Mục tiêu tốc độ số liệu đỉnh của LTE-Advance rất cao và chỉ có thể đƣợc thỏa mãn
một cách vừa phải bằng cách tăng độ ộng băng truyề r n dẫn hơn nữa so với những gì đƣợc cung cấp ở Release đầu tiên của LTE và độ ộng băng truyề r n dẫn lên đến 100Mhz đƣợc thảo luận trong nội dung của LTE-Advance. Việc mở rộng độ rộng của băng sẽ đƣợc th c hi n trong khi vự ệ ẫn duy trì đƣợc tính tƣơng thích phổ. Điều này có thể đạt đƣợc bằng cách sử ụng “khố d i tập kết sóng mang”, trong đó nhiều sóng mang thành phần LTE đƣợc kết hợp trên lớp vật lí để cung cấp độ ộng băng r cần thiết. Đố ới v i thi t bế ị đầu cu i LTE, mố ỗi sóng mang thành phần s xu t hi n ẽ ấ ệ nhƣ là một sóng mang LTE trong khi một thiết bị đầu cuối LTE-Advance có thể khai thác toàn bộ độ rộng băng khối kết tập.
Hình 3.1 minh họa trƣờng hợp các sóng mang thành phần liên tiếp nhau mặc dù ở khía cạnh băng gốc, điều này không phải là điều kiện tiên quyết. Truy nhập đến một lƣợng l n phớ ổ liên tục ở ậc 100Mhz không thể có thƣờng xuyên. Do đó, LTE b - Advance có thể cho phép kế ập các sóng mang thành phần không liềt t n kề để xử lí các tình huống trong đó một khối lƣợng lớn phổ liên tiếp nhau không sẵn có. Tuy nhiên, nên lƣu ý rằng sự kết tập phổ không liền kề nhau đang là thách thức từ khía cạnh thực thi.Vì vậy, mặc dù khố ế ậi k t t p phổ đƣợc hỗ trợ bởi các đặ ả cơ bản thì c t sự k t t p phế ậ ổ phân tán chỉ đƣợc cung c p bấ ởi các thiế ị đầt b u cu i c p cao nh t ố ấ ấ
Cuối cùng, lƣu ý rằng truy nhập trên các độ ộng băng tầ r n truyền dẫn cao hơn không chỉ ữu ích từ khía cạ h nh tốc độ đỉnh mà quan trọng hơn là công cụ cho việc
mở rộng vùng phủ sóng với các tốc độ số liệu trung bình.
Hình 3.1 Ví dụ về khối kêt tập sóng mang
3.2.2 Giải pháp đa anten
Các công nghệ đa anten, bao gồm định dạng chùm và ghép kênh theo không gian là các thành phần công nghê then chố ốn có của LTE và chắt v c chắn sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng hơn trong LTE-Advance. Thiế ết k đa anten hiện tại cung cấp lên đến bốn cổng anten với các tín hiệu tham chiếu ô cụ thể tƣơng ng ứ ở đƣờng xu ng, ố kết h p v i sợ ớ ự tiền mã hóa dựa trên sổ mã. Cấu trúc này cung cấp cả sự ghép theo không gian lên đên bố ớp, đƣa đế ốc độ bit đỉnh là 300Mbit/s cũng nhƣ là địn l n t nh
dạng chùm (dựa trên sổ mã ). Kết hợp với nhau trên độ ộng băng toàn phần là 100 r
Mhz, sơ đồ ghép không gian LTE hiện tại sẽ đạt đƣợ ốc độ đỉnh là 1,5Gb/s vƣợc t t xa so với yêu cầu c a LTE-ủ Advance. Có thể ấy trƣớ th c rằng hỗ trợ ghép kênh theo không gian đƣờng lên sẽ là một phần của LTE-Advance. Việc tăng số lớp truyền
dẫn đƣờng xuống vƣợt xa con số bốn là có khả năng và có thể đƣợc sử dụng nhƣ là
phần bổ sung đố ớ ự tăng tốc đỉnh thông qua sự ở ộng băng tần. i v i s m r
3.2.3 Truy n dề ẫn đa điểm ph i hố ợp
Mục tiêu về số liệu đỉnh của LTE-Advance yêu cầu s c i thiự ả ện đáng kể ề t l v ỉ ệ tín hiệu trên tạp âm và can nhiễu SINR ở thiế ị đầt b u cuối . Định dạng chùm là một cách. Ở các mạng hi n t i, nhi u anten nệ ạ ề ằm phân tán về ặt địa lí kế ối đế m t n n một đơn vị xử lí băng gốc trung tâm đƣợc sử dụng nhằm đem lại hi u qu vệ ả ề chi phí. Mô hình triển khai thu/ phát đa điểm phối hợp với quá trình xử lí băng gốc ở một nút
đơn đƣợc mô tả hình 3.2. Ở ở đƣờng xuống, nó chỉ ra sự phối hợp truyền dẫn từ đa điểm truyền dẫn.
Hình 3.2 Truyền dẫn đa điểm phối hợp
3.2.4 Các bộ lặp và các bộ chuy n ti p ể ế
Từ việc xem xét quĩ đƣờng truyền, việc triển khai các giải pháp chuyển tiếp khác
nhau nh m gi m khoằ ả ảng cách máy phát và máy thu xuống và cho phép tăng tốc độ
số liệu. Các bộ ặp đơn giả l n sẽ khuếch đại và chuyển đi các tín hiệu tƣơng tự thu đƣợc. Khi đƣợc cài đặt, các bộ ặp liên tụ l c chuyển đi tín hiệu thu đƣợc mà không quan tâm đến có thiết bị đầu cuối trong vùng phủ sóng của nó hay không. Những b ộ lặp nhƣ vậy không hiển thị đối với cả các thiết bị đầu cuối và trạm gốc. Tuy nhiên, có thể xem xét các cấu trúc bộ lặp cao cấp hơn, chẳng hạn sơ đồ trong đó mạng có thể điều khiển công suất truy n c a b l p, ch ng h n, chề ủ ộ ặ ẳ ạ ỉ tích cực bộ lặp khi ngƣời sử d ng hi n di n trong khu vụ ệ ệ ực đƣợc điều khi n b i b l p nhể ở ộ ặ ằm tăng tốc độ số liệu cung c p trong khu vấ ực. Các báo cáo đo đạc b sung tổ ừ các thiế ị đầt b u cuối có
thể cũng đƣợc xem xét nhƣ là phƣơng tiện hƣớng d n mẫ ạng mà trong đó các bộ lặp
đƣợc bật lên. Tuy nhiên, việc điều khiển tải truyền dẫn và lập biểu thƣờng nằm ở trạm gốc và vì vậy, các bộ ặp thƣờ l ng trong su t tố ừ khía cạnh di động.
Nút trung gian cũng có thể ải mã và tái hóa bất kì số ệu thu đƣợc, ƣu tiên chuyể gi li n
tiếp nó đến ngƣời sử dụng đƣợc phục vụ. Đây thƣờng đƣợc xem là chuyển tiếp giải
mã hóa và truyền tiếp. Khi nút trung gian giải mã hóa và tái mã hóa khối số liệu thu đƣợc thì tạo ra trễ đáng kể, lâu hơn độ dài khung con LTE 1ms. Tuy nhiên, các nút
chuyển tiếp không truyền tiếp các tạp âm và sự thích nghi tốc độ có thể đƣợc thực
hiện một cách riêng rẽ cho m i k t nỗ ế ối.
Đối với các bộ ặp, t n t i nhi l ồ ạ ều tùy chọn khác nhau phụ thuộc vào các tính năng đƣợc h trợ nhƣng ở ức cao, có thể phân biệỗ m t hai tầng khác nhau, dựa trên việc truyền tiếp đƣợc th c hi n l p 2 (chuy n ti p l p 2) hay l p 3 (chuy n ti p l p 3). ự ệ ở ớ ể ế ớ ớ ể ế ớ Mặc dù giống nhau nhiở ều điểm cơ bản (trễ, không khuếch đạ ạp âm), giải pháp i t self backhauling không yêu cầu bất kì nút, giao thức hoặc giao diện mới nào để chuẩn hóa bởi vì các giải pháp đang tồ ại đƣợc tái sửn t dụng và do đó có thể đƣợc ƣa chuộng hơn trên các kĩ thuật cùng chức năng L2 của chúng.
Hình 3.3 Chuyển tiếp trong LTE-Advance
3.2.5 MCMC CDMA
Song song với các giải pháp trên thì một đề xuất cũng đang đƣợc đƣa ra đó là
MCMC CDMA (Multicode Multicarrier Code Division Mutiple Access) nh m cung ằ
cấp nhi u lo i tề ạ ốc độ khác nhau đƣợc truyền đi trên nhiều sóng mang con.
3.2.5.1 Hệ thống Multicarrier CDMA
Hệ thống MC-CDMA đƣợc xem nhƣ là sự kết hợp nối ti p c a CDMA ế ủ
chậm tốc độ ký tự trên mỗi sóng mang phụ đủ để có đƣợc một sự nhận tín hiệu gần đồng bộ (quasi-synchronous). Ƣu điểm th hai đó là nó có thể kết hợp một cách ứ hiệu quả năng lƣợng tín hiệu bị phân tán trong miền tần số. Đặc biệt trong nh ng ữ trƣờng h p truy n d n tợ ề ẫ ốc độ cao khi một bộ thu DS-CDMA có thể thấy 20 đƣờng trong đáp ứng xung tức thời, một bộ kết hợp RAKE 20 đƣờng là điều không thể thực hiện cho bộ thu DS-CDMA, trong khi đó một bộ thu MC-CDMA là có thể thực hiện đƣợc mặc dù nó sẽ tiêu tốn năng lƣợng tín hiệu nhận trong nh ng khoảng ữ bảo v . ệ
Bộ phát MC-CDMA tr i lu ng dả ồ ữ liệu ban đầu lên các sóng mang phụ khác nhau bằng cách sử dụng một mã trải rộng trong miền tần số. Nói một cách khác, phần ký tự tƣơng ứng với một chip của mã trải r ng sẽ đƣợc truyền trên một ộ sóng mang phụ. Hình 3.4 cho ta khái niệm về s tự ạo tín hiệu MC-CDMA cho một ngƣời dùng. Tƣơng tự nhƣ trong hệ thống CDMA, một ngƣời dùng có thể chiếm toàn bộ băng thông cho sựtruyền d n c a mẫ ủ ột ký tự ữ liệu. Sự d phân ệt các tín bi
hiệu c a nhủ ững ngƣời dùng khác nhau đƣợc thực hiện trong miền mã.
Mỗi ký tự dữ liệu đƣợc sao chép lên các luồng phụ trƣớc khi nhân nó với chip của mã trả ộng, điều này cho thấi r y m t hộ ệ thống MC-CDMA th c hi n sự ệ ự trải rộng theo hƣớng tần số và nhƣ vậy làm tăng thêm tính linh động khi so sánh với một hệ thống CDMA. Sự ánh xạ các chip theo hƣớng t n sầ ố cho phép sự nh n d ng ậ ạ tín hiệu có thể đƣợc thực hiện b ng nhiằ ều phƣơng pháp đơn giản.
Sự tạo tín hiệu tr i phả ổ đa sóng mang sử dụng OFDM cho một ngƣời dùng đƣợc minh họa ở ình 3.4. Không mất tính tổng quát, sự ạo tín hiệ h t u MC- CDMA đƣợc miêu tả cho một ký tự đố ới v i mỗi ngƣời dùng, vì vậy chỉ số ký tự dữ liệu không cần ghi rõ. Trong bộ phát, ký tự dữ liệu giá trị phức dk của ngƣời dùng thứ k đƣợc nhân với mã trải phổ:
(3.1) có chiều dài L = PG =Nc. Chuỗi giá trị phức thu đƣợc sau bộ trải phổ:
(3.2)
Hình 3.5: Nguyên tắc tạo tín hiệu MC-CDMA
Tín hiệu tuyến xu ng (downlink): ố
Ở tuyến xuống đồng bộ, các tín hiệu trải phổ của K user đƣợc cộng với nhau trƣớc khi thực hiện phƣơng pháp OFDM (hình 3.3). Kết quả xếp chồng K user với nhau tạo ra tín hiệu tr i ph : ả ổ
∑
(3.3)
Kết quả này có thể viết dƣới dạng ma tr n ậ
S=C.d (3.4)
Trong đó:
d=(d0 , d1,…, dk-1)T (3.5) là vector gồm các ký hiệu phát của K user tích cực, còn C là ma trận mà cột thứ k là mã trải phổ đặc trƣng cho user thứ k:
Hình 3.6: Máy phát MC-CDMA tuyến xuống
Tín hiệu MC-CDMA tuy n xuế ống là kết qu cả ủa quá trình xử lý tín hiệu s
bằng khối OFDM theo phƣơng trình (3.3). Giả ử ằ s r ng kho ng dả ự phòng là đủ dài,
vector thu sau khi th c hi n biự ệ ến đổi ngƣợc OFDM và loại bỏ các khoảng tần số thừa sẽ đƣợc xác định bởi:
r=H.s + n=(R0, R1, …, RL-1)T (3.7)
trong đó H là ma trận LxL đặc trƣng cho kênh truyền và n là vector tín
hiệu nhi u chiễ ều dài L. Vector r sẽ đƣợc đƣa vào bộ phát hiện dữ liệu để ƣớc lƣợng
(bằng phƣơng pháp cứng ho c m m) dặ ề ữ liệu phát. Khi mô tả ỹ thuật phát hiện đa k
user, vector r sẽ đƣợc bi u diể ễn dƣớ ại d ng:
r=A.s + n=(R0, R1, …, RL-1)T (3.8)
với A là ma trận hệ thống, xác định bởi:
A=H.C (3.9)
Tín hiệu tuyến lên (uplink):
Ở tuyến lên, tín hiệu MC-CDMA có đƣợc một cách trực tiếp sau khi x ử lý chuỗi Sk c a user th k b ng kh i OFDM. Sau khi th c hiủ ứ ằ ố ự ện quá trình biến đổi ngƣợc OFDM và loại bỏ các khoảng t n sầ ố thừa ở máy thu thì vector thu ứng với chuỗi phát Sk sẽ là:
∑
(3.10)
trong đó Hk bao gồm các hệ số của kênh truyền phụ ứng v i user th k. ớ ứ
Tuyến lên phải đƣợc đồng bộ để phƣơng pháp OFDM đạt hiệu suất sử dụng phổ cao
nhất. Vector r này sẽ đƣợc đƣa vào bộ phát hiện để ƣớc lƣợng dữ liệu phát bằng phƣơng pháp cứng hoặc mềm. Ma tr n hậ ệ thống A c a tuyủ ến lên đƣợc định nghĩa bởi:
A=(a0, a1, …, ak-1) (3.11)
3.2.5.2 Hệ thống Multicode CDMA
Hệ thống Multi-code CDMA cung c p nhi u lo i tấ ề ạ ốc độ khác nhau bằng
cách ấn định cho mỗi ngƣời dùng một tập gồm M chuỗi mã, kích thƣớc M của
tập mã sẽ thay đổi theo tốc độ yêu cầu. Tùy thuộc vào cách thức “ánh xạ” các bit dữ
liệu vào các chuỗi mã mà ta có các hệ thống Multi-code CDMA khác nhau.
Hệ thống Multi-code CDMA ki u truy n song song ể ề
Trong hệ thống Multi-code CDMA ki u truy n song song khi mể ề ột ngƣời
dùng cần truyền một luồng dữ liệu có tốc độ ớn hơn tốc độ cơ bả l n M lần thì hệ thống sẽ chuyển lu ng dồ ữ liệu này thành M luồng dữ liệu con song song (s d ng ử ụ
bộ chuyển đổi n i ti p sang song song), M lu ng dố ế ồ ữ liệu con này đƣợc xem nhƣ là
của M ngƣời dùng độc lập, mỗi luồng sẽ đƣợc tr i phả ổ (mã hóa) bằng một mã khác
nhau trong tập và đƣợc c ng lộ ại trƣớc khi chuyển lên truyền d n cao tẫ ần. Hình 3.7 miêu tả sơ đồ khối bộ phát trong hệ thống Multi-code CDMA kiểu truyền song song.
Hình 3.7: Sơ đồ khối bộphát Multi-code CDMA kiểu truyền song song
Bộ thu c a hủ ệ thống Multi-code CDMA đƣợc xem nhƣ tƣơng ứng v i M ớ
bộ thu c a hủ ệ thống DS-CDMA. Hình 3.8 miêu tả sơ đồ khối của bộ thu hệ thống
Hình 3.8: Sơ đồ khối bộ thu Multi-code CDMA kiểu truyền song song
Để giảm s tự ự xuyên nhiễu (self-interference) mà một ngƣời dùng sử
dụng nhiều mã có thể gặp phải thì các mã của cùng ngƣời dùng nên trực giao lẫn
nhau.
Hệ thống Multi-code CDMA ki u truy n M-ary ể ề
Trong hệ thống Multi-code CDMA ki u truy n M-ary mể ề ỗi ngƣời dùng cũng đƣợc gán một tập gồm M chuỗi mã. Các tốc độ dữ liệu khác nhau của ngƣời dùng sẽ đƣợc hổ trợ bằng cách thay đổi kích thƣớc M của tập chuỗi mã. Ngƣờ dùng i truyền dữ liệu bằng cách chọn một chuỗi mã từ tập chuỗi c a hủ ọ và truyền nó qua kênh chung, bằng cách này log2 (M ) bit dữ liệu đã đƣợc truyền trong một chu kỳ ký tự dữ liệu.
Quá trình tạo mã cho một ngƣời dùng cho một hệ thống Multi-code CDMA ki u tể ruyền M-ary cũng tƣơng tự nhƣ quá trình tạo mã trong hệ thống
Multi-code CDMA ki u truy n song song. Mể ề ỗi ngƣời dùng đƣợc gán một mã đặc
trƣng cho ngƣời dùng Uk(n) , một tập mã {Vm(n)|1 ≤ m ≤ M} đƣợc gọi là tập mã thông tin đƣợc dùng chung cho tất cả ngƣời dùng. Tập mã cho ngƣời dùng thứ k là:
(3.12)
Với cách tạo mã này thì bộ ánh xạ các ký tự dữliệu M-ary vào các chuỗi
ngƣời dùng. Mô hình bộ phát và bộ thu hệ thống Multi-code CDMA ki u truy n M-ể ề ary đƣợc miêu tả trên Hình 3.9.
Hình 3.9: Mô hình bộphát và bộ thu hệ thống Multi-code CDMA ki u ể
truyền M-ary
Tại bộ phát, một trong s M chuố ỗi mã thông tin Vm(n) đƣợc chọn tùy
thuộc vào ký tự dữ liệu M-ary. Chuỗi mã này sẽ đƣợc nhân với chuỗi mã đặc trƣng
cho ngƣời dùng và một hệ số biên độ√ , phép nhân giữa hai chuỗi mã đƣợc thực hiện theo ki u chip-ể nhân-chip. Chu i k t quỗ ế ả đƣợc điều chế và truyền ra ngoài kênh truyền.
Tại bộ thu, tín hiệu thu đƣợc giải điều chế, nhân với chuỗi đặc trƣng cho ngƣời dùng và đƣợc đƣa qua bộ ải mã là một băng các bộ ọc tƣơng hợp cho các gi l
chuỗi thông tin Vm(n) với 1 ≤ m ≤ M . Một đơn vị quyết định sẽ xác định chuỗi nào đã đƣợc gởi (dò tìm ực đại) và cho ra ký tực dữ liệu M-ary tƣơng ứng.
Mô hình Multi-code CDMA tổng quát
Nhƣ ta có thể thấy ở các phần trƣớc, một hệ thống DS-CDMA gán cho
mỗi ngƣời dùng một mã trải phổ, các hệ thống Multi-code CDMA ki u truy n song ể ề
song và kiểu truyền M-ary gán cho một ngƣời dùng một tập gồm M chuỗi mã.