- SAE( System Architecture Evolution ): Phát triển kiến trúc hệ thống
3.2.4.2. Sơ đồ truyền dẫn đường xuống
Tài nguyên vật lý đường xuống của LTE có thể xem như là lưới thời gian và tần số, trong đó mỗi phần tử tài nguyên tương ứng với sóng mang con OFDM trong khoảng thời gian một ký hiệu [5] .
Đối với đường xuống LTE, khoảng cách giữa các sóng mang con ∆f = 15kHz. Với việc thực hiện máy phát/máy thu dựa trên FFT, tốc độ lấy mẫu tương ứng sẽ là: fs= 15000 x N, trong đó N là kích thước của FFT. Vì thế đơn vị thời gian Ts được định nghĩa ở phần trước có thể coi là thời gian lấy mẫu của thực hiện máy phát trên máy thu dựa trên FFT với N = 2048. Cần nhấn mạnh rằng mặc dù đơn vị thời gian Ts được đưa vào chuẩn truy nhập vô tuyến chỉ để làm công cụ định nghĩa cho các khoảng thời gian khác nhau và không đặt ra bất cứ qui định nào đối với máy phát và máy thu. Trong thực tế, một thực hiện máy phát /máy thu với N = 2048 và tốc độ lấy mẫu tương ứng fs=30,72MHz sẽ thích hợp cho các LTE băng thông rộng hơn (có giá tri 15MHz và cao hơn ). Tuy nhiên đối với truyền dẫn băng thông nhỏ hơn, kích thước FFT nhỏ hơn và tốc độ lấy mẫu tương ứng thấp hơn, cũng có thể sử dụng rất thích hợp. Thí dụ đối với truyền đãn băng thông 5MHz, kích thước FFT (N= 512) là đủ và tốc độ lấy mẫu fs= 7,68MHz có thể là đủ.
Lý do tiếp nhận khoảng các giữa các sóng mang con bằng 15kHz cho LTE là để đơn giản hóa thực hiện các đầu cuối đa chế độ WCDMA/HSPA/LTE. Sử dụng kích
- LX -
thước FFT lũy thừa bậc hai và khoảng các giữa các sóng mang con ∆f= 15kHz. Tốc độ lấy mẫu fs= ∆f x N sẽ là bội số hoặc ước số của tốc độ chíp WCDMA/HSPA Rc = 3,84 Mcps. Các đầu cuối đa mốt WCDMA/HSPA/LTE có thể thực hiện dễ dàng bằng một mạch đồng hồ.
Ngoài khoảng các giữa các sóng mang con 15kHz, khoảng các giữa các sóng mang con rút ngắn ∆fth= 7,5kHz cũng được định nghĩa cho LTE. Mục đích khoảng các giữa các sóng mang con rút ngắn là để thực hiện truyền dẫn đa phương/quảng bá dựa trên mạng đơn tần MBSFN(Multicast Broadcast over Single Frequency Network).
Hình 3.19: Cấu trúc miền thời gian-tần số đường xuống của LTE
Từ minh họa trên hình 3.19, trong miền tần số các sóng mang con được nhóm thành các khối tài nguyên tương ứng với khối băng thông tài nguyên vô tuyến chuẩn 180kHz. Ngoài ra sóng mang DC tại tâm của phổ đường xuống sẽ không được sử dụng. Sở dĩ không sử dụng sóng mang DC vì nó có thể trùng với tâm của bộ dao động nội tại máy phát trạm gốc hoặc máy thu đầu cuối di động. Hậu quả có thể nhiễu cao cho bộ dao động nội.
Tổng số sóng mang con trên một sóng mang đường xuống kể cả sóng mang DC vì thế sẽ bằng NSC = 12NRB + 1 trong đó NRB là số lượng các khối tài nguyên. Đặc tả lớp vật lý LTE cho phép đường xuống có thể có khối lượng khối tài nguyên bất kỳ trong dải từ 6 khối tài nguyên đến hơn 100 khối tài nguyên. Điều này tương ứng với dải băng thông truyền dẫn trong dải từ 1MHz đến 20MHz. Điều này đảm bảo tính linh hoạt băng thông /phổ của LTE rất cao(ít nhất là từ góc độ đặc tả lớp vật lý). Tuy nhiên các yêu cầu tần số vô tuyến của LTE chỉ được đặc tả cho tập có hạn các băng thông tương ứng với tập có hạn số lượng các khối tài nguyên NRB.
Như hình 3.20 cho thấy mỗi khung con 1ms gồm hai khe đồng kích thước có độ dài Tslot=0,5ms(1536.Ts). Mỗi khe gồm một số ký hiệu OFDM (7 ký hiệu trong trường hợp CP bình thường và 6 ký hiệu trong trường hợp CP mở rộng ).
- LXI -
Hình 3.20 :Cấu trúc khung con và khe đường xuống của LTE
Thời gian hiệu dụng của các ký hiệu TFFT =1/∆f = 1/(15.103) ≈ 66,7μs. Tổng thời gian ký hiệu khi này sẽ là tổng thời gian hiệu dụng của ký hiệu và độ dài tiền tố chu trình TCP. Cần lưu ý rằng trong trường hợp CP bình thường, độ dài CP cho ký hiệu OFDM đầu tiên của khe lớn hơn độ dài CP các ký hiệu OFDM còn lại. Lý do là để lấp đầu khe 0,5ms vì số đơn vị thời gian TS trên khe (15360) không chia hết cho 7.
Khi xét đến cấu trúc miền thời gian đường xuống, các khối tài nguyên nói trên bao gồm 12 sóng mang con trong khoảng thời gian 0,5ms. Vì thế mỗi khối chứa 12 x 7 bằng 84 phần tử trong trường hợp CP bình thường và 12 x 6 = 72 phần tử trong trường hợp CP mở rộng.
• Các tín hiệu tham khảo đường xuống
Chức năng của tín hiệu tham khảo đường xuống là đo chất lượng kênh, ước tính kênh đường xuống để giải điều chế tại UE, tìm ô và bắt ban đầu. Để giải điều chế nhất quán đường xuống, đầu cuối di động cần ước tính kênh. Cách trực tiếp để ước tính kênh trong trường hợp truyền dẫn OFDM là chèn các ký hiệu tham khảo biết trước vào lưới thời gian, tần số. Trong LTE, các tín hiệu tham khảo này được gọi chung là các tín hiệu tham khảo đường xuống .
Như minh họa trên hình 3.21, các tín hiệu tham khảo đường xuống được chèn vào ký hiệu OFDM đầu và ký hiệu thứ 3 trước cuối mỗi khe với khoảng các là 6 sóng mang trong miền tần số. Ngoài khoảng dịch giữa ký hiệu tham khảo thứ nhất và thứ 2 là 3 sóng mang. Như vậy trong mỗi khối tài nguyên 12 sóng mang trong một khe sẽ có 4 ký hiệu tham khảo.
- LXII -
Để ước tính kênh trên toàn bộ lưới thời gian-tần số, đồng thời giảm tạp âm trong ước tính kênh, đầu cuối di động phải thực hiện nội suy/ lấy trung bình trên nhiều tín hiệu tham khảo. Vì thế, khi ước tính kênh cho một khối tài nguyên, đầu cuối di động có thể không chỉ sử dụng các ký hiệu tham khảo trong khối tài nguyên này mà còn cả các khối tài nguyên lân cận trong miền tần số, cũng như các tín hiệu tham khảo của các khe/ các khung con thu được trước đó.
Hình 3.21: Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống (CP bình thường) . • Xử lý kênh truyền tải đường xuống
Số liệu được chuyển đến kênh vật lý trong dạng các khối truyền tải có kích thước nhất định.Về cấu trúc chi tiết kênh truyền tải, LTE tiếp nhận giải pháp giống HSPA:
+ Trong trường hợp một Anten phát, nhiều nhất chỉ có 1 khối truyền tải với kích thước động cho từng TTI .
+ Trong trường hợp truyền dẫn nhiều Anten có thể có đến hai khối truyền tải kích thước động cho từ TTI, trong đó mỗi khối truyền tải tương ứng với một từ mã.
Xử lý kênh truyền tải đường xuống, đặc biệt xử lý DL-SCH, được minh họa trên hình 3.22 với hai chuỗi xử lý riêng biệt, Chuỗi xử lý thứ hai tương ứng với khối truyền tải thứ hai chỉ tồn tại trong trường hợp ghép kênh không gian.
- LXIII -
Hình 3.22: Xử lý khối truyền tải đường xuống (Phần nét đứt chỉ sử dụng khi ghép kênh không gian, trong đó hai khối truyền tải được truyền song song trong một TTI).
- Chèn CRC: Trong bước xử lý kênh truyền tải đầu tiên, kiểm tra mã vòng dư
CRC(Cyclic Redandancy check) được tính toán và gắn vào kênh truyền tải. CRC cho phép phía thu phát hiện lỗi dư trong khối truyền tải đã được giải mã kênh.
- Mã hóa kênh: Đối với kênh chia sẻ đường xuống trong LTE chỉ có mã Turbo
được sử dụng. Bộ đan xen bên trong của bộ mã hóa Turbo LTE được sử dụng đan xen dựa trên thay đổi đa thức vuông góc (QPP).
+ Bộ đan xen dựa trên QPP là đan xen tránh va chạm tối đa, nghĩa là giải mã có thể được thực hiện song song mà không bị va chạm khi truy nhập bộ nhớ của bộ đan xen. Vì LTE hỗ trợ các tốc độ số liệu rất cao nên sử dụng đan xen dựa trên QPP cho phép giảm đáng kể độ phức tạp của bộ mã hóa /giải mã Turbo.
- Chức năng yêu cầu phát lại tự động lai ghép của lớp vật lý: Nhiệm vụ của chức
năng HARQ lớp vật lý lấy ra từ các bít được mã hóa sau bộ mã hóa kênh, tập các bít sẽ phát trong một TTL cho trước với tỷ lệ mã reff thích hợp, trong trường hợp cần phát lại, chức năng HARQ sẽ chọn ra các tập bít sau mã hóa khác nhau cần phát.
- Ngẫu nhiên hóa: LTE áp dụng các kiểu ngẫu nhiên hóa sau:
+ Ngẫu nhiên hóa mức bít đường xuống: Ngẫu nhiên hóa mức bít sau mã hóa của từng khối truyền tải
+ Ngẫu nhiên hóa đặc thù ô là ngẫu nhiên hóa đường xuống áp dụng cho tất cả các kênh truyền tải, báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống. Các chuỗi ngẫu nhiên hóa phải khác nhau đối với các ô khác nhau để đảm bảo ngẫu nhiên hóa giữa các ô.
- LXIV -
+ Ngẫu nhiên hóa chung các ô là ngẫu nhiên hóa như nhau được áp dụng cho tất cả các ô tham gia vào một truyền dẫn MBSFN.
- Điều chế số liệu: Điều chế số liệu đường xuống chuyển đổi khối bít sau ngẫu
nhiên hóa vào các ký hiệu điều chế phức. Tập các sơ đồ điều chế được LTE hỗ trợ cho đường xuống gồm QPSK, 16QAM, 64QAM, tương ứng với 2, 4 và 6 bít trên một ký hiệu điều chế. Tất cả các sơ đồ điều chế này đều có thể áp dụng cho trường hợp truyền dẫn DL-SCH .
- Sắp xếp anten : Sắp xếp anten thực hiện xử lý kết hợp các ký hiệu điều chế, trong
trường hợp tổng quát, tương ứng với hai khối truyền tải và sắp xếp kết quả nhận được đến các anten khác nhau. LTE hỗ trợ tới 4 anten phát, sắp xếp anten được lập cấu hình theo để theo các cánh khác nhau để cung cấp các sơ đồ đa anten khác nhau bao gồm cả phân tập phát, tạo búp và ghép kênh không gian.
- Sắp xếp khối tài nguyên: Sắp xếp khối tài nguyên thực hiện sắp xếp các ký hiệu sẽ phát trên từng anten đến các phần tử tài nguyên của tập khối tài nguyên được ấn định bởi bộ lập biểu MAC để truyền dẫn khối (các khối ) truyền tải.
• Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống
Như minh họa trên hình 3.23, các kênh điều khiển L1/L2 được sắp xếp lên các ký hiệu đầu tiên (đến 3 ký hiệu) OFDM trong từng khung con. Bằng cách sắp xếp các kênh điều khiển L1/L2 lên đầu khung con, thông tin điều khiển L1/L2 (bao gồm ấn định tài nguyên DL-SCH và khuôn dạng truyền tải) có thể nhận được trước khi kết thúc khung con. Vì thế có thể có thể thực hiện giải mã DL-SCH ngay khi kết thúc khung con mà không cần đợi giải mã thông tin điều khiển L1/l2. Điều này giảm thiểu trễ khi giải mã DL-SCH và vì thế giảm thiểu tổng trễ truyền dẫn đường xuống.
Ngoài ra cách phát kênh điều khiển L1/L2 tại đầu khung con, nghĩa là cho phép giải mã thông tin điều khiển L1/L2 sớm, các đầu cuối di động không được lập biểu có thể tắt mạch điện thu của máy trong phần lớn khung con, vì vậy giảm công suất tiêu thụ.
Hình 3.23: Lưới thời gian tần số của LTE trong đó một số phần tử tài nguyên được dành cho các ký hiệu tham khảo và điều khiển báo hiệu đường xuống L1/L2 .
- LXV -
• Đa phương quảng bá sử dụng MBSFN
Truyền dẫn OFDM có lợi khi truyền dẫn đa phương/quảng bá đa ô, nhất là khả năng thực hiện phát đa phương/quảng bá đa ô giống như truyền dẫn đơn nhất trên kênh đa đường, đối với LTE, loại truyền dẫn này còn được gọi là đa phương /quảng bá trên mạng đơn tần MBSFN (Multicast Broadcast over Single Frequency Network).
LTE hỗ trợ truyền dẫn đa phương /quảng bá MBSFN thông qua kênh truyền tải đa phương MCH( Multicast channel).
Ngoài ra ngẫu nhiên hóa MCH phải như nhau đối với tất cả các ô tham gia vào truyền dẫn MBSFN (ngẫu nhiên hóa chung cho các ô).
Các tín hiệu tham khảo này được MBSFN phát, nghĩa là các tín hiệu tham khảo đồng dạng (cùng một giá trị phức trong cùng một phần tử tài nguyên) được phát bởi tất cả các ô tham gia truyền dẫn MBSFN. Các tín hiệu tham khảo thu tương ứng có thể được sử dụng để đánh giá kênh MBSFN, tổng hợp để giải điều chế nhất quán truyền dẫn MBSFN.