Truy nhập vô tuyến trong lte

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE Người hướng dẫn : KS Hồ Sỹ Phương Sinh viên thực : Nguyễn Mạnh Tiến Lớp : 48k- ĐTVT NGHỆ AN, 01-2012 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU , CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ LTE 15 1.1 Tổng quan 15 1.1.1 Giới thiệu công nghệ LTE 15 1.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax 19 1.1.3 Hiệu suất hệ thống 22 1.1.4 Kiến trúc dịch chuyển (Migration) 23 1.1.5 Các thông số lớp vật lý LTE 24 1.1.6 Dịch vụ LTE 25 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 28 2.1 Kiến trúc mạng LTE 28 2.1.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống 29 2.1.2 Thiết bị người dùng ( UE) 30 2.1.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 31 2.1.4 Thực thể quản lý tính di động (MME) 32 2.1.5 Cổng phục vụ (S-GW) 34 2.1.6 Cổng mạng liệu gói ( P-GW) 37 2.2 Các giao diện giao thức cấu hình kiến trúc hệ thống 38 2.3 QoS kiến trúc dịch vụ mang chuyển 42 2.4 Giao thức trạng thái chuyển tiếp trạng thái 43 2.5 Lớp vật lý 44 2.5.1 Các kênh truyền tải ánh xạ chúng tới kênh vật lý 44 2.5.2 Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hướng lên .45 2.5.2.1 Kênh điều khiển đường lên vật lý (PUCCH) 47 2.5.2.2 Cấu hình PUCCH 48 2.5.2.3 Báo hiệu điều khiển PUSCH 48 2.5.3 Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) 51 2.5.4 Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống 52 2.5.4.1 Kênh thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH) 53 2.5.4.2 Kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PCDCH) .53 2.5.4.3 Kênh thị HARQ vật lý ( PHICH) 55 2.5.4.4 Các chế độ truyền dẫn hướng xuống 55 2.5.4.5 Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) 56 2.5.4.6 Tín hiệu đồng 57 CHƯƠNG 3: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 58 3.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến .58 3.2 Băng tần truyền dẫn 58 3.3 Các băng tần hỗ trợ 59 3.4 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA 60 3.4.1 OFDM .60 3.4.2 Các tham số OFDMA .62 3.4.3 Truyền dẫn liệu hướng xuống 63 3.5 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA 65 3.5.1 SC-FDMA .65 3.5.2 Các tham số SC-FDMA 67 3.5.3 Truyền dẫn liệu hướng lên 67 3.5.4 So sánh OFDMA SC-FDMA .69 3.6 Đa truy nhập MIMO 70 3.7 Các thủ tục truy nhập .72 3.7.1 Thủ tục dị tìm ô .72 3.7.2 Các bước thủ tục dị tìm ô 73 3.7.3 Cấu trúc thời gian/tần số tín hiệu đồng .74 3.7.4 Dị tìm ban đầu dị tìm lân cận 76 3.8 Truy nhập ngẫu nhiên 77 3.8.1 Bước : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 79 3.8.2 Bước : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên : .82 3.8.3 Bước 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối 84 3.8.4 Bước 4: Giải tranh chấp 85 K ẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 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),… Cùng với tốc độ phát triễn nhanh,mạnh mạng viễn thông phục vụ cầu sử dụng hàng triệu người ngày Hệ thống di động hệ thư hai với GSM CDMA ví dụ điễn hình phát triễn 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 Mặc dù hệ thống thông tin di động hệ 2.5G hay 3G phát triễn không ngừng nhà khai thác viễn thông lớn toàn giới bắt đầu tiến hành triễn khai thử ngiệm chuẩn di động hệ có nhiều tiềm trở thành chuẩn di động 4G tương lai gần.đó cơng nghệ LTE (Long Term Evulution) Các thử nghiệm trình diễn chứng tỏ lực tuyệt vời cơng nghệ LTE khả thương mại hóa LTE đến gần Trước muốn truy cập dử liệu, phải cần có đường dây cố định để kết nối Trong tương lai không xa với LTE, truy cập tất dịch vụ lúc nơi di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, gọi thoại, chơi games, nghe nhạc trực tuyến, tải sở liệu… với tốc độ “siêu tốc” Đó khác biệt mạng di động hệ thứ (3G) mạng di động hệ thứ tư (4G) Và công nghệ LTE tiến tới tận tay người sử dụng Một phần quan trọng công nghệ LTE phần truy nhập vô tuyến Chính vậy, em lựa chọn làm đồ án tốt nghiệp đề tài “Truy nhập vô tuyến LTE ” Đồ án vào tìm hiểu tổng quan công nghệ LTE kỷ thuật thành phần sử dụng công nghệ phần quan trọng đề tài nghiên cứu truy nhập vô tuyến công nghệ LTE DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đặc điểm công nghệ LTE 15 Bảng 1.2 Tiến trình phát triễn chuẩn 3GPP 20 Bảng 1.3 LTE Wimax 21 Bảng 1.4 Các yêu cầu hiệu suất phổ lưu lượng người dùng 22 Bảng 1.5 Các thông số lớp vật lý LTE 24 Bảng 1.6 Tốc độ đỉnh LTE theo lớp 24 Bảng 1.7 So sánh dịch vụ 3G so với 4G LTE 25 Bảng 2.1 Các giao thức giao diện LTE 42 Bảng 2.2 Dạng PDCCH kích thước chúng 54 Bảng 3.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN ( TS 36.101 ) 59 Bảng 3.2 Các tham số cấu trúc khung đường lên ( FDD&TDD) 67 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lộ trình phát triễn LTE công nghệ khác 19 Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng 28 Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng có E-UTRAN 29 Hình 2.3 eNodeB kết nối tới nút logic khác chức 32 Hình 2.4 MME kết nối tới nút logic khác chức 34 Hình 2.5 Các kết nối S-GW tới nút logic khác chức 35 Hình 2.6 P-GW kết nối tới node logic khác chức 38 Hình 2.7 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển EPS 39 Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng EPC 41 Hình 2.9 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển mặt phẳng người dùng cho giao diện X2 41 Hình 2.10 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS 42 Hình 2.11 Trạng thái UE chuyển tiếp trạng thái 43 Hình 2.12 Ánh xạ kênh truyền tải hướng lên tới kênh vật lý 45 Hình 2.13 Ánh xạ kênh truyền tải hướng xuống tới kênh vật lý 45 Hình 2.14 Tài nguyên PUCCH 47 Hình 2.15 Nguyên tắc điều chế liệu điều khiển 49 Hình 2.16 Cấp phát trường liệu & điều khiển khác PUSCH 49 Hình 2.17 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho FDD 52 Hình 2.18 Vị trí PBCH tần số trung tâm 56 Hình 2.19 Các tín hiệu đồng khung 57 Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian tín hiệu OFDM 60 Hình 3.2 Sự tạo ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT 61 Hình 3.3 Sự tạo chuỗi tín hiệu OFDM 61 Hình 3.4 Cấp phát sóng mang cho OFDM & OFDMA 62 Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 62 Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 63 Hình 3.7 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA 63 Hình 3.8 Phát thu OFDMA 64 Hình 3.9 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM 66 Hình 3.10 Phát & thu hướng lên LTE 68 Hình 3.11 So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền chuỗi ký hiệu liệu QPSK 70 Hình 3.12 Ví dụ cơng nghệ MIMO 71 Hình 3.13 Các tín hiệu đồng sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố vịng bình thường) 73 Hình 3.14 Sự hình thành tín hiệu đồng miền tần số 75 Hình 3.15 Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 78 Hình 3.16 Minh họa cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 80 Hình 3.17 Định thời phần mở đầu eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác 81 Hình 3.18 Sự phát phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên miền tần số 82 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT 3GPP Third Generation Partnership project Dự án đối tác hệ thứ ba ACF Analog Channel Filter Bộ lọc kênh tương tự ACIR Adjacent Channel Interference Loại bỏ kênh lân cận Rejection ACK Acknowledgement Sự báo nhận ACLR Adjacent Channel leakage Ration Tỉ lệ dò kênh lân cận ACS Adjacent Channel selectivity Chọn lọc kênh lân cận ADC Analog-to Digital Conversion Chuyển đổi tương tự - số AM Acknowledged Mode Chế độ báo nhận AMBR Aggregate Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa cấp phát AMD Acknowledged Mode Data Dữ liệu chế độ báo nhận AMR Adaptive Multi-Rate Đa tốc độ thích ứng AMR- Adaptive Multi-Rate Narrowband Băng hẹp đa tốc độ thích ứng Adaptive Multi-Rate Wideband Băng rộng đa tốc độ thích ứng ARP Allocation Retention Priority Ưu tiên trì cấp phát ATB Adaptive Transmission Bandwidth Băng thơng truyền dẫn thích NB AMRWB nghi AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng thêm vào AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BB Baseband Băng gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh phát quảng bá AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BPF Band Pass Filter Bộ lọc băng tần BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Điều khiển trạm gốc BSR Buffer Status Report Báo cáo tình trạng đệm BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BW Bandwidth Dải thông CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít khơng đổi CCE Control Channel Element Phần tử kênh điều khiển CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CDD Cyclic Delay Diversity Phân tập trễ vòng CDF Cumulative Density Function Chức mật độ tích lũy CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã AIR Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang tập âm CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng CPICH Common Pilot Channel Kênh điều khiển chung CQI Channel Quality Information Thông tin chất lượng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư vịng C-RNTI Ơ Radio Network Temporary Nhận dạng tạm thời mạng vô Identifier tuyến tế bào CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call Session Control Function Chức điều khiển phiên gọi D-BCH Dynamic Broadcast Channel Kênh phát quảng bá động DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCI Downlink Control Information Thông tin điều khiển đường xuống DFCHA Dynamic Frequency and Channel Cấp phát kênh tần số động Allocation DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc DL Downlink Đường xuống UL Uplink Đường lên DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng EDGE Enhanced Data Rates for GSM Tốc độ liệu tăng cường cho Evolution GSM phát triển E- Evolved Universal Terrestrial Radio Truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn UTRAN Access cầu phát triển FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số GGSD Gateway GPRS Support Node Nút cổng hỗ trợ GPRS GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống truyền thơng di động Communications tồn cầu HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HS- High Speed Downlink Shared Kênh chia sẻ đường xuống tốc DSCH Channel độ cao HSCSD High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS- High Speed Physical Downlink Kênh chia sẻ đường xuống vật lý PDSCH Shared Channel tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú HS- High Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ SCCH HSUPA cao High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao 10 bộ, thủ tục dị tìm lợi dụng tín hiệu tham chiếu phần hoạt động 3.7.2 Các bước thủ tục dị tìm Trong bước thủ tục dị tìm ơ, thiết bị đầu cuối di động sử dụng tín hiệu đồng sơ cấp để tìm thời gian định thời dựa sở 5ms Lưu ý rằng, tín hiệu đồng sơ cấp truyền hai lần khung Một lý để đơn giản hóa việc chuyển giao từ công nghệ truy nhập vô tuyến khác GSM tới LTE Như vậy, tín hiệu đồng sơ cấp cung cấp định thời khung với không rõ dàng 5ms Việc thực thuật tốn ước tính cung cấp riêng, có khả để thực việc lọc thích ứng tín hiệu nhận chuỗi 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 Bước đầu 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, giúp làm giảm bớt chi phí Hình 3.13 Các tín hiệu đồng sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố vịng bình thường ) Vì lý thảo luận trên, ba dãy khác sử dụng tín hiệu đồng sơ cấp có ánh xạ một-một chuỗi ba chuỗi nhận dạng bên nhóm nhận dạng Do đó, sau bước thiết bị đầu cuối tìm thấy nhận dạng bên nhóm nhận dạng Hơn nữa, có 73 ánh xạ một-một nhận dạng nhóm nhận dạng ô dãy trực giao ba chuỗi sử dụng tạo tín hiệu chuẩn Thiết bị đầu cuối có phần 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 xác định định thời khung Điều thực cách quan sát cặp khe nơi tín hiệu đồng thứ cấp truyền Về 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 không 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 3.7.3 Cấu trúc thời gian/tần số tín hiệu đồng Cấu trúc thời gian/tần số tổng quát mơ tả tóm tắt minh họa hình 3.13 Như thấy hình, tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp truyền hai ký hiệu OFDM liên tiếp Cấu trúc lựa chọn phép xử lý quán tín hiệu đồng thứ cấp thiết bị đầu cuối Sau bước đầu tiên, tín hiệu đồng sơ cấp biết sử dụng để ước lượng kênh Ước lượng kênh sau sử dụng để xử lý quán tín hiệu nhận trước tới bước thứ hai để nhằm nâng cao hiệu suất Tuy nhiên, bố trí tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp cạnh mặt khác ngụ ý thiết bị đầu cuối bước thứ hai cần phải ước tính độ dài tiền tố vòng cách mò mẫm Tuy nhiên, điều hoạt động phức tạp 74 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 ô tín hiệu đồng sơ cấp giống sử dụng tất ô Hiển nhiên việc giải điều chế quán tín hiệu đồng thứ cấp, khác ô 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 lượngkênh mô tả Hơn nữa, mơ tả tín hiệu đồng sơ cấp mang phần việc nhận dạng Hình 3.14 Sự hình thành tín hiệu đồng miền tần số Từ góc độ TDD, bố trí tín hiệu đồng phần cuối khe khung con, thay khe thứ hai có lợi ngụ ý hạn chế việc tạo thời gian bảo vệ đường lên đường xuống Ngoài ra, tín hiệu đồng đặt khe cuối khung con, khơng có khả để có thời gian bảo vệ cần thiết Ngoài ra, lưu ý với hoạt động TDD, vị trí tín hiệu đồng ngụ ý ln nằm khung số số khung đường xuống Khi bắt đầu thủ tục dị tìm ô, băng thông ô không cần thiết phải biết đến Về nguyên tắc, việc phát băng thông 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 75 thơng truyền dẫn tổng thể ô Thiết bị đầu cuối sau thơng báo băng thơng thực tế 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 ln truyền cách sử dụng 72 sóng mang trung tâm, tương ứng với băng thông thứ tự 1MHz Hình 3.14 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 3.14, tùy thuộc vào băng thơng hệ thống Các sóng mang khơng sử dụng cho truyền tín hiệu đồng sử dụng cho truyền liệu 3.7.4 Dị tìm ban đầu dị tìm lân cận Việc tìm ô để kết nối đến sau bật nguồn thiết bị đầu cuối rõ dàng trường hợp quan trọng Tuy nhiên, việc quan trọng không khả để xác định dự phòng 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 Đối với việc dị tìm ban đầu, thiết bị đầu cuối thường tần số sóng mang mà tìm kiếm Để giải trường hợp này, 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 76 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 ô 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 lân cận chức băng gốc riêng đơn giản, hoạt động tín hiệu thu Trường hợp chuyển giao liên-tần số, phức tạp tiếp nhận liệu dị tìm lân cận cần phải thực nhiều tần số khác Trang bị cho thiết bị đầu cuối có mạch thu RF riêng cho việc dị tìm lân cận, 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 3.8 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 khơng cho truy nhập ban đầu mà chuyển giao từ LTE_DETACHED ( LTE_tách biệt ) LTE_IDLE ( LTE_rảnh dỗi) tới LTE_ACTIVE ( LTE_tích cực), sau thời gian không hoạt động hướng lên đồng hướng lên bị LTE_ACTIVE 77 Tổng quan truy nhập ngẫu nhiên thể hình 3.15, bao gồm bốn bước :  Bước bao gồm truyền tải phần mở đầu truy nhập- ngẫu nhiên, cho phép eNodeB ước tính định thời truyền tải thiết bị đầu cuối Đồng hướng lên cần thiết không thiết bị đầu cuối khơng thể truyền liệu hướng lên  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 Hình 3.15 Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 78 3.8.1 Bước 1: 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 phạm vi phần nhỏ tiền tố vịng 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 Trong LTE, việc truyền tải phần tiêu đề truy nhập ngẫu nhiên thực trực giao với truyền dẫn liệu người dùng hướng lên, kết dốc cơng suất cần thiết ( thông số kỹ thuật tất cho phép dốc công suất) Trực giao việc truyền liệu người dùng từ thiết bị đầu cuối khác cố gắng truy nhập ngẫu nhiên đạt hai miền thời gian miền tần số Mạng thông tin quảng bá tới tất thiết bị đầu cuối mà việc truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên tài nguyên thời gian – tần số cho phép Để tránh can nhiễu 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 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 79 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 3.16 Minh họa cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Một thiết bị đầu cuối thực cố gắng truy cập ngẫu nhiên, trước truyền dẫn phần mở đầu, đạt đồng đường xuống từ thủ tục dị tìm ô Tuy nhiên, định thời đường lên ( thảo luận ) chưa thiết lập Khởi đầu khung đường lên thiết bị đầu cuối định nghĩa tương bắt đầu khung đường xuống thiết bị đầu cuối Do trễ lan truyền trạm gốc thiết bị đầu cuối, việc truyền dẫn hướng lên bị chậm trễ tương định thời truyền dẫn hướng xuống trạm gốc Vì vậy, khoảng cách thiết bị đầu cuối trạm gốc chưa biết, có khơng chắn việc định thời hướng lên tương ứng với hai lần khoảng cách trạm gốc thiết bị đầu cuối, lên tới 6,7μs/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 80 Hình 3.17 Định thời phần mở đầu eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác Với chiều dài phần mở đầu khoảng 0,9ms, có 0,1ms thời gian bảo vệ cho phép kích thước ô 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 Khi thực cố gắng truy nhập ngẫu nhiên, thiết bị đầu cuối chọn 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 nhiên 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 81 Hình 3.18 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 khơng có tiền tố vịng Điều cho phép xử lý định thời khơng chắn lên tới 0,1ms phù hợp với thừoi gian bảo vệ xác định Đầu FFT, thể cho tín hiệu nhận miền tần số, nhân lên với biểu diễn miền tần số liên hợp phức chuỗi Zadoff–Chu gốc kết cho qua IFFT Bằng cách quan sát đầu IFFT, phát thay đổi chuỗi Zadoff–Chu gốc 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 toán 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 3.8.2 Bước 2: 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 82  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 Trong trường hợp mạng phát nhiều cố gắng truy nhập ngẫu nhiên ( từ thiết bị đầu cuối khác ), thông điệp phản hồi riêng lẻ nhiều thiết bị đầu cuối di động kết hợp vào truyền dẫn đơn Vì vậy, thông điệp phản hồi lập lịch biểu DL-SCH kênh điều khiển L1/L2 cách sử dụng nhận dạng dành riêng cho phản hồi truy nhập ngẫu nhiên Tất thiết bị đầu cuối truyền phần mở đầu giám sát kênh điều khiển L1/L2 cho phản hồi truy nhập ngẫu nhiên Sự định thời thông điệp phản hồi không cố định đặc tả kỹ thuật nhằm đáp ứng đầy đủ nhiều 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 83 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 3.8.3 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 thông điệp bổ sung Trong bước thứ ba, thiết bị đầu cuối trao đổi thông điệp cần thiết với mạng cách sử dụng nguồn tài nguyên phân công phẩn 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 thông 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 thông điệp với trợ giúp kích thước phương án điều chế cần phải điều chỉnh, ví dụ, với điều kiện vơ 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 không 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 84 lõi sử dụng mạng truy nhập vô tuyến cần phải tham gia vào mạng lõi trước trả lời thông điệp đường lên bước 3.8.4 Bước 4: Giải tranh chấp Bước cuối thủ tục truy nhập ngẫu nhiên gồm thông điệp đường xuống cho giải tranh chấp Lưu ý rằng, từ bước hai, nhiều thiết bị đầu cuối thực cố gắng truy nhập ngẫu nhiên đồng thời cách 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 CRNTI 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 Các thiết bị đầu cuối mà khơng tìm thấy phù hợp nhận dạng nhận bước thứ tư nhận dạng truyền tương ứng phần bước thứ ba coi thất bại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên cần phải khởi động lại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên từ bước Rõ ràng khơng có phản hồi HARQ truyền từ thiết bị đầu cuối 85 K ẾT LUẬN Công nghệ LTE công nghệ mới, tiếp tục nghiên cứu triển khai toàn giới, với khả truyền tải tốc độ cao kiến trúc mạng đơn giản , sử dụng băng tần hiệu hồn tồn tương thích với hệ thống trước (GSM & WCDMA ) dựa mạng toàn IP LTE trở thành hệ thống thơng tin di động tồn cầu tương lai Vì việc tìm hiểu cơng nghệ LTE cần thiết có ý nghĩa thực tế Trong đồ án em đề cập cách tổng quan công nghệ LTE, trọng tâm gồm phần:  Tìm hiểu cách tổng quan cơng nghệ LTE  Tìm hiểu kiến trúc mạng LTE, giao thức lớp vật lý  Nắm bắt công nghệ Truy nhập vơ tuyến LTE Trong q trình làm đồ ấn với để tài Truy nhập vô tuyến LTE, em nhận hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đại Học vinh Qua em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới giúp đỡ Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo KS Hồ Sỹ Phương người trực tiếp hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em hoàn thành đồ án Cuối em xin chân thành cảm ơn./ Nghệ an, ngày tháng năm Người thực Nguyễn Mạnh Tiến 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Harri Holma, Antti Toskala (2009) , LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access, John Wiley & Sons Ltd [2] Agilent Technologies (2009), 3GPP Long Term Evolution: System Overview, Product Development,and Test Challenges [3] Farooq Khan (2009), LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance, Cambridge University Press [4] C.Gessner (2008), UMTS Long Term Evolution (LTE) Technology Introduction, Rohde-Schwarz [5] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld, Per Beming (2007), 3G EVOLUTION: HSPA and LTE FOR for mobile broadband, Academic Press [6] Các website tham khảo : www.Thongtincongnghe.com www.Vntelecom.org www.Tapchibcvt.gov.vn www.Tudiencongnghe.net www.Xahoithongtin.com 87 ... độ truy? ??n dẫn hướng xuống 55 2.5.4.5 Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) 56 2.5.4.6 Tín hiệu đồng 57 CHƯƠNG 3: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 58 3.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến. .. Và công nghệ LTE tiến tới tận tay người sử dụng Một phần quan trọng công nghệ LTE phần truy nhập vơ tuyến Chính vậy, em lựa chọn làm đồ án tốt nghiệp đề tài ? ?Truy nhập vô tuyến LTE ” Đồ án vào... Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAR Random Access Response Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên RB Resource Block Khối tài nguyên RBG Radio Bearer Group Nhóm truy? ??n