Đồng bộ tín hiệu đường lên và đa truy nhập trong mạng LTE

Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu thân Các nghiên cứu luận văn dựa tổng hợp lý thuyết mình, không chép từ công trình khác Mọi thông tin trích dẫn tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với nội dung viết luận văn Tác giả luận văn: Vũ Huy Cường Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghệ điện tử, tin học, ngành viễn thông thời gian qua phát triển mạnh mẽ cung cấp loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng Trong đó, công nghệ thông tin di động phát triển qua nhiều hệ tiến bước dài đường công nghệ Cho đến nay, hệ thống thông tin di động hệ 3G hay 3.5G phát triển không ngừng doanh nghiệp viễn thông tiến hành triển khai thử nghiệm chuẩn di động hệ có nhiều tiềm trở thành chuẩn di động 4G tương lai, LTE (Long Term Evolution) Mạng LTE sử dụng nhiều kỹ thuật truy cập, đó, SC-FDMA kỹ thuật truy nhập thừa hưởng lợi OFDMA SC/FDE chọn làm kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE Trên sở nghiên cứu kỹ thuật truy nhập SC-FDMA, em hoàn thiện đề tài tốt nghiệp “Đồng tín hiệu đường lên đa truy nhập mạng LTE” Đề tài bao gồm 03 chương sau: Chương I Công nghệ LTE kỹ thuật truy nhập vô tuyến mạng LTE Chương II Kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA Chương III Đồng tín hiệu đường lên đa truy nhập mạng LTE Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Phạm Hải Đăng tận tình bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ án Tuy nhiên LTE công nghệ nghiên cứu, phát triển hoàn thiện giới hạn kiến thức người trình bày nên đồ án chưa đề cập hết vấn đề công nghệ LTE tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn Tác giả luận văn: Vũ Huy Cường Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI MỞ ĐẦU DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 CHƢƠNG I CÔNG NGHỆ LTE VÀ CÁC KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG MẠNG LTE 11 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE 11 1.1.1 Đặc điểm công nghệ LTE 11 1.1.2 Cấu trúc mạng LTE 16 1.1.3 Các kênh sử dụng LTE 28 1.2 Kỹ thuật truy nhập vô truyến mạng LTE 31 1.2.1 Kỹ thuật OFDMA 31 1.2.2 Kỹ thuật SC-FDMA 41 1.2.3 Kỹ thuật MIMO 43 CHƢƠNG II KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP SC-FDMA 46 2.1 Nguyên lý đa truy nhập SC-FDMA 46 2.1.1 Tổng quan nguyên lý OFDM 46 2.1.2 Hệ thống đơn sóng mang với cân miền tần số SC/FDE 47 2.1.3 Nguyên lý truyền dẫn SC-FDMA 50 2.1.4 Sắp xếp sóng mang 59 2.1.5 Biểu diễn tín hiệu SC-FDMA miền thời gian 61 2.2 SC-FDMA OFDMA 68 2.3 SC-FDMA DS-CDMA/FDE 71 2.4 SC-CFDMA 73 2.4.1 Lập lịch phụ thuộc kênh 73 2.4.2 SC-CFDMA 75 Tổng kết 78 CHƢƠNG III ĐỒNG BỘ TÍN HIỆU ĐƢỜNG LÊN VÀ ĐA TRUY NHẬP TRONG MẠNG LTE 79 Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông 3.1 Đồng tín hiệu SC-FDMA 79 3.1.1 Thuật toán đồng thô 82 3.1.2 Thuật toán đồng tinh 83 3.1.3 Hiệu chỉnh lỗi 84 3.2 Đa truy nhập mạng LTE 89 3.2.1 Tìm kiếm tế bào 89 3.2.2 Thông tin hệ thống 94 3.2.3 Truy cập ngẫu nhiên 103 3.2.4 Tìm gọi: 113 Tổng kết 114 KẾT LUẬN 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng 16 Hình 2.2 Cấu trúc thu phát SC/FDE OFDM 49 Hình 2.3 Sự khác hai hệ thống SC/FDE OFDM tiến trình tách sóng kí hiệu điều chế 50 Hình 2.4 Cấu trúc phát thu SC-FDMA OFDMA 51 Hình 2.5 Minh họa việc chèn CP 53 Hình 2.6 Thuộc tính đơn sóng mang SC-FDMA 55 Hình 2.7 PAPR SC-FDMA OFDMA 56 Hình 2.8 PAPR với kiểu điều chế khác 56 Hình 2.9 Sơ đồ tạo dạng phổ cho tín hiệu SC-FDMA 57 Hình 2.10 Phân bố PAPR với hệ số  58 Hình 2.11 Miền thời gian tần số lọc Raise-cosin 59 Hình 2.12 Sắp xếp sóng mang (a) LFDMA (b) DFDMA 60 Hình 2.13 Hai phương pháp cấp phát cho người dùng (3 người dùng, 12 sóng mang, sóng mang/ người dùng) 60 Hình 2.14 Minh họa xếp sóng mang theo kiểu xếp SC-FDMA 61 Hình 2.15 Các kí hiệu truyền dẫn SC-FDMA miền thời gian 67 Hình 2.16 Biên độ kí hiệu SC-FDMA 67 Hình 2.17 PAPR tín hiệu SC-FDMA 68 Hình 2.18 SC-FDMA OFDMA với khác thu kí hiệu 69 Hình 2.19: So sánh OFDMA SC-FDMA với việc phát kí hiệu QPSK 70 Hình 2.20: SER SC-FDMA OFDMA 71 Hình 2.21 Hệ thống DS-CDMA 72 Hình 2.22 Trải phổ với vai chuỗi liệu trao đổi chuỗi kí hiệu để trải phổ với (1, 1, 1, 1) với kích cỡ khối 73 Hình 2.23 Lập lịch hệ thống SC-FDMA 74 Hình 2.24 Thông lượng theo tốc độ di chuyển kiểu xếp sóng mang 75 Hình 2.25 Kiểu xếp sóng mang SC-CFDMA 76 Hình 2.26 Hệ thống SC-CFDMA 77 Hình 2.27 Kiểu xếp sóng mang SC-CFDMA 77 Hình 2.28 Thông lượng người sử dụng theo kiểu xếp khác 78 Hình 3.1 Những phần giống ký tự OFDM 79 Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Hình 3.2 Ngõ tương quan 80 Hình 3.3 Ngõ tương quan lấy trung bình 20 ký tự OFDM 80 Hình 3.4 Đồ thị thời gian M1 ( ) M ( ) 83 Hình 3.5 Đồ thị thời gian [ M ( )  M ( )] 83 Hình 3.6 Vị trí tiền tố lặp CP 87 Hình 3.7 Khung OFDM 89 Hình 3.8 Vị trí miền thời gian PSS SSS cho FDD TTD 90 Hình 3.9 Định nghĩa cấu trúc PSS 92 Hình 3.10: Định nghĩa cấu trúc SSS 93 Hình 3.11 Mã hóa kênh lập đồ khung cho kênh vận chuyển BCH 96 Hình 3.12 Lập đồ nguồn chi tiết cho kênh vận chuyển BCH 97 Hình 3.13: Ví dụ lập đồ SIB tới SIs 100 Hình 3.14 Cửa sổ truyền dẫn để truyền tải SI 102 Hình 3.15 Thủ tục truy cập ngẫu nhiên 104 Hình 3.16 Minh hoạ nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngẫu nhiên 106 Hình 3.17 Định thời tiền tố eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác 107 Hình 3.18 Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên 108 Hình 3.19 Phát tiền tố truy nhập miền tần số 109 Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đặc điểm công nghệ LTE Bảng 1.2 Các băng tần vận hành E-UTRAN 13 Bảng 1.3 Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền 36 Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A ACK/NACK Acknowledgement/ NonAcknowledgement B BER Bit error ratio C CAZAC Constant Amplitude Zero AutoCorrelation CCI Co-Channel Interference CDS Channel Depend Schedule CP Cyclic Prefix CQI Channel Quality Indicator C-RNTI Cell Radio Network Temporary Identifier D DFDMA Distributed FDMA DFTs-OFDM DFT spread OFDM DS-CDMA Direct Sequence-CDMA E eNodeB EPC E-UTRA E-UTRAN Node B Evolved packet Core Evolved UTRA F FDD Frequency Division Duplex FDMA G GERAN GTP H HARQ HSDPA HSPA Công nhận/ Không công nhận Tỷ lệ lỗi bít Tự tương quan không biên độ không đổi Nhiễu đồng kênh Lập lịch phụ thuộc kênh Tiền tố chu trình Chỉ thị chất lượng kênh Số nhận dạng ô tạm thời FDMA phân bố OFDM trải phổ Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp Nút B E-UTRAN Lõi gói phát triển Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển Ghép song công phân chia theo tần số Frequency Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo tần số GSM EDGE Radio Access Network GPRS Tunneling Protocol Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE Giao thức đường hầm GPRS Hybrid Automatic Repeat Request High Speed Downlink packet Access High Speed Packet Access Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông HSS HSUPA I IBI ICI IFDMA IMS Home Subcriber Server Server thuê bao nhà High Speed Uplink packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Inter – Block Interference Inter-carrier Interference Interleaved FDMA IP Multimedia Subsystem Nhiễu liên khối Nhiễu liên sóng mang FDMA đan xen Phân hệ đa phương tiện IP IMT-2000 International Mobile Telecommunication 2000 Inter-Symbol Interference Thông tin di động quốc tế 2000 Localized FDMA Long Term Evolution FDMA khoanh vùng Phát triển dài hạn MME MMSE Multimedia Broadcast Multicast Service Mobile management Entity Minimum Mean Square Error Dịch vụ quảng bá đa phương đa phương tiện Thực thể quản lí di động Sai số bình phương trung bình cực tiểu P PAPR Peak to avegare Power Ratio ISI L LFDMA LTE M MBMS PCRF P-GW PS PSR PUSCH Q QoS QPSK R RAN RAT RNC RR RU S Nhiễu liên kí hiệu Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình Policy and Charing Rules Fuction Chức quy tắc tinh cước sách Packet Data Network – Gateway Cổng mạng liệu gói Pulse Shaping Tạo dạng xung Packet Success Ratio Tỷ lệ gói thành công Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên vật lý Quality of Service Quatrature phase Shift Key Chất lượng dịch vụ Khóa chuyển pha vuông góc Radio Access Network Radio Access Technology Radio Network Controller Round Robin Resource Unit Mạng truy nhập vô tuyến Công nghệ truy nhập vô tuyến Bộ điều khiển mạng vô tuyến Quay vòng Đơn vị tài nguyên Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học SAE SC/FDE System Architecture Evolution Single Carrier/ Frequency Domain Equalizer SC-FDMA Single Carier – frequency Division Multiple Access SC-CFDMA Single Carrier – Code FDMA SGSN SNR T TDD Serving GPRA Support Node Signal Noise Ratio Time Division Duplex TD-SCDMA Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access TTI Transmission Time Interval U UL-SCH Uplink Shared Channel UPE User Plane Entity UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Viện Điện tử -Viễn thông Phát triển kiến trúc mạng Đơn sóng mang/ cân miền tần số Đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang Đa truy nhập phân chia tần số mã đơn sóng mang Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Tỷ số tín hiệu tạp âm Ghép song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ-phân chia theo thời gian Khoảng thời gian phát Kênh chia sẻ đường lên Thực thể mặt phẳng người sử dụng Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng 10 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Trong trường hợp SI tương đối nhỏ băng thông hệ thống tương đối lớn, khung phụ đủ cho việc truyền tải SI Trong trường hợp khác, nhiều khung phụ cần thiết cho việc truyền tải SI đơn Trong trường hợp sau, thay phân chia SI vào khối đủ nhỏ lại chia riêng kênh mã hóa truyền khung phụ riêng biệt, hoàn thiện SI kênh mã hóa lập đồ cho nhiều khung phụ (không thiết liên tiếp) Hình 3.14 Cửa sổ truyền dẫn để truyền tải SI Tương tự trường hợp BCH, thiết bị đầu cuối gặp điều kiện kênh tốt giải mã hoàn chỉnh SI sau nhận tập hợp khung phụ mà SI mã hóa ánh xạ, thiết bị đầu cuối vị trí xấu cần phải nhận nhiều khung phụ để giải mã SI thích hợp Cách tiếp cận có hai lợi ích: - Tương tự giải mã BCH, thiết bị đầu cuối vị trí tốt cần nhận khung phụ hơn, nhằm khả để giảm điện tiêu thụ thiết bị đầu cuối - Việc sử dụng khối mã hóa lớn kết hợp với Turbo mã hóa giúp cải thiện tăng kênh mã hóa Nói cách xác khối vận chuyển có chứa SI không truyền qua nhiều khung phụ Thay vào đó, việc truyền tải chuỗi SI xem tự động truyền lại hybrid-ARQ truyền dẫn SI đó, việc truyền lại diễn mà thông tin phản hồi rõ ràng tín hiệu cung cấp đường lên Đối với thiết bị đầu cuối có khả tập hợp vận chuyển, thông tin hệ thống cho sóng mang thành phần xem mô tả Đối với sóng mang phụ, thiết bị đầu cuối không cần phải đọc khối thông tin hệ thống, giả định thông tin thu cho sóng mang giữ cho sóng mang phụ Thông tin hệ thống cụ thể cho sóng mang phụ cung cấp thông qua Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 102 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông tín hiệu RRC chuyên dụng phần quy trình để cấu hình sóng mang thành phần thứ hai thêm vào Sử dụng tín hiệu chuyên dụng thay cho việc đọc thông tin hệ thống sóng mang thành phần thứ cấp cho phép kích hoạt nhanh sóng mang thành phần phụ thiết bị đầu cuối không phải đợi hệ thống thông tin có liên quan truyền 3.2.3 Truy cập ngẫu nhiên Yêu cầu hệ thống tổ ong khả đầu cuối yêu cầu thiết lập kết nối Điếu thường gọi truy nhập ngẫu nhiên phục vụ hai mục đích LTE, thiết lập đồng đường lên thiết lập nhận dạng đầu cuối (C-RNTI), mạng đầu cuối biết nhận dạng Vì truy nhập ngẫu nhiên không sử dụng cho truy nhập lần đầu, chuyển từ LTE DETACHED hay LTE-IDLE vào LTE ACTIVE mà sau chu kỳ không tích cực đồng đường lên bị LTE ACTIVE Tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (minh họa hình 3.15) bao gồm bốn bước: Bước gồm truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phép eNodeB ước tính định thời truyền dẫn đầu cuối Đồng đường lên cần thiết đầu cuối phát số liệu đường lên Bước thứ hai bao gồm phát lệnh định thời phát trước để điều chỉnh định thời phát đầu cuối dựa kết đo định thời bước Ngoài việc thiết lập đồng đường lên, bước hai ấn định tài nguyên cho đầu cuối di động để sử dụng bước ba thủ tục truy nhập ngẫu nhiên Bước ba bao gồm truyền dẫn nhận dạng đầu cuối di động đến mạng kênh UL-SCH giống số liệu lập biểu thông thường Nội dung xác Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 103 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông báo hiệu phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối chẳng hạn mạng có biết trước hay không Bước thứ tư bước cuối bao gồm truyền dẫn tin phân giải xung đột từ mạng đến đầu cuối DL-SCH Bước phân giải xung đột nhiều đầu cuối tìm cách truy nhập mạng cách sừ dụng tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên UE eNodeB AGW Đồng theo định thời đường xuống Bước 1: Tiền tố truy cập ngẫu nhiên Bước 2: Trả lời truy cập ngẫu nhiên Điều chỉnh định thời đường lên Bước 3: Báo hiệu RRC Chỉ eNode chưa biết UE (Truy cập ngẫu nhiên) Bước 4: Báo hiệu RRC Số hiệu người sử dụng Hình 3.15 Thủ tục truy cập ngẫu nhiên Chỉ bước thứ sử dụng xử lý lớp vật lý thiết kế đặc biệt cho truy nhập ngẫu nhiên Tất ba bước lại sử dụng xử lý lớp vật lý giống cho truyền dẫn số liệu đường lên đừng xuống thông thường Dưới ta xét chi tiết bước Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 104 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Bƣớc 1: Truyền dẫn tiền tố truy nhập Bước thứ thủ tục truy nhập ngẫu nhiên truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Mục đích tiền tố để thông tin cho mạng có ý định truy nhập để nhận đồng thời gian đường lên giới hạn phần nhỏ CP đường lên Về tổng quát, truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên trực giao không trực giao số liệu người sử dụng Trong WCDMA, tiền tố không trực giao truyền dẫn số liệu đường lên Điều có lợi không cần phải ấn định bán cố định tài nguyên cho truy nhập ngẫu nhiên Tuy nhiên để điều khiển nhiễu truy nhập ngẫu nhiên số liệu, công suất phát tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phải điều khiên cẩn thận Trong WCDMA, điều giải thủ lục tăng công suất nấc, đầu cuối tăng công suất theo nấc quy định trước trạm di động phát truy nhập ngẫu nhiên Mặc dù giải pháp thích hợp cho vấn đề nhiễu, thủ tục tăng nấc dẫn đến trễ tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên Vì từ quan điểm trễ, thủ tục truy nhập ngẫu nhiên không đòi hỏi tăng nấc có lợi Trong LTE, truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên thực trực giao với truyền dẫn số liệu người sử dụng kết không cần tăng công suất Trực giao số liệu người sử dụng phát từ đầu cuối khác ý đồ truy nhập đạt miền thời gian miền tần số Mạng phát quảng bá thông tin đến tất đầu cuối tài nguyên thời gian-tần số dành cho truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Để tránh nhiễu số liệu tiền tố truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh lập biểu cho truyền dẫn đường lên tài nguyên thời gian-tần số Vì đơn vị thời gian để truyền dẫn số liệu LTE lms, khung dành trước cho truyền Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 105 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông dẫn tiền tố Tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phát tài nguyên dành trước Trong miền tần số, tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên (1,08 MHz) Điều hoàn toàn phù hợp với băng thông nhỏ mà LTE hoạt động (sáu khối tài nguyên) Vì thế, cấu trúc tiền tố truy nhập sử dụng không phụ thuộc vào băng thông truyền dẫn tế bào Đối với triển khai sử dụng ấn định băng thông lớn hơn: nhiều tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên định nghĩa miền tần số để đảm bảo dung lượng truy nhập lớn Tài nguyên đường lên dành trước cho truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Các tài nguyên đường lên sử dụng cho truyền dẫn số liệu Khung 10ms Hình 3.16 Minh hoạ nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngẫu nhiên Để thực truy nhập ngẫu nhiên, đầu cuối động phải nhận đồng đường xuống thủ tục tìm tế bào trước phát tiền tố Tuy nhiên định thời đường lên chưa thiết lập Khởi đầu khung đường lên đầu cuối định nghĩa tương đối so với khởi đầu khung đường xuống đầu cuối di động Do trễ truyền sóng trạm gốc đầu cuối, phát đường lên trễ tương Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 106 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông đối so với định thời phát đường xuống trạm gốc Do khoảng cách tạm gốc đầu cuối di động không biết, nên có không rõ ràng định thời đường lên tương ứng với hai lần khoảng cách trạm gốc đầu cuối để giải không rõ ràng tránh nhiễu giao thoa với khung tiếp theo, cần sử dụng khoảng bào vệ, nghĩa độ dài tiền tố thực tế ngắn lms Với độ dài tiền tố vào khoảng 0,9ms, thời gian bảo vệ 0,1ms cho phép kích thước tế bào đến 15km Trong tế bào lớn hơn, không rõ ràng lớn thời gian bào vệ, tạo thời gian bảo vệ bổ sung cách không lập biểu truyền dẫn khung tiếp sau tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên Tiền tố 0,9ms Người sử dụng gầnCác người sử dụng khác Người sử dụng xa trung bình Thời gian bảo vệ Các người sử dụng khác Các người sử dụng khác Các người sử dụng khác Người sử dụng xaCác người sử dụng khác Các người sử dụng khác Khung truy nhập ngẫu nhiên 1ms Hình 3.17 Định thời tiền tố eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác Tiền tố dựa chuỗi Zađoff-chu chuỗi dịch vòng Các chuỗi Zadoff-chu sử dụng để tạo tín hiệu tham khảo đường lên Các chuỗi ZC dịch vòng có số tính chất hấp dẫn Biên độ chuỗi không đổi , đảm bảo sử dụng hiệu qủa khuếch đại công suất trì thuộc tính PAPR thấp đường lên đơn sóng mang Các chuỗi có tự Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 107 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông tương quan dịch vòng lý tưởng cho phép ước tính định thời xác eNodeB Cuối tương quan chéo tiền tố khác xây dựng dựa dịch vòng chuỗi ZC không dịch vòng thời gian [N/m] sử dụng tạo tiền tố máy thu không lớn thời gian truyền vòng cực đại cộng với trải trễ cực đại kênh Nhờ tính chất tương quan chéo lý tưởng này, nên không xảy nhiễu nội tế bào nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên sử dụng tiền tố rút từ chuỗi Zadoff-chu gốc Việc tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên minh họa hình 3.16 Mặc dù hình vẽ minh họa việc trình miền thời gian, thực tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên miền tần số Ngoài để xử lý miền tần số trạm gốc (sẽ xét đây), CP chèn vào trình tạo tiền tố Chuỗi ZC gốc M điểm Dịch vọng Chèn CP CP 0,1ms Chuỗi ZC gốc M điểm 0,8ms 0,1ms Hình 3.18 Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Các chuỗi tiền tố chia thành nhóm 64 chuỗi Sau lập cấu hình hệ thống, tế bào ấn định nhóm nói cách định nghĩa hay nhiều chuỗi Zadoff-chu gốc dịch vòng cần thiết để tạo tập tiền tố Số nhóm đủ lớn đơn giản quy hoạch chuỗi tế bào Khi thực truy nhập ngẫu nhiên, đầu cuối chọn ngẫu nhiên chuỗi từ tập chuỗi ấn định cho tế bào mà tìm cách truy nhập Nếu đầu cuối tìm cách truy nhập thời điểm chuỗi, va chạm ý đồ truy nhập mạng phát với xác suất cao Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 108 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Xử lý trạm gốc thực đặc thù, nhờ gắn CP vào tiền tố, nên xử lý miền tần số phức tạp Ví dụ xử lý cho hình 3.17, mẫu cửa sồ thu thập chuyển đổi thể miền tần số FFT Cửa sổ dài 0,8ms độ dài chuỗi ZC CP Điều cho phép xử lý không rõ ràng đến 0,lms thích ứng với thời gian bảo vệ định nghĩa: FFT iFFT i-2 I+1 i-1 I+2 Đoạn Thể miền tần số chuỗi ZC Chuỗi I phát hiện, ước tính trễ  Hình 3.19 Phát tiền tố truy nhập miền tần số Đầu FFT thể tín hiệu miền tần số nhân với thể miền tần số liên hiệp phức chuỗi Zadoff-chu gốc kết nhận đưa đến IFFT Bằng cách quan trắc đầu ra, phát dịch vòng chuỗi Zadoff-chu gốc phát trễ Đích đầu IFFT đoạn tương ứng với chuỗi dịch vòng thứ i trễ xác đinh theo vị trí đỉnh đoạn Thực miền tần số cho phép tính toán đơn giản cho phép phát nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên sử dụng chuỗi dịch vòng khác từ chuỗi Zadoff-chu Bƣớc 2: Trả lời truy nhập ngẫu nhiên: Để trả lời truy nhập ngẫu nhiên (bước hai thủ tục truy nhập ngẫu nhiên), mạng phát tin DL-SCH chứa: Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 109 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông * Chỉ số tiền tố truy nhập ngẫu nhiên mà mạng phát tiền tố trả lời hợp lệ * Hiệu chỉnh thời gian tính toán máy thu tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Cho phép lập biểu thị tài nguyên mà đầu cuối sử dụng cho truyền dẫn tin bước ba * Một nhận dạng tạm thời sử dụng cho thông tin đầu cuối mạng Trong trường hợp mạng phát nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên (từ đầu cuối khác nhau), nhiều tin trả lời cho đầu cuối di động kết hợp truyền dẫn Vì thế, tin trả lời lập biểu DL-SCH thị kênh điều khiển LL/L2 nhận dạng dành riêng cho trả lời truy nhập ngẫu nhiên Tất đầu cuối truyền tiền tố giảm sát kênh điều khiển LL/L2 để nhận trả lời truy nhập ngẫu nhiên Định thời tin trả lời không quy định đặc tả để trả lời nhiều truy nhập đồng thời Điều đảm bảo mức độ linh hoạt định thực trạm gốc Nếu đầu cuối di động thực truy nhập ngẫu nhiên tài nguyên sử dụng tiền tố khác không xẩy va chạm từ báo hiệu đường xuống đầu cuối nhận biết rõ ràng thông tin dành cho Tuy nhiên có xác suất va chạm định nhiều đầu cuối sử dụng tiền tố thời điểm Trong trường hợp nhiều đầu cuối phản ứng lên trả lời đường xuống va chạm xẩy Phân giải va chạm phận bước (sẽ xét đây) Va chạm lý HARQ không sử dụng để truyền dẫn trả lời truy nhập ngẫu nhiên Đầu cuối nhận trả lời truy nhập ngẫu nhiên dành cho đầu cuối khác định thời đường lên Nếu HARQ sử dụng, định thời ACK/NAK cho đầu cuối không gây nhiễu cho báo hiệu điều khiển đường lên từ người sử dụng khác Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 110 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Khi nhận trả lời truy nhập ngẫu nhiên bước thứ hai đầu cuối điều chỉnh định thời phát đường lên tiếp tục bước ba Bƣớc 3: Nhận dạng đầu cuối: Sau bước hai, đường lên đầu cuối đồng Tuy nhiên trước truyền số liệu người sử dụng đến/từ đầu cuối di động, cần ấn định cho đầu cuối di động số nhận dạng tế bào (C-RNTI) Phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối, cần thêm trao đổi tin Trong bước ba, đầu cuối phát tin cần thiết đến mạng cách sử dụng tài nguyên ấn định trà lời truy nhập ngẫu nhiên bước hai Các tin đường lên phát giống số liệu đường lên lập biểu mà không cần phải gắn vào tiền tố bước Cách làm đem lại số lợi ích sau - Thứ nhất, khối lượng thông tin phát đồng đường lên bị giảm thiểu phải cần khoảng thời gian bảo vệ lớn điều làm tăng chi phí cho truyền dẫn - Thứ hai, sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường lên 'bình thường' cho phép điều chỉnh kích thước cho phép sơ đồ điều chế theo điều kiện vô tuyến khác - Cuối cùng, cho phép sử dụng HARQ với kết hợp mềm cho tin đường lên Lợi ích cuối nét quan trọng giới hạn vùng phủ, cho phép sử dụng nhiễn lần phát lại để thu thập đủ lượng cho báo hiệu đường lên để đảm bảo xác suất truyền dẫn thành công Một phận quan trọng tin đường lên phận chữa nhận dạng đầu cuối nhận dạng sử dụng phần chế phân giải xung đột bước bốn Trường hợp đầu cuối nằm trạng thái LTE ACTLVE, nghĩa nối đến tế bào biết trước C-RNTI ấn định, C-RNTI sử dụng làm nhận dạng tin đường Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 111 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông lên Trái lại, nhận dạng đầu cuối mạng lõi sử dụng mạng truy nhập vô tuyên cần yêu cầu tham gia mạng lõi trước trả lời tin đường lên bước Bƣớc 4: Phân giải va chạm: Bước cuối thủ tục truy nhập ngẫu nhiên gồm tin cho phân giải xung đột Lưu ý từ bước thứ hai, nhiều đầu cuối thực truy nhập vô tuyến đồng thời sử dụng chuỗi tiền tố bước thứ để nghe tin trả lời bước thứ hai có nhận dạng tạm thời Vì thế, bước bốn, đầu cuối di động nhận tin đường xuống so sánh số nhận dạng tin với số nhận dạng tin phát bước ba Chỉ đầu cuối quan trắc phù hợp nhận dạng nhận tin thứ tự với nhận dạng phát bước ba thông báo thủ tục truy nhập ngẫu nhiên thành công Nếu đầu cuối cha ấn định C-RNTI, số nhận dạng tạm thời bước hai chuyền thành C-RNTI, trái lại đầu cuối giữ nguyên C-RNN ấn định Bản tin phân giải va chạm phát DL-SCH sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước hai để trao đồi thông tin với đầu cuối kênh điểu khiền LL/L2 Vì đồng đường lên thiết lập, HARQ áp dụng cho đường xuống bước Đầu cuối có phù hợp nhận dạng phát bước ba nhận dạng tin nhận bước bốn phát công nhận HARQ đường lên Đầu cuối không tìm phù hợp nhận dạng nhận bước bốn nhận dạng phát bước ba coi bị thất bại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên cần phải khởi động lại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên từ bước thứ Tất nhiên phản hồi HARQ từ đầu cuối Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 112 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông 3.2.4 Tìm gọi: Tìm gọi sử dụng để thiết lập kết nối khởi đầu mạng Một thủ tục tìm gọi hiệu phải cho phép đầu cuối tắt để máy thu thực xử lý hầu hết thời gian bật khoảng thời gian ngắn quy định trước để giám sát thông tin tìm gọi từ mạng Trong WCDMA, kênh thị tìm gọi riêng sử dụng để thị cho đầu cuối thông tin tìm gọi phát đầu cuối phải giám sát kênh thời điểm quy định trước Vì thị tìm gọi ngắn so với thời gian truyền thông tin tìm gọi, nên cách làm giảm thiếu thời gian mà đầu cuối phải bật Trong LTE, không sử dụng kênh thị tìm gọi riêng tiết kiệm công suất theo cách không đáng kể thời gian báo hiệu điều khiển LL/L2 ngắn, nhiều ba ký hiệu Thay vào chế giống truyền dẫn số liệu đường xuống 'bình thường' kênh DL-SCH sử dụng đầu cuối di động giám sát báo hiệu điều khiền đường xuống cho ấn định lập biểu đường xuống Các chu kỳ DRX định nghĩa, thề đầu cuối tắt hầu hết thời gian bật khoảng thời gian ngắn để giám sát báo hiệu điều khiền LL/L2 Nếu đầu cuối di động phát nhận dạng nhóm sử dụng đề tìm gọi bật, xử lý tin tương ứng phát đường xuống Bản tin tìm gọi bao gồm nhận dạng đầu cuối (các đầu cuối) tìm gọi đầu cuối không tìm thấy nhận dạng xoá thông tin nhận tắt theo chu kỳ DRX Rõ ràng rằng, định thời đường lên chu kỳ DRX, nên thực báo hiệu ACK/NAK sử dụng HARQ với kết hợp mềm cho tin tìm gọi Vì để trả lời tìm gọi đầu cuối phải thực thủ tục truy nhập ngẫu nhiên xét Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 113 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông Có thể tìm gọi đầu cuối Máy thu UE tắt Máy thu UE tắt Khung Chu kỳ DRX Hình 3.18 Thu không liên tục (DRX) tìm gọi Tổng kết Ta xét thủ tục cần thiết cho đầu cuối di động để truy nhập mạng LTE Hai thủ tục xét là: tìm tế bào truy nhập ngẫu nhiên Tìm tế bào thủ tục mà đầu cuối di động tìm tế bào tiềm để kết nối Kết thủ tục đầu cuối nhận số nhận dạng ước tính định thời khung tế bào nhận dạng Ngoài thủ tục tìm tế bào cung cấp ước tính thông số cần thiết để thu thông tin hệ thống kênh quảng bá, qua kênh đầu cuối nhận thông số cần thiết để truy nhập hệ thống Truy nhập ngẫu nhiên cho phép đầu cuối gửi yêu cầu thiết lập kết nối đến mạng Kết truy nhập thiết lập đồng đường lên thiết lập nhận dạng đầu cuối nhất, mạng đầu cuối biết nhận dạng Vì truy nhập ngẫu nhiên không sử dụng cho trụy nhập lần đầu, truyền từ LTE DETACHED hay LTE-IDLE vào LTE AETIVB mà sau chu kỳ không tích cực đồng đường lên bị LTE_ACTIVE Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 114 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông KẾT LUẬN SC-FDMA kỹ thuật đa truy nhập mà triển khai đường lên LTE SC-FDMA sử dụng điều chế sóng mang cân miền tần số Cho độ phức tạp hiệu tương tự hệ thống OFDMA Tuy nhiên có ưu điểm so với OFDMA PAPR thấp cấu trúc tín hiệu truyền dẫn có sóng mang SC-FDMA đem lại lợi ích cao cho đầu cuối di động SC-FDMA thừa hưởng lợi OFDMA SC/FDE Một ưu điểm bật so với OFDMA tín hiệu SC-FDMA có đặc tính công suất đỉnh trung bình tốt vốn có cấu trúc đơn sóng mang nhờ tạo lợi ích lớn cho thiết bị đầu cuối di động mặt hiệu công suất truyền giá thành sản xuất Vì giá trị này, SC-FDMA chọn làm kỹ thuật đa truy cập đường lên 3GPP Long Term Evolution (LTE) Một số hướng phát triển đề tài: - Nghiên cứu ứng dụng SC-FDMA việc sử dụng cho LTE - Bổ sung kỹ thuật sử dụng kết hợp với SC-FDMA Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 115 Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G, NXB Thông tin Truyền thông [2] Ths.Nguyễn Ngọc Tiến, “Một số vấn đề kỹ thuật hệ thống OFDM”, Tạp chí bưu Viễn Thông Công nghệ thông tin, 29/09/2003 [3] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, and Johan Sköld; 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband [4] Stefania Sesia, Issam Toufik and Matthew Baker, LTE - The UMTS Long Term Evolution [5] John R.Barry, “Broadband MIMO OFDM wireless communications”, 200 [6] Vahid Tarokh, Hamid Jafarkhani, and A R Calderbank " Space–time block code from orthogonal designs " IEEE Transactions on Information Theory : 744–765, Jul 1999 [7] Vahid Tarokh, A.Robert Calderbank, “Space-Time Block Coding for Wireles Communications” IEEE journal on selected areas in communication, March 1999 Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 116 ... Đồng tín hiệu đường lên đa truy nhập mạng LTE” Đề tài bao gồm 03 chương sau: Chương I Công nghệ LTE kỹ thuật truy nhập vô tuyến mạng LTE Chương II Kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA Chương III Đồng. .. 78 CHƢƠNG III ĐỒNG BỘ TÍN HIỆU ĐƢỜNG LÊN VÀ ĐA TRUY NHẬP TRONG MẠNG LTE 79 Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng Luận văn cao học Viện Điện tử -Viễn thông 3.1 Đồng tín hiệu SC-FDMA ... gian Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ- phân chia theo thời gian Khoảng thời gian phát Kênh chia sẻ đường lên Thực thể mặt phẳng người sử dụng Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Đa truy nhập