CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP Vễ TUYẾN LTE
3.2.1 Bước 1: Sự truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn
Bước thứ nhất trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiờn là sự truyền dẫn của phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn. Mục đớch chớnh của phần mở đầu là để chỉ cho mạng biết sự hiện diện của một sự thử truy nhập ngẫu nhiờn và để thu được sự đồng bộ thời gian đường lờn bờn trong một phần nhỏ của tiếp đầu chu trỡnh đường lờn.
Tổng quỏt chung, cỏc sự truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn cú thể là trực giao hoặc khụng trực giao với dữ liệu người dựng. Trong WCDMA, phần mở đầu là khụng trực giao với sự truyền dẫn dữ liệu đường lờn. Điều này cung cấp lợi ớch là khụng phải phõn chia một cỏch bỏn tĩnh bất cứ tài nguyờn nào cho truy nhập ngẫu nhiờn. Tuy nhiờn, để giỏm sỏt nhiễu truy nhập ngẫu nhiờn tới dữ liệu thỡ cụng suất phỏt của phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn nhất thiết phải được giỏm sỏt một cỏch cẩn thận. Trong WCDMA, điều này được giải quyết thụng qua việc sử dụng một thủ
tục dốc cụng suất (power-ramping procedure), trong đú đầu cuối tăng cụng
suất của phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn một cỏch từ từ cho đến khi nú được phỏt hiện thành cụng tại trạm gốc. Mặc dự đõy là sự giải quyết phự hợp cho vấn đề nhiễu, song thủ tục dốc đưa vào một sự trễ trong toàn bộ thủ tục truy nhập ngẫu nhiờn. Vỡ vậy, từ viễn cảnh trễ thỡ một thủ tục truy nhập ngẫu nhiờn khụng yờu cầu dốc cụng suất là cú ớch.
Hỡnh 3.4 Minh hoạ nguyờn lý truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn.
Trong LTE, sự truyền dẫn của phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn cú thể được thực hiện trực giao với cỏc sự truyền dẫn dữ liệu người dựng đường lờn và như một hệ quả thỡ dốc cụng suất là khụng cần thiết (mặc dự cỏc đặc tớnh kỹ thuật cho phộp đối với sườn dốc). Tớnh trực giao giữa dữ liệu người dựng được phỏt từ cỏc đầu cuối khỏc nhau và cỏc sự thử truy nhập ngẫu nhiờn đạt được trong cả miền thời gian lẫn miền tần số. Mạng quảng bỏ thụng tin tới tất cả cỏc đầu cuối bằng cỏc tài nguyờn thời gian-tần số mà sự truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn được cho phộp. Để trỏnh nhiễu giữa dữ liệu và cỏc phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn, mạng trỏnh lập lịch trỡnh bất cứ cỏc sự truyền dẫn đường lờn nào trong cỏc tài nguyờn thời gian-tần số đú. Điều này được minh hoạ trong hỡnh 3.4. Vỡ đơn vị thời gian cơ bản cho sự truyền dẫn dữ liệu trong LTE là 1 ms nờn một
khung con được dành riờng cho cỏc sự truyền dẫn phần mở đầu. Bờn trong cỏc tài nguyờn giành riờng này thỡ phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn được phỏt.
Trong miền tần số, phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn cú một dải thụng tương ứng với sỏu khối tài nguyờn (1.08 Mhz). Điều này tương ứng phự hợp với dải thụng nhỏ nhất mà LTE cú thể hoạt động cỏi mà là sỏu khối tài nguyờn. Vỡ vậy, cấu trỳc phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn như thế, được sử dụng mà khụng cần quan tõm đến dải thụng truyền dẫn trong tế bào. Đối với sự triển khai bằng cỏch dựng cỏc sự phõn chia phổ lớn hơn thỡ nhiều khối tài nguyờn truy nhập ngẫu nhiờn cú thể được định nghĩa trong miền tần số, dẫn đến dung lượng truy nhập ngẫu nhiờn được tăng lờn.
Một đầu cuối thực hiện một sự thử truy nhập ngẫu nhiờn đó thu được sự đồng bộ đường xuống từ thủ tục tỡm kiếm tế bào trước khi phỏt phần mở đầu. Tuy nhiờn thời gian đường lờn vẫn chưa được thiết lập. Sự bắt đầu của một khung đường lờn ở đầu cuối được định nghĩa liờn quan tới sự bắt đầu của khung đường xuống ở đầu cuối. Do cú trễ đường truyền giữa trạm gốc và đầu cuối nờn sự truyền dẫn đường lờn bị trễ cú liờn quan tới thời gian truyền dẫn đường xuống ở trạm gốc. Vỡ vậy, khi khoảng cỏch giữa trạm gốc và đầu cuối khụng được biết thỡ sẽ cú một thời gian đường lờn khụng chắc chắn tương ứng với hai lần khoảng cỏch giữa trạm gốc và đầu cuối lờn tới 6.7às/km. Để huỷ bỏ sự khụng chắc chắn và để trỏnh nhiễu ở cỏc
khung con tiếp theo mà khụng được sử dụng cho truy nhập ngẫu nhiờn thỡ một thời gian bảo vệ được sử dụng, tức là độ dài của phần mở đầu thực tế ngắn hơn 1 ms.
Hỡnh 3.5 minh hoạ độ dài phần mở đầu và thời gian bảo vệ. Cựng với độ dài phần mở đầu LTE khoảng chừng xấp xỉ 0.9 ms thỡ cú thời gian bảo vệ 0.1 ms cho phộp đối với cỏc kớch thước tế bào lờn tới 15 km. Trong cỏc tế bào lớn hơn, trong đú sự khụng chắc chắn về thời gian cú thể lớn hơn
thời gian bảo vệ cơ bản thỡ thời gian bảo vệ thờm vào cú thể được tạo ra bằng cỏch khụng lập lịch bất cứ những sự truyền dẫn đường lờn nào trong khung con theo sau tài nguyờn truy nhập ngẫu nhiờn.
Hỡnh 3.5 Thời gian phần mở đầu tại eNodeB đối với những người dựng
truy nhập ngẫu nhiờn khỏc nhau.
Phần mở đầu được dựa trờn cơ sở Zadoff-Chu (ZC), cỏc chuỗi và cỏc chuỗi dịch chu kỳ của cỏi đú. Cỏc chuỗi ZC cũng được sử dụng cho việc tạo cỏc tớn hiệu chuẩn đường lờn. Từ mỗi chuỗi ZC gốc X(u)
ZC (k), thu được m – 1 chuỗi được dịch cú tớnh chu kỳ với mỗi chu kỳ dịch bằng [MZC /m],
trong đú MZC là độ dài của chuỗi ZC gốc.
Cỏc chuỗi ZC được dịch cú tớnh chu kỳ cú một vài đặc tớnh hấp dẫn. Biờn độ của cỏc chuỗi là khụng đổi cỏi mà đảm bảo hiệu quả sử dụng bộ khuếch đại cụng suất và duy trỡ cỏc đặc tớnh PAR của đường lờn đơn súng mang thấp. Cỏc chuỗi này cũng cú khỏi niệm sự tương quan tự động chu kỳ (cycle auto-correlation), cỏi mà là quan trọng để đạt được một sự đỏnh giỏ thời gian chớnh xỏc tại eNodeB. Cuối cựng, sự tương quan chộo giữa cỏc phần mở đầu khỏc nhau dựa vào chu kỳ dịch của chuỗi ZC bằng 0 tại mỏy thu với điều kiện là sự dịch chu kỳ thời gian N/m đó sử dụng khi tạo cỏc
phần mở đầu là lớn hơn thời gian truyền khứ hồi cực đại cộng với trải trễ cực đại của kờnh. Vỡ vậy, nhờ cú đặc tớnh tương quan chộo lý tưởng nờn khụng cú nhiễu nội tế bào từ nhiều sự thử truy nhập ngẫu nhiờn bằng cỏch dựng cỏc phần mở đầu được lấy từ chuỗi gốc ZC đú.
Việc tạo phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn được minh hoạ trong hỡnh 3.6. Mặc dự hỡnh minh hoạ việc tạo trong miền thời gian nhưng việc tạo trong miền tần số cú thể thực hiện tương đương và được sử dụng trong một sự bổ xung. Ngoài ra, để cho phộp cho quỏ trỡnh xử lý miền tần số tại trạm gốc, một tiếp đầu chu trỡnh được đưa vào trong sự tạo phần mở đầu.
Hỡnh 3.6 Tạo phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn.
Cỏc chuỗi phần mở đầu được phõn chia thành cỏc nhúm bao gồm 64 chuỗi cho mỗi nhúm. Như ở phần cấu hỡnh hệ thống, mỗi tế bào được cấp phỏt một nhúm như thế nhờ việc định nghĩa một hoặc một vài chuỗi ZC gốc và chu kỳ dịch cần thiết để tạo tập của cỏc phần mở đầu. Số lượng cỏc nhúm đủ lớn để trỏnh gõy khú khăn cho sự lập kế hoạch chuỗi giữa cỏc tế bào.
Khi thực hiện một sự thử truy nhập ngẫu nhiờn, đầu cuối lựa chọn một chuỗi ngẫu nhiờn từ tập cỏc chuỗi đó cấp phỏt cho tế bào mà đầu cuối đang thử để truy nhập. Với điều kiện là khụng cú đầu cuối khỏc đang thực hiện sự thử truy nhập bằng cỏch dựng cựng chuỗi này tại cựng thời điểm thỡ khụng cú cỏc xung đột xảy ra và việc thử truy nhập này với một khả năng xảy ra cao sẽ được phỏt hiện bởi mạng.
Quỏ trỡnh xử lý trạm gốc là sự thực hiện riờng, nhưng nhờ vào tiếp đầu chu trỡnh đó chứa trong phần mở đầu mà quỏ trỡnh xử lý miền tần số cú
thể ớt phức tạp. Vớ dụ về cỏi này được trỡnh bày trong hỡnh 3.7. Cỏc mẫu trờn một cửa sổ được dồn lại và biến đổi nú thành sự biểu diễn trờn trờn miền tần số bằng cỏch sử dụng một FFT. Độ dài cửa sổ này bằng 0.8 ms, cỏi mà bằng với độ dài của chuỗi ZC khụng cú tiếp đầu chu trỡnh. Điều này cho phộp để xử lý cỏc sự khụng chắc chắn về thời gian lờn tới 0.1 ms và phự hợp với thời gian bảo vệ đó định nghĩa.
Hỡnh 3.7 Sự phỏt hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiờn trong miền tần số.
Đầu ra của FFT, kết quả của tớn hiệu thu được trờn miền tần số được nhõn với kết quả của chuỗi ZC gốc trờn miền tần số liờn hợp phức và cỏc kết quả được đưa qua một IFFT. Nhờ vào khả năng quan sỏt cỏc đầu ra IFFT, nú cú thể phỏt hiện cỏc dịch chuyển của chuỗi ZC gốc đó được phỏt và độ trễ của nú. Về cơ bản, một đỉnh của đầu ra IFFT trong khoảng thời gian i tương ứng với chuỗi đó dịch theo chu kỳ thứ i và độ trễ được cho bởi vị trớ của đỉnh bờn trong khoảng thời gian đú. Sự thực hiện trờn miền tần số này cú khả năng tớnh toỏn và cho phộp phỏt hiện nhiều sự thử truy nhập ngẫu nhiờn bằng cỏch dựng cỏc chuỗi tuần hoàn khỏc nhau được tạo từ
cựng chuỗi ZC gốc, trong trường hợp nhiều sự thử truy nhập sẽ đơn giản là cú một đỉnh trong mỗi khoảng thời gian tương ứng.