CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN KỸ THUẬT OFDM VÀ OFDMA
3.1 Công nghệ điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào ICIC trong
3.1.3 Tái sử dụng tần số mềm
Trong phƣơng pháp này, một eNB truyền toàn bộ băng thông phổ tần số trong toàn bộ hệ thống, nhƣng sử dụng một phổ năng lƣợng không đồng đều. Hình 3.4 dƣới minh họa phổ năng lƣợng trong các tế bào khác nhau của một hệ thống với tái sử dụng mềm và với hệ số tái sử dụng là 3. Có thể nhận thấy rằng, phổ tần số có vùng truyền với công suất cao, có vùng truyền với công suất thấp. Dùng chiến lƣợc tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp trƣớc, nguồn tài nguyên tần số trong vùng công suất cao đƣợc ấn định cho các UE tại vùng biên tế bào, còn ngƣời dùng ở vùng trung tâm tế bào đƣợc ấn định cho nguồn tài nguyên truyền với công suất thấp.
Phƣơng pháp này dẫn tới việc nâng cao mức tín hiệu trên tạp âm SINR cho UE tại biên tế bào trong vùng truyền tải công suất cao, và các khu vực khác vẫn có mức SINR thích hợp cho tế bào trung tâm UE. Phƣơng pháp này đặc biệt hữu ích cho ICIC trong đƣờng xuống.
Trƣờng hợp mạng hỗn hợp HetNet, phƣơng pháp này cũng có thể hữu ích để ngăn một vài tài nguyên tần số có sẵn áp dụng đối với pico hoặc femto eNB nhƣng để cho macro eNB sử dụng toàn bộ phổ tần số. Phƣơng pháp này cấp tài nguyên cho các tế bào vĩ mô không bị nhiễu bởi các eNB nhỏ hơn, nhƣng phải trả giá bởi mức giảm thông lƣợng cho các eNB nhỏ.
3.1.4. Tín hiệu X2 hỗ trợ ICIC
Các phƣơng án tái sử dụng tần số ở trên về nguyên tắc có thể đƣợc thực hiện dễ dàng trong việc quản lý tài nguyên vô tuyến RRM (Radio Resource Management) của các eNB. Chúng có thể đƣợc cấu hình tĩnh và chạy mà không cần có sự tƣơng tác giữa các eNB khác nhau. Tuy nhiên, hiệu suất tốt hơn có thể đạt đƣợc nếu các phƣơng án trên đƣợc cấu hình động, dựa trên trao đổi thông tin hoạt động giữa các eNB để thích ứng tốt hơn với tình trạng hiện tại của mạng.
Các eNB trao đổi thông tin với eNB bên cạnh thông qua bản tin X2. Sau đó, từ những bản tin này eNB bên cạnh có thể biết đƣợc tình trạng can nhiễu của trạm cơ sở bên cạnh chúng, từ đó phân bổ tài nguyên vô tuyến (tần số, công suất…) cho các ngƣời dùng chúng phục vụ theo cách để tránh can nhiễu giữa các tế bào.
Ví dụ, một ngƣời dùng A1 thuộc cell A đang dùng công suất phát cao Tx trên tần số f3 tại biên cell. Với ICIC, cell B sẽ phân bổ một tần số khác f2 cho ngƣời dùng B1 của nó tại biên cell, còn tần só f3 phân bổ cho ngƣời dùng khác B3 tại trung tâm cell, ngƣời dùng tại trung tâm cell sẽ phát công suất thấp Tx.
Tín hiệu X2 cung cấp các cơ chế cho việc trao đổi thông tin giữa các eNB. Các phần sau đây mô tả bản tin X2 cho ICIC trong LTE phiên 8/9.
Chỉ số công suất phát băng hẹp tƣơng quan (Relative Narrowband Transmit Power Indicator, RNTP)
Bản tin thông tin này đƣợc gửi đến các eNB hàng xóm. Nó chứa 1 bit cho mỗi khối tài nguyên vật lý (PRB) ở đƣờng xuống, chỉ định nếu công suất truyền trên PRB đó lớn hơn một ngƣỡng cho trƣớc. Nhƣ vậy, các eNB hàng xóm có thể dự đoán những băng tần sẽ phải chịu sự can nhiễu nghiêm trọng hơn và có những quyết định lập kế hoạch ngay lập tức thay vì dựa trên chỉ báo cáo CQI của UE.
Chỉ số can nhiễu cao (High Interference Indicator, HII)
Chỉ số này cho đƣờng lên làm việc giống nhƣ thông điệp RNTP trƣớc đó cho đƣờng xuống. Có một bit cho mỗi PRB chi định nếu các eNB lân cận có thể bị nhiễu cao trong tƣơng lai gần. Do đó, thông thƣờng chỉ PRBs gán cho UE biên cell đƣợc chỉ định. Đo RSRP nhƣ là một phần của các báo cáo đo chuyển giao có thể xác định UE cạnh cell. Trong một cách tƣơng tự, chỉ số này có thể đƣợc sử dụng để xác định các băng tần đƣợc sử dụng trong một lƣợc đồ phân vùng tần số.
Chỉ số quá tải nhiễu (Interference Overload Indicator, OI)
Trong khi các bản tin X2 mô tả trƣớc đây đƣợc gửi ra chủ động bằng các eNB, chỉ số này chỉ đƣợc kích hoạt khi nhiễu cao theo hƣớng uplink đƣợc phát hiện bởi một eNB. Các dấu hiệu quá tải sẽ đƣợc gửi đến các eNB hàng xóm của UE có tiềm năng các nguồn nhiễu cao này. Bản tin có chứa một chỉ số báo mức nhiễu thấp, trung bình hoặc cao trên mỗi PRB.
Có thể thấy rằng thông số kỹ thuật cho phiên bản 8/9 đƣợc xác định cho việc triển khai tế bào vĩ mô trong mạng đồng nhất là chủ yếu. Nó chỉ cung mối liên hệ khá đơn giản cho ICIC và không chỉ ra cơ chế để cải thiện nhiễu giữa các tế bào trên kênh điều khiển, ví dụ: PDCCH, PHICH và PCFICH. Điều này hạn chế lợi ích mà có thể đạt đƣợc bằng cách sử dụng HetNets với việc mở rộng phạm vi. Phiên bản 10 sẽ tăng cƣờng tín hiệu X2 để hỗ trợ các thuật toán ICIC tinh vi hơn, liên quan đến sự phối hợp giữa các eNB nhiễu trong miền thời gian.
3.1.4 Hoạt động cơ bản của ICIC
Các eNB gửi thông tin can nhiễu tới các eNB bên cạnh sau mỗi chu kỳ ICIC. Về mặt tổng quan, một chu kỳ ICIC (trong khoảng hang chục đến hang trăm ms dài hơn một chu kỳ lập lịch, TTI (1ms). Bên dƣới là sơ đồ một ví dụ thể
hiện cách hoạt động của ICIC. Ở đây, chu kỳ ICIC cho cả cell A và cell B là 20ms.
Hình 3.6 Hoạt động cơ bản của ICIC [15]
1. Phát thông tin nhiễu (#11): Cell A và B đo cƣờng độ tín/nhiễu trong một chu kỳ ICIC và phát thông tin nhiễu (RNTP. HII, OI).
2. Chia sẻ thông tin nhiễu (#12): Cell A và B chia sẻ thông tin nhiễu với cell lân cận thông qua bản tin X2. Thời gia bản tin X2 trễ giữa cá cell lân cận phải ngắn hơn chu kỳ ICIC.
3. Sự phối hợp tài nguyên: ICIC tính toán (#12), cả 2 cell chạy một thuật toán ICIC dựa trên thông tin nhiễu nhân đƣợc của cell lân cận, và quyết định tài nguyên tần số (RB hoặc các sóng mang con) cái sẽ đƣợc dùng tại biên cell và do đó sẽ dùng với công suất Tx cao.
4. Tài nguyên đƣợc phối hợp dựa trên lập lịch vị trí (#13): Kết quả của tính toán ICIC đƣợc áp dụng để lập lịch vị trí. Dựa trên tài nguyên đƣợc phối hợp, các cell thực hiện lập lịch (ví dụ nhƣ phân bổ tài nguyên vô truyến cho ngƣời dùng truy cập tới chúng) phụ thuộc vào trạng thái kênh của mỗi ngƣời dùng.
3.2 Công nghệ điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào tăng cƣờng eICIC trong LTE-A eICIC trong LTE-A
Nhƣ đƣợc đề cập về ICIC, điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào tăng cƣờng là một công nghệ điều khiển giảm nhiếu trong LTE-A. Trong LTE/LTE- A, một thách thức quan trọng đối với các nhà mạng là họ phải tăng dung lƣợng mạng để bắt kịp việc tăng dung lƣợng nhanh chóng. Đặc bệt trong khu vực đông dân cƣ nhƣ thành phố, các điểm nóng có thông lƣợng cực cao. Đối với các điểm nóng này, việc điều chỉnh giảm kích cỡ các macro cell khó giải quyết đƣợc vấn đề nhu cầu thông lƣợng cao. Vì vậy, các nhà mạng muốn tăng dung lƣợng mạng theo cách kinh tế hơn bằng cách thiết lập các small cell.
Các mạng bao gồm các cell cùng kích cỡ nhƣ mạng macro đƣợc đề cập trƣớc đây đƣợc gọi là mạng đồng nhất trong khi những mạng khác với các cell có kích cỡ khác nhau đƣợc gọi là mạng hỗn hợp. Vì thế, mạng hỗn hợp là một mạng mà các small cell đƣợc triển khai ngay trong vùng phủ của một macro cell. Từ phiên bản 10 trở đi, cấu hình mạng hỗn hợp đƣợc xem xét khi đề cập đến chuẩn LTE-A.
Hình3.7 Mạng đồng nhất và mạng hỗ hợp [15]
3.2.1 Khái niệm eICIC
eICIC là một công nghệ điều khiển giảm can nhiễu đƣợc định nghĩa bởi 3GGP trong LTE phiên bản 10. Nó là một phiên bản tăng cƣờng của ICIC đƣợc định nghĩa bởi 3GGP trong phiên bản 8 trƣớc đó, nó đƣợc đề cập hỗ trợ cấu hình mạng hỗn hợp. Để ngăn can nhiễu giữa các tế bào, ICIC cho phép ngƣời dùng tại biên cell trong các cell lân cận dùng các khoảng tần số khác nhau (các RB
hoặc các sóng mang con). Mặt khác, eICIC cho phép chúng dùng khoảng thời gian khác nhau cho cùng mục đích. Điều này có nghĩa với eICIC, một macro cell và một small cell, cái mà chia sẻ đồng kênh có thể dùng tài nguyên vô tuyến trong các khoảng thời gian khác nhau (ví dụ các khung con).
Hai nội dung chính của eICIC là ký thuật dùng khung con gần nhƣ trống ABS (Almost Blank Subframe ) đƣợc định nghĩa trong phiên bản 10 và kỹ thuật mở rộng phạm vi cell CRE (Cell Range Expansion) đƣợc định nghĩa trong phiên bản 11. Kỹ thuật ABS có thể ngăn nhiễu cho các ngƣời dùng biên cell trong small cell bị gây bởi macro cell bên cạnh bằng cách cả 2 cell vẫn dùng tài nguyên tần số giống nhau nhƣng khác nhau về khoảng thời gian (các khung con). Kỹ thuật CRE mở rộng vùng phủ của một small cell vì thế mà nhiều ngƣời dùng gần biên có thể truy cập small cell.
Hình 3.8 Công nghệ ABS trong eICIC [15]
3.2.2 Kỹ thuật dùng khung con gần nhƣ trống ABS
Nhƣ đề cập trong phần trƣớc, ICIC cho phép các ngƣời dùng biên cell dùng tài nguyên tần số khác nhau để liên lạc bằng cách các trạm cơ sở cạnh nhau trao đổi thông tin can nhiễu với trạm cơ sở khác qua giao diện X2. Điều này đạt đƣợc hiệu quả giảm can nhiễu giữa các macro cell cơ bản trong mạng đồng nhất nhƣng gây can nhiễu giữa các kênh điều khiển trong mạng hỗn hợp HetNet.
Khi một trạm cơ sở liên lạc với một ngƣời dùng, một khung con đƣờng xuống DL (downlink) độ dài 1ms bao gồm 2 chu kỳ, một cho việc phát kênh điều khiển, chu kỳ còn lại cho việc phát kênh dữ liệu. Thông tin tài nguyên phân phát tới ngƣời dùng đƣợc phân phối thông qua kênh vật lý điều khiển đƣờng xuống PDCCH (Physical Downlink Control Channel) còn dữ liệu đƣợc truyền trên kênh vật lý chia sẻ đƣờng xuông PDSCH (Physical Downlink Shared Channel). Điều này có nghĩa kênh điều khiển không đƣợc phân phát thông qua các khoảng tần số khác nhau (giống kênh dữ liệu) nhƣng lại đƣợc phân bố trên toàn bộ băng thông kênh rồi sau đó đƣợc phân phát đi. Điều này có thể gây cho ngƣời dùng trong các cell cạnh nhau chia sẻ tài nguyên tần số giống nhau.
Hình 3.9 Kênh điều khiển (PDCCH) và kênh dữ liệu (PDSCH) [15] Trong một mạng đồng nhất, việc này không phải là vấn đề lớn bởi vì không có nhiều sự khác biệt về công suất phát Tx của các trạm cơ sở trong các các tế bào, vì thế không nhiễu giữa các kênh không lớn. Mặt khác, trong mạng hỗn hợp, một macro cell có công suất Tx cao hơn một small cell, kênh điều khiển của small cell chắc chắn bị ảnh hƣởng bởi kênh điều khiển của macro cell, làm cho eICIC áp dụng hiệu quả cho kênh dữ liệu.
Vấn đề với ICIC đƣợc giải quyết bằng cách các cell dùng tài nguyên vô tuyến trong thời gian khác nhau.
Nhƣ hình 3.10 ở trên, trong mạng hỗn hợp, ICIC không thể ngăn chặn hoàn toàn thông tin điều khiển của các ngƣời dùng trong một small cell từ can nhiễu đáng kể với macro cell cạnh nó. Để tránh can nhiễu giữa các cell này, ICIC ảnh hƣởng thông qua việc phối hợp giữa các cell có thể đạt đƣợc thông qua lợi dụng miền thời gian thay vì miền tần số. Đó là lý do tại sao eICIC đƣợc giới thiệu. Ý tƣởng cơ bản của eICIC là nó cho phép một macro cell và small cell cạnh nó cung cấp dữ liệu, từng khung con một bằng cách dùng khoảng thời gian khác nhau. Vì vậy, khi liên lạc với các ngƣời dùng biên cell, small cell dùng các khung con không đƣợc dùng cho macro cell cạnh nó, tránh can nhiễu bởi macro cell. Tất nhiên, khi liên lạc với các ngƣời dùng ở trung tâm cell, small cell có thể dùng bất cứ khung con nào có sẵn cho dù macro cell có đang cung cấp dữ liệu hay không tại thời điểm đó.
Hình 3.11 ICIC và eICIC [15]
Một khung con không mang dữ liệu đƣợc gọi là khung con hầu nhƣ trống ABS, bởi vì rõ ràng hầu nhƣ không có bất cứ thông tin nào đƣợc chứa trong khung con. Các khung con ABS mang thông tin điều khiển công suất nhỏ nhất và do đó nhiễu gây bởi tín hiệu điều khiển có thể đƣợc giảm đi.
Sự hoạt động của eICIC: phân phối thông tin thành phần ABS qua giao diện X2
Một trạm cơ sở và ngƣời dùng trao đổi dữ liệu trong khung vô tuyến và một khung vô tuyến bao gồm 10 khung con. Việc quyết định bao nhiêu khung con trong khung vô tuyến đƣợc dựa trên tải thông lƣợng và chính sách của nhà
mạng. Trong hình 3.12 bên dƣới, một trạm cơ sở macro cell quyết định các khung con sẽ mang dữ liệu (0) và những khung con sẽ không mang dữ liệu (1), và sau đó lƣu nó nhƣ thông tin mẫu ABS (ví dụ “0011000110”). Sau đó, nó chuẩn bị một bản tin thông tin tải và gửi nó tới một trạm cơ sở small cell qua giao diện X2. Dựa trên thông tin nhận đƣợc, small cell tìm hiểu kiểu các khung con đƣợc dùng bởi macro cell và phân phối dữ liệu tới các ngƣời dùng biên cell chỉ thông qua các khung con ABS.
Hình 3.12 ABS: ngƣời dung macro cell và small cell biên cell [15]
3.2.3 Sự kết hợp sóng mang (Carrier Aggregation) với lập lịch chéo sóng mang (cross-carrier scheduling) trong LTE-A
Việc kết hợp sóng mang là một trong những tính năng quan trọng nhất của LTE-A phiên bản 10 để tăng tổng băng thông có sẵn cho UE và do đó đạt đƣợc tốc độ bit tối đa. Mỗi sóng mang kết hợp gọi là một sóng mang thành phần CC (Component Carrier). Sóng mang thành phần có thể có băng thông 1,4; 3, 5; 10; 15MHz hoặc 20 MHz và tối đa là năm lần sóng mang thành phần có thể đƣợc tổng hợp, do đó băng thông kết hợp tối đa là 100 MHz. Nếu trong LTE R8/9, UE chỉ sử dụng đƣợc một số sóng mang thành phần thì trong LTE-A phiên bản 10, với kỹ thuật kết hợp sóng mang, UE có thể đƣợc phân bổ tài nguyên trên tất cả các sóng mang thành phần.
Hình 3.13 Kết hợp sóng mang [9]
Kết hợp sóng mang không chỉ cho phép phân bổ tài nguyên giữa các sóng mang mà nó còn cho phép lập lịch dựa trên chuyển đổi nhanh chóng giữa các sóng mang mà không cần tốn nhiều thời gian chuyển giao. Lập lịch chéo sóng mang CCS (Cross Carrier Schelduling) có thể sử dụng kênh điều khiển vật lý đƣờng xuống (PDCCH) của một trong các sóng mang thành phần CC để sắp xếp các UE trên kênh chia sẻ vật lý đƣờng xuống (PDSCH). Sóng mang thành phần chính là tế bào cung cấp các thông tin điều khiển đến UE, kênh điều khiển gắn vào đầu của một khung con (hình 3.14).
Hình 3.14 Lập lịch chéo sóng mang [9]
Lập lịch chéo sóng mang là một tính năng quan trọng trong các mạng không đồng nhất. Sử dụng lập lịch chéo sóng mang có thể để ánh xạ (map) các kênh điều khiển vật lý đƣờng xuống DL (PDCCH) trên các sóng mang thành phần khác nhau trong macro cell và small cell. PDCCH mang thông tin điều khiển đƣờng xuống DCI (Downlink Control Information) với thông tin lập lịch gửi tới các UE ở biên tế bào, PDCCH có thể đƣợc truyền đi với công suất cao hơn so với các kênh lƣu lƣợng. Do đó, sử dụng các sóng mang khác nhau cho PDCCH trong các macro cell và small cell làm giảm nguy cơ can nhiễu PDCCH.
Trong hình 3.15 dƣới đây, là một ví dụ điển hình đối với kết hợp sóng mang với lập lịch chéo sóng mang 2 thành phần sóng mang đƣợc dùng, cả hai có độ
rộng 6 khối tài nguyên vật lý PRB. Sóng mang thành phần mầu xanh blue từ macro-eBN đƣợc dùng nhƣ sóng mang thành phần chính PCC, sóng mang thành