Nghiên cứu hệ thống LTE tiên tiến nhằm nâng cao hiệu quả mạng lưới di động 4G

HỆ THỐNG 4G LTE

• Tổng quan
• comerce(

LTE đƣợc hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms &. Media) và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner). (Chế độ Release 6 idle là 1 trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không đƣợc nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết bị đầu cuối và thiết bị. đầu cuối cũng không đƣợc chỉ định một tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại những khoảng thời gian cụ thể. Trạng thái Release 6 Cell-PCH là trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không đƣợc nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy mạng truy nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhƣng thiết bị đầu cuối lại không đƣợc cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối lúc này có thể đang trong chế độ ngủ). Một phần liên quan đến những yêu cầu LTE về mặt độ linh hoạt phổ là khả năng triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE cho dù phân bố phổ là theo cặp hay đơn lẻ, nhƣ vậy LTE có thể hỗ trợ cả song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD).

Những yêu cầu về quản lí tài nguyên vô tuyến đƣợc chia ra nhƣ sau: hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end, hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn, và hỗ trợ cho việc chia sẻ tải cũng nhƣ là quản lí chính sách thông qua các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau. Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lí chính sách thông qua các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ cấu để định hướng các thiết bị đầu cuối di động theo các dạng công nghệ truy cập vô tuyến thích hợp đó đƣợc núi rừ cũng nhƣ là hỗ trợ QoS end to end trong quỏ trỡnh chuyển giao giữa các công nghệ truy cập vô tuyến. Trong trường hợp UE cần gửi một gói IP trong khi đang ở trạng thái rỗi RRC, chẳng hạn vì người dùng vừa kích vào một liên kết trên trang Web sau một thời gian dài không tích cực, nó cũng phải yêu cầu thiết lập một đường truyền vô tuyến rồi gói đó mới có thể được truyền đi.

Lựa chọn khoảng cách sóng mang con phụ thuộc vào môi trường mà hệ thống hoạt động, bao gồm những khía cạnh nhƣ lựa chọn tần số kênh vô tuyến lớn nhất đƣợc yêu cầu (sự phân tán thời gian lớn nhất) và tốc độ lớn nhất của những biến đổi kênh (trải Doppler lớn nhất). Sự kết hợp của điều chế OFDM (xử lý IFFT), kênh vô tuyến phân tán thời gian và giải điều chế OFDM (xử lý FFT) có thể đƣợc xem nhƣ là một kênh miền tần số nhƣ minh họa trong hình 2.25, với những nhánh kênh miền tần số H0,…, HNc-1 có thể bắt nguồn trực tiếp từ đáp ứng xung của kênh. Như vậy, trong trường hợp truyền đơn sóng mang băng rộng trên một kênh lựa chọn tần số cao (hình 2.28), mỗi symbol điều chế đƣợc truyền trên cả những băng tần với chất lượng tương đối tốt (cường độ tín hiệu tương đối cao) và những băng tần với chất lượng kém (cường độ tín hiệu thấp).

Điều này có nghĩa là mặc dù lƣợng phân tán thời gian tăng với kích thước cell, nhưng khi vượt qua một kích thước cell nào đó, thường không có lý do gì để tăng CP hơn nữa vì công suất mất đi tương ứng có tác động xấu hơn khi so sánh với tín hiệu bị sai lệch vì phần dƣ phân tán thời gian không đƣợc bao phủ bởi CP. Tuy nhiên, truyền broadcast như hình 2.34a phải định kích thước để bao phủ những đầu cuối di động trong tình trạng xấu nhất, kể cả những đầu cuối di động ở vùng biên cell, điều này tương đối tốn kém trong điều kiện nhờ vào công suất truyền cần thiết của trạm gốc để cung cấp một tốc độ dữ liệu dịch vụ broadcast nào đó. Đây chính là cấu hình SU-MIMO, và sử dụng kỹ thuật ghép kênh không gian với lợi thế hơn các kỹ thuật khác là trong cùng điều kiện về băng thông sử dụng và kỹ thuật điều chế tín hiệu, SM cho phép tăng tốc độ dữ liệu (data rate) bằng số lần của số lƣợng anten phát.

Những công nghệ thành phần đề xuất cho LTE-Advance .1 Truyền dẫn băng rộng hơn và chia sẻ phổ tần

• Các bộ lặp và các bộ chuyển tiếp

Tuy nhiên, có thể xem xét các cấu trúc bộ lặp cao cấp hơn, chẳng hạn sơ đồ trong đó mạng có thể điều khiển công suất truyền của bộ lặp, chẳng hạn, chỉ tích cực bộ lặp khi người sử dụng hiện diện trong khu vực đƣợc điều khiển bởi bộ lặp nhằm tăng tốc độ số liệu cung cấp trong khu vực. Đặc biệt trong những trường hợp truyền dẫn tốc độ cao khi một bộ thu DS-CDMA có thể thấy 20 đường trong đáp ứng xung tức thời, một bộ kết hợp RAKE 20 đường là điều không thể thực hiện cho bộ thu DS-CDMA, trong khi đó một bộ thu MC-CDMA là có thể thực hiện đƣợc mặc dù nó sẽ tiêu tốn năng lƣợng tín hiệu nhận trong những khoảng bảo vệ. Mỗi ký tự dữ liệu được sao chép lên các luồng phụ trước khi nhân nó với chip của mã trải rộng, điều này cho thấy một hệ thống MC-CDMA thực hiện sự trải rộng theo hướng tần số và như vậy làm tăng thêm tính linh động khi so sánh với một hệ thống CDMA.

Trong hệ thống Multi-code CDMA kiểu truyền song song khi một người dùng cần truyền một luồng dữ liệu có tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản M lần thì hệ thống sẽ chuyển luồng dữ liệu này thành M luồng dữ liệu con song song (sử dụng bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song), M luồng dữ liệu con này đƣợc xem nhƣ là của M người dùng độc lập, mỗi luồng sẽ được trải phổ (mã hóa) bằng một mã khác nhau trong tập và được cộng lại trước khi chuyển lên truyền dẫn cao tần. Khi một người dùng cần truyền một luồng dữ liệu có tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản M lần thì hệ thống sẽ chuyển luồng dữ liệu này thành M luồng dữ liệu con, mỗi luồng dữ liệu con bây giờ được xem như là của từng người dùng riêng biệt. Khi người dùng k có tốc độ dữ liệu gấp log2(Mk) lần tốc độ dữ liệu cơ bản (1/Ts ) thì trong mỗi khoảng thời gian Ts khối chọn lọc sẽ “ánh xạ” một ký tự M-ary tương ứng với log 2 (Mk) bit thông tin vào một trong số Mk mã của tập mã chung, tập Mk mã này đƣợc gọi là tập mã thông tin cho người dùng k.

Chiều dài N của chuỗi mã trong tập mã chung là cố định với các giá trị khác nhau của Mk, vì vậy sự thay đổi tốc độ ký tự dữ liệu không làm thay đổi chiều dài N của chuỗi mã hay tốc độ của luồng bit đi vào bộ trải phổ (N/Ts ) nhƣng nó làm thay đổi kích thước Mk của tập mã thông tin. Không mất tính tổng quát ta sẽ khảo sát trong một khoảng thời gian Ts cho người dùng tích cực k, giả sử ký tự M-ary dk tương ứng với log 2 (Mk) bit thông tin trong khoảng thời gian này đƣợc ánh xạ vào mã Vdk(n) , N bit của mã Vdk(n) sau.

MÔ PHỎNG

Trong giao diện này có thể lựa chọn ba vấn đề để mô phỏng 1.Hệ thống thu phát SC-FDMA. Dữ liệu đầu vào gồm 64 bit đƣợc chuyển từ nối tiếp sang song song, sau đó nhóm từng 4 bit lại với nhau rồi đem đi điều chế 16QAM, nhƣ vậy ta có đƣợc 16 kí tự (symbol). Thực hiện FFT, đƣa 16 kí tự ở dạng số phức này đang ở trong miền thời gian đƣợc chuyển về miền tần số.

Do đó, các kí tự sẽ đƣợc đặt cách nhau 31 sóng mang con, các sóng mang con này sẽ đƣợc chèn zero vào (zero padding). Sở dĩ ta không nhìn thấy đầy đủ 16 kí tự trên chòm sao là vì một số kí tự đã bị trùng lấp nhau.  Sau đó, đem tín hiệu ánh xạ lên 512 sóng mang con, rồi thực hiện biến đổi IFFT 512 điểm, chuyển tín hiệu từ miền tần số về miền thời gian.

Nhận xét: Trong trường hợp user cố định (lí tưởng), hệ thống đạt chất lượng tốt nhất tức tỉ lệ lỗi bit là ít nhất. Đối với trường hợp user di chuyển nhanh (thực tế), hệ thống đạt chất lƣợng kém nhất.