Đa truy nhập trong mạng LTE

3.2.1 Tìm kiếm tế bào

Thủ tục để một thiết bị đầu cuối LTE có thể giao tiếp với một mạng LTE bao gồm:

- Tìm và đồng bộ hóa với một tế bào trong mạng.

- Tiếp nhận và giải mã thông tin, còn được gọi là hệ thống thông tin di động, cần thiết để giao tiếp và vận hành đúng cách bên trong tế bào.

Việc đầu tiên của các bước này, thường được gọi đơn giản là tìm kiếm tế bào, được trình bày trong Mục này. Tiếp theo sẽ trình bày về các phương tiện mà mạng cung cấp cho các hệ thống thông tin di động.

Một khi hệ thống thông tin đã được giải mã một cách chính xác, các thiết bị đầu cuối có thể truy cập vào các tế bào bằng phương tiện của các thủ tục truy cập ngẫu nhiên như được mô tả trong mục 14.3.

CP 1  N n

nN1

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 90

3.2.1.1 Tổng quan về tìm kiếm tế bào LTE

Một thiết bị đầu cuối không chỉ cần thực hiện tìm kiếm tế bào tại điểm khởi đầu, nghĩa là khi bước đầu tiếp cận hệ thống. Thay vào đó, để hỗ trợ di động, thiết bị đầu cuối cần phải liên tục tìm kiếm, đồng bộ hóa và đánh giá chất lượng tiếp nhận của các tế bào lân cận. Việc tiếp nhận chất lượng của các tế bào lân cận, trong mối quan hệ với các tiếp nhận chất lượng của tế bào hiện tại, sau đó sẽ được đánh giá để kết luận hoặc bàn giao (đối với thiết bị đầu cuối trong RRC_CONNECTED) hoặc lựa chọn lại tế bào (đối với thiết bị đầu cuối trong RRC_IDLE) được thực hiện.

Tìm kiếm tế bào LTE bao gồm các phần cơ bản sau đây: - Thu được tần số và đồng bộ ký hiệu cho một tế bào.

- Thu lại khung thời gian của tế bào đó, xác định sự bắt đầu của khung đường xuống.

- Xác định danh tính tế bào lớp vật lý của tế bào.

Có 504 nhận dạng tế bào lớp vật lý khác nhau được xác định cho LTE, trong đó mỗi tế bào tương ứng với một dãy tham chiếu tín hiệu đường xuống cụ thể. Tập hợp các tế bào lớp vật lý được chia thành 168 nhóm định dạng tế bào, với ba tế bào định dạng trong mỗi nhóm.

Hình 3.8 Vị trí miền thời gian của PSS và SSS cho FDD và TTD.

Để hỗ trợ việc tìm kiếm di động, hai tín hiệu đặc biệt (tín hiệu đồng bộ cơ bản (PSS) và tín hiệu đồng bộ phụ (SSS)) được truyền tải trên mỗi phần mang đường xuống. Mặc dù có cấu trúc chi tiết tương tự nhau nhưng các vị trí trong miền thời gian

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 91 của các tín hiệu đồng bộ trong các khung khác đôi chút tùy thuộc vào việc các tế bào đang hoạt động trong FDD hoặc TDD:

- Trong trường hợp của FDD (Phần trên của hình 3.8), các PSS được truyền trong các biểu tượng cuối cùng của khe đầu tiên của khung 0 và 5, trong khi SSS được truyền trong các biểu tượng cuối cùng thứ hai của cùng một khe cắm - có nghĩa là, chỉ trước PSS.

- Trong trường hợp của TDD (Phần dưới của hình 3.8), các PSS được truyền trong các biểu tượng thứ ba của khung 1 và 6 cùng với DwPTS - trong khi SSS được truyền đi trong các biểu tượng cuối cùng của khung 0 và 5, là ba biểu tượng phía trước của PSS.

Có nhiều lý do cho sự khác biệt ở các vị trí của các tín hiệu đồng bộ cho FDD và TDD. Ví dụ, sự khác biệt cho phép phát hiện các chương trình song công sử dụng trên tàu sân bay nếu điều này là không được biết trước.

Trong một tế bào, hai PSS trong một khung giống hệt nhau. Hơn nữa, các PSS của một tế bào có thể mất ba giá trị khác nhau tùy thuộc vào sự nhận dạng tế bào lớp vật lý của tế bào. Cụ thể hơn, ba tế bào định dạng trong một nhóm tế bào định dạng luôn luôn tương ứng với PSS khác nhau. Vì vậy, một khi các thiết bị đầu cuối đã phát hiện và xác định các PSS của tế bào, thì có nghĩa là nó đã tìm thấy những điều sau đây:

- Thời gian năm nghìn giây của tế bào và do đó cũng là vị trí của SSS, trong đó có một bù đắp cố định cho PSS.

- Các tế bào định dạng trong các nhóm tế bào định dạng. Tuy nhiên, các thiết bị đầu cuối chưa xác định các nhóm tế bào định dạng riêng của mình, số lượng tế bào định dạng giảm từ 504 xuống168.

Như vậy, từ SSS, vị trí được biết đến khi PSS đã được phát hiện, các thiết bị đầu cuối cần tìm sau:

- Khung thời gian (hai lựa chọn thay thế khác nhau cho các vị trí tìm thấy của PSS); và

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 92 Hình 3.9 Định nghĩa và cấu trúc của PSS

Hơn nữa, một thiết bị đầu cuối để làm điều này bằng việc tiếp nhận một SSS đơn. Lý do là, ví dụ, trong trường hợp khi các thiết bị đầu cuối đang tìm kiếm các tế bào trên sóng mang khác, cửa sổ tìm kiếm có thể không đủ lớn để chứa nhiều hơn một SSS.

Để kích hoạt tính năng này, mỗi SSS có thể mất 168 giá trị khác nhau tương ứng với 168 nhóm tế bào định dạng khác nhau. Hơn nữa, các bộ giá trị hợp lệ cho hai SSS trong một khung (SSS₁ trong khung 0 và SSS₂ trong khung 5) là khác nhau, ngụ ý rằng, từ việc phát hiện của một SSS duy nhất, các thiết bị đầu cuối có thể xác định xem SSS1 hoặc SSS2 đã được phát hiện và do đó xác định khung thời gian.

Một khi các thiết bị đầu cuối đã có khung thời gian và định dạng tế bào lớp vật lý, nó xác định các tín hiệu tham chiếu tế bào cụ thể. Hành vi này sẽ khác nhau tùy thuộc vào việc nó là một cuộc tìm kiếm tế bào ban đầu hoặc tìm kiếm tế bào với mục đích đo tế bào lân cận:

- Trong trường hợp tìm kiếm tế bào ban đầu, tình trạng thiết bị đầu cuối là trong chế độ RRC_IDLE, tín hiệu tham chiếu sẽ được sử dụng để ước lượng kênh và giải mã tiếp theo của các kênh vận chuyển BCH để có được các thiết lập cơ bản nhất của hệ thống thông tin.

- Trong trường hợp đo tế bào lân cận, các thiết bị đầu cuối là trong chế độ RRC_CONNECTED, các thiết bị đầu cuối sẽ đo lường sức mạnh của tín hiệu tham khảo nhận được. Nếu đo lường đáp ứng một điều kiện cấu hình, nó sẽ kích hoạt gửi một phép đo năng lượng tín hiệu tham khảo nhận được (RSRP) tới mạng. Căn cứ vào

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 93 báo cáo đo lường, mạng sẽ kết luận có một bàn giao sẽ diễn ra. Các báo cáo RSRP cũng có thể được sử dụng để quản lý cung cấp dịch vụ thành phần, ví dụ như thêm một sóng mang thành phần bổ sung được cấu hình hoặc nếu sóng mang thành phần chính nên được cấu hình lại.

3.2.1.2 Cấu trúc PSS

Ở một mức độ chi tiết hơn, 3 PSS là 3 ba chuỗi Zadoff-Chu (ZC) chiều dài 63 mở rộng với 5 cực ở các cạnh và ánh xạ tới các trung tâm 73 sóng mang con^[3] (khối trung tâm sáu nguồn) như minh họa trong hình 3.9. Cần lưu ý rằng mặc dù các trung tâm sóng mang phụ là thực sự không lan truyền vì nó trùng với sóng mang phụ DC. Do đó, chỉ có 62 yếu tố của chiều dài chuỗi ZC-63 đang thực sự truyền (yếu tố không lan truyền).

Hình 3.10: Định nghĩa và cấu trúc của SSS

Như vậy PSS giữ các yếu tố 72 nguồn (không bao gồm sóng mang DC) trong khung 0 và 5 (FDD) và khung 1 và 6 (TDD). Những yếu tố nguồn này sau đó không có sẵn để truyền DL-SCH.

3.2.1.3 Cấu trúc SSS

Tương tự như PSS, SSS chiếm trung tâm 72 yếu tố nguồn (không bao gồm các sóng mang DC) trong khung 0 và 5 (cho cả FDD và TDD). Như đã mô tả ở trên, SSS nên được thiết kế sao cho:

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 94 - Hai SSS (SSS₁ trong khung 0 và SSS₂ trong khung 5) có giá trị từ 168 bộ giá trị có thể tương ứng với 168 nhóm tế bào định dạng khác nhau.

- Tập hợp các giá trị áp dụng cho SSS2 là khác nhau từ tập các giá trị áp dụng cho SSS₁ cho phép phát hiện khung thời gian từ khi nhận một SSS duy nhất.

Các cấu trúc của hai SSS được minh họa trong hình 3.10, SSS₁ dựa trên tần số bỏ đi của hai chuỗi m chiều dài 31 là chuỗi X và Y, mỗi chuỗi đó có thể lấy 31 giá trị khác nhau (thực ra 31 giá trị khác nhau của cùng một chuỗi m). Trong một tế bào, SSS2 dựa trên chính xác cùng hai trình tự như SSS1. Tuy nhiên, hai chuỗi đã được trao đổi trong miền tần số. Tập hợp các tổ hợp hợp lệ của X và Y cho SSS₁ khi đó đã được lựa chọn để trao đổi trong hai chuỗi trong miền tần số không phải là một sự kết hợp hợp lệ cho SSS1. Như vậy, các yêu cầu trên được đáp ứng:

- Tập hợp các tổ hợp hợp lệ của X và Y cho SSS₁ (cũng như cho SSS₂) là 168, cho phép phát hiện các tế bào định dạng lớp vật lý.

- Khi chuỗi X và Y trao đổi giữa SSS1 và SSS2, khung thời gian có thể được tìm thấy.

3.2.2 THÔNG TIN HỆ THỐNG

Bằng các thủ tục tìm kiếm di động cơ bản được mô tả trong mục 3.2.1, một thiết bị đầu cuối đồng bộ đến một tế bào, nhận được định dạng lớp vật lý của tế bào, và phát hiện thời gian khung tế bào. Một khi điều này đã đạt được, các thiết bị đầu cuối có để có được các thông tin hệ thống tế bào. Đây là thông tin được liên tục phát sóng của mạng và cần được thu bởi thiết bị đầu cuối để có thể truy cập và, hoạt động đúng trong mạng và trong một tế bào cụ thể. Các thông tin hệ thống bao gồm, trong số những thứ khác, thông tin về băng thông đường lên/đường xuống, cấu hình đường lên/đường xuống trong trường hợp của TDD, các thông số chi tiết liên quan đến truyền truy cập ngẫu nhiên và điều khiển công suất đường lên, v.v…

Trong LTE, hệ thống thông tin được cung cấp bởi hai cơ chế khác nhau dựa trên hai kênh truyền tải khác nhau:

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 95 - Một số lượng hạn chế thông tin hệ thống, tương ứng với cái gọi là khối thông tin chủ ( Master-Information - Block (MIB)), được truyền bằng cách sử dụng BCH.

- Các phần chính của thông tin hệ thống, tương ứng với nhau được gọi là các khối thông tin hệ thống (System – Information - Blocks (SIBs)), được truyền qua kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH).

Cần lưu ý rằng thông tin hệ thống trong cả MIB và các SIB tương ứng với các kênh logic BCCH. Như vậy, BCCH có thể được ánh xạ tới cả BCH và DL-SCH tùy thuộc vào các thông tin chính xác BCCH.

3.2.2.1 Truyền dẫn MIB và BCH

Như đã đề cập ở trên, truyền MIB dùng BCH bao gồm một số lượng rất hạn chế về thông tin hệ thống, chủ yếu là các thông tin mà hoàn toàn cần thiết cho một thiết bị đầu cuối để có thể đọc các thông tin hệ thống còn cung cấp sử dụng DL-SCH. Cụ thể hơn, MIB bao gồm các thông tin sau:

- Thông tin về băng thông tế bào đường xuống. Bốn bit có sẵn trong MIB để biểu thị cho băng thông đường xuống. Như vậy, lên đến 16 băng thông khác nhau, được đo bằng số lượng các khối nguồn, có thể được định nghĩa cho mỗi băng tần.

- Thông tin về cấu hình PHICH của tế bào. Thiết bị đầu cuối phải biết cấu hình PHICH để có thể nhận được sự kiểm soát tín hiệu L1 / L2 trên PDCCH đó, lần lượt, là cần thiết để nhận được DL-SCH. Do đó, thông tin về cấu hình PHICH (ba bit) được bao gồm trong MIB, chuyển tải bằng BCH, mà có thể được tiếp nhận và giải mã mà không nhận được bất kỳ PDCCH.

- Số khung hệ thống (SFN) hay đúng hơn là tất cả các bit ngoại trừ hai bit quan trọng nhất của SFN có trong MIB. Như được mô tả dưới đây, các thiết bị đầu cuối có thể gián tiếp có được hai bit quan trọng nhất của SFN từ việc giải mã BCH.

Xử lý lớp vật lý BCH, chẳng hạn như mã hóa kênh và lập bản đồ nguồn, khác khá nhiều so với mức tương ứng xử lý và lập bản đồ cho DL-SCH.

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 96 Như có thể thấy trong hình 3.11, một khối vận chuyển BCH, tương ứng với MIB, được truyền mỗi 40 ms. Thời gian nghỉ truyền của BCH (BCH Transmissions Time Interval (TTI)) do đó bằng 40 ms.

BCH dựa trên một CRC 16-bit, tương phản với một CRC 24-bit được sử dụng cho tất cả các kênh vận chuyển đường xuống khác. Lý do cho CRC BCH ngắn hơn là để giảm chi phí tương đối CRC, có kích thước vận chuyển khối BCH rất nhỏ.

Mã hóa kênh BCH được dựa trên cùng một tỷ lệ, 1/3 đuôi mã hóa chập được sử dụng cho các kênh điều khiển PDCCH. Lý do sử dụng mã hóa chập cho BCH, chứ không phải là mã Turbo sử dụng cho tất cả các kênh vận chuyển khác, là kích thước nhỏ của khối vận chuyển BCH. Với khối nhỏ như vậy, đuôi mã hóa thực sự tốt hơn mã hóa Turbo. Các mã hóa kênh được theo sau bởi tỷ lệ phù hợp, trong thực tế sự lặp lại của các bit được mã hóa, và xáo trộn cấp độ bit. Điều chế QPSK sau đó được áp dụng cho các khối vận chuyển BCH mã hóa và trao đổi.

Hình 3.11 Mã hóa kênh và lập bản đồ khung cho các kênh vận chuyển BCH. Truyền dẫn đa ăng-ten BCH được giới hạn để truyền đa dạng, SFBC trong trường hợp hai cổng ăng-ten và kết hợp SFBC / FSTD trong trường hợp của bốn cổng

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 97 ăng-ten. Trên thực tế, nếu hai cổng ăng-ten có sẵn trong tế bào, SFBC phải được sử dụng cho BCH. Tương tự như vậy, nếu bốn cổng ăng-ten có sẵn, kết hợp SFBC / FSTD phải được sử dụng. Do đó, phát hiện những gì chương trình truyền đa dạng được sử dụng cho BCH, một thiết bị đầu cuối có thể gián tiếp xác định số lượng các cổng ăng-ten di động cụ thể trong tế bào và cũng là chương trình truyền đa dạng sử dụng cho báo hiệu điều khiển L1 / L2.

Như thấy từ Hình 3.11, khối vận chuyển BCH mã hóa được ánh xạ tới các khung phụ của mỗi khung trong bốn khung hình liên tiếp. Tuy nhiên, như có thể thấy trong hình 3.12 và ngược lại với các kênh vận chuyển đường xuống khác, BCH không được ánh xạ trên cơ sở khối nguồn. Thay vào đó, BCH được truyền trong bốn biểu tượng OFDM của khe thứ hai của khung phụ 0 và chỉ trong vòng 72 sóng mang trung tâm. Như vậy, trong trường hợp của FDD, BCH theo sau ngay lập tức sau khi PSS và SSS trong khung phụ 0. Các yếu tố nguồn tương ứng sau đó không có sẵn để truyền DL-SCH.

Hình 3.12. Lập bản đồ nguồn chi tiết cho các kênh vận chuyển BCH.

Lý do cho việc hạn chế việc truyền BCH của 72 sóng mang trung tâm, không phụ thuộc vào băng thông tế bào, mà là một thiết bị đầu cuối có thể không biết băng thông tế bào đường xuống khi nhận BCH. Vì vậy, khi nhận BCH của một tế bào, các

Học viên thực hiện: Vũ Huy Cƣờng 98 thiết bị đầu cuối có thể giả định một băng thông tế bào bằng với băng thông đường xuống tối thiểu có thể có, khối sáu nguồn tương ứng với 72 sóng mang con. Từ giải mã MIB, các thiết bị đầu cuối được sau đó thông báo về băng thông tế bào đường xuống thực tế và có thể điều chỉnh băng thông nhận phù hợp.

Rõ ràng, tổng số các yếu tố nguồn mà mã hóa BCH được ánh xạ là rất lớn so với kích thước của khối vận chuyển BCH, nhằm mã hóa lặp lại nhiều hoặc tương đương, độ lợi xử lý lớn cho việc truyền tải BCH. Lợi xử lý lớn như vậy là cần thiết vì