Bảng 2 .4 Cỏc thụng số OFDM
Bảng 2.5 Cỏc thụng số khối tài nguyờn đường lờn LTE
Băng thụng (MHz) Độ dài khe (ms)
Kớch thước khối dài (às/ cỏc súng mang con/kớch thước FFT) Khối ngắn (às/ cỏc súng mang con/kớch thước FFT) Độ dài CP (às/ cỏc súng mang con) 20 0,5 66,67/1200/2048 33,33/600/1024 (4,13/127) hoặc
UTRAN (4,39/135) 15 0,5 66,67/900/1536 33,33/450/768 (4,12/95) hoặc (4,47/71) 10 0,5 66,67/600/1024 33,33/300/512 (4,1/63) hoặc (4,62/71) 5 0,5 66,67/300/512 33,33/150/256 (4,04/31) hoặc (5,08/39) 2,5 0,5 66,67/150/256 33,33/75/128 (3,91/15) hoặc (5,99/23) 1,25 0,5 66,67/75/128 33,33/38/64 (3,65/7) hoặc (7,81/15) Bảng 2.6. Cỏc thụng khả dụng đường lờn LTE Băng thụng (MHz) 1,25 2,5 5 10 15 20 Số cỏc súng mang con 75 150 300 600 900 1200 Số cỏc RU khả dụng 3 6 12 24 36 48 Số cỏc súng mang con trờn RU 25 25 25 25 25 25
2.3.5. Cỏc tớn hiệu tham khảo
Cỏc tớn hiệu tham khảo được ghộp kờnh theo thời gian với số liệu đường lờn và được ghộp trong khối thứ tư của từng khe và với băng thụng tức thời bằng với băng thụng truyền dẫn số liệu.
Một cỏch thực hiện cỏc tớn hiệt tham khảo đường lờn là tạo ra một tớn hiệu tham khảo miền tần số XRS(k) cú độ dài MPS tương ứng với băng thụng được ấn định (số lượng cỏc súng mang con DFTS-OFDM hay kớch thước DFT tức thời) và đưa nú vào đầu vào của IFFT như minh họa trờn hỡnh 2.35. Chốn CP được thực hiện như với cỏc
UTRAN
khối đường lờn khỏc. Ta cú thể mụ tả tớn hiệu tham khảo như là một tớn hiệu DFTS- OFDM nhận được bằng cỏch thực hiện IDFT kớch thước MRS cho chuỗi miền tần số XRS(k). Chuỗi nhận được sau đú được đưa tới xử lý DFTS-OFDM như hỡnh sau.
Hỡnh 2.35. cỏc tớn hiệu tham khảo được chốn vào khối thứ tư từng khe đường lờn
Hỡnh 2.36. Tạo tớn hiệu tham khảo trong miền tần số
Cỏc tớn hiệu tham khảo đường lờn cần cú cỏc thuộc tớnh sau:
• Biờn độ khụng đổi hoặc hầu như khụng đổi giống như đặc tớnh của sơ đồ truyền dẫn đường lờn LTE (‘súng mang đơn’ PAPR thấp)
• Cỏc thuục tớnh tự tương quan miền thời gian tốt để cho phộp ước tớnh kờnh đường lờn chớnh xỏc
UTRAN
Cỏc chuỗi cú thuộc tớnh này đụi khi gọi là CAZAC. Một trong cỏc chuỗi cú thuộc tớnh CAZAC là chuỗi Zadoff-Chu. Trong miền tần số chuỗi Zadoff-Chu cú độ dài MZC cú thể được biểu diễn
( 1) ( )( ) ZC k k j u M u ZC X k e π + − = (2.43) Trong đú u là chỉ số của chuỗi Zadoff-chu trong tập chuỗi Zadoff-chu cú độ dài MZC.
Số lượng cỏc chuỗi Zadoff-chu khả dụng (là giỏ trị cú thể cú của u) bằng số lượng cỏc số nguyờn tố tương đối của độ dài chuỗi MZC, nghĩa là để cực đại húa số lượng cỏc chuỗi Zadoff-chu và nhờ vậy cú thể cực đại húa số lượng cỏc tớn hiệu tham khảo cú thể cú, cần sử dụng cỏc chuỗi Zadoff-Chu độ dài nguyờn tố, tuy nhiờn độ dài miền tần số MRC của cỏc tớn hiệu tham khảo đường lờn phải bằng băng thụng được ấn định, nghĩa là bội số của 12 (kớch thước khối tài nguyờn) và rừ ràng đõy khụng phải là số nguyờn tố. Vỡ thế cỏc chuỗi Zadof-Chu khụng thể sử dụng trực tiếp cho đường lờn LTE. Nờn cỏc tớn hiệu tham khảo được rỳt ra từ cỏc chuỗi số Zadoff-Chu
Hai phương phỏp để rỳt ra cỏc tớn hiệu tham khảo đường lờn cú độ dài MZC từ cỏc chuỗi Zadoff-Chu cú độ dài nguyờn tố đó được định nghĩa cho lớp vật lý của LTE.
• Phương phỏp 1(cắt ngắn): Cỏc chuỗi Zadoff-Chu cú độ dài MZC trong đú MZC là số nguyờn tố cú độ dài nhỏ nhất lớn hơn hoặc bằng MRS được cắt ngắn để cú độ dài MRS.
• Phương phỏp 2 (mở rộng vũng): Cỏc chuỗi Zadoff-Chu cú độ dài MZC trong đú MZC là số nguyờn tố cú độ dài lớn nhất nhỏ hơn hoặc bằng MRS được mở rộng định kỡ để cú độ dài MRS.
Hai phương phỏp này được mụ tả trờn Hỡnh 2.37. Hai phương phỏp này cắt ngắn hay mở rộng với chỉ một kớ hiệu và đõy khụng phải là trường hợp luụn luụn xảy ra. Chẳng hạn nếu cần độ dài tham khảo MRS = 96, tương ứng với tỏm khối tài nguyờn, phương phỏp một cú thể sử dụng chuỗi Zadoof-Chu cú độ dài MZC = 97 (là một số nguyờn tố) như là điểm khỏi đầu. Tuy nhiờn số nguyờn tố lớn nhất mà nhỏ hơn 96 là 89, vỡ thế cần sử dụng phương phỏp hai cho chuỗi Zadoff-Chu. Độ dài MZC = 89 như là điểm khởi đầu và sử dụng mở rộng vũng 7 kớ hiệu để được độ dài tớn hiệu tham khảo là 96.
UTRAN
Hỡnh 2.37. Phương phỏp tạo tớn hiệu tham khảo đường lờn
rừ ràng cả hai phương phỏp này phần nào giảm cấp thuộc tớnh CAZAC của cỏc tớn hiệu tham khảo đường lờn, phương phỏp nào tốt hơn (xột về thuộc tớnh CAZAC) phụ thuộc vào độ dài tớn hiệu tham khảo hay kớch thước khối tài nguyờn được ấn định
2.3.5.1. Nhiều tớn hiệu tham khảo
Trong trường hợp một đầu cuối di động sẽ phỏt trong một tài nguyờn cho trước (một tập cho trước cỏc súng mang trong một khung con cho trước) trong một ụ. Tuy nhiờn trong cỏc ụ lõn cận thụng thường cũng xảy ra truyền dẫn đồng thời đường lờn trong cựng một tài nguyờn, trong trường hợp này cần trỏnh hai đầu cuối di động trong cỏc ụ cạnh nhau sử dụng cựng một tớn hiệu tham khảo đường lờn. Vỡ điều này cú thể dẫn tới nhiễu cao giữa cỏc tớn hiệu tham khảo. Vỡ thế trong cỏc ụ lõn cận, cỏc tớn hiệu tham khảo cần được xõy dựng trờn cỏc chuỗi Zadoff-Chu khỏc nhau (từ cựng một tập cỏc chuỗi Zadoff-Chu khỏc nhau). Nghĩa là cỏc giỏ trị khỏc nhau đối với chỉ số u trong phương trỡnh mụ tả số CAZAC.
Một cỏch khỏc để tạo lập cỏc tớn hiệu tham khảo đường lờn là sử dụng thuộc tớnh tự tương quan bằng khụng của cỏc chuỗi Zadoff-Chu. Thuộc tớnh này cú nghĩa là dịch vũng một chuỗi Zadoff-Chu sẽ trực giao với chớnh nú. Vỡ thế nhiều tớn hiệu tham khảo cú thể được tạo ra từ chớnh sự dịch vũng của cựng một tớn hiệu tham khảo gốc. Phương phỏp này cú thể được sử dụng khi hai ụ đồng bộ nhau. Đõy thường là trường hợp khi cỏc ụ trực thuộc cựng một eNodeB. Phương phỏp này cũng cú thể được sử dụng nếu hai đầu cuối di động phỏt trong cựng một tài nguyờn trong cựng một ụ. Chẳng hạn như trong đa truy nhập SC-FDMA đường lờn.
UTRAN
2.3.5.2. Cỏc tớn hiệu tham khảo để thăm dũ kờnh
Để cú thể lập biểu kờnh trong miền thời gian và tần số, cần thực hiện cỏc ước tớnh chất lượng kờnh miền thời gian và tần số. Cú thể thấy rằng cỏc tớn hiệu tham khảo cho giải điều chế nhất quỏn đường lờn chỉ được phỏt trờn băng thụng được ấn định động cho từng đầu cuối di động. Vỡ thế mạng khụng sử dụng cỏc tớn hiệu tham khảo này để ước tớnh chất lượng kờnh cho đường lờn cho bất kỡ cỏc tần số khỏc với tần số hiện đang được ấn định cho đầu cuối di động này và vỡ thế chỳng khụng cung cấp thụng tin cần thiết cho lập biểu đường lờn phụ thuộc kờnh trong miền tần số. Để hỗ trợ lập biểu phụ thuộc kờnh đường lờn trong miền tần số cần cú thờm cỏc tớn hiệu tham khảo băng rộng phỏt trờn đường lờn LTE. Cỏc tớn hiệu này được gọi là cỏc tớn hiệu thăm dũ kờnh để phõn biệt với cỏc tớn hiệu tham khảo cho giải điều chế nhất quỏn được minh họa trờn hỡnh sau.
Cỏc nguyờn lý cơ bản của cỏc tớn hiệu thăm dũ kờnh cũng giống như cỏc nguyờn lý của cỏc tớn hiệu tham khảo giải điều chế. Cỏc tớn hiệu thăm dũ kờnh được xõy dựng trờn cỏc chuỗi Zadoff-Chu và được phỏt trong một khối DFTS-OFDM hoàn thiện.
Cỏc tớn hiệu thăm dũ kờnh thường cú băng thụng rộng hơn, cú thể lớn hơn nhiều so với tài nguyờn được ấn định cho một đầu cuối. Cỏc tớn hiệu thăm dũ kờnh thậm chớ cú thể được phỏt từ cỏc đầu cuối di động khụng được ấn định bất kỡ một tài nguyờn nào trờn truyền dẫn UL-SCH.
Hỡnh 2.38. Truyền dẫn cỏc tớn hiệu tham khảo thăm dũ kờnh
Thường khụng cần thiết để phỏt cỏc tớn hiệu thăm dũ kờnh thường xuyờn như cỏc tớn hiệu tham khảo giải điều chế. Nếu tớn hiệu thăm dũ kờnh được sử dụng trong
UTRAN
một ụ, mạng ấn định tường minh cỏc khối trong cấu trỳc khung con đường lờn để truyền dẫn cỏc tớn hiệu thăm dũ kờnh. Cỏc khối này khụng được sử dụng để truyền dẫn số liệu.
Cỏc khối được ấn định để truyền dẫn cỏc tớn hiệu tham khảo thăm dũ kờnh là một tài nguyờn chia sẻ, nghĩa là nhiều đầu cuối di động cú thể phỏt cỏc tớn hiệu tham khảo trong cỏc tài nguyờn mỏy. Điều này cú thể được thực hiện theo nhiều cỏch khỏc nhau:
• Cú thể ấn định một khối cho cỏc tớn hiệu tham khảo trong mỗi khung. Tuy nhiờn mỗi đầu cuối di động chỉ cú thể phỏt một tớn hiệu thăm dũ kờnh chẳng hạn cứ N khung con một lần, nghĩa là N đầu cuối di động cú thể chia sẻ tài nguyờn này trong miền thời gian.
• Cũng cú thể phõn tỏn cỏc tớn hiệu tham khảo, nghĩa là chỉ truyền dẫn một súng mang trong số N súng mang con. Với cỏch này cỏc đầu cuối di động phỏt trờn tập cỏc súng mang con khỏc nhau và tài nguyờn thăm dũ kờnh được chia sẻ trong miền tần số.
• Cỏc tớn hiệu cú thể phỏt cựng một tớn hiệu tham khảo nhưng với dịch vũng khỏc nhau. Cỏc dịch vũng khỏc nhau của cựng một chuỗi Zadof-Chu đều trực giao nhau với điều kiện là cỏc dịch vũng này phải lớn hơn phõn tỏn thời gian của kờnh.
2.3.6. Xử lớ kờnh truyền tải đường lờn
Việc xử lớ kờnh truyền tải đường lờn được thực hiện qua nhiều bước, song cuối cựng cỏc tớn hiệu qua khối phỏt SC-FDMA để sắp xếp súng mang và phỏt vào khụng trung. Vỡ khụng cú ghộp kờnh khụng gian nờn chỉ cú một khối truyền tải được phỏt trong mỗi TTI.
2.3.6.1. Chốn CRC
Trong bước xử lý kờnh truyền tải đường lờn đầu tiờn, CRC được tớnh toỏn và chốn vào khối truyền tải. CRC cho phộp phớa thu phỏt hiện lỗi dư trong khối truyền tải đó được mó húa kờnh. Chỉ thị lỗi tương ứng sau đú cú thể được sử dụng bởi giao thức HARQ
2.3.6.2. Mó húa kờnh
Trong LTE, Chỉ cú mó húa turbo được ỏp dụng trong truyền dẫn UL-SCH. Cấu trỳc tổng thể của mó húa turbo được minh họa trờn hỡnh 3.39. Mó húa turbo sử dụng cỏc bộ mó húa thành phần tỏm trạng thỏi của WCDMA/HSPA tỷ lệ mó 1/2 nghĩa là
UTRAN
tổng tỷ lệ mó là 1/3. Tuy nhiờn bộ mó đan xen trong của bộ mó húa turbo WCDMA/HSPA được thay thế bằng đan xen dựa trờn QPP là một đan xen trỏnh va chạm tối đa, nghĩa là giải mó cú thể được thực hiện song song mà khụng bị va chạm khi truy nhập bộ nhớ của bộ đan xen. Vỡ LTE hỗ trợ cỏc tốc độ số liệu rất cao, nờn sử dụng đan xen QPP cho phộp giảm đỏng kể độ phức tạp của bộ mó húa/giải mó turbo
Hỡnh 2.39. Bộ mó húa Turbo2.3.6.3. Chức năng HARQ của lớp vật lý 2.3.6.3. Chức năng HARQ của lớp vật lý
Nhiệm vụ chức năng của HARQ lớp vật lý là lấy ra từ cỏc bớt được mó húa sau bộ mó húa kờnh tập cỏc bit sẽ phỏt trong một TTI cho trước.
Hỡnh 2.40. Chức năng HARQ của lớp vật lý
Nếu tổng số bit sau khi mó húa kờnh lớn hơn số bớt cú thể được phỏt, chức năng HARQ sẽ lấy ra tập con của cỏc bớt này vỡ thế tỷ lệ mó lớn hơn reff > 1/3. Trỏi lại nếu tổng số bớt sau mó húa nhỏ hơn số bớt cần phỏt, chức năng HARQ sẽ lập tất cả hay tập con của cỏc bit sau mó húa, vỡ thế tỷ lệ mó hiệu dụng reff < 1/3.
UTRAN
Trong trường hợp phỏt lại, chức năng HARQ trong trường hợp tổng quỏt sẽ cho ra tập cỏc bớt sau mó húa khỏc nhau cần phỏt, nghĩa là HARQ cho phộp kết hợp phần dư tăng.
2.3.6.4. Ngẫu nhiờn húa mức bớt
Trong quỏ trỡnh ngẫu nhiờn húa đường lờn, cỏc bớt sau chức năng HARQ được trộn (thao tỏc loại hoặc trừ) bởi chuỗi ngẫu nhiờn húa mức bớt. Nếu khụng ngẫu nhiờn húa đường lờn, bộ giải mó húa kờnh tại đầu thu cú thể (ớt nhất về nguyờn lý) nhầm lẫn tớn hiệu gõy nhiễu với tớn hiệu đớch, vỡ thế khụng thể triệt nhiễu. Bằng cỏch ỏp dụng cỏc chuỗi ngẫu nhiờn húa cho cỏc ụ lõn cận, tớn hiệu (cỏc tớn hiệu) nhiễu sau giải mó ngẫu nhiờn bị ngẫu nhiờn húa vỡ thế đảm bảo tận dụng hết độ lợi xử lý do mó húa kờnh cung cấp. Cỏc chuỗi ngẫu nhiờn húa phải khỏc nhau đối với cỏc đầu cuối di động khỏc nhau.
2.3.6.5. Điều chế số liệu
Điều chế số liệu đường xuống chuyển đổi khối bit sau ngẫu nhiờn húa vào cỏc kớ hiệu điều chế phức. Tập cỏc sơ đồ điều chế được LTE hỗ trợ cho đường lờn bao gồm QPSK, 16QAM, 64QAM. Tất cả cỏc sơ đồ điều chế này đều cú thể ỏp dụng cho trường hợp truyền dẫn UL-SCH. Đối với cỏc kờnh truyền tải khỏc cú thể cú một số quy định hạn chế khỏc. Khối cỏc kớ hiệu được điều chế sau đú được đưa tới xử lý DFTs-OFDM
Hỡnh 2.41. Khối xử lý DFT-OFDM của ký cỏc kớ hiệu
Như đó trỡnh bày, cả hai dạng truyền dẫn SC-FDMA phõn bố và khoang vựng đều được sử dụng, tuy nhiờn truyền dẫn đường lờn LTE chỉ giới hạn ở dạng truyền
UTRAN
dẫn khoang vựng, nghĩa là sắp xếp tần số, sắp xếp đầu ra của DFT lờn cỏc đầu vào liờn tiếp của IFFT
Từ quan điểm thực hiện DFT, DFT kớch thước N phải giới hạn ở lũy thừa hai, tuy nhiờn hạn chế này mõu thuẫn trực tiếp với mong muốn cú độ linh hoạt cao để cú thể ấn định động tài nguyờn (băng thụng truyền dẫn tức thời) cho cỏc đầu cuối di động khỏc nhau. Từ quan điểm độ linh hoạt cao, trong LTE kớch thước DFT giới hạn ở tớch của cỏc số nguyờn 2, 3 và 5. Chẳng hạn kớch thước DFT là 15, 16 và 18 được phộp nhưng N = 17 thỡ khụng. Bằng cỏch này DFT cú thể thực hiện bởi cỏc FFT cơ số 2, cơ số 3 và cơ số 5 ớt phức tạp.
2.4. Tổng kết
LTE là bước phỏt triển tiếp theo sau mạng dịch vụ 3G, nú là một tiờu chuẩn 3GPP cung cấp tốc độ dữ liệu đường lờn đến 50 Mb/s và tốc độ dữ liệu đường xuống đến 100 Mb/s. Ngoài ra băng thụng sử dụng từ 1.25 MHz đến 20 MHz, gúp phần tạo ra một cụng nghệ cú thể cạnh tranh với cỏc cụng nghệ khỏc. Lớp vật lý của E-UTRAN là một phần quan trọng trong tiờu chuẩn của 3GPP LTE. Nú sử dụng cỏc cụng nghệ mới như ghộp kờnh phõn chia theo tần số trực giao OFDM cho đường xuống, SC-FDMA cho đường lờn và truyền tải MIMO làm tăng dung lượng của hệ thống và tối ưu húa tài nguyờn.
CHƯƠNG 3. Mễ PHỎNG ĐIỀU CHẾ SC-FDMA CHO ĐƯỜNG LấN
3.1. Mở đầu
Chương trỡnh mụ phỏng xõy dựng giao diện tiện ớch thõn thiện, người dựng chỉ cần thực hiện cỏc thao tỏc đơn giản trờn giao diện tiện ớch. Giao diện được tổ chức thành cỏc lớp. Người sử dụng cú thể từ giao diện chớnh chọn đối tượng cần mụ phỏng, vào cỏc giao diện con để nghiờn cứu chi tiết nội dung quan tõm, từ giao diện con dễ dàng trở lại giao diện chớnh để chọn đối tượng nghiờn cứu khỏc. Chương trỡnh mụ phỏng gồm:
• PAPR của tớn hiệu SC-FDMA với tớn hiệu OFDMA hay giữa cỏc kiểu sắp xếp súng mang khỏc nhau của SC-FDMA.
• Miền thời gian và tần số bộ lọc Raise-Cosin được sử dụng để tao dạng xung trong tớn hiệu SC-FDMA. Hàm này cho thấy hệ số Rolloff ảnh hưởng như thế nào tới PAPR của tớn hiệu SC-FDMA.
• Tỷ lệ lỗi ký hiệu SER giữa tớn hiệu SC-FDMA với OFDMA và giữa cỏc kiểu sắp xếp súng mang khỏc nhau của tớn hiệu SC-FDMA.