ở trên và bởi tín hiệu điều khiển L1/L2. Hình 3.12 Chức năng ARQ lai lớp vật lý rút ra tập các bít mã để truyền trong thời gian một TTI. Nếu tổng số các bít mã được phân phát bởi bộ mã kênh lớn hơn tổng các bít mà có thể được phát thì chức năng ARQ lai sẽ rút một tập con của các bít mã, dẫn tới một tốc độ mã hiệu dụng R eff > 1/3. Nếu tổng số các bít mã nhỏ hơn số các bít được phát thì chức năng ARQ sẽ lặp lại tất cả hoặc một tập con các bít mã, dẫn đến tốc độ mã hiệu dụng Reff < 1/3. Trong trường hợp truyền lại, chức năng ARQ lai trong trường hợp chung sẽ lựa chọn một tập khác nhau gồm các bít mã để phát, tức là chức năng ARQ lai cho phép để sự dư thừa tăng lên. 3.3.3.5. Sự xáo trộn mức bít Sự xáo trộn đường xuống LTE dẫn đến đó là khối các bít được phân phát bởi chức năng ARQ lai được nhân với một chuỗi xáo trộn mức bit (hình 3.13). Nhìn chung việc xáo trộn của dữ liệu đã mã hoá giúp để đảm bảo rằng sự giải mã bên thu có thể lợi dụng đầy đủ lợi ích xử lý được cung cấp bởi mã kênh. Không xáo trộn đường xuống thì chí ít về nguyên lý bộ giải mã kênh tại đầu cuối di động có thể thích ứng với một tín hiệu nhiễu giống với tín hiệu đích, do đó không thể triệt nhiễu một cách thích đáng. Bằng cách 61 áp dụng các chuỗi xáo trộn khác nhau đối với các tế bào láng giềng, các tín hiệu nhiễu sau khi giải xáo trộn được ngẫu nhiên hoá đảm bảo lợi dụng đầy đủ lợi ích quá trình xử lý được cung cấp bởi mã kênh. Hình 3.13. Sự xáo trộn đường xuống Trái ngược với HSPA, ở đó sự xáo trộn đường xuống được áp dụng với các chíp phức sau khi trải (sự xáo trộn mức chíp), LTE áp dụng xáo trộn đường xuống với các bít mã của mỗi kênh truyền tải (sự xáo trộn mức bit). Việc xáo trộn mức chíp là cần thiết đối với HSPA để đảm bảo rằng lợi ích quá trình xử lý được cung cấp bởi việc trải có thể lợi dụng một cách hiệu quả. Mặt khác, trong trường hợp LTE sự xáo trộn của các bít mã đúng hơn là các symbol điều chế phức dẫn đến độ phức tạp trong thực thi thấp hơn phần nào, cùng với việc không ảnh hưởng tiêu cực tới hiệu suất. Trong LTE, sự xáo trộn đường xuống được áp dụng cho các kênh truyền tải. Sự xáo trộn cũng được áp dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống. Đối với tất cả các kênh truyền tải đường xuống trừ MCH, cũng như đối với báo hiệu L1/L2, các chuỗi xáo trộn nên khác nhau cho các tế bào láng giềng (sự xáo trộn riêng cho tế bào) để đảm bảo sự ngẫu nhiên nhiễu giữa các tế bào. Ngược lại, trong việc truyền dẫn MBSFN cơ bản bằng cách sử dụng kênh truyền tải MCH, sự xáo trộn giống nhau nên được áp dụng cho tất cả các tế bào tham gia vào một sự truyền dẫn MBSFN nào đó (sự xáo trộn chung cho tế bào). 3.3.3.6. Sự điều chế dữ liệu 62 Sự điều chế dữ liệu đường xuống biến đổi một khối gồm các bít đã được xáo trộn thành một khối tương ứng gồm các symbol điều chế (hình 3.13). Tập các sơ đồ điều chế đã hỗ trợ cho LTE đường xuống gồm có QPSK, 16QAM và 64 QAM, một cách thứ tự tương ứng với hai, bốn, sáu bít trên symbol điều chế. Tất cả các sơ đồ điều chế này có khả năng ứng dụng được trong trường hợp truyền dẫn DL-SCH. Đối với các kênh truyền tải khác các sự hạn chế nào đó có thể được áp dụng. Ví dụ như chỉ có điều chế QPSK có thể áp dụng trong trường hợp truyền dẫn BCH. 3.3.3.7. Sự ánh xạ anten Sự ánh xạ anten xử lý các symbol điều chế tương ứng với trường hợp chung là hai khối truyền tải và ánh xạ kết quả tới các anten khác nhau. Như có thể xem từ hình 3.8, LTE hỗ trợ lên tới bốn anten phát. Sự ánh xạ anten có thể được định hình thể theo các cách khác nhau để đưa tới các sơ đồ nhiều anten khác nhau gồm có: phân tập phát, tạo chùm và sự ghép không gian. 3.3.3.8. Sự ánh xạ khối tài nguyên Việc ánh xạ khối tài nguyên là ánh xạ các symbol sẽ được phát trên mỗi anten tới các phần tử tài nguyên của tập gồm các khối tài nguyên đã được ấn định bởi bộ lập lịch MAC cho việc phát của khối truyền tải. Sự lựa chọn khối tài nguyên chí ít phần nào đó được dựa trên các đánh giá về chất lượng kênh của các khối tài nguyên khác nhau. Sự lập lịch đường xuống được thực hiện trên nền tảng khung con (1ms). Cùng với một khối tài nguyên đường xuống được định nghĩa bằng tổng số sóng mang con trong thời gian một khe 0.5 ms thì sự ấn định khối tài nguyên đường xuống đó thường được thực hiện dưới dạng các cặp khối tài nguyên trong đó mỗi cặp gồm có hai khối tài nguyên liên tiếp trong miền thời gian bên trong một khung con. 63 Cả thảy mỗi khối tài nguyên bao gồm 84 phần tử tài nguyên (12 sóng mang con trong thời gian bảy symbol OFDM). Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, một vài phần tử tài nguyên bên trong một khối tài nguyên sẽ không sẵn có cho sự ánh xạ kênh truyền tải vì chúng bị chiếm giữ bởi: • Các symbol chuẩn đường xuống bao gồm cả các phần tử tài nguyên không được dùng tương ứng với các symbol chuẩn của các anten khác nhau. • Báo hiệu điều khiển L1/L2 như sẽ thảo luận trong mục tiếp theo. Vì trạm gốc có sự hiểu biết đầy đủ về các phần tử tài nguyên gì được dùng cho các báo hiệu chuẩn đường xuống cũng như giành cho điều khiển L1/L2 và vì vậy không sẵn sàng để dùng cho sự ánh xạ kênh truyền tải, nó có thể ánh xạ một cách dễ dàng kênh truyền tải tới các phần tử tài nguyên sẵn có còn lại. Một cách tương tự, tại lúc thu, đầu cuối di động biết các phần tử tài nguyên được dùng cho các báo hiệu chuẩn đường xuống và cho điều khiển L1/L2 và vì vậy có thể rút ra một cách dễ dàng dữ liệu kênh truyền tải từ tập đúng của các phần tử tài nguyên. Tài nguyên vật lý để mà DL-SCH được ánh xạ, trong các đặc điểm kỹ thuật được gọi là kênh chia sẻ đường xuống vật lý PDSCH (PDSCH: Physical Downling Shared Channel). 3.3.4. Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống Để hỗ trợ cho việc truyền dẫn của các kênh truyền tải đường xuống và đường lên, cụ thể hơn là sự truyền dẫn DL-SCH và UL-SCH, ở đó chắc chắn cần có sự kết hợp với báo hiệu điều khiển đường xuống. Việc báo hiệu điều khiển này thường được gọi là sự báo hiệu điều khiển L1/L2, cho biết phần thông tin tương ứng nào bắt nguồn từ lớp vật lý (lớp 1) và phần nào từ MAC (lớp 2). 64 Cụ thể hơn, sự báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống liên quan tới việc truyền dẫn DL-SCH và UL-SCH gồm có: • Các thông báo lập lịch liên quan DL-SCH cần thiết cho một đầu cuối di động đã được lập lịch để có thể thu, giải điều chế và giải mã DL-SCH một cách thích đáng. Điều này bao gồm cả thông tin về sự phân chia tài nguyên DL-SCH (tập các khối tài nguyên) và dạng truyền tải và thông tin liên quan tới ARQ lai DL-SCH. • Các thông báo lập lịch liên quan UL-SCH, một cách cụ thể hơn là sự lập lịch cung cấp cho đầu cuối di động đã được lập lịch biết về các tài nguyên đường lên là gì và dạng truyền tải được dùng cho việc truyền dẫn ULSCH. Vì nhiều đầu cuối di động có thể được lập lịch cùng một lúc, khi đó nhất thiết phải có một khả năng để thực hiện truyền nhiều thông báo lập lịch đối với mỗi TTI. Mỗi thông báo như vậy được phát bằng một kênh điều khiển L1/L2 đường xuống. Mỗi kênh điều khiển tương ứng với một thông báo lập lịch đơn lẻ, được xử lý một cách tách biệt trước tiên, bao gồm việc chèn CRC, sự mã kênh, xáo trộn mức bít và sự điều chế QPSK. Sau đó, các symbol điều chế được ánh xạ tới tài nguyên vật lý đường xuống, ví dụ tới lưới thời gian- tần số OFDM. Tài nguyên vật lý để mà báo hiệu điều khiển L1/L2 được ánh xạ trong đặc điểm kỹ thuật OFDM được gọi là kênh điều khiển đường xuống vật lý PDCCH (PDCCH: Physical Downlink Control channel). Như đã minh hoạ trong hình 3.14, các kênh điều khiển L1/L2 được ánh xạ tới các symbol OFDM đầu tiên (lên tới ba) bên trong mỗi khung con. Nhờ vào sự ánh xạ các kênh điều khiển L1/L2 này tới phần đầu của khung con, thông tin điều khiển L1/L2 gồm có sự phân chia tài nguyên DLSCH và dạng truyền tải có thể được khôi phục lại trước khi kết thúc khung con. Do đó, việc giải mã của DL-SCH có thể bắt đầu ngay sau sự kết thúc của 65 khung con mà không phải chờ để giải mã thông tin điều khiển L1/L2. Điều này tối thiểu hoá độ trễ trong việc giải mã DL-SCH cũng như toàn bộ độ trễ truyền dẫn đường xuống. Hình 3.14. Lưới thời gian-tần số LTE cùng với các phần tử tài nguyên nào đó chiếm lĩnh bởi các symbol chuẩn đường xuống và báo hiệu điều khiển L1/L2. Hơn nữa, nhờ việc phát kênh điều khiển tại đầu của khung con, điều đó cho phép dễ dàng giải mã thông tin điều khiển L1/L2, các đầu cuối di động mà không được lập lịch trình có thể tắt mạch thu của chúng đối với phần lớn khung con cùng với một sự giảm tiêu thụ nguồn đầu cuối. Chi tiết hơn, tài nguyên vật lý để mà báo hiệu điều khiển L1/L2 được ánh xạ gồm có tổng số các phần tử kênh điều khiển, trong đó mỗi phần tử kênh điều khiển gồm có một số lượng các phần tử tài nguyên xác định trước. Các symbol được điều chế của mỗi kênh điều khiển sau đó được ánh xạ tới một hay một vài phần tử điều khiển phụ thuộc vào kích thước về mặt số lượng các symbol điều chế của mỗi kênh điều khiển L1/L2. Chú ý rằng, kích thước này có thể khác nhau đối với các kênh điều khiển L1/L2 khác nhau. Mạng chuyển bằng tín hiệu số lượng các phần tử kênh điều khiển bên trong một khung con. Vì các phần tử kênh điều khiển được xác định trước về kích cỡ và được đặt tại đầu của khung con, điều này đưa đến là một đầu cuối di động được lập lịch trình sẽ biết các phần tử tài nguyên nào 66 đang được sử dụng bởi các kênh điều khiển L1/L2 cũng như các phần tử tài nguyên DL-SCH nào được ánh xạ (các phần tử tài nguyên còn lại). Hình 3.15. Các phần tử kênh điều khiển và các ứng cử viên kênh điều khiển Tuy nhiên, các đầu cuối di động không được biết một cách rõ ràng về cấu trúc điều khiển L1/L2 chi tiết hơn, bao gồm số lượng chính xác các kênh điều khiển L1/L2 và số lượng chính xác các phần tử kênh điều khiển cái mà để mỗi kênh điều khiển L1/L2 được ánh xạ. Đúng hơn, đầu cuối di động phải cố gắng mò mẫm để giải mã nhiều ứng cử viên kênh điều khiển (control channel candidate) cốt để mà tìm một kênh điều khiển L1/L2 mang thông tin lập lịch trình cho đầu cuối di động cụ thể này. Như một ví dụ hình 3.15 minh hoạ trường hợp sáu phần tử kênh điều khiển và khả năng để ánh xạ các kênh điều khiển L1/L2 tới một, hai, hoặc bốn phần tử kênh điều khiển. Như có thể được xem xét trong trường hợp này có 10 ứng cử viên kênh điều khiển khác nhau. Đầu cuối di động giải mã từng cái riêng rẽ trong các ứng cử viên đó và sau đó kiểm tra CRC đối với một kênh điều khiển hợp lệ. 3.4. Lớp vật lý đường lên 67 3.4.1. Tài nguyên vật lý đường lên Như đã biết, truyền LTE đường lên dựa trên cơ sở cái gọi là truyền DFTS-OFDM. DFTS-OFDM là sơ đồ truyền “một sóng mang” PAR thấp cho phép phân bố dải tần mềm dẻo và đa truy cập trực giao không chỉ trong miền thời gian mà còn trong cả miền tần số. Như vậy, sơ đồ truyền LTE đường lên được tham chiếu tới đa truy cập phân chia tần số một sóng mang DC-FDMA Hình 3.16. Cấu trúc của truyền DFTS-OFDM. Hình 3.16 tóm tắt lại cấu trúc cơ bản của việc truyền DFTS-OFDM với DFT cỡ M được ứng dụng cho khối điều chế M symbols. Đầu ra của DFT được ánh xạ tới những đầu vào có chọn lọc của IFFT cỡ N. Kích thước DFT xác định dải thông tức thời của tín hiệu truyền trong khi ánh xạ tần số xác định vị trí tín hiệu phát trong khoảng toàn bộ phổ đường lên sẵn có.Cuối cùng một tiền tố chu kỳ được chèn vào khối xử lý. Việc xử dụng một tiền tố chu kỳ trong trường hợp một sóng mang cho phép ứng dụng dễ dàng bộ san bằng miền tần số hiệu suất cao mức độ phức tạp thấp tại bên thu. Trong trường hợp tổng quát cả hai truyền DFTS-OFDM tập trung và phân tán đều xảy ra. Tuy nhiên, truyền LTE đường lên giới hạn đến truyền tập trung, tức là ánh xạ tần số của hình 3.16 tới đầu ra của DFT tới đầu vào liên tiếp của IFFT. Từ quan điểm thực hiện DFT, DFT cỡ M tốt nhất là luỹ thừa của 2. Tuy nhiên sự ràng buộc như vậy xung đột trực tiếp mong muốn có bậc cao của 68 tính linh hoạt dưới dạng tổng số lượng của tài nguyên (dải thông truyền tức thời) có thể gán động cho những thiết bị đầu cuối di động khác nhau. Từ quan điểm linh hoạt, tất cả giá trị của M đều nên được cho phép. Đối với LTE, giải pháp trung gian được chấp nhận ở đó cỡ DFT bị giới hạn là tích của số nguyền hai, ba và năm. Như vậy. như một ví dụ, DFT cho phép cỡ của 15, 16 và 18 nhưng M= 17 thì không cho phép. Trong cách này, DFT có thể được thực hiện với tương đối phức tạp thấp FFT cơ số 2, cơ số 3, cơ số 5. Hiển nhiên từ hình 3.16, DFTS-OFDM có thể xem như truyền dẫn OFDM thông thường kết hợp với mã trước dựa trên DFT. Như vậy, có thể nói về giãn cách sóng mang con trong trường hợp phát DFTS-OFDM và tương tự OFDM tài nguyên vật lý DFTS-OFDM có thể xem như lưới tần sốthời gian với ràng buộc phụ là tài nguyên tần số thời gian tổng thể gán cho đầu cuối di động phải luôn luôn gồm có các song mang con liên tiếp. Những tham số cơ bản của sơ đồ LTE truyền đường lên có thể được chọn để được bằng nhau, càng nhiều càng tốt, với những tham số tương ứng của OFDM trên cơ sở LTE đường xuống. Như vậy như minh hoạ trong hình 3.16, DFTS-OFDM đường lên có bước sóng mang con bằng nhau với Δf = 15 kHz và khối tài nguyên, gồm có 12 sóng mang con, được xác định cho LTE đường lên. Tuy nhiên, trái với đường xuống, không có sóng mang con DC chưa được sử dụng xác định cho đường lên. Lý do là sự có mặt của DC sóng mang ở trung tâm của phổ làm cho không thể đạt được phân bổ toàn bộ dải băng hệ thống tới một thiết bị đầu cuối di động và vẫn còn giữ được đặc tính sóng mang đơn PAR thấp của truyền đường lên. Ngoài ra, do tiền mã hoá dựa trên, sự tác động của bất cứ nhiễu DC nào sẽ được trải lên khối điều chế M symbol và bởi vậy ít nguy hại so với truyền OFDM bình thường. 69 Như vậy, toàn bộ số của đường lên sóng mang con là N sc = 12 × NRB. Tương tự như đường xuống, đối với đường lên, chỉ tiêu lớp vật lý LTE cho phép mức độ rất cao của tính mềm dẻo về toàn bộ dải băng hệ thống đã cho, cho phép bất kỳ số lượng khối tài nguyên đường lên trải từ sáu khối tài nguyên và hơn nữa. Tuy nhiên, cũng giống đường xuống, có sự hạn chế theo nghĩa những yêu cầu tần số vô tuyến, ít nhất lúc đầu được chỉ định cho tập giới hạn của dải thông đường lên. Hình 3.17. Khung con LTE đường lên và cấu trúc khe Ngoài ra dưới dạng chi tiết hơn cấu trúc miền thời gian, LTE đường lên rất giống đường xuống, có thể thấy được trong hình 3.17. Mỗi khung con 1ms đường lên gồm có hai khe bằng nhau độ dài mỗi khe T slot = 0.5 ms. Mỗi khe gồm có một số của những khối DFT bao gồm tiền tố tuần hoàn. Ngoài ra tương tự như đường xuống, hai độ dài tiền tố tuần hoàn xác định cho đường lên, tiền tố tuần hoàn bình thường và tiền tố tuần hoàn mở rộng. 70 Hình 3.18. Cấp phát tài nguyên LTE Ngược với đường xuống, đường lên tài nguyên những khối được gán cho thiết bị đầu cuối di động phải luôn luôn liên tiếp trong miền tần số, như minh hoạ trong hình 3.18. Tương tự như đường xuống, khối tài nguyên đường lên xác định như 12 DFTS-OFDM sóng mang con 0.5 ms trong một khe thời gian. Đồng thời, lập lịch đường lên sóng mang ra trên cơ sở một khung con 1 ms. Như vậy, tương tự như đường xuống, việc gán tài nguyên đường lên được tiên hành trong miền thời gian các cặp đôi liên tiếp những khối tài nguyên. Hình 3.19. Gán tài nguyên đường lên Trong hình 3.19, việc gán tài nguyên đường lên tương ứng cùng tập của sóng mang con trong hai khe. Như một giải pháp, giữa các khe nhảy tần số có thể ứng dụng cho LTE đường lên. Nhảy tần số giữa các khe đưa đến việc tài nguyên vật lý được sử dụng cho truyền đường lên trong hai khe của khung con không giữ cùng tập của sóng mang con được minh họa trong hình 3.20. 71 Chú ý điều này, như thiết bị đầu cuối di động truyền tần số vô tuyến bao phủ dải thông cho toàn bộ phổ đường lên, giữa tần số đường lên là hoàn toàn dải tần cơ sở hoạt động, một cách dễ dàng thay đổi ánh xạ từ DFT tới IFFT của xử lý DFTS-OFDM của hình 3.16. Có ít nhất hai khả năng lợi ích với nhảy tần số đường lên: • Nhảy tần cung cấp thêm vào tính phân tập của tần sô, giả thiết điều đó những bước nhảy một cách tuần tự hay lớn hơn so với kênh dải thông phù hợp. • Nhảy tần cung cấp tính phân tập nhiễu (trung bình nhiễu), giả sử rằng giữa kiểu dáng khác nhau rõ rệt trong tế bào lân cận. 3.4.2. Tín hiệu chuẩn đường lên Giống như đường xuống, tín hiệu chuẩn cho ước lượng kênh cần thiết hơn nữa cho LTE đường lên cho phép giải điều chế nhất quán tại trạm gốc. Vì những sự khác nhau giữa phương pháp truyền LTE đường xuống và đường lên (OFDM và DC-FDMA dựa trên DFTS-OFDM, tương ứng) và quan trọng sự biến đổi công suất thấp cho truyền đường lên, nguyên tắc của tín hiệu chuẩn đường lên khác với đường xuống. Về bản chất, có tín hiệu chuẩn ghép tần số với truyền dữ liệu từ thiết bị đầu cuối di động không thể thực hiện được cho đường lên. Thay vào đó, tín hiệu chuẩn đường lên ghép thời gian với dữ liệu đường lên. Một cách cụ thể hơn, được minh hoạ trong hình 3.20, tín hiệu chuẩn đường lên được truyền trong khối thứ tư của mỗi khe đường lên và với dải thông tức thời bằng dải thông của dữ liệu được truyền. Ghi nhớ rằng, trong trường hợp tổng quát, nhảy tần số đường lên được có thể áp dụng, đưa đến hai khe ở hình 3.20 truyền đi trên khác nhau, có lẽ thực chất sẽ tách ra về tần số. Trong trường hợp này, phép nội suy giữa hai khối tín hiệu chuẩn của khung con có thể không thể thực hiện 72 được ở cùng kênh, vì sự tách tần số có thể về bản chất không giống nhau giữa hai khối. Hình 3.20. Tín hiệu đường lên được truyền trong khối thứ tư của mỗi khe đường lên Hình 3.21. Tạo ra tần số tín hiệu chuẩn trên miền tần số Một phương pháp để thực hiện tín hiệu chuẩn đường lên là tạo ra tần số tín hiệu chuẩn trên miền tần số X RS ( k ) có độ dài M RS tương ứng với dải thông gán (số của gán DFTS-OFDM “sóng mang con” hoặc, tương ứng, cỡ DFT tức thời), và tới đầu ra của một IFFT, được minh họa trong hình 3.21. Tiền tố tuần hoàn được chèn sóng mang ra chính xác cho các khối đường lên. Trong một vài ý nghĩa có thể được nhìn thấy xác định rõ tín hiệu chuẩn đường lên như với tín hiệu OFDM. Tuy nhiên, có thể mô tả tín hiệu chuẩn như nhau 73 như với tín hiệu DFTS-OFDM bởi sự chiếm lấy dễ dàng cỡ M RS IDFT như miền tần số chuỗi X RS . Chuỗi nhận được có thể ứng dụng DFTS-OFDM xử lý trong hình 3.16. Tín hiệu chuẩn đường lên phải có những đặc tính chuẩn sau đây: • Biên độ hằng số với đặc tính cơ bản của lược đồ đặc trưng của sự truyền LTE đường lên (“một sóng mang” PAR thấp). • Đặc tính tự điều chỉnh miền thời gian tốt để mà cho phép đánh giá chính xác kênh đường lên. Những chuỗi với những đặc tính này đôi khi được tham chiếu tới chuỗi CAZAC (hằng số biên độ không tự tương quan). Một tập hợp của những chuỗi với đặc tính CAZAC là tập hợp chuỗi ZC. Trong miền tần số, chuỗi ZC có độ dài M ZC có thể biều diễn như ( ) X ZC ( k ) =e u − jπu k . k +1÷   M ZC (1) u là chỉ số của chuỗi ZC với tập hợp chuỗi ZC có độ dài M ZC . Số của chuỗi ZC sẵn có đã cho độ dài chuỗi nhất định, mà là số của những giá trị có thể xảy ra của chỉ số u trong (1), bằng nhau với những số nguyên tương đối cơ bản tới độ dài chuỗi M ZC . Vấn đề này hàm ý những điều đó, việc số lớn nhất của tín hiệu chuẩn đường lên sẵn có, chuỗi ZC độ dài cơ bản được ưu tiên. Tại đồng thời, miền tần số độ dài M RS của tín hiệu chuẩn đường lên được gán dải thông như nhau, ví dụ bội của 12 (độ dài tài nguyên khối) mà rõ ràng không phải là số nguyên tố. Như vậy, chủ yếu độ dài của chuỗi ZC không sử dụng được ngay lập tức như tín hiệu chuẩn đường lên. Thay cho tín hiệu chuẩn đường lên nhận được từ chủ yếu độ dài chuỗi ZC. 74 Xuất phát từ hai phương pháp tín hiệu chuẩn đường lên của độ dài M RS từ chủ yếu độ dài chuỗi ZC có được định nghĩa trong lớp vật lý LTE được đặc tả: - Phương pháp 1 (cắt bỏ): độ dài M ZC của chuỗi ZC, ở đó M ZC là số nguyên tố nhỏ nhất lơn hơn hoặc bằng tới M RS , chiều dài M RS bị cắt bỏ. - Phương pháp 2 (kéo dài chu kỳ): độ dài M ZC của chuỗi ZC, ở đó M RS là số nguyên tố dài nhất bé hơn hoặc bằng với M RS , chiều dài M RS được kéo dài chu kỳ. Hai phương pháp này được minh hoạ trong hình 3.22 Hình 3.22. Hai phương pháp loại bỏ và kéo dài Như một ví dụ, nếu chuỗi chuẩn có độ dài M RS = 96, tương ứng với 8 khối tài nguyên mong muốn, phương pháp 1 mong muốn sử dụng chuỗi ZC có độ dài N ZC = 97 (số nguyên tố) như điểm xuất phát. Tuy nhiên, số nguyên tố dài nhất bé hơn hoặc bằng gần 96 là 98, đưa đến phương pháp 2 75 bắt buộc cần thiết phải sử dụng chuỗi ZC có độ dài N ZC như điểm xuất phát và áp dụng 7 symbol kéo dài chu kỳ đến tại tín hiệu chuẩn có độ dài cần thiết 96. Rõ ràng, cả hai phương pháp này sẽ tới một vài phạm vi suy biến đặc tính CAZAC của những tín hiệu chuẩn đường lên. Với bất cứ phương pháp nào thì tốt nhất dưới dạng duy trì phụ thuộc đặc tính CAZAC, trong số những thứ khác, trên đích chuỗi tín hiệu chuẩn có độ dài M RS . Như vậy, cả hai phương pháp sẵn có và có thể sử dụng, phụ thuộc vào yêu cầu chiều dài chuỗi tín hiệu chuẩn hoặc, tương đương, kích thước của gán tài nguyên. 3.4.2.1. Đa những tín hiệu chuẩn Trong trường hợp tiêu biểu, một thiết bị đầu cuối di động đơn sẽ truyền tài nguyên đã cho (một vài tập hợp nhất định của sóng mang con trong thời gian nào đó của khung con) trong phạm vi một tế bào. Tuy nhiên, bên trong những tế bào lân cận, ở đó điển hình là những sự truyền đường lên đồng thời bên trong tài nguyên như nhau. Trong trường hợp ấy, điều quan trọng để tránh trạng thái hai thiết bị đầu cuối di động trong những tế bào lân cận sử dụng tín hiệu chuẩn đường lên như nhau đưa đến có khả năng phải chịu nhiễu cao giữa những việc truyền tín hiệu chuẩn. Như vây, trong phạm vi tế bào lân cận, tín hiệu chuẩn đường lên tốt nhất là dựa trên chuỗi ZC khác nhau (từ tập hợp của chuỗi ZC), thí dụ những giá trị khác nhau cho hệ số u trong (1). Lập kế hoạch để tránh tế bào rất rắc rối bởi vậy nó quan trọng với số của những tín hiệu chuẩn đường lên của độ dài nhất định không cũng quá nhỏ. Đây là lý do những tín hiệu chuẩn đường lên dựa trên độ dài cơ bản chuỗi ZC, số dài nhất của chuỗi đến cho độ dài chuỗi. 76 Cách khác để tạo ra đa những tín hiệu chuẩn đường lên tới tin cậy vào không tự tương quan của chuỗi ZC. Đặc tính này đưa đến việc dịch chuyển tuần hoàn chuỗi ZC trực giao với nó. Như vậy, những tín hiệu chuẩn đường lên. Đây là phương pháp có thể sử dụng khi hai tế bào xảy ra đồng bộ với nhau. Phương pháp cũng có thể được sử dụng nếu tại nơi truyền hai thiết bị đầu cuối di động bên trong tài nguyên như nhau bên trong tế bào như nhau có thể xảy ra, ví dụ, xảy ra trong trường hợp của SDMA đường lên. 3.4.2.2. Những tín hiệu chuẩn để thăm dò kênh Lập lịch phụ thuộc kênh đường xuống, trong cả hai miền thời gian và miền tần số, là một công nghệ LTE chìa khóa. Lập lịch phụ thuộc kênh đường lên, đấy là việc gán tài nguyên cộng sự phụ thuộc thiết bị đầu cuối di động trong đặc trưng kênh tức thời có thể được sử dụng. Lập lịch phụ thuộc kênh đường lên có thể tăng tốc độ dữ liệu đạt được và giảm bớt nhiễu từ các tế bào khác, do có sự truyền thiết bị đầu cuối di động trong dải tần số đó, ngay lập tức cho chất lượng tốt. Để thực hiện việc lập lịch kênh được thực hiện trong miền thời gian và miền tần số, cần phải đánh giá chất lượng của kênh trên miền tần số. Đối với đường xuống, vấn đề này có thể, chẳng hạn, được hoàn thành bởi đo lường thiết bị đầu cuối di động chất lượng của tín hiệu chuẩn đặc trưng tế bào đường xuống, được truyền qua toàn bộ dải thông tế bào, và được trình bày đánh giá chất lượng kênh trong mạng bằng cách chỉ báo chất lượng kênh (CQI). Như có thể trông thấy từ hình 3.20, tín hiệu chuẩn được sử dụng cho giải điều chế phù hợp đường lên chỉ được truyền qua dải thông được gán động cho thiết bị đầu cuối di động. Những tín hiệu chuẩn có thể không được sử dụng bởi mạng được đánh giá chất lượng kênh đường lên cho mọi tấn 77 số khác so với việc gán thiết bị đầu cuối di động hiện nay và có thể không phải cung cấp thông tin cho lập lịch kênh phụ thuộc đường lên trong miền tần số. Việc hỗ trợ lập lịch phụ thuộc kênh đường lên miền tần số, hơn nữa bổ sung vào dải tần rộng tín hiệu chuẩn thăm dò kênh, để phân biệt chúng từ (giải điều chế) những ký hiệu tham chiếu được thảo luận ở trên và minh họa trong hình 3.20. Những nguyên lý cơ bản cho tín hiệu chuẩn thăm dò kênh tương tự như thế của giải điều chế tín hiệu chuẩn. Đặc biệt hơn, ngoài ra những tín hiệu chuẩn thăm dò kênh dựa trên độ dài cơ bản chuỗi ZC và truyền trong khối DFTS-OFDM đầy đủ. Tuy vây, có một số sự khác nhau chính giữa tín hiệu chuẩn thăm dò kênh và giải điều chế tín hiệu chuẩn: Như đã đề cập rồi, đặc trưng tín hiệu chuẩn thăm dò kênh có một dải thông rộng, khả năng số lượng lớn hơn so với tài nguyên đường lên được gán cho thiết bị đầu cuối di động. Những tín hiệu chuẩn thăm dò kênh có thể thậm chí cần được truyền bởi những thiết bị đầu cuối di động mà không được gán bất kỳ tài nguyên đường lên cho truyền UL-SCH. - Tín hiệu chuẩn thăm dò kênh đặc trưng không cần truyền nhiều lần như giải điều chế tín hiệu chuẩn. Trong nhiều trường hợp, tín hiệu chuẩn thăm dò kênh muốn truyền ít hơn so với chỉ một lần mỗi khung con. - Có khả năng được cải thiện tới tín hiệu chuẩn thăm dò kênh từ những thiết bị đa đầu cuối di động bên trong dải tần số như nhau. Nếu thăm dò kênh sử dụng bên trong một tế bào, hệ thống rõ ràng được gán những khối bên trong kết cấu khung con đường lên cho việc truyền tín hiệu chuẩn đường lên thăm dò kênh, như minh họa trong 3.23. 78 Hình 3.23. Việc truyền của kênh âm thanh tín hiệu chuẩn đường lên Những khối này không sẵn có cho việc truyền dữ liệu (UL-SCH). Những khối được gán cho việc truyền tín hiệu chuẩn đường lên thăm dò kênh được chia sẻ tài nguyên theo nhiều thiết bị đầu cuối di động có khả năng truyền tín hiệu chuẩn bên ngoài tài nguyên. Điều này có thể đã hoàn thành trong những cách khác nhau: • Ở một khối có thể được gán cho tín hiệu chuẩn để thăm dò kênh trong mỗi khung con. Tuy nhiên, mỗi thiết bị đầu cuối di động chỉ có thể truyền duy nhất trong mỗi tín hiệu chuẩn thăm dò kênh, chẳng hạn. mỗi Nth khung con, ngụ ý điều đó N những thiết bị đầu cuối di động có thể chia sẻ tài nguyên trong miền thời gian. • Việc truyền tín hiệu chuẩn có thể được phân phối, đưa đến việc truyền duy nhất ở nơi đó trên mỗi Nth sóng mang con. Việc truyền những thiết bị đầu cuối di động khác nhau trên bộ sóng mang khác nhau, tài nguyên của tín hiệu chuẩn thăm dò kênh có thể được chia sẻ trong miền tần số. Trong thực tế, một sự kết hợp của những phương pháp đó có thể được sử dụng để chia sẻ tài nguyên được gán cho việc truyền tín hiệu chuẩn để thăm dò kênh giữa những thiết bị đầu cuối di động khác nhau bên trong một tế bào. 79 3.4.3. Xử lý kênh truyền tải đường lên Hình 3.24. Xử lý kênh truyền tải đường lên Xử lý kênh truyền tải đường lên có thể được phác thảo theo hình 3.24. Vì không có phối hợp không gian đường lên LTE, duy nhất chỉ có một khối truyền tải, của kích thước động được truyền cho mỗi TTI. Chèn CRC: Tương tự như đường xuống, một CRC được tính toán và cộng thêm cho mỗi khối truyền tải đường lên. Sự mã hóa kênh: dựa vào mã hóa kênh đường lên trên mã hóa turbo như nhau, bao gồm như nhau cả xen kẽ bên trong QPP cơ sở. - Chức năng vật lý hỗn hợp ARQ: Những khía cạnh lớp vật lý đường lên của hỗn hợp ARQ đường lên LTE cơ bản như nhau tương ứng với chức năng đường xuống, thí dụ, chức năng lớp vật lý hỗn hợp ARQ từ khối của những bít mã hóa phân phối bởi mã hóa kênh, việc lập chính xác những bít được truyền đi/ truyền lại ngay lập tức. Chú ý rằng, trong một số khía cạnh, có một số khác nhau rõ ràng giữa giao thức hỗn hợp ARQ đường lên và đường xuống, như trong hoạt động đồng bộ và không đồng bộ. Tuy nhiên, những sự khác nhau này không được phản ánh trong những khía cạnh lớp vật lý của hỗn hợp ARQ. 80 - Sự xáo trộn mức bít: Tương tự như đường xuống, sự xáo trộn mức bít có thể áp dụng cho những bít mã hoá trên LTE đường lên. Mục tiêu của sự xáo trộn đường lên như nhau đối với đường xuống, mà sẽ là ngẫu nhiên nhiễu và chắc chắn xử lý tăng lên bởi mã hóa kênh có thể được sử dụng hoàn toàn. Đạt được điều này, sự xáo trộn đường lên này thiết bị đầu cuối di động cụ thể, ví dụ thiết bị đầu cuối di động sử dụng chuỗi xáo trộn khác nhau. - Điều chế dữ liệu: tương tự như đường xuống, điều chế dữ liệu đường lên biến đổi khối của mã hóa xáo trộn những bít vào trong khối của symbol điều chế phức tạp. - Khối của điều chế symbol được ứng dụng vào DFTS-OFDM xử lý như phác thảo trong hình 3.16, ngoài ra bản đồ tín hiệu tới gán băng tần số. 3.4.4. Tín hiệu điều khiển L1/L2 đường lên Đường lên chắc chắn kết hợp tín hiệu điều khiển (điều khiển L1/L2 đường lên) hỗ trợ cho việc truyền của đường xuống và kênh truyền tải đường lên (DL-SCH và UL-SCH). Việc điều khiển L1/L2 đường lên bao gồm: - Hỗn hợp ARQ tin báo nhận cho thu DL-SCH những khối chuyển tải. - Chỉ báo chất lượng kênh (CQI), chỉ ra chất lượng kênh đường xuống được đánh giá bởi thiết bị đầu cuối di động. Báo cáo CQI có thể sử dụng bởi mạng cho việc lập lịch kênh phụ thuộc đường lên và điều khiển tốc độ. Tuy nhiên, trái ngược với HSPA và vì thực tế lập lịch đường xuống LTE có thể mang ra trong cả hai miền thời gian và miền tần số, báo cáo LTE CQI chỉ ra chất lượng kênh cho cả hai miền thời gian và miền tần số - Lập lịch những yêu cầu, chỉ ra thiết bị đầu cuối di động cần thiết tài nguyên đường lên cho việc truyền UL-SCH. Trái ngược với đường xuống, tại đó không có tín hiệu đường lên cho biết định dạng truyền tải UL-SCH tới mạng. Đây là cơ sở xác định trên giả 81 định cho thiết bị đầu cuối di động luôn luôn xảy ra được thừa nhận là đúng trong việc lập lịch từ mạng, kể cả theo lý thuyết định dạng truyền UL-SCH trong những sự công nhận đó. Với giả thiết, mạng sẽ biết định dạng chuyển tải sử dụng cho truyền UL-SCH trong sự tiến trước và ở đó không có lý do để tín hiệu rõ ràng trên đường lên. Những lý do tương tự, ngoài ra không có tín hiệu đường lên rõ ràng của thông tin liên quan đến UL-SCH hỗn hợp ARQ. Hình 3.25. Tín hiệu điều khiển L1/L2 đường lên Xác định tín hiệu điều khiển L1/L2 đường lên ở trên cần thiết đến không quan tâm việc truyền đường lên hoặc không phải thiết bị đầu cuối di động ở bất kỳ dữ liệu kênh truyền đường lên nào đến truyền tải và không quan tâm đến được hay không hoặc không phải thiết bị đầu cuối ở bất kỳ đâu cho việc truyền UL-SCH đường lên nào được gán tài nguyên. Vì lý do này, hai phương pháp khác nhau có thể sử dụng cho việc truyền tín hiệu điều khiển L1/L2 đường lên, việc tiếp tục phụ thuộc hay không phải thiết bị đầu cuối di động được gán tài nguyên đường lên cho việc truyền UL-SCH. -Gán tài nguyên đường lên (đồng thời truyền của UL-SCH): đa điều khiển L1/L2 với UL-SCH trước xử lý DFTS-OFDM. -Không gán tài nguyên đường lên (không đồng thời truyền của ULSCH): L1/L2 điều khiển truyền trong gán đặc trưng tài nguyên tần số cho điều khiển tín hiệu đường lên L1/L2. 82 Nếu thiết bị đầu cuối di động đã được gán một tài nguyên đường lên cho việc truyền UL-SCH, tín hiệu điều khiển L1/L2 được mã hóa nhiều với mã hóa và giải điều chế dữ liệu kênh truyền trước xử lý DFTSOFDM, như minh họa trong hình 3.16. Nó có thể dồn kênh phân thời gian của dữ liệu kênh truyền và tín hiệu điều khiển L1/L2 và duy trì đặc tính “đơn sóng mang” của việc truyền dẫn đường lên. Chú ý rằng, khi một thiết bị đầu cuối di động đã được gán một tài nguyên đường lên, không có nhu cầu để truyền việc yêu cầu lập lịch rõ ràng như phần của tín hiệu điều khiển L1/L2. Như vậy, việc điều khiển L1/L2 duy nhất gồm có CQI và hỗn hợp tin báo nhận ARQ. Cần phải được chú ý rằng mạng hoàn toàn nhận biết việc truyền tín hiệu điều khiển L1/L2 từ một vài thiết bị đầu cuối di động. CQI được truyền bình thường, biết những trường hợp xác định trước thời gian tới mạng. Hỗn hợp ARQ tin báo nhận việc truyền lý thuyết phù hợp với thời gian những trường hợp tương đối đến việc truyền thông tin đường xuống (DL-SCH). Như vậy, việc mạng có thể rút thật sự phần kênh truyền và phần điều khiển L1/L2 tại cạnh máy thu trước áp dụng mã hóa riêng biệt của mỗi bộ phận thông tin. Hình 3.26. Đặc trưng tài nguyên được sử dụng cho tín hiệu điều khiển L1/L2 đường lên 83 Nếu việc thiết bị đầu cuối di động không được gán tài nguyên đường lên cho việc truyền UL-SCH, điều khiển thông tin L1/L2 này (CQI, hỗn hợp ARQ tin báo nhận, và yêu cầu lập lịch) thay cho việc truyền trong đặc trưng tài nguyên đường lên được gán cho việc điều khiển đường lên L1/L2. Như minh họa trong hình 3.26, những tài nguyên này xác định vị trí cho những biên của toàn bộ dải băng hệ thống sẵn có. Mỗi tài nguyên như vậy gồm có 12 sóng mang con (một tài nguyên khối) bên trong mỗi khe của khung con đường lên. Đến quy định tính đa dạng tần số, những tài nguyên tần số này sẽ nhảy tần trên đường biên khe, đó là một tài nguyên điều khiển L1/L2 gồm có 12 sóng mang con tại phần phía trên của phổ bên trong bên trong khe đầu tiên của khung con và một tài nguyên mức như nhau tại phần thấp hơn của phổ trong thời gian khe thứ hai của khung phụ hoặc ngược lại. Nếu những tài nguyên nhiều hơn sự cần thiết cho tín hiệu điều khiển L1/L2 đường lên, như ví dụ, trong trường hợp truyền toàn bộ dải thông rất nhỏ hỗ trợ những số rất nhỏ được sử dụng, thêm vào tài nguyên khối có thể gán tiếp trước những khối tài nguyên được gán. Lý do cho xác định vị trí những tài nguyên cho điều khiển L1/L2 tại những rìa của toàn bộ phổ sẵn có bao gồm hai phần: -Cũng như tần sô từ nơi này đến nơi khác miêu tả ở trên, kinh nghiệm tần số ở trên, kinh nghiệm tần số đa dạng cực đại bởi tín hiệu điều khiển L1/L2. -Việc gán những tài nguyên đường lên cho tín hiệu điều khiển L1/L2 tại những vị trí khác nhau của phổ, thí dụ không phải ở rìa, có được những đoạn của phổ đường lên, làm nó không thể đạt việc gán rất rộng cho việc truyền những dải băng cho thiết bị đầu cuối di động đơn và giữ lại đặc tính đơn sóng mang PAR thấp của việc truyền tín hiệu chuẩn đường lên. 84 3.4.5. Tịnh tiến thời gian đường lên DFTS-OFDM cơ sở lược đồ việc truyền đường lên LTE cho phép bên trong đường lên trực giao, đưa đến việc truyền đường lên đã nhận từ những thiết bị đầu cuối di động khác nhau không gây ra nhiễu lẫn nhau tại phần thu. Điều kiện cơ bản cho đường lên trực giao để giữ những tín hiệu truyền từ những thiết bị đầu cuối di động khác nhau bên trong khung con như nhau bên trong tài nguyên tần số khác nhau đến khoảng chừng thời gian điều chỉnh tại trạm gốc hoặc rõ ràng hơn, với việc điều chỉnh là đa số phân sô của tiền tố tuần hoàn. Để chắc chắn điều này, bao gồm cả hiểu biết kỹ thuật LTE như sớm thời gian. Hình 3.27. Tịnh tiến thời gian đường lên 85 Về bản chất. tịnh tiến thời gian là sự lệch âm tại thiết bị đầu cuối di động, giữa việc bắt đầu của khung con thu đường xuống và khung con truyền đường lên. Về phía cài đặt thích hợp độ lệch cho mỗi thiết bị đầu cuối di động. Về bản chất, những thiết bị đầu cuối di động xa từ trạm gốc bắt gặp trễ truyền lan lớn và bởi vậy sự cần thiết đến bắt đầu của chúng truyền đường lên có phần được cải tiến, so sánh đến những thiết bị đầu cuối di động đóng đến trạm gốc, như minh họa trong hình 3.27. Trong ví dụ đặc trưng, thiết bị đầu cuối di động đầu tiên (MT-1) xác định vị trí đóng đến trạm gốc và chịu trễ lan truyền nhỏ, Tp1. Như vậy, như thiết bị đầu cuối di động, một giá trị nhỏ của bộ định thời. Tp1 có khả năng bù cho trễ lan truyền và chắc chắn giờ tại trạm gốc. Trên cái khác, giá trị của cung cấp giờ quy định cho thiết bị đầu cuối di động thứ hai (MT-2), mà được định vị tại một khoảng cách lớn hơn từ trạm gốc và như vậy trễ lan truyền nhỏ. Giá trị bộ định thời cải tiến cho thiết bị đầu cuối di động được xác định trên cơ sở mạng trên những phép đo trên những việc truyền đường lên tương ứng. Vì thế, những sóng mang thiết bị đầu cuối di động dài hơn ra truyền dữ liệu đường lên, điều này có thể sử dụng trên cơ sở trạm thu đến ước lượng việc thu đường lên có thể sử dụng cho việc thu đường lên và như vậy nguồn cho bộ định thời. Chú ý rằng bất kỳ sự truyền đường lên có thể được sử dụng cho sự đánh giá giờ. Mạng có thể, chẳng hạn, khai thác việc truyền bình thường của những bản báo cáo chất lượng kênh trong đường lên cho sự đánh giá giờ tức thời của dữ liệu truyền từ thiết bị đầu cuối di động riêng biệt. Trong cách này, thiết bị đầu cuối di động có thể ngay lập tức khởi động lại việc truyền dữ liệu trực giao đường lên không cần thiết cho pha định tuyến lại bộ định thời. 86 Chương 4 SAE Trong phần này tổng quan về hoạt động của SAE trong 3GPP sẽ được đề cập. Hơn thế nữa, nhằm mục đích hiểu được SAE có từ đâu, mạng lõi được sử dụng trong WCDMA/HSPA đã được thảo luận. Vì vậy, kiến trúc của các hệ thống WCDMA/HSPA và LTE, các kết nối của chúng, những điểm giống và khac nhau đã được chỉ ra. Cấu trúc hệ thống chỉ ra vị trí của những chức năng thiết yếu đối với các điểm vật lý và các kiểu giao diện được yêu cầu giữa các điểm. Trong trường hợp của mạng di động như WCDMA/HSPA và LTE/SAE, hầu hết các chức năng cần thiết các cho các giao diện vô tuyến đều được chỉ ra ở các chương trước. Những chức năng này thường được gọi là chức năng mạng truy cập vô tuyến. Tuy nhiên, trong một vài mạng di động, các chức năng được thêm vào có thể cung cấp dịch vụ: tính cước cần thiết với nhà điều hành để tính cước người sử dụng, nhận thực cần thiết để chắc chắn rằng người truy cập là hợp pháp, thiết lập dịch vụ cần thiết để chắc chắn rằng đây là kết nối điểm-điểm.... Những chức năng này không có liên hệ trực tiếp tới kỹ thuật truy nhập vô tuyến của chúng, nhưng lại cần thiết đối với bất kỳ công nghệ truy cập vô tuyến nào (và trong thực tế thì những chức năng này cần thiết cho hầu hết các truy cập cố định) Những chức năng này thường được gọi là chức năng mạng lõi. Thực tế, đây là những kiểu chức năng khác nhau trong mạng tế bào dẫn tới kiến truc hệ thống phân thành mạng truy cập vô tuyến và phần mạng lõi. 4.1. Phân chia chức năng giữa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi Trong quá trình nêu ra hệ thống WCDMA/HSPA và LTE/SAE, điều nói đến đầu tiên trong cả 2 hệ thống này là sự phân bố các chức năng riêng biệt nhau cho mạng truy nhập vô tuyến (RAN) và mạng lõi (CN). 87 Hình 4.1 Mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi 4.1.1. Phân chia chức năng giữa RAN và CN của WCDMA/HSPA Đối với WCDMA/HSPA, đằng sau triết lý phân chia chức năng để giữ mạng lõi không được biết tới bởi truy cập vô tuyến và sự phân bố của chúng. Điều này có nghĩa là RAN sẽ điều khiển toàn bộ các chức năng giao diện vô tuyến và các cell sẽ không được nhìn thấy từ mạng lõi. Kết quả là mạng lõi có thể sử dụng bất kỹ thuật truy nhập vô tuyến nào giống thích hợp với chức năng được phân. Để tìm hiều nguồn gốc đằng sau triết lý phân chia chức năng WCDMA/HSPA, ta cần phải trở lại kiến trúc của hệ thống GSM được xây dựng trong những năm 1980. Một trong những vấn đề của mạng GSM là các điểm nút mạng lõi xuất hiện ở tất cả các cell trong hệ thống. Vì thế khi ta thêm các cell vào hệ thống, các điểm nút của mạng lõi cần được nâng cấp. Đối với WCDMA/HSPA, mạng lõi không biết đến các cell. Thay vào đó, mạng lõi biết về vùng dịch vụ và RAN chuyển các vùng dịch này tới các cell. 88 Thật vậy, khi thêm vào các cell mới trong vùng dịch vụ, mạng lõi không cần phải cập nhật. Điểm khác nhau chính thứ hai được so sánh với hệ thống GSM là vị trí của các giao thức thu phát lại và bộ nhớ đệm dữ liệu trong mạng lõi của GSM. Khi mà các giao thức thu phát lại được tối ưu với giao diện vô tuyến GSM, những giao thức này là giao diện vô tuyến riêng biệt và vì thế không phù hợp với giao diện vô tuyến WCDMA/HSPA. Nó bị xem như điểm yếu của mạng lõi và vì thế mà tất cả các bộ nhớ đệm cũng như giao thức thu phát lại được chuyển tới RAN trong WCDMA. Vì thế khi RAN sử dụng cùng giao diện với CN, giao diện Iu, CN có thể kết nối với các RAN dựa trên các kỹ thuật truy nhập vô tuyến khác nhau. Chức năng về bảo mật là ví dụ điển hình. Cơ sở có thể kể tới GSM, nơi mà chức năng bảo mật được đặt ở những vị trí khác nhau trong kết nối chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Đối với chuyển mạch kênh, chức năng bảo mật được chỉ ra trong RAN của GSM, trong khi với chuyển mạch gói thì chức năng bảo mật lại được đặt trong mạng lõi của GSM. Đối với WCDMA/HSPA, nó được xem như quá phức tạp và vị trí bảo mật chung được mong đợi. Vị trí được quyết định nằm trong RAN vì điều khiển và báo hiệu quản lý tài nguyên vô tuyến cần được bảo mật. Thực tế chức năng của RAN trong WCDMA/HSPA là: • Mã hóa, xáo trộn, điều chế và các chức năng lớp vật lý tiêu chuẩn • ARQ, nén header, và các chức năng ở lớp liên kết tiêu chuẩn • Quản lý tài nguyên vô tuyến, chuyển giao và các chức năng điều khiển tài nguyên vô tuyến tiêu chuẩn. • Chức năng bảo mật. 89 Các chức năng này cần thiết cho bất kỳ hệ thống di động nào, nhưng nó không đặc trưng cho mạng truy cập vô tuyến nào và nó không làm tăng hiệu suất, được đặt trong mạng lõi. Các chức năng là: • Tính cước • Quản lý thuê bao • Quản lý di động (bám theo sự di chuyển khi thuê bao di chuyển trong mạng hoăc chuyển giao sang mạng khác) • Xử lý chất lượng dịch vụ • Điều khiển chính sách cho lưồng dữ liệu người sử dụng • Kết nối với mạng bên ngoài. 4.1.2. Phân chia chức năng giũa RAN và CN của LTE Phân chia chức năng của LTE tương tự như của WCDMA/HSPA. Tuy nhiên, nguyên lý thiết kế của LTE RAN là tối thiểu số lượng các node và tìm ra giải pháp mà ở đó RAN chỉ gồm 1 loại node. Ở cùng thời đỉểm này, triết lý phía sau mạng lõi của LTE đưa ra là có thể độc lập với kỹ thuật truy nhập vô tuyến. Kết quả phân chia chức năng là phần lớn các chức năng của RAN đã phân loại từ WCDMA/HSPA được giữ lại. Vì thế chức năng của LTE RAN là: • Mã hóa, xáo trộn, điều chế và các chức năng lớp vật lý tiêu chuẩn • ARQ, nén header, và các chức năng ở lớp liên kết tiêu chuẩn • Quản lý tài nguyên vô tuyến, chuyển giao và các chức năng điều khiển tài nguyên vô tuyến tiêu chuẩn. • Chức năng bảo mật. Và LTE CN là: • Tính cước • Quản lý thuê bao 90 • Quản lý di động (bám theo sự di chuyển khi thuê bao di chuyển trong mạng hoăc chuyển giao sang mạng khác) • Xử lý chất lượng dịch vụ • Điều khiển chính sách cho lưồng dữ liệu người sử dụng • Kết nối với mạng bên ngoài. 4.2. Mạng truy nhập vô tuyến của HSPA/WCDMA và LTE Ngoài việc phân chia chức năng giữa RAN và CN, kiến trúc bên trong các RAN cũng cần phải được xác định. Trong khi bất kỳ RAN của bất kỳ kỹ thuật truy cập vô tuyến cũng cần ít nhất là một node để kết nối với anten của một tế bào, các kỹ thuật truy cập vô tuyến khác nhau đã được tìm thấy các giải pháp để có bao nhiêu loại nodes và các giao diện RAN có thể có. Kiến trúc của RAN HSPA/WCDMA và LTE là khác nhau. Về cơ bản, lý do là không chỉ có sự khác biệt trong nguyên tắc thiết kế phân chia của RAN/CN, mà còn là sự khác biệt của các kỹ thuật truy nhập vô tuyến và chức năng của chúng. 4.3. Kiến trúc mạng lõi Như đã thảo luận ở phần trên, các hệ thống di động cần có mạng lõi để thực hiện các chức năng của mạng lõi. Cùng thời điểm thảo luận về kiến trúc bên trong của RAN tại 3GPP, kiến trúc của mạng lõi cũng được đưa ra thảo luận. Trái với sự bắt đầu từ RAN của WCDMA/HSPA và RAN của LTE, mạng lõi của WCDMA/HSPA và LTE được dựa trên sự phát triển từ mạng lõi của GSM/GRPS. Mạng lõi được sử dụng trong WCDMA/HSPA rất giống với nguyên gốc của mạng lõi GSM/GPRS ngoại trừ những điểm khác nhau trong việc phân chia chức năng với RAN GSM. Mạng lõi được sử dụng để kết nối với hệ thống LTE RAN là sự phát triển căn bản hơn của mạng lõi GSM/GPRS vì thế nó có tên gọi là Lõi gói cải tiến (Evolved Packet Core EPC). 91 4.3.1. Mạng lõi GSM sử dụng cho WCDMA/HSPA Với WCDMA/HSPA, mạng lõi được dựa trên mạng lõi GSM. Với cùng các node như trong GSM. Việc phân chia chức năng của GSM và WCDMA/HSPA, việc này dẫn tới sử dụng giao diện khác nhau giữa mạng lõi và WCDMA/HSPA RAN khi so sánh với mạng lõi và GSM RAN. Đối với WCDMA/HSPA, giao diện Iu được sử dụng, trong khi GSM sử dụng giao diện A và Gb. Hình 4.2. Tổng quan về mạng lõi GSM và mạng lõi WCDMA/HSPA Hình 4.2 là tổng quan về kiến trúc mạng lõi được sử dụng trong WCDMA/HSPA. Mạng lõi gồm 2 phần phân biệt: 1. Phần chuyển mạch vòng với Trung tâm chuyển mạch di động (MSC). 2. Phần chuyển mạch gói với Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN). Chung cho cả 2 thành phần này là HLR, cơ sở dữ liệu của mạng để theo dõi các thuê bao từ nhà điều hành. Trên hình ta thấy, giao diện Iu kết nối giữa WCDMA/HSPA RAN với MSC thông qua giao tiếp Iu_cs và với SGSN 92 thông qua giao tiếp Iu_ps. Trên hình không chỉ cho ta thấy giao diện A kết nối với MSC và giao tiếp Gb kết nối với SGSN của GSM RAN. • Iu_cs được sử dụng để kết nối RNC của WCDMA/HSPA với thành phần chuyển mạch kênh của mạng lõi. • Iu_ps được sử dụng để kết nối RNC với thành phần chuyển mạch gói của mạng lõi là SGSN. SGSN sẽ kết nối với GGSN thông qua giao diện Gn và Gp. GGSN sẽ sử dụng giao diện Gi để kết nối với các mạng gói bên ngoài. 4.3.1.1. Iu flex Các giao diện Iu hỗ trợ chức năng được gọi là Iu flex. Chức năng này cho phép một RNC có thể kết nối tới nhiều hơn một MSC hoặc SGSN và ngược lại. Chức năng này rất hữu ích nhằm làm giảm ảnh hưởng nếu khi một trong các node của mạng lõi không sẵn sàng, MSC hoặc SGSN không hoạt động tốt. Cơ chế Iu flex được sử dụng để phân phối các thiết bị kết nối với vài SGSN và MSC. Nếu một SGSN hoặc MSC không sẵn sàng, các MSC và SGSN sẽ giữ phần lưu lượng được cấp của chúng và có thể nhận tất cả các cuộc gọi hoặc các yêu cầu thiết lập gói phiên. 4.3.1.2. MBMS và các dịch vụ quảng bá khác. Đối với MBMS, thành phần chuyển mạch gói của mạng lõi được sử dụng. Vì thế giao diện Iu_ps được sử dụng để kết nối với WCDMA/HSPA RAN. Đối với MBMS, mạng lõi quyết định sử dụng broadcast hay multicast. Trong trường hợp phát quảng bá broadcast, mạng lõi không biết thông tin về thiết bị đầu cuối nhận tin, trong khi phát multicast điều này lại được biết bởi mạng lõi. Do đó, các thiết bị đầu cuối không cần phải thông báo cho mạng lõi về mục đích khi nhận dịch vụ mà sử dụng qua broadcast, trong khi đó khi nhận dịch vụ được sử dụng qua multicast thì đầu cuối cần phải thông báo cho mạng lõi về mục đích sử dụng dịch vụ này. 93 Đối với cả multicast và broadcast MBMS, RAN có thể quyết định sử dụng kênh truyên dẫn unicast hay kênh truyền dẫn broadcast trong cell. Thực chất, RAN hỏi người sử dụng trong cell để thông báo nó nếu người sử dụng quan tâm trong một dịch vụ cụ thể. Nếu có một số lượng đáng kể người sử dụng quan tâm thì kênh truyền dẫn broadcast sẽ được sử udngj, nếu không sẽ sử dụng kênh truyền multicast. 4.3.1.3. Chuyển vùng Đây là các chức năng về chuyển vùng của mạng lõi điều mà cho phép người sử dụng có thể sử dụng mạng của nhà khai thác khác. Chuyển vùng hỗ trọ cho cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Đối với cả 2 kiểu, có thể tồn tại những điểm khác nhau, nhưng trong thực tế, lưu lượng được định tuyến qua GGSN của mạng chủ qua thành phần Ps. Đối với thành phần Cs, trường hợp chung đối với cuộc gọi đi là thực hiện chuyển mạch trong mạng khách. Với cuộc gọi đến, cuộc gọi luôn được định tuyến qua mạng chủ. 4.3.1.4. Tính cước và chính sách điều khiển. Tính cước là một chức năng quan trọng của mạng, được chỉ ra trong mạng lõi. Đối với chuyển mạch kênh, nó nằm trong MSC trong khi đối với chuyển mạch gói nó được xử lý bởi SGSN hoặc GGSN. Theo truyền thống, có thể tính cước theo phút sử dụng hoặc tính cước theo dung lượng. Tính theo dung lượng thường được sử dụng cho chuyển mạch gói và theo phút được sử dụng cho chuyển mạch kênh. Tuy nhiên, các phương thức tính cước khác cũng có thể có, ví dụ tính theo gói cuớc, phụ thuộc vào sử dụng của thuê bao và thuê bao có chuyển vùng hay không. Chính sách điều khiển là chức năng của mạng lõi được sử dụng để điều khiển dịch vụ chuyển mạch gói, để đảm bảo chắc chắn rằng thuê bao không sử dụng nhiều hơn băng thông được cấp phát hoặc người dụng chỉ được truy 94 cập vào các dịch vụ cho phép hoặc các trang web. Chính sách điều khiển được thực hiện trong GGSN và chỉ có trong chuyển mạch gói. Hình 4.3. Chuyển vùng trong GSM và WCDMA/HSPA 4.3.2. Mạng lõi “SAE”: Gói lõi cải tiến (Evolved Packet Core). Khi mà tiêu chuẩn về LTE RAN được bắt đầu, những công việc tương tự cũng đã bắt đầu với mạng lõi. Công việc này được gọi là Sự phát triển kiến trúc hệ thống (SAE). Mạng lõi được định nghĩa trong SAE là sự tiến lên căn bản từ mạng lõi GSM/GPRS và do đó nó có tên gọi mới là EPC. Phạm vi của SAE chỉ bao gồm phần chuyển mạch gói, chứ không có chuyển mạch kênh. Nhìn lại các thảo luận về tiêu chuẩn, nguyên lý giảm thiểu số lượng các node cũng bao trùm trong tiêu chuẩn mạng lõi 4.3.2.1 S1 Flex và EPCs. Tương tự như Iu Flex, S1 Flex cho phép một mạng lõi mạnh mẽ hơn. Nếu một trong những nút EPC trở nên không sẵn sàng, các nút EPC khác có thể kiểm soát việc mất lưu lượng. Hơn nữa, việc mở rộng của các mạng được 95 dễ dàng hơn do các nút EPC có thể được thêm vào cần phải giải quyết nhu cầu lưu lượng và không phải mở rộng vùng phủ sóng. 4.3.2.2 Chuyển vùng, chính sách điều khiển và tính cước trong SAE. Hiển nhiên là chuyển vùng được hỗ trợ bởi EPC. Nó được thực hiện giữa 2 nút EPC: một ở trong mạng khách và một ở trong mạng chủ. Tùy thuộc vào chính sách hoạt động mà địa chỉ IP có thể được chỉ ra bởi EPC chủ hoặc EPC khách. 4.3.3. WCDMA/HSPA kết nối tới Evolved Packet Core (EPC). Khi công nghệ LTE/SAE đang được giới thiệu trong hệ thống, việc chuyển giao tới WCDMA/HSPA là cần thiết. Cách để giải quyết vấn đề này là cho WCDMA/HSPA kết nối tới mạng EPC. Thực tế đây là SGSN của mạng lõi GSM được sử dụng cho WCDMA/HSPA sẽ được kết nối tới EPC. Hoạt động của EPC như là GGSN khi lưu lượng được định tuyến qua WCDMA/HSPA RAN sử dụng giao diện S4 (cái được dựa trên giao diện Gn/Gp sử dụng giữa GGSN và SGSN) và hoạt động như EPC bình thường khi lưu lượng được định tuyến qua LTE RAN. Khi chuyển giao tử WCDMA/HSPA tới LTE là cần thiết, liên kết được đảm bảo bởi EPC từ SGSN. Nó được thực hiện qua giao diện S3, S3 được dựa trên giao diện Gn được sử dụng giữa các SGSN cho SGSN tái định vị. 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận a. Những nội dung chính đã được giải quyết trong luận văn. - Yêu cầu chung đối với hệ thống LTE và SAE. - Tìm hiểu các kỹ thuật, các lớp vật lý của hệ thống LTE. - Tìm hiểu kiến trúc giao diện vô tuyến của hệ thống LTE. - Tìm hiểu kiến trúc và chức năng của mạng lõi hệ thống LTE b. Những đóng góp khoa học và thực tiễn của luận văn. - Mở ra hướng phát triển cho các thế hệ di động tiếp theo. - Tạo thêm sự lựa chọn cho các nhà khai thác mạng trong quá trình phát triển hệ thống của mình. c. Những hạn chế của luận văn. - Chưa đi sâu nghiên cứu chức năng, hoạt động của hệ thống mạng lõi. - Chưa đánh giá hiệu suất hoạt động thực tế của hệ thống LTE. 2. Kiến nghị - Áp dụng hướng phát triển trên cho các hệ thống di động hiện tại nhằm hạn chế việc phải thay đối nhiều về kiến trúc, hạ tầng và thiết bị hệ thống. - Sử dụng kết hợp nhiều kỹ thuật đối với các hệ thống thông tin liên lạc tiếp theo (TDMA, OFDM, MIMO, trải phổ....). 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Quốc Bình (2002), Tổng quan về thông tin di động và hệ thống GSM, Nhà xuất bản Quân đội nhân dân. [2] Nguyễn Quốc Bình (2001), Tài liệu giảng dạy môn thông tin di động, HVKTQS. Tiếng Anh [3] A.Hottinen, O.Tirkkonen and R.Wichman, ‘Multi-antenna Transceiver Techniques for 3G and Beyond’, John Wiley and Sons, Chichester, England, ISBN 0470 84542 2. [4] Andy Dornan. (c2002), The essential guide to wireless communications applications: from cellular systems to Wi-Fi. Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall PTR. [5] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld and Per Beming, (Jul.2007), 3G.Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband... [6] ITU-R, Recommendation ITU-R M.1225, (February 1997), ‘Guidelines for Evaluation of Radio Transmission Technologies for IMT-2000’. [7] Ivan Stojmenovic. (2002), Handbook of Wireless Networks and Mobile Computing. John Wiley & Sons, Inc. [8] R. van Nee, R. Prasad. (January 2000), ‘OFDM for Wireless Multimedia Communications’, Artech House Publishers, London. [9] Sami Tabbane. (c2000), Handbook of mobile radio networks. Boston : Artech House. [10] Y.-P. Eric Wang, A.S. Khayrallah and G.E. Bottomley. (November 2006), ‘Dual Branch Receivers for Enhanced Voice and Data Communications in WCDMA’, Proceedings of the Globecom, San Francisco, CA, USA. 98 MỤC LỤC trang Trang phụ bìa ..................................................................................................... Nhiệm vụ luận văn ............................................................................................ Mục lục .............................................................................................................. Danh mục các chữ viết tắt, các ký hiệu ............................................................. Danh mục các hình vẽ, đồ thị ............................................................................. Trong quá trình thực hiện do khả năng và thời gian còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót......................................................................2 Tôi xin chân thành cảm ơn Thượng tá, Ts.Mai Thanh Hải đã trực tiếp hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành đồ án này....................................................................2 1.1.6. Quản lý tài nguyên vô tuyến................................................................................9 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................97 Tiếng Việt........................................................................................................97 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................99 Đa truy cập phân chia theo mã....................................................................................99 99 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ACCH ARQ BCCH CCH CDMA EDGE Associated Control Channel Automatic Repeat-reQuest Bit Error Rate Control Channel Code Division Multiple Access Enhanced Data Rate For Gsm Evolution EPC Evolved Packet Core FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển kết hợp Giao thức yêu cầu lặp tự động Tỷ lệ lỗi bit Kênh điều khiển Đa truy cập phân chia theo mã Cải tiến tốc độ dữ liệu đối với sự phát triển GSM Gói lõi cải tiến Kênh điều khiển liên kết nhanh FDD Frequencies Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDMA Frequencies Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access tần số GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GSM Globle System For Mobile Hệ thống liên lạc di động toàn Communication cầu GPRS General Package Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp HSCSD High-Speed Circuit Switched Dữ liệu chuyển mạch tốc độ Data cao HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú LTE Long term evolution Phát triển giai đoạn dài MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MBSFN Multicast-Broadcast SingleMạng một tần số đa trạmFrequency Network quảng bá MBMS Multimedia Broadcast - Multicast Dịch vụ quảng bá và phát đa Service hướng đa phương tiện MIMO Multi Input Multi Output Đa anten thu phát OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần Multiplexing số trực giao PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển nhắn gọi PDCP Paket Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ dữ liệu gói PHY Physical Layer Lớp vật lý QoS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ RACCH Random Access Control Channel Kênh điều khiển truy cập 100 ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến RNL Radio Network Layer Lớp mạng vô tuyến SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SAE System architecture evolution Phát triển kiến trúc hệ thống SCCH Signaling Control Channel Kênh điều khiển báo hiệu SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SCSingle Carrier-FDMA FDMA một sóng mang. FDMA SDMA Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không gian SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SNR Signal-To-Noise Ratio Tỷ số tín/tạp TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian WCDMA Wideband Code Division Đa truy cập phân chia theo mã / HSPA Multiple Access/ High speed băng rộng/ Truy nhập gói tốc packet access độ cao. [...]... lai và RLC có thể xem như một cơ chế truyền lại với hai cơ chế phản hồi trạng thái 2.2.3 Các trạng thái LTE Trong LTE một đầu cuối di động có thể có một vài trạng thái khác nhau như đã minh hoạ trong hình 2.8 Vào lúc bật máy, đầu cuối di động đi vào trạng thái LTE- DETACHED Ở trạng thái này, đầu cuối di động không được nhận biết về mạng Trước khi việc truyền thông tin được thực hiện giữa đầu cuối di động. .. truyền dẫn các thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất cả các đầu cuối di động trong tế bào Trước khi truy nhập hệ thống, một đầu cuối di động cần đọc thông tin được truyền trên kênh này để tìm hiểu hệ thống này được định cấu hình như thế nào ví dụ như dải thông của hệ thống 2 Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH: Paging Control Channel) dùng để tìm gọi các đầu cuối di động mà vị trí của nó trên cấp độ... định nhờ vào loại thông tin mà nó mang và đã được phân loại thành các kênh điều khiển được dùng cho việc truyền dẫn điều khiển và các thông tin về tổ chức cần thiết cho một hệ thống LTE hoạt động và các kênh lưu lượng dùng cho dữ liệu người dùng  Tập các loại kênh logic đã chỉ định cho LTE bao gồm: 1 Kênh điều khiển quảng bá (BCCH: Broadcast Control Channel) dùng cho sự truyền dẫn các thông tin điều... yêu cầu quan trọng nhất của SAE có tác động tới phần truy cập vô tuyến hoặc là kiến trúc của SAE Hệ thống SAE cần phải có khả năng để vận hành nhiều hơn so với mạng truy nhập vô tuyến LTE và cần phải có những chức năng lưu động cho phép một thiết bị đầu cuối di động di chuyển giữa những hệ thống truy nhập vô tuyến khác nhau Thật ra, những yêu cầu không làm hạn chế tính lưu động giữa những mạng truy nhập... tối ưu hóa chất lượng dịchvụ Hệ thống SAE cần phải cung cấp các cơ chế bảo mật cao cấp cái mà tương đương hoặc tốt hơn so với mức bảo mật của 3GPP cho WCDMA/HSPA và GSM Điều này có nghĩa là bảo vệ chống lại mối đe dọa và tấn công bao gồm cả thứ hiện có trên Internet sẽ là một phần của SAE 12 Hơn nữa, hệ thống SAE sẽ cung cấp thông tin nhận thực giữa các thiết bị di động và mạng, nhưng đồng thời cũng... cuối di động và mạng thì đầu cuối di động cần phải đăng ký với mạng bằng cách dùng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên để đi vào trạng thái LTE- ACTIVE LTE- DETACHED là một trạng thái chính được dùng vào lúc bật nguồn; Đầu cuối di động đã đăng ký với mạng dù chỉ một lần thì nó thuộc một trong các trạng thái điển hình là LTE_ ACTIVE hoặc LTE- IDLE LTE -ACTIVE là trạng thái được sử dụng khi đầu cuối di động là tích... cùng với dữ liệu thu và phát Trong trạng thái này, đầu cuối di động được kết nối với một tế báo cụ thể bên trong mạng này Một hoặc một vài địa chỉ IP được ấn định cho đầu cuối di động cũng như sự nhận dạng về đầu cuối, bộ nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến ô C-RNTI này (C-RNTI: Cell Radio Network Temporary Indentifier) được dùng cho các mục đích báo hiệu giữa đầu cuối di động và mạng LTE ACTIVE có thể xem... miền tần số là có ích Thông tin về các điều kiện kênh đường xuống cần thiết cho việc lập lịch phụ thuộc kênh, được đưa từ đầu cuối di động tới eNodeB qua các thông báo chất lượng kênh Thông báo chất lượng kênh cũng được biết đến như là bộ chỉ thị chất lượng kênh CQI (CQI: Channel Quality Indicator), gồm có không chỉ thông tin về chất lượng kênh tức thời trong miền tần số mà còn thông tin cần thiết để quyết... mạng và vì thế thông báo tìm gọi cần được truyền cho nhiều tế bào 3 Kênh điều khiển dành riêng (DCCH: Dedicated Control Channel) dùng để truyền thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động Kênh này được dùng để định cấu hình riêng của đầu cuối di động như là các thông báo chuyển giao cuộc gọi khác nhau 28 4 Kênh điều khiển đa trạm (MCCH: Multicast Control channel) dùng cho sự truyền dẫn thông tin. .. thực hiện và những tốc độ dữ liệu đường lên (dạng truyền tải) mà sử dụng Chú ý rằng chỉ một miền tần số kề nhau được ấn định cho các đầu cuối di động trong đường lên như là hệ quả của việc dùng truyền dẫn đơn sóng mang trên đường xuống LTE Các điều kiện kênh có thể được đưa vào trong tính toán trong quá trình xử lý lập lịch đường lên giống như việc lập lịch cho đường xuống Tuy nhiên, thông tin thu được ...2 hệ thống mạng lõi từ hệ di động trớc 3GPP phát triển Để hiểu rõ hệ thống LTE nh hệ thống mạng lõi SAE, vào nghiên cứu qua chơng nội dung đồ án: NGHIÊN CứU CÔNG NGHệ LTE Và SAE TRONG Hệ THốNG. .. CÔNG NGHệ LTE Và SAE TRONG Hệ THốNG THÔNG TIN DI ĐộNg 4g Chơng 1: Tổng quan LTE SAE Chơng 2: Các kỹ thuật sử dụng LTE Chơng 3: Lớp vật lý LTE Chơng 4: SAE Trong quỏ trỡnh thc hin kh nng v thi... s di chuyn gia LTE v GSM, v gia LTE v WCDMA/HSPA cho cỏc u cui di ng h tr cỏc cụng ngh ú Bng 1.1 Cỏc quy nh thi gian giỏn on, LTE- GSM v LTE- WCDMA Thi gian khụng thc (ms) Thi gian thc (ms) LTE

Ngày đăng: 01/10/2015, 16:21

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Trong quá trình thực hiện do khả năng và thời gian còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót.

  • Tôi xin chân thành cảm ơn Thượng tá, Ts.Mai Thanh Hải đã trực tiếp hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành đồ án này.

    • 1.1.6. Quản lý tài nguyên vô tuyến

    • TÀI LIỆU THAM KHẢO

    • Tiếng Việt

    • DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

      • Đa truy cập phân chia theo mã

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan