Các sóng mang con được nhóm thành 12 sóng mang con liên tiếp ứng với RB đường lên hoặc đường xuống. Trong miền tần số, tối đa số RB là NRB có khoảng cách từ NRB-min = 6 đến NRB-max = 110. Mỗi phần tử trong lười tài nguyên được gọi là một phần tử tài nguyên và được xác định duy nhất bởi cặp (k,l) là khơng một khe có k và l là các chỉ số trong tần số (sóng mang con) và miền thời gian (symbol).
Hình 2.10: Cấu trúc RB đơn giản của OFDMA và SC-FDMA.[ CITATION
RBOFDMSC \l 1033 ]
Ngoài ra LTE[ CITATION ETS15 \l 1033 ] cho phép sự linh hoạt của quang phổ. Băng thơng truyền có thể lựa chọn các mức 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz tùy thuộc vào dải quang phổ có sẵn. Với băng thơng 20 MHz[ CITATION Har11 \l 1033 ] có thể cung cấp tốc độ dữ liệu đường xuống cho người dùng đến 150 Mbps với 2x2 MIMO và 300 Mbps với 4x4 MIMO. Đồng thời tốc độ đường lên đạt đỉnh là 75 Mbps.
2.2. LTE-A
2.2.1. Giới thiệu LTE-A[ CITATION CAforLTE \l 1033 ]
LTE-A phiên bản thứ 10 của 3GPP có những tiến bộ hơn các tiêu chuẩn LTE trước đó nhầm đáp ứng các nhu cầu IMT-Advanced đã được thiết lập bởi ITU-R. Carrier aggregation (CA) là một trong những tính năng chính của LTE-A để đáp ứng được yêu cầu tốc độ đỉnh của IMT-Advanced, CA được thiết kế tương thích với cả LTE trên một phần của tồn bộ băng thơng. Do đó, mỗi khoảng phổ riêng lẻ được cho là thành phần sóng mang (component carrier - CC) tạo ra lợi ích hấp dẫn cho
khơng đồng nhất về việc triển khai các nút trạm gốc nhỏ như picocell hoặc home base stations, đồng thời thừa hưởng thiết kế lớp core vật lý và numerology tuy nhiên bên cạnh đó có một số thay đổi về lớp liên kết và quản lý tài ngun vơ tuyến (RRM). LTE-A có khả năng cung cấp thơng lượng đến 1 Gbps cho đường xuống và 500 Mbps cho đường lên. Hiệu suất đỉnh phổ trong LTE-A được cải thiện 15 Bps/Hz cho đường lên và 30 Bps/Hz cho đường xuống với cấu hình anten tối đa là 4x4 cho đường lên và 8x8 cho đường xuống, ngồi ra cịn giảm độ trễ trong mặt phẳng báo hiệu và mặt phẳng dữ liệu so với chuẩn LTE. Băng thông hỗ trợ đối đa trong LTE-A có thể đạt được 100 MHz thơng qua CA của 5 CC 20 MHz như trong hình 2.12(a). Vì vậy, người dùng LTE-A được hỗ trợ trên tất cả 5 CC. Băng thông mỗi CC tuân theo băng thơng của LTE phiên bản thứ 8, nghĩa là có băng thơng linh hoạt và có các giá trị 1,4; 3; 5; 10; 15 và 20 MHz. Các CC tổ hợp có thể tiếp giáp như hình 2.12(a), hoặc khơng tiếp giáp như hình 2.12(b). Ngồi ra, như hình b thì tổ hợp các CC về nguyên tắc cũng có thể sử dụng các băng thơng khác nhau. Chính sử hỗ trợ cho cả CA tiếp giáp và không tiếp giáp của các CC với băng thơng khác nhau cung cấp tính linh hoạt đáng kể cho việc sử dụng hiệu quả quang phổ và dần dần tái sử dụng tần số trước đó được sử dụng bởi các thiết bị khác như: GSM hoặc CDMA. Từ mức độ hệ thống xử lý và lớp vật lý, CA tiếp giáp dễ dàng hơn vì nó có thể thực hiện bằng một Fast Fourier Transform (FFT) và một Radio Frequency (RF) đơn, trong khi CA không tiếp giáp trong hầu hết các trường hợp đòi hỏi nhiều chuỗi RF và FFT. Các trường hợp CA không tiếp giáp được thêm vào giai đoạn mặt phẳng mạng vô tuyến và thiết kế các thuật tốn RRM để tính tốn path loss và sự chuyển dịch Doppler. Ví dụ Doppler thay đổi ảnh hưởng đến lịch trình gói tin trong miền tần số trong một CC. Trong LTE với FDD thì sóng mang đường lên và đường xuống luôn được ghép thành từng cặp với tùy chọn để xác định khoảng cách duplex tần số và băng thông thông qua hệ thống thông tin báo hiệu. Với CA cũng có thể có cấu hình bất đối xứng, do đó có trường hợp xảy ra là có nhiều đường xuống CC được cấu hình cho một UE và chỉ có một đường lên CC. Liên kết cấu hình giữa đường lên và đường được báo hiệu đến UE với tín hiệu lớp cao hơn. Với mỗi người dùng LTE-A, mỗi CC được xác định là Primary cell (PCell) của nó. Người dùng khác nhau có thể khơng sử dụng CC giống như PCell của họ. PCell có thể coi là CA cho
thiết bị đầu cuối và được sử dụng cho các chức năng cơ bản như giám sát sự cố liên kết vô tuyến. Nếu nhiều hơn một CC được cấu hình cho người dùng, các CC sẽ được bổ sung sẽ ký hiệu là Secondary Cells (SCells) cho người dùng.
Hình 2.11: Ví dụ về kịch bản tổ hợp CA. Sự tổ hợp tiếp giáp 5 CA cùng băng thông (a). Sự tổ hợp không tiếp giáp CA với băng thơng khác nhau (b).
Ngồi ra, ta có bảng so sánh giữa LTE và LTE-A
Bảng 2.1: So sánh LTE và LTE-A
Đặc điểm kỹ thuật LTE LTE-A
Băng thông 1.4MHz, 3.0MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz
Tương tự LTE nhưng có thể tăng lên 100 MHz
Tốc độ dữ liệu đỉnh 300 Mbps đường xuống, 75 Mbps đường lên
1Gbps đường xuống, 500 Mbps đường lên
Ghép băng thông Khơng Có
Hiệu quả quang phổ (peak,b/s/Hz) 16.3 đường xuống, 4.32 trong đường lên
30 đường xuống, 15 đường lên
Hỗ trợ điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM
Kỹ thuật truy cập OFDMA(DL)
SC-FDMA(UL)
OFDMA(DL) SC-FDMA(UL)
MIMO 4x4 đường xuống và 2x2 đường lên 8x8 đường xuống và 4x4 đường lên CoMP Khơng Có Relay Khơng Có
2.2.2. Giao thức xếp chồng cho LTE-A[ CITATION CAforLTE \l 1033 ]
Hình 2.12 cho thấy tổng quan về giao thức xếp chống của mặt phẳng dữ liệu người dùng ở đường xuống tại trạm gốc, cũng như việc ánh xạ các chức năng thiết yếu RRM cho CA. Mỗi người dùng có ít nhất một kênh dữ liệu vô tuyến (bearer), đánh dấu kênh dữ liệu vô tuyến mặc định. Việc ánh xạ dữ liệu tới kênh dữ liệu mặc định là tùy thuộc vào chính sách của nhà điều hành thông qua Traffic Flow
Template (TFT). Ngoài kênh dữ liệu vơ tuyến mặc định, người dùng có thể thêm
vào các kênh vơ tun dữ liệu được cấu hình. Có một Packet Data Convergence
Protocol (PDCP) và Radio Link Control (RLC) cho mỗi kênh dữ liệu, bao gồm các
chức năng cơ bản như robust header compression (ROHC), bảo mật, segmentation,
outer automatic repeat request (ARQ). Do đó , PDCP và RLC tương tự như trong
LTE. Giao diện giữa RCL và MAC được gọi là kênh logic. Với một MAC cho một người dùng, điều khiển bộ ghép kênh (MUX) của dữ liệu từ các kênh logic đến người dùng và cách dữ liệu được truyền trên các CC hiện có. Như hình 2.12, có một
Hybrid ARQ (HARQ) trên mỗi CC, nghĩa là dữ liệu truyền qua CC #X cũng sẽ được
truyền lại trên CC #X trong trường hợp các truyền dẫn trước có sai sót. Giao diện giữa lớp MAC và lớp PHY được gọi là các kênh truyền và riêng biệt đối với tứng CC. Các khối vận chuyển gửi vào các CC khác nhau có thể truyền với MCS độc lập, cũng như các chương trình mã hóa MIMO khác nhau. Sau đó dữ liệu trên một CC được truyền với truyền phân tập open loop, trong khi dữ liệu trên CC khác được gửi với luồng closed loop. Do đó, có sự thích ứng liên kết độc lập trên mỗi CC sẽ có lợi từ việc tối ưu hóa truyền trên các CC khác nhau theo điều kiện vơ tuyến, Tương ứng với sự thích ứng liên kết miền tần số trên độ chính xác một CC. Hệ thống cũng cho phép sử dụng nhiều công suất truyền khác nhau thiết lập cho các CC cũng như mức độ bao phủ khác nhau. Giao thức xếp chồng báo hiệu của LTE được áp dụng
cho LTE-A với nhiều CC, nghĩa là một RRC trên người dùng độc lập với số lượng CC. Tính di động của LTE cũng được áp dụng cho LTE-A trên mỗi CC.
Hình 2.12: Tổng quan cấu trúc mặt phẳng ngưởi dùng (bên trái) và thuật toán RRM (bên phải)
2.2.3. Quản lý tài nguyên vô tuyến của LTE-A[ CITATION CAforLTE \l 1033 ]
Cấu trúc khung RRM trong LTE-A có nhiều điểm tương đồng với LTE, kiểm soát nhận được ưu tiên thực hiện tại trạm gốc mới đến sự thiết lập các kênh dữ liệu mới đồng thời cấu hình các thơng số QoS tương tự như LTE. Tuy nhiên, chức năng RRM mới của LTE-A là một CC được cấu hình cho mỗi người dùng với báo hiệu RRC, người dùng sau đó có thể được lịch trình. Chức năng của CC là tối ưu hóa hiêu suất hệ thống cũng như hạn chế mức độ tiêu thụ năng lượng cho người dùng. Nhưng trong thực tế khi người dùng sử dụng càng nhiều CC thì sẽ tăng băng thơng xử lý dẫn đến tăng năng lượng sử dụng cho người dùng. Trong LTE-A do có nhiều CC nên người dùng có thể lựa chọn CC cịn LTE chỉ có một CC duy nhất. Để đạt được hiệu suất tối ưu cho hệ thống cần phải có tải trọng tương đương trên các CC khác nhau để cân bằng tải đầu vào và thiết lập cấu hình. Thơng số QoS như QoS class identifier (QCI), guaranteed bit rate (GBR), và aggregated maximum bit rate (AMBR) và non-GBR cung cấp thông tin kênh dữ liệu để xác định số lượng CC yêu cầu cho người dùng. Ví dụ như người dùng chỉ sử dụng VoIP hoặc kết nối streaming với GBR trong một CC vẫn có thể đạt được đáp ứng QoS, nhưng để đạt lưu lượng
tốt nhất thì AMBR ước tính và thiết lập kích thước CC hợp lý nhất cho người dùng. Việc thiết lập một CC đơn cho người dùng có lợi ích tiết kiệm năng lượng ở mức thấp so với trường hợp sử dụng cấu hình CC ở mức lớn hơn thì sẽ tốn nhiều năng lượng hơn.
Hình 2.13: Tổng quan về chức năng cấu hình CC.
Như hình 2.12, tại lớp 2, PS được thiết lập với một chức năng bổ sung cho các CC được cấu hình như là SCell cho các người dùng khác nhau với dự đoán tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng của người dùng. Một người dùng chỉ được lịch trình về các CC được cấu hình và kích hoạt và khơng được lập trình khi CC khơng kích hoạt. Tương tự, CSI khơng được phản hồi nếu CC khơng kích hoạt. Các SCell được kích hoạt hay khơng kích hoạt một cách độc lập thơng qua báo hiệu MAC, đồng thời có thể thiết lập bộ đếm thời gian khơng kích hoạt, SCell có thể bị ngừng hoạt động trong trường hợp nếu khơng có lưu lượng truy cập được lịch trình trên CC trong khoảng thời gian nhất định. Cấu hình trong SCell mặc định là khơng kích hoạt nên muốn lịch trình thì ta phải kích hoạt nó trước. PCell với người dùng thì ln kích hoạt.
Trong LTE, lịch trình động của người dùng dễ dàng gửi bằng cách thơng qua việc cấp phát lịch trình trên kênh điều khiển (physical dedicated control channel – PDCCH), lịch trình động được ghép kênh thời gian trong mỗi TTI ngay trước kênh dữ liệu. Một PDCCH được giới hạn trong một CC và cùng một địa chỉ người dùng độc lập trên CC mà nó được lịch trình. Tuy nhiên, LTE-A bao gồm các cải tiến cho
phép trạm gốc gửi cấp phát lịch trình cho một CC để lịch trình cho người dùng ở CC khác hay cịn gọi là lịch trình cross-CC bằng cách kết hợp trường chỉ thị sóng mang (carrier indicator field - CIF) đến thông tin báo hiệu đường xuống (downlink control information - DCI). DCI được sử dụng để chỉ ra phân bổ người dùng cho lưu lượng đường lên và đường xuống, còn CIF được dùng làm địa chỉ để xác định bất kỳ dữ liệu người dùng được truyền lên trên. Khi CIF được kết nối DCI làm kích thước tải trọng tăng nhưng tài nguyên vô tuyến để truyền dữ liệu không đổi dẫn hiệu suất liên kết kém hơn do mức độ mã hóa yếu hơn. Cross-CC hồn tồn tương thích ngược với LTE đồng thời cung cấp tính linh hoạt cho hệ thống bổ sung cho việc tối ưu hóa kiểm sốt và hiệu suất kênh dữ liệu trên nhiều CC.
2.2.4. Dải băng tần của LTE-A
Dải băng tần của LTE-A[ CITATION băngtan \l 1033 ] sẽ bao gồm các dải băng tần của E-UTRA và IMT được xác định bởi ITU-R như bảng 2.2.
Bảng 2.2: Dải băng tần hoạt động của LTE-A.
Operating Band
Uplink (UL) operating band BS receive/UE transmit Downlink (DL) operating band BS transmit /UE receive Duplex Mode FUL_low – FUL_high FDL_low – FDL_high
1 1920 MHz – 1980 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD 2 1850 MHz – 1910 MHz 1930 MHz – 1990 MHz FDD 3 1710 MHz – 1785 MHz 1805 MHz – 1880 MHz FDD 4 1710 MHz – 1755 MHz 2110 MHz – 2155 MHz FDD 5 824 MHz – 849 MHz 869 MHz – 894MHz FDD 6 830 MHz- – 840 MHz- 865 MHz – 875 MHz- FDD 7 2500 MHz – 2570 MHz 2620 MHz – 2690 MHz FDD 8 880 MHz – 915 MHz 925 MHz – 960 MHz FDD 9 1749.9 MHz – 1784.9 MHz 1844.9 MHz – 1879.9 MHz FDD 10 1710 MHz – 1770 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD 11 1427.9 MHz – 1447.9 MHz 1475.9 MHz – 1495.9 MHz FDD
12 698 MHz – 716 MHz 728 MHz – 746 MHz FDD 13 777 MHz – 787 MHz 746 MHz – 756 MHz FDD 14 788 MHz – 798 MHz 758 MHz – 768 MHz FDD 15 Reserved Reserved - 16 Reserved Reserved - 17 704 MHz – 716 MHz 734 MHz – 746 MHz FDD 18 815 MHz – 830 MHz 860 MHz – 875 MHz FDD 19 830 MHz – 845 MHz 875 MHz – 890 MHz FDD 20 832 MHz – 862 MHz 791 MHz – 821 MHz FDD 21 1447.9 MHz – 1462.9 MHz 1495.9 MHz – 1510.9 MHz FDD 22 3410 MHz 3500 MHz 3510 MHz 3600 MHz FDD ... 33 1900 MHz – 1920 MHz 1900 MHz – 1920 MHz TDD 34 2010 MHz – 2025 MHz 2010 MHz – 2025 MHz TDD 35 1850 MHz – 1910 MHz 1850 MHz – 1910 MHz TDD 36 1930 MHz – 1990 MHz 1930 MHz – 1990 MHz TDD 37 1910 MHz – 1930 MHz 1910 MHz – 1930 MHz TDD 38 2570 MHz – 2620 MHz 2570 MHz – 2620 MHz TDD 39 1880 MHz – 1920 MHz 1880 MHz – 1920 MHz TDD 40 2300 MHz – 2400 MHz 2300 MHz – 2400 MHz TDD [41] [3400] MHz – [3600] MHz [3400] MHz – [3600] MHz TDD
Ngồi ra cịn một số dải băng tần có thể được IUT-R IMT có thể sử dụng trong tương lại như: Các dải băng tần trong các khoảng: 3.4-3.8 GHz, 3.4-3.6 GHz, 3.6- 4.2 GHz, 450-470 MHz, 698-862 MHz, 2.3-2.4 GHz, 4.4-4.99 GHz.
2.2.5. CoMP
Coordinated Multipoint (CoMP)[CITATION CoMP1 \l 1033 ][CITATION CoMP2 \l 1033 ] là một trong những cải tiến kỹ thuật quan trọng với 3GPP Release 11 với việc triển khai mạng HetNet mới với mục đích tạo sự đồng nhất trong mạng truyền thống để cải thiện hiệu suất tối ưu dung lượng người dùng đạt được ngay cả
ở các cạnh biên của cell khi trong một khu vực sử dùng hỗn hợp nhiều BS như macrocell/picocell/femtocell bằng cách biến những nhiễu liên kênh (ICI-Inter cell interference) thành tín hiệu có ích bằng cách tối ưu hóa việc truyền và nhận từ nhiều điểm, có thể từ nhiều cell hoặc Remote Radio Heads (RRH). CoMP sẽ cho phép truyền và nhận đến các UE dựa trên khoảng cách, tiêu thụ năng lượng và dữ liệu để chọn BS. Một số đặc trưng có ích của CoMP là: CoMP cung cấp kết nối tới các BS cùng lúc nên dữ liệu có thể được truyền qua các BS ít sử dụng để sử dụng nguồn tài nguyên tốt hơn. Tăng cường hiệu suất thu do được chọn sử dụng một trong nhiều cell cho kết nối để làm tăng khả năng thu đồng thời cải thiện và giảm số lượng cuộc gọi bị mất. Sự thu nhận chung của nhiều BS sử dụng kỹ thuật CoMP cho phép tổng công suất nhận ở UE được tăng. Giảm nhiễu và cân bằng tải do giảm được nhiễu liên kênh. Yêu cầu sự phối hợp chắc chẽ giữa các eNodeB về việc cung cấp lịch trình và truyền tải chung cũng như xử lý chung các tin hiệu nhận được, bằng cách này, UE ở vùng biên của cell có thể được cung cấp bởi hai hoặc nhiều eNodeB để cản thiển việc nhận/truyền tín hiệu và tăng lượng dữ liệu truyền. CoMP được chia thành 2 loại chính: