- SAE( System Architecture Evolution ): Phát triển kiến trúc hệ thống
3.2.4.3. Sơ đồ truyền dẫn đường lên
• Tài nguyên vật lý đường lên
Truyền dẫn đường lên của LTE dựa trên DTFS-OFDM hay SC-OFDMA là sơ đồ truyền dẫn đơn sóng mang có PAPR thấp vì thế cho phép ấn định băng thông linh hoạt và đa truy nhập trực giao không chỉ trong trong miền thời gian mà cả trong miền tần số [5] .
Như hình 3.10 cho ta thấy cấu trúc cơ sở của truyền dẫn SC-OFDMA với DFT kích thước NTx áp dụng cho NTx ký hiệu điều chế. Đầu ra của DFT sau đó được sắp xếp lên các đầu vào được lựa chọn của IFFT kích thước N. Kích thước DFT xác định băng thông tức thời của tín hiệu phát, trong khi đó sắp xếp tần số quyết định vị trí của tín hiệu phát trong tổng phổ khả dụng đường lên. Cuối cùng CP được chèn cho từng khối xử lý. Việc sử dụng CP trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang cho phép sử dụng cân bằng tần số hiệu năng cao với mức độ phức tạp thấp tại đầu thu.
Trong trường hợp tổng quát cả hai dạng truyền dẫn SC-OFDM chia lô và phân bố đều được sử dụng. Tuy nhiên truyền dẫn đường lên LTE giới hạn ở truyền dẫn chia lô, nghĩa là sắp xếp tần số, sắp xếp đầu ra của DFT lên các đầu vào liên tiếp của IFFT.
Từ quan điểm thực hiện DFT, DFT kích thước NTx phải giới hạn ở lũy thừa của 2. Tuy nhiên hạn chế này mâu thuẫn trực tiếp với mong muốn có độ linh hoạt cao để có thể ấn định động tài nguyên (băng thông truyền dẫn tức thời) cho các đầu cuối di động khác nhau. Từ quan điểm độ linh hoạt cao phải cho phép tất cả các giá trị có thể có của NTx. Đối với LTE giải pháp trung gian được tiếp nhận, trong đó kích thước DFT
- LXVI -
giới hạn ở tích các các số nguyên 2, 3 và 5. Chẳng hạn các kích thước DFT 15, 16 và 18 là được phép nhưng kích thước NTx= 17 thì không. Bằng các này DFT có thể thực hiện bởi FFT cơ số 2 , cơ số 3 và cơ số 5 ít phức tạp.
SC-FDMA cũng có thể được coi như là OFDM thông thường kết hợp với tiền mã hóa dựa trên DFT, với hạn chế bổ xung là toàn bộ tài nguyên thời gian-tần số ấn định cho một đầu cuối di động phải luôn luôn gồm các sóng mang con liên tiếp.
Các thông số cơ sở của truyền dẫn đường lên LTE được chọn để đồng bộ tốt nhất với các thông số tương ứng của đường xuống LTE dựa trên OFDM. Cấu trúc miền tần số đường lên của LTE được minh họa trên hình 3.24
Hình 3.24: Cấu trúc miền tần số đường lên của LTE
Tuy nhiên khác với đường xuống, đối với đường lên không qui định không sử dụng sóng mang con DC. Lý do vì sự có mặt của sóng mang con DC trong tâm phổ cho phép ấn định toàn bộ băng thông cho một đầu cuối di động và vẫn duy trì được tính chất PAPR thấp của đơn sóng mang đối với truyền dẫn đường lên .Ngoài ra do tiền mã hóa dựa trên DFT, ảnh hưởng của nhiễu DC sẽ trải rộng trên NTx ký hiệu điều chế vì thế nó ít hại hơn so với truyền dẫn OFDM thông thường.
Khác với đường xuống, khối tài nguyên đường lên được ấn định cho đầu cuối di động phải luôn luôn liên tiếp trong miền thời gian như hình 3.25. Lưu ý rằng giống như đường xuống, khối tài nguyên đường lên là 12 sóng mang con DFTS-OFDM trong một khe 0,5 ms. Vì thế tương tự như đường xuống, ấn định tài nguyên đường lên trong miền thời gian được thực hiện trong hai khối tài nguyên liên tiếp (cùng một tập sóng mang con trong hai khe).
- LXVII -
Một cách khác, nhảy tần giữa các khe cũng có thể được áp dụng cho truyền dẫn đường lên LTE. Nhảy tần giữa các khe có nghĩa là các tài nguyên vật lý được sử dụng cho truyền dẫn đường lên trong hai khe của 1 khung con không chiếm cùng tập sóng mang như hình 3.26. Lưu ý rằng băng thông vô tuyến của đầu cuối di động bao phủ toàn bộ phổ đường lên, nên nhảy tần thuần túy là hoạt động băng gốc, đơn giản chỉ là thay đổi sắp xếp DFT đến IFFT của quá trình sắp xếp xử lý DTFS-OFDM trên hình 3.10 .
Hình 3.26: Nhảy tần đường lên LTE. • Các tín hiệu tham khảo đường lên
Tương tự như đường xuống các tín hiệu tham khảo để ước tính kênh cũng cần cho đường lên LTE để có thể giải điều chế nhất quán tại trạm gốc. Do sự khác nhau giữa sơ đồ truyền dẫn đường xuống và đường lên (OFDMA và SC-FDMA) và tầm quan trọng của việc thay đổi công suất đối với truyền dẫn đường lên, nên nguyên lý các tín hiệu tham khảo đường lên sẽ khác với các tín hiệu tham khảo đường xuống.
Thực ra đối với đường lên không thể ghép theo tần số với truyền dẫn số liệu từ cùng một đầu cuối di động. Thay vào đó tín hiệu tham khảo được ghép kênh theo thời gian với số liệu đường lên. Ngoài ra (như hình 3.27) tín hiệu tham khảo được phát trong khối thứ tư của từng khe và với băng thông tức thời bằng băng thông truyền dẫn dữ liệu. Lưu ý rằng trong trường hợp tổng quát, có thể sử dụng nhảy tần trong hai khe của hình 3.26 được phát trên các tần số khác nhau. Trong trường hợp này, nội suy giữa hai khối tín hiệu tham khảo của một khung là không thể bởi vì kênh khác nhau về tần số có thể rất khác nhau giữa hai khối.
Hình 3.27 : Các tín hiệu tham khảo đường lên được chèn vào khối thứ tư của từng khe đường lên. Hình vẽ sử dụng CP bình thường và không có nhảy tần số.
- LXVIII -
+ Biên độ không đổi hoặc gần như không đổi + Các thuộc tính tự tương quan miền thời gian tốt
Các chuỗi có thuộc tính này được gọi là CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto Correlation). Một trong các chuỗi có thuộc tính CAZAC là tập chuỗi Zadoff-Chu.
• Các tín hiệu tham khảo để thăm dò kênh
Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống (cả trong miền thời gian và tần số) là một công nghệ then chốt của LTE. Lập biểu phụ thuộc kênh đường lên (ấn định tài nguyên cho một đầu cuối di động phụ thuộc vào chất lượng tức thời của kênh) cũng được sử dụng. Lập biểu phụ thuộc kênh đường lên có thể tăng tốc độ số liệu khả dụng và giảm nhiễu đến các ô khác bằng lập biểu đầu cuối di động phát trong các băng tần tức thời có chất lượng tốt.
Để lập biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số cần thực hiện các ước tính các chất lượng kênh miền thời gian - tần số. Đối với đường xuống điều này được thực hiện bởi đầu cuối di động bằng cách đo chất lượng tham khảo đặc thù ô được phát trên toàn bộ băng thông ô và báo cáo kết quả đánh giá chất lượng kênh cho mạng thông qua chỉ thị chất lượng khung CQI(Channel Quality Indicator).
Từ hình 3.27 ta có thể thấy rằng các tín hiệu tham khảo sử dụng cho giải điều chế nhất quán đường lên chỉ được phát trên băng thông ấn định động cho từng đầu cuối di động . Vì thế mạng không thể sử dụng các tín hiệu tham khảo này để ước tính kênh đường lên cho bất kỳ tần số khác với tần số hiện thời đang được ấn định cho đầu cuối di động này và vì thế chúng ta không cung cấp thông tin cần thiết cho lập biểu kênh đường lên trong miền tần số. Để hỗ trợ lập biểu phụ thuộc kênh đường lên cần có các tín hiệu tham khảo băng rộng được phát trên đường lên LTE. Các tín hiệu này được gọi là các tín hiệu thăm dò kênh để phân biệt với các tín hiệu tham khảo cho giải điều chế nhất quán được minh họa trên hình 3.28 .
Các nguyên lý cơ sở của các tín hiệu thăm dò kênh cũng giống như nguyên lý của các tín hiệu tham khảo cho giải điều chế. Các tín hiệu thăm dò kênh được xây dựng trên cơ sở các chuỗi Zadoff-Chu và được phát trong một khối DFTS-OFDM hoàn thiện. Tuy nhiên có một số khác biệt quan trọng giữa các tín hiệu thăm dò kênh và các tín hiệu tham khảo cho giải điều chế :
+ Các tín hiệu thăm dò kênh thường có băng thông lớn hơn nhiều so với tài nguyên đường lên được ấn định cho một đầu cuối di động.
+ Thường không cần thiết phát các tín hiệu thăm dò kênh thường xuyên như tín hiệu tham khảo giải điều.
- LXIX -
+ Phải có khả năng phát tín hiệu thăm dò kênh từ nhiều đầu cuối di động trong cùng một băng tần.
Truyền dẫn các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh được minh họa trên hình 3.28
Hình 3.28: Truyền dẫn các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh.
Các khối ấn định để truyền dẫn các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh là một tài nguyên chia sẻ, nghĩa là nhiều đầu cuối di động có thể phát các tín hiệu tham khảo trong các tài nguyên máy.
Trong thực tế, một tổ hợp các phương pháp có thể được sử dụng để chia sẻ tài nguyên được ấn định để truyền dẫn các tín hiệu thăm dò kênh giữa các đầu cuối di động trong cùng một ô.
• Xử lý kênh truyền tải đường lên Xử lý kênh truyền tải đường lên được minh họa trên hình 3.29 . Vì không có ghép kênh không gian LTE, nên chỉ có một khối truyền tải với kích thước động phát trong từng TTI.
Hình 3.29: Xử lý kênh truyền tải đường lên
Khối các ký hiệu điều chế sau đó được đưa đến xử lý DFTS-OFDM, như minh họa trên hình 3.10.
- LXX -
Chèn CRC : Giống như đường xuống, CRC được tính toán và được gắn vào từng
khối truyền tải .
Mã hóa kênh: Mã hóa kênh đường lên sử dụng mã Turbo với bộ đan xen nội
dung trên QPP giống như đường xuống.
Chức năng HARQ lớp vật lý : Các khía cạnh lớp vật lý của HARQ đường lên
LTE cũng giống như chức năng đường xuống tương ứng, nghĩa là chức năng lớp vật lý HARQ lấy ra từ khối các bít ở đầu ra bộ mã hóa kênh, tập bít sẽ phát tại mỗi thời điểm phát/phát lại. Lưu ý rằng trong một số khía cạnh, tồn tại một số khác biệt rõ ràng giữa các giao thức HARQ đường xuống và đường lên như khai thác đồng bộ và không đồng bộ.
Ngẫu nhiên hóa mức bít: Tương tự như đường xuống, ngẫu nhiên hóa mức bít
cũng có thể áp dụng cho các bít sau mã hóa trên đường lên LTE để ngẫu nhiên hóa nhiễu và vì đảm bảo đạt độ lợi xử lý đầy đủ của mã hóa kênh. Để đạt được điều này, ngẫu nhiên hóa đường lên phải đặc thù đầu cuối di động, nghĩa là các đầu cuối đi động sử dụng các chuỗi ngẫu nhiên khác nhau.
Điều chế số liệu: Tương tự như đường xuống, điều chế số liệu đường lên chuyển
đổi một khối các bít nhận được sau mã hóa kênh/ngẫu nhiên hóa vào một khối các ký hiệu điều chế phức. Tập các sơ đồ điều chế sử được sử dụng cho đường lên LTE cũng giống như đối với đường xuống, QPSK, 16QAM, 64QAM .
• Báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2
Giống như đường xuống LTE, cũng cần có một dạng báo hiệu điều khiển đường lên (điều khiển đường lên L1/L2) nào đó để hỗ trợ các kênh truyền tải đường xuống (DL-SCH) và đường lên (UL-SCH).
Khác với đường xuống ở đây không có báo hiệu đường lên để chỉ thị khuôn dạng truyền tải cho mạng. Vì các đầu cuối di động luôn luôn phải tuân theo các cho phép lập biểu nhận được từ mạng, trong đó khuôn dạng truyền tải UL-SCH . Vì thế mạng biết từ trước khuôn dạng truyền tải được sử dụng cho truyền dẫn UL-SCH và không có lý do gì để phải báo hiệu tường minh nó trên đường lên.Với lý do tương tự, cũng sẽ không có thông báo tường minh về thông tin liên quan đến HARQ của UL- SCH, thì thông tin điều khiển L1/L2( CQI, các công nhận HARQ và các yêu cầu lập biểu) sẽ được phát trên các tài nguyên được ấn định đặc biệt cho điều khiển đường lên L1/L2.
- LXXI -
• Định thời phát đường lên
Do khác nhau về khoảng cách vì thế dẫn đến sự khác nhau về thời gian truyền lan (sự khác nhau có thể vượt xa độ dài CP) nên cần phải điều khiển định thời phát của từng đầu cuối( hình 3.30).
Hình 3.30: Điều khiển định thời phát đường lên
Trên đường lên do khoảng cách giữa các đầu cuối di động đến trạm gốc là khác nhau vì thế suy hao đường truyền của các đường truyền này cũng có thể rất khác nhau .Nếu hai đầu cuối cùng phát một công suất thì do khoảng cách khác nhau công suất thu được tại trạm gốc từ hai đầu cuối này có thể rất khác nhau và vì thế tín hiệu thu từ đầu cuối mạnh hơn sẽ gây nhiễu đối với tín hiệu thu yếu hơn cho dù vẫn duy trì được trực giao hoàn hảo giữa các sóng mang con.
Về bản chất định thời phát trước là một đoạn dịch âm của đầu cuối di động giữa đầu khung con đường xuống và khung con phát đường lên. Bằng cách đặt khoảng dịch thời thích hợp cho từng đầu cuối di động, mạng có thể điều khiển dịch thời các tín hiệu thu tại trạm gốc từ các đầu cuối di động
Giá trị định thời phát trước cho từng đầu cuối di động được mạng xác định dựa trên đo truyền dẫn đường lên tương ứng. Vì thế chừng nào đầu cuối di động còn tiến hành truyền dẫn đường lên, truyền dẫn này còn được trạm gốc sử dụng để ước tính kênh định thời thu đường lên và đây là cơ sở cho các lệnh định thời phát trước. Lưu ý rằng mọi truyền dẫn đường lên đều có thể sử dụng để ước tính định thời. Chẳng hạn mạng có thể sử dụng các truyền dẫn định kỳ của các báo cáo chất lượng kênh trên đường lên để ước tính định thời khi không xảy ra truyền dẫn số liệu từ đầu cuối di động. Bằng cách này, đầu cuối di động có thể khởi động lại tức thì truyền dẫn số trực giao đường lên mà không cần giai đoạn đồng bộ lại.
Dựa trên các số liệu đo đạc đường lên, mạng quyết định thời gian hiệu chỉnh cần thiết cho từng đầu cuối. Thông thường các lệnh định thời phát trước cho một đầu cuối di động được phát khá thưa, nghĩa là chỉ được phát một vài lần trong một giây.
Như vậy các đầu cuối di động ở xa so với trạm gốc bị trễ truyền sóng lớn hơn và vì thế cần bắt đầu phát lên sớm hơn, với công suất lớn hơn so với các đầu cuối di động ở gần trạm gốc hơn để đảm bảo: Các đường truyền dẫn đường lên được đồng bộ tại trạm gốc và công suất của các tín hiệu thu gần như nhau.
- LXXII -