Hình 2.4. Cấu hình cho EPS hỗ trợ của 3GPP bao gồm cả truy cập
- EPS nối đến LTE RAN qua giao diện S1 và đến Internet qua giao diện SGi. - Ngoài ra EPC nối đến HSS (tương ứng với HLR trong mạng lõi GSM/WCDMA) qua giao diện S6a.
- Giữa UE và mạng truy nhập vô tuyến có giao diện Uu.
Hình 2.5. Kiến trúc chi tiết mạng lõi LTE
Chức năng các node trong mạng lõi LTE:
Mobility Management Entity (MME):
MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý những chức năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên.
Serving Gateway: là node chấm dứt sự truy nhập từ mạng truy nhập vô tuyến EUTRAN. Serving Gateway có những chức năng bao gồm:
- Là node hỗ trợ sự chuyển giao từ eNodeB này sang eNodeB khác trong quá trình thiết bị di động di chuyển.
- Kết thúc sự truy nhập từ mạng truy nhập vô tuyến 3GPP (chấm dứt sự truy nhập vô tuyến bởi giao diện S4 và tiếp nhận kênh truyền tải từ mạng 2G, 3G và PDN Gateway).
- Cung cấp chức năng cho mạng truy nhập vô tuyến khi ở chế độ nhàn rỗi là đệm các gói ở đường downlink và kích hoạt các thủ tục yêu cầu dịch vụ.
- Tính toán chi phí của người dùng. - Cho phép cấp quyền truy nhập.
- Định tuyến gói tin và chuyển tiếp các gói. - Hỗ trợ việc tính cước.
PDN Gateway: là node chấm dứt giao diện SGi về phía PDN. Nếu có 1UE truy cập vào nhiều PDN, nó có thể cung cấp 1 hay nhiều hơn PDN phục vụ UE. PDN bao gồm những chức năng sau:
- Thực thi chính sách.
- Mỗi ngưới sử dụng được cung cấp gói dịch vụ khác nhau. - Tính phí hỗ trợ.
- Vận chuyển các gói trên downlink hay uplink. - Cho phép những thiết bị hợp pháp truy nhập. - Cung cấp cho mỗi UE một địa chỉ IP.
- Phân loại các gói .
- Có chức năng như DHCP trong 3G (Dynamic Host Configuration Protocol: Giao thức cấu hình động máy chủ).
eNodeB: có cùng chức năng như NodeB và ngoài ra nó còn có hầu hết chức năng RNC của WCDMA/HSPA. Với những chức năng như:
- Thực hiện quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống. - Quyết định chuyển giao.
- Chịu trách nhiệm về tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình.
- Thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa, giải mã, điều chế, giải điều chế, đan xen, giải đan xen…
- Thực hiện cơ chế phát lại HARQ
Hỗ trợ cho những mạng không thuộc 3GPP:
Để hỗ trợ chuyển vùng; EPS có 3 dạng giao diện phục vụ cho những mạng không thuộc 3GPP là: S2a; S2b và S2c.
- S2a cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ di động giữa những mạng không phải 3GPP và Gateway.
- S2b cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ tính năng di động giữa ePDG và Gateway.
- S2c cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ di động giữa UE và những mạng thuộc 3GPP và không thuộc 3GPP.
ePDG: Chức năng của ePDG bao gồm: điều khiển sự phân bổ địa chỉ IP trong ePDG được sử dụng như là CoA khi mà S2c được sử dụng.
- Chức năng để vận chuyển một địa chỉ IP từ xa như là một địa chỉ IP cụ thể để PDN một khi S2b được sử dụng.
- Định tuyến các gói dữ liệu từ / đến PDN. - Can thiệp hợp pháp.
Thực thi các chính sách QoS dựa trên thông tin nhận được thông qua cơ sở hạ tầng AAA.
Hỗ trợ truy nhập từ các mạng không thuộc 3GPP: Để hỗ trợ cho việc chuyển giao, kiến trúc mạng lõi EPC có 3 giao diện hỗ trợ truy nhập:
- S2a: là giao diện giữa mạng không thuộc 3GPP với PDN Gateway. - S2b: là giao diện giữa ePDG và PDN Gateway.
- S2c: là giao diện giữa UE và Gateway.
2.3. Các kênh sử dụng trong E-UTRAN
- Kênh vật lý: các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu người dùng bao gồm:
+ PDSCH (Physical Downlink Shared Channel): phụ tải có ích (payload) + PUSCH (Physical Uplink Shared Channel): PUSCH được dùng để mang dữ liệu người dùng. Các tài nguyên cho PUSCH được chỉ định trên một subframe cơ bản bởi việc lập biểu đường lên. Các sóng mang được chỉ định là 12 khối tài nguyên (RB) và có thể nhảy từ subframe này đến subframe khác. PUSCH có thể dùng các kiểu điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM.
+ PUCCH (Physical Uplink Control Channel): có chức năng lập biểu, ACK/NAK.
+ PBCH (Physical Broadcast Channel): mang các thông tin đặc trưng của cell.
- Kênh logic: được định nghĩa bởi thông tin nó mang bao gồm:
+ Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): Được sử dụng để truyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cả máy di động trong cell. Trước khi truy nhập hệ thống, đầu cuối di động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết được hệ thống được lập cấu hình như thế nào, chẳng hạn băng thông hệ thống.
+ Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH): được sử dụng để tìm gọi các đầu cuối di động vì mạng không thể biết được vị trí của chúng ở cấp độ ô và vì thế cần phát
các bản tin tìm gọi trong nhiều ô (vùng định vị).
+ Kênh điều khiển riêng (DCCH): được sử dụng để truyền thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di động chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau.
+ Kênh điều khiển đa phương (MCCH): được sử dụng để truyền thông tin cần thiết để thu kênh MTCH.
+ Kênh lưu lượng riêng (DTCH): được sử dụng để truyền số liệu của người sử dụng đến/từ một đầu cuối di động. Đây là kiểu logic được sử dụng để truyền tất cả số liệu đường lên của người dùng và số liệu đường xuống của người dùng không phải MBMS.
+ Kênh lưu lượng đa phương (MTCH): Được sử dụng để phát các dịch vụ MBMS. - Kênh truyền tải: bao gồm các kênh sau
+ Kênh q uản g b á (BCH): có kh u ôn dạn g tru yền tải cố đ ịn h do ch uẩn cu n g cấp .
+ Nó được sử dụng để phát thông tin trên kênh logic.
+ Kênh tìm gọi (PCH): được sử dụng để phát thông tin tìm gọi trên kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX) để cho phép đầu cuối tiết kiệm công suất ắc quy bằng cách ngủ và chỉ thức để thu PCH tại các thời điểm quy định trước.
+ Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH): là kênh truyền tải để phát số liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ các chức năng của LTE như thích ứng tốc độ động và lập biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số. Nó cũng hổ trợ DRX để giảm tiêu thụ công suất của đầu cuối di động mà vẫn đảm bảo cảm giác luôn kết nối giống như cơ chế CPC trong HSPA. DL-DCH TTI là 1ms.
- Kênh đa phương (MCH): được sử dụng để hỗ trợ MBMS. Nó được đặc
trưng bởi khuôn dạng truyền tải bán tĩnh và lập biểu bán tĩnh. Trong trường hợp phát đa ô sử dụng MBSFN, lập biểu và lập cấu hình khuôn dạng truyền tải được điều phối giữa các ô tham gia phát MBSFN.
2.4. Một số đặc tính của kênh truyền
Ta tìm hiểu một số đặc tính của kênh truyền ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu, các đặc tính này bao gồm trải trễ, fading, dịch tần Doppler, ảnh
hưởng của dịch tần Doppler đối với tín hiệu OFDM, nhiễu MAI, và cách khắc phục nhiễu MAI.
2.4.1. Trải trễ đa đường
Tín hiệu nhận được nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp và các thành phần phản xạ. Tín hiệu phản xạ đến sau tín hiệu thu trực tiếp vì nó phải truyền qua một khoảng dài hơn, và như vậy nó sẽ làm năng lượng thu được trải rộng theo thời gian. Khoảng trải trễ (delay spread) được định nghĩa là khoảng chênh lệch thời gian giữa tín hiệu thu trực tiếp và tín hiệu phản xạ thu được cuối cùng. Trong thông tin vô tuyến, trải trễ có thể gây nên nhiễu xuyên ký tự nếu như hệ thống không có cách khắc phục. Đối với LTE, sử dụng kỹ thuật OFDM đã tránh được nhiễu xuyên ký tự ISI.
2.4.2. Các loại fading
Fading là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang cao tần tại anten thu do có sự thay đổi không đồng đều về chỉ số khúc xạ của khí quyển, các phản xạ của đất và nước trên đường truyền sóng vô tuyến đi qua.
2.4.2.1. Rayleigh fading
Fading Rayleigh là loại Fading sinh ra do hiện tượng đa đường (Multipath Signal) và xác suất mức tín hiệu thu bị suy giảm so với mức tín hiệu phát đi tuân theo phân bố Rayleigh.
2.4.2.2. Fading chọn lọc tần số và fading phẳng
Băng thông kết hợp: là một phép đo thống kê của dải tần số mà kênh xem như là phẳng. Nếu trải trễ thời gian đa đường là D(s) thì băng thông kết hợp Wc(Hz) xấp xỉ bằng: Wc 1 / 2D (2.1)
- Trong fading phẳng, băng thông kết hợp của kênh lớn hơn băng thông của tín hiệu. Vì vây, sẽ làm thay đổi đều tín hiệu sóng mang trong một dải tần số.
- Trong fading chọn lọc tần số, băng thông kết hợp của kênh nhỏ hơn băng thông của tín hiệu. Vì vậy, sẽ làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụ thuộc tần số.
2.4.3. Dịch tần Doppler
Hệ thống truyền vô tuyến chịu sự tác động của dịch tần Doppler. Dịch tần Doppler là hiện tượng mà tần số thu được không bằng tần số của nguồn phát do sự
chuyển động tương đối giữa nguồn phát và nguồn thu. Cụ thể là: khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thì tần số thu được sẽ lớn hơn tần số phát đi, khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động ra xa nhau thì tần số thu được sẽ giảm đi. Khoảng tần số dịch chuyển trong hiện tượng Doppler tính theo công thức sau:
c v f f 0
(2.2)
Trong đó f: là khoảng tần số dịch chuyển, f0 là tần số của nguồn phát, v là vận tốc tương đối giữa nguồn phát và nguồn thu, c là vận tốc ánh sáng. Đối với LTE, để khắc phục hiện tượng dịch tần Doppler, người ta chọn khoảng cách giữa các sóng mang đủ lớn (f = 15 KHz).
2.4.4. Nhiễu MAI đối với LTE
Đối với LTE, ở đường lên sử dụng kỹ thuật SC-FDMA, nó cũng nhạy cảm với dịch tần. Các user khác nhau luôn có dịch tần số sóng mang CFO (Carrier Frequency Offset). Khi tồn tại nhiều CFO, tính trực giao giữa các sóng mang bị mất. Nhiễu liên sóng mang (ICI: Inter Carrier Interference) và MAI (Multi Access Interference) tạo ra đã làm giảm chất lượng của tín hiệu thu được. Một phương pháp triệt ICI cũng như MAI, là dựa trên các ký hiệu hoa tiêu khối (block type pilots).
Các user khác nhau giao tiếp với trạm gốc tại các khe thời gian khác nhau. Phương pháp này lấy trực tiếp thành phần nhiễu bằng cách lợi dụng các ký hiệu hoa tiêu khối, vì vậy nó không cần sử dụng ước lượng CFO nhiều lần. Sau đó, ma trận can nhiễu có thể được khôi phục lại và ảnh hưởng của các CFO có thể được triệt dễ dàng bằng cách sử dụng phương pháp đảo ma trận. Phương pháp triệt nhiễu MAI cụ thể được đề cập ở.
2.5. Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTE
LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA cho truy cập đường xuống và SC-FDMA cho truy cập đường lên. Kết hợp đồng thời với MIMO, các kỹ thuật về lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu tự động phát lại lai ghép.
2.5.1. Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM và OFDMA
2.5.1.1. Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong
vùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub-carrier) trực giao với nhau. Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này được phép chồng lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kĩ thuật điều chế thông thường.