1.2 .Tổng quan cụng nghệ LTE
1.2.1.5 .Vấn đề về mức độ phức tạp
Cỏc yờu cầu đối với LTE phải giảm thiểu mức độ phức tạp cuả UTRA UE liờn quan đến kớch thước, trọng lượng và dung lượng acqui (chế độ chờ và chế độ tớch cực) và cỏc trạng thỏi UE đơn giản hơn so với UMTS, nhưng vẫn đảm bảo cỏc dịch vụ tiờn tiến cuả LTE. Hỡnh 1.7 sau thể hiện sự đơn giản trong LTE so với UMTS về cỏc trạng thỏi UE
Hỡnh 1.7. Trạng thỏi UE và cỏc quỏ trỡnh chuyển đổi
LTE_IDLE là trạng thỏi tớch cực thấp trong đú đầu cuối di động ngủ hầu hết thời gian để giảm tiờu thụ acqui. Đồng bộ đường lờn khụng được duy trỡ. Trờn đường xuống, đầu cuối di động cú thể định kỡ tỉnh giấc để nghe tỡm gọi cho cỏc cuộc gọi. Đầu cuối di động dữ cỏc địa chỉ IP và cỏc thụng tin nội bộ khỏc để cú thể chuyển nhanh vào trạng thỏi LTE-ACTIVE khi cần. Mạng chỉ biết một phần vị trớ của đầu cuối di động, chẳng hạn biết nhúm cỏc ụ trong đú thực hiện tỡm gọi đầu cuối di động.
LTE-ACTIVE là trạng thỏi được sử dụng khi đầu cuối tớch cực phỏt số liệu và thu số liệu. Trong trường hợp này đầu cuối được nối tới một ụ trong mạng. Một địa chỉ IP được gỏn cho đầu cuối di động cựng với một số nhận dạng C-RNTI được sử dụng cho cỏc mục đớch bỏo hiệu đầu cuối và mạng.
Khi bật nguồn đầu cuối di động nhập vào trạng thỏi LTE-DETECTED. Trong trạng thỏi này mạng khụng biết đầu cuối. Trước khi cú thể thực hiện bất kỡ một cuộc truyền tin nào giũa đầu cuối di động và mạng. Đầu cuối di động phải đăng kớ với mạng bằng cỏch sử dụng thủ tục truy nhập ngẫu nhiờn để vào trạng thỏi LTE-ACTIVE.
1.2.2. Cỏc tớnh năng then chốt của LTE1.2.2.1. Sơ đồ truyền dẫn 1.2.2.1. Sơ đồ truyền dẫn
Sơ dồ truyền dẫn đường xuống của LTE dựa trờn cụng nghệ OFDM. OFDM là một sơ đồ truyền dẫn hấp dẫn vỡ một số lý do, do thời gian ký hiệu OFDM kết hợp với chu trỡnh tiền tố khỏ dài, OFDM đảm bảo độ bền chắc chống lại chọn lọc tần số của kờnh vụ tuyến cao hơn. Khả năng đề khỏng chống pha đinh chọn lọc sẵn cú là một giải phỏp lý tưởng cho đường xuống đặc biệt được kết hợp với ghộp kờnh khụng gian
Một số lợi ớch OFDM:
• OFDM cung cấp tới truy nhập miền tần số, vỡ thế cho phộp mở rộng mức độ tự do cho bộ lập biểu phụ thuộc kờnh so với HSPA
• OFDM dễ dàng hỗ trợ ấn định băng thụng linh hoạt (ớt nhất từ quan điểm băng gốc) bằng cỏch thay đối số lượng cỏc súng mang con sử dụng cho truyền dẫn.
• OFDM cho phộp thực hiện đơn giản truyền dẫn quảng bỏ/đa phương trong đú cựng một thụng tin được phỏt đi từ nhiều trạm gốc
Đối với đường lờn LTE, truyền dẫn đơn súng mang dựa trờn OFDM trải phổ được sử dụng (DFTs-OFDM). Sử dụng điều chế đơn súng mang cho phộp giảm PAPR so với truyền dẫn đa súng mang như OFDM. PAPR càng nhỏ thỡ cụng suất phỏt trung
bỡnh càng cao đối với một bộ khuếch đại cụng suất cho trước. Vỡ thế truyền dẫn đơn súng mang cho phộp đạt được hiệu suất sử dụng bộ khuếch đại cụng suất cao hơn và điều này dẫn tới tăng vựng phủ. Điều này thực sự quan trọng đối với đầu cuối di động cú cụng suất hạn chế. Đồng thời vấn đề xử lý mộo tớn hiệu đơn súng mang do pha đinh chọn lọc tần số gõy ra trờn đường lờn lờn cũng khụng phải là quan trọng vỡ nú được thực hiện tại trạm gốc nơi cú khả năng xử lý tớn hiệu mạnh hơn.
1.2.2.2. Lập biểu phụ thuộc kờnh và thớch ứng tốc độ
LTE sử dụng truyền dẫn kờnh chia sẻ, trong đú tài nguyờn tần số-thời gian được chia sẻ giữa cỏc người sử dụng. Việc sử dụng tài nguyờn kờnh chia sẻ là hoàn toàn phự hợp với cỏc yờu cầu tài nguyờn thay đổi rất nhanh chúng do truyền dẫn gúi gõy ra
Đối với từng thời điểm, bộ lập biểu điều khiển việc người sử dụng nào được ấn định tài nguyờn chia sẻ, nú cũng quyết định tốc độ số liệu sẽ được sử dụng cho từng liờn kết và thớch ứng đường truyền cũng cú thể được coi là một bộ phận của bộ lập biểu. Cả đường xuống và đường lờn đều chịu sự điều khiển chặt chẽ của bộ lập biểu. Lập biểu phụ thuộc kờnh là đưa ra quyết định dựa trờn điều kiện kờnh. Ngoài miền thời gian, LTE cũng cú thể truy nhập tới miền tần số nhờ sử dụng cụng nghệ OFDMA cho đường xuống và SC-FDMA cho đường lờn. Vỡ thế đối với từng miền tần số bộ lập biểu cú thể chọn người sử dụng cú điều kiện kờnh tốt nhất.
Khả năng lập biểu phụ thuộc kờnh trong miền tần số đặc biệt cú ớch tại tốc độ số liệu thấp núi một cỏch khỏc khi kờnh thay đổi chậm theo thời gian. Đối với cỏc dịch vụ nhạy cảm trễ bộ lập biểu chỉ cho miền thời gian cú thể bị buộc lập biểu cho một người sử dụng cho dự chất lượng kờnh của người này khụng tốt lắm. Trong trường hợp này, việc khai thỏc cả thay đổi chất lượng kờnh trong miền tần số sẽ hỗ trợ cải thiện tổng hiệu năng của hệ thống. Đối với LTE, cỏc quyết định lập biểu được thực hiện một lần trong 1ms. Và tớnh hạt trong miền tần số là 180 Khz. Điều này cho phộp bộ lập biểu bỏm theo điều kiện kờnh thay đổi khỏ nhanh.
Hỡnh 1.9. Lập biểu đường lờn và đường xuống
1.2.2.3. Điều phối nhiễu giữa cỏc ụ
LTE đảm bảo tớnh trực giao cho cỏc người sử dụng trong một ụ trờn cả đường lờn và đường xuống. Vỡ thế cú thể núi rằng hiệu năng liờn quan tới hiệu suất sử dụng phổ của LTE bị giới hạn nhiều hơn bởi cỏc nhiễu đến từ cỏc ụ khỏc (nhiễu giữa cỏc ụ) so với WCDMA/HSPA. Vỡ thế phương tiện để giảm nhiễu hay để điều khiển nhiễu giữa cỏc ụ sẽ đem lại lợi ớch rất to lớn cho hiệu năng LTE (chẳng hạn như tốc độ số liệu) nhất là đối với người sử dụng tại biờn ụ.
Điều phối nhiờu giữa cỏc ụ là một chiến lược vụ cựng quan trọng trong đú tốc độ số liệu tại biờn ụ được tăng nhờ xột tới nhiễu giữa cỏc người sử dụng. Về cơ bản điều phối nhiễu giữa cỏc ụ cú nghĩa là đưa ra cỏc hạn chế nhất định (miền thời gian) cho cỏc bộ lập biểu đường lờn và đường xuống để điều khiển nhiễu giữa cỏc ụ. Bằng cỏch hạn chế cụng suất của một số bộ phận phổ trong một ụ, nhiễu trong cỏc ụ lõn cận trong phần phổ này sẽ giảm. Phần phổ này cú thể được sử dụng để cung cấp tốc độ số liệu cao hơn cho cỏc người sử dụng trong cỏc ụ lõn cận. Về thực chất hệ số tỏi sử dụng tần số trong cỏc phần tử khỏc nhau của ụ sẽ khỏc nhau.
Hỡnh 1.10. Điều phối nhiễu giữa cỏc ụ
Điều phối nhiễu giữa cỏc ụ chủ yếu là một chiến lược lập biểu với xột tới cỏc tỡnh trạng trong cỏc ụ lõn cận. Như vậy điều phối nhiễu cỏc ụ lõn cận là một vấn đề của thực hiện và cú lẽ khú đưa vào đặc tả. Điều này cũng cú nghĩa là điều phối nhiễu giữa cỏc ụ cú thể được ỏp dụng chỉ cho một tập cỏc ụ được chọn phụ thuộc vào cỏc yờu cầu của một triển khai cụ thể.
1.2.2.4. HARQ với kết hợp mềm
Cũng giống như HSPA, HARQ nhanh kết hợp vơi mềm được sử dụng để đầu cuối cú thể yờu cầu phỏt lại nhanh cỏc khối truyền tải bị mắc lỗi và để cung cấp một cụng cụ cho thớch ứng số liệu ẩn tàng. Cỏc giao thức ở đõy cũng giống như giao thức được ỏp dụng cho HSPA: Nhiều xử lý HARQ dừng và đợi. Để giảm thiểu ảnh hưởng lờn hiệu năng của người sử dụng đầu cuối, cỏc phỏt lại được yờu cầu nhanh sau mỗi lần phỏt gúi. Tăng phần dư được sử dụng như một chiến lược kết hợp mềm và mỏy thu nhớ đệm cỏc bớt mềm để cú thể thực hiện kết hợp mềm giữa cỏc lần phỏt.
1.2.2.5. Hỗ trợ đa anten
LTE hỗ trợ đa anten tại cả trạm gốc và đầu cuối. Đõy là một bộ phận của cỏc đặc tả trong chuẩn. Xột về nhiều khớa cạnh cụng nghệ đa anten là một cụng nghệ then chốt để đạt được cỏc mục tiờu tăng tốc hiệu năng của LTE. Hiện tại, chuẩn hỗ trợ cấu hỡnh đa anten 2x2 trờn đường xuống và 1x2 trờn đường lờn.
1.2.2.6. Hỗ trợ quảng bỏ và đa phương
LTE cải tiến thờm dịch vụ MBMS để cung cấp quảng bỏ đa phương hiệu quả cao. bằng cỏch khụng chỉ phỏt cỏc tớn hiệu giống nhau tại nhiều ụ (với mó húa và điều chế như nhau) mà cũn đồng bộ thời gian giữa cỏc ụ, tớn hiệu tại đầu cuối sẽ thể hiện
hệt như tớn hiệu được phỏt đi từ một ụ. Do OFDM cú khả năng chống pha đinh đa đường tốt, phỏt đa ụ cũng cũn được gọi là phỏt của mạng đa phương quảng bỏ mạng đơn súng mang MBSFN. Cỏch này khụng chỉ cải thiện được cường độ tớn hiệu thu mà cũn hạn chế được nhiễu giữa cỏc ụ. Như vậy đối với OFDM thụng lượng quảng bỏ/đa phương đa ụ chỉ cú thể bị giới hạn bởi tạp õm gõy ra và vỡ thế trong trường hợp cỏc ụ nhỏ cú thể đạt được thụng lượng này rất cao.
Việc sử dụng phỏt MBSFN cho quảng bỏ/đa phương đa ụ đũi hỏi sự đồng bộ chặt chẽ và đồng chỉnh thời gian cho cỏc tớn hiệu được phỏt đi từ cỏc trạm ụ khỏc nhau.
1.2.2.7. Linh hoạt phổ
Linh hoạt trong sắp xếp song cụng
LTE cú thể triển khai cả phổ đơn và phổ kộp, hỗ trợ cả TDD và FDD. Trong FDD truyền dẫn đường lờn và đường xuống được thực hiện trong cỏc băng khỏc nhau. Trong TDD truyền dẫn đường lờn và đường xuống xảy ra trờn cựng một băng tần nhưng luõn phiờn theo thời gian.
DL: Đường xuống UL: Đường lờn
Hỡnh 1.11. Ghộp song cụng theo thời gian và tần số Linh hoạt trong khai thỏc băng tần
LTE được thiết kế trong đo phổ hoạt động được ấn định mới cho thụng tin di động hay từ phổ hiện đang sử dụng cho cỏc cụng nghệ di động khỏc nhau. Chẳng hạn như hệ thống GSM hay thậm chớ là khụng phải cỏc cụng nghệ di động. Vỡ thế truy nhập vụ tuyến LTE phải hoạt động trong phổ tần rộng từ 460MHz tới ớt nhất là 2,6GHz.
Linh hoạt băng thụng
LTE hỗ trợ một dải rộng cỏc băng tần hoạt động ấn định. Để hỗ trợ hiệu quả cỏc tốc độ số liệu cao khi cú phổ khả dụng cần cú băng thụng truyền dẫn rộng trong dải từ 1MHz tới 20GHz với bước nhảy là 180 MHz.
1.3. Kiến trỳc mụ hỡnh LTE
Cỏc kiến trỳc mụ hỡnh được cỏc 3GPP WG (nhúm cụng tỏc của 3GPPP) đề xuất cho kiến trỳc LTE được cho trong cỏc hỡnh sau.
Trờn mụ hỡnh kiến trỳc hỡnh 1.14 cỏc kớ hiệu được sử dụng như sau: R1, R2 và R3 là tờn của cỏc điểm tham khảo. Gx+ kớ hiệu cho Gx phỏt triển hay mở rộng. PCRF1 (PCRF: Policy and charging Rules Function: Chức năng cỏc quy tắc tớnh cước và chớnh sỏch) thể hiện chức năng cỏc quy tắc tớnh cước và chớnh sỏch phỏt triển. Cỏc đường nối và cỏc vũng trũn khụng liờn tục thể hiện cỏc phần tử và cỏc giao diện mới của kiến trỳc LTE.
Hỡnh 1.12. Kiến trỳc mụ hỡnh B2 của E-UTRAN trong đú Rh đảm bảo chức năng
Hỡnh 1.14. Kiến trỳc mụ hỡnh LTE theo TR 23.822
Trờn mụ hỡnh 1.12 cỏc ký hiệu được sử dụng như sau: Rh thể hiện chức năng chuẩn bị chuyển giao để giảm bớt thời gian ngắt. Dự kiến giao diện này sẽ tương đối tổng quỏt để đảm bảo cỏc tổ hợp khỏc nhau của RAT. Gx+ thể hiện Gx cú thờm hỗ trợ di động giữa cỏc hệ thống truy nhập (Inter AS). Wx+ kớ hiệu cho Wx cú thờm hỗ trợ di động giữa cỏc hệ thống. Inter AS MM (Inter Access System Mobility Management) ký hiệu cho quản lý di động giữa cỏc hệ thống. PCRF2 thể hiện chức năng quy tắc tớnh cước và chớnh sỏch, trờn hỡnh vẽ này được thể hiện hai lần chỉ để thể hiện cấu hỡnh. Cỏc đường trũn và cỏc đường nối khụng liờn tục thể hiện cỏc phần tử/giao diện mới của kiến trỳc E-UTRAN.
1.4. Tổng kết
Chương I trỡnh bày tổng quan quỏ trỡnh phỏt triển từ 3G WCDMA lờn 3G HSPA (3G+) và LTE (E3G/4G). Cú thể núi HSPA là hậu 3G và LTE là tiền 4G với cụng nghệ LTE sẽ đem lại cho viễn thụng di động thế giới tiền gần đến 4G hơn. Tiếp theo đú là cỏc mục tiờu yờu cầu của LTE, cỏc mục tiờu yờu cầu của LTE đều nhằm cải thiện cỏc thụng số hiệu năng và giảm giỏ thành so với cỏc cụng nghệ trước đú. Để đạt được cỏc mục tiờu đú LTE với cỏc tớnh năng quan trọng như sử dụng truyền dẫn OFDM cựng với cỏc cụng nghệ khỏc như: thớch ứng đường truyền và lập biểu, cỏc kỹ thuật đa anten và HARQ. Cỏc cụng nghệ mới này được ỏp dụng cho truy nhập vụ tuyến cho phộp tăng hiệu năng truyền dẫn vụ tuyến của LTE đặc biệt là dung lượng hệ thống một cỏch đỏng kể.
UTRAN
CHƯƠNG 2 LỚP VẬT Lí CỦA E-UTRAN
3GPP phỏt triển dài hạn (LTE) biểu diễn một ưu điểm chớnh trong cụng nghệ tế bào. LTE được thiết kế để mang đến tốc độ dữ liệu cao và truyền tải đa phương tiện như hỗ trợ thoại chất lượng cao trong thập kỷ tiếp theo. Nú bao gồm tốc độ số liệu cao, cỏc dịch vụ đơn hướng đa phương tiện, và cỏc dịch vụ quảng bỏ đa phương tiện.
LTE sử dụng OFDM cho truyền dẫn dữ liệu đường xuống và SC-FDMA cho truyền dẫn đường lờn. OFDM được như biết như kỹ thuật điều chế. Khi mà thụng tin được phỏt qua kờnh vụ tuyến, tớn hiệu cú thể bị suy giảm bởi đa đường, trong đú cú một đường nhỡn thẳng giữa mỏy thu và mỏy phỏt và cỏc đường khỏc được tạo ra do phản xạ từ cỏc tũa nhà cao tầng, đồi nỳi, cỏc cụng trỡnh xõy dựng… Tớn hiệu sẽ di chuyển dọc theo cỏc đường này và hướng đến mỏy thu, nhưng chỳng bị dịch một khoảng thời gian khỏc nhau tương ứng với khoảng cỏch dọc theo mỗi đường.
2.1. Kiến trỳc của trạm gốc
Hỡnh 2.1 biểu diễn một trạm gốc E-UTRAN, nú cú thể hỗ trợ một lượng lớn người sử dụng. Trạm gốc được kết nối tới mạng đường trục bằng cỏc giao diện vật lý như sợi quang với tốc độ số liệu STM1 hoặc cỏc kết nối chuẩn E1/T1. Nú nhận thụng tin số liệu của người sử dụng từ cổng phục vụ qua giao diện S1 dựa trờn giao thức truyền tải gúi IP.
Trong đú, modul TRM và phần RF được vẽ trong hỡnh 2.1 là phần vật lý được đặt gọn bờn ngoài gọi là phần đầu vụ tuyến từ xa RRH, và được kết nối tới modul lừi bằng một sợi quang, hoặc kết nối vụ tuyến (đường nột đứt trờn hỡnh vẽ).
Giao diện vụ tuyến cụng khai cung CPRITM được tạo ra năm 2003, là một sự hợp tỏc cụng nghiệp nhằm định nghĩa một tiờu chuẩn khả dụng cụng cộng cho giao diện bờn trong của của trạm gốc vụ tuyến giữa modul lừi và phần đầu vụ tuyến từ xa RRH. Giao diện vụ tuyến cụng khai chung định nghĩa lớp 1-lớp vật lý và lớp 2-lớp truyền tải nhưng lưu giữ thuộc tớnh bản tin lớp 3. Tốc độ số liệu trờn giao diện trờn một sợi quang là 1.2 Gb/s, cho phộp mạng bỏo hiệu Ethernet hoặc HDLC, vận hành bảo dưỡng… Modul lừi cú thể gồm nhiều sợi quang. Thiết bị RRH cú thể kết nối múc xớch tối ưu cài đặt cho vựng phủ tốt nhất của vựng địa lý.
UTRAN
Hỡnh 2.1. Kiến trỳc trạm gốc E-UTRAN
Đường xuống
Thụng tin đường xuống đến từ cổng phục vụ MME tới node B đến một module định tuyến được gọi là module điều khiển lừi CCM. Sau đú, mỗi gúi sẽ được định tuyến tới một modem-module phần tử kờnh CEM-chỳng cú thể hỗ trợ tất cả cỏc loại