của một hệ thống GSM đã được triển khai.
Yêu cầu về độ linh hoạt phổ đòi hỏi LTE phải có khả năng mở rộng trong miền tần số và có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau. Yêu cầu về độ linh hoạt trong tài liệu tham khảo được liệt kê thành danh sách các phân bố phổ của LTE (1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15 và 20 MHz). Ngoài ra, LTE cịn có khả năng hoạt động theo cặp phổ cũng như là đơn lẻ. LTE cũng có thể triển khai trong nhiều băng tần khác nhau. Những băng tần được hỗ trợ được chỉ rõ dựa vào “độc lập phiên bản” (“Release Independence”), nghĩa là phiên bản đầu tiên của LTE không phải hỗ trợ tất cả các băng tần ngay từ đầu.
Hơn nữa, tài liệu tham khảo cũng xác định về vấn đề cùng tồn tại và lắp đặt chung với GSM và WCDMA trên những tần số lân cận, cũng như là sự cùng tồn tại giữa những nhà khai thác và hệ thống mạng lân cận trên những quốc gia khác nhau nhưng sử dụng phổ chồng nhau (Overlapping Spectrum). Ở đây cũng có một điều kiện là khơng có hệ thống nào khác được yêu cầu hợp lệ khi một thiết bị đầu cuối truy cập vào LTE, nghĩa là LTE cần phải có tất cả tín hiệu điều khiều cần thiết được yêu cầu cho việc kích hoạt truy nhập.
1.4.4. Kiến trúc và sự dịch chuyển
Một vài nguyên tắc chỉ đạo cho việc thiết kế kiến trúc LTE RAN được đưa ra bởi 3GPP được liệt kê trong [86]:
- Một kiến trúc đơn LTE RAN được chấp nhận.
- Kiến trúc LTE RAN phải dựa trên gói (Packet), tuy nhiên, lưu lượng lớp thoại và thời gian thực vẫn được hỗ trợ.
- Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của “Những hư hỏng cục bộ” (“Single Points Of Failure”) mà không cần tăng chi phí cho đường truyền (Backhaul).
- Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lượng giao tiếp đã được giới thiệu.
- Tương tác lớp mạng vô tuyến (Radio Network Layer: RNL) và lớp mạng truyền tải (Transport Network Layer: TNL) có thể được loại trừ nếu chỉ cần quan tâm đến vấn đề cải thiện hiệu suất hệ thống.
- Kiến trúc LTE RAN có thể hỗ trợ QoS End-To-End. TNL có thể cung cấp QoS thích hợp khi được yêu cầu bởi RNL.
- Các cơ cấu QoS có thể tính tốn đến các dạng lưu lượng đang tồn tại khác nhau để mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: lưu lượng mặt phẳng điều khiển (Control Plane), lưu lượng mặt phẳng người dùng (User Plane), lưu lượng O&M, v.v…
- LTE RAN có thể được thiết kế theo lối làm giảm biến đổi trễ (Delay Variation Jitter) đối với lưu lượng cần độ Jitter thấp, ví dụ TCP/IP.
1.4.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến
Những yêu cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến được chia ra như sau: hỗ trợ nâng cao cho QoS End To End, hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn, và hỗ trợ cho việc chia sẻ tải cũng như là quản lý chính sách thơng qua các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau.
Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS End To End yêu cầu cải thiện sự thích ứng giữa dịch vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức (bao gồm báo hiệu lớp cao hơn) với tài nguyên RAN và các đặc tính vơ tuyến.
Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn địi hỏi LTE RAN phải có khả năng cung cấp cơ cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các giao thức ở lớp cao hơn qua giao tiếp vơ tuyến, chẳng hạn như q trình nén tiêu đề IP (IP Header).
Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lý chính sách thơng qua các cơng nghệ truy cập vơ tuyến khác nhau địi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ cấu để định hướng các thiết bị đầu cuối di động theo các dạng cơng nghệ truy cập vơ tuyến thích hợp đã được nói rõ cũng như là hỗ trợ QoS End To End trong quá trình chuyển giao giữa các công nghệ truy cập vô tuyến.
1.4.6. Độ phức tạp
Yêu cầu về độ phức tạp trong LTE xác định độ phức tạp của toàn hệ thống cũng như là độ phức tạp của thiết bị đầu cuối di động. Về cơ bản thì những yêu cầu này đề cập đến số lượng những tùy chọn có thể tối thiểu hóa với những đặc tính dư thừa khơng bắt buộc. Điều này cũng đưa đến việc tối giản những trường hợp kiểm thử cần thiết.
1.4.7. Những vấn đề chung
Phần này đề cập đến những yêu cầu chung trong LTE về những khía cạnh liên quan đến chi phí và dịch vụ. Rõ ràng, mong muốn đặt ra là giảm thiểu các chi phí trong khi vẫn duy trì hiệu suất yêu cầu cho tất cả các dịch vụ. Các vấn đề về đường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí. Như vậy khơng chỉ giao tiếp vô tuyến, mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lý cũng phải được xác định rõ. Một yêu cầu quan trọng về giao tiếp nhiều nhà cung cấp (Multi- Vendor Interfaces) cũng thuộc vào loại yêu cầu này. Ngồi ra thì các vấn đề như: độ phức tạp thấp, thiết bị đầu cuối di động tiêu thụ ít năng lượng cũng được đòi hỏi.
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TRUY CẬP VÔ TUYẾN LTE
2.1. Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA
Hệ thống truyền dẫn đường xuống của LTE dựa trên công nghệ OFDM. Như đã biết thì OFDM là một hệ thống truyền dẫn đường xuống hấp dẫn với nhiều lý do khác nhau. Vì thời gian ký tự OFDM tương đối dài trong việc kết hợp với một tiền tố chu trình, nên OFDM cung cấp đủ độ mạnh để chống lại sự lựa chọn tần số kênh (Channel Frequency Selectivity). Mặc dù trên lý thuyết thì việc sai lệch tín hiệu do kênh truyền chọn lọc tần số có thể được kiểm sốt bằng kỹ thuật cân bằng tại phía thu, sự phức tạp của kỹ thuật cân bằng bắt đầu trở nên kém hấp dẫn trong việc triển khai đối với những thiết bị đầu cuối di động tại băng thơng trên 5 MHz. Vì vậy mà OFDM với khả năng vốn có trong việc chống lại fading lựa chọn tần số sẽ trở thành sự lựa chọn hấp dẫn cho đường xuống, đặc biệt khi được kết hợp với ghép kênh không gian (Spatial Multiplexing).
Một số lợi ích khác của kỹ thuật OFDM bao gồm:
- OFDM cung cấp khả năng truy nhập vào miền tần số, bằng cách thiết lập một độ tự do bổ sung (Degree Of Freedom) cho khối hoạch định phụ thuộc kênh truyền (Channel Dependent Scheduler) so với HSPA.
- OFDM dễ dàng hỗ trợ cho việc phân bố băng thông một cách linh hoạt, bằng cách biến đổi băng tần cơ sở thành các sóng mang phụ để truyền đi. Tuy nhiên chú ý rằng là việc hỗ trợ nhiều phân bố phổ địi hỏi cần phải có bộ lọc RF linh hoạt (Flexible RF Filtering) khi đó thì sơ đồ truyền dẫn chính xác là khơng thích hợp. Tuy nhiên, việc duy trì cấu trúc xử lý băng tần cơ sở giống nhau (The Same Baseband Processing Structure), không phụ thuộc băng thông sẽ nới lỏng việc triển khai đầu cuối.
- Hỗ trợ dễ dàng cho việc truyền dẫn Broadcast/Mulitcast, khi mà những thông tin giống nhau được truyền đi từ nhiều trạm gốc.
Đối với đường lên LTE, truyền dẫn đơn sóng mang dựa trên kỹ thuật DFT- Spread OFDM. Việc sử dụng điều chế đơn sóng mang cho đường lên đem lại tỷ số
đỉnh trên trung bình (Peak To Average Ratio) của tín hiệu được truyền thấp hơn khi mà so sánh với kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang ví dụ như OFDM. Tỷ số đỉnh trên trung bình của tín hiệu được truyền càng nhỏ thì cơng suất phát trung bình đối với một bộ khuếch đại công suất nhất định càng cao. Vì vậy mà truyền dẫn đơn sóng mang cho phép sử dụng hiệu quả hơn bộ khuếch đại công suất, đồng thời làm tăng vùng phủ sóng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với những thiết bị đầu cuối bị giới hạn về năng lượng. Tại cùng một thời điểm, việc cân bằng cần thiết để kiểm sốt lỗi của tín hiệu đơn sóng mang do fading lựa chọn tần số là vấn đề nhỏ trong đường lên vì ít giới hạn trong nguồn tạo tín hiệu tại trạm gốc hơn so với thiết bị đầu cuối di động.
Tương phản với đường lên không trực giao của WCDMA/HSPA (cũng dựa trên truyền dẫn đơn sóng mang), thì đường lên LTE lại dựa trên kỹ thuật phân tách trực giao giữa những người dùng trong miền thời gian và tần số (Trên lý thuyết, việc phân chia người dùng trực giao có thể thực hiện được trong miền thời gian chỉ bằng cách ấn định toàn bộ băng thông truyền dẫn đường lên cho một người dùng tại 1 thời điểm, điều này có thể thực hiện được với đường lên nâng cao). Kỹ thuật phân tách người dùng trực giao trong nhiều tình huống mang lại lợi ích trong việc tránh được nhiễu trong tế bào (Intra Cell Interference). Tuy nhiên, việc phân bố một lượng tài nguyên băng thông tức thời rất lớn cho người dùng lại không phải là một chiến lược hiệu quả trong những tình huống mà chính tốc độ dữ liệu bị giới hạn bởi công suất truyền dẫn hơn là băng thông. Trong những tình huống như vậy, một thiết bị đầu cuối sẽ chỉ được phân bố một phần của tổng băng thông truyền dẫn và những thiết bị đầu cuối khác có thể truyền song song trên phần phổ cịn lại. Vì vậy, mà đường lên LTE sẽ bao gồm một thành phần đa truy nhập miền tần số (Frequency Domain Multiple Access Component), hệ thống truyền dẫn đường lên LTE nhiều khi cũng được xem như là hệ thống SC-FDMA.
2.2. Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ (Channel Dependent Scheduling And Rate Adaptation) Dependent Scheduling And Rate Adaptation)
Trung tâm của hệ thống truyền dẫn LTE là việc sử dụng kỹ thuật truyền dẫn chia sẻ kênh truyền (Shared Channel Transmission), khi đó tài nguyên miền tần số - thời gian được chia sẻ tự động giữa những người dùng. Kỹ thuật này tương tự với phương
pháp được dùng trong HSDPA, mặc dù cũng thấy rõ sự khác nhau trong việc chia sẻ tài nguyên giữa thời gian và tần số trong trường hợp của LTE và giữa thời gian và mã phân kênh (Channelization Codes) trong trường hợp của HSDPA. Việc sử dụng truyền dẫn chia sẻ kênh truyền rất phù hợp với những yêu cầu đặt ra của dữ liệu gói do tài nguyên cần phải thay đổi nhanh chóng cũng như là cho phép nhiều công nghệ quan trọng khác được dùng bởi LTE.
Khối hoạch định (Scheduler) sẽ điều khiển việc phân phát tài nguyên chia sẻ cho người dùng tại mỗi thời điểm. Nó cũng quyết định tốc độ dữ liệu được sử dụng cho mỗi đường truyền, đó là gọi là thích ứng tốc độ và nó là có thể xem là một phần của bộ Scheduler. Scheduler là thành phần chính và mang tính quyết định lớn đối với hiệu suất của tồn bộ đường xuống, đặc biệt trong những mạng có tải trọng cao. Cả truyền dẫn đường lên và đường xuống đều phải được hoạch định chặt chẽ. Độ tăng ích thực chất trong khả năng hệ thống có thể đạt được nếu đặc tính kênh truyền được lưu ý đến trong việc quyết định phân bố, và được gọi là hoạch định phụ thuộc kênh truyền. Kỹ thuật này hiện đang được khai thác trong HSPA, khi đó Scheduler đường xuống sẽ truyền tới người dùng với tốc độ dữ liệu tối đa nếu điều kiện kênh truyền gặp thuận lợi và trong một chừng mực nào đó thì kỹ thuật này cũng được áp dụng cho đường lên nâng cao (Enhanced Uplink). Tuy nhiên, ngoài miền thời gian thì LTE cũng truy cập tới miền tần số, do việc sử dụng OFDM cho đường xuống và DFTS-OFDM cho đường lên. Vì vậy đối với mỗi miền tần số, bộ Scheduler có thể lựa chọn cho người dùng kênh truyền có đặc tính tốt nhất. Mặt khác, việc hoạch định trong LTE có thể quan tâm đến sự biến đổi kênh truyền khơng chỉ trong miền thời gian, như HSPA, mà cịn trong cả miền tần số. Điều này được minh họa trong Hình 2.1.
Khả năng của kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh truyền trong miền tần số đặc biệt hữu ích khi mà tốc độ của thiết bị đầu cuối là thấp, nói cách khác nghĩa là kênh truyền thay đổi chậm theo thời gian. Kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh truyền dựa trên sự thay đổi chất lượng kênh giữa những người dùng để đạt được độ tăng ích trong hiệu suất hệ thống. Đối với những dịch vụ nhạy cảm với trễ, Scheduler miền thời gian có thể được hoạch định cưỡng bức cho một người dùng riêng biệt, cho dù chất lượng kênh truyền không đạt được giá trị đỉnh. Trong những tình huống như vậy, việc khai
của tồn hệ thống. Đối với LTE, việc quyết định phân bố (Scheduling Decisions) có thể được đưa ra với định kỳ sau mỗi 1ms và độ chi tiết trong miền tần số là 180 KHz. Điều này cho phép những sự thay đổi kênh truyền tương đối nhanh có thể được theo dõi bởi bộ Scheduler.
2.2.1. Hoạch định đường xuống
Trong đường xuống, mỗi thiết bị đầu cuối sẽ báo cáo một đánh giá về chất lượng kênh truyền tức thời cho trạm gốc. Những đánh giá này có được bằng cách đo lường một tín hiệu tham khảo, được truyền từ trạm gốc và nó cũng được sử dụng cho mục đích giải điều chế. Dựa trên những đánh giá về chất lượng kênh truyền, Scheduler đường xuống có thể ấn định lượng tài nguyên cấp phát cho các người dùng và chất lượng kênh truyền vẫn được đảm bảo. Trên lý thuyết, một thiết bị đầu cuối được phân bố có thể được chỉ định một tổ hợp bất kỳ của các khối tài nguyên rộng 180 KHz trong mỗi khoảng thời gian phân bố 1ms. (1ms Scheduling Interval).
2.2.2. Hoạch định đường lên
Đường lên LTE dựa trên sự phân tách trực giao giữa các người dùng và nhiệm vụ của Hoạch định đường lên là phân phát tài nguyên cả về thời gian và tần số (kết hợp TDMA/FDMA) cho các người dùng khác nhau. Quyết định phân bố được đưa ra sau mỗi 1 ms, có nhiệm vụ điều khiển những thiết bị đầu cuối nào được phép truyền đi thuộc phạm vi 1 Cell trong suốt một khoảng thời gian cho trước, và quyết định tài nguyên tần số nào được dùng cho quá trình truyền dẫn cũng như là tốc độ dữ liệu nào đang được sử dụng. Chú ý rằng chỉ một miền tần số kề nhau có thể được cấp cho những thiết bị đầu cuối trong đường lên như là một hệ quả của việc sử dụng truyền dẫn đơn sóng mang cho đường lên LTE.
Trạng thái kênh truyền cũng cần được quan tâm trong quá trình hoạch định đường lên, tương tự như hoạch định đường xuống. Vấn đề này sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong Chương 3, việc thu thập thông tin về trạng thái kênh truyền đường lên không phải là một tác vụ đơn giản. Do đó, một số phương pháp khác để thu phân tập đường lên trở nên quan trọng như một phần bổ sung cho những tình huống khi mà tại đó kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh truyền khơng được sử dụng.
Hình 2.2: Một ví dụ về điều phối nhiễu liên tế bào, nơi mà các phần phổ bị giới
hạn bởi công suất truyền dẫn.
2.2.3. Điều phối nhiễu liên tế bào (Inter-Cell Interference Coordination)
LTE cung cấp sự trực giao giữa những người dùng trong một tế bào trong cả đường lên và đường xuống. Vì vậy, hiệu năng của LTE về mặt hiệu suất phổ và tốc độ
dữ liệu khả dụng nói một cách tương đối thì có nhiều giới hạn bởi nhiễu từ những tế bào khác (Inter-Cell Interference) hơn so với WCDMA/HSPA. Do đó, các phương pháp để làm giảm và điều khiển nhiễu liên tế bào có khả năng mang lại những lợi ích thật sự cho hiệu suất của hệ thống LTE, đặc biệt về mặt các dịch vụ (tốc độ dữ liệu, v.v…) có thể được cung cấp cho người dùng tại biên tế bào (Cell Edge).
Điều phối nhiễu liên tế bào là một chiến lược hoạch định mà trong đó tốc độ dữ liệu tại biên tế bào được tăng lên bằng cách giám sát nhiễu liên tế bào. Về cơ bản, việc điều phối nhiễu liên tế bào sẽ đưa đến những giới hạn chính xác đối với Hoạch định