Ngoài các tín hiệu điều khiển và dữ liệu, eNodeB cần phải có một số nguồn dữ liệu các kí hiệu để thuận tiện cho việc phát hiện nhất quán tín hiệu như kênh điểu khiển riêng vật lý (PDCCH-Physical Dedicated Control Channel) trong WCDMA mang các kí hiệu dẫn đường cho đường lên.Trong đường lên LTE, các tín hiệu tham chiếu (RS-Reference Signal) được sử dụng như các tín hiệu tham chiếu giải điều chế trên các kênh PUCCH và PUSCH.Một mục đich mới của các tín hiệu tham chiếu, mà trong WCDMA không có, là sử dụng chúng như các tín hiệu tham chiếu thăm dò kênh (SRS-Sounding Reference Signal).Thêm vào đó, các tín hiệu tham chiếu còn được sử dụng đểđiều chế chuỗi trên kênh PUCCH.
¾ Các chuỗi kí hiệu tham chiếu (Sequences Signal Reference) Các tính chất quan trọng của các chuỗi RS trong đường lên LTE:
• Có các tính chất thuận lợi cho sự tương quan chéo và tự tương quan
• Đủ số lượng các chuỗi
• Biểu diễn trong miền tấn số phẳng thuận lợi cho việc ước lượng kênh hiệu quả • Có các giá trị cubic metric thấp so với cubic metric của phương thức điều chế
Các chuỗi này cũng cần thiết phải phù hợp với việc hỗ trợ tùy chọn nhiều băng thông trong việc phân bổ đường lên.Điều này có nghĩa là các chuỗi phải có độ dài thay đổi (là các bội số của 12)
¾ Các tín hiệu tham chiếu giải điều chế (DMRS-Demodulation Reference Signals) DMRS được sử dụng chính cho việc ước lượng kênh để phát hiện chính xác và giải điều chế các tín hiệu và nó có cùng băng thông như truyền dẫn dữ liệu đường lên.Mỗi một khe thời gian trên kênh PUSCH đều có một DMRS, trong khi đó trên kênh PUCCH có 2-3 tín hiệu tham chiếu tùy theo khuôn dạng PUCCH được sử dụng. Trên kênh PUSCH, DMRS chiếm kí hiệu SC-FDMA thứ tư trong khe thời gian và độ dài chuỗi RS bằng số lượng các sóng mang con được phân bổ.Vị
trí các tín hiệu tham khảo trên kênh PUCCH đã được đề cập ở phần trước.
¾ Các tín hiệu điều chế thăm dò (SRS-Sounding Reference Signals)
SRS được dùng để cung cấp thông tin về chất lượng kênh đường lên trên một băng thông rộng hơn sự truyền dẫn PUSCH hiện tại hoặc khi thiết bị đầu cuối không có sự truyền dẫn nào trên kênh PUSCH.Kênh được ước lượng tại eNodeB và các thông tin đạt được về kênh sẽ được sử dụng trong việc tối ưu hóa việc
định trình đường lên như một phần hoạt động định trình trong miền tần số.Vì thế
SRS như một bản sao kênh đường lên được dùng để báo cáo CQI cho các kênh
đường xuống.SRS cũng được sử dụng cho nhiều mục đích khác nữa như tạo điều kiện ước lượng thời gian đường lên cho các thiết bị đầu cuối có các truyền dẫn
đường lên không thường xuyên và có băng thông hẹp.SRS được truyền trên kí hiệu SC-FDMA cuối cùng của khung con như trong hình 4.18
Trên SRS, truyền dẫn SC-FDMA phân tán được sử dụng.Hay nói cách khác, UE sử dụng các sóng mang thứ hai để truyền các tín hiệu tham chiếu như minh họa trong hình 4.19. Độ bù sóng mang con tương đối định nghĩa kiểu truyền dẫn răng lược cho truyền dẫn phân tán. Kiểu truyền dẫn phân tán cung cấp thêm một phương pháp nữa để ghép kênh các tín hiệu tham chiếu.SRS sử dụng các chuỗi giống như
DMRS.Độ dài của chuỗi SRS là tích số của 24 hay băng thông SRS là bội số của 4 RB.Truyền dẫn SRS có thể được cấu hình linh hoạt. Truyền dẫn SRS có thể là truyền dẫn một lần hoặc theo chu kì trong khoảng thời gian tử 2ms đến 320ms.Có
đến 4 băng thông SRS tùy chọn sẵn có khác nhau phụ thuộc vào băng thông của hệ
thống và cấu hình cell.
Hình 4. 19 Ánh xạ các sóng mang con cho tín hiệu tham chiếu thăm dò kênh 4.4Truyền tín hiệu báo hiệu lớp vật lý đường xuống
Thông tin điều khiển đường xuống được mang trên ba loại bản tin điều khiển khác nhau:
• Bộ chỉ báo khuôn dạng điều khiển (Control Format Indicator-CFI) chỉ rõ số
lượng tài nguyên được dùng cho kênh điều khiển. CFI được ánh xạ vào kênh chỉ báo khuôn dạng điều khiển vật lý (PCFICH)
• Chỉ báo HARQ (HI-HARQ Indication) dùng để thông báo nhận được các gói tin đường lên đã được truyền thành công.HI được ánh xạ vào kênh chỉ báo HARQ vật lý (PHICH)
• Thông tin điều khiển đường xuống (Downlink Control Information-DCI) được dùng để điều khiển với các khuôn dạng khác nhau dựa trên các tài nguyên
khuôn dạng cho các trường hợp khác nhau. DCI được ánh xạ vào kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH)
4.4.1 Kênh chỉ báo khuôn dạng điều khiên vật lý (PCFICH)
Mục đích duy nhất của kênh PCFICH là tự động chỉ rõ bao nhiêu kí hiệu OFDMA được dành riêng cho các thông tin điều khiển.Nó có thể thay đổi từ 1 đến 3 trong mỗi khung con.Vị trí và phương thức điều chế của kênh PCFICH là cố định.Việc sử dụng khả năng báo hiệu linh hoạt cho phép hệ thống hỗ trợ cho một số
lượng lớn người dùng có tốc độ dữ liệu thấp (ví dụ như VoIP) cũng như cung cấp
đủ báo hiệu ở mức thấp khi tốc độ dữ liệu cao hơn được sử dụng bởi một ít người dùng đồng thời.Trong trường hợp được minh họa trong hình 4.20 sự phân bổ trên kênh PDCCH được thay đổi từ 1 đến 3 kí hiệu.
Khi hoạt động ở băng thông 1.4MHz, tài nguyên PDCCH là 2,3 và 4 kí hiệu
để đảm bảo đủ kích thước tải và một khoảng đủ cho mọi kịch bản báo hiệu.Trong các cell lớn quan trọng là phải đủ chỗ cho mã hóa kênh cùng với tín hiệu báo hiệu
đặc biệt là khi hoạt động với RACH.
Hình 4. 20 Phân bổ tài nguyên kênh PDCCCH từ kênh PCFICH cho băng thông lớn hơn 1.4 MHz
4.4.2 Kênh điều khiển đường xuống vật lý
UE sẽ có được các thông tin PDCCH về sự phân bổ tài nguyên cho cảđường lên và đường xuống mà UE có thể sử dụng.DCI được ánh xạ trên kênh PDCCH có các khuôn dạng khác nhau phụ thuộc vào kích cỡ DCI được truyền đi sử dụng một hoặc nhiều các thành tố kênh điều khiển (Control Channel Element-CCE). Một
CCE bằng 9 nhóm thành tố tài nguyên.Mỗi nhóm lại bao gồm 4 thành tố tài nguyên. Các khuôn dạng khác nhau được chỉ ra trong bảng 4.1
Bảng 4. 1 Các định dạng PDCCH và kích thước của chúng
UE sẽ nghe một tập các kênh PDCCH và cố gắng giải mã chúng (kiểm tra tất cả
các khuôn dạng) trong tất cả các khung con ngoại trừ trong khoảng thời gian chếđộ
DRX được cấu hình.Một tập các kênh PDCCH theo dõi có thể lên đến 6 kênh.Phụ
thuộc vào các thông số của mạng, một vài kênh PDCCH còn được gọi là các kênh chung PDCCH và có thể bao gồm các thông tin điều khiển công suất.
DCI được ánh xạ vào kênh PDCCH theo 4 định dạng khác nhau và có thể có những thay đổi khác nhau trong từng định dạng.Nó có thể cung cấp các thông tin
điều khiển trong các trường hợp sau:
• Thông tin phân bổ PUSCH (định dạng DCI 0)
• Thông tin PDSCH với một từ mã (định dạng DCI 1 và các biến thể của nó)
• Thông tin PDSCH với hai từ mã (định dạng DCI 2 và các biến thể của nó)
• Thông tin điều khiển công suất đường lên (định dạng DCI 3 và các biến thể
của nó)
Kênh PDCCH bao gồm các thông tin liên quan đến PDSCH thường được gọi như sự ấn định đường xuống.Các thông tin sau đây được mang trên sự ấn định
đường xuống khi cung cấp thông tin phân bổ tài nguyên đường xuống liên quan đến PDSCH:
• Thông tin về phân bổ khối dữ liệu.Nó chỉ rõ vị trí của các tài nguyên được phân bổ cho người sử dụng trong miền khối tài nguyên
• Sơ đồ mã hóa và điều chế sử dụng cho dữ liệu đường xuống.Dùng 5 bit tín hiệu để chỉ rõ phương thức điều chế và kích thước khối vận chuyển. Dựa trên các thông số này và số lượng các khối tài nguyên được phân bổ mà tỉ lệ mã hóa được quyết định.
• Số lượng quá trình HARQ cần được báo hiệu khi truyền lại HARQ từ eNodeB theo quan điểm không đồng bộ và việc truyền chính xác tức thời được đẩy lên chức năng định trình ở eNodeB. Không có số quá trình HARQ UE có thể bị
rối giữa các quá trình xử lý khác nhau và có thể kết hợp sai dữ liệu.Nó cũng ngăn chặn lỗi đường truyền nếu tín hiệu điều khiển bị mất trong một TTI.Số
lượng các quá trình HARQ cốđịnh là 8 cho cảđường lên và đường xuống
• Bộ chỉ báo dữ liệu mới thông báo dữ liệu được truyền đi có phải là truyền lại hay là không
• Sự dư thừa phiên bản là một thông số HARQ được dùng với chế độ dư thừa gia tăng để cho các phiên bản truyền lại được sử dụng
• Các lệnh điều khiển công suất cho kênh PUCCH và PDCCH. Lệnh điều khiển công suất bao gồm 2 bit và nó được sử dụng cho 2 bước tăng hay giảm điểu chỉnh công suất
Thêm vào đó khi có sử dụng kĩ thuật MIMO thì các thành tố báo hiệu riêng biệt cho MIMO cũng được thêm vào
Kênh PDCCH bao gồm các thông tin liên quan đến PUSCH cũng đươc biết
đến như cho phép truy nhập đường lên.Các thông tin sau đây được mang bởi sự
cho phép đường lên:
• Cờ nhảy, sự ấn định khối tài nguyên và phân bổ tài nguyên nhảy.Số bit được sử dụng cho mục đích này phụ thuộc vào băng thông được sử dụng.Sự phân bổ tài nguyên đường lên là liên tục và nó được báo hiệu bằng cách chỉ rõ khối tài nguyên bắt đầu và số khối tài nguyên được phân bổ
• Sơđồ mã hóa và điều chế, phiên bản dư thừa
• Thông tin chỉ báo dữ liệu mới, được dùng cho mục đích đồng bộ hóa các lệnh
• Lệnh TPC cho việc định trình PUSCH có thể được biểu diễn bằng 4 giá trị
khác nhau
• Chuyển chu kì cho các kí hiệu tham chiếu giải điều chế-3 bit
• Yêu cầu báo cáo CQI không định kì
Bên cạnh các mục đích trên, kênh PDCCH cũng có thể mang thông tin điều khiển công suất cho nhiều người sử dụng.Tùy chọn hỗ trợ cho cả định dạng 1 và 2 bit
Chuỗi mã hóa kênh PDCCH được chỉ trong hình 4.21
Hình 4. 21 Chuỗi mã hóa kênh PDCCH 4.4.3 Kênh chỉ thị HARQ vật lý
Nhiệm vụ của kênh PHICH đơn giản chỉ là để chỉ rõ trong đường xuống rằng các gói dữ liệu đường lên có được nhận đúng hay không.Thiết bị sẽ mã hóa kênh PHICH dựa trên thông tin phân bổđường lên nhận được trên kênh PDCCH.
4.4.4 Kênh quảng bá vật lý
PBCH mang các thông tin hệ thống cần thiết cho việc truy nhập hệ thống, như
các thông số RACH.Kênh PBCH luôn luôn được cung cấp băng thông là 1.08MHz như được chỉ ra trong hình 4.22 vì thế cấu trúc kênh PBCH độc lập với băng thông hệ thống thực tế được sử dụng, tương tự như các kênh/tín hiệu cần thiết cho việc truy nhập vào hệ thống lúc ban đầu. Thực tế chỉ một phần thông tin hệ thống được mang trên kênh PBCH, nó chỉ truyền đi các khối thông tin chủ (MIB-Master Information Block) trong khi thực tế các khối thông tin hệ thống được truyền trên kênh PDSCH.
4.4.5 Tín hiệu đồng bộ
Có 504 giá trị nhận dạng cell vật lý trong hệ thống LTE so với 512 mã trải phổ chính trong WCDMA.Tín hiệu đồng bộ chính (Primary Synchronization Signal -PSS) và cá tín hiệu đồng bộ phụ (Secondary Synchronization Signal-SSS) được truyền đi, tương tự như kênh PBCH, luôn luôn chiếm băng thông 1.08MHZ, và
được đặt ở cuối các khe thời gian thứ 1 và 11 trong một khung 10ms, nhưđược chỉ
ra trong hinh 4.23
Hình 4. 23 Các tín hiệu đồng bộ trong một khung
PSS và SSS kết hợp lại với nhau tạo thành 504 giá trị nhận dạng cell lớp vật lý (PCIs- Physical layer Cell Identifies).Các PCI tạo thành 168 nhóm PCI, mỗi nhóm có 3 PCI.
4.5Các thủ tục lớp vật lý
Các thủ tục quan trọng lớp vật lý bao gồm: điều khiển công suất, HARQ, định thời sớm và truy nhập ngẫu nhiên. Định thời trước cơ bản dựa trên báo hiệu trong lớp MAC nhưng lại có liên quan trực tiếp đến lớp vật lý nên định thời trước sẽ được trình bày chi tiết trong phần này
4.5.1 Thủ tục HARQ
Hybird ARQ với kết hợp mềm trong LTE đáp ứng một mục đích tương tự với cơ chế hybird-ARQ trong HSPA – đó là cung cấp sức chịu đựng để chống lại các lỗi truyền dẫn.Nó cũng là một công cụ để nâng cao năng suất. Khi mà những cơ chế
truyền lại hybird-ARQ là nhanh, nhiều dịch vụ cho phép một hoặc nhiều sự truyền lại, bằng cách thiết lập một cơ chế điều khiển tốc độ ẩn (vòng lặp kín) (an implicit (closed loop) rate-control mechanism).Tương tự với phương pháp trong HSPA, giao thức hybrid-ARQ là một phần của lớp MAC, trong khi hoạt động kết hợp mềm
được điều khiển bởi lớp vật lý.
Rõ ràng, hybrid ARQ không được áp dụng cho tất cả các dạng lưu lượng. Ví dụ, truyền dẫn broadcast, khi mà những thông tin giống nhau được dành cho nhiều người dùng, thông thường không phụ thuộc vào hybrid ARQ. Vì vậy, hybrid ARQ chỉđược hỗ trợ cho DL-SCH và UL-SCH
Giao thức hybrid ARQ trong LTE giống với giao thức tương ứng được sử
dụng cho HSPA, đó là việc sử dụng nhiều tiến trình stop-and-wait song song.Trong lúc tiếp nhận những khối truyền tải, đầu thu sẽ tìm cách giải mã khối truyền tải và khai báo cho đầu phát về kết quả của hoạt động giải mã thông qua một bit đơn ACK/NAK để chỉ thị việc giải mã có thành công hay không hoặc truyền lại khối truyền tải nếu được yêu cầu. Để tối thiểu hóa chi phí, một bit đơn ACK/NAK được sử dụng. Rõ ràng, đầu thu phải biết bit ACK/NAK thu được được liên kết với tiến trình hybid-ARQ nào.Hơn nữa, điều này được giải quyết bằng cách sử dụng cùng một phương pháp như trong HSPA khi thời điểm của ACK/NAK được sử dụng để
kết hợp ACK/NAK với một tiến trình hybrid-ARQ nào đó. Điều này được minh họa trong hình 4.25.Chú ý rằng, đối với trường hợp hoạt động TDD, mối quan hệ về
việc truyền dẫn ACK/NAK thì không bị ảnh hưởng bởi sự phân bố đường lên/đường xuống.
Tương tự với HSPA, một giao thức không đồng bộ là cơ sở cho hoạt động hybrid-ARQ đường xuống.Vì vậy, sự truyền lại đường xuống có thể xảy ra tại mọi thời điểm sau khi việc truyền dẫn được khởi tạo và một con số tiến trình hybrid- ARQ tường minh (an explicit hybrid-ARQ process number) được sử dụng để chỉ thị
tiến trình nào đang được định địa chỉ (addressed).Sự truyền lại đường lên, mặt khác, lại dựa trên một giao thức đồng bộ và sự truyền lại xảy ra tại một thời gian xác định trước sau khi khởi tạo quá trình truyền dẫn và số tiến trình (process number) có thể
nhận được hoàn toàn. Hai trường hợp được minh họa trong hình 4.24.Trong giao thức hybrid-ARQ không đồng bộ, sự truyền lại trên lý thuyết được hoạch định tương tự với việc khởi tạo quá trình truyền dẫn.Mặt khác trong giao thức đồng bộ, thời điểm truyền lại được cố định một lần khi khởi đầu quá trình truyền dẫn được hoạch định, phải được tính đến cho hoạt động hoạch định.Tuy nhiên, chú ý rằng bộ định trình sẽ phân biệt từ phần tử hybrid-ARQ trong eNodeB đầu cuối di động nào sẽ thực hiện truyền lại hay không.
Hình 4. 25 Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song
Việc sử dụng nhiều tiến trình hybird-ARQ song song, được minh họa trong hình 4.25 cho mỗi người dùng có thể dẫn đến sự không liên tục về dữ liệu được phân phối từ cơ chế hybrid-ARQ.Ví dụ, khối truyền tải thứ 5 trong hình được giải mã thành công trước khối truyền tải thứ 3, khi mà việc truyền lại được yêu cầu.Vì vậy, đòi hỏi phải có một vài dạng cơ chế sắp xếp lại (some form of reordering