Có liên quan đến khả năng triển khai truy nhập vô tuyến LTE trên nhiều băng tần khác nhau là việc có thể vận hành LTE với những băng thông truyền dẫn khác nhau trên cả đường xuống và đường lên. Lý do chính của việc này là số lượng phổ tần khả dụng cho LTE có thể khác nhau đáng kể giữa những băng tần khác nhau và cũng dựa trên tình trạng thực tế của nhà khai thác. Hơn nữa, việc có thể vận hành trên nhiều phân bố phổ tần khác nhau cũng mang lại khả năng cho việc dịch chuyển dần dần phổ tần từ những công nghệ truy nhập vô tuyến khác cho LTE.
LTE có thể hoạt động trong một dải phân bố phổ tần rộng, do tính linh hoạt trong băng thông truyền dẫn là một phần trong đặc tính kỹ thuật của LTE. Để hỗ trợ hiệu quả cho tốc độ dữ liệu rất cao khi phổ tần khả dụng thì một băng thông truyền dẫn rộng là cần thiết. Tuy nhiên, một lượng phổ tần lớn và đầy đủ có thể không phải lúc nào cũng đạt được, hoặc do băng tần hoạt động hoặc do sự dịch chuyển dần dần từ một công nghệ truy nhập vô tuyến khác, khi đó LTE có thể hoạt động với một băng thông truyền dẫn hẹp hơn. Hiển nhiên, trong những trường hợp như vậy, tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được sẽ vì lẽ đó mà bị giảm xuống.
Đặc điểm kỹ thuật lớp vật lý LTE không đề cập đến vấn đề băng thông và không đưa ra bất cứ giả định cụ thể nào về băng thông truyền dẫn hỗ trợ ngoài một giá trị tối thiểu. Như sẽ được biết trong phần tiếp theo, đặc điểm kỹ thuật về truy nhập vô tuyến cơ bản bao gồm lớp vật lý và các tiêu chuẩn giao thức, cho phép bất cứ băng thông truyền dẫn nào nằm trong khoảng từ 1 MHz lên tới hơn 20 MHz theo từng bước 180 KHz. Đồng thời, tại giai đoạn ban
đầu, những yêu cầu về tần số vô tuyến chỉ được chỉ định cho một nhóm nhỏ băng thông truyền dẫn giới hạn, tương ứng với những dự đoán liên quan đến các kích thước phân bố phổ và các diễn tiến dịch chuyển (migration scenarios). Như vậy, trong thực tế truy nhập vố tuyến LTE hỗ trợ một nhóm giới hạn các băng thông truyền dẫn, tuy nhiên những băng thông truyền dẫn bổ sung có thể dễ dàng được hỗ trợ bằng cách cập nhật lại đặc điểm kỹ thuật của RF.
2.3.Kết luận
Mạng LTE bao gồm 2 thành phần chính đó là thành phần truy nhập vô tuyến mặt đất và phần hệ thống mạng lõi.Việc nối vào mạng và nhận một địa chỉ IP là một thủ tục duy nhất trong LTE bởi vì tất cả các dịch vụ của LTE đều dựa trên IP,để nối một UE vào mạng sau khi nó được bật lên cần phải thực hiện các thủ tục:Tìm kiếm mạng và quảng bá thông tin hệ thống,Liên hệ ban đầu với mạng ,Xác minh thuê bao ,Yêu cầu cấp phát một địa chỉ IP.Trong LTE thì hệ thống truyền dẫn đường xuống dựa trên OFDMA còn đường lên dựa trên SC-FDMA.Việc sử dụng OFDMA và SC-FDMA nhằm giảm thiểu suy giảm ảnh hưởng của fading lựa chọn tần số,tác dụng của fading lựa chọn tần số và sự phân tán độ trễ sẽ trở nên độc lập với lượng dải tần được dùng cho kênh.Mạng truy nhập LTE có những tính năng quan trọng: Tăng cường giao diện không gian cho phép tăng tốc độ số liệu, Hiệu quả sử dụng phổ tần cao, kế hoạch tần số linh hoạt, trễ được giảm, môi trường toàn IP, Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước, khả năng giảm chi phí.
Tóm lại,trong chương này đã trình bày về kiến trúc tổng quát ,các phương thức truyền dẫn,các kỹ thuật được sử dụng trong LTE.Trong chương sau chúng ta sẽ tìm hiểu về giao diện vô tuyến và các thủ tục truy cập mạng.
CHƯƠNG 3
GIAO DIỆN VÔ TUYẾN VÀ CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP Trong các mạng vô tuyến,trước khi truyền dữ liệu,các đầu cuối di động
động cần phải thực hiện các thủ tục nhất định tùy theo từng công nghệ của mạng vô tuyến đó.LTE là một công nghệ mới nên các thủ tục đó cũng có nhiều điểm khác so vơi các công nghệ trước đây.Trong chương này sẽ mô tả những lớp giao thức bên trên lớp vật lý, sự tương tác giữa chúng, và sự giao tiếp với lớp vật lý ,các thủ tục cần thiết cho một đầu cuối có thẻ truy cập vào mạng dựa trên LTE
3.1.Giao diện vô tuyến LTE
3.1.1.Kiến trúc giao diện vô tuyến
Hình 3.1. Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống) [2]
Tổng quan về kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh họa trong hình hình 3.1. Tương tự với hầu hết những hệ thống truyền thông hiện đại khác, quy trình kỹ thuật dành cho LTE được cấu trúc thành nhiều lớp vật lý khác nhau.Dữ liệu được truyền trên đường xuống dưới dạng các gói IP
trên một trong những tải tin SAE (SAE bearers). Trước khi truyền đi qua giao diện vô tuyến, những gói IP đến (incoming IP packets) sẽ đi qua nhiều phần tử, được tổng kết dưới đây :
Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence Protocol -PDCP): thực hiện việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lượng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến.Cơ chế nén tiêu đề dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn được sử dụng trong WCDMA cũng như là trong các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng đảm nhiệm việc mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu được truyền đi. Tại phía thu, giao thức PDCP sẽ thực hiện công việc giải nén và giải mã thông tin. Chỉ có một phần tử PDCP trên một tải tin vô tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.
Điều khiển liên kết vô tuyến (Radio Link Control - RLC): đảm nhiệm việc phân đoạn / ghép nối, điều khiển việc truyền lại, và phân phát lên các lớp cao hơn theo thứ tự. Không giống như WCDMA, giao thức RLC được định vị trong eNodeB vì chỉ có một loại node đơn trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE (LTE radio access network architecture). RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dưới dạng các tải tin vô tuyến. Chỉ có một phần tử RLC trên một tải tin vô tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.RLC LTE, tương tự như WCDMA/HSPA, đảm nhiệm việc phân đoạn (nén tiêu đề) các gói IP, còn được xem như là RLC SDUs, từ PDCP thành những đơn vị nhỏ hơn, RLC PDUs (Nhìn chung, các phần tử dữ liệu đến/từ một lớp giao thức cao hơn thì được xem như là một Đơn vị dữ liệu dịch vụ SDU – Service Data Unit và phần tử tương ứng đến/từ một lớp giao thức thấp hơn được biểu thị như Đơn vị dữ liệu giao thức PDU – Protocol Data Unit). Nó cũng điều khiển việc truyền lại các PDUs bị nhận nhầm, cũng như là xóa bỏ những PDUs bị nhân đôi (duplicate removal) và ghép nối các PDUs nhận được. Cuối cùng, RLC sẽ đảm bảo việc phân phát theo trình tự các RLC
liệu phân phát không bị lỗi cho các lớp cao hơn. Để làm được điều này, sẽ có một giao thức truyền lại hoạt động giữa các phần tử RLC tại đầu thu và đầu phát. Bằng việc giám sát các số thứ tự đi đến (incoming sequence numbers), RLC thu có thể phát hiện ra những PDUs bị thiếu. Các báo cáo trạng thái sẽ được phản hồi trở về RLC phát, yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu. Khi phản hồi một trạng thái báo cáo được cấu hình, một báo cáo đặc trưng chỉ chứa thông tin về nhiều PDUs và ít khi được truyền đi. Dựa trên báo cáo trạng thái thu được, phần tử RLC tại đầu phát có thể đưa ra những hành động thích hợp và truyền lại những PDUs bị thiếu nếu được yêu cầu.Khi RLC được cấu hình để yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu như được mô tả ở trên, nó được gọi là đang hoạt động trong chế độ báo nhận (Acknowledged Mode – AM). Thông thường AM được sử dụng cho các dịch vụ dựa trên TCP như khi truyền tập tin mà yếu tố phân phát dữ liệu không bị lỗi được đặt lên hàng
Hình 3.2. Phân đoạn và hợp đoạn RLC
RLC cũng có thể được cấu hình theo chế độ không báo nhận (Unacknowledged Mode – UM) và chế độ trong suốt (Transparent Mode – TM). Trong chế độ UM, sẽ cung cấp việc phân phát đúng thứ tự lên các lớp cao hơn, nhưng sẽ không truyền lại các PDUs bị thiếu. Thông thường UM được sử dụng cho những dịch vụ như VoIP khi mà việc phân phát không lỗi không quan trọng bằng thời gian phân phát ngắn. TM, mặc dù được hỗ trợ, nhưng chỉ được sử dụng cho những mục đích riêng biệt như truy cập ngẫu nhiên.Mặc dù RLC có khả năng kiểm soát lỗi truyền dẫn do nhiễu, sự biến đổi kênh truyền không thể dự đoán (unpredictable channel variations), v.v…,
nhưng trong hầu hết trường hợp những lỗi này được kiểm soát bởi giao thức hybrid-ARQ dựa trên MAC. Việc sử dụng cơ chế truyền lại trong RLC có thể vì vậy mà trở nên không cần thiết. Tuy nhiên, không phải trường hợp nào cũng vậy và việc sử dụng cả hai cơ chế truyền lại dựa trên MAC và RLC trên thực tế cũng có mặt tích cực khi mà có sự khác nhau trong việc truyền tín hiệu phản hồi.
Ngoài việc điều khiển việc truyền lại và phân phát theo trình tự, RLC cũng chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nối theo như minh họa trong hình 3.2. Dựa trên quyết định của scheduler (scheduler decision), một lượng dữ liệu nào đó được lựa chọn để truyền đi từ bộ đệm RLC SDU và các SDUs sẽ được phân đoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU. Do đó, đối với LTE thì kích thước RLC PDU thay đổi một cách động (varies dynamically), trong khi
WCDMA/HSPA trước phiên bản 7 lại sử dụng kích thước PDU bán tĩnh (semi-static PDU size). Khi mà tốc độ dữ liệu cao, kích thước PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ hơn tương ứng, còn khi mà tốc độ dữ liệu thấp, đòi hỏi kích thước PDU phải nhỏ nếu không thì tải trọng sẽ trở nên quá lớn. Vì vậy, khi tốc độ dữ liệu nằm trong khoảng từ một vài kbit/s tới trên một trăm Mbit/s, kích thước PDU động (dynamic PDU sizes) sẽ được điều chỉnh bởi LTE. Từ RLC, scheduler và cơ chế thích ứng tốc độ đều được định vị tại eNodeB, và kích thước PDU động sẽ dễ dàng được hỗ trợ cho LTE.
Điều khiển truy cập môi trường (Medium Access Control - MAC):
điều khiển việc truyền lại hybrid-ARQ và hoạch định đường lên, đường xuống. Chức năng hoạch định được định vị trong eNodeB, và nó chỉ có một phần tử MAC cho một tế bào, cho cả đường lên và đường xuống. Phần giao thức hybrid ARQ có mặt trong cả đầu cuối phát và thu của giao thức MAC. Khối MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic.
Lớp vật lý (Physical layer – PHY): điều khiển việc mã hóa / giải
chức năng lớp vật lý tiêu biểu khác. Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dưới dạng các kênh chuyển tải (transport channels).