2.2.1. LTE-Advanced
LTE-Advanced (Release 10) là một sự tiến hóa của LTE, là phù hợp với các yêu cầu và mục tiêu của IMT-Advanced. Nó nhằm mục đích để cung cấp tốc độ dữ liệu đỉnh lên đến 1 Gbps (đối với tính di động thấp) và 500 Mbps DL và UL. LTE Advanced là cần thiết để giảm bớt người sử dụng và kiểm soát khung thời gian trễ so với LTE (Release 8). Nó chỉ tiêu để đạt được hiệu suất phổ cao điểm là 30 bps/Hz và 15 bps/Hz trong DL và UL. LTE-Advanced tăng cường thông lượng cạnh người sử dụng di động (5% người sử dụng thông qua) để đạt được một kinh nghiệm người dùng đồng nhất trong tế bào. Nó sẽ hỗ trợ sự di chuyển qua tế bào từ 350 km/h đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần điều hành. LTE-Advanced là tương thích ngược với hệ thống LTE hiện có và hỗ trợ UE cho phép hiện có. LTE-Advanced được dự kiến sẽ được băng thông khả năng mở rộng và hỗ trợ băng thông rộng tối đa 100 MHz. Nó cũng hỗ trợ song công FDD và TDD cho ghép nối hiện hành và băng tần không cặp đôi, tương ứng. Nó cho phép các mạng chia sẻ và bàn giao với các công nghệ truy cập vô tuyến thừa kế hiện tại. LTE-Advanced cũng xem xét một triển khai chi phí cơ sở hạ tầng thấp. Nó sẽ cho phép backhauling sử dụng phổ tần LTE để để giảm chi phí cho mỗi bit. Tóm tắt hiệu năng hệ thống của 3GPP LTE-Advanced so với 3GPP LTE được cho bởi bảng 2.1.
Công nghệ đề xuất
3GPP tiêu chuẩn hóa là quá trình liên tục thúc đẩy việc sử dụng một số công nghệ mới để đương đầu với các yêu cầu nói trên càng ngắn gọn giải thích dưới đây
• Kết hợp sóng mang (CA): Trong giải pháp này, các sóng mang được kết hợp để cung cấp băng thông rộng hơn cho các mục đích truyền tải ở cả đường xuống và đường lên. Giải pháp cho phép băng thông truyền tải tối đa đến 100 MHz, bằng cách kết hợp năm sóng mang với băng thông của sóng mang là 20MHz.
Giải pháp kết hợp sóng mang khai thác các băng tần phân mảnh bằng cách cho phép kết hơpk các sóng mang không liên tục.
Thông số LTE LTE-Advanced
Tốc độ dữ liệu đỉnh
100 Mbps trong DL, 50 Mbps trong UL
1 Gbps trong DL, 500 Mbps trong UL
Hiệu suất phổ tần 5 bps/Hz trong DL, 2.5 bps/Hz trong UL
30 bps/Hz trong DL, 15 bps/Hz trong UL
Băng thông 20 Mhz 100 Mhz
Bảng 2.1: So sánh các yêu LTE và LTE-Advanced
• MIMO mở rộng: LTE-Advanced (Release 10) mang lại những thay đổi công nghệ kỹ thuật truyền dẫn đa ăng-ten. Nó hỗ trợ 8 lớp truyền dẫn trong DL trong khi tối đa bốn lớp truyền dẫn trong UL.
• Phối hợp đa điểm (COMP): Trong phối hợp đa điểm truyền /nhận nhiều cách biệt về mặt địa lý các trạm cơ sở phối hợp việc truyền và nhận, để đạt được hiệu năng hệ thống tốt và chất lượng dịch vụ của người dùng cuối. Comp sử dụng các kỹ thuật phối hợp cụ thể như phối hợp lập kế hoạch liên cell và truyền/nhận doanh. Các trường hợp giao dịch trước đây với nhiễu liên cell giữa nhiều trạm cơ sở.
• Mạng không đồng nhất với các trạm phát có công suất phát và vùng phủ khác nhau: Đó là một kế hoạch triển khai mạng nhiều lớp, bao gồm năng lượng thấp hơn các nút, chồng theo vùng phủ sóng của một tế bào vĩ mô. Nó nhằm mục đích tăng cường năng lực mạng lưới cũng như đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh.
2.2.2. Trạm lặp trong LTE-Advanced
Trong các mạng di động không dây, con đường thông tin liên lạc giữa UE và Cơ sở hạ tầng mạng là dễ bị ảnh hưởng nhiều yếu tố môi trường như mất con đường, fading. Đối với dữ liệu tốc độ cao hơn, mạng yêu cầu có Tỷ lệ tín hiệu-nhiễu (SNR) với liên kết được cải thiện. Vì vậy, một trong những lựa chọn sẽ được tăng quyền hạn trạm cơ sở truyền tải để giữ mức độ vùng phủ sóng tương tự, nhưng nó sẽ gây ra sự can thiệp nội mạng. Một tùy chọn khác sẽ là một mạng lưới dày đặc hơn với cơ sở hạ tầng, sẽ làm giảm khoảng cách UE vào cơ sở hạ tầng. Trong các kịch bản triển khai như vậy, UE sẽ trải nghiệm một mức độ SNR tốt với chi phí hoạt động cao và chi phí
bảo trì.
Hình 2.5 Mạng với nút chuyển tiếp
Trạm lặp là một trong những kịch bản triển khai đầy hứa hẹn, triển khai các trạm cơ sở năng lượng thấp được gọi là RN được che phủ trong mạng vĩ mô. Nó làm giảm khoảng cách UE-Cơ sở hạ tầng với chi phí giảm. Các liên kết chuyển tiếp giữa RN và nhà tài trợ eNB (DeNB) mang cả dữ liệu lưu lượng truy cập UE cũng như kiểm soát tín hiệu cho các RN. Nó cũng có S1(Gateway-eNB), X2 (eNB-eNB) và giao diện LTE đặc điểm bình thường (eNB-UE). Tương tự như vậy, các liên kết trực tiếp và liên kết truy cập đề cập đến kết nối DeNB-UE và kết nối RN-UE tương ứng như hình 2.5.
2.2.3. Phân loại trạm lặp
2.2.3.1. Trạm lặp dựa trên các phương thức chuyển tiếp
Tùy thuộc vào RS một xử lý tín hiệu nhận được như thế nào, tồn tại chủ yếu là ba cách khác nhau của chuyển tiếp: khuếch đại và chuyển tiếp (AF), giải mã và chuyển tiếp (DF), và nén và chuyển tiếp (CF).
Khuếch đại và chuyển tiếp (Amplify-and-Forward)
Khuếch đại và chuyển tiếp (AF) là một chuyển tiếp song công, khuếch đại tín hiệu nhận được từ bước nhảy đầu tiên và truyền tới bước thứ hai. AF có một nhược điểm của khuếch đại nhiễu và tiếng ồn với tín hiệu mong muốn mà hủy mức SINR tổng thể cũng như các giới hạn thông qua hệ thống. Trong chuyển tiếp AF, tín hiệu truyền vào liên kết truy cập có thể bị rò rỉ liên kết tiếp nhận can thiệp ăng-ten gây ra được gọi là vòng nhiễu (LI). Để giảm thiểu hiệu ứng LI, ăng-ten riêng biệt với việc cách ly vật lý thích hợp được sử dụng cho các mục đích truyền và nhận. Loại RN được đề xuất triển khai ở giữa của tế bào để đạt được hiệu suất phổ cao.
AF là chương trình chuyển tiếp đơn giản nhất có thể, nơi chuyển tiếp hành động như một bộ lặp tương tự (chuyển tiếp lớp 1). Để giữ sự phức tạp của việc phân tích ở mức tối thiểu, chúng ta hãy xem xét con đường chỉ duy nhất đường xuống.
Tín hiệu truyền (S) từ một BS/AP là lần đầu tiên nhận được một nút chuyển tiếp, khuếch đại với tăng (G), có thể được thích nghi nếu có kênh thông tin trạng thái (CSI), và cuối cùng truyền lại đến đích (D) MS.Các điều khoản HSR và tài khoản hrd cho sự suy giảm do fading kênh, và NSR và NRD biểu thị tiếng ồn phụ , nguồn tiếp sức (SR) và điểm đến liên kết trạm lặp (RD) tương ứng.
Trong quá trình khuếch đại, những biến đổi do fading và tiếng ồn đã được tích lũy trong truyền tải BS-RS cũng được phóng đại. Tín hiệu S gấp đôi fading thay vì fading duy nhất trong một truyền dẫn MS-BS đơn giản và điều khoản tiếng ồn bổ sung làm xuất hiện. Để bù đắp, tiếng ồn và hiệu ứng fading tăng biến tại RS thường được đề xuất.Nếu hoàn thiện CSI hiện có sẵn tại tất cả các trường hợp của thời gian, điều này G đạt được có thể được thực hiện tỉ lệ nghịch với sự suy giảm fading và tiếng ồn. Phương pháp tương ứng được gọi là rộng quyền lực tức thời (IPS). Tuy nhiên trong thực tế nó không phải là có thể đánh giá kênh ngay lập tức fading tất cả các thời gian. Theo đó, tăng biến tỷ lệ thuận với nghịch đảo trung bình của tiếng ồn/fading được tìm thấy là phù hợp hơn. Điều này được gọi phương pháp tiếp cận mở rộng quy mô công suất trung bình (APS).
Giải mã và chuyển tiếp (DF)
Trong chế độ DF, RS hoạt động như một bộ lặp tái tạo kỹ thuật số (chuyển tiếp lớp 2), tức là chuyển tiếp giải điều chế, giải mã, mã hóa lại và điều chế tín hiệu nhận được trước khi truyền lại. Các tín hiệu chuyển tiếp không chứa suy thoái bổ sung, thay vì nó bị ảnh hưởng bởi duy nhất lỗi bit kết quả từ quá trình giải mã. Để nâng cao độ tin cậy, chuyển tiếp DF có thể được phép truyền lại chỉ khi giải mã là thỏa đáng, nếu không một thuật toán yêu cầu lặp lại tự động (ARQ) sẽ chăm sóc nó. So với AF chiến lược, chương trình DF cung cấp QoS tốt hơn. Tuy nhiên, sự gia tăng chi phí, phức tạp, và tiêu thụ điện năng được tham gia trên một phần của các nút chuyển tiếp.
Mặt khác, giải mã và chuyển tiếp (DF) là một kỹ thuật chuyển tiếp, nơi nhận được toàn bộ tín hiệu từ bước nhảy đầu tiên được giải mã và truyền lại đến người nhận thứ hai. Nó thêm chậm trễ và /hoặc phức tạp với hệ thống do giải mã/mã hóa lại các tín hiệu. Trong chuyển tiếp DF, thông qua chuyển tiếp và liên kết truy cập có thể được tối đa, nếu cả hai liên kết có thông lượng bằng. Hơn nữa, việc tiếp cận các nguồn tài nguyên liên kết có thể được tái sử dụng bởi nhiều RS trong cùng một macrocell. Chuyển tiếp DF nhanh hơn so với chuyển tiếp AF ở trung tâm di động cũng như ở rìa tế bào. Hơn nữa, chuyển tiếp DF thực hiện hiệu suất tốt hơn sau đó chuyển tiếp AF cho lợi ích liên kết khác nhau.
CF là một đề án giải pháp lai, một cố gắng để giữ lại những tính năng tốt hơn của cả hai phương pháp AF và DF. Trong phương pháp này, RS không giải mã các dữ liệu đầu vào, nhưng nén lại (thông qua mã hóa nguồn) tín hiệu nhận được và truyền nó đến đích. Các lỗi dự toán có thể có trong quá trình mã hóa là nguồn chính của sự xuống cấp tín hiệu trong trường hợp này. Chuyển tiếp CF cũng đôi khi được gọi là kỹ thuật dự toán và chuyển tiếp (EF)..
2.2.3.2. Trạm lặp dựa trên cơ sở hạ tầng
RS có thể được phân loại từ góc độ triển khai, nơi vùng phủ sóng được yêu cầu. Trong quá trình UE di động trong mạng, RS có thể đi qua các mô hình sử dụng khác nhau trong mạng. UE có thể di chuyển từ trong nhà ra ngoài trời, được cung cấp bởi RS trong nhà và RS ngoài trời tương ứng. Tương tự như vậy, nó có thể gặp vùng phủ sóng trong một chiếc xe buýt hay xe lửa, được cung cấp bởi RS gắn trên các phương tiện chuyển động .
Có vô số các ứng dụng có thể chuyển tiếp như thể hiện trong hình 2.6. Tùy thuộc vào môi trường không dây, các ứng dụng có thể được phân thành ba loại chính: cố định, cơ động, và điện thoại di động.
Các nút RS tham gia có thể là thiết bị độc lập (chế độ cơ sở hạ tầng cố định) hoặc chỉ đơn giản là bình thường MS đang nhàn rỗi (chế độ ad hoc) trong thời gian này.
Hình 2.6 Ứng dụng của chuyển tiếp cố định, cơ động, và điện thoại di động.
Trạm chuyển tiếp cố định (F-RS)
Chuyển tiếp cơ sở hạ tầng cố định, như các BS, có thể được triển khai bởi các nhà cung cấp /kết thúc người sử dụng dịch vụ để cải thiện vùng phủ sóng, độ tin cậy, hoặc thông lượng cho mỗi người dùng trong khu vực không đủ bao phủ (trong tòa nhà, che phủ vùng như thung lũng, đường hầm ngầm tàu điện ngầm đường sắt, tàu điện ngầm) hoặc tại các khu vực đông dân cư (ga cuối tuyến đường sắt, điểm chờ xe buýt, công viên giải trí, sân vận động). Tại các khu vực nông thôn, nơi có mật độ giao thông thấp và dân số được phân bố rải rác, nó có thể không khả thi về mặt kinh tế để xây dựng mạng lưới truyền thống di động với đầy đủ các BS. Thay vào đó, một kiến trúc hiệu quả hơn và linh hoạt sẽ là một BS phục vụ bởi nhiều nút RS.
Trạm chuyển tiếp cố định thường được triển khai để cải thiện mạng lưới phủ sóng và năng lực các tế bào cạnh, lỗ hổng vùng phủ sóng do bóng của tòa nhà như thể hiện trong hình 3.4. Họ cũng được sử dụng để mở rộng mạng lưới phủ sóng cho người sử dụng bên ngoài khu vực di động. RS có thể dễ dàng gắn trên tháp, cột, đỉnh của các tòa nhà. Chiều cao anten được giữ thấp hơn so với trạm gốc. Các nhà điều hành mạng cũng có thể lập kế hoạch vị trí RS để đạt được điều kiện kênh đường nhìn (LOS) .
Hình 2.7: Chuyển tiếp nút cố định
Trạm chuyển tiếp cơ động (N-RS)
Mạng băng thông rộng thường phải đối mặt với những thách thức của thời gian khác nhau lưu lượng truy cập thông không cân bằng trong điểm nóng. Các điểm nóng chủ yếu xảy ra do sự kiện mà một nhóm lớn của người dân vùng có dân cư đông đúc đóng gói trong một khu vực nhỏ (một hội chợ triển lãm, hoặc các khu vực trung tâm thành phố vào sáng thứ hai). Kể từ khi vị trí của các điểm nóng khác nhau theo thời gian, nó là khó khăn, nếu không phải không thể, để cung cấp bảo đảm đủ nguồn lực trong từng tế bào một cách hiệu quả về chi phí. Chuyển tiếp cơ động có tính di động, năng lượng thấp, ít phức tạp có thể được sử dụng để tăng cường vùng phủ sóng chỉ cần thời gian của một sự kiện cụ thể. Các loại chuyển tiếp tạm thời cũng có thể được triển khai biên soạn trong các tình huống khôi phục khẩn cấp/thảm họa (thiên tai như lũ lụt, động đất, lốc xoáy, hoặc bị hư hỏng các BS). Ý tưởng chuyển tiếp cơ động về cơ bản giống với phương pháp ad-hoc nổi tiếng, tự tổ chức cơ sở hạ tầng miễn phí, nơi MS thiết lập kết nối theo một cách ngang hàng phân phối và tự động thích nghi với môi trường không dây thay đổi nhanh chóng.
Trạm chuyển tiếp cơ động là bán tĩnh cho phép triển khai RS tạm thời, để cung cấp vung phủ sóng bổ sung và năng lực trong những khu vực mà trạm gốc macro (như
eNB) hoặc RS cố định cung cấp vùng phủ sóng xấu hoặc tắc nghẽn mạng như trong hình 3.5. Một ví dụ có thể là khôi phục khẩn cấp/thảm họa mà các cơ quan có kinh nghiệm cứu hộ sự tắc nghẽn mạng vấn đề do quá nhiều cuộc gọi của người dân bị ảnh hưởng trong khu vực khẩn cấp. Chiều cao ăng-ten là tương đối thấp. Các liên kết truy cập có thể trải nghiệm cả LOS và không có LOS điều kiện kênh (NLOS). Nó thường được trang bị với pin để hoạt động. Những RS này có thể có những hạn chế cấu trúc vật lý để giảm thiểu sử dụng trọng lượng, kích thước và sức mạnh so với các RS truyền thống.
Hình 2.8: Chuyển tiếp nút cơ động
Chuyển tiếp trạm điện thoại di động (M-RS)
Mô hình RS này thường được gắn trên phương tiện (ví dụ như xe buýt, xe lửa, vv), nhằm mục đích để cung cấp phạm vi vùng phủ sóng trong xe đang di chuyển, trong khi đi qua mạng. Nó kết nối với trạm cơ sở các nhà tài trợ thông qua liên kết chuyển tiếp di động, trong khi kết nối với các UE trong xe thông qua liên kết truy cập.
RS điện thoại di động của chiều cao ăng ten là tương đối thấp hơn, do hạn chế xe và an toàn hoạt động. Hình 2.9 cho thấy một sơ đồ của điện thoại di động RS.
Hình 2.9: Nút chuyển tiếp di động
2.2.3.3.Trạm lặp dựa trên giao thức
Chuyển tiếp vô tuyến cho các tín hiệu vô tuyến chuyển tiếp trong các loại theo công nghệ chuyển tiếp được thông qua. Ba loại công nghệ chuyển tiếp vô tuyến và những lợi thế và bất lợi của mình được thể hiện trong bảng 2.2.
Chuyển tiếp lớp 1 bao gồm các công nghệ chuyển tiếp được gọi là tăng cường hoặc lặp lại. Đây là một bộ khuếch đại và chuyển tiếp (AF) loại công nghệ chuyển tiếp tín hiệu tần số vô tuyến (RF) nhận được trên đường xuống từ các trạm gốc được khuyếch đại và truyền cho trạm di động.
Công nghệ tần số vô tuyến (RF) tín hiệu nhận được trên đường xuống từ các trạm gốc được khuyếch đại và truyền cho trạm di động. trong một tương tự