Đánh giá hiệu năng , các kĩ thuật trong hệ thống 4g LTE

Tìm hiểu tổng quan về hệ thống 4G LTE và đưa ra những kĩ thuật trong hệ thống 4G LTE. Qua đó đánh giá hiệu năng hệ thống .

Khoa Viễn Thông 1

Báo cáo Chuyên đề

Hà Nội, 2016

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂUHình 1.1 Quá trình phát triển của thông tin di động7

Bảng 1.1 Tổng kết các thế hệ thông tin di động8

Bảng 1.2 Bảng so sánh LTE với LTE – Advanced11

Hình 2.1 UE trong ranh giới tế bào của tế bào12

Hình 2.2 UE là dưới một vùng phủ sóng của một tế bào femto hoặc pico13

Hình 2.3 UE nằm gần một CSG 14

Hình 2.4 Công nghệ EICIC15

Hình 2.5 Kết hợp sóng mang với lập lịch chéo sóng mang16

Hình 2.6 Sử dụng khung con gần như trống ABS17

Hình 2.7 LTE Advanced CoMP - Phối hợp đa điểm18

Hình 2.8 Cơ chế tránh nhiễu và Truyền dẫn phối hợp18

Bảng 2.1 Bảng mã tiền mã hóa 3 bit cho UL SU-MIMO với hai anten36

Hình 3.1 Định nghĩa của tốc độ dữ liệu cho hiệu suất40

Bảng 3.1 Hiệu suất phổ đỉnh LTE41

Bảng 3.2 Môi trường thử nghiệm và các thông số triển khai42

Bảng 3.3 Đặc điểm hệ thống LTE – Advanced để đánh giá44

Bảng 3.4 Yêu cầu ITU-R cho IMT-Advanced hiệu suất phổ47

Hình 3.5 FDD hiệu suất phổ tế bào và hiệu suất sử dụng phổ tế bào biên, so với yêu cầu của ITU-R.49

Hình 3.6 FDD phân bố thông lượng người dùng bình thường49

Hình 3.7 FDD phân bố SINR50

Hình 3.8 TDD hiệu suất phổ tế bào và hiệu suất sử dụng phổ tế bào biên, so với yêu cầu của ITU-R.

50

Hình 3.9 TDD phân bố thông lượng người dùng bình thường50

PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

STT Nội dung Phụ trách Ghi chú

Sóng mang thành phần (CC)

Các sơ đồ MIMO, mô phỏng

3 Đánh giá hiệu năng Minh + Dũng Hiệu suất phổ đường lên, đường xuống …

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp phát triển vô cùng nhanh chóng Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 3G hay 3.5G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng những nhà khai thác viễn thông trên thế giới đã tiến hành triển khai một chuẩn di động thế hệ mới đó là hệ động thông tin di động thế

hệ thứ tư (4G LTE), cùng với phiên bản cải tiến của nó (4G LTE Advanced).

Xuất phát từ vấn đề trên em đã lựa chọn đề tài tiểu luận là: “Đánh giá hiệu năng hệ thống MIMO trong hệ thống thông tin di động LTE – Advanced” Mục tiêu

cơ bản của bài tiểu luậnlà nêu ra những hoạt động cơ bản của hệ thống Advanced, tìm hiểu những công nghệ mới, những cải tiến về chất lượng dịch vụ để đảm bảo đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng đối với mạng di động.

LTE-Đề tài của nhómcó các nội dung sau:

 Chương 1.Giới thiệu chung

 Chương 2.Các phần tử công nghệ, cải tiến trong 4G LTE Advanced

 Chương 3.Đánh giá hiệu năng

Tuy nhiên do LTE – Advanced là công nghệ còn mới, đang được hoàn thiện cũng như do giới hạn về kiến thức và thời gian nên đồ án khó tránh khỏi thiếu sót.

Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn.

Chúng em xin trân thành cảm ơn !!!.

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động

Khi mới triển khai, hệ thống di động 1G mới chỉ cung cấp cho người sử dụng dịch vụ thoại, nhưng nhu cầu về truyền số liệu tăng lên đòi hỏi các nhà khai thác mạng phải nâng cấp rất nhiều tính năng mới cho mạng và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở khai thác mạng hiện có Từ đó các nhà khai thác đã triển khai hệ thống di động 2G, 2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao hơn Cùng với Internet, Intranet đã trở thành một trong những hoạt động kinh doanh ngày càng quan trọng, một trong số đó là xây dựng các công sở vô tuyến để kết nối các cán bộ “di động” với xí nghiệp hoặc công sở của họ Ngoài ra, tiềm năng to lớn đối với các công nghệ mới là cung cấp trực tiếp tin tức và các thông tin khác cho các thiết bị vô tuyến

sẽ tạo ra nguồn lợi nhuận mới cho nhà khai thác Do vậy, để đáp ứng được các dịch

vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính kinh tế thì hệ thống di động thế hệ thứ hai đã từng bước chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Khi mà nhu cầu về các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao tăng mạnh, mà tốc độ của hệ thống 3G hiện tại không đáp ứng được thì các tổ chức viễn thông trên thế giới đã nghiên cứu và chuẩn hóa hệ thống di động 4G.

Hình 1.1 Quá trình phát triển của thông tin di động

Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động được mô tả ở hình 1.1, trong đó:

+ TASC (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập tổng thể.

+ NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại Bắc Âu băng tần 900MHz.

+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến + SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng.

+ GSM 900 (Global System for Mobile): Hệ thống thông tin di động toàn cầu băng tần 900MHz.

+ GSM 1800: Hệ thống GSM băng tần 1800 MHz.

+ GSM 1900: Hệ thống GSM băng tần 1900 MHz.

+ IS-136 TDMA (Interim Standard- 136): Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến do AT&T đề xuất.

+ IS-95 CDMA: Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA cải tiến của Mỹ.

+ GPRS (General Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến gói chung.

+ EDGE (Enhaned Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số liệu tăng cường

để phát triển GSM.

+ CDMA 2000 1x: Hệ thống CDMA 2000 giai đoạn 1.

+ WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng.

+ CDMA 2000 Mx: Hệ thống CDMA 2000 giai đoạn 2 [2].

+ HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống truy nhập gói tốc độ cao Hệ thống HSPA được chia thành 3 công nghệ sau:

- HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói đường xuống tốc độ cao.

- HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói đường lên tốc độ cao.

- HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy nhập gói OFDM tốc độ cao.

+Pre-4G: Các hệ thống tiền 4G gồm WiMax và WiBro (Mobile Wimax).

+ WiMax: Wordwide Interoperabilily for Microwave Access.

+ WiBro: Wiless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây.

Từ quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ khi ra đời đến nay ta

có thể tổng kết các thế hệ thông tin di động qua bảng sau:

Bảng 1.1 Tổng kết các thế hệ thông tin diđộng

1.2 Hệ thống thông tin di động 4G LTE Advanced

Tháng 6 năm 2013, công ty viễn thông Hàn Quốc SK Telecom đã giới thiệu công nghệ mà họ mệnh danh “mạng LTE tiên tiến nhất trên thế giới” – LTE-

Advanced Theo những gì SK công bố, mạng này mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh gấp đôi so với mạng LTE thông thường và điều này là một tin vui cho những người dùng thiết bị thông minh thế hệ mới Chỉ tới tháng 10 năm 2013 thôi, đã có tới

cả triệu người đăng ký sử dụng dịch vụ này ở Hàn Quốc Ở đất nước này, người dùng LTE-Advanced có thể tải một bộ phim 800MB chỉ trong 43 giây Làn sóng sử dụng công nghệ này sẽ lan ra khắp thế giới do nhu cầu sử dụng băng thông di động ngày càng tăng cao Các nhà mạng sẽ phải nâng cấp liên tục để đáp ứng yêu cầu về tốc độ

và khối lượng dữ liệu ngày càng cao của người dùng không chỉ là đàm thoại video, xem thể thao trực tuyến nữa mà có thể là khám bệnh trực tiếp từ xa hay mua sắm ảo… Theo dự báo của Cisco System, lưu lượng băng thông di động toàn cầu tăng gấp đôi theo từng năm và sự tăng trưởng theo cấp số nhân này vẫn chưa hề có dấu hiệu ngừng lại.

Hiện tại, các nhà mạng đang ráo riết tìm kiếm sự thay thế cho công nghệ LTE

ra đời năm 2010 Các doanh nghiệp viễn thông lớn toàn cầu như AT&T (Mỹ), Telstra (Úc), NTT Docomo (Nhật) và Telenor Sweden (Thuỵ Điển) đều cho biết họ đang thử nghiệm công nghệ LTE-Avanced và dự kiến có thể đưa ra sử dụng rộng rãi vào năm nay Theo dự báo của ABI Research, số lượng người dùng sử dụng LTE- Advanced vào năm 2018 sẽ đạt tới 500 triệu, gấp 5 lần số người dùng LTE hiện nay Các chuyên gia công nghệ cũng nhận định rằng LTE cần phải cải tiến và LTE- Advanced sẽ là chuẩn thống trị trong tương lai gần Họ cũng coi công nghệ này mới thật sự là 4G do đáp ứng đầy đủ các tiêu chí kỹ thuật mà Liên minh Viễn thông Quốc

tế (International Telecommunication Union) đặt ra cho hệ thống mạng không dây thế

hệ thứ 4.

LTE–Advanced (Long Term Evolution–Advanced) , như tên gọi của nó, thực chất chỉ là bản nâng cấp của LTE nhằm hướng đến thỏa mãn các yêu cầu của IMT – Advanced Việc nâng cấp này được thể hiện ở chỗ các công nghệ đã được sử dụng trong LTE thì vẫn sử dụng trong LTE thì vẫn được sử dụng trong LTE – Advaned (OFDMA, SC – FDMA, MIMO, AMC, Hybrid ARQ…) Tuy nhiên có một số cải

tiến để phát huy tối đa hiệu quả của chúng như: MIMO tăng cường, với cấu hình cao hơn (8x8 MIMO)… Đồng thời LTE – Advanced còn ứng dụng thêm nhiều kỹ thuật mới để nâng cao đặc tính của hệ thống như :

1 Carrier Aggregation (Tổng hợp sóng mang)

2 Multi – antenna Enhancements (Đa ăng – ten cải tiến)

3 Relays (Trạm chuyển tiếp)

4 Heterogeneous Network (mạng không đồng nhất)

5 Coordinated Multipoint – CoMp (phối hợp đa điểm)

Bằng việc áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật công nghệ mới như trên, LTE – Advaned có các đặc tính cao hơn hẳn so với LTE về nhiều mặt (tốc độ, băng thông, hiệu suất sử dụng phổ, độ trễ xử lý…)[0] Bảng so sánh sẽ cho ta thấy điều này:

Bảng 1.2 Bảng so sánh LTE với LTE – Advanced

1.3 Kết luận chương

Sẽ còn mất nhiều năm nữa để các doanh nghiệp viễn thông tận dụng hết các

ưu điểm của công nghệ LTE-Advanced Hiện nay các nhà mạng vẫn chưa triển khai một số tính năng phức tạp hơn của công nghệ này như các dịch vụ thoại và phần mềm

“tự tổ chức” Những tính năng này sẽ cung cấp khả năng thích ứng với các hạ tẩng mạng mới cho các trạm phát hoặc tự khôi phục sau sự cố.

Và chắc chắn LTE-Advanced chưa phải là đỉnh cao nhất của công nghệ LTE.

Tổ chức quốc tế đứng sau các chuẩn công nghệ mạng này The 3rd Generation Partnership Project (3GPP) đã công bố kế hoạch về phiên bản kế tiếp vào cuối năm

2015 Một số công ty gọi phiên bản tương lai này là LTE-B bất chấp việc 3GPP đã lên tiếng phủ nhận và cho biết chỉ chấp nhận tên gọi LTE-Advanced Bỏ qua vấn đề tên gọi, chúng ta chỉ chắc chắn rằng biến thể mới này sẽ tiếp tục cung cấp cho các nhà mạng nhiều tuỳ chọn để khai thác triệt để hơn, bao gồm các giao thức cho ăng- ten ba chiều, truyền năng lượng hiệu quả hơn, và giao tiếp trực tiếp giữa các thiết bị

di động, cảm biến thông minh và máy móc thiết bị khác Một công nghệ đột phá như vậy có thể cung cấp năng lực cao gấp 30 lần so với LTE-Advanced và thực sự đáng

dể chúng ta chờ đợi.

CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN TỬ CÔNG NGHỆ, CẢI TIẾN TRONG 4G LTE ADVANCED

2.1 Điều khiển giảm can nhiễu tăng cường giữa các tế bào

2.1.1 Nhiễu tăng cường giữa các tế bào

• Trường hợp 1: UE trong ranh giới tế bào của tế bào Trong trường hợp này, các tín hiệu

từ tế bào hàng xóm có thể hoạt động như là nhiễu Trong trường hợp này, cường độ tínhiệu từ tế bào phục vụ có xu hướng được rất yếu và SNR sẽ rất thấp không chỉ vì nhữngtín hiệu tế bào phục vụ yếu mà cũng vì sự can thiệp

Hình 2.1 UE trong ranh giới tế bào của tế bào

• Trường hợp 2: UE là dưới một vùng phủ sóng của một tế bào femto hoặc pico Trongtrường hợp này, các tế bào vĩ mô xung quanh những pico / femto di động hoặc ô pico /femto khác có thể hoạt động như là nhiễu Trong trường hợp này, cường độ tín hiệu từ tếbào phục vụ có thể không được yếu như vậy, nhưng SNR có xu hướng giảm hơn do sựcan thiệp

Hình 2.2 UE là dưới một vùng phủ sóng của một tế bào femto hoặc pico

• Trường hợp 3: UE nằm gần một CSG (closed subscriber group), nhưng nó khôngphải là thành viên CSG của ô đó Trong trường hợp này, các tín hiệu từ các hoạt độngcủa CSG là rất mạnh (đôi khi mạnh hơn các tế bào phục vụ chính nó) và có thể rấtnghiêm trọng (Điều này sẽ là lý do tại sao 3GPP 36,300 cất CSG là một tiêu chí quantrọng cho thực hiện ICIC / eICIC)

Hình 2.3 UE nằm gần một CSG

2.1.2 Giải pháp khả thi eICIC

Như bạn đã biết, tín hiệu LTE (trên thực tế hầu hết các tín hiệu thông tin liên lạc) cóhai thành phần Thời gian thành phần tên miền và miền tần số thành phần Vì vây, sự canthiệp có thể xảy ra cở 2 hai miền tần số và thời gian

Hình 2.4 Công nghệ EICIC

EICIC là một công nghệ điều khiển can thiệp được định nghĩa trong 3GPP phiên bản

10 Nó là một phiên bản tiên tiến của ICIC, trước đây được định nghĩa trong 3GPP phiênbản 8, phát triển để hỗ trợ các môi trường HetNet Để tránh nhiễu liên cell, ICIC cho phép

UE biên cell trong các tế bào lân cận để sử dụng dải tần số khác nhau (RBS hoặc sóng mangphụ) Mặt khác, eICIC cho phép họ sử dụng phạm vi thời gian khác nhau (subframes) chocùng một mục đích Đó là, với eICIC, một tế bào vĩ mô và các tế bào nhỏ có chung mộtđồng kênh có thể sử dụng tài nguyên vô tuyến trong phạm vi thời gian khác nhau (tức làsubframes)

Giao thức eICIC xử lý tình huống giảm can nhiễu theo một trong hai cách sau

• Nếu hệ thống mạng có sử dụng kỹ thuật cộng gộp sóng mang để ghép hai hay nhiềukênh tần số thì cell lớn và cell nhỏ sẽ chỉ việc sử dụng các kênh tách biệt để gửi các tínhiệu điều khiển, kỹ thuật này còn được gọi là lập lịch chéo sóng mang CCS (cross-carrier scheduling) Lập lịch chéo sóng mang sử dụng kênh điều khiển vật lý đườngxuống PDCCH (Physical Downlink Control Channel) của một trong các sóng mangthành phần trong cell lớn và cell nhỏ mang tín hiệu điều khiển đường xuống DCI(Downlink Control Information) để sắp xếp người dùng trên kênh chia sẻ vật lý đườngxống PDSCH_kênh mang dữ liệu (Physical Downlink Shared Channel) PDCCH có thểđược truyền đi với công suất cao hơn so với các kênh lưu lượng Do đó, sử dụng cácsóng mang khác nhau cho PDCCH trong các cell lớn và cell nhỏ làm giảm nguy cơ cannhiễu PDCCH.

Trong hình dưới đây, là một ví dụ điển hình đối với kết hợp sóng mang với lậplịch chéo sóng mang 2 thành phần sóng mang được dùng, cả hai có độ rộng 6 khối tàinguyên vật lý PRB (Physical Resource Block) Sóng mang thành phần màu xanh blue từmacro-eBN được dùng như sóng mang thành phần chính PCC (Primary ComponentCarrier), sóng mang thành phần màu xanh green được dùng như sóng mang thành phầnthứ hai SCC (Second Component Carrier) Sóng mang thành phần chính PCC với kênhđiều khiển vật lý đường xuống có công suất phát cao hơn sóng mang thành phần thứ 2SCC do đó cell phục vụ chính lớn hơn cell phuc vụ thứ 2 Trạm cơ sở BS trong cell nhỏdùng sóng mang màu xanh green như là sóng mang thành phần chính PCC còn sóngmang màu xanh blue như sóng mang thành phần thứ 2 SCC, cả 2 được phát với cùngcông suất nhưng sự mở rộng cell CRE được dùng cho sóng mang thành phần chính màuxanh green PCC Khu vực màu đỏ được chỉ định dùng cho kênh điều khiển vật lý đườngxuống PDCCH mang thông tin điều khiển đường xuống DCI

Hình 2.5 Kết hợp sóng mang với lập lịch chéo sóng mang

• Đối với các mạng chỉ sử dụng một kênh tần số, eICIC có một giải pháp khác Đó là việccell lớn và cell nhỏ sử dụng cùng tần số nhưng trong các khoảng thời gian khác nhaubằng cách sử dụng khung con gần như trống ABS (Almost Blank Subframe) Khung congần như trống là khung con không mang dữ liệu Trong cell lớn và cell nhỏ, đặc biệtngười dùng vùng biên cell nhỏ có thể dùng chung tần số mà không gây can nhiễu lẫnnhau bằng cách sử dụng khung ABS trong khoảng thời gian khác nhau để truyền cả tínhiệu điều khiển và dữ liệu

Hình 2.6 Sử dụng khung con gần như trống ABS

2.2 Kỹ thuật phối hợp đa điểm CoMP (Coordinated MultiPoint)

Phối hợp truyền đa điểm và tiếp nhận thực sự đề cập đến một loạt các kỹ thuật chophép phối hợp động hoặc truyền tải và tiếp nhận với nhiều eNB địa lý tách biệt Mục đích

của nó là để nâng cao hiệu suất hệ thống tổng thể, sử dụng các nguồn lực một cách hiệu quảhơn và cải thiện chất lượng dịch vụ người dùng cuối.

Một trong những thông số quan trọng cho LTE, và đặc biệt là 4G LTE Advanced là tốc độ

dữ liệu cao có thể đạt được Các tốc độ dữ liệu cao là tương đối dễ dàng để duy trì gần vớitrạm cơ sở, nhưng với khoảng cách gia tăng, nó trở nên khó khăn hơn để duy trì

Rõ ràng các cạnh tế bào là những thách thức lớn nhất Không chỉ là những tín hiệuyếu vì khoảng cách xa từ trạm gốc (eNB), mà còn có mức độ can thiệp từ eNB láng giềng

có thể sẽ cao hơn khi UE ở được gần hơn với chúng

4G LTE CoMP, phối hợp đa điểm đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa một số các eNB táchbiệt địa lý Chúng hoạt động phối hợp cung cấp lịch trình chung và hộp truyền động cũngnhư chứng minh xử lý chung của các tín hiệu nhận được.Trong cách này, một UE ở rìa củamột tế bào có thể được phục vụ bởi hai hoặc nhiều hơn các eNB để cải thiện tín hiệu tiếpnhận/truyền dẫn và tăng thông lượng đặc biệt trong điều kiện ở cạnh tế bào

Hình 2.7 LTE Advanced CoMP - Phối hợp đa điểm

Về cơ bản, phối hợp đa điểm cho phép một thiết bị di động cùng một lúc trao đổi dữliệu với nhiều trạm thu phát Kỹ thuật này sẽ giúp cải thiện hơn nữa tín hiệu và tăng tốc độ

dữ liệu tại rìa cell, nơi mà có thể khó có được một kết nối tốt Ví dụ như hai trạm thu phátliền kề có thể cùng lúc gửi dữ liệu giống nhau tới một thiết bị do đó tăng khả năng nhận

được tín hiệu tốt của thiết bị đó Tương tự như vậy, một thiết bị cũng có thể cùng một lúc tải

dữ liệu lên cả hai trạm thu phát, các trạm này đóng vai trò như một mảng ăng-ten ảo sẽ cùngnhau xử lý tín hiệu thu được để loại bỏ lỗi Hoặc thiết bị có thể tải dữ liệu lên qua cell nhỏ ởgần bên, giúp giảm năng lượng phát trong khi vẫn nhận tín hiệu tải xuống tốt từ một trạmthu phát lớn hơn

Hình 2.8 Cơ chế tránh nhiễu và Truyền dẫn phối hợp

2.2.1 Những ưu điểm của LTE CoMP

• Làm cho việc sử dụng các mạng tốt hơn: Bằng cách cung cấp các kết nối đến một số

trạm cơ sở cùng một lúc, sử dụng comp, dữ liệu có thể được thông qua trạm cơ sở thôngqua nạp ít nhất cho việc sử dụng nguồn lực tài nguyên tốt hơn

• Cung cấp tăng cường hiệu suất tiếp nhận: Sử dụng một số trang web di động cho mỗi

kết nối có nghĩa là tiếp nhận tổng thể sẽ được cải thiện và số lượng các cuộc gọi bị rơinên được giảm

• Nhiều trang web tiếp nhận được tăng công suất nhận: Việc tiếp nhận chung từ nhiều

trạm gốc hoặc các trang web sử dụng LTE phối hợp các kỹ thuật đa điểm cho phép nhậnđược sức mạnh tổng thể ở chiếc điện thoại này sẽ được tăng lên

• Giảm nhiễu: Bằng cách sử dụng các kỹ thuật kết hợp chuyên ngành có thể sử dụng sự

can thiệp mang tính xây dựng chứ không phải là triệt tiêu, do đó làm giảm mức độ canthiệp

Về bản chất, 4G LTE Comp, phối hợp đa điểm rơi vào hai loại chính:

• Phần xử lý: phần xử lý xảy ra khi có sự phối hợp giữa nhiều thực thể - trạm gốc được

đồng thời phát hoặc nhận hoặc từ UE

• Phối hợp lập kế hoạch hoặc beamforming: Điều này thường được gọi là CS/CB (phối

hợp lập kế hoạch / điều phối beamforming) là một hình thức phối hợp một UE đượctruyền với một truyền đơn hoặc tiếp điểm - trạm gốc Tuy nhiên, thông tin liên lạc đượcthực hiện với một cuộc trao đổi của kiểm soát trong một số cơ quan phối hợp

Beamforming là một công nghệ tập trung tín hiệu và hướng nó trực tiếp vào mục tiêu cụthể thay vì phát sóng tín hiệu lan toả trong một khu vực rộng lớn

Để đạt được một trong các chế độ, thông tin phản hồi có nhiều chi tiết được yêu cầu trêncác thuộc tính kênh một cách nhanh chóng để các thay đổi có thể được thực hiện Các yêucầu khác là sự phối hợp rất chặt chẽ giữa các eNB để thuận lợi cho việc kết hợp các dữ liệuhoặc chuyển đổi nhanh chóng của các tế bào

Các kỹ thuật được sử dụng để phối hợp đa điểm, COMP là rất khác nhau cho các đườnglên và đường xuống Đây là kết quả thực tế là các eNB đang ở trong mạng, kết nối với cáceNB khác, trong khi các thiết bị cầm tay hoặc UE là những yếu tố cá nhân

2.2.2.Downlink LTE COMP

CoMP downlink LTE đòi hỏi sự phối hợp năng động giữa nhiều eNB địa lý tách biệttruyền đến UE Hai định dạng của phối hợp đa điểm có thể được chia cho đường xuống:

• Phương án xử lý chung cho việc truyền dẫn trong downlink: Sử dụng yếu tố này của

LTE Comp, dữ liệu được truyền đến các UE đồng thời từ một số các eNB khác nhau Mụcđích là để nâng cao chất lượng tín hiệu nhận được và ổn định Nó cũng có thể có mục đíchchủ động hủy bỏ sự can thiệp đường truyền được dành cho UE khác Đây là hình thức phốihợp đa điểm đặt một nhu cầu cao vào mạng backhaul (là mạng kết nối, truyền tải thông tin

kết nối từ nhà cung cấp đến BTS (trạm thu phát) và giữa các BTS với nhau) vì dữ liệu đượctruyền đến các UE cần được gửi tới mỗi eNB rằng sẽ được truyền nó tới UE Điều này cóthể dễ dàng tăng gấp đôi hoặc gấp ba số lượng dữ liệu trong mạng phụ thuộc vào bao nhiêueNB sẽ gửi dữ liệu Thêm vào đó, xử lý dữ liệu cần phải được gửi giữa tất cả các eNB thamgia vào khu vực Comp

• Lập kế hoạch phối hợp và hay beamforming: Sử dụng khái niệm này, dữ liệu đến một UE

duy nhất được truyền từ một eNB Các quyết định lập kế hoạch cũng như bất kỳ những tiasáng được phối hợp để kiểm soát nhiễu sóng có thể được tạo ra các lợi thế của phương phápnày là các yêu cầu phối hợp trên mạng backhaul được giảm đáng kể vì hai lý do:

o UE dữ liệu không cần phải được truyền từ nhiều eNB, và do đó chỉ cần được hướng dẫn đếnmột eNB

o Quyết định lập kế hoạch chỉ và các chi tiết của nhánh cần được phối hợp giữa nhiều eNB.2.2.3 Uplink LTE COMP

• Phần tiếp nhận và xử lý: Khái niệm cơ bản đằng sau định dạng này là sử dụng anten ở các

vị chí khác nhau Bằng cách phối hợp giữa các eNB khác nhau có thể tạo thành một mảnganten ảo Các tín hiệu nhận được bởi các eNB sau đó được kết hợp và xử lý để tạo ra các tínhiệu đầu ra cuối cùng Kỹ thuật này cho phép các tín hiệu mà chất lượng hoặc mặt nạ rấtthấp bằng cách can thiệp vào một số khu vực để được nhận với một vài lỗi Những bất lợichính với kỹ thuật này là một lượng lớn dữ liệu cần phải được chuyển giao giữa các eNB đểmáy hoạt động

• Lập kế hoạch phối hợp: Chương trình này hoạt động bằng cách phối hợp các quyết định

lập kế hoạch giữa các eNB để giảm thiểu sự can thiệp

Như trong trường hợp của downlink, định dạng này cung cấp một tải giảm nhiều trongcác mạng backhaul bởi vì chỉ có các dữ liệu lịch cần được chuyển giao giữa các eNodeBkhác nhau được phối hợp với nhau

2.2.4 Yêu cầu tổng thể cho LTE COMP

Một trong những yêu cầu quan trọng cho LTE là nó sẽ có thể cung cấp một mức độrất thấp của độ trễ Việc xử lý bổ sung cần thiết cho nhiều nơi tiếp nhận và truyền tải có thểthêm đáng kể cho bất kỳ sự chậm trễ Điều này có thể là kết quả của sự cần thiết cho việc xử

lý bổ sung cũng như các thông tin liên lạc giữa các ví trí khác nhau

2.3 Kỹ thuật các nút chuyển tiếp trong LTE-A

2.3.1 Giới thiệu về kỹ thuật các nút chuyển tiếp ( Relay Node )

Việc sử dụng băng thông cao cho LTE Advance có thể giảm mật độ phổ công suất khảdụng và thậm chí phổ rộng sẽ chỉ khả dụng tại các băng tần cao và điều này đồng nghĩa vớisuy hao cao Các thuê bao yêu cầu các dịch vụ tốc độ số liệu cao thường được đặt trong nhà

và phải chịu cường độ tín hiệu thấp vì sóng vô tuyến phải xâm nhập qua các tường ngăncủa tòa nhà Để chống lại các ảnh hưởng này và đảm bảo thông lượng ổn định trên toànmạng, các nút phát cần được đặt gần các người sử dụng hơn để đạt được tốc độ xử lý caohơn Kỹ thuật các nút chuyển tiếp (RN: Relay Node) ra đời không chỉ hỗ trợ cho phép lắpđặt đơn giản mà còn là giải pháp kinh tế cho các triển khai mật độ cao vì không cần đườngtrục hữu tuyến Có thể đạt được thông lượng cao trên các đường truy nhập vô tuyến nhờ RN

ở gần và vùng phủ sóng nhỏ hơn của nó Đường trục từ RN đến eNodeB cũng được hưởnglợi từ vị trí RN tốt hơn so với UE được phục vụ và vì thế cho phép eNodeB thông qua RNcung cấp vùng phủ sóng tốt hơn với hiệu suất phổ tần cao hơn

2.3.2 Các loại nút chuyển tiếp và cách thức hoạt động

a. Chuyển tiếp lớp 1

Chuyển tiếp lớp 1 chỉ sử dụng các bộ lặp Các bộ lặp thu tín hiệu, khuyếch đại và phát lạithông tin để chỉ phủ các lỗ đen trong các ô Các đầu cuối có thể sử dụng tín hiệu được phátlặp và tín hiệu trực tiếp Tuy nhiên để kết hợp hai tín hiệu này một cách có lợi, trễ thu giữachúng phải nhỏ hơn thời gian CP ( tiền tố )

Ưu điểm: + Chức năng đơn giản, lắp đặt không tốn kém Tiêu chuẩn kỹ thuật sử dụng ít

( chỉ sử dụng hiệu suất của bộ lặp đã được định nghĩa ở LTE-R8 )

Nhược điểm: Nhiễu bị khuyếch đại đồng thời cùng tín hiệu phát.

Hình 2.9 Chuyển tiếp lớp 1

b. Chuyển tiếp lớp 2

Trong chuyển tiếp lớp hai bao gồm hai lớp MAC và RLC, nút chuyển tiếp có khả năngđiều khiển ít nhất một bộ phận của khối RRM ( quản lý tài nguyên vô tuyến) Trong một sốkhe, nút chuyển tiếp hoạt động như một đầu cuối của người sử dụng đóng vai trò một BTSphát đến nhiều người sử dụng trong khe tiếp theo.Về căn bản RN lớp 2 sẽ hoạt động giốngnhư một eNodeB bình thường bao gồm cả lập biểu và quản lý tài nguyên, nhưng đường trụcđược thực hiện bởi một đường truyền LTE đến eNodeB bằng cách sử dụng một băng tần bổsung ( ngoài băng ) hay cùng băng ( trong băng ) cho đường truy nhập này Phương phápthứ hai cũng thường được sủ dụng vì nó không cần cấp phép tần số bổ sung và không cầncách ly cao đối với tự nhiễu nhờ việc sử dụng phân cách TDMA giữa phát RN đến các đầucuối và thu từ eNodeB ( một giải pháp đơn giản cho phân cách TDMA là RN dành trướcmột số khung MBSFN) Khung con MBSFN cho phép truyền dẫn không liên tục từeNodeB

Ưu điểm: + Loại bỏ được nhiễu

Nhược điểm: + Trễ xảy ra giữa quá trình điều chế /giải điều chế mã hóa/giải mã

+ Phương thúc điều khiển vô tuyến được đặt ở giữa BS và nút chuyểntiếp RN

Hình 2.10 Chuyển tiếp lớp 2

c. Chuyển tiếp lớp 3

Là phương pháp sử dụng truy nhập vô tuyến của LTE trong đường trục vô tuyến để nốimột eNodeB với một eNodeB khác EnodeB ở giữa, định tuyến các gói giữa đường trục hữutuyến và vô tuyến giống như một Ip router Chuyển tiếp loại 3 cũng thực hiện tiếp giải điềuchế và giải mã hóa của tín hiệu vô tuyến RF tiếp nhận trên đường xuống từ trạm gốc nhưngsau đó cũng thực hiện xử lý (mật mã hóa (Ciphering), sự ghép nối/ phân chia/ ráp lại dữ liệungười dùng User-data) để truyền lại dữ liệu người dùng trên giao diện vô tuyến và cuối cùngthực hiện giải mã hóa và điều chế và truyền đến thiết bị người dùng UE

Hình 2.11 Chuyển tiếp lớp 3

Ưu điểm : + Giảm thiểu nhiễu

+ Tác động tới các tiêu chuẩn kỹ thuật không đáng kể

2.3.3 Các vấn đề liên quan đến triển khai nút chuyển tiếp RN

2.3.3.1 Thủ tục khởi động trạm chuyển tiếp Relay

Khi 1 trạm chuyển tiếp mới được triển khai trong mạng, nó sẽ tự động gắn nó vào mạng diđộng Thủ tục này dựa trên thủ tục thiết bị người dùng UE thông thường kết nối vào mạng

Có 2 phần trong thủ tục khởi động của trạm chuyển tiếp

Giai đoạn thứ nhất: nút chuyển tiếp Relay tạo ra kết nối RRC tới trạm gốc EnodeB vàliên kếtvới chính nó như là một thiết bị người dụng UE thông thường để cấu hình khởi tạo Giai đoạn thứ hai: nút chuyển tiếp Relay kết nối đến trạm gốc (BS) lựa chọn từ danhsách trong gian đoạn đầu tiên Các nút chuyển tiếp Relay sẽ gửi một chỉ số chuyển tiếp đếntrạm gốc (BS) trong quá trình thiết lập kết nối RRC

2.3.3.2 Thủ tục UE liên kết

Có 2 trường hợp liên quan đến thủ tục liên kết UE vào trạm chuyển tiếp

Trường hợp thứ nhất UE ban đầu liên kết với trạm Relay khi khởi động và trường hợpkhác là UE ban đầu liên kết vơi trạm gốc sau khi khởi động, và bây giờ nó cần liên kết vớitrạm chuyển tiếp sau khi lựa chọn lại vùng phủ Cell trong trạng thái RRC IDLE Trong

trường hợp đầu tiên, việc hoàn thành kết nối logic S1 liên kết với UE tới mạng lõi được thựchiện do 1 thiết lập kết nối RRC được kích hoạt bởi 1 nút chuyển tiếp

Trường hợp hai thuộc về loại di động LTE trong trạng thái RRC IDLE Tất cả các thủtục di động LTE trong trạng thái RRC-IDLE được thực hiện độc lập trong UE

2.3.3.3 Thủ tục chuyển giao

a. Chuyển giao từ trạm Relay đến trạm gốc EnodeB

Dựa trên báo cáo đo đạc trên UE, nút chuyển tiếp quyết định có nên bắt đầu một chuyểngiao hay không Nếu có, nút chuyển tiếp Relay sẽ lựa chọn một mục tiêu Cell phủ cho UE.Sau đó, Relay sẽ gửi bản tin yêu cầu chuyển giao tới trạm EnodeB EnodeB sẽ tìm mục tiêuEnodeB từ bản tin và chuyển tiếp bản tin hướng tới EnodeB Sau khi tiếp nhận bản tin báonhận ACK yêu cầu chuyển giao, nút chuyển tiếp gửi một lệnh chuyển giao tới UE UE sau

đó sẽ tách ra và đồng bộ với mục tiêu EnodeB

b. Chuyển giao từ EnodeB tới Relay

Trong trường hợp chuyển giao từ EnodeB đến Relay, thủ tục của nó giống như chuyểngiao từ nguồn EnodeB đến mục tiêu EnodeB khác Từ quan điềm của UE, Relay giống nhưmột EnodeB UE thông báo đo lường của nó tới nguồn EnodeB Nguồn EnodeB sẽ quyếtđịnh chuyển giao tới trạm Relay.Sau đó trạng thái chuyển giao được thực hiện, yêu cầuchuyển giao được gửi đến trạm Relay thông qua EnodeB.Nếu trạm chuyển tiếp Relay có thểchấp nhận UE, một bản tin được chuyển tới UE để bắt đầu chuyển giao Dữ liệu đườngxuống đến tại EnodeB nguồn tới UE được truyền đến trạm Relay

2.3.4 Các ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng trạm chuyển tiếp Relay

a. Các ưu điểm

+ Mục đích chính của giải pháp Relay là cung cấp tốc độ dữ liệu đỉnh để hỗ trợ các dịch

vụ dữ liệu cao hơn

+ RNs tăng cường thông lượng trên toàn mạng bằng cách sử dụng hiệu quả các tiện íchnguồn tài nguyên mạng

+ RNs đang là 1 giải pháp chi phí triển khai hiệu quả, đang được nhiều nhà điều hànhmạng quan tâm