1. Các thủ tục truy nhập LTE
1.2 Truy nhập ngẫu nhiên
Phần trên ta đã đưa ra khái niệm “truy nhập ngẫu nhiên” nhưng chưa giải thích chi tiết. Yêu cầu căn bản đối với mọi hệ thống tổ ong là khả năng đầu cuối có thể yêu cầu thiết lập kết nối. Điều này thường được gọi là “truy nhập ngẫu nhiên” và nó phục vụ hai mục đích chính trong LTE: đó là thiết lập đồng bộ UL và thiết lập một nhận dạng đầu cuối duy nhất(C-RNTI), trong đó mạng và đầu cuối đều biết nhận dạng này. Vì thế truy nhập ngẫu nhiên không chỉ sử dụng cho truy nhập lần đầu, khi chuyển từ LTE-DETACHED hay LTE-IDLE vào LTE-ACTIVE (đã xét ở trước) mà còn cả sau các chu kỳ không tích cực khi đồng bộ UL bị mất trong LTE- ACTIVE.
Hình H.3.3 minh họa truy nhập ngẫu nhiên. Gồm bốn bước sau:
- Bước 1. Truyền dẫn tiền tố gồm truyền dẫn một tiền tố truy nhập ngẫu nhiên để cho phép eNodeB ước tính định thời truyền dẫn của đầu cuối. Đồng bộ UL cần thiết vì không có nó đầu cuối không thể phát số liệu
75
H.3.3: Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên LTE
Bước thứ nhất trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên là truyền dẫn một tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Mục đích chính của tiền tố này là để thông tin cho mạng về một quyết định truy nhập và để nhận được đồng bộ thời gian UL trong giới hạn một phần nhỏ của CP UL.
Về tổng quát, các truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có thể hoặc trực giao hoặc không trực giao đối với số liệu người sử dụng. Trong WCDMA, tiền tố là không trực giao đối với truyền dẫn số liệu UL. Điều này là có lợi vì không cần phải ấn định bán cố định tài nguyên cho truy nhập ngẫu nhiên. Tuy nhiên để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên đối với số liệu, công suất phát của tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phải được điều khiển cẩn thận. Trong WCDMA , điều này được giải quyết bằng thủ tục tăng công suất từng nấc, trong khi đó đầu cuối tăng từ từ công suất theo từng nấc quy định trước cho đến khi trạm gốc phát hiện được truy nhập ngẫu nhiên. Mặc dù đây là một giải pháp thích hợp cho vấn đề nhiễu, nhưng thủ tục tăng từng nấc
76
dẫn đến trễ tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên tăng. Vì thế từ quan điểm trễ, thủ tục truy nhập ngẫu nhiên không yêu cầu tăng từng nấc có lợi hơn.
Trong LTE, tiền tố truyền dẫn truy nhập ngẫu nhiên có thể được thực hiện trực giao với các truyền dẫn số liệu người sử dụng và kết quả là không cần tăng công suất từng nấc (mặc dù đặc tả chuẩn cho phép tăng từng nấc). Trực giao giữa số liệu của người sử dụng được phát đi từ các đầu cuối khác và các ý đồ truy nhập đạt được cả trong miền thời gian và miền tần số. Mạng phát quảng bá thông tin đến tất cả các đầu cuối về tài nguyên thời gian-tần số dành cho truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Để tránh nhiễu giữa các số liệu và các tiền tố truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh lập biểu cho các truyền dẫn UL trong các tài nguyên thời gian –tần số này. Điều này được minh họa trên H.4
H.3.4: Minh họa nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngẫu nhiên
Vì đơn vị thời gian cơ bản để truyền dẫn số liệu trong LTE là 1ms, một khung con được dành trước cho truyền dẫn tiền tố. Tiền tố truy nhập ngẫu nhiên sẽ được phát trong các tài nguyên dành trước này.
Trong miền tần số, tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên (1,08MHZ). Điều này hoàn toàn phù hợp với băng thông nhỏ nhất mà LTE có khả năng hoạt động (6 khối tài nguyên ) như đã xét ở phần trước. Vì thế cùng một cấu trúc tiền tố truy nhập có thể được sử dụng không phụ thuộc vào băng thông truyền dẫn của ô. Đối với các triển khai sử dụng các ấn định băng thông lớn hơn , nhiều tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên có thể định nghĩa trong miền tần số để đảm bảo dung lượng truy nhập lớn hơn.
77
Để thực hiện truy nhập ngẫu nhiên, đầu cuối di động phải nhận được đồng bộ DL trong thủ tục tìm ô trước khi phát tiền tố. Tuy nhiên định thời UL vẫn chưa được thiết lập. Khởi đầu khung UL tại đầu cuối di động được định nghĩa tương đối so với khởi đầu khung DL tại đầu cuối di động. Do trễ truyền sóng giữa trạm gốc và đầu cuối nên phát UL sẽ trễ tương đối so với định thời phát DL tại trạm gốc. Do khoảng cách giữa trạm gốc và đầu cuối di động chưa biết nên sẽ có sự không rõ ràng trong định thời UL tương ứng với hai lần khoảng cách giữa trạm gốc và đầu cuối, để giải quyết sự không rõ ràng này và tránh nhiều giao thoa với các khung con tiếp theo, cần sử dụng một khoảng bảo vệ, nghĩa là độ dài tiền tố thực tế ngắn hơn 1ms.
H.3.5:Định thời tiền tố tại eNodeB cho các nguồn sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác
nhau
Hình H.5 minh họa độ dài tiền tố và thời gian bảo vệ. Với độ dài tiền tố vào khoảng 0,9ms, thời gian bảo vệ 0,1ms sẽ cho phép các kích thước ô đến 15km. trong các ô lớn hơn, trong đó sự không rõ ràng có thể lớn hơn thời gian bảo vệ bổ sung bằng cách không lập biểu các truyền dẫn trong khung con tiếp sau tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên.
Tiền tố dựa trên các chuỗi Zadoff-chu và là các chuỗi dịch vòng. Các chuỗi Zadoff- chu cũng được sử dụng để tạo ra các tín hiệu tham khảo UL như đã xét ở trên. Từ chuỗi Zadoff-chu X có thể nhận được m-1 các chuỗi dịch vòng bằng cách dịch vòng Mzc/m, trong đó Mzc là độ dài của chuỗi Zadoff-chu gốc và u là chỉ số của chuỗi Zadoff-chu độ dài Mzc (Số lượng các chuỗi Zadoff-chu khả dụng (số lượng giá trị
78
có thể của u) bằng số lượng các số nguyên tố tương đối của độ dài chuỗi Mzc) nghĩa là để cực đại hóa có thể có, cần sử dụng các chuỗi Zadoff-chu độ dài nguyên tố). Các chuỗi ZC dịch vòng có một số tính chất hấp dẫn như biên độ không đổi, vì thế đảm bảo sử dụng hiệu quả bộ khuếch đại công suất và duy trì các thuộc tính PAPR thấp của UL đón sóng mang. Các chuỗi này cũng có tự tương quan dịch vòng lý tưởng cho phép ước tính định thời chính xác tại eNodeB, cuối cùng tương quan chéo giữa các tiền tố khác nhau được xây dựng dựa trên dịch vòng của cùng một chuỗi ZC bằng không khi dịch vòng thời gian M/m được sử khi tạo ra các tiền tố tại máy thu không lớn hơn thời gian truyền vòng cực đại cộng với trải trễ cực đại kênh. Nhờ tính chất tương quan chéo lý tưởng này nên không xảy ra nhiều nội ô do nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên sử dụng các tiền tố được rút ra từ cùng một chuỗi Zadoff- chu
Tạo chuỗi tiền tố truy nhập ngẫu nhiên trong miền thời gian
H.3.6: Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên
Hình H.6 minh họa việc tạo ra tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Mặc dù hình vẽ minh họa quá trình này trong miền thời gian nhưng cũng có thể thực hiện tiền tố này trong miền tần số. Ngoài ra để xử lý miền tần số tại trạm gốc (sẽ xét dưới đây), CP được chèn vào trong quá trình tạo tiền tố.
Các chuỗi tiền tố được chia thành các nhóm 64 chuỗi. Sau khi lập cấu hình hệ thống, mỗi ô được ấn định một nhóm nói trên bằng cách định nghĩa một hay nhiều chuỗi Zadoff-chu gốc và các dịch vòng cần thiết để tạo ra tập các tiền tố. Để đơn giản cho việc quy hoạch chuỗi giữa các ô, số nhóm phải đủ lớn.
Khi thực hiện truy nhập ngẫu nhiên, đầu cuối chọn ngẫu nhiên một chuỗi từ tập chuỗi được ấn định cho ô mà nó đang tìm cách truy nhập. Nếu không có đầu cuối
79
nào cùng tìm cách truy nhập tại cùng một thời điểm bằng cùng một chuỗi thì không có va chạm và ý đồ truy nhập này sẽ được mạng phát hiện với xác suất cao.
Tạo chuỗi tiền tố truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số