trình bình thường, nghĩa là có 7 ký hiệu OFDM trên 1 khe.
4.2.2. Các tín hiệu tham khảo đường xuống
Để thực hiện giải điều chế đường xuống một cách nhất quán (Downlink Coherent Demodulation), thiết bị đầu cuối di động cần phải đánh giá kênh truyền đường xuống. Như đã đề cập , một phương pháp đơn giản cho phép đánh giá kênh truyền trong truyền dẫn OFDM là chèn thêm những ký hiệu tham khảo (Known Reference Symbols) đã biết vào trong mạng lưới tài nguyên thời gian-tần số OFDM. Trong LTE, những ký hiệu tham khảo này đều được quy thành những tín hiệu tham khảo đường xuống LTE.
Theo minh họa trong Hình 4.7, các ký hiệu tham khảo đường xuống được chèn vào bên trong những ký hiệu OFDM thứ nhất và thứ ba cuối cùng của mỗi khe và với một khoảng cách miền tần số gồm 6 sóng mang phụ. Hơn nữa, có một sự xen kẽ miền tần số (A Frequency Domain Staggering Of Three Subcarriers) gồm 3 sóng mang phụ giữa tín hiệu tham khảo đầu tiên và tín hiệu tham khảo thứ hai. Trong mỗi khối tài nguyên, bao gồm 12 sóng mang phụ trong suốt một khe thời gian, vì vậy mà ở đây có 4 ký hiệu tham khảo. Điều này đúng cho tất cả các khung phụ ngoại trừ những khung phụ được sử dụng cho truyền dẫn dựa trên MBSFN (xem thêm ở phần 4.2.6).
Để đánh giá kênh truyền qua toàn bộ mạng lưới mạng lưới thời gian-tần số cũng như là để làm giảm tạp âm trong những đánh giá kênh truyền, thiết bị đầu cuối di động phải thực hiện phép nội suy/lấy trung bình thơng qua nhiều ký hiệu tham khảo. Vì vậy, khi thực hiện đánh giá kênh truyền cho một khối tài nguyên nào đó, thiết bị đầu cuối di
động có thể khơng chỉ sử dụng những ký hiệu tham khảo trong khối tài ngun đó mà cịn trong những khối tài nguyên lân cận ở miền tần số, cũng như là những ký hiệu tham khảo của những khe thời gian hay khung phụ thu được trước đó. Tuy nhiên, phạm vi để thiết bị đầu cuối di động có thể thực hiện phép tính trung bình qua nhiều khối tài nguyên trong miền tần số hay thời gian dựa trên những đặc tính kênh truyền. Trong trường hợp độ chọn lọc tần số kênh truyền cao (High Channel Frequency Selectivity), khả năng thực hiện phép bình quân trong miền tần số là giới hạn. Tương tự, khả năng tính bình qn trong miền thời gian, đó là khả năng sử dụng các ký hiệu tham khảo trong những khe thời gian hay khung phụ thu được trước đó, cũng bị giới hạn trong trường hợp sự biến đổi kênh truyền diễn ra nhanh (Fast Channel Variatons), ví dụ, do vận tốc cao của thiết bị đầu cuối di động. Cũng cần phải chú ý rằng, trong trường hợp TDD, khả năng tính bình qn thời gian có thể bị giới hạn, vì những khung phụ trước đó thậm chí có thể không được chỉ định cho truyền dẫn đường xuống.
4.2.2.1. Các chuỗi tín hiệu tham khảo và việc nhận dạng tế bào lớp vật lý (Reference Signals Sequences And Physical Layer Cell Identity)
Nói chung, các giá trị phức hợp (Complex Values) của các ký hiệu tham khảo sẽ thay đổi giữa các vị trí ký hiệu tham khảo khác nhau cũng như giữa những tế bào khác nhau. Vì vậy, tín hiệu tham khảo của một tế bào có thể được xem như là một chuỗi hai chiều, trong đặc điểm kỹ thuật LTE được gọi là một chuỗi tín hiệu tham khảo hai chiều. Tương tự với mã ngẫu nhiên hóa trong WCDMA/HSPA, chuỗi tín hiệu tham khảo LTE có thể được xem như một chỉ thị để nhận dạng tế bào lớp vật lý LTE. Có 510 chuỗi tín hiệu tham khảo được định nghĩa trong đặc điểm kỹ thuật LTE, tương ứng với 510 nhận dạng tế bào khác nhau.
Về mặt chi tiết, mỗi chuỗi tín hiệu tham khảo có thể được xem như sản phẩm của một chuỗi giả ngẫu nhiên hai chiều (A Two Dimensional Pseudo-Random Sequence) và một chuỗi trực giao hai chiều (A Two Dimensional Orthogonal Sequence). Có tổng cộng 170 chuỗi giả ngẫu nhiên được định nghĩa trong đặc điểm kỹ thuật LTE, mỗi chuỗi tương ứng với một trong số 170 nhóm nhận dạng tế bào. Ngoài ra, cịn có 3 chuỗi trực giao được định nghĩa, mỗi chuỗi tương ứng với một nhận dạng tế bào riêng biệt trong mỗi nhóm nhận dạng tế bào. Các chuỗi tín hiệu tham khảo và cấu trúc của
nó là sản phẩm của một chuỗi giả ngẫu nhiên và một chuỗi trực giao có thể được sử dụng như là một phần của việc dị tìm tế bào LTE (xem thêm Chương 5).
Các chuỗi tín hiệu tham khảo thường được áp dụng thích hợp với những tế bào thuộc cùng một eNodeB, những tế bào này được chỉ định càng nhiều càng tốt các nhận dạng tế bào lớp vật lý (Physical Layer Cell Identities) trong cùng một nhóm nhận dạng tế bào, nghĩa là được chỉ định những tín hiệu tham khảo dựa trên cùng một chuỗi giả ngẫu nhiên nhưng khác các chuỗi trực giao. Bằng cách làm như vậy, sự can nhiễu giữa những tín hiệu tham khảo của các tế bào khác nhau của cùng một eNodeB có thể được giảm thiểu.
4.2.2.2. Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference Signal Frequency Hopping)
Trong cấu trúc tín hiệu tham khảo được phác họa trong Hình 4.7, các vị trí miền tần số của các ký hiệu tham khảo là giống nhau giữa các khung phụ liên tiếp. Tuy nhiên, các vị trí miền tần số của các ký hiệu tham khảo cũng có thể khác nhau giữa những khung phụ liên tiếp, còn được xem như là sự nhảy tần ký hiệu tham khảo.
Trong trường hợp nhảy tần ký hiệu tham khảo, những vị trí liên quan của các ký hiệu tham khảo trong một khung phụ là giống nhau như trong Hình 4.7. Vì vậy, việc nhảy tần có thể được mơ tả như việc thêm một chuỗi các độ lệch tần (Frequency Offsets) vào mơ hình mẫu ký hiệu tham khảo cơ bản được phác họa trong Hình 4.7, với độ lệch giống nhau cho tất cả các ký hiệu tham khảo trong một khung phụ, nhưng khác nhau giữa các khung phụ liên tiếp. Vị trí ký hiệu tham khảo p trong khung phụ k vì vậy có thể được trình bày như sau:
- Các ký hiệu tham khảo đầu tiên: p(k) = (p0+6.i+offset(k)) mod 6. - Các ký hiệu tham khảo thứ hai: p(k) = (p0+6.i+3+offset(k)) mod 6.
Với i là một số nguyên. Chuỗi các độ lệch tần hay mơ hình nhảy tần (The Frequency Hopping Pattern) có một chu kỳ với độ dài là 10, nghĩa là mơ hình nhảy tần được lặp lại giữa các khung liên tiếp. Có 170 mơ hình nhảy tần khác nhau được định nghĩa, và mỗi mơ hình tương ứng với một nhóm nhận diện tế bào.
Bằng việc áp dụng các mơ hình nhảy tần khác nhau cho những tế bào lân cận, có thể tránh được nguy cơ các ký hiệu tham khảo của các tế bào lân cận va chạm nhau
liên tiếp. Điều này đặc biệt quan tâm khi những ký hiệu tham khảo được truyền đi với một năng lượng cao hơn so với các phần tử tài nguyên còn lại, và còn được gọi là việc tăng cường năng lượng tín hiệu tham khảo (Reference Signal Energy Boosting).
4.2.2.3. Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference Signals For Multi-Antenna Transmission) Multi-Antenna Transmission)
Trong truyền dẫn đa anten đường xuống, thiết bị đầu cuối di động phải có khả năng đánh giá kênh truyền đường xuống tương ứng với mỗi anten phát. Để làm được điều này, sẽ có một tín hiệu tham khảo đường xuống được phát đi từ mỗi anten. Cần phải chú ý rằng đặc tính truy nhập vơ tuyến LTE thực ra là nói đến các cổng anten (Antenna Ports) hơn là nói đến anten để nhấn mạnh rằng những gì được đề cập đến không nhất thiết là tương ứng với một anten vật lý đơn (A Single Physical Antenna). Thực ra, một cổng anten được định nghĩa bởi sự hiện diện của một tín hiệu tham khảo chuyên biệt về cổng anten. Do vậy, nếu các tín hiệu tham khảo đồng nhất được phát đi từ nhiều anten vật lý, những anten này khơng thể được phân giải dưới góc độ một thiết bị đầu cuối di động và những anten có thể cùng được xem như là một cổng anten đơn. Tuy nhiên, để đơn giản hóa, sẽ có hai giới hạn anten được sử dụng sau đây:
- Trong trường hợp hai anten phát (Hình 4.8a), các ký hiệu tham khảo của anten thứ hai được ghép kênh tần số với các ký hiệu tham khảo của anten thứ nhất, với độ lệch miền tần số là 3 sóng mang phụ.
- Trong trường hợp bốn anten phát (Hình 4.8b), các ký hiệu tham khảo cho anten thứ ba và thứ tư được ghép kênh tần số bên trong ký hiệu OFDM thứ hai của mỗi khe thời gian. Chú ý rằng các ký hiệu tham khảo cho anten ba và tư chỉ được truyền đi trong một ký hiệu OFDM của mỗi khe.
Cũng cần lưu ý thêm là một phần tử tài nguyên mang theo một ký hiệu tham khảo cho một anten nào đó, và khơng có tín hiệu nào được truyền trên những anten khác. Vì vậy, các ký hiệu tham khảo của một anten nào đó khơng bị nhiễu bởi truyền dẫn từ những anten khác trong cùng một tế bào.
Rõ ràng, trong trường hợp bốn anten phát, mật độ ký hiệu tham khảo miền thời gian của anten thứ ba và thứ tư được giảm bớt so với anten thứ nhất và thứ hai. Điều
này được làm để giới hạn tổng số tín hiệu tham khảo trong trường hợp dùng 4 anten phát. Đồng thời, điều này cũng tác động tiêu cực đến khả năng theo dõi những sự biến đổi kênh truyền rất nhanh. Tuy nhiên, điều này có thể được điều chỉnh dựa trên một triển vọng đó là việc ghép kênh không gian 4 anten sẽ được áp dụng chủ yếu cho những trường hợp với độ di động thấp (Low Mobility). Lý do để giữ lại mật độ ký hiệu tham khảo cao hơn cho anten thứ nhất và thứ hai trong trường hợp sử dụng bốn anten phát đó là có giả thiết cho rằng những tín hiệu tham khảo này sẽ được sử dụng như là một phần của việc dị tìm tế bào khởi tạo (Initial Cell Search) trong lúc thiết bị đầu cuối di động chưa thu được đầy đủ thông tin về số lượng anten phát trong cùng một tế bào. Vì vậy, việc cấu hình các tín hiệu tham khảo của anten thứ nhất và thứ hai sẽ được thực hiện cùng lúc mà không phụ thuộc vào số lượng anten.
4.2.3. Xử lý kênh truyền tải đường xuống
Như được thảo luận trong chương 3, lớp vật lý giao tiếp với các lớp cao hơn, mà cụ thể hơn là đến lớp MAC bằng các kênh truyền tải (Transport Channels). LTE đã kế thừa nguyên lý cơ bản của WCDMA/HSPA, đó là dữ liệu được chuyển đến lớp vật lý trong dạng khối truyền tải (Transport Blocks) với một kích thước nào đó. Nếu xét chi tiết hơn về cấu trúc khối truyền tải, LTE đã lựa chọn phương pháp tương tự với phương pháp được lựa chọn cho HSPA:
- Trong trường hợp truyền dẫn anten đơn, chỉ có thể có tối đa một khối truyền tải đơn kích thước động cho mỗi TTI.
- Trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten, có thể lên đến 2 khối truyền tải kích thước động cho mỗi TTI, ở đó mỗi khối truyền tải tương ứng với một từ mã (Codeword) trong trường hợp ghép kênh không gian đường xuống. Điều này ngụ ý rằng, mặc dù LTE hỗ trợ ghép kênh không gian đường xuống lên tới bốn anten phát, nhưng số từ mã vẫn bị giới hạn ở 2. Truyền dẫn đa anten đường xuống được cung cấp chi tiết hơn trong phần 4.2.5.
Với cấu trúc khối truyền tải này, việc xử lý kênh truyền tải đường xuống LTE, mà cụ thể là xử l ý DL-SCH (quá trình xử lý của các kênh truyền tải đường xuống khác cũng tương tự mặc dù có thêm vào một số ràng buộc), có thể được phác họa theo Hình 4.9 với hai chuỗi xử lý riêng biệt chính, mỗi chuỗi tương ứng với quá trình xử lý của
một khối truyền tải đơn. Chuỗi xử l ý thứ 2 tương ứng với khối truyền tải thứ 2, do vậy chỉ xuất hiện ở ghép kênh khơng gian đường xuống. Nói chung, trong trường hợp này, hai khối truyền tải có kích thước khác nhau được kết hợp như một phần của việc ánh xạ anten (Antenna Mapping) trong phần thấp hơn của Hình 4.9.
Hình 4.8: Cấu trúc tín hiệu tham khảo trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten