Tìm hiểu và mô phỏng hệ thống OFDM-MIMO ứng dụng cho LTE

Báo cáo đồ án tốt nghiệp : Bản sơ thảo Đề tài: Tìm hiểu mô hệ thống OFDM-MIMO ứng dụng cho LTE Giáo viên hƣớng dẫn : TS Phạm Hải Đăng Sinh viên thực : Nguyễn Việt Duy-ĐTVT 07-K54 Mục lục Chƣơng Kỹ thuật điều chế OFDM 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Hệ thống điều chế đơn sóng mang 1.1.2 Hệ thống điều chế đa sóng mang 1.2 Mô hinh hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM 1.2.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song Serial/Parallel Parallel/Serial 1.2.2 Bộ mapper Demapper 10 1.2.3 Bộ IFFT FFT 11 1.2.4 Chèn loại bỏ khoảng bảo vệ GI 13 1.2.5 Bộ biến đổi D/A A/D 18 1.2.6 Bộ Up-Converter Down-Converter 19 1.2.7 Bộ cân (Equalizer) 19 1.3 Sự trực giao 21 1.3.1 Trực giao miền tần số 23 1.3.2 Cơ sở toán học trực giao 23 1.4 Các kỹ thuật OFDM 23 1.4.1 Điều chế OFDM 23 1.4.1.1 Điều chế BPSK 24 1.4.1.2 Điều chế QPSK 26 1.4.1.3 Điều chế QAM 28 1.4.1.4 Mã Gray 29 1.4.2 Mã hóa kênh 32 1.4.3 Sắp xếp 33 1.4.4 Tiền tố lặp CP 34 1.4.5 Ƣớc lƣợng kênh truyền 35 1.4.5.1 Khái niệm 35 1.4.5.2 Ƣớc lƣợng kênh miền tần số 37 1.4.5.3 Ƣớc lƣợng kênh miền thời gian 38 1.5 Ƣu điểm nhƣợc điểm hệ thống OFDM 40 1.5.1 Ƣu điểm 40 1.5.2 Nhƣợc điểm 41 1.6 Kết luận 41 Chƣơng Tìm hiểu hệ thống MIMO 42 2.1 Giới thiệu 42 2.2 Sơ lƣợc phân tập 43 2.2.1 Phân tập thời gian 44 2.2.2 Phân tập tần số 45 2.2.3 Phân tập không gian 45 2.3 Độ lợi hệ thống MIMO 46 2.4 Kết luận chƣơng 48 Chƣơng Tổng quan LTE 49 3.1 Giới thiệu công nghệ LTE 49 3.2 Tiềm công nghệ 50 3.3 Hiệu suất công nghệ 52 3.4 Quản lý tài nguyên vô tuyến 54 3.5 Kiến trúc mạng LTE 54 3.6 Kết luận chƣơng 55 Chƣơng Mô kênh điều khiển vật lý đƣờng xuống LTE 57 4.1 Tài nguyên vật lý đƣờng xuống 57 4.2 Các tín hiệu tham khảo đƣờng xuống 63 4.2.1 Các chuỗi tín hiệu tham khảo việc nhận dạng tế bào lớp vật lý (Reference signals sequences and physical layer cell identity) 64 4.2.2 Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference signal frequency hopping) 65 4.2.3 Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference signals for multiantenna transmission) 66 4.3 Xử lý kênh truyền tải đƣờng xuống 67 4.3.1 Chèn CRC 70 4.3.2 Mã hóa kênh 70 4.3.3 Chức Hybrid-ARQ lớp vật lý 71 4.3.4 Ngẫu nhiên hóa mức độ bit 71 4.3.5 Điều chế liệu 73 4.3.6 Ánh xạ anten 74 4.3.7 Ánh xạ khối tài nguyên 74 4.4 Mô hình mô 76 4.5 Kết mô 76 Chƣơng Kết luận 78 Chương Kỹ thuật điều chế OFDM 1.1 Khái niệm chung Nguyên lý OFDM chia luồng liệu tốc độ cao thành luồng liệu tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang trực giao Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho sóng mang song song tốc độ thấp hơn, lƣợng nhiễu gây độ trải trễ đa đƣờng đƣợc giảm xuống Nhiễu xuyên ký tự ISI đƣợc hạn chế hầu nhƣ hoàn toàn việc đƣa vào khoảng thời gian bảo vệ symbol OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ, symbol OFDM đƣợc bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu sóng mang ICI Với kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta tiết kiệm đƣợc khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu sóng mang, nghĩa sóng cần trực giao với Trong OFDM, liệu sóng mang chồng lên liệu sóng mang lân cận Sự chồng chập nguyên nhân làm tăng hiệu sử dụng phổ OFDM Ta thấy số điều kiện cụ thể, tăng dung lƣợng đáng kể cho hệ thống OFDM cách làm thích nghi tốc độ liệu sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu tạp âm SNR sóng mang Ch.10 Ch.1 Tần số (a) Tiết kiệm băng thông Tần số (b) Hình 1.1: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) Về chất, OFDM trƣờng hợp đặc biệt phƣơng thức phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang đƣợc phân bổ cách trực giao Nhờ thực biến đổi chuỗi liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên Do đó, phân tán theo thời gian gây trải rộng trễ truyền dẫn đa đƣờng (multipath) giảm xuống OFDM khác với FDM nhiều điểm Trong phát thông thƣờng đài phát truyền tần số khác nhau, sử dụng hiệu FDM để trì ngăn cách đài Tuy nhiên kết hợp đồng trạm với trạm khác Với cách truyền OFDM, tín hiệu thông tin từ nhiều trạm đƣợc kết hợp dòng liệu ghép kênh đơn Sau liệu đƣợc truyền sử dụng khối OFDM đƣợc tạo từ gói dày đặc nhiều sóng mang Tất sóng mang thứ cấp tín hiệu OFDM đƣợc đồng thời gian tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu sóng mang Các sóng mang chồng lấp miền tần số, nhƣng không gây can nhiễu sóng mang (ICI) chất trực giao điều chế Với FDM tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn kênh để ngăn ngừa can nhiễu Điều làm giảm hiệu phổ Tuy nhiên với OFDM đóng gói trực giao sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cải thiện hiệu phổ 1.1.1 Hệ thống điều chế đơn sóng mang Hệ thống đơn sóng mang hệ thống có liệu đƣợc điều chế truyền sóng mang Hình 1.2: Truyền dẫn sóng mang đơn Các ký tự phát xung đƣợc định dạng lọc phía phát Sau truyền kênh đa đƣờng Ở phía thu, lọc phối hợp với kênh truyền đƣợc sử dụng nhằm cực đại tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR) thiết bị thu nhận liệu Đối với hệ thống đơn sóng mang, việc loại bỏ nhiễu giao thoa bên thu phức tạp Đây nguyên nhân để hệ thống đa sóng mang chiếm ƣu hệ thống đơn sóng mang 1.1.2 Hệ thống điều chế đa sóng mang Nếu truyền tín hiệu sóng mang mà nhiều sóng mang, sóng mang tải phần liệu có ích đƣợc trải băng thông chịu ảnh hƣởng xấu đáp tuyến kênh có phần liệu có ích bị mất, sở liệu mà sóng mang khác mang tải khôi phục liệu có ích Hình 3: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang OFDM kỹ thuật điều chế đa sóng mang, liệu đƣợc truyền song song nhờ vô số sóng mang phụ mang bit thông tin Bằng cách ta tận dụng băng thông tín hiệu, chống lại nhiễu ký tự,…Để làm đƣợc điều này, sóng mang phụ cần máy phát sóng sin, điều chế giải điều chế riêng Trong trƣờng hợp số sóng mang phụ lớn, điều chấp nhận đƣợc Nhằm giải vấn đề này, khối thực chức biến đổi IDFT/DFT đƣợc dùng để thay hàng loạt dao động tạo sóng sin, điều chế, giải điều chế Hơn nữa, IFFT/FFT đƣợc xem thuật toán giúp cho việc biến đổi IDFT/DFT nhanh gọn cách giảm số phép nhân phức thực phép biến đổi IDFT/DFT giúp tiết kiệm nhớ cách tính chỗ Mỗi sóng mang hệ thống OFDM viết dƣới dạng: S (t )  Trong đó, al,k N N-1 a l k 0 l,k e j πk ( t lTs ( N  L )) (1.1) : liệu đầu vào đƣợc điều chế sóng mang nhánh thứ k symbol OFDM thứ l N : số sóng mang nhánh L : chiều dài tiền tố lặp (CP) Khoảng cách sóng mang nhánh 1  T NTs Giải pháp khắc phục hiệu phổ có khoảng bảo vệ (Guard Period) giảm khoảng cách sóng mang cho phép phổ sóng mang cạnh trùng lặp Sự trùng lặp đƣợc phép khoảng cách sóng mang đƣợc chọn xác Khoảng cách đƣợc chọn ứng với trƣờng hợp sóng mang trực giao với Đó phƣơng pháp ghép kênh theo tần số trực giao 1.2 Mô hinh hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM Hình 1.4 :Sơ đồ hệ thống OFDM 1.2.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song Serial/Parallel Parallel/Serial Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song Serial/Parallel chia luồng liệu tốc độ cao thành frame nhỏ có chiều dài k ×b bit, k≤N, với b số bit mô hình điều chế số, N số sóng mang k, N đƣợc chọn cho luồng liệu song song có tốc độ đủ thấp, để băng thông sóng mang tƣơng ứng đủ hẹp, cho hàm truyền khoảng băng thông xem phẳng Hình 1.5:Bộ S/P P/S Phía thu dùng chuyển đổi song song-nối tiếp Parallel/Serial để ghép N luồng liệu tốc độ thấp thành luồng liệu tốc độ cao Hình 1.5 mô tả chuyển đổi từ nối tiếp sang song song từ song song sang nối tiếp 1.2.2 Bộ mapper Demapper Hình 1.6: Bộ Mapper Demapper Từng symbol b bit đƣợc đƣa vào mapper mục đích nâng cao dung lƣợng kênh truyền Một symbol b bit tƣơng ứng M = 2b trạng thái hay động không sử dụng ký hiệu tham khảo khối tài nguyên mà khối tài nguyên lân cận miền tần số, nhƣ ký hiệu tham khảo khe thời gian hay khung phụ thu đƣợc trƣớc Tuy nhiên, phạm vi để thiết bị đầu cuối di động thực phép tính trung bình qua nhiều khối tài nguyên miền tần số hay thời gian dựa đặc tính kênh truyền Trong trƣờng hợp độ chọn lọc tần số kênh truyền cao (high channel frequency selectivity), khả thực phép bình quân miền tần số giới hạn Tƣơng tự, khả tính bình quân miền thời gian, khả sử dụng ký hiệu tham khảo khe thời gian hay khung phụ thu đƣợc trƣớc đó, bị giới hạn trƣờng hợp biến đổi kênh truyền diễn nhanh (fast channel variatons), ví dụ, vận tốc cao thiết bị đầu cuối di động Cũng cần phải ý rằng, trƣờng hợp TDD, khả tính bình quân thời gian bị giới hạn, khung phụ trƣớc chí không đƣợc định cho truyền dẫn đƣờng xuống 4.2.1 Các chuỗi tín hiệu tham khảo việc nhận dạng tế bào lớp vật lý (Reference signals sequences and physical layer cell identity) Nói chung, giá trị phức hợp (complex values) ký hiệu tham khảo thay đổi vị trí ký hiệu tham khảo khác nhƣ tế bào khác Vì vậy, tín hiệu tham khảo tế bào đƣợc xem nhƣ chuỗi hai chiều, đặc điểm kỹ thuật LTE đƣợc gọi chuỗi tín hiệu tham khảo hai chiều Tƣơng tự với mã ngẫu nhiên hóa WCDMA/HSPA, chuỗi tín hiệu tham khảo LTE đƣợc xem nhƣ thị để nhận dạng tế bào lớp vật lý LTE Có 510 chuỗi tín hiệu tham khảo đƣợc định nghĩa đặc điểm kỹ thuật LTE, tƣơng ứng với 510 nhận dạng tế bào khác Về mặt chi tiết, chuỗi tín hiệu tham khảo đƣợc xem nhƣ sản phẩm chuỗi giả ngẫu nhiên hai chiều (a two dimensional pseudo-random sequence) chuỗi trực giao hai chiều (a two dimensional orthogonal sequence) Có tổng cộng 170 chuỗi giả ngẫu nhiên đƣợc định nghĩa đặc điểm kỹ thuật LTE, chuỗi tƣơng ứng với số 170 nhóm nhận dạng tế bào Ngoài ra, có chuỗi trực giao đƣợc định nghĩa, chuỗi tƣơng ứng với nhận dạng tế bào riêng biệt nhóm nhận dạng tế bào Các chuỗi tín hiệu tham khảo cấu trúc sản phẩm chuỗi giả ngẫu nhiên chuỗi trực giao đƣợc sử dụng nhƣ phần việc dò tìm tế bào LTE (xem thêm Chƣơng 5) Các chuỗi tín hiệu tham khảo thƣờng đƣợc áp dụng thích hợp với tế bào thuộc eNodeB, tế bào đƣợc định nhiều tốt nhận dạng tế bào lớp vật lý (physical layer cell identities) nhóm nhận dạng tế bào, nghĩa đƣợc định tín hiệu tham khảo dựa chuỗi giả ngẫu nhiên nhƣng khác chuỗi trực giao Bằng cách làm nhƣ vậy, can nhiễu tín hiệu tham khảo tế bào khác eNodeB đƣợc giảm thiểu 4.2.2 Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference signal frequency hopping) Trong cấu trúc tín hiệu tham khảo đƣợc phác họa hình 4.7, vị trí miền tần số ký hiệu tham khảo giống khung phụ liên tiếp Tuy nhiên, vị trí miền tần số ký hiệu tham khảo khác khung phụ liên tiếp, đƣợc xem nhƣ nhảy tần ký hiệu tham khảo Trong trƣờng hợp nhảy tần ký hiệu tham khảo, vị trí liên quan ký hiệu tham khảo khung phụ giống nhƣ hình 4.7 Vì vậy, việc nhảy tần đƣợc mô tả nhƣ việc thêm chuỗi độ lệch tần (frequency offsets) vào mô hình mẫu ký hiệu tham khảo đƣợc phác họa hình 4.7, với độ lệch giống cho tất ký hiệu tham khảo khung phụ, nhƣng khác khung phụ liên tiếp Vị trí ký hiệu tham khảo p khung phụ k đƣợc trình bày nhƣ sau: Các ký hiệu tham khảo đầu tiên: p(k) = (p0+6.i+offset(k)) mod Các ký hiệu tham khảo thứ hai: p(k) = (p0+6.i+3+offset(k)) mod Với i số nguyên Chuỗi độ lệch tần hay mô hình nhảy tần (the frequency hopping pattern) có chu kỳ với độ dài 10, nghĩa mô hình nhảy tần đƣợc lặp lại khung liên tiếp Có 170 mô hình nhảy tần khác đƣợc định nghĩa, mô hình tƣơng ứng với nhóm nhận diện tế bào Bằng việc áp dụng mô hình nhảy tần khác cho tế bào lân cận, tránh đƣợc nguy ký hiệu tham khảo tế bào lân cận va chạm liên tiếp Điều đƣợc đặc biệt quan tâm ký hiệu tham khảo đƣợc truyền với lƣợng cao so với phần tử tài nguyên lại, đƣợc gọi việc tăng cƣờng lƣợng tín hiệu tham khảo (reference signal energy boosting) 4.2.3 Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference signals for multi-antenna transmission) Trong truyền dẫn đa anten đƣờng xuống, thiết bị đầu cuối di động phải có khả đánh giá kênh truyền đƣờng xuống tƣơng ứng với anten phát Để làm đƣợc điều này, có tín hiệu tham khảo đƣờng xuống đƣợc phát từ anten Cần phải ý đặc tính truy nhập vô tuyến LTE thực nói đến cổng anten (antenna ports) nói đến anten để nhấn mạnh đƣợc đề cập đến không thiết tƣơng ứng với anten vật lý đơn (a single physical antenna) Thực ra, cổng anten đƣợc định nghĩa diện tín hiệu tham khảo chuyên biệt cổng anten Do vậy, tín hiệu tham khảo đồng đƣợc phát từ nhiều anten vật lý, anten đƣợc phân giải dƣới góc độ thiết bị đầu cuối di động anten đƣợc xem nhƣ cổng anten đơn Tuy nhiên, để đơn giản hóa, có hai giới hạn anten đƣợc sử dụng sau đây: - Trong trƣờng hợp hai anten phát (Hình 4.8a), ký hiệu tham khảo anten thứ hai đƣợc ghép kênh tần số với ký hiệu tham khảo anten thứ nhất, với độ lệch miền tần số sóng mang phụ - Trong trƣờng hợp bốn anten phát (Hình 4.8b), ký hiệu tham khảo cho anten thứ ba thứ tƣ đƣợc ghép kênh tần số bên ký hiệu OFDM thứ hai khe thời gian Chú ý ký hiệu tham khảo cho anten ba tƣ đƣợc truyền ký hiệu OFDM khe Cũng cần lƣu ý thêm phần tử tài nguyên mang theo ký hiệu tham khảo cho anten đó, tín hiệu đƣợc truyền anten khác Vì vậy, ký hiệu tham khảo anten không bị nhiễu truyền dẫn từ anten khác tế bào Rõ ràng, trƣờng hợp bốn anten phát, mật độ ký hiệu tham khảo miền thời gian anten thứ ba thứ tƣ đƣợc giảm bớt so với anten thứ thứ hai Điều đƣợc làm để giới hạn tổng số tín hiệu tham khảo trƣờng hợp dùng anten phát Đồng thời, điều tác động tiêu cực đến khả theo dõi biến đổi kênh truyền nhanh Tuy nhiên, điều đƣợc điều chỉnh dựa triển vọng việc ghép kênh không gian anten đƣợc áp dụng chủ yếu cho trƣờng hợp với độ di động thấp (low mobility) Lý để giữ lại mật độ ký hiệu tham khảo cao cho anten thứ thứ hai trƣờng hợp sử dụng bốn anten phát có giả thiết cho tín hiệu tham khảo đƣợc sử dụng nhƣ phần việc dò tìm tế bào khởi tạo (initial cell search) lúc thiết bị đầu cuối di động chƣa thu đƣợc đầy đủ thông tin số lƣợng anten phát tế bào Vì vậy, việc cấu hình tín hiệu tham khảo anten thứ thứ hai đƣợc thực lúc mà không phụ thuộc vào số lƣợng anten 4.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống Nhƣ đƣợc thảo luận chƣơng 3, lớp vật lý giao tiếp với lớp cao hơn, mà cụ thể đến lớp MAC kênh truyền tải (Transport Channels) LTE kế thừa nguyên lý WCDMA/HSPA, liệu đƣợc chuyển đến lớp vật lý dạng khối truyền tải (Transport Blocks) với kích thƣớc Nếu xét chi tiết cấu trúc khối truyền tải, LTE lựa chọn phƣơng pháp tƣơng tự với phƣơng pháp đƣợc lựa chọn cho HSPA:  Trong trƣờng hợp truyền dẫn anten đơn, có tối đa khối truyền tải đơn kích thƣớc động cho TTI  Trong trƣờng hợp truyền dẫn nhiều anten, lên đến khối truyền tải kích thƣớc động cho TTI, khối truyền tải tƣơng ứng với từ mã (codeword) trƣờng hợp ghép kênh không gian đƣờng xuống Điều ngụ ý rằng, LTE hỗ trợ ghép kênh không gian đƣờng xuống lên tới bốn anten phát, nhƣng số từ mã bị giới hạn Truyền dẫn đa anten đƣờng xuống đƣợc cung cấp chi tiết phần 4.2.5 Với cấu trúc khối truyền tải này, việc xử lý kênh truyền tải đƣờng xuống LTE, mà cụ thể xử lý DL-SCH (quá trình xử lý kênh truyền tải đƣờng xuống khác tƣơng tự có thêm vào số ràng buộc), đƣợc phác họa theo hình 4.9 với hai chuỗi xử lý riêng biệt chính, chuỗi tƣơng ứng với trình xử lý khối truyền tải đơn Chuỗi xử lý thứ tƣơng ứng với khối truyền tải thứ 2, xuất ghép kênh không gian đƣờng xuống Nói chung, trƣờng hợp này, hai khối truyền tải có kích thƣớc khác đƣợc kết hợp nhƣ phần việc ánh xạ anten (Antenna Mapping) phần thấp hình 4.6 Hình 4.6:Cấu trúc tín hiệu tham khảo trường hợp truyền dẫn nhiều anten đường xuống: (a) hai anten phát (b) bốn anten phát Hình 4.7: Xử lý kênh truyền tải đường xuống Phần gạch gạch có mặt trường hợp ghép kênh không gian đường xuống, hai khối truyền tải phát song song TTI Hình 4.8:Chèn CRC đường xuống, tính toán gắn CRC vào khối truyền tải Hình 4.9: Khối mã hóa Turbo LTE 4.3.1 Chèn CRC Trong bƣớc trình xử lý kênh truyền tải, CRC đƣợc tính toán gắn vào khối truyền tải (Hình 4.10) CRC cho phép phía thu phát lỗi lại khối truyền tải đƣợc giải mã Chỉ thị lỗi tƣơng ứng sau đƣợc sử dụng giao thức hybrid-ARQ đƣờng xuống 4.3.2 Mã hóa kênh Những phát hành chuẩn truy cập vô tuyến WCDMA (trƣớc HSPA) cho phép mã hóa xoắn (convolutional coding) mã hóa Turbo đƣợc ứng dụng cho kênh truyền tải Với HSPA, mã hóa kênh đƣợc đơn giản hóa theo hƣớng là: có mã hóa Turbo đƣợc ứng dụng cho kênh truyền tải liên quan đến HSPA (HS-DSCH cho đƣờng xuống E-DCH cho đƣờng lên) Điều tƣơng tự với kênh chia sẻ đƣờng xuống LTE, tức có mã hóa Turbo đƣợc áp dụng trƣờng hợp truyền dẫn DL-SCH Cấu trúc tổng thể mã hóa Turbo LTE đƣợc minh họa hình 4.9 Mã hóa Turbo sử dụng lại hai tốc độ WCDMA/HSPA 1/2, mã hóa tám trạng thái thành phần, nghĩa tốc độ mã hóa tổng cộng R=1/3 Tuy nhiên, xen rẽ (interleaver) bên mã hóa Turbo WCDMA/HSPA, LTE, đƣợc thay việc xen rẽ dựa QPP (QPP: Quadrature Permutation Polynomial - đa thức hoán vị cầu phƣơng) Tƣơng phản với xen rẽ WCDMA/HSPA tại, xen rẽ dựa QPP hạn chế tối đa tranh chấp (contention), nghĩa việc giải mã đƣợc song song hóa cách dễ dàng mà không tạo nguy cho việc đụng độ truy cập vào nhớ xen rẽ Đối với tốc độ liệu cao đƣợc hỗ trợ LTE, việc sử dụng kỹ thuật xen rẽ dựa QPP thực chất làm giảm đƣợc độ phức tạp mã hóa/giải mã Turbo 4.3.3 Chức Hybrid-ARQ lớp vật lý Nhiệm vụ H-ARQ lớp vật lý đƣờng xuống để trích tập hợp bit xác từ khối bit mã đƣợc phân phối mã hóa kênh đƣợc phát TTI cho trƣớc (Hình 4.12) Số bit phụ thuộc vào số lƣợng khối tài nguyên đƣợc ấn định, sơ đồ điều chế đƣợc chọn, thứ tự ghép kênh không gian Cũng cần ý vài phần tử tài nguyên khối tài nguyên đƣợc ấn định bị chiếm ký tự tham khảo nhƣ đƣợc mô tả bên báo hiệu điều khiển L1/L2 đƣợc thảo luận sâu phần 4.2.4 Nếu tổng số bit mã đƣợc phân phối mã hóa kênh lớn số bit đƣợc phát đi, chức H-ARQ trích tập hợp bit mã, dẫn đến tốc độ mã có hiệu lực Reff > 1/3 Còn nhƣ tổng số bit mã nhỏ số bit đƣợc phát, chức H-ARQ lặp lại tất tập hợp bit mã, độ mã có hiệu lực Reff < 1/3 Đối với trƣờng hợp truyền dẫn lại, đa số trƣờng hợp, chức H-ARQ lựa chọn tập hợp mã bit khác để phát đi, nghĩa chức H-ARQ cho phép Độ dƣ thừa gia tăng (Incremental Redundancy) 4.3.4 Ngẫu nhiên hóa mức độ bit Ngẫu nhiên hóa đƣờng xuống LTE ngụ ý khối bit đƣợc phân phối chức H-ARQ đƣợc nhân lên (phép toán XOR) chuỗi ngẫu nhiên hóa mức bit (Hình 4.13) Nhìn chung việc ngẫu nhiên hóa liệu mã hóa giúp đảm bảo việc giải mã phía thu tận dụng cách đầy đủ độ lợi xử lý đƣợc cung cấp mã kênh (channel code) Không có ngẫu nhiên hóa đƣờng xuống, giải mã kênh đầu cuối di động lý thuyết nhầm tín hiệu nhiễu với tín hiệu mục tiêu, triệt nhiễu cách xác Bằng việc ứng dụng chuỗi ngẫu nhiên hóa khác cho cell lân cận, tín hiệu nhiễu sau đƣợc giải xáo trộn trở nên ngẫu nhiên hóa, đảm bảo tận dụng đầy đủ độ lợi xử lý đƣợc cung cấp mã kênh Hình 4.10: Chức H-ARQ lớp vật lý trích tập hợp bit mã phát TTI cho Hình 4.11: Ngẫu nhiên hóa đường xuống Ngƣợc lại với HSPA, việc ngẫu nhiên hóa đƣờng xuống đƣợc đƣa đến chip phức tạp sau dàn trải (ngẫu nhiên hóa mức chip), LTE áp dụng ngẫu nhiên hóa đƣờng xuống đến bit mã kênh truyền tải (ngẫu nhiên hóa mức bit) Việc ngẫu nhiên hóa mức chip cần thiết với HSPA để đảm bảo độ lợi xử lý đƣợc cung cấp trình dàn trải đƣợc sử dụng cách hiệu Mặt khác, việc ngẫu nhiên hóa bit mã ký tự điều chế phức tạp, ngụ ý độ phức tạp thực thi tƣơng đối thấp tác động tiêu cực đến hiệu suất trƣờng hợp LTE Trong LTE, ngẫu nhiên hóa đƣờng xuống đƣợc ứng dụng cho tất kênh truyền tải Ngẫu nhiên hóa đƣợc ứng dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đƣờng xuống (xem phần 4.2.4) Đối với tất kênh truyền tải đƣờng xuống ngoại trừ MCH, nhƣ với báo hiệu điều khiển L1/L2, chuỗi ngẫu nhiên khác cell lân cận (ngẫu nhiên hóa cell riêng biệt) để đảm bảo ngẫu nhiên hóa nhiễu cell Ngƣợc lại, trƣờng hợp truyền dẫn dựa MBSFN sử dụng kênh truyền tải MCH, việc ngẫu nhiên hóa nên giống với tất cell chiếm phần truyền dẫn MBSFN (ngẫu nhiên hóa chung cell) (xem thêm phần 4.2.6) 4.3.5 Điều chế liệu Điều chế liệu đƣờng xuống chuyển đổi khối bit đƣợc ngẫu nhiên hóa thành khối ký tự điều chế phức tạp tƣơng ứng (Hình 4.11) Bộ sơ đồ điều chế đƣợc hỗ trợ cho đƣờng xuống LTE bao gồm QPSK, 16QAM, 64QAM, lần lƣợt tƣơng ứng với 2, 4, bit ký tự điều chế Tất sơ đồ điều chế đƣợc dùng trƣờng hợp truyền dẫn DL-SCH Đối với kênh truyền tải khác, đƣa số giới hạn Ví dụ, có điều chế QPSK đƣợc áp dụng trƣờng hợp truyền dẫn BCH Hình 4.11: Điều chế liệu, chuyển đổi M bit thành M ký tự điều chế phức tạp QPSK: L=2, 16QAM: L=4, 64QAM: L=6 4.3.6 Ánh xạ anten Ánh xạ anten xử lý đồng thời ký tự điều chế tƣơng ứng với hai khối truyền tải (trong trƣờng hợp chung), ánh xạ kết đến anten khác (Chuẩn LTE thƣờng nói đến cổng anten – antenna port, nói đến anten, cổng anten tƣơng ứng với truyền dẫn tín hiệu tham khảo đƣờng xuống riêng biệt nhƣng không tƣơng ứng với anten vật lý thật) Nhƣ đƣợc nhìn thấy hình 4.7, LTE hỗ trợ lên đến bốn anten phát Ánh xạ anten đƣợc cấu hình theo nhiều cách khác sơ đồ đa anten khác bao gồm phân tập phát, tạo cực búp sóng (beam-forming), ghép kênh không gian 4.3.7 Ánh xạ khối tài nguyên Ánh xạ khối tài nguyên ánh xạ ký hiệu đƣợc phát anten thành phần tử tài nguyên tập hợp khối tài nguyên đƣợc ấn định MAC scheduler cho việc phát khối truyền tải (xem hình 4.15) Nhƣ đƣợc thảo luận chƣơng 3, lựa chọn khối tài nguyên dựa đánh giá chất lƣợng kênh khối tài nguyên khác nhƣ đƣợc nhìn thấy đầu cuối di động mục tiêu Scheduling đƣờng xuống thực sở khung phụ (1ms) Do đó, khối tài nguyên đƣờng xuống đƣợc xác định nhƣ số lƣợng sóng mang phụ suốt khe thời gian 0.5 ms, việc ấn định khối tài nguyên đƣờng xuống luôn đƣợc thực dƣới dạng cặp khối tài nguyên, cặp bao gồm hai khối tài nguyên liên tiếp khung miền thời gian Gộp lại, khối tài nguyên bao gồm 84 phần tử tài nguyên (12 sóng mang thời gian ký tự OFDM) (12.6 = 72 phần tử tài nguyên trƣờng hợp tiền tố tuần hoàn mở rộng) Tuy nhiên, nhƣ đƣợc đề cập bên trên, vài phần tử tài nguyên khối tài nguyên giá trị cho việc ánh xạ kênh truyền tải chúng đƣợc sử dụng bởi:  Các ký tự tham khảo đƣờng xuống bao gồm phần tử tài nguyên không đƣợc sử dụng tƣơng ứng với ký tự tham khảo anten khác, nhƣ đƣợc thảo luận phần trƣớc  Báo hiệu điều khiển L1/L2 đƣờng xuống, đƣợc thảo luận nhiều phần Hình 4.13: Ánh xạ khối tài nguyên đường xuống Trong trường hợp chung, có nhóm tài nguyên ánh xạ tài nguyên tương ứng cho anten phát Khi trạm gốc có đầy đủ thông tin phần tử tài nguyên đƣợc sử dụng cho tín hiệu tham khảo đƣờng xuống nhƣ tín hiệu điều khiển L/L2 giá trị cho ánh xạ kênh điều khiển, ánh xạ thẳng kênh truyền tải đến phần tử tài nguyên có hiệu lực lại Tƣơng tự, thời gian tiếp nhận, đầu cuối di động biết phần tử tài nguyên đƣợc sử dụng cho tín hiệu tham khảo đƣờng xuống điều khiển L1/L2 trích liệu kênh truyền tải cách đơn giản từ tập hợp phần tử tài nguyên xác Tài nguyên vật lý mà DL-SCH đƣợc ánh xạ đến đƣợc xem nhƣ kênh chia sẻ đƣờng xuống vật lý (PDSCH) chuẩn LTE 4.4 Mô hình mô 4.5 Kết mô Chương Kết luận