Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G LTE

Nếu HARQ có thể được dùng, sự định thời của ACK/NACK cho thiết bị đầu cuối như vậy sẽ không đúng và có thể gây nhiễu cho tín hiệu điều khiển hướng lên từ các người sử dụng khác.[r]

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

Sinh viên: Nguyễn Chiến Thắng Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Anh Dũng

3

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-o0o - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên : Nguyễn Chiến Thắng – MSV : 1412103003 Lớp : ĐT1801- Ngành Điện Tử Truyền Thông

4

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

DL-SCH

Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung HSCSD High Speed Circuit Switched

Data

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

HSDPA High Speed Downlink Package Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập môi trường MCCH Multicast Control Channel Kênh điều khiển multicast

MCH Multicast Channel Kênh multicast

MIMO Multiple input Multiple Output Đa nhập đa xuất

MTCH Multicast Traffic Channel Kênh lưu lượng multicast PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi

PCH Paging channe Kênh tìm gọi

PDCP Packet Data Convergence Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

PDU Protocol Data Unit Đơn vị liệu giao thức

5

DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến SDU Service Data Unit Đơn vị liệu dịch vụ

TACS Total Access Communication Sytem

Hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp

UL-SCH

6

MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 13

CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ MẠNG 4G LTE 15

1.Tổng quan hệ thống thông tin di động: 15

1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 1G) 15

1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai ( 2G) 17

1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 3G) 22

1.1 Giới thiệu mạng 4G LTE 24

CHƯƠNG - KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 28

1.1 Kiến trúc mạng LTE 28

1.1.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống 29

1.1.2 Thiết bị người dùng ( UE) 30

1.1.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 31

1.1.4 MME (Mobility Management Entity) : 33

1.1.5 Cổng phục vụ ( S-GW) 36

2.1.6 Cổng mạng liệu gó i( P-GW) 38

2.1.7 Chức sách tính cước tài nguyên ( PCRF) 40

2.1.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 42

2.2.Các giao diện giao thức cấu hình kiến trúc hệ thống42 2.3 QoS kiến trúc dịch vụ mang chuyển 47

2.4 Giao thức trạng thái chuyển tiếp trạng thái 48

2.5 Hỗ trợ tính di động liên tục 49

2.6 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm 53

CHƯƠNG - TRUY CẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE……….55

3.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 58

7

3.3 Các băng tần hỗ trợ 59

3.4 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA 61

3.4.1 OFDM 61

3.4.2 Các tham số OFDMA 64

3.4.3 Truyền dẫn liệu hướng xuống 67

1- Các kênh điều khiển hướng xuống 68

3.5 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA 69

3.5.3 Truyền dẫn liệu hướng lên 72

3.6 Tổng quan kỹ thuật đa ăng ten MIMO 76

3.6.1 Đơn đầu vào Đơn đầu (SISO) 77

3.6.2 Đơn đầu vào đa đầu (SIMO) 78

3.6.3 Đa đầu vào đơn đầu (MISO) 78

3.6.4 Đa đầu vào đa đầu (MIMO) 78

3.6.5 Ăng ten MIMO 4G LTE 81

3.6.5.I Chế độ truyền dẫn đa ăng ten đường xuống LTE 82

3.6.5.2 Chế độ đa ăng ten hướng lên LTE 84

CHƯƠNG - LỚP VẬT LÝ LTE 86

4.1 Các kênh truyền tải ánh xạ chúng tới kênh vật lý 86

4.2 Điều chế 88

4.3 Truyền tải liệu người sử dụng hướng lên 89

4.4 Truyền dẫn liệu người dùng hướng xuống 95

4.5 Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hướng lên 99

4.5.1 Kênh điều khiển đường lên vật lý ( PUCCH) 101

4.5.2 Cấu hình PUCCH 102

4.5.3 Báo hiệu điều khiển PUSCH 102

4.6 Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) 106

4.7 Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống 108

8

4.7.2 Kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PCDCH) 109

4.7.3 Kênh thị HARQ vật lý ( PHICH) 111

4.7.4 Các chế độ truyền dẫn hướng xuống 111

4.7.5 Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) 112

4.7.6 Tín hiệu đồng 113

4.8.1 Thủ tục HARQ 114

4.8.2 Ứng trước định thời 116

4.8.3 Điều khiển công suất 117

4.8.4 Nhắn tin 118

4.8.5 Thủ tục báo cáo phản hồi kênh 118

4.8.6 Hoạt động chế độ bán song công 119

4.8.7 Các lớp khả UE đặc điểm hỗ trợ 120

4.9 Đo lường lớp vật lý 121

4.9.1 Đo lường eNodeB 121

4.9.2 Đo lường UE 122

4.10 Cấu hình tham số lớp vật lý 122

CHƯƠNG - CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP 124

5.1 Thủ tục dị tìm 124

5.1.1 Các bước thủ tục dị tìm 124

5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số tín hiệu đồng 126

5.1.3 Dị tìm ban đầu dị tìm lân cận 128

5.2 Truy nhập ngẫu nhiên 130

5.2.1 Bước : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 132

5.2.2 Bước : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên 136

5.2.3 Bước 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối 137

5.2.4 Bước 4: Giải tranh chấp 138

9

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sự phân bố tần số hệ thống GSM 18

Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP 28

Hình 2.2 Kiến trúc thành phần mạng 29

Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng có E-UTRAN 33

Hình 2.4 Nguyên tắc hoạt động MME 35

Hình 2.5 Kết nối S-GW tới nút logic khác 37

Hình 2.6: P-GW kết nối tới node logic khác chức 40

Hình 2.7: PCRF kết nối tới nút logic khác & chức 41

Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển EPS 43

Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng EPC 45

Hình 2.10: Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển mặt phẳng người dùng cho giao diện X2 46

Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS 48

Hình 2.12 Trạng thái UE chuyển tiếp trạng thái 49

Hình 2.13 Hoạt động chuyển giao 51

Hình 2.14 Khu vực theo dõi cập nhật cho UE trạng thái RRC rảnh rỗi 52

Hình 2.15 Khu vực dịch vụ eMBMS khu vực MBSFN 54

Hình 2.16 Kiến trúc logic eMBMS 55

Hình 2.17 Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng nội dung 56 Bảng 3.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN ( TS 36.101 ) 61

Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian tín hiệu OFDM 62

Hình 3.2 Sự tạo ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT 62

Hình 3.3 Sự tạo chuỗi tín hiệu OFDM 63

Hình 3.4 Cấp phát sóng mang cho OFDM & OFDMA 63

Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 64

10

Hình 3.7 Tài nguyên đường xuống 65

Hình 3.8 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA 67

Hình 3.9 Phát thu OFDMA 68

Hình 3.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM 70

Hình 3.11 Tài nguyên đường lên 71

Bảng 3.4 Các tham số cấu trúc khung đường lên ( FDD&TDD) 72

Hình 3.12 Phát & thu hướng lên LTE 74

Hình 3.13 So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền chuỗi ký hiệu liệu QPSK 75

Hình 3.14 Các chế độ truy nhập kênh vơ tuyến 77

Hình 3.15 MIMO 2×2 , chưa có tiền mã hóa 79

Hình 3.16 Xử lý tín hiệu cho phân tập phát ghép kênh không gian (MIMO) 81

Hình 3.17: Ăng ten MIMO chế độ hướng lên 85

Hình 4.1 Ánh xạ kênh truyền tải hướng lên tới kênh vật lý 87

Hình 4.3: Các chịm điểm điều chế LTE 88

Hình 4.4: Cấp phát tài nguyên hướng lên điều khiển lập biểu eNodeB 90

Hình 4.5 Cấu trúc khung LTE FDD 91

Hình 4.5: Cấu trúc khung LTE FDD 91

Hình 4.7: Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vòng ngắn dài 92

Hình 4.8 Chuỗi mã hóa kênh PUSCH 94

Hình 4.9 Ghép kênh thơng tin điều khiển liệu 94

Hình 4.10 Cấp phát tài nguyên đường xuống eNodeB 95

Hình 4.11 Cấu trúc khe đường xuống cho băng thông 1,4MHz 96

Hình 4.12 Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH 96

11

Hình 4.14 Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống 98

Hình 4.15 Tài nguyên PUCCH 101

Hình 4.16 Nguyên tắc điều chế liệu điều khiển 103

Hình 4.17 Cấp phát trường liệu & điều khiển khác PUSCH 104

Hình 4.18 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho FDD 107

Hình 4.19 Vị trí PBCH tần số trung tâm 112

Hình 4.20 tín hiệu đồng khung 113

Hình 4.21 Vận hành LTE HARQ với tiến trình 115

Hình 4.22 Định thời LTE HARQ cho gói tin đường xuống 115

Hình 4.23 Điều khiển định thời hướng lên 116

Hình 4.24 Cơng suất hướng lên LTE với thay đổi tốc độ liệu 117

Hình 4.25 Thủ tục báo cáo thông tin trạng thái kênh (CSI) 118

Hình 4.26 Tự cấu hình cho PCI 123

Hình 5.1 Các tín hiệu đồng sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố vịng bình thường ) 125

Hình 5.2 Sự hình thành tín hiệu đồng miền tần số 127

Hình 5.3 Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 131

Hình 5.4 Minh họa cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 133

Hình 5.5 Định thời phần mở đầu eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác 134

12

DANH MỤC BẢNG

13

LỜI NÓI ĐẦU

Trong năm gần đây,mạng không dây ngày trở nên phổ biến với đời hàng loạt công nghệ khác Wi-Fi (802.1x), WiMax (802.16) Cùng với tốc độ phát triển nhanh, mạnh mạng viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng hàng triệu người ngày Hệ thống di động hệ thứ hai, với GSM CDMA ví dụ điển hình phát triển mạnh mẽ nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông mở rộng thể rõ hạn chế dung lượng băng thông hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Sự đời hệ thống di động hệ thứ ba với công nghệ tiêu biểu WCDMA hay HSPA tất yếu để đáp ứng nhu cầu truy cập liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng người sử dụng

Cũng giống thuật ngữ 2G hay 3G, 4G từ viết tắt cụm từ “fourth generation” (thế hệ thứ 4) để thuận tiện cho chương trình marketing nhà mạng Dịch vụ viễn thông hay kết nối không dây sử dụng công nghệ thực khác biệt phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ thông thường, mạng không dây sử dụng cơng nghệ 4G có tốc độ nhanh mạng 3G từ đến 10 lần

Hiện giới tồn chuẩn công nghệ lõi mạng 4G WiMax Long Term Evolution (LTE) WiMax chuẩn kết nối không dây phát triển IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) LTE chuẩn 3GPP, phận liên minh nhà mạng sử dụng công nghệ GSM Cả WiMax LTE sử dụng công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả bắt sóng hoạt động thiết bị, mạng lưới Tuy nhiên, công nghệ sử dụng dải băng tần khác

14

Tuy nhiên, điểm “lợi hại” mạng 4G thay cách hoàn hảo đường truyền Internet cố định (kể đường truyền cáp quang) với tốc độ không thua kém, vùng phủ sóng rộng lớn có tính di động cao

Để tài “Nghiên cứu hệ thống thông tin di động tiền 4G LTE (Long Term Evolution)” của em tập trung vào tìm hiểu tổng quan công nghệ LTE kỹ thuật thành phần sử dụng cơng nghệ để hiểu rõ thêm tiềm hấp dẫn mà công nghệ mang lại tình hình triển khai cơng nghệ giới VIỆT NAM

Đề tài gồm chương :

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC CHƯƠNG 3: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE CHƯƠNG 4: LỚP VẬT LÝ LTE

CHƯƠNG 5: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP

Để thực đồ án tốt nghiệp này, em sử dụng kiến thức trang bị năm đại học kiến thức chọn lọc từ tài liệu thầy giáo, giáo ngồi trường Ngồi ra, đồ án sử dụng tài liệu phổ biến rộng rãi Internet

Mặc dù cố gắng, hạn chế thời gian hiểu biết có hạn sinh viên nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Để đồ án hoàn thiện hơn, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo, giáo bạn sinh viên

15

CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ MẠNG 4G LTE

1.Tổng quan hệ thống thông tin di động:

Các hệ thống thông tin di động đời từ năm 1920, điện thoại di động sử dụng phương tiện thông tin đơn vị cảnh sát Mỹ Ngày 17/6/1946 hãng AT&T Southwestern Bell giới thiệu thông tin di động Mỹ, hệ thống gồm kênh băng tần 150 MHz, hệ thống bán song cơng, có độ rộng kênh 60 KHz (gấp lần kênh thông tin di động tương tự ngày nay, CDMA 1.25 MHz WCDMA 5MHz) Khi hệ thống đời ứng dụng vào thành phố lớn Mỹ, nhu cầu người sử dụng vượt dung lượng, nên độ rộng kênh giảm xuống 30 KHz Các hệ thống di động tiện lợi dung lượng thấp so với hệ thống

1.1.1. Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 1G)

Những năm cuối thập niên 70, hệ thống điện thoại di động hệ thứ phát triển, hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access) cung cấp dịch vụ chủ yếu thoại Thế hệ mạng điện thoại di động sử dụng chuyển mạch tương tự, hệ thống truyền tín hiệu tương tự

16

động chuyển dịch môi trường phađing đa tia, không đáp ứng dịch vụ hấp dẫn khách hàng, không cho phép giảm đáng kể giá thành thiết bị di động sở hạ tầng, khơng đảm bảo tính bí mật gọi, khơng tương thích hệ thống khác nhau, đặc biệt châu Âu, làm cho thuê bao sử dụng máy di động nước khác Bảng 1.1 liệt kê vài thơng số hệ thống di động:

Tham số AMPS NMT 900 NMT 450

Băng tần 800 MHz 900 MHz 450 – 470 MHz

Khoảng cách kênh 30 KHz 25 / 12.5 KHz 25 / 29 KHz

Khoảng cách song công 45 MHz 45 MHz 10 MHz

Các kênh 832 1000 ( 1999) 180 / 225

Loại điều chế FM FM FM

Kế hoạch ô 4, 7, 12 4, 9, 12

Điều chế kênh điều

khiển FSK FFSK FFSK

Độ lệch kênh điều khiển KHz 3.5 MHz 3.5 MHz

Mã kênh điều khiển Manchester NRZ NRZ

Dung lượng kênh điều

khiển 77000 13000 13000

Tốc độ truyền dẫn 10 Kbps 1.2 Kbps 1.2 Kbps

Bảng 1.1 Các thông số vài hệ thống thông tin di động

17

1.1.2. Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai ( 2G)

Khi số lượng thuê bao di động tăng lên nhanh chóng, hệ thống thơng tin di động thứ sử dụng chuyển mạch tương tự khơng cịn đáp ứng Các nhà mạng cần phải có biện pháp nâng cao dung lượng mạng, chất lượng đàm thoại cung cấp thêm số lượng dịch vụ bổ sung cho mạng Để giải vấn đề nhà nghiên cứu áp dụng việc số hóa hệ thống điện thoại di động với kỹ thuật đa truy nhập mới, điều dẫn tới đời hệ thống điện thoại di động hệ thứ hay gọi tắt 2G

Hệ thống 2G dựa tảng công nghệ kỹ thuật điện tử số, ứng dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple Access) đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access) Hệ thống có nhiều ưu điểm vượt trội hệ thống thông tin di động hệ thứ ngồi dịch vụ thoại truyền thống

Hệ thống 2G cung cấp thêm số dịch vụ truyền liệu, tốc độ thấp Một số hệ thống di động 2G tiêu biểu GSM (Global System for Mobile Communication), IS-95 (Iterim Standard-95)

Trong GSM sử dụng rộng rãi nhất, hệ thống thông tin di động GSM triển khai vào khoảng năm 1991 GSM kết hợp kỹ thuật truy nhập TDMA FDMA sử dụng hai dải tần số xung quanh 900 MHz, (hình 1.1)

18

Hình 1.1 Sự phân bố tần số hệ thống GSM

Sơ đồ đa truy nhập TDMA

Phân bố tần số đường lên: 890-915 MHz

Đường xuống: 935-960 MHz

Băng thông kênh 200 KHz

Tốc độ điều chế liệu kênh vô tuyến 270.8333 Kb/s

Điều chế 0.3 GMSK

Mã hoá kênh kết hợp mã hoá khối mã xoắn

Bảng 1.2 Các thơng số hệ thống GSM

Kể từ đời, hệ thống GSM phát triển với tốc độ nhanh chóng có mặt nhiều quốc gia Ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM đưa vào từ năm 1993 khai thác, áp dụng rộng rãi tồn quốc

Có chuẩn hệ thống 2G: Hệ Thống Thơng Tin Di Động Toàn Cầu (GSM); AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS-95; Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC) GSM đạt đuợc thành công đuợc sử dụng rộng rãi hệ thống 2G

❖GSM

GSM sử dụng băng tần 900MHz Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian TDMA nhung có số phát sinh, vấn đề

Uplink Downlink

890 915 935 960

19

quan trọng hệ thống mơ hình số 1800 (DCS 1800; đuợc biết nhu GSM 1800) PCS 1900 (hay GSM 1900) Sau đuợc sử dụng Bắc Mĩ Chilê, DCS 1800 đuợc tìm thấy số khu vực khác giới Nguyên băng tần số thiếu dung luợng băng tầng 900 MHz Băng tần 1800MHz đuợc sử dụng ý nghĩa phổ biến nguời sử dụng trở nên hồn tồn phổ biến, đặc biệt khu vực đơng dân cư Vì đồng thời băng tần di động đuợc sử dụng, điện thoại sử dụng băng tần 1800MHz có thành phần khác sử dụng lên mạng 900MHz

Hệ thống GSM 900 làm việc băng tần hẹp, dài tần từ (890- 960MHz) Trong băng tần đuợc chia làm phần :

+ Đuờng lên từ (890 - 915) MHz + Đuờng xuống từ (935 - 960)MHz

Băng tần gồm 124 sóng mang đuợc chia làm băng, băng rộng 25MHz,khoảng cách sóng mang kề 200KHz Mỗi kênh sử dụng tần số riêng biệt cho đuờng lên xuống gọi kênh song công Khoảng cách tần số không đổi 45MHz Mỗi kênh vô tuyến mang khe thời gian TDMA khe thời gian kênh vật lý trao đổi thông tin MS mạng GSM Tốc độ từ 6.5 - 13 Kbps

Từ năm 1989 GSM chuyển nhượng cho Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) viện phát triển qua nhiều giai đoạn Đến năm 1997 hoàn thành tiêu chuẩn đầy đủ thành GSM 2G có kết hợp với dịch vụ số liệu chuyển mạch tốc độ cao (HSCSD) dịch vụ truyền sóng vơ tuyến gói đa dụng (GPRS)

Trong :

❖ HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data) - Chuyển mạch kênh tốc độ cao:

20

được khoảng 9.6Kbps Do áp dụng công nghệ HSCSD làm tăng tốc độ truyền tải liệu hệ thống Cốt lõi công nghệ việc sử dụng ghép kênh theo thời gian, trạm di động sử dụng nhiều khe thời gian cho kết nối liệu tối đa khe thời gian Một khe thời gian sử dụng tốc độ 9.6Kbps 14.4Kbps Tồn tốc độ số khe thời gian nhân với tốc độ liệu khe thời gian HSCSD phân bố việc sử dụng khe thời gian cách liên tục khơng có liệu truyền ❖ GPRS (General Packet Radio Service) - Dịch vụ truyền liệu theo gói:

GPRS hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, hệ thống 3G xét mạng lõi GPRS cung cấp kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP X25, nhờ tăng cường đáng kể dịch vụ số liệu GSM

Việc tích hợp GPRS vào mạng GSM thực đơn giản Một phần khe giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói lập lịch trình trước số trạm di động Phân hệ trạm gốc cần nâng cấp phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet Control Unit) để cung cấp khả định tuyến gói đầu cuối di động nút cổng (gateway). Một nâng cấp nhỏ phần mềm cần thiết để hỗ trợ hệ thống mã hoá kênh khác Mạng lõi GSM tạo thành từ kết nối chuyển mạch kênh mở rộng cách thêm vào nút chuyển mạch số liệu gateway mới, gọi GGSN (Gateway GPRS Support Node) SGSN (Serving GPRS Support Node) GPRS giải pháp chuẩn hố hồn tồn với giao diện mở rộng chuyển thẳng lên 3G cấu trúc mạng lõi

21

nghĩa 384kbps giới hạn tốc độ liệu cho dịch vụ để thực chuẩn IMT-2000 môi trường không lý tưởng 384kbps tương ứng với 48kbps khe thời gian, giả sử đầu cuối có khe thời gian

EDGE kỹ thuật truyền dẫn 3G chấp nhận triển khai phổ tần có nhà khai thác TDMA GSM EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang cấu trúc khe thời gian GSM, thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu người sử dụng mạng GPRS HSCSD cách sử dụng hệ thống cao cấp cơng nghệ tiên tiến khác Vì vậy, sở hạ tầng thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hồn tồn tương thích với GSM GRPS

❖ IS-95: Hệ thống mạng tế bào IS-95A Qualcomm cho mắt vào năm 1990 sử dụng kỹ thuật truy nhập vô tuyến CDMA CDMA chia sẻ giải tần chung Mọi khách hàng nói đồng thời tín hiệu phát giải tần Các kênh thuê bao tách biệt cách sử dụng mã ngẫu nhiên Các tín hiệu nhiều thuê bao khác mã hố mã ngẫu nhiên khác nhau, sau trộn lẫn phát giải tần chung phục hồi thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng IS 95A(2G) phát triển tiếp lên IS 95B(2.5G)

Một số tính bật hệ thông tin di động 2.5G:

- Các dịch vụ mạng cải thiện dịch vụ liên quan đến truyền số liệu nén số liệu người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: High Speed Circuit Switched Data), dịch vụ vơ tuyến gói chung (GPRS: General Packet Radio Service) số liệu 144 Kbps

- Các tính liên quan đến dịch vụ tiếng như: Codec tiếng toàn tốc tăng cường (EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng khai thác tự đầu cuối Codec tiếng

22 giao gọi dịch vụ cấm gọi

- Cải thiện liên quan đến dịch vụ tin ngắn (SMS: Short Message Service) như: Tăng dung lượng tin nhắn SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác SMS

- Các công việc liên quan đến tính cước như: dịch vụ trả tiền thoại trước, tính cước nóng hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình

- Tăng cường công nghệ SIM

Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G coi tiến đáng kể gặp phải hạn chế sau: Tốc độ thấp tài ngun vơ tuyến hạn hẹp Vì cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động hệ để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit tài nguyên chia sẻ Mặt khác, hệ thống thông tin di động ngày phát triển, không số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường mà người sử dụng cịn địi hỏi dịch vụ tiên tiến khơng dịch vụ gọi thoại truyền thống dịch vụ số liệu tốc độ thấp có mạng Nhu cầu thị trường phân loại thành lĩnh vực như: Dịch vụ liệu máy tính, dịch vụ viễn thơng, dịch vụ nội dung số âm hình ảnh Những lý thúc đẩy tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động giới tiến hành nghiên cứu áp dụng thực tế chuẩn cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G

1.1.3. Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 3G)

Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobil Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với ưu điểm mong đợi đem lại hệ thống 3G là:

+ Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao

+Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, )

23 nhạc, )

+ Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, )

+Sử dụng chung công nghệ thống nhất, đảm bảo tuơng thích tồn cầu hệ thống

Để thoả mãn dịch vụ đa phuơng tiện nhu đảm bảo khả truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông

2Mbps, nhung thực tế triển khai với băng thơng việc chuyển giao khó, có nguời sử dụng khơng di động đuợc đáp ứng băng thơng kết nối này, cịn băng thông 384 Kbps, di chuyển ô tô 144Kbps Các hệ thống 3G điển hình là:

❖ UMTS (W-CDMA)

UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa công nghệ W-CDMA, giải pháp đuợc ua chuộng cho nuớc triển khai hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G UMTS đuợc hỗ trợ Liên Minh Châu Âu đuợc quản lý 3GPP tổ chức chịu trách nhiệm cho công nghệ GSM, GPRS UMTS hoạt động băng thơng 5MHz, cho phép gọi chuyển giao cách hoàn hảo hệ thống UMTS GSM có Những đặc điểm WCDMA nhu sau:

+WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn MHz để chuyển liệu Nó cho phép việc truyền liệu tốc độ 384 Kbps mạng di động Mbps hệ thống tĩnh

24

+Tần số: có băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tần số cấp phát băng đuờng lên (1885 MHz- 2025 MHz) đuờng xuống (2110 MHz - 2200 MHz)

Sự phát triển WCDMA lên 3.5G HSxPA ❖ CDMA2000

Một chuẩn 3G quan trọng khác CDMA2000, chuẩn tiếp nối hệ thống sử dụng công nghệ CDMA hệ CDMA2000 đuợc quản lý 3GPP2, tổ chức độc lập tách rời khỏi 3GPP UMTS CDMA2000 có tốc độ truyền liệu từ 144Kbps đến Mbps

❖ TD-SCDMA

Chuẩn đuợc biết đến TD-SCDMA đuợc phát triển Trung Quốc công ty Datang Siemens Hiện có nhiều chuẩn cơng nghệ cho 2G nên

sẽ có nhiều chuẩn cơng nghệ 3G theo, nhiên thực tế có tiêu chuẩn quan trọng có sản phẩm thương mại có khả triển khai rộng rãi toàn giới WCDMA (FDD) CDMA 2000 WCDMA phát triển sở tương thích với giao thức mạng lõi GSM (GSM MAP), hệ thống chiếm tới 65% thị trường giới Còn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi IS-41, chiếm 15% thị trường

1.1. Giới thiệu mạng 4G LTE

25

sử dụng linh hoạt băng tần có băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với giao tiếp mở giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối

Mục tiêu LTE cung cấp dịch vụ liệu tốc độ cao , độ trễ thấp , gói liệu tối ưu , công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông cách linh hoạt triển khai Đồng thời kiến trúc mạng thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu

lượng chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt , chất lượng dịch vụ , thời gian trễ tối thiểu

1- Tăng tốc độ truyền liệu : Trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc

độ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mb/s với cấu hình 4*4 MIMO ( multiple input multiple output ) vòng 20MHZ băng thông MIMO cho đường lên không sử dụng phiên chuẩn LTE Tốc độ liệu đỉnh đường lên tới 86Mb/s 20MHZ băng thơng Ngồi viêc cải thiện tốc độ liệu đỉnh hệ thống LTE cung cấp hiệu suất phổ cao từ đến lần hệ thống HSPA phiên

2- Dải tần co giãn được : Dải tần vô tuyến hệ thống LTE có khả

mở rộng từ 1.4 MHz, 3MHz, MHz, 10 MHz, 15 MHz 20 MHz chiều lên xuống Điều dẫn đến linh hoạt sử dụng hiệu băng thông Mức thông suất cao hoạt động băng tần cao số ứng dụng không cần đến băng tần rộng cần băng tần vừa đủ đáp ứng

3- Đảm bảo hiệu suất di chuyển : LTE tối ưu hóa hiệu suất cho thiết bị

đầu cuối di chuyển từ đến 15km/h, hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm ít) di chuyển từ 15 đến 120km/h, vận tốc 120 km/h hệ thống trì kết nối tồn mạng tế bào ,chức hỗ trợ từ 120 đến 350km/h chí 500km/h tùy thuộc vào băng tần

26

❖ Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái mặt phẳng điều khiển : Giảm thời gian để thiết bị đầu cuối ( UE - User Equipment) chuyển từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng, bắt đầu truyền thông tin kênh truyền.Thời gian phải nhỏ 100ms

❖ Giảm độ trễ mặt phẳng người dùng: Nhược điểm mạng tổ ong (Cell) độ trễ đường truyền cao nhiều so với mạng đường dây cố định Điều ảnh hưởng lớn đến ứng dụng thoại chơi game cần thời gian thực Giao diện vô tuyến LTE mạng lưới cung cấp khả độ trễ 10ms cho việc truyền tải gói tin từ mạng tới UE

5- Sẽ khơng chuyển mạch kênh : Tất dựa IP Một

tính đáng kể LTE chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa IP với giao diện mở kiến trúc đơn giản hóa Sâu xa hơn, phần lớn cơng việc chuẩn hóa 3GPP nhắm đến chuyển đổi kiến trúc mạng lõi tồn sang hệ thống toàn IP Trong 3GPP Chúng cho phép cung cấp dịch vụ linh hoạt liên hoạt động đơn giản với mạng di động phi 3GPP mạng cố định EPC dựa giao thức TCP/IP - giống phần lớn mạng số liệu cố định ngày nay- cung cấp dịch vụ giống PC thoại, video, tin nhắn dịch vụ đa phương tiện Sự chuyển dịch lên kiến trúc tồn

gói cho phép cải thiện phối hợp với mạng truyền thông không dây cố định khác.VolP dùng cho dịch vụ thoại

6- Độ phủ sóng từ 5-100km : Trong vịng bán kính 5km LTE cung cấp tối ưu

về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ độ di động Phạm vi lên đến 30km có giảm nhẹ cho phép lưu lượng người dùng hiệu suất phổ lại giảm cách đáng kể chấp nhận được, nhiên yêu cầu độ di động đáp ứng dung lượng 200 người/ô (băng thông MHz)

27

mạng LTE tích hợp cách dễ dàng với mạng 3G 2G Điều quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE khơng cần thay đổi tồn sở hạ tầng mạng có

8- OFDMA ,SC-FDMA và MIMO sử dụng LTE :Hệ thống

hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ sơ đồ truy nhập OFDMA & SC-FDMA Ngồi cịn có song cơng phân chia tần số FDD song công phân chia thời gian TDD Bán song công FDD cho phép để hỗ trợ cho người sử dụng với chi phí thấp khơng giống FDD, hoạt động bán song cơng FDD UE không cần thiết truyền & nhận đồng thời Điều tránh việc phải đầu tư song công đắt tiền UE Truy nhập đường lên dựa đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang SC-FDMA hứa hẹn gia tăng vùng phủ sóng đường lên tỉ số cơng suất đỉnh-trung bình thấp ( PARR) liên quan tới OFDMA

9- Giảm chi phí : Yêu cầu đặt cho hệ thống LTE giảm thiểu chi

phí trì hiệu suất nhằm đáp ứng cho tất dịch vụ.Các vấn đề đường truyền,hoạt động bảo dưỡng liên quan đến yếu tố chi phí,chính khơng giao tiếp mà việc truyền tải đến trạm gốc hệ thống quản lý cần xác định rõ, số vấn đề yêu cầu độ phức tạp thấp,các thiết bị đầu cuối tiêu thụ lượng

10- Cùng tồn với các chuẩn và hệ thống trước: Hệ thống LTE phải

28

CHƯƠNG - KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC

1.1. Kiến trúc mạng LTE

Nhiều mục tiêu với ngụ ý kiến trúc phẳng cần phát triển kiến trúc phẳng với nút tham gia làm giảm độ trễ cải thiện hiệu suất Phát triển theo hướng phiên Nơi ý tưởng đường hầm trực tiếp cho phép mặt phẳng người dùng ( UP) bỏ qua SGSN

Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP

29

phân phối việc xử lý tải RNC vào nhiều eNB Việc loại bỏ RNC khỏi mạng truy nhập phần hệ thống LTE không hỗ trợ chuyển giao mềm

1.1.1. Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống

Hình 2.2 miêu tả kiến trúc thành phần mạng cấu hình kiến trúc nơi có E-UTRAN tham gia Hình cho thấy phân chia kiến trúc thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE) ; UTRAN phát triển( E-UTRAN); mạng lõi gói phát triển(EPC); vùng dịch vụ

Hình 2.2 Kiến trúc thành phần mạng

30

IP, tất nút chuyển mạch giao diện nhìn thấy kiến trúc 3GPP trước khơng có mặt E-UTRAN EPC Cơng nghệ IP chiếm ưu truyền tải, nơi mà thứ thiết kế để hoạt động truyền tải IP

Các hệ thống đa phương tiện IP ( IMS) ví dụ tốt máy móc thiết bị phục vụ sử dụng lớp kết nối dịch vụ để cung cấp dịch vụ dựa kết nối IP cung cấp lớp thấp Ví dụ , để hỗ trợ dịch vụ thoại IMS cung cấp thoại qua IP ( VoIP) kết nối tới mạng chuyển mạch-mạch cũ PSTN ISDN thông qua cổng đa phương tiện điều khiển

Sự phát triển E-UTRAN tập chung vào nút, nút B phát triển ( eNode B) Tất chức vơ tuyến kết thúc đó, tức eNB điểm kết thúc cho tất giao thức vơ tuyến có liên quan E-UTRAN đơn giản mạng lưới eNodeB kết nối tới eNodeB lân cận với giao diện X2

Một thay đổi kiến trúc lớn khu vực mạng lõi EPC khơng có chứa vùng chuyển mạch-mạch, khơng có kết nối trực tiếp tới mạng chuyển mạch mạch truyền thống ISDN PSTN cần thiết lớp Các chức EPC tương đương với vùng chuyển mạch gói mạng 3GPP Tuy nhiên thay đổi đáng kể việc bố trí nút chức kiến trúc phần nên coi hồn tịan

Cả hai hình 2.1 2.2 cho thấy có phần tử gọi SAE GW Như hình 2.2 cho thấy kết hợp hai cổng cổng phục vụ (S-GW) cổng mạng liệu gói( P-GW) điều định nghĩa cho xử lý UP EPC Gộp chúng lại với thành SAE GW Cấu hình kiến trúc hệ thống chức ghi 3GPP TS 23.401

1.1.2. Thiết bị người dùng ( UE)

31

nó thiết bị cầm tay điện thoại thông minh thẻ liệu người sử dụng mạng 2G 3G Hoặc nhúng vào, ví dụ máy tính xách tay UE có chứa mođun nhận dạng th bao tồn cầu( USIM) Nó mođun riêng biệt với phần lại UE, thường gọi thiết bị đầu cuối (TE) USIM ứng dụng đặt vào thẻ thông minh tháo rời gọi thẻ mạch tích hợp toàn cầu ( UICC) USIM sử dụng để nhận dạng xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc truyền tải giao diện vô tuyến

Các chức UE tảng cho ứng dụng truyền thông, mà có tín hiệu với mạng để thiết lập, trì loại bỏ liên kết thông tin người dùng cần Điều bao gồm chức quản lý tính di động chuyển giao, báo cáo vị trí thiết bị, UE phải thực theo hướng dẫn mạng Có lẽ quan trọng UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối để ứng dụng VoIP sử dụng để thiết lập gọi thoại

1.1.3. E-UTRAN NodeB (eNodeB)

Nút E-UTRAN E-UTRAN NodeB ( eNodeB) Đơn giản đặt eNB trạm gốc vơ tuyến kiểm sốt tất chức vô tuyến liên quan phần cố định hệ thống Các trạm gốc eNodeB thường phân bố tồn khu vực phủ sóng mạng Mỗi eNodeB thường cư trú gần anten vô tuyến chúng

32

eNodeB chịu trách nhiệm nhiều chức mặt phẳng điều khiển (CP) eNB chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM), tức kiểm sóat việc sử dụng giao diện vơ tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa yêu cầu, ưu tiên lập lịch trình lưu lượng theo yêu cầu QoS, liên tục giám sát tình hình sử dụng tài ngun

Ngồi eNodeB cịn có vai trị quan trọng quản lý tính di động (MM) Điều khiển eNodeB đo đạc phân tích mức độ tín hiệu vơ tuyến thực UE Điều bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao eNB khác MME Khi UE kích hoạt theo yêu cầu eNB kết nối vào mạng, eNodeB chịu trách nhiệm việc định tuyến đề nghị MME mà trước phục vụ cho UE, lựa chọn MME tuyến đường đến MME trước khơng có sẵn thơng tin định tuyến vắng mặt

Hình 2.3 cho thấy kết nối với eNodeB đến xung quanh nút logic, tóm tắt chức giao diện Trong tất kết nối eNB mối quan hệ - nhiều nhiều - nhiều Các eNodeB phục vụ đồng thời nhiều UE vùng phủ sóng UE kết nối tới eNodeB thời điểm Các eNodeB cần kết nối tới eNodeB lân cận với chuyển giao cần thực

Cả hai MME S-GW gộp lại, có nghĩa tập hợp nút phân công để phục vụ cho tập hợp eNodeB Từ viễn cảnh eNodeB đơn có nghĩa cần phải kết nối tới nhiều MME S-GW Tuy nhiên UE phục vụ có MME S-GW thời điểm eNodeB phải trì theo dõi liên kết

33

Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng có E-UTRAN

1.1.4. MME (Mobility Management Entity) :

Quản lý di động(MME) thành phần điều khiển EPC Thơng thường MME máy chủ vị trí an tồn sở nhà điều hành Nó hoạt động CP, không tham gia vào đường UP liệu

Ngoài giao diện cuối vào MME kiến trúc thể hình 2.2, MME cịn có kết nối logic trực tiếp tới UE, kết nối sử dụng kênh điều khiển UE mạng Sau danh sách chức MME cấu hình kiến trúc hệ thống :

❖ Xác thực bảo mật : UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME

34

một nhận từ mạng chủ Chức cần thiết để đảm bảo yêu cầu bảo vệ với UE Các MME lặp lại chức xác thực cần thiết theo chu kỳ Các chức dùng để bảo vệ thông tin liên lạc khỏi việc nghe trộm từ thay đổi bên thứ ba tương ứng trái phép Để bảo vệ riêng tư UE, MME phân bổ cho UE mã tạm thời gọi mã nhận dạng tạm thời toàn cầu(GUTI), cần phải gửi mã nhận dạng thường trú UE - mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế ( IMIS) qua giao diện vô tuyến giảm thiểu Các GUTI cấp trở lại, ví dụ định kỳ để ngăn chặn theo dõi UE

❖ Quản lý di động: MME theo dõi vị trí tất UE khu vực mình, UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME tạo lối vào cho UE tín hiệu với vị trí tới HSS mạng chủ UE MME yêu cầu tài nguyên thích hợp thiết lập eNodeB, S-GW mà lựa chọn cho UE Các MME sau tiếp tục theo dõi vị trí UE dựa mức độ eNB, UE kết nối, tức truyền thông hoạt động mức độ khu vực theo dõi (TA) MME điều khiển thiết lập giải phóng nguồn tài nguyên dựa thay đổi chế độ hoạt động UE MME tham gia vào việc điều khiển tín hiệu chuyển giao UE chế độ hoạt động eNB, S-GW MME MME tham gia vào thay đổi eNB khơng có phần tử điều khiển mạng vơ tuyến riêng biệt nên ẩn hầu hết kiện Một UE trạng thái rảnh dỗi báo cáo vị trí định kỳ, chuyển tới khu vực theo dõi Nếu dữu liệu nhận từ bên cho UE rảnh dỗi, MME thơng báo, u cầu eNB TA lưu giữ cho UE tới vị trí nhớ UE

❖ Quản lý hồ sơ thuê bao dịch vụ kết nối: vào thời điểm UE đăng ký

35

mang, cho phép UE kết nối IP Điều bao gồm tín hiệu CP với eNB S-GW Tại thời điểm sau này, MME cần tới tham gia vào việc thiết lập phần tử mang dành riêng cho dịch vụ hưởng lợi xử lý cao Các MME nhận yêu cầu thiết lập phần tử mang dành riêng, từ S-GW yêu cầu bắt nguồn từ khu vực dịch vụ điều hành, trực tiếp từ UE, UE yêu cầu kết nối cho dịch vụ mà đến khu vực dịch vụ điều hành, khơng thể

Hình 2.4 cho thấy kết nối MME đến quanh nút logic, tóm tắt chức giao diện nguyên tắc MME kết nối với MME khác hệ thống, thường kết nối giới hạn nhà điều hành mạng Các kết nối từ xa MME sử dụng UE xa, đăng ký với MME sau tìm kiếm nhận dạng thường trú UE, sau lấy nhận dạng thường trú UE, mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMIS), từ MME truy cập trước Các kết nối MME với MME lân cận sử dụng chuyển giao

Hình 2.4 Nguyên tắc hoạt động MME

36

dùng , tuyến đường tìm thấy dựa IMIS Mỗi MME cấu hình để điều khiển tập hợp GW eNodeB Cả hai S-GW eNodeB kết nối tới MME khác Các MME phục vụ số UE lúc, UE kết nối tới MME thời điểm

1.1.5. Cổng phục vụ ( S-GW)

Trong cấu hình kiến trúc hệ thống, chức cao cấp S-GW quản lý đường hầm UP chuyển mạch S-GW phần hạ tầng mạng trì phòng điều hành trung tâm mạng

37

phần tử mang bắt đầu, BBERF nhận thông tin liên kết phần tử mang từ PCRF

Hình 2.5 Kết nối S-GW tới nút logic khác

Trong di chuyển eNodeB, S-GW hoạt động nút cuối di động địa phương MME lệnh S-GW để chuyển sang đường dẫn từ eNodeB khác MME yêu cầu S-GW cung cấp tài nguyên đường hầm cho liệu chuyển tiếp có nhu cầu cần chuyển liệu từ eNodeB nguồn tới eNodeB đích thời điểm UE có chuyển giao vơ tuyến Các tình di chuyển bao gồm thay đổi từ S-GW tới khác, MME điều khiển thay đổi cho phù hợp cách loại bỏ đường hầm S-GW cũ thiết lập chúng S-GW

38

các đường hầm tái kết nối gói tin từ đệm gửi S-GW theo dõi liệu đường hầm thu thập liệu cần thiết cho việc hạch tốn tính chi phí người dùng

Trong hình 2.5 cho thấy S-GW kết nối tới nút logic khác danh sách chức giao diện Tất giao diện cấu hình theo kiểu - nhiều từ S-GW thấy Một S-GW phục vụ khu vực địa lý định với tập giới hạn eNodeB, tương tự có tập giới hạn MME điều khiển khu vực S-GW kết nối tới S-GW toàn mạng lưới, P-GW khơng thay đổi di chuyển, S-P-GW định vị lại UE di chuyển Với kết nối có liên quan tới UE, S-GW báo hiệu với MME điểm UP tới eNodeB thời điểm Nếu UE phép kết nối tới nhiều PDN thông qua P-GW khác , S-GW cần kết nối tới thành phần riêng biệt Nếu giao diện S5/S8 dựa PMIP S-GW kết nối tới PCRF cho P-GW riêng UE sử dụng

Trên hình cho thấy trường hợp chuyển liệu gián tiếp nơi mà liệu UP chuyển tiếp eNodeB thơng qua S-GW Khơng có tên giao diện cụ thể liên quan đến giao diện S-GW, định dạng xác giống giao diện S1-U, cho S-GW liên quan chúng truyền thông trực tiếp với eNodeB Đây trường hợp chuyển tiếp liệu gián tiếp diễn thông qua S-GW, tức hai eNodeB kết nối tới S-GW

2.1.6. Cổng mạng liệu gó i( P-GW)

39

theo yêu cầu dịch vụ đề cập Tương tự S-GW, P-GW trì phịng điều hành vị trí trung tâm

Điển hình P-GW cấp phát địa IP cho UE, UE sử dụng để giao tiếp với máy chủ IP khác mạng bên ngồi ( ví dụ Internet ) Nó PDN bên mà UE kết nối cấp phát địa để sử dụng UE, đường hầm P-GW cho tất lưu lượng vào mạng Địa IP ln cấp phát UE yêu cầu kết nối PDN, diễn UE gắn vào mạng, sảy sau có kết nối PDN Các P-GW thực chức giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP) cần, truy vấn máy chủ DHCP bên ngoài, cung cấp địa cho UE Ngồi tự cấu hình động hỗ trợ tiêu chuẩn Chỉ IPv4, IPv6 hai, địa phân bổ tùy theo nhu cầu UE báo hiệu muốn nhận địa tín hiệu kết nối muốn thực cấu hình địa sau lớp liên kết kết nối

P-GW bao gồm PCEF, có nghĩa thực chức chọn lưu lượng lọc theo yêu cầu sách thiết lập cho UE dịch vụ nói đến, thu thập báo cáo thơng tin chi phí liên quan

Lưu lượng UP P-GW mạng bên dạng gói tin IP thuộc dịng dịch vụ IP khác Nếu giao diện S5/S8 hướng tới S-GW dựa GTP P-S-GW thực ánh xạ dòng liệu IP tới đường hầm GTP, P- GW thiết lập phần tử mang

40

P-GW điểm cuối di đông mức cao hệ thống Khi UE di chuyển từ S-GW tới khác, phần tử mang phải chuyển vào P-GW P- GW nhận dẫn để chuyển luồng từ S-GW

Hình 2.6 cho thấy kết nối P-GW đến xung quanh nút logic, danh sách chức giao diện

Hình 2.6: P-GW kết nối tới node logic khác chức Mỗi P-GW kết nối tới nhiều PCRF, S-GW mạng bên Đối với UE liên kết với P-GW có S-GW, có kết nối tới nhiều mạng bên ngồi tương ứng có nhiều PCRF cần phải hỗ trợ, có kết nối tới nhiều PDN hỗ trợ thông qua

P-GW

2.1.7. Chức sách tính cước tài nguyên ( PCRF)

S-41

GW, việc thiết lập phần tử mang thích hợp việc lập sách PCRF máy chủ thường đặt với phần tử CN khác trung tâm điều hành chuyển mạch

Các thông tin PCRF cung cấp cho PCEF gọi quy tắc PCC PCRF gửi quy

tắc PCC phần tử mang thiết lập Thiết lập phần tử mang cần thiết, ví dụ UE bước đầu gắn vào mạng phần tử mang mặc định thiết lập, sau có nhiều phần tử mang dành riêng thiết lập PCRF có khả cung cấp quy tắc PCC dựa yêu cầu, từ P-GW S-GW tường hợp PMIP, giống trường hợp kết nối, dựa yêu cầu từ chức ứng dụng(AF) nằm dịch vụ tên miền Ví dụ, với IMS AF thúc đẩy dịch vụ QoS thông tin tới PCRF, từ tạo định PCC đẩy quy tắc PCC đến P-GW, mang thông tin ánh xạ tới S-GW trường hợp S5/S8 PMIP Các phần tử mang EPC sau thiét lập dựa điều

Hình 2.7: PCRF kết nối tới nút logic khác & chức chính

42

mỗi PCRF kết nối với nhiều AF, P-GW S-GW Chỉ có PCRF liên kết với kết nối PDN UE có

2.1.8. Máy chủ thuê bao thường trú (HSS)

Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) kho liệu thuê bao cho tất liệu người dùng thường xuyên Nó ghi lại vị trí người sử dụng mức độ nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn MME Nó máy chủ sở liệu trì phịng trung tâm nhà điều hành

HSS lưu trữ gốc hồ sơ th bao, chứa thơng tin dịch vụ áp dụng người sử dụng, bao gồm thông tin kết nối PDN cho phép, liệu có chuyển tới mạng tạm trú riêng hay không HSS lưu nhận dạng P-GW sử dụng Khóa thường trực sử dụng để tính tốn xác thực gửi tới mạng tạm trú để xác thực người dùng khóa phát sinh tiếp sau để mã hóa bảo vệ tính tồn vẹn lưu trữ trung tâm xác thực(AUC), thường phần HSS Trong tất tín hiệu liên quan tới chức HSS phải tương tác với MME Các HSS cần phải có khả kết nối với MME toàn hệ mạng lưới, nơi mà UE phép di chuyển Đối với UE, hồ sơ HSS tới MME phục vụ thời điểm, sau báo cáo MME mà phục vụ cho UE, HSS hủy bỏ vị trí MME trước

2.2. Các giao diện giao thức cấu hình kiến trúc hệ

thống

43

phát triển 3GPP, giao thức xám phát triển IETF, đại diện cho công nghệ mạng tiểu chuẩn sử dụng cho truyền tải EPS 3GPP xác định cách cụ thể mà giao thức sử dụng

Lớp CP lớp không truy cập (NAS), bao gồm có hai giao thức riêng biệt thực truyền tải tín hiệu trực tiếp UE mà MME Các giao thức lớp NAS :

1- Quản lý tính di động EPS ( EMM): giao thức MME có trách nhiệm

về điều khiển tính di động UE hệ thống Nó bao gồm chức kết nối vào tách từ mạng, thực việc cập nhật vị trí Điều gọi cập nhật khu vực theo dõi (TAU), diễn chế độ nhàn dỗi Chú ý chuyển giao chế độ kết nối xử lý giao thức lớp thấp hơn, cacs lớp EMM không bao gồm chức tái kích hoạt UE từ chế độ nhàn rỗi

44

2- Quản lý phiên EPS ( ESM): Giao thức sử dụng để điều

khiển việc quản lý phần tử mang UE MME, sử dụng bổ sung cho E-UTRAN việc quản lý phần tử mang Lưu ý không sử dụng thủ tục ESM tình trạng phần tử mang có sẵn mạng lưới quy trình E-UTRAN chạy

-I- Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) : Giao thức nhằm kiểm sốt việc sử dụng nguồn tài ngun vơ tuyến Nó quản lý báo hiệu UE kết nối liệu, bao gồm chức chuyển giao

3- Giao thức hội tụ liệu gói ( PDCP): Các chức PDCP

nén tiêu đề IP (UP), mã hóa bảo vệ toàn vẹn ( với CP)

4- Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) : Giao thức RLC có trách nhiệm phân

đoạn ghép nối PDCP-PDU để truyền cho giao diện vô tuyến Nó thực việc sửa lỗi với phương pháp yêu cầu truyền lại tự động (ARQ)

5- Điều khiển truy nhập mơi trường (MAC) : Lớp MAC có trách nhiệm lập

kế hoạch liệu theo ưu tiên ghép kênh liệu tới khối truyền tải lớp Lớp MAC cung cấp việc sửa lỗi với HARQ

6- Lớp vật lý (PHY) : Đây lóp giao diện vơ tuyến LTE-UU có

các chức giống DS-CDMA

7- Trong EPC c ó hai giao thức khác cho giao diện S5/S8 Các giao thức

sau có liên quan GTP sử dụng S5/S8 :

❖Mặt phẳng điều khiển giao thức đường hầm GPRS ( GTP-C) : Nó

quản lý kết nối UP EPC Nó bao gồm báo hiệu QoS thông số khác Nếu GTP sử dụng giao diện S5/S8 cịn quản lý đường hầm GTP-U GTP-C thực chức quản lý di động EPC Như việc đường hầm GTP-U UE cần phải chuyển từ nút tới nút khác

45

thức điều khiển truyền dẫn (TCP) lớp cao cung cấp truyền tải tin cậy với chế khắc phục lỗi truyền lại Các gói tin IP EPC vận chuyển loạt cơng nghệ lớp lớp

 Các giao thức sau sử dụng S5/S8 dựa PMIP:

❖ IP di động ủy nhiệm (PMIP) : PMIP giao thức khác cho giao diện S5/S8 giữ việc quản lý tính di động, không bao gồm chức quản lý phần tử mang Tất lưu lượng thuộc kết nối UE với PDN riêng xử lý

❖ IP : PMIP chạy trực tiếp IP, sử dụng truyền tải IP tiêu chuẩn

Hình 2.9 minh họa cấu trúc giao thức UP cho UE kết nối với P-GW UP thể hình 2.9 bao gồm lớp người dùng IP cuối, tức giao thức thành hình thành nên lớp sử dụng để vận chuyển gói tin IP đến người sử dụng cuối Cấu trúc giao thức tương tự với CP Điều ấn định thực tế toàn hệ thống thiết kế để vận chuyển liệu gói chung, hai tín hiệu CP liệu UP cuối liệu gói Chỉ có kích thước khác

Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng EPC

46

1- Mặt phẳng người dùng giao thức đường hầm GPRS ( GTP-U) : GTP-U

được sử dụng S5/S8 dựa GTP Dạng thức GTP-U đường hầm GTP-U dùng để gửi gói tin người dùng IP cuối mang chuyển EPS Nó sử dụng giao diện S1-U sử dụng S5/S8 CP sử dụng GTP-C

2- Đóng gói định tuyến chung ( GRE): GRE sử dụng giao diện S5/S8 kết

họp với PMIP Dạng thức GRE IP đường hầm IP để vận chuyển tất liệu thuộc kết nối UE tới PDN cụ thể GRE chạy trực tiếp IP UDP không sử dụng

Hình 2.10 minh họa cấu trúc giao thức giao diện X2, mà tương tự giao diện S1 Chỉ có giao thức ứng dụng CP khác

Hình 2.10:Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển mặt phẳng người dùng cho giao diện X2

47

Bảng 2.1 tóm tắt giao thức giao diện cấu hình kiến trúc hệ thống

Bảng 2.1 Các giao thức giao diện LTE

2.3. QoS kiến trúc dịch vụ mang chuyển

48

Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS

Một phần tử mang vơ tuyến vận chuyển gói tin mang chuyển EPS UE eNB Mỗi dòng IP ( ví dụ void IP ) kết hợp với mang chuyển EPS khác mạng ưu tiên lưu lượng cho phù hợp Khi nhận gói tin IP từ internet , P-GW thực phân loại gói dựa thơng số định biết gửi mang chuyển EPS thích hợp Căn vào mang chuyển EPS , eNB ánh xạ gói tin tới phần tử mang vơ tuyến có QoS thích hợp Có ánh xạ - một mang chuyển EPS phần tử mang vô tuyến

2.4. Giao thức trạng thái chuyển tiếp trạng thái

49

thống Hơn nữa, trạng thái RRC rảnh dỗi, UE có chu kỳ DRX ( thu khơng liên tục) riêng cấu hình lớp phía phép tiết kiệm điện cho UE Ngồi , tính di động điều khiển UE trạng thái RRC rảnh rỗi

Hình 2.12 Trạng thái UE chuyển tiếp trạng thái

Trong chế độ RRC kết nối, việc truyền liệu đơn hướng tới / từ UE truyền liệu phát quảng bá / đa điểm tới UE diễn Tại lớp thấp ,UE cấu hình với UE cụ thể DRX / DTX ( truyền dẫn gián đoạn ) Hơn nữa, kênh điều khiển giám sát UE liên kết với kênh liệu dùng chung để xác định liệu lập biểu cho nó, cung cấp kênh thông tin phản hồi chất lượng, thực phép đo ô lân cận, báo cáo đo đạc thu nhận thông tin hệ thống Khác với trạng thái RRC rảnh dỗi tính di động điều khiển mạng trạng thái

2.5. Hỗ trợ tính di động liên tục

50 giao eNB

51

Hình 2.13 Hoạt động chuyển giao

52

giải phóng tài nguyên mặt phẳng người dùng / TNL với eNB nguồn Sau S-GW gửi thơng báo hồi đáp cập nhật mặt phẳng người dùng tới MME Sau MME xác nhận thơng báo chuyển đổi đường dẫn từ eNB đích với thông báo phản hồi chuyển đổi đường dẫn Sau thông báo phản hồi chuyển đổi đường dẫn nhận từ MME, eNB đích thơng báo thành cơng HO tới eNB nguồn cách gửi thơng báo giải phóng tài ngun tới eNB nguồn kích hoạt giải phóng tài ngun Nhận thơng báo giải phóng tài ngun, eNB nguồn giải phóng tài ngun vơ tuyến tài nguyên liên quan tới mặt phẳng điều khiển kết hợp với hoàn cảnh UE

Trong chuẩn bị chuyển giao đường hầm mặt phẳng người dùng thiết lập eNB nguồn eNB đích Một đường hầm thiết lập để truyền liệu hướng lên khác để truyền liệu hướng xuống cho mang chuyển EPS mà liệu chuyển tiếp đặt vào Trong thực chuyển giao, liệu người dùng chuyển từ eNB nguồn tới eNB đích

53

nhiều eNB miêu tả hình 2.14 Nhận dạng khu vực theo dõi (TAI) cho biết thông tin mà eNB thuộc TA phát quảng bá phần hệ thống thơng tin Một UE phát thay đổi khu vực theo dõi nhận TAI khác so với ô Các UE cập nhật MME với thơng tin TA nó di chuyển qua TA khác Khi P-GW nhận liệu UE, lưu gói vào đệm hỏi MME vị trí UE Sau MME nhắn tin tới UE hầu hết TA Một UE đăng ký đồng thời nhiều TA Điều cho phép tiết kiệm lượng cho UE điều kiện động cao khơng cần liên tục cập nhật vị trí với MME Tính giảm thiểu tải biên TA

2.6. Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm

Trong hệ thống LTE, MBMS sử dụng truyền đơn ô truyền đa ô Trong truyền đơn ô , MBMS truyền phạm vi ô cụ thể truyền dẫn MBMS từ nhiều ô không hỗ trợ Truyền dẫn MBMS đơn thực DL-SCH sử dụng kiến trúc mạng giống lưu lượng truyền đơn hướng Các MTCH MCCH ánh xạ vào DL-SCH cho truyền dẫn điểm-đa điểm lập biểu thực eNB Các UE cấp phát kênh phản hồi đường lên dành riêng giống với người dùng truyền đơn hướng, cho phép HARQ ACK/NACK phản hồi CQI

54

của người sử dụng quan tâm tới dịch vụ MBMS hỏi vịng thơng qua yêu cầu dịch vụ từ UE Việc truyền phát đa ô giúp phát triển dịch vụ truyền thông đa phương tiện ( eMBMS) thực cách truyền sóng giống lúc từ nhiều mạng Trong trường hợp này, MTCH MCCH ánh xạ vào MCH cho truyền điểm - đa điểm Hình thức truyền đa ô gọi mạng đơn tần số phát quảng bá đa điểm (MBSFN) Truyền MBSFN từ nhiều ô khu vực MBSFN xem truyền đơn lẻ UE Một khu vực MBSFN bao gồm nhóm khu vực MBSFN đồng mạng phối hợp để truyền MBSFN Một khu vực MBSFN đồng định nghĩa khu vực mạng tất eNB đồng thực truyền MBSFN Một khu vực dịch vụ MBMS gồm nhiều khu vực MBSFN Một ô khu vực đồng MBSFN hình thành phần nhiều SFN khu vực đặc trưng nội dung khác tập hợp mạng tham gia, Một ví dụ khu vực dịch vụ MBMS gồm khu vực MBSFN, khu vực A khu vực B miêu tả hình 2.15

55

Khu vực MBSFNA bao gồm ô từ A1 tới A5 , ô AB1 AB2 Khu vực MBSFNB bao gồm ô từ B1 tới B5, ô AB1 AB2 Các ô AB1 AB2 phần khu vực MBSFN A B Ô B5 phần khu vực B khơng góp phần vào truyền MBSFN Một ô gọi ô khu vực dành riêng MBSFN Ô khu vực dành riêng MBSFN phép truyền tải dịch vụ khác nguồn tài nguyên phân bố cho MBSFN với khả hạn chế Khu vực đồng MBSFN, khu vực MBSFN dành riêng cấu hình bán tĩnh O & M

Kiến trúc MBMS cho truyền dẫn đa ô mô tả hình 2.16 phần tử phối hợp phát đa điểm đa ( MCE) phần tử logic, có nghĩa phần phận mạng eNB MCE thực chức phân bổ nguồn tài nguyên vô tuyến sử dụng tất eNB khu vực MBSFN xác định cấu hình vơ tuyến bao gồm sơ đồ điều chế mã hóa

Các MBMS GW phần tử logic mà chức gửi / phát quảng bá gói MBMS với giao thức SYNC tới eNB truyền dịch vụ MBMS GW chủ lớp DPCP mặt phẳng người dùng phát đa điểm sử dụng IP cho việc chuyển tiếp liệu người dùng MBMS tới eNB

56

Các eNB kết nối với eMBMS GW thông qua giao diện mặt phẳng người dùng túy M1 M1 giao diện mặt phẳng người dùng túy, khơng có phần ứng dụng mặt phẳng điều khiển định nghĩa cho giao diện Hai giao diện mặt phẳng điều khiển M2 M3 xác định Phần ứng dụng giao diện M2 vận chuyển liệu cấu hình vơ tuyến cho eNB có chế độ truyền dẫn đa ô Phần ứng dụng giao diện M3 MBMS GW MCE thực việc điều khiển phiên MBMS truyền tín hiệu lên cấp độ mang chuyển EPS bao gồm thủ tục bắt đầu phiên dừng lại

Một yêu cầu quan trọng truyền tải dịch vụ MBMS đa ô việc đồng nội dung MBMS phép hoạt động MBSFN Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng nội dung thể hình 2.17

Hình 2.17 Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng nội dung

57

ngặt định giao thức SYNC Trong trường hợp PDCP sử dụng để nén tiêu đề, nằm eMBMS GW

58

CHƯƠNG - TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE

3.1. Các chế độ truy nhập vô tuyến

Giao diện không gian LTE hỗ trợ hai chế độ song công phân chia theo tần số ( FDD) song công phân chia theo thời gian ( TDD), chế độ có cấu trúc khung riêng Chế độ bán song công FDD cho phép chia sẻ phần cứng đường lên đường xuống đường lên đường xuống khơng sử dụng đồng thời Kỹ thuật sử dụng số dải tần cho phép tiết kiệm chi phí giảm nửa khả truyền liệu

Giao diện không gian LTE hỗ trợ phát đa phương tiện dịch vụ phát quảng bá đa điểm (MBMS) Một công nghệ tương đối cho nội dung phát sóng truyền hình kỹ thuật số tới UE cách sử dụng kết nối điểm- đa điểm Các thông số kỹ thuật 3GPP cho MBMS xuất UMTS phiên LTE xác định cấp cao dịch vụ MBMS phát triển (eMBMS), mà hoạt động qua mạng đơn tần số phát quảng bá / đa điểm(MBSFN), cách sử dụng dạng sóng đồng thời gian chung mà truyền tới đa ô khoảng thời gian định MBSFN cho phép kết hợp qua vô tuyến truyền đa ô tới UE, sử dụng tiền tố vòng (CP) để bảo vệ sai khác trễ truyền tải, để UE truyền tải từ tế bào lớn Công nghệ giúp cho LTE có hiệu suất cao cho truyền tải MBMS Các dịch vụ eMBMS xác định đầy đủ thông số kỹ thuật 3GPP phiên

3.2. Băng tần truyền dẫn

59

20MHz Với khoảng cách sóng mang 15kHz Nếu eMBMS sử dụng , khoảng cách sóng mang 7,5kHz Khoảng cách sóng mang số khơng phụ thuộc vào băng thông kênh 3GPP xác định giao diện vô tuyến LTE băng thông biết, cho phép giao diện vơ tuyến thích ứng với băng thông kênh khác với ảnh hưởng nhỏ vào hoạt động hệ thống

Giá trị nhỏ tài nguyên phân bố đường lên đường xuống gọi khối tài nguyên (RB) Một RB có độ rộng 180kHz kéo dài khe thời gian 0,5ms Với LTE tiêu chuẩn RB bao gồm 12 sóng mang với khoảng cách sóng mang 15kHz, cho eMBMS với tùy chọn khoảng cách sóng mang 7,5kHz RB gồm 24 sóng mang cho 0,5ms

3.3. Các băng tần hỗ trợ

61

Bảng 3.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN ( TS 36.101 )

3.4. Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA

3.4.1. OFDM

62

của sóng mang trực giao đặt gần Trong E-UTRAN phương án điều chế cho đường xuống QPSK, 16 QAM 64QAM sẵn có

Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian tín hiệu OFDM

Trong miền thời gian, khoảng bảo vệ thêm vào ký hiệu để chống lại nhiễu liên ký hiệu OFDM kênh lan truyền trễ Trong E-UTRAN, khoảng bảo vệ tiền tố vòng mà chèn vào trước ký hiệu OFDM Trong thực tế, tín hiệu OFDM tạo cách sử dụng IFFT ( biến đổi Fourier nhanh nghịch đảo ) IFFT chuyển đổi số lượng N ký hiệu liệu phức sử dụng phễu để biến đổi tín hiệu miền tần số sang tín hiệu miền thời gian N điểm IFFT minh họa hình 3.2, nơi mà có a(mN+n) tham chiếu tới ký hiệu liệu điều chế sóng mang thứ n, khoảng thời gian mTư < t < (m + 1)T

63

Vector Sm xác định ký hiệu OFDM có ích Nó chồng chất mặt thời gian N sóng mang điều chế băng hẹp Vì vậy, từ dịng song song N nguồn liệu, nguồn điều chế cách độc lập, dạng sóng bao gồm N sóng mang trực giao hình thành

Hình 3.3 minh họa ánh xạ từ luồng nối tiếp ký hiệu QAM đến N luồng song song, sử dụng phiễu miền tần số cho IFFT N điểm khối miền thời gian thu từ IFT sau xếp theo thứ tự để tạo tín hiệu miền thời gian Điểu khơng biểu diễn hình 3.3, q trình chèn vào tiền tố vịng

Hình 3.3 Sự tạo chuỗi tín hiệu OFDM

Trái ngược với phương thức truyền OFDM, OFDMA cho phép truy nhập nhiều người sử dụng băng thơng sẵn có

Hình 3.4 Cấp phát sóng mang cho OFDM & OFDMA

gian-64

tần số cụ thể Như nguyên tắc E-UTRAN, kênh liệu kênh chia sẻ ví dụ, khoảng thời gian truyền 1ms, định lịch biểu lấy người sử dụng gán với nguồn tài nguyên thời gian / tần số suốt khoảng thời gian truyền tải

3.4.2. Các tham số OFDMA

Có hai loại cấu trúc khung định nghĩa cho E-UTRAN: cấu trúc khung loại cho chế độ FDD, cấu trúc khung loại cho chế độ TDD

Đối với kiểu cấu trúc khung loại 1, khung vô tuyến 10ms chia thành 20 khe có kích thước 0,5ms Một khung bao gồm có khe liên tiếp, nên khung vô tuyến chứa 10 khung Điều minh họa hình 3.5 ( Ts thể đơn vị thời gian tương ứng với 30,72MHz)

Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 1

65

Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 2

Tất khung mà khung đặc biệt định nghĩa hai khe có chiều dài 0,5ms cho khung Các khung đặc biệt bao gồm có ba trường DwPTS ( khe thời gian dẫn hướng đường xuống ), GP (khoảng bảo vệ) UpPTS ( khe thời gian dẫn hướng đường lên ) Các trường biết đến từ TD-SCDMA trì LTE TDD DwPTS, GP UpPTS có chiều dài cấu hình riêng chiều dài tổng cộng 1ms

Hình 3.7 thể cấu trúc lưới tài nguyên đường xuống cho FDD TDD

66

Bảng 3.2 số lượng khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau (FDD&TDD)

Với ký hiệu OFDM, tiền tố vòng (CP) nối thêm khoảng thời gian bảo vệ, so sánh với hình Một khe đường xuống bao gồm ký hiệu OFDM, điều tùy thuộc vào tiền tố vịng cấu hình mở rộng hay bình thường Tiền tố vịng dài bao phủ kích thước lớn với lan truyền trễ cao kênh vô tuyến Các chiều dài tiền tố vòng lấy mẫu ( đơn vị đo ps ) tóm tắt bảng 3.3

Bảng 3.3 Tham số cấu trúc khung đường xuống ( FDD & TDD )

67

3.4.3. Truyền dẫn liệu hướng xuống

Dữ liệu cấp phát tới UE theo khối tài nguyên, ví dụ , UE cấp phát bội số nguyên khối tài nguyên miền tần số Các khối tài nguyên không cần phải liền kề với Trong miền thời gian, định lập biểu bị biến đổi khoảng thời gian truyền 1ms Quyết định lập biểu thực trạm gốc (eNodeB) Các thuật tốn lập biểu có tính đến tình trạng chất lượng liên kết vơ tuyến người sử dụng khác nhau, tình trạng can nhiễu tổng thể, chất lượng dịch vụ yêu cầu, dịch vụ ưu tiên, v.v Hình 3.8 cho thấy ví dụ cho việc cấp phát liệu người dùng hướng xuống cho người sử dụng khác ( giả sử có UE )

Dữ liệu người dung mang kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH)

Hình 3.8 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA

68

cấp tới chuyển đổi nối tiếp- song song sau tiếp tục vào khối IFFT Mỗi đầu vào khối IFFT tương ứng biểu diễn đầu vào cho sóng mang riêng (hoặc thành phần tần số cụ thể tín hiệu miền thời gian )và điều chế độc lập với sóng mang khác Tiếp sau khối IFFT thêm vào tiền tố vòng mở rộng, thể hình 3.9

Hình 3.9 Phát thu OFDMA

Mục đích việc thêm tiền tố vịng mở rộng để tránh nhiễu liên ký tự máy phát thêm vào tiền tố vòng mở rộng dài so với đáp ứng xung kênh ảnh hưởng ký hiệu trước loại bỏ cách bỏ qua ( gỡ bỏ ) tiền tố vịng mở rộng phía thu Một điển hình giải pháp thu cân miền tần số, tác động trở lại kênh với sóng mang Bộ cân miền tần số OFDMA đơn giản nhân sóng mang con( với phép nhân giá trị phức tạp ) dựa đáp ứng tần số kênh ước tính ( điều chỉnh biên độ pha sóng mang biết ) kênh

1- Các kênh điều khiển hướng xuống

69

lịch biểu tới UE riêng lẻ, tức có nhiệm vụ lập lịch biểu cho hướng lên hướng xuống PDCCH đặt ký hiệu OFDM khung Đối với cấu trúc khung loại 2, PDCCH ánh xạ vào ký hiệu OFDM trường DwPTS

❖ Một kênh thị dạng điều khiển vật lý (PCFICH) mang phần tử tài nguyên đặc trưng ký hiệu OFDM khung sử dụng để số lượng ký hiệu OFDM cho PDCCH (có thể 1, 2, 3, ký hiệu) PCFICH cần thiết bời tải PDCCH khác nhau, tùy thuộc vào số lượng người sử dụng dạng tín hiệu truyền PDCCH

❖ Thông tin mang PDCCH gọi thông tin điều khiển đường xuống ( DCI) Tùy thuộc vào mục đích thông điệp điều khiển, dạng khác DCI xác định

3.5. Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA

Việc truyền OFDMA phải chịu tỷ lệ cơng suất đỉnh-đến-trung bình (PAPR) cao, điều dẫn đến hệ tiêu cực việc thiết kế phát sóng nhúng UE là, truyền liệu từ UE đến mạng, cần có khuếch đại cơng suất để nâng tín hiệu đến lên mức đủ cao để mạng thu Bộ khuếch đại công suất thành phần tiêu thụ lượng lớn thiết bị, nên hiệu công suất cao tốt để làm tăng tuổi thọ pin máy 3GPP tìm phương án truyền dẫn khác cho hướng lên LTE SC-FDMA chọn kết hợp kỹ thuật với PAPR thấp hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang, GSM CDMA, với khả chống đa đường cấp phát tần số linh hoạt OFDMA

3.5.1. SC-FDMA

70

quả giá thành khuyếch đại công suất UE Tuy nhiên, việc sử lý tín hiệu SC-FDMA có số điểm tương đồng với việc xử lý tín hiệu OFDMA, tham số đường xuống đường lên cân đối

Có nhiều cách khác để tạo tín hiệu SC-FDMA DFT-trải-OFDM ( DFT-S-DFT-trải-OFDM) lựa chọn cho E-UTRAN Nguyên tắc minh họa hình 3.10

Hình 3.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM

Với DFT-S-OFDM, DFT kích thước M trước tiên áp dụng tới khối ký hiệu điều chế M QPSK,16QAM 64QAM sử dụng phương án điều chế đường lên E-UTRAN, sau tùy chọn cho UE DFT biến đổi ký hiệu điều chế vào miền tần số Kết ánh xạ vào sóng mang có sẵn Trong đường lên E-UTRAN, có truyền dẫn tập trung sóng mang liên tiếp cho phép N điểm IFFT nơi mà N->M sau thực OFDM, tiếp thêm tiền tố vòng chuyển đổi song song thành nối tiếp

71

DFT qua sóng mang sẵn có Trái ngược với điều này, sóng mang tín hiệu OFDMA mang thơng tin liên quan tới ký hiệu điều chế cụ thể

3.5.2. Các tham số SC-FDMA

Cấu trúc đường lên LTE tương tự đường xuống cấu trúc khung loại 1, khung vô tuyến đường lên bao gồm 20 khe với khe có chiều dài 0,5ms, khung có hai khe Cấu trúc khe đường thể hình 3.11

Hình 3.11 Tài nguyên đường lên

Trong cấu trúc khung loại bao gồm mười khung con, hai số khung đặc biệt chúng bao gồm trường DwPTS, GP UpPTS, hình 3.6

72

vịng thơng thường, ký hiệu SC-FDMA trường hợp cấu hình tiền tố vịng mở rộng Ký hiệu SC-FDMA số ( ký hiệu thứ khe ) mang tín hiệu chuẩn cho việc giải điều chế kênh

Bảng 3.4 hiển thị thơng số cấu hình tổng quan

Bảng 3.4 Các tham số cấu trúc khung đường lên ( FDD&TDD)

3.5.3. Truyền dẫn liệu hướng lên

Lập kế hoạch nguồn tài nguyên hướng lên thực eNodeB eNodeB cấp tài nguyên thời gian/tần số định cho UE UE thông báo dạng truyền tải mà sử dụng Các định lập lịch biểu dựa thơng số QoS, tình trạng nhớ đệm UE, thơng số chất lượng kênh đường lên, khả UE, đo đạc khoảng cách UE, .v.v

Trong đường lên, liệu cấp phát bội số khối tài nguyên Kích thước khối tài nguyên đường lên miền tần số 12 sóng mang con, tức giống đường xuống Tuy nhiên tất bội số phép để đơn giải hóa việc thiết kế DFT trình xử lý tín hiệu hướng lên Chỉ có số 2,3 phép Không giống đường xuống, UE gán khối tài nguyên liên tiếp đường lên LTE

73 lý ( PUSCH)

Bằng cách sử dụng nhảy tần hướng lên PUSCH, tác dụng phân tập tần số khai thác nhiễu lấy trung bình

Xuất phát từ UE việc cấp phát tài nguyên đường lên thông tin nhảy tần từ việc trợ cấp lập lịch biểu hướng lên nhận trước bốn khung DCI ( thông tin điều khiển hướng xuống ) dạng sử dụng PDCCH để vận chuyển trợ cấp lập lịch biểu hướng lên

74

Hình 3.12 Phát & thu hướng lên LTE

LTE hỗ trợ hai nhảy tần bên liên khung Nó cấu hình lớp cao cho dù nhảy hai bên liên khung nhảy liên khung hỗ trợ

1- Kênh điều khiển hướng lên PUCCH

Kênh điều khiển hướng lên vật lý (PUCCH) mang thông tin điều khiển hướng lên (UCI), tức thông tin ACK/NACK liên quan tới việc nhận gói liệu đường xuống, báo cáo số chất lượng kênh (CQI), thông tin ma trận tiền mã hóa (PMI) số bậc (RI) cho MIMO, yêu cầu lập kế hoạch (SR) PUCCH truyền vùng tần số dành riêng hướng lên mà cấu hình lớp cao Các khối tài nguyên PUCCH đặt vào hai biên băng thông đường lên, nhảy tần liên khe sử dụng PUCCH

3.5.4. So sánh OFDMA SC-FDMA

75

dịch pha cầu phương (QPSK) Như mô tả, tín hiệu LTE cấp phát đơn vị 12 sóng mang lân cận

Bên trái hình 3.13, M sóng mang 15kHz liền kề đặt vào địa điểm mong muốn băng thơng kênh sóng mang điều chế với chu kỳ ký hiệu OFDMA 66,7ps ký hiệu liệu QPSK Trong ví dụ này, bốn sóng mang con, bốn ký hiệu đưa song song Đây ký hiệu liệu QPSK có pha sóng mang điều chế cơng suất sóng mang giữ không đổi ký hiệu Sau chu kỳ ký hiệu OFDMA trôi qua, CP chèn vào bốn ký hiệu truyền song song Để cho hình ảnh nhìn rõ dàng nên CP hiển thị khoảng trống, nhiên, thực lấp đầy với kết thúc ký hiệu tiếp theo, có nghĩa cơng suất truyền dẫn liên tục có gián đoạn pha biên ký hiệu Để tạo tín hiệu truyền đi, IFFT thực sóng mang để tạo M tín hiệu miền thời gian Chúng vec tơ tổng hợp để tạo dạng sóng miền thời gian cuối sử dụng để truyền dẫn

76

Tín hiệu SC-FDMA bắt đầu với qui trình đứng trước đặc biệt sau tiếp tục cách tương tự OFDMA Tuy nhiên trước hết ta xem hình bên phải hình 3.13 Sự khác biệt rõ dàng OFDMA truyền bốn ký hiệu liệu QPSK song song sóng mang con, SC- FDMA truyền bốn ký hiệu liệu QPSK loạt bốn lần , với ký hiệu liệu chiếm M X 15kHz băng thơng

Nhìn cách trực quan, tín hiệu OFDMA đa sóng mang với ký hiệu liệu sóng mang con, tín hiệu SC-FDMA xuất nhiều sóng mang đơn ( mà có “SC” tên SC-FDMA ) với ký hiệu liệu biểu diễn loạt tín hiệu Lưu ý chiều dài ký hiệu OFDMA & SC-FDMA với 66,7^s, nhiên, ký hiệu SC-FDMA có chứa M ký hiệu mà biểu diễn cho liệu điều chế Đó việc truyền tải song song nhiều ký hiệu tạo PAPR cao không mong muốn với OFDMA Bằng cách truyền M ký hiệu liệu dãy vào M thời điểm, SC-FDMA chiếm băng thông đa sóng mang OSC-FDMA chủ yếu PAPR tương tự sử dụng cho ký hiệu liệu gốc Thêm vào nhiều dạng sóng QPSK băng hẹp OFDMA tạo đỉnh cao thấy băng thơng rộng hơn, dạng sóng QPSK đơn sóng mang SC-FDMA

3.6. Tổng quan kỹ thuật đa ăng ten MIMO

77

hướng búp sóng(beamforming) cách điều khiển mối tương quan pha tín hiệu điện phát vào ăng ten với lượng truyền lái theo tự nhiên Loại thứ ba sử dụng phân tách không gian ( khác biệt đường dẫn cách tách biệt ăng ten ) thông qua việc sử dụng ghép kênh theo không gian tạo chùm tia, gọi kỹ thuật đa đầu vào, đa đầu (MIMO )

Hình 3.12 cho thấy, có cách để thực việc sử dụng kênh vô tuyến Để đơn giản vị dụ miêu tả sử dụng hai ăng ten

Hình 3.14 Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến

3.6.1. Đơn đầu vào Đơn đầu (SISO)

78

3.6.2. Đơn đầu vào đa đầu (SIMO)

Một chế độ thứ hai thể hình 3.14 đơn đầu vào đa đầu (SIMO), sử dụng máy phát hai nhiều máy thu SIMO thường gọi phân tập thu Chế độ truy nhập kênh vơ tuyến đặc biệt thích hợp cho điều kiện tín hiệu-nhiễu(SNR) thấp Trong có độ lợi lý thuyết đạt 3dB hai máy thu sử dụng, khơng có thay đổi tốc độ liệu có dịng liệu truyền, vùng phủ sóng biên ô cải thiện giảm SNR sử dụng

3.6.3. Đa đầu vào đơn đầu (MISO)

Chế độ đa đầu vào đơn đầu (MISO) sử dụng số máy phát hai nhiều máy thu( hình 3.14 cho thấy có máy phát máy thu cho đơn giản ) MISO thường gọi phân tập phát Cùng liệu gửi hai ăng ten phát với chế độ mã hóa mà máy thu nhận biết máy phát Phân tập phát làm tăng mạnh tín hiệu bị phading làm tăng hiệu suất điều kiện SNR phấp MISO không làm tăng tốc độ liệu, hỗ trợ tốc độ liệu tương tự cách sử dụng lượng Phân tập phát tăng cường với phản hồi vịng đóng từ máy thu để truyền cân tối ưu pha công suất sử dụng cho ăng ten phát

3.6.4. Đa đầu vào đa đầu (MIMO)

79

với nhiều luồng phát Số lượng luồng phát không nhầm lẫn với số lượng ăng ten phát Hãy xem xét trường hợp phân tập phát (MISO) có hai máy phát có dịng liệu Thêm phân tập thu (SIMO) không chuyển cấu hình vào MIMO, có hai ăng ten phát hai ăng ten thu có liên quan Nói cách khác SIMO+MISO # MIMO Nó ln có số máy phát nhiều số luồng liệu cách không khác cách Nếu N luồng liệu truyền từ N ăng ten, liệu khơng giải xáo trộn cách đầy đủ số máy thu từ tạo chồng chéo luồng mà khơng có bổ sung phân tập theo khơng gian tạo nhiễu Tuy nhiên mặt không gian việc tách biệt N luồng qua tối thiểu N ăng ten, N máy thu tái tạo lại đầy đủ liệu ban đầu luồng cung cấp tương quan đường dẫn nhiễu kênh vô tuyến đủ thấp

Một yếu tố quan trọng cho hoạt động MIMO việc truyền từ ăng ten phải nhận dạng để máy thu xác định kết hợp việc truyền mà nhận việc nhận dạng thường thực với tín hiệu đạo, sử dụng mẫu trực giao cho ăng ten Sự phân tập không gian kênh vô tuyến nghĩa MIMO có khả làm tăng tốc độ liệu Hình thức MIMO gán dịng liệu cho ăng ten thể hình 3.15

80

Trong dạng này, luồng liệu gán cho ăng ten biết đến ánh xạ trực tiếp Kênh sau trộn lên truyền hai với bên nhận, ăng ten nhận thấy kết hợp luồng Giải mã tín hiệu nhận q trình khéo léo bên nhận, việc phân tích mẫu nhận dạng máy phát để xác định xem kết hợp luồng truyền Việc áp dụng lọc nghịch đảo tổng hợp luồng nhận để tái tạo lại liệu gốc

Một dạng tiên tiến MIMO bao gồm tiền mã hóa đặc biệt để phù hợp với việc truyền dẫn chế độ đặc biệt kênh Kết tối ưu luồng lan truyền qua nhiều ăng ten phát Với kỹ thuật để làm việc hiệu máy phát phải có hiểu biết điều kiện kênh truyền, trường hợp FDD điều kiện phải cung cấp thời gian thực thơng tin phản hồi từ UE Như làm phức tạp thêm cách đáng kể cho việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp với hiệu suất cao Tiền mã hóa với hệ thống

TDD không yêu cầu nhận phản hồi máy phát xác định cách độc lập điều kiện kênh truyền việc phân tích tín hiệu nhận tần số

81

đặc biệt phù hợp với mơi trường nhà, tạo mức độ cao đa đường cực tiểu tầm nhìn

3.6.5. Ăng ten MIMO 4G LTE

Các vấn đề kỹ thuật ăng ten trình bày trên, xét tới quy định LTE, bắt đầu với số thuật ngữ định nghĩa số thuật ngữ sử dụng sau :

❖ Từ mã: từ mã biểu diễn liệu người dùng trước định dạng để truyền Một hai từ mã , CW0 CW1, sử dụng tùy thuộc vào điều kiện kênh truyền chiếm ưu trường hợp sử dụng Trong trường hợp phổ biến MIMO người sử dụng (SU-MIMO), hai từ mã gửi đến UE nhất, trường hợp phổ biến đường xuống MIMO nhiều người dùng (MU-MIMO), từ mã gửi cho UE

❖ Lớp: thuật ngữ lớp đồng nghĩa với luồng Đối với ghép kênh không gian, tối thiểu hai lớp phải sử dụng Được cho phép lên tới bốn lớp Số lượng lớp biểu thị biểu tượng v Số lượng lớp nhỏ số lượng ăng ten

❖ Tiền mã hóa(Precoding): Tiền mã hóa chỉnh sửa tín hiệu lớp trước truyền Điều thực với phân tập, tạo chùm tia ghép kênh không gian

82

Các biểu tượng d,x y sử dụng chi tiết kỹ thuật để biểu thị tín hiệu trước sau lớp ánh xạ sau tiền mã hóa

3.6.5.I Chế độ truyền dẫn đa ăng ten đường xuống LTE

Có chế độ truyền dẫn đa ăng ten xác định cho LTE để tối ưu hiệu suất đường xuống điều kiện vô tuyến khác Đó :

❖Cổng đơn-ăngten; cổng 0-MIMO ❖Phân tập phát MISO

❖ Ghép kênh không gian vịng mở MIMO, khơng có tiền

mã hóa

❖Ghép kênh khơng gian vịng đóng MIMO, khơng có tiền mã hóa

❖MIMO đa-người sử dụng MIMO, UE tách biệt

❖Vịng đóng bậc =1 tiền mã hóa-MISO, lái chùm tia (beamsteering)

❖ Cổng đơn- ăng ten; cổng -MISO, lái chùm tia

Chế độ sử dụng cho máy phát, UE phải có máy thu, cấu hình MISO, chế độ quy định khả máy thu mà yêu cầu hiệu suất xác định Nó thường thực cách sử dụng tỉ lệ tối đa việc kết hợp luồng nhận để cải thiện SNR điều kiện Phân tập thu cung cấp độ lợi điều kiện tốt

83

Chế độ thứ chế độ ghép kênh không gian MIMO vòng mở, hỗ trợ cho cấu hình hai bốn ăng ten Giả sử máy thu UE hai kênh, thiết kế cho phép 2x2 4x2 MIMO Một máy thu UE bốn kênh, yêu cầu cho cấu hình 4x4, xác định chưa có khả thực tương lai gần Các cấu hình phổ biến 2x2 4x2 SU-MIMO Trong trường hợp tải liệu chia thành hai từ mã luồng CW0 CW1và xử lý theo bước hình 3.13

Chế độ thứ tư MIMO vịng kín, u cầu tiền mã hóa luồng liệu Tùy thuộc vào tiền mã hóa sử dụng, từ mã biểu diễn cho pha công suất khác ăng ten

Đối với trường hợp FDD máy phát phải có kiến thức kênh truyền, điều cung cấp UE kênh điều khiển đường lên Các kiến thức bao gồm CQI, số ma trận tiền mã hóa (PMI), số bậc(RI) Các phản hồi PMI sử dụng phương pháp bảng mã để cung cấp số vào tập xác định trước ma trận tiền mã hóa Với cấu hình 2x2 có ba từ mã khác nhau; với 4x2 có 16 từ mã

Chế độ truyền dẫn thứ năm MU-MIMO Đây trường hợp đặc biệt chế độ từ mã dành cho UE khác MU-MIMO vịng -kín khơng áp dụng trường hợp

84

thu nhạy cảm với tín hiệu đến từ hướng cụ thể Trong LTE biên độ pha RB riêng lẻ điều chỉnh làm cho hướng búp sóng xa linh hoạt

Chế độ truyền dẫn thứ bảy dạng lái chùm tia Nó tương tự chế độ 6, ngoại trừ ăng ten bổ sung ( cổng 5) sử dụng để tạo thành chùm tia dành riêng hướng tới UE mà mang tín hiệu chuẩn tạo chùm tia UE- đặc trưng

Một thách thức việc hỗ trợ hai MIMO hệ thống hướng búp sóng hạn chế xung đột đặt thiết kế ăng ten Hệ thống lái chùm tia dựa vào tương quan tín hiệu truyền MIMO dựa vào không tương quan, theo báo cáo hoạt động tốt với ăng ten phân cực ngang 3.6.5.2 Chế độ đa ăng ten hướng lên LTE

Có ba loại kỹ thuật đa ăng ten xác định cho hướng lên : ❖ Phân tập thu eNodeB (đã trình bày phần trước) ❖ SU-MIMO cho UE đơn

❖ MU-MIMO cho nhiều UE

SU-MIMO nằm phạm vi LTE khơng hồn tồn định nghĩa 3GPP phiên Để thực SU-MIMO UE yêu cầu hai máy phát Đây thách thức đáng kể chi phí kích cỡ mức tiêu thụ pin, lý SU-MIMO khơng ưu tiên phát triển Ngồi ra, tốc độ liệu tăng lên đường lên mà có từ MU-MIMO khơng phải quan trọng có đường xuống việc phân phối lưu lượng bất đối xứng Hơn nữa, hệ thống triển khai với đường lên-hiệu năng-hạn chế, khơng thực tế để tăng cường cơng suất phát từ UE đủ để đạt SNR cần thiết eNodeB nhận

85 SU-MIMO

Hình 3.17: Ăng ten MIMO chế độ hướng lên

86

CHƯƠNG - LỚP VẬT LÝ LTE

4.1. Các kênh truyền tải ánh xạ chúng tới kênh vật lý

Bởi chất việc thiết kế, LTE chứa kênh truyền tải chung, kênh truyền tải dành riêng ( kênh dành riêng : DCH , WCDMA ) không tồn Các kênh truyền tải giao diện lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) lớp vật lý Mỗi kênh truyền tải đặc trưng xử lý lớp vật lý liên quan, áp dụng cho kênh vật lý tương ứng sử dụng để mang kênh truyền tải Lớp vật lý cần có khả cung cấp nguồn tài nguyên động để phân phối cho tốc độ liệu khác với việc phân chia tài nguyên người sử dụng khác Phần trình bày kênh truyền tải ánh xạ chúng vào kênh vật lý

1- Kênh quảng bá (BCH): Là kênh phát quảng bá đường xuống

được sử dụng để phát quảng bá thông số hệ thống cần thiết phép thiết bị truy cập vào hệ thống ( để xác định nhà điều hành ) Các thơng số bao gồm, ví dụ , thông số liên quan đến truy nhập ngẫu nhiên mà thơng báo cho thiết bị thành phần tài nguyên dành riêng cho hoạt động truy cập ngẫu nhiên

2- Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH) : Mang liệu người dùng

87 sử dụng

3- Kênh nhắn tin (PCH) : Được sử dụng để mang thông tin tin

nhắn cho thiết bị theo hướng đường xuống để chuyển thiết bị từ trạng thái RRC rảnh dỗi tới trạng thái RRC kết nối

4- Kênh phát đa điểm (MCH) : Được sử dụng để truyền nội dung

các dịch

vụ phát đa điểm tới UE theo hướng đường xuống

5- Kênh chia sẻ đường lên (uplink-SCH) : Mang liệu người

dùng thông tin điều khiển xuất phát từ thiết bị theo hướng đường lên trạng thái RRC kết nối Tương tự DL-SCH, thích ứng liên kết động truyền lại sẵn có

6- Kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH) : Được sử dụng đường lên

để trả lời thông điệp tin nhắn để bắt đầu chuyển từ RRC rảnh dỗi tới trạng thái RRC kết nối theo nhu cầu truyền liệu UE Khơng có liệu lớp cao liệu người dùng truyền RACH ( điều thực với WCDMA), sử dụng nơi cho phép truyền tải uplink-SCH

Trong hướng đường lên uplink-SCH mang kênh chia sẻ hướng lên vật lý(PUSCH) Tương ứng, RACH mang kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) Tồn kênh vật lý bổ sung sử dụng để truyền thông tin điều khiển lớp vật lý Kênh truyền tải hướng lên ánh xạ tới kênh vật lý minh họa hình 4.1

88

Trong hướng đường xuống, PCH ánh xạ tới kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH)

Hình 4.2 Ánh xạ kênh truyền tải hướng xuống tới kênh vật lý

BCH ánh xạ tới kênh quảng bá vật lý (PBCH) DL-SCH ánh xạ tới PDSCH MCH ánh xạ tới kênh phát đa điểm vật lý, thể hình 4.2

4.2. Điều chế

Trong điều chế hướng lên sử dụng điều chế truyền thống điều chế biên độ cầu phương(QAM) Trong phương pháp điều chế sẵn có ( cho liệu người dùng ) khóa dịch pha vng góc(QPSK), 16QAM 64QAM Trong QPSK & 16QAM sẵn có tất thiết bị, việc hỗ trợ cho 64QAM theo hướng đường lên khả UE Các chòm điểm điều chế khác thể hình 4.3

Hình 4.3: Các chịm điểm điều chế LTE

89

hiệu khác chuỗi Tùy thuộc vào chuỗi chọn dẫn đến tỉ lệ đỉnh- trung bình (PAR) giá trị Metric khối (CM) thực tế có phần thấp cao so với giá trị QPSK

Sử dụng điều chế QPSK cho phép hiệu công suất phát tốt vận hành chế độ công suất truyền tải đầy đủ điều chế định kết CM ( SC-FDMA) yêu cầu thiết bị khuyếch đại chờ để truyền Các thiết bị sử dụng công suất phát tối đa thấp vận hành với điều chế 16QAM 64QAM

Trong hướng đường xuống, phương pháp điều chế cho liệu người sử dụng tương tự hướng lên Theo lý thuyết hệ thống OFDM sử dụng điều chế khác cho sóng mang Để có kênh thơng tin chất lượng ( báo hiệu ) với độ chi tiết khơng thể khả thi dẫn đến chi phí q mức Nếu điều chế riêng sóng mang có q nhiều bít hướng đường xuống dành cho báo nhận tham số sóng mang hướng đường lên phản hồi thị chất lượng kênh ( CQI) cần phải chi tiết để đạt mức độ chi tiết sóng mang để thích ứng

Ngồi khóa dịch pha nhị phân(BPSK) xác định cho kênh điều khiển, sử dụng BPSK QPSK cho truyền dẫn thông tin điều khiển

4.3. Truyền tải liệu người sử dụng hướng lên

90

nguồn tài nguyên cần truy nhập ngẫu nhiên sử dụng Đối với mục đích thiết bị có nhu cầu cần phải cung cấp thông tin cho lập lịch biểu đuờng lên yêu cầu truyền dẫn ( đệm trạng thái) có nhu dựa nguồn tài ngun cơng suất truyền tải sẵn có

Hình 4.4: Cấp phát tài nguyên hướng lên điều khiển lập biểu eNodeB

91

Hình 4.5 Cấu trúc khung LTE FDD

Trong khe 0.5ms có ký hiệu tham chiếu ký hiệu liệu người sử dụng Tốc độ liệu người dung tạm thời đổi chức phân bổ tài nguyên đường lên tùy thuộc vào băng thông tạm thời cấp phát Băng thơng cấp phát 20MHz bậc 180kHz Cấp phát liên tục truyền dẫn đường lên FDMA điều chế với ký hiệu truyền thời điểm Băng thông khe điều chỉnh TTI liên tiếp minh họa hình 5.6 Nơi mà tăng gấp đơi tốc độ liệu kết tăng gấp đôi băng thông sử dụng Các ký hiệu tham chiếu chiếm không gian miền thời gian tốc độ liệu cao kết tăng tương ứng với tốc độ liệu ký hiệu tham chiếu

92

Tiền tố vòng (Crylic Prefix) sử dụng đường lên có hai giá trị phụ thuộc vào việc tiền tố vòng ngắn dài áp dụng Các thông số khác không thay đổi khe 0,5ms chứa ký hiệu hình 4.7 Các tải trọng liệu bị giảm bớt tiền tố vịng mở rộng sử dụng Nhưng khơng sử dụng thường xun thường có lợi hiệu suất có ký hiệu lớn nhiều so với suy giảm có từ nhiễu liên ký tự trễ kênh dài so với tiền tố vịng

Hình 4.7: Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vòng ngắn dài

Kết tốc độ liệu hướng lên tức thời khung 1ms chức điều chế, số lượng khối tài nguyên cấp phát, tổng số chi phí cho thông tin điều khiển tốc độ mã hóa kênh áp dụng Phạm vi tốc độ liệu đỉnh hướng lên tức thời tính tóan từ nguồn tài nguyên lớp vật lý khoảng từ 700kbps tới 86Mbps Khơng có đa ăng ten cho truyền tải hướng lên xác định phiên Tốc độ liệu tức thời cho UE phụ thuộc vào đặc điểm đường lên LTE từ yếu tố sau :

1- Phương thức điều chế áp dụng: với 2,4 bits ký hiệu điều chế tùy thuộc vào trình tự điều chế với QPSK , 16QAM 64QAM tương ứng

93

con ( khối tài nguyên 180kHz) băng thông hệ thống lên đến 1200 sóng mang với băng thơng 20MHz

3- Tốc độ mã hóa kênh áp dụng

4- Tốc độ liệu trung bình phụ thuộc vào thời gian phân bổ tài nguyên miền Các ô khu vực cụ thể, suất liệu tối đa tăng lên với MIMO ảo ( V-MIMO) Trong V-MIMO

eNodeB xử lý truyền từ hai UE khác ( với ăngten phát đơn ) kiểu truyền dẫn MIMO V-MIMO khơng góp phần vào tốc độ liệu tối đa cho người dùng đơn lẻ

Mã hóa kênh chọn cho liệu người dùng LTE mã turbo Mã hóa mã chập ghép song song ( PCCC) mã hóa kiểu turbo Mã turbo đan xen WCDMA sửa đổi để phù hợp với đặc tính LTE, cấu trúc khe cho phép linh hoạt để thực việc sử lý tín hiệu song song với tốc độ liệu tăng lên

LTE sử dụng kết hợp với phát lại lớp vật lý, thường gọi yêu cầu lặp lại thích ứng hỗn hợp (HARQ) Trong vận hành lớp vật lý HARQ nhận lưu trữ gói tin việc kiểm tra CRC thất bại kết hợp gói tin nhận nhận truyền lại

94

Hình 4.8 Chuỗi mã hóa kênh PUSCH

Dữ liệu thông tin điều khiển ghép kênh theo thwoif gian mức thành phần tài nguyên Dữ liệu điều chế cách độc lập với thông tin điều khiển, thời gian điều chế 1ms TTI

95

4.4. Truyền dẫn liệu người dùng hướng xuống

Dữ liệu người dùng hướng xuống mang kênh chia sẻ đường xuống vật lý ( PDSCH) Tương tự việc phân bổ tài nguyên 1ms hợp lệ đường xuống Các sóng mang cấp phát đơn vị tài nguyên 12 sóng mang dẫn đến đơn vị cấp phát 180kHz ( khối tài nguyên vật lý, PRBs) Với PDSCH, đa truy nhập OFDMA, sóng mang truyền song song với 15kHz tốc độ liệu người sử dụng phụ thuộc vào số lượng sóng mang cấp phát ( khối tài nguyên thực tế ) cho người dùng định eNodeB cấp phát khối tài nguyên dựa số chất lượng kênh (CQI) từ thiết bị đầu cuối Tương tự đường lên, khối tài nguyên cấp phát miền thời gian miền tần số, minh họa hình 4.10

Hình 4.10 Cấp phát tài nguyên đường xuống eNodeB

96

khe 0,5ms thứ hoàn toàn cho liệu ( cho PDSCH) tiền tố vòng dài ký hiệu gắn khe 0,5ms Trong với tiền tố vịng ngắn ký hiệu gắn vào hình 4.11 Ví dụ hình 4.11, giả sử có ký hiệu cho PDCCH điều thay đổi Với băng thông nhỏ 1,4MHz số ký hiệu thay đổi cho phép có đủ dung lượng để truyền tín hiệu đủ bit phép mã hóa kênh đủ tốt trường hợp quan trọng

Hình 4.11 Cấu trúc khe đường xuống cho băng thơng 1,4MHz

97

Ngồi ký hiệu điều khiển cho PDCCH, không gian liệu nguời sử dụng có bị giảm bớt tín hiệu chuẩn, tín hiệu đồng liệu quảng bá Do uớc luợng kênh có lợi tín hiệu chuẩn đuợc phân bố miền thời gian miền tần số Điều làm giảm bớt chi phí cần thiết, nhung yêu cầu số quy tắc phải đuợc xác định để hai máy thu máy phát hiểu đuợc để ánh xạ tài nguyên cách giống Từ tổng không gian cấp phát tài nguyên với nhu cầu vận chuyển toàn vào tài khoản cho kênh chung nhu PBCH, tiêu tốn khơng gian tài nguyên riêng họ Một ví dụ PDCCH việc cấp phát tài nguyên PDSCH đuợc thể hình 4.12

Hình 4.13 Ví dụ chia sẻ tài nguyên đường xuống PDCCH & PDSCH

98

cạnh việc mã hóa turbo, đuờng xuống có lớp vật lý HARQ với phuơng pháp kết hợp tuơng tự nhu huớng lên Các loại thiết bị phản ánh số luợng nhớ đệm có sẵn để kết hợp phát lại Chuỗi mã hóa đuờng xuống đuợc minh họa nhu hình 4.13 khơng có ghép kênh nguồn tài nguyên lớp vật lý với PDCCH chúng có nguồn tài nguyên riêng khung 1ms

Một liệu mã hóa, từ mã cung cấp sau cho chức điều chế xáo trộn Ánh xạ điều chế áp dụng điều chế mong muốn ( QPSK, 16QAM 64QAM ) ký hiệu nạp cho lớp ánh xạ trước mã hóa Đối với việc truyền dẫn đa ăng ten ( ) liệu sau chia thành nhiều luồng khác sau ánh xạ để điều chỉnh thành phần tài nguyên sẵn có cho PDSCH sau tín hiệu OFDMA thực tế tạo ra, thể hình 4.14 với ví dụ truyền dẫn ăng ten Nếu có ăng ten phát sẵn có, rõ dàng chức lớp ánh xạ trước mã hóa khơng có vài trị truyền dẫn tín hiệu

Hình 4.14 Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống

Hiệu tốc độ liệu hướng xuống tức thời phụ thuộc vào :

99

2- Cấp phát số lượng sóng mang Lưu ý đường xuống khối tài nguyên không cần thiết phải cấp phát liên tục miền tần số Phạm vi việc cấp phát băng thông tương tự hướng đường lên từ 12 sóng mang ( 180kHz) tới 1200 sóng mang 3- Tốc độ mã hóa kênh

4- Số lượng ăng ten phát ( luồng độc lập ) với hoạt động MIMO Tốc độ liệu đỉnh tức thời cho đường xuống ( giả sử tất tài nguyên cho người dùng tính nguồn tài nguyên vật lý có sẵn) khoảng từ 0,7Mbps tới 170Mbps Thậm chí 300Mbps cao sử dụng cấu hình MIMO - ăng ten Khơng có giới hạn tốc độ liệu nhỏ nhất, cần có đơn vị cấp phát nhỏ ( khối tài ngun) q cao khoảng đệm áp dụng

4.5. Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hướng lên

Đường lên lớp / lớp ( L1/L2) tín hiệu điều khiển chia thành hai lớp hệ thống LTE :

1- Tín hiệu điều khiển trường hợp khơng có liệu hướng lên, diễn PUCCH ( kênh điều khiển hướng lên vật lý )

2- Tín hiệu điều khiển có liệu hướng lên, diễn PUSCH ( kênh chia sẻ hướng lên vật lý )

Do giới hạn mang đơn lẻ, mà truyền dẫn đồng thời PUCCH PUSCH không phép Điều có nghĩa tài nguyên điều khiển riêng biệt định nghĩa cho trường hợp có khơng có liệu hướng lên Lựa chọn thay xem xét truyền song song miền tần số ( có hại cho phát biên ) phân chia thời gian túy ( có hại cho vùng phủ sóng kênh điều khiển ) Phương pháp lựa chọn tối đa quỹ liên kết cho PUCCH phải ln trì thuộc tính truyền tải đơn lẻ tín hiệu truyền

100

riêng cho thiết bị người sử dụng (UE) truyền tín hiệu điều khiển L1/L2 PUCCH tối ưu hóa cho số lượng lớn UE đồng thời với số tương đối nhỏ bít báo hiệu điều khiển UE PUSCH mang tín hiệu điều khiển L1/L2 hướng lên UE lên kế hoạch truyền liệu PUSCH có khả truyền tín hiệu điều khiển với phạm vi lớn kích cỡ báo hiệu hỗ trợ Dữ liệu trường điều khiển khác ACK/NACK CQI tách biệt cách ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) việc ánh xạ chúng vào ký hiệu điều chế riêng biệt trước biến đổi fourier rời rạc ( DFT) Các tốc độ mã hóa khác cho điều khiển đạt việc chiếm giữ số khác ký hiệu cho trường điều khiển

Có hai loại thơng tin báo hiệu điều khiển L1 & L2 cho đường lên :

1- Dữ liệu liên quan tới báo hiệu ( vận chuyển định dạng thông tin HARQ) , kết hợp với truyền dẫn liệu hướng lên

2- Dữ liệu không liên quan tới báo hiệu ( ACK/NACK truyền dẫn liệu đường xuống, CQI đường xuống, yêu cầu lập lịch biểu cho truyền dẫn đường lên )

101

4.5.1. Kênh điều khiển đường lên vật lý ( PUCCH)

Từ viễn cảnh UE nhất, PUCCH bao gồm tài nguyên tần số khối tài nguyên ( 12 sóng mang ) tài nguyên thời gian khung Để xử lý trường hợp vùng phủ bị hạn chế , việc truyền ACK/NACK mở rộng toàn khung 1ms Hơn nữa, hỗ trợ trường hợp phủ sóng bị hạn chế đồng ý lặp lại ACK/NACK hỗ trợ đường lên LTE Khe dựa nhảy tần giới hạn giải băng đối xứng qua tần số trung tâm sử dụng PUCCH, thể hình 4.15 Nhảy tần cung cấp phân tập tần số cần thiết cần có để báo hiệu điều khiển khỏi trễ nghiêm trọng

Hình 4.15 Tài nguyên PUCCH

Các UE khác tách riêng PUCCH cách ghép kênh phân chia theo tần số ( FDM) ghép kênh phân chia theo mã ( CDM) FDM sử dụng khối tài nguyên CDM sử dụng bên khối tài nguyên PUCCH

Có hai cách thực CDM bên khối tài nguyên PUCCH : ❖ CDM cách dịch chuyển theo chu kỳ chuỗi mã

tương quan zero biên độ không đổi (CAZAC)

102

4.5.2. Cấu hình PUCCH

Số lượng khối tài nguyên khe dành riêng cho PUCCH truyền tải câu hình tham số NRB

Tham số hệ thống phát có thê xem số lượng tối đa khối tài nguyên dành riêng cho PUCCH thực tế kích thước PUCCH thay đổi động dựa kênh số định dạng điều khiên vật lý ( PCFICH) Tham số sử dụng đê xác định khu vực PUSCH nhảy tần Số lượng khối tài nguyên dành riêng cho chu kỳ CQI ( ví dụ PUCCH dạng 2/2a/2b ) cấu hình tham số hệ thống khác NRB

Nhìn chung tạo ý nghĩa cho việc cấp phát khối tài nguyên PUCCH riêng cho PUCCH dạng 1/1a/1b PUCCH dạng 2/2a/2b Với băng thông hệ thống hẹp tùy chọn 1,4MHz, nhiên điều dẫn đến chi phí cho PUCCH q cao Vì vậy, chia sẻ khối tài nguyên PUCCH người dùng dạng 1/1a/1b dạng 2/2a/2b hỗ trợ thông số kỹ thuật LTE Khối tài nguyên hỗn hợp câu hình tham số hệ thống phát NCS

, số thay đổi theo chu kỳ dành riêng cho PUCCH dạng 1/1a/1b khối tài nguyên PUCCH hỗn hợp

Tài nguyên sử dụng đê truyền tải PUCCH dạng 2/2a/2b xác định số tài nguyên, ánh xạ trực tiếp vào tài nguyên CS nhât

4.5.3. Báo hiệu điều khiển PUSCH

103

❖ Làm đê bố trí việc ghép kênh liệu đường lên lĩch vực điều khiên khác

❖ Làm đê điều chỉnh chât lượng tín hiệu L1/L2 truyền PUSCH

Hình 4.16 cho thây nguyên tắc việc điều khiên ghép kênh liệu ký hiệu SC-FDMA Đê trì đặc tính sóng mang đơn, ký hiệu tín hiệu phát liệu điều khiên khác ghép kênh trước tới DFT Các trường liệu điều khiên khác ( ACK/NACK, CQI / số ma trận tiền mã hóa [PMI], thị hạng [RI] ) mã hóa điều chế riêng biệt trước ghép kênh chúng thành khối ký hiệu SC-FDMA giống Câp khối ghép kênh xem xét, dẫn đến chi phí điều khiển lớn Sử dụng kế hoạch ghép kênh mức ký hiệu chọn tỷ lệ ký hiệu liệu ký hiệu điều khiển điều chỉnh xác khối SC-FDMA

Hình 4.16 Nguyên tắc điều chế liệu điều khiển.

104

Hình 4.17 Cấp phát trường liệu & điều khiển khác PUSCH

Ghép kênh liệu điều khiển thực để điều khiển có mặt hai khe khung Điều đảm bảo kênh điều khiển có lợi từ nhảy tần áp dụng ACK/NACK đặt cuối ký hiệu SC- FDMA bên cạnh tín hiệu chuẩn Lớn có hai ký hiệu SC-FDMA khe cấp phát để báo hiệu ACK/NACK Cũng áp dụng cho RI, đặt vào ký hiệu SC-FDMA bên cạnh ACK/NACK Các ký hiệu CQI/PMI đặt vào đầu ký hiệu SC-FDMA chúng lan truyền tất ký hiệu SC-FDMA sẵn có

105

ACK/NACK RI cho 16QAM 64QAM Lựa chọn cung cấp độ khuyếch đại công suất nhỏ cho ký hiệu ACK/NACK RI, so với liệu PUSCH sử dụng điều chế bậc cao

Bốn phương pháp mã hóa kênh khác áp dụng với tín hiệu điều khiển truyền PUSCH :

❖ Chỉ có mã hóa lặp lại : 1-bít ACK/NACK ❖ Mã hóa đơn cơng : 2-bít ACK/NACK/RI

❖ Mã hóa khối Reed-Muller ( 32-N) : CQI/PMI < 11 bít ❖ Mã chập kẹp cuối(tail-biting) ( 1/3) : CQI/PMI > 11 bít

Một vấn đề quan trọng liên quan tới điều khiển tín hiệu PUSCH để giữ cho hiệu suất tín hiệu điều khiển mức đích Cần lưu ý điều khiển công suất thiết lập mục tiêu SIRN PUSCH phù hợp với kênh liệu Do đó, kênh điều khiển có phải thích nghi với điểm hoạt động SIRN thiết lập cho liệu Có cách để điều chỉnh tài nguyên có sẵn áp dụng cho giá trị bù đắp công suất khác cho liệu phần điều khiển khác Nhưng vấn đề kế hoạch bù cơng suất tính chất sóng mang đơn bị phá hủy phần Do kế hoạch không sử dụng hệ thống đường lên LTE

Như đề cập, tham số bù đắp sử dụng để điều chỉnh chất lượng tín hiệu điều khiển cho kênh liệu PUSCH Nó tham số riêng UE cấu hình tín hiệu lớp cao Các kênh điều khiển khác cần thiết lập tham số bù đắp riêng chúng Có số vấn đề cần tính đến cấu hình tham số bù đắp là:

❖ Điểm hoạt động BLER cho kênh liệu PUSCH ❖ Điểm hoạt động BLER cho kênh điều khiển L1/L2

106 ❖ Hiệu suất DTX

Các điểm vận hành BLER khác cho liệu phần điều khiển HARQ sử dụng cho kênh liệu kênh điều khiển không hưởng lợi từ HARQ Sự khác biệt cao điểm vận hành BERL liệu kênh điều khiển, lớn thông số bù đắp Động thái tương tự liên quan tới kích thước gói tin Các giá trị bù đắp cao cần thiết với tín hiệu ACK/NACK khơng có độ lợi mã hóa

4.6. Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý)

Truyền dan truy cập ngẫu nhiên kiểu truyền dan không đồng hướng lên LTE Mặc dù thiết bị đầu cuối phải đồng với tín hiệu đường xuống nhận trước truyền RACH, khơng thể xác định khoảng cách từ trạm gốc Vì vậy, định thời khơng chắn gây phần dư trễ lan truyền hai chiều truyền dẫn RACH

107

Hình 4.18 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho FDD

Trong cấu trúc khung LTE loại ( FDD), có tài nguyên PRACH cấu hình thành khung Tính chu kỳ tài nguyên PRACH thu nhỏ lại theo tải trọng RACH dự kiến, tài nguyên PRACH xuất từ khung lần 20ms Truyền dẫn PRACH bao gồm chuỗi phần mở đầu tiền tố vòng đứng trước với bốn định dạng khác đuợc thể hình 4.18

108

nguồn PRACH chiếm 1,08MHz băng thơng, cung cấp độ xác hợp lý để tính tốn định thời

Các chuỗi Zadoff-Chu thuộc CAZAC sử dụng chuỗi phần mở đầu RACH

4.7. Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống

Thông tin điều khiển theo hướng đường xuống mang sử dụng ba kiểu khác thông điệp điều khiển :

1- Chỉ số định dạng điều khiển (CFI), cho biết số lượng tài nguyên dành cho việc điều khiển kênh sử dụng CFI ánh xạ vào kênh thị định dạng điều khiển vật lý ( PCFICH)

2- Chỉ thị HARQ ( HI), thông báo thành cơng gói liệu hướng lên nhận được.HI ánh xạ lên kênh thị HARQ vật lý (PHICH)

3- Thông tin điều khiển hướng xuống ( DCI), điều khiển với định dạng khác tất cấp phát taì nguyên lớp vật lý hai hướng đường lên đường xuống có nhiều định dạng cho nhu cầu khác DCI ánh xạ lên kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PDCCH)

4.7.1. Kênh thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH)

109 người sử dụng đồng thời

Khi hoạt động 1,4MHz, nguồn tài nguyên PDCCH , ký hiệu để đảm bảo đủ kích thước trọng tải có đủ khoảng sóng cho tất tình truyền tín hiệu Trong mạng lớn quan trọng phải có đủ chỗ cho kênh mã hóa với truyền tín hiệu, đặc biệt cho hoạt động với RACH

4.7.2. Kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PCDCH)

UE thu thông tin từ PDCCH cho cấp phát tài nguyên hướng xuống hướng lên mà UE sử dụng DCI ánh xạ vào PDCCH có dạng khác tùy thuộc vào kích thước DCI truyền cách sử dụng nhiều phần tử kênh điều khiển ( CCE) Một CCE nhóm phần tử tài nguyên Mỗi nhóm bao gồm phần tử tài nguyên Các định dạng PDCCH khác thể bảng 4.1

Bảng 4.1 Dạng PDCCH kích thước chúng

Ta thấy PDCCH sử dụng điều chế QPSK, sau phần tử tài ngun đơn lẻ mang bít có bít nhóm phần tử tài nguyên

110

và chứa thơng tin điều khiển công suất

DCI ánh xạ tới PDCCH có bốn định dạng khác biến đổi khác cho định dạng Nó cung cấp thơng tin điều khiển cho trường hợp sau :

❖Thông tin cấp phát PUSCH ( DCI dạng )

❖Thông tin PDSCH với từ mã ( DCI dạng biến thể )

❖Thơng tin PDSCH với hai từ mã ( DCI dạng biến thể )

❖ Thơng tin điều khiển công suất hướng lên ( DCI dạng biến thể )

PDCCH có chứa thơng tin liên quan tới PDSCH thường gọi phân công đường xuống Các thông tin mang phân công đường xuống cung cấp thông tin cấp phát tài nguyên đường xuống liên quan tới PDSCH :

❖ Thông tin cấp phát khối tài ngun Nó vị trí tài nguyên cấp phát cho người sử dụng vấn đề miền tài nguyên khối

❖ Phương thức điều chế vã mã hóa sử dụng cho liệu người dùng hướng xuống bít báo hiệu bậc điều chế kích thước khối truyền tải ( TBZ)

❖ Số tiến trình HARQ cần báo hiệu, truyền lại HARQ từ eNodeB quan điểm không đồng truyền dẫn xác tới chức lập lịch biểu eNodeB

❖ Một số liệu cho biết việc truyền dẫn tiến trình cụ thể có truyền lại hay khơng

111

PDCCH Các lênh điều khiển cơng suất có bít có sử dụng điều chỉnh tăng giảm công suất

4.7.3. Kênh thị HARQ vật lý ( PHICH)

Nhiệm vụ kênh thị HARQ vật lý (PHICH) đơn giản để theo hướng đường xuống xem gói tin đường lên nhận xác hay khơng Cơng cụ giải mã PHICH dựa thông tin cấp phát hướng lên nhận PDCCH

4.7.4. Các chế độ truyền dẫn hướng xuống

Để vận hành hệ thống mạnh mẽ hiệu quả, điều quan trọng UE phải biết trước loại hình truyền dẫn để chờ đợi Nếu chế độ truyền thay đổi động từ khung tới khung khác UE cần phải giám sát tất định dạng DCI có cách đồng thời, dẫn tới gia tăng đáng kể số lượng vùng mù giải mã phức tạp máy thu ( có gia tăng số lượng lỗi báo hiệu ) Hơn nữa, UE cung cấp kênh phản hồi có nghĩa từ

Do UE cấu hình nửa ổn định qua tín hiệu RRC cho chế độ truyền dẫn Chế độ truyền dẫn xác định loại hình truyền dẫn đường xuống mà UE mong muốn Trong LTE phiên 8, bảy phương thức truyền dẫn xác định :

❖ Cổng đơn ăng ten ; port Đây chế độ đơn giản vận hành khơng có tiền - mã hóa

❖ Phân tập phát Với hai bốn cổng ăng ten sử dụng SFBC ❖ Ghép kênh khơng gian vịng hở Đây chế độ vòng hở với khả

112

❖ Ghép kênh không gian vịng kín Đây chế độ ghép kênh khơng gian với phản hồi tiền-mã hóa hỗ trợ thích ứng bậc động ❖ MIMO nhiều người sử dụng Chế độ truyền dẫn cho hoạt động

MU-MIMO đường xuống

❖ Vịng kín bậc tiền-mã hóa vịng kín tiền-mã hóa tương tự truyền dẫn chế độ mà khơng có khả ghép kênh khơng gian ❖ Cổng đơn ăng ten ; port Chế độ sử dụng vận hành tạo chùm tia tín hiệu chuẩn riêng cho UE sử dụng

4.7.5. Kênh quảng bá vật lý ( PBCH)

Kênh quảng bá vật lý (PBCH) mang thông tin hệ thống cần thiết cho việc truy nhập hệ thống, thông số RACH Kênh cung cấp với băng thông 1,08MHz, hình 4.19

Hình 4.19 Vị trí PBCH tần số trung tâm

113

các khối thông tin hệ thống thực (SIB) sau truyền PDSCH Trong 600 sóng mang hình 4.20 cần 9MHz ( 50 khối tài nguyên ) miền tài nguyên băng thơng hệ thống cần có đủ cho suy giảm nhà khai thác liền kề làm tăng tổng băng thông cần thiết đến 10MHz Với hệ thống băng thơng 1,4MHz khơng có khối tài nguyên hai bên PBCH miền tần số sử dụng, có khối tài nguyên sử dụng cho đáp ứng yêu cầu mặt nạ phổ

4.7.6. Tín hiệu đồng

Có 504 giá trị nhận dạng ô vật lý (PCI) hệ thống LTE, so với 512 mã xáo trộn WCDMA Tín hiệu đồng (PSS) tín hiệu đồng thứ cấp (SSS) truyền đi, tương tự PBCH, ln có băng thơng 1,08MHz, nằm cuối khe khe thứ 11( khe khe 10 ) khung 10ms hình 4.20

Hình 4.20 tín hiệu đồng khung

114

có PCI ( tổng cộng 504 PCI ) Cấu trúc vị trí PCI có nghĩa dùng để lấy mẫu từ tần số trung tâm ( với băng thơng 1,08MHz) với tối đa 5ms có chứa thông tin cần thiết cho việc nhận dạng ô

4.8. Các thủ tục lớp vật lý

Các thủ tục lớp vật lý quan trọng LTE điều khiển công suất, HARQ, ứng trước định thời truy cập ngẫu nhiên ứng trước định thời dựa truyền tín hiệu lớp điều khiển truy nhập bắt buộc (MAC) , liên quan trực tiếp tới lớp vật lý, ứng trước định thời chi tiết đề cập chương

4.8.1. Thủ tục HARQ

HARQ LTE dựa việc sử dụng thủ tục HARQ dừng - - chờ Một gói tin truyền từ eNodeB, UE giải mã cung cấp thơng tin phản hồi PUCCH Đối với báo nhận phủ định (NACK) eNodeB truyền lại UE kết hợp truyền lại với gốc khởi động việc giải mã turbo trở lại Sau giải mã thành công( dựa việc kiểm tra CRC) UE gửi báo nhận tích cực(ACK) cho eNodeB Sau eNodeB gửi gói tin trình HARQ Do việc vận hành chế dừng- - chờ, phải cần có nhiều tiến trình HARQ phép luồng liệu liên tục Trong LTE số tiến trình cố định tới tiến trinh hướng lên xuống Ví dụ minh họa hình 4.21 Với nhiều người sử dụng, phụ thuộc vào lập lịch biểu eNodeB truyền lại gửi theo hướng lên hướng xuống,vì truyền lại yêu cầu nguồn tài nguyên cấp phát

115

Hình 4.21 Vận hành LTE HARQ với tiến trình

Đối với dự phịng tăng, việc phát lại có tốc độ khác để phù hợp với thông số giống truyền tải ban đầu Độ trễ tối thiểu hai điểm cuối

Hình 4.22 Định thời LTE HARQ cho gói tin đường xuống nhất

Khoảng thời gian truyền lại đường xuống tùy thuộc vào việc lập lịch biểu eNodeB thời gian thể hình 4.23 thời điểm sớm truyền lại sảy

116

4.8.2. Ứng trước định thời

Thủ tục điều khiển định thời cần thiết truyền dẫn hướng lên từ người sử dụng khác tới eNodeB chất phạm vi tiền tố vòng Như đồng hướng lên cần thiết để tránh nhiễu người sử dụng việc lập lịch truyền dẫn hướng lên khung eNodeB liên tục có biện pháp định thời tín hiệu hướng lên UE điều chỉnh thời điểm truyền dẫn đường lên thể hình 4.23

Hình 4.23 Điều khiển định thời hướng lên

Các lệnh ứng trước định thời gửi việc điều chỉnh định thời thực cần thiết Độ phân giải lênh ứng trước định thời 0,52^s, ứng trước định thời xác định cách tương đối so với thời điểm khung vô tuyến đường xuống nhận UE

117

cho ứng trước định thời, kích thước lên tới 100km tạo điều kiện, chí cao cách bỏ số tài nguyên chưa sử dụng

4.8.3. Điều khiển công suất

Đối với LTE, điều khiển công suất chậm hướng đường lên Trong hướng đường xuống điều khiển cơng suất Khi băng thơng thay đổi thay đổi tốc độ liệu, công suất truyền dẫn tuyệt đối UE thay đổi

Điều khiển công suất chưa thực điều khiển công suất tuyệt đối mà mật độ phổ công suất ( PSD ), công suất Hz, thiết bị riêng biệt Điều tạo điều kiện cho việc sử dụng tốc độ chậm để điều khiển cơng suất việc sử dụng nguồn tài nguyên trực giao đường lên LTE, tránh vấn đề gần-xa yêu cầu điều khiển công suất nhanh WCDMA

Các động lực cho điều khiển công suất làm giảm mức công suất tiêu thụ thiết bị đầu cuối để tránh dải động lớn eNodeB thu, để làm giảm can nhiễu Nguyên lý điều khiển công suất hướng lên LTE minh họa hình 4.24, nơi mà thay đổi tốc độ liệu mà PSD giữ không đổi kết tổng công suất truyền tải điều chỉnh tương thay đổi tốc độ liệu

118

thất đường truyền, có tính đến thơng số riêng sau áp dụng giá trị( tích lũy) hệ số điều chỉnh nhận từ eNodeB Tùy thuộc vào thông số thiết lập lớp

cao hơn, lệnh điều khiển công suất 1dB lên xuống sau thiết lập của[-1dB, 0, +1dB, +3dB] sử dụng Các đặc điểm kỹ thuật cịn bao gồm điều khiển cơng suất dựa giá trị tuyệt đối Tông dải động điều khiển công suất nhỏ so với WCDMA, thiết bị có mức cơng suất tối thiểu -41dBm so với -50dBm với WCDMA

4.8.4. Nhắn tin

Cho phép nhắn tin, UE cấp phát khoảng nhắn tin khung riêng khoảng thời gian mà thông điệp tin nhắn gửi Sự nhắn tin cung cấp PDSCH ( với thông tin cấp phát PDCCH ) Các tiêu chí thiết kế nhắn tin nhằm đảm bảo đủ chu kỳ DRX cho thiết bị để tiết kiệm lượng để đảm bảo thời gian đáp ứng đủ nhanh cho gọi đến E-UTRAN có thông số khoảng thời gian chu kỳ nhắn tin để đảm bảo đầy đủ khả nhắn tin

4.8.5. Thủ tục báo cáo phản hồi kênh

119

Mục đích báo cáo phản hồi trạng thái kênh để cung cấp cho eNodeB thông tin trạng thái kênh đường xuống nhằm giúp tối ưu hóa định lập lịch biểu gói tin Nguyên tắc báo cáo phản hồi trạng thái kênh trình bày hình 4.25 Trạng thái kênh đánh giá UE dựa việc truyền dẫn đường xuống ( ký hiệu chuẩn) báo cáo tới eNodeB cách sử dụng PUCCH PUSCH Các báo cáo phản hồi trạng thái kênh có chứa thông tin thông số liên quan đến việc lập lịch biểu thích ứng liên kết ( MCS/TBS MIMO ) UE hỗ trợ việc tiếp nhận liệu Sau eNodeB tận dụng lợi ích thơng tin phản hồi việc định lập kế hoạch để sử dụng cách tối ưu nguồn tài nguyên tần số

Nhìn chung báo cáo phản hồi kênh UE lời đề nghị eNodeB không cần phải tuân theo việc lập lịch biểu đường xuống Trong LTE báo cáo phản hồi kênh điều khiển đầy đủ eNodeB UE gửi báo cáo phản hồi trạng thái kênh mà eNodeB trước Thủ tục tương ứng cho việc cung cấp thông tin trạng thái kênh đường lên gọi dò kênh thực cách sử dụng tín hiệu chuẩn thăm dị (SRS)

Sự khác biệt phản hồi thông tin trạng thái kênh LTE so với WCDMA/HSDPA tính chọn lọc tần số báo cáo, ví dụ, thơng tin liên quan đến việc phân phối trạng thái kênh miền tần số đuwocj cung cấp Điều tạo khả cho việc lập lịch biểu gói tin miền tần số (FDPS), phương pháp nhằm phân chia nguồn tài nguyên vô tuyến miền tần số cho người sử dụng khác nhằm tối ưu hóa hiệu suất hệ thống

4.8.6. Hoạt động chế độ bán song công

120

số thu phát riêng rẽ ) truyền dẫn thu nhận không diễn đồng thời chế độ TDD Các dự định 3GPP có lựa chọn cho trường hợp xếp tần số kết yêu cầu lọc song công khơng hợp lý, dẫn đến chi phí cao công suất tiêu thụ cao eNodeB cần phải hiểu số thiết bị dựa hoạt động bán song công Tác động tốc độ liệu đường lên đường xuống khơng cịn độc lập tốc độ liệu sẵn có hướng truyền dẫn phụ thuộc vào việc nguồn tài nguyên cấp phát cho hướng khác Tương tự với hoạt động TDD, người ta cần tới việc lập lịch biểu dựa sở thiết bị ( dựa sở hệ thống giống FDD) để khơng có xung đột việc cấp phát đường lên đường xuống cho UE Ngoài thời gian cần thiết cho UE để thay đổi truyền nhận

4.8.7. Các lớp khả UE đặc điểm hỗ trợ

Trong LTE có năm lớp khả thiết bị xác định Dữ liệu hỗ trợ phạm vi từ tới 75Mbps theo hướng đường lên từ 10 tới 300Mbps theo hướng đường xuống Tất thiết bị hỗ trợ cho 20MHz băng thông cho việc truyền nhận, giả sử băng tần đưa xác định Đó dự đoán trước mà hầu hết trường hợp với băng tần quan tâm

1GHz với băng thông nhỏ hỗ trợ lên tới 20 MHz không định

121

Bảng 4.2 Các loại thiết bị LTE

Các bậc tốc độ liệu lên tới 300Mbps với loại đạt với việc truyền dẫn MIMO với bốn ăng ten, khơng hỗ trợ với loại khác

4.9. Đo lường lớp vật lý

4.9.1. Đo lường eNodeB

Tất chức vơ tuyến đặt eNodeB, có vài phép đo eNodeB mà cần phải báo cáo qua giao diện khơng có chức RRB tập chung riêng biệt điều khiển mạng vô tuyến WCDMA Đo eNodeB quy định thông số kỹ thuật lớp vật lý phiên đường xuống sau :

❖ Công suất sử dụng cho thành phần tài nguyên sử dụng để truyền tín hiệu chuẩn ô cụ thể từ eNodeB ( băng thông hệ thống)

122

Trong 3GPP có bổ sung thêm số phần thông số kỹ thuật vận hành bảo dưỡng ( O & M) để hỗ trợ việc giám sát hiệu hệ thống

4.9.2. Đo lường UE

Đối với UE phép đo sau thực bên hệ thống LTE :

❖ Cơng suất thu tín hiệu chuẩn (RSRP), mà riêng biệt mức trung bình cơng suất đo ( mức trung bình nhánh thu ) thành phần tài ngun có chứa tín hiệu chuẩn cụ thể

❖ Chất lượng thu tín hiệu chuẩn ( RSRQ) tỉ số RSRP E-UTRAN mang thị cường độ tín hiệu nhận (RSSI), với tín hiệu chuẩn

❖ E-UTRAN RSSI, tổng công suất dải rộng thu tần số định, bao gồm nhiễu từ toàn vũ trụ vào tần số cụ thể, cho dù can nhiễu từ nguồn nhiễu khác E-UTRAN RSSI báo cáo UE phép đo riêng lẻ, sử dụng việc tính tốn giá trị RSRQ bên UE

4.10. Cấu hình tham số lớp vật lý

123

Hình 4.26 Tự cấu hình cho PCI

124

CHƯƠNG - CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP

5.1. Thủ tục dị tìm

Dị tìm thủ tục mà theo thiết bị đầu cuối tìm thấy mạng để có khả kết nối tới Nhu phần thủ tục dò tìm ơ, thiết bị đầu cuối tìm đuợc nhận dạng uớc tính định thời khung ô đuợc xác định Hơn nữa, thủ tục dị tìm cung cấp uớc tính thông số cần thiết để thu nhận thông tin hệ thống kênh quảng bá, có chứa thơng số lại cần thiết cho việc truy nhập vào hệ thống

Để tránh việc lập kế hoạch ô phức tạp, số luợng nhận dạng ô lớp vật lý phải có đủ lớn LTE hỗ trợ 510 nhận dạng khác nhau, đuợc chia thành 170 nhóm nhận dạng ô

Để giảm phức tạm việc dị tìm ơ, dị tìm LTE thuờng đuợc thực vài buớc, tuơng tự nhu thủ tục dị tìm ba buớc WCDMA Để hỗ trợ thiết bị đầu cuối thủ tục này, LTE cung cấp tín hiệu đồng sơ cấp tín hiệu đồng thứ cấp đuờng xuống Các tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp chuỗi riêng, đuợc chèn vào hai ký hiệu OFDM cuối khe khung số số nhu đuợc minh hoạ hình 5.1 Ngồi tín hiệu đồng bộ, thủ tục dị tìm lợi dụng tín hiệu tham chiếu nhu phần hoạt động

5.1.1. Các bước thủ tục dị tìm

125

Việc thực thuật tốn uớc tính đuợc cung cấp riêng, nhung có khả để thực việc lọc thích ứng tín hiệu nhận đuợc chuỗi đuợc quy định với tín hiệu đồng sơ cấp Khi đầu lọc thích ứng đạt tới tối đa nó, thiết bị đầu cuối có khả tìm thấy giá trị định thời sở 5ms Buớc đầu đuợc sử dụng để khóa tần số dao động nội thiết bị đầu cuối di động với tần số sóng mang trạm gốc Khóa tần số dao động- nội với tần số trạm gốc giúp giảm bớt yêu cầu độ xác tạo dao động thiết bị đầu cuối di động, nhu giúp làm giảm bớt chi phí

Hình 5.1 Các tín hiệu đồng sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố vịng bình thường )

126

kiến thức cấu trúc tín hiệu chuẩn bước Nhóm nhận dạng, nhiên chưa biết đến thiết bị đầu cuối sau bước

Trong bước tiếp theo, thiết bị đầu cuối phát nhóm nhận dạng ô xác định định thời khung Điều thực cách quan sát cặp khe nơi tín hiệu đồng thứ cấp truyền bản, ( S1, S2) cặp phép chuỗi, nơi mà S1 S2 biểu diễn tín hiệu đồng thứ cấp khung số số 5, cặp đảo ngược ( S2, S1) cặp chuỗi hợp lệ Bằng cách khai thác tính này, thiết bị đầu cuối phân giải khơng rõ dàng định thời 5ms kết bước thủ tục dị tìm xác định định thời khung Hơn nữa, kết hợp (S1, S2) thể cho nhóm nhận dạng ơ, nhóm nhận dạng thu từ bước dị tìm thứ hai Từ nhóm nhận dạng ơ, thiết bị đầu cuối thu kiến thức chuỗi giả-ngẫu nhiên sử dụng để tạo tín hiệu chuẩn

Một thủ tục dị tìm hồn thành, thiết bị đầu cuối nhận thông tin hệ thống phát quảng bá để có thơng số cịn lại, ví dụ như, băng thơng truyền tải sử dụng ô

5.1.2. Cấu trúc thời gian/tần số tín hiệu đồng

127

mẫm Tuy nhiên, điều hoạt động phức tạp

Trong nhiều trường hợp, thời gian định thời nhiều ô đồng bắt đầu khung ô cạnh bị trùng thời gian Một lý phải cho phép MBSFN hoạt động Tuy nhiên, hoạt động đồng ngụ ý truyền tín hiệu đồng sơ cấp ô khác sảy đồng thời Sự ước lượng kênh dựa tín hiệu đồng sơ cấp phản ánh phối hợp kênh từ tất tín hiệu đồng sơ cấp giống sử dụng tất ô Hiển nhiên việc giải điều chế quán tín hiệu đồng thứ cấp, khác khác nhau, ước tính kênh từ mạng lợi ích cần thiết, khơng phải ước tính việc phối hợp kênh từ tất Do đó, LTE hỗ trợ nhiều chuỗi cho tín hiệu đồng sơ cấp Trong trường hợp thu quán việc phân phối với thời gian ô đồng bộ, ô lân cận sử dụng chuỗi đồng sơ cấp khác để làm giảm bớt vấn đề ước lượng- kênh mô tả Hơn nữa, mô tả tín hiệu đồng sơ cấp mang phần việc nhận dạng

Hình 5.2 Sự hình thành tín hiệu đồng miền tần số

128

với hoạt động TDD, vị trí tín hiệu đồng ngụ ý nằm khung số số khung đường xuống

Khi bắt đầu thủ tục dị tìm ơ, băng thơng khơng cần thiết phải biết đến Về nguyên tắc, việc phát băng thơng truyền dẫn thực phần thủ tục dị tìm Tuy nhiên điều làm phức tạp thủ tục dị tìm chung, thích hợp để trì thủ tục dị tìm giống nhau, băng thông truyền dẫn tổng thể ô Thiết bị đầu cuối sau thơng báo băng thông thực tế ô từ kênh quảng bá Vì để trì cấu trúc miền tần số gióng tín hiệu đồng bộ, băng thơng hệ thống ơ, tín hiệu đồng truyền cách sử dụng 72 sóng mang trung tâm, tương ứng với băng thơng thứ tự 1MHz Hình 5.2 minh họa khả thực cho việc tạo tín hiệu đồng bộ, 36 sóng mang bên sóng mang DC miền tần số dành riêng cho tín hiệu đồng Bằng cách sử dụng IFFT, tín hiệu miền thời gian tương ứng tạo Kích thước IFFT số lượng sóng mang đưa khơng hình 5.2, tùy thuộc vào băng thơng hệ thống Các sóng mang khơng sử dụng cho truyền tín hiệu đồng sử dụng cho truyền liệu

5.1.3. Dị tìm ban đầu dị tìm lân cận

Việc tìm để kết nối đến sau bật nguồn thiết bị đầu cuối rõ dàng trường hợp quan trọng Tuy nhiên, việc quan trọng khơng khả để xác định dự phịng cho việc chuyển giao phần việc hỗ trợ tính di động, thiết bị đầu cuối kết nối di chuyển từ ô tới ô khác Hai trường hợp thường gọi tắt dị tìm ban đầu dị tìm lân cận

129

thiết bị đầu cuối cần phải dị tìm với tần số sóng mang phù hợp, cách lặp lặp lại thủ tục nói cho tần số sóng mang có đưa quét tần số Rõ dàng là, điều thường làm tăng thời gian cần thiết cho việc dị tìm ơ, u cầu thời gian dị tìm cho việc dị tìm ban đầu thường tương đối thoải mái Các phương thức thực riêng sử dụng để làm giảm thời gian từ bật nguồn tìm Ví dụ, thiết bị đầu cuối sử dụng thông tin bổ sung mà thiết bị đầu cuối có bắt đầu dị tìm tần số sóng mang với lần cuối kết nối tới

Với việc dị tìm lân cận, có u cầu thời gian chặt chẽ Dị tìm lân cận chậm hơn, dài dẫn đến thiết bị đầu cuối chuyển giao tới ô với mức trung bình chất lượng vơ tuyến tốt Nhưng điều rõ dàng làm hỏng hiệu suất phổ tổng thể hệ thống Tuy nhiên, trường hợp phổ biến chuyển giao liên- tần số, rõ dàng thiết bị đầu cuối khơng cần phải dị tìm tần số sóng mang lân cận Ngồi việc bỏ qua dị tìm nhiều tần số sóng mang, dị tìm ơ- lân cận liên- tần số dùng thủ tục tương tự việc dị tìm ban đầu

Các đo đạc cho mục đích chuyển giao yêu cầu thiết bị đầu cuối nhận liệu đường xuống từ mạng Do đó, thiết bị đầu cuối phải có khả thực việc dị tìm lân cận trường hợp Đối với dị tìm ơ-lân cận liên-tần số, khơng phải vấn đề lớn dự phịng lân cận, truyền tần số thiết bị đầu cuối thực nhận liệu Nhận liệu dị tìm ô lân cận chức băng gốc riêng đơn giản, hoạt động tín hiệu thu

130

dù nguyên tắc khơng hấp dẫn từ góc độ phức tạp Vì vậy, khoảng trống việc truyền tải liệu thiết bị đầu cuối điều hướng lại tới tần số khác cho mục đích đo đạc liên tần số, tạo Điều thực cách HSPA, cụ thể cách tránh lập kế hoạch cho thiết bị đầu cuối khung đường xuống

5.2 Truy nhập ngẫu nhiên

Một yêu cầu cho hệ thống di động tế bào khả cho thiết bị đầu cuối yêu cầu thiết lập kết nối Điều thường gọi truy nhập ngẫu nhiên phụ vụ hai mục đích LTE, cụ thể thiết lập đồng hướng lên thiết lập nhận dạng thiết bị đầu cuối nhất, C-RNTI, biết đến hai mạng thiết bị đầu cuối Do đó, truy nhập ngẫu nhiên sử dụng không cho truy nhập ban đầu mà chuyển giao từ LTE_DETACHED (LTE_tách biệt) LTE_IDLE (LTE_rảnh rỗi) tới LTE_ACTIVE (LTE_tích cực), sau thời gian không hoạt động hướng lên đồng hướng lên bị LTE_ACTIVE

Tổng quan truy nhập ngẫu nhiên thể hình 5.3, bao gồm bốn bước :

131

❖ Bước thứ hai bao gồm mạng truyền lệnh ứng trước định thời đến để điều chỉnh định thời truyền thiết bị đầu cuối, dựa phép đo định thời bước Ngoài việc thiết lập đồng hướng lên, bước hai định nguồn tài nguyên hướng lên cho thiết bị đầu cuối sử dụng bước thứ ba thủ tục truy nhập ngẫu nhiên

❖ Bước thứ ba bao gồm truyền dẫn nhận dạng thiết bị đầu cuối di động cách sử dụng UL-SCH tương tự liệu lập lịch biểu thơng thường Nội dung xác tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái thiết bị đầu cuối, đặc biẹt dù trước có biết đến mạng hay khơng

❖ Bước thứ tư bước cuối bao gồm truyền dẫn thông điệp phân giải tranh chấp từ mạng tới thiết bị đầu cuối DL-SCH Bước giải tranh chấp có nhiều thiết bị đầu cuối cố gắng để truy nhập vào hệ thống cách sử dụng tài nguyên truy nhập hệ thống

132

5.2.1. Bước : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên

Bước thủ tục truy nhập ngẫu nhiên việc truyền phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Mục đích phần mở đầu để với mạng diện cố gắng truy nhập ngẫu nhiên để có đồng thời gian hướng lên hạm vi phần nhỏ tiền tố vòng hướng lên

Nhìn chung, truyền dẫn phẩn mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trực giao khơng trực giao với liệu người sử dụng Trong WCDMA phần mở đầu không trực giao với việc truyền liệu hướng lên Điều cung cấp lợi ích việc khơng có cấp phát nửa -tĩnh (semi-statically) nguồn tài nguyên cho truy nhập ngẫu nhiên Tuy nhiên, với việc điều khiển nhiễu truy nhập ngẫu nhiên - tới - liệu, công suất truyền phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên phải điều khiển cẩn thận Trong WCDMA, điều giải thông qua việc sử dụng thủ tục dốc-công suất( power-ramping), mà thiết bị đầu cuối tăng công suất phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên phát thành công trạm gốc Mặc dù giải pháp phù hợp với vấn đề nhiễu, thủ tục dốc tạo độ trễ thủ tục truy nhập ngẫu nhiên tồn Do đó, từ quan điểm trễ, thủ tục truy nhập ngẫu nhiên khơng địi hỏi dốc cơng suất có lợi

133

giữa liệu phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh việc lập lịch biểu truyền dẫn hướng lên nguồn tài nguyên thời gian- tần số Điều minh họa hình 5.4 Từ đơn vị thời gian cho truyền liệu LTE 1ms, khung dành riêng cho truyền dẫn phần mở đầu Trong phạm vi tài nguyên dành riêng, phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên truyền

Trong miền tần số, phần mở dầu truy nhập ngẫu nhiên có băng thơng tương ứng với sáu khối tài nguyên ( 1,08MHz) Điều phù hợp với băng thơng nhỏ mà LTE hoạt động Do đó, cấu trúc phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên tương tự đựoc sử dụng, băng thông truyền dẫn ô Đối với triển khai sử dụng cấp phát phổ lớn hơn, nhiều tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên xác định miền tần số, cung cấp khả truy nhập ngẫu nhiên tăng lên

Hình 5.4 Minh họa cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên

134

sẽ có khơng chắn việc định thời hướng lên tương ứng với hai lần khoảng cách trạm gốc thiết bị đầu cuối, lên tới 6,7^s/km Để tính tốn cho khơng chắn để tránh gây nhiễu với khung không sử dụng, khoảng thời gian bảo vệ sử dụng, mà chiều dài thực tế phần mở đầu ngắn 1ms Được minh họa hình 5.5, độ dài phần mở đầu khoảng thời gian bảo vệ

Hình 5.5 Định thời phần mở đầu eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau

Với chiều dài phần mở đầu khoảng 0,9ms, có 0,1ms thời gian bảo vệ cho phép kích thước lên tới 15km Trong ô lớn mà thời gian định thời khơng chắn thời gian bảo vệ lớn thời gian bảo vệ bản, thời gian bảo vệ bổ sung tạo cách không lập lịch biểu truyền dẫn hướng lên khung sau nguồn tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên

Các chuỗi phần mở đầu chia thành nhóm 64 chuỗi nhóm Như phần cấu hình hệ thống, cấp phát nhóm cách xác định một vài chuỗi Zadoff-Chu gốc dịch vòng cần thiết để tạo tập phần mở đầu Số lượng nhóm phải đủ lớn để tránh cần thiết phải lập kế hoạch chuỗi cẩn thận ô

135

một chuỗi ngẫu nhiên từ tập chuỗi cấp phát cho ô mà thiết bị đầu cuối cố gắng truy nhập Một khơng có thiết bị đầu cuối khác thực cố gắng truy nhập ngẫu nhiênbằng cách sử dụng chuỗi tương tự thời điểm tức thời tương tự, khơng có xung đột sảy cố gắng có khả cao phát mạng

Xử lý trạm gốc việc thực riêng, nhờ có tiền tố vịng kèm phần mở đầu nên việc xử lý miền tần số có độ phức tạp thấp Một ví dụ quy chế minh họa hình 5.6

Hình 5.6 Sự phát phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên miền tần số

Các mẫu cửa sổ thu thập chuyển đổi thành biểu diễn miền tần số cách sử dụng FFT Chiều dài sổ 0,8ms, tương đương với chiều dài chuỗi ZC mà tiền tố vịng Điều cho phép xử lý định thời không chắn lên tới 0,1ms phù hợp với thừoi gian bảo vệ xác định

136

được truyền trễ Về bản, đỉnh IFFT đầu khoảng i tương ứng với chuỗi dịch chuyển chu kỳ thứ i trễ đưa vị trí đỉnh khoảng Điều thực miền tần số tính tốn hiệu cho phép phát nhiều cố gắng truy nhập ngẫu nhiên cách sử dụng chuỗi dịch vòng khác tạo từ chuỗi Zadoff-Chu gốc; trường hợp có nhiều cố gắng truy nhập đơn giản đỉnh khoảng tương ứng

5.2.2. Bước : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên

Để đáp ứng cố gắng truy nhập ngẫu nhiên phát hiện, bước thứ hai thủ tục truy nhập ngẫu nhiên mạng truyền thơng điệp DL-SCH, có chứa :

❖ Chỉ số chuỗi phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên mạng phát với phản hồi hợp lệ

❖ Tính tốn hiệu chỉnh định thời cách thu nhận phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên

❖ Một trợ cấp lập lịch biểu, nguồn tài nguyên mà thiết bị đầu cuối sử dụng cho việc truyền tải thông điệp bước thứ ba

❖ Một nhận dạng tạm thời sử dụng cho truyền thông tiếp diễn thiết bị đầu cuối mạng

137

các truy nhập đồng thời Nó cung cấp vài linh hoạt việc vận hành trạm gốc

Miễn thiết bị đầu cuối thực truy nhập ngẫu nhiên nguồn tài nguyên phần mở đầu khác sử dụng, không xung đột sảy từ việc truyền tín hiệu đường xuống điều rõ dàng với thiết bị đầu cuối mà có thơng tin bị liên quan Tuy nhiên, có xác xuất định tranh chấp, nhiều thiết bị đầu cuối sử dụng phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên giống lúc Trong trường hợp này, nhiều thiết bị đầu cuối phản ứng lại thông điệp phản hồi đường xuống diễn lúc xung đột sảy Việc giải ác xung đột phần bước trình bày Tranh chấp nguyên nhân mà HARQ không sử dụng cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Một thiết bị đầu cuối nhận phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên dành cho thiết bị đầu cuối khác có định thời hướng lên khơng xác Nếu HARQ dùng, định thời ACK/NACK cho thiết bị đầu cuối không gây nhiễu cho tín hiệu điều khiển hướng lên từ người sử dụng khác

Sau thu nhận phẩn hồi truy nhập ngẫu nhiên bước hai, thiết bị đầu cuối hiệu chỉnh định thời truyền dẫn hướng lên tiếp tục tới bước ba

5.2.3. Bước 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối

Sau bước thứ hai, hướng lên thiết bị đầu cuối đồng thời gian Tuy nhiên, trước liệu người sử dụng truyền tới / từ thiết bị đầu cuối, nhận dạng ô ( C-RNTI) phải gán cho thiết bị đầu cuối Tùy thuộc vào trạng thái thiết bị đầu cuối, cần phải trao đổi thơng điệp bổ sung

138

hồi truy nhập ngẫu nhiên bước thứ hai Truyền dẫn thông điệp hướng lên theo cách giống với việc lập lịch biểu liệu hướng lên thay gắn vào phần mở đầu bước có lợi số lý Thứ nhất, số lượng thơng tin truyền thiếu đồng hướng lên nên phải hạn chế tối đa cần thiết phải có khoảng thời gian bảo vệ lớn làm cho việc truyền dẫn tương đối tốn Thứ hai, việc sử dụng kế hoạch truyền dẫn hướng lên “ thông thường” cho phép việc truyền dẫn thơng điệp với trợ giúp kích thước phương án điều chế cần phải điều chỉnh, ví dụ, với điều kiện vô tuyến khác Cuối cùng, cho phép HARQ với kết hợp mềm cho thơng điệp hướng lên Sau khía cạnh quan trọng, đặc biệt tình mà phủ sóng bị hạn chế, cho phép sử dụng một vài việc truyền phát lại để thu thập đủ lượng cho tín hiệu hướng lên nhằm đảm bảo xác suất đủ lớn truyền dẫn thành công Lưu ý, việc truyền phát lại RLC khơng sử dụng cho tín hiệu RRC hướng lên bước ba

Một phần quan trọng thông điệp hướng lên bao gồm nhận dạng thiết bị đầu cuối mà việc nhận dạng sử dụng phần chế giải tranh chấp bước thứ tư Trong trường hợp thiết bị đầu cuối chế độ LTE_ACTIVE ( LTE_tích cực), kết nối đến biết có C-RNTI gán, C-RNTI sử dụng nhận dạng thiết bị đầu cuối thông điệp hướng lên Nếu khơng nhận dạng thiết bị đầu cuối mạng lõi sử dụng mạng truy nhập vô tuyến cần phải tham gia vào mạng lõi trước trả lời thông điệp đường lên bước

5.2.4. Bước 4: Giải tranh chấp

139

sử dụng chuỗi phần mở đầu tương tự bước để lắng nghe thông điệp phản hồi tương tự bước thứ hai có nhận dạng tạm thời tương tự Do đó, bước thứ tư, thiết bị đầu cuối tiếp nhận thông điệp đường xuống so sánh nhận dạng thông điệp với nhận dạng chúng truyền bước thứ ba Chỉ thiết bị đầu cuối mà quan sát thấy phù hợp nhận dạng nhận bước thứ tư nhận dạng truyền phần bước thứ ba khai báo thủ tục truy nhập ngẫu nhiên thành công Nếu thiết bị đầu cuối chưa gán C-RNTI, nhận dạng tạm thời từ bước thứ hai nâng cấp tới C- RNTI

Thông điệp giải tranh chấp truyền DL-SCH, cách sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước thứ cho việc gán địa thiết bị đầu cuối kênh điều khiển L1/L2 Từ đồng hướng lên thiết lập, HARQ áp dụng cho tín hiệu đường xuống bước Các thiết bị đầu cuối có phù hợp nhận dạng mà chúng truyền bước thứ ba thông điệp chúng nhận bước thứ tư truyền xác nhận HARQ hướng lên

140

KẾT LUẬN Kết đạt đồ án

Đồ án trình bày tồn cảnh dịch vụ lợi ích mà hệ thống thơng tin di đơng 4G đạt để phục vụ sống người Đổng thời đồ án trình bày dịch vụ mà thống di động 4G cung cấp: thương mại di động, định vị/ dẫn, đặt hàng di động, chăm sóc sức khỏe, y tế cộng , chúng phục vụ, thay đổi lối sống người

Những vấn đề kỹ thuật xây dựng tảng dịch vụ sở hạ tầng thống tác giả nghiên cứu trình bày luận văn Những cơng nghê then chốt để thống 4G đạt dung lượng lớn, tốc độ cao, bảo mật: kỹ thuật ăngten MIMO, OFCDM, chứng thực dựa sinh trắc học

Trong đồ án, trình bày bốn miền mơ hình tham chiếu thống 4G: miền ứng dụng dịch vụ, miền tảng dịch vụ, miền mạng lõi chuyển mạch gói, miền truy cập vơ tuyến

Ngoài ra, đặc điểm cấu trúc mạng NGN trình bày mạng NGN sở hạ tầng cho thống thông tin viễn thơng nói chung thống di động nói riêng Từ trình bày thống di động sở hạ tầng mạng NGN