Mục tiêu của tính linh hoạt phổ là việc cho phép triển khai truy nhập vô tuyến LTE trong nhiều phổ tần với những đặc tính khác nhau, gồm khác nhau về sắp xếp song công, băng tần hoạt động, và kích thước của phổ tần khả dụng.
Hình 2.3: FDD-DL vs TDD- UL 2.6.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công.
Một phần quan trọng của LTE về mặt tính linh hoạt phổ là khả năng triển khai truy nhập vô tuyến dựa trên LTE trong cả phổ tần theo cặp hoặc không theo cặp, vậy LTE có thể hỗ trợ sắp xếp song công phân chia theo cả thời gian và tần số. FDD được minh họa trong hình 2.3a, truyền dẫn đường lên và đường xuống xuất hiện trong những băng tần khác và hoàn toàn tách biệt. TDD theo minh họa hình 2.3b, thì truyền dẫn đường lên và đường xuống xuất hiện trong những khe thời gian không trùng nhau. Vậy, TDD có thể hoạt động với phổ không theo cặp, trong khi FDD lại yêu cầu phổ theo. Việc hỗ trợ cả phổ theo cặp và không theo
cặp là một phần trong đặc điểm kỹ thuật của 3GPP từ phiên bản 99 (Release 99) thông qua việc sử dụng truy nhập vô tuyến WCDMA/HSPA dựa trên FDD với phân bố theo cặp và TD-CDMA/TDSCDMA với phân bố không theo cặp. Tuy nhiên, điều này đạt được bằng cách sử dụng nhiều công nghệ truy cập vô tuyến tương đối khác nhau, vì thế những thiết bị đầu cuối có khả năng hoạt động với cả FDD và TDD vẫn còn chưa được phổ biến. LTE có thể hỗ trợ cả FDD và TDD với chỉ một công nghệ truy cập vô tuyến, dẫn đến việc tối thiểu độ lệch giữa FDD và TDD cho những truy nhập vô tuyến dựa trên LTE.
2.6.2 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động.
LTE được triển khai có thể tạo ra phổ tần khả dụng bằng cách ấn định phổ tần mới cho thông tin di động, như băng tần 2.6 GHz, hoặc bằng cách dịch chuyển LTE phổ tần hiện đang được sử dụng cho công nghệ thông tin di động khác, ví dụ hệ thống GSM thế hệ thứ hai, thậm chí là những công nghệ vô tuyến không phải của di động như những phổ tần broadcast hiện nay. Hệ quả là nó yêu cầu truy nhập vô tuyến LTE phải có khả năng hoạt động trong một dải băng tần rộng, ít nhất là băng tần thấp như 450 MHz cho đến băng tần 2.6 GHz. Khả năng vận hành một công nghệ truy cập vô tuyến trong nhiều băng tần khác nhau. Ví dụ, những thiết bị đầu cuối 3 băng tần là phổ biến, có khả năng hoạt động trên băng tần 900, 1800, và 1900 MHz. Từ một triển vọng về chức năng truy cập vô tuyến, điều này không hoặc tác động rất hạn chế và đặc điểm kỹ thuật của LTE không giả định bất cứ một băng tần cụ thể nào. Những cái có thể khác về đặc điểm kỹ thuật, giữa những băng tần khác nhau chủ yếu là việc yêu cầu nhiều RF cụ thể hơn như công suất phát tối đa cho phép, những yêu cầu/giới hạn về phát xạ ngoài băng v.v… Một nguyên nhân cho việc này là do những ràng buộc bên ngoài, được áp đặt bởi những khung quy định, có thể khác nhau giữa những băng tần khác nhau.
2.6.3 Tính linh hoạt về băng thông.
Có liên quan đến khả năng triển khai truy nhập vô tuyến LTE trên nhiều băng tần khác nhau là việc có thể vận hành LTE với những băng thông truyền
dẫn khác nhau trên cả đường xuống và đường lên. Lý do chính là số lượng phổ tần khả dụng cho LTE có thể khác nhau đáng kể giữa những băng tần khác nhau và cũng dựa trên tình trạng thực tế của nhà khai thác. Hơn nữa, việc có thể vận hành trên nhiều phân bố phổ tần khác nhau cũng mang lại khả năng cho việc dịch chuyển dần dần phổ tần từ những công nghệ truy nhập vô tuyến khác cho LTE. LTE có thể hoạt động trong một dải phân bố phổ tần rộng, do tính linh hoạt trong băng thông truyền dẫn là một phần trong đặc tính kỹ thuật của LTE. Để hỗ trợ hiệu quả cho tốc độ dữ liệu rất cao khi phổ tần khả dụng thì một băng thông truyền dẫn rộng là cần thiết. Tuy nhiên, một lượng phổ tần lớn và đầy đủ có thể không phải lúc nào cũng đạt được, hoặc do băng tần hoạt động hay sự dịch chuyển dần dần từ một công nghệ truy nhập vô tuyến khác, khi đó LTE có thể hoạt động với một băng thông truyền dẫn hẹp hơn. Trong những trường hợp như vậy, tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được sẽ vì đó mà bị giảm xuống. Đặc điểm kỹ thuật lớp vật lý LTE không đề cập đến vấn đề băng thông và không đưa ra bất cứ giả định cụ thể nào về băng thông truyền dẫn hỗ trợ ngoài một giá trị tối thiểu.
2.7 Kết luận chương 2.
Chương này thì chúng ta sẽ được cung cấp một cái nhìn tổng quan về một số đặc điểm và thành phần quan trọng của LTE. Hay tổng quan về truy nhập vô tuyến trong LTE từ đó hiểu được hệ thống truyền dẫn đường xuống OFDM đường lên SC-FDMA, hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ. Tìm hiểu về ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mền, việc hỗn trợ nhiều anten, hỗ trợ multicast/broadcast và biết được tính linh hoạt của phổ trong hệ thống.
CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE
Tương tự với WCDMA/HSPA cũng như với hệ thống khác, quy trình kỹ thuật LTE được cấu trúc thành nhiều lớp vật lý khác nhau. Mặc dù một số lớp trong những lớp này tương tự với những lớp được sử dụng cho WCDMA/HSPA nhưng vẫn có một số khác biệt như về kiến trúc tổng thể giữa WCDMA/HSPA và LTE. Chương này mô tả các lớp giao thức bên trên lớp vật lý, sự tương tác giữa chúng, và sự giao tiếp với lớp vật lý. Dữ liệu được truyền trên đường xuống dưới dạng các gói IP trên một trong những tải tin SAE. Trước khi truyền đi qua giao diện vô tuyến, những gói IP đến sẽ đi qua nhiều phần tử, được mô tả chi tiết hơn trong những phần sau:
Giao thức hội tụ số liệu gói (PDCP): thực hiện việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lượng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến.Cơ chế nén dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn được sử dụng trong WCDMA và các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP đảm nhiệm việc mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu được truyền đi. Tại phía thu, PDCP sẽ thực hiện công việc giải nén và giải mã thông tin. Chỉ có một phần tử PDCP trên một tải tin vô tuyến được cấu tạo cho một thiết bị đầu cuối di động.
Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC): đảm nhiệm việc phân đoạn/ghép nối, điều khiển việc truyền lại và phân phát lên các lớp cao hơn theo thứ tự. Không giống WCDMA, RLC được định vị trong eNodeB vì chỉ có một loại node đơn trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE. RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dưới dạng các tải tin vô tuyến. Chỉ có một phần tử RLC trên một tải tin vô tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.
Hình 3.1: Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)
Điều khiển truy cập môi trường (MAC): điều khiển việc truyền lại hybrid-ARQ và hoạch định đường lên, đường xuống. Chức năng hoạch định được định vị trong eNodeB, chỉ có một phần tử MAC cho một tế bào, đường lên và đường xuống. Giao thức hybrid ARQ có mặt trong cả đầu cuối phát và thu của giao thức MAC. Khối MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic.
Lớp vật lý (PHY): điều khiển việc mã hóa/giải mã, điều chế/giải điều chế, ánh xạ đa anten và các chức năng lớp vật lý tiêu biểu khác. Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dưới dạng các kênh chuyển tải .
3.1 RLC– điều khiển liên kết vô tuyến.
RLC tương tự như WCDMA/HSPA, đảm nhiệm việc phân đoạn (nén tiêu đề) các gói IP, còn được xem như là RLC SDUs, từ PDCP thành những đơn vị nhỏ hơn, RLC PDUs (Nhìn chung, các phần tử dữ liệu đến/từ một lớp giao thức cao hơn thì được xem như là một Đơn vị dữ liệu dịch vụ SDU – Service Data Unit và phần tử tương ứng đến/từ một lớp giao thức thấp hơn được biểu thị như Đơn vị dữ liệu giao thức PDU – Protocol Data Unit). Nó cũng điều khiển việc
truyền lại các PDUs bị nhận nhầm, cũng như là xóa bỏ những PDUs bị nhân đôi và ghép nối các PDUs nhận được. Cuối cùng, RLC sẽ đảm bảo việc phân phát theo trình tự các RLC SDUs lên các lớp bên trên. Cơ chế truyền lại RLC có trách nhiệm cung cấp dữ liệu phân phát không bị lỗi cho các lớp cao hơn. Để làm được điều này, sẽ có một giao thức truyền lại hoạt động giữa các phần tử RLC tại đầu thu và đầu phát. Bằng việc giám sát các số thứ tự đi đến , RLC thu có thể phát hiện ra những PDUs bị thiếu. Các báo cáo trạng thái sẽ được phản hồi trở về RLC phát, yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu. Khi phản hồi một trạng thái báo cáo được cấu thành, một báo cáo đặc trưng chỉ chứa thông tin về nhiều PDUs và ít khi được truyền đi. Dựa trên báo cáo thu được, phần tử RLC tại đầu phát có thể đưa ra những hành động thích hợp và truyền lại những PDUs bị thiếu nếu được yêu cầu. Khi RLC được cấu thành để yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu, nó gọi là đang hoạt động trong chế độ báo nhận. Điều này giống cơ chế tương ứng được dùng trong WCDMA/HSPA. Thông thường AM được sử dụng cho các dịch vụ dựa trên TCP như khi truyền tập tin mà yếu tố phân phát dữ liệu không bị lỗi được đặt lên hàng đầu.
Hình 3.2: Phân đoạn và hợp đoạn RLC
Tương tự WCDMA/HSPA, RLC cũng có thể được cấu hình theo chế độ không báo nhận (UM) và trong suốt (TM). Trong chế độ UM, sẽ cung cấp việc phân phát đúng thứ tự lên các lớp cao hơn, nhưng sẽ không truyền lại các PDUs bị thiếu. Thông thường UM được sử dụng cho những dịch vụ như VoIP khi mà việc phân phát không lỗi không quan trọng bằng thời gian phân phát ngắn. TM
mặc dù được hỗ trợ, nhưng chỉ được sử dụng cho những mục đích riêng biệt như truy cập ngẫu nhiên. Mặc dù RLC có khả năng kiểm soát lỗi truyền dẫn do nhiễu, sự biến đổi kênh truyền không thể dự đoán v.v…, nhưng trong hầu hết trường hợp những lỗi này được kiểm soát bởi giao thức hybrid-ARQ dựa trên MAC. Việc sử dụng cơ chế truyền lại trong RLC có thể vì vậy mà trở nên không cần thiết. Việc sử dụng cả hai cơ chế truyền lại dựa trên MAC và RLC trên thực tế cũng có mặt tích cực khi mà có sự khác nhau trong việc truyền tín hiệu phản hồi. Ngoài việc điều khiển truyền lại và phân phát theo trình tự, RLC cũng chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nối (hình 3.2). Dựa trên quyết định của bộ lập lịch, một lượng dữ liệu nào đó được lựa chọn để truyền đi từ bộ đệm RLC SDU và các SDUs sẽ được phân đoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU. Do đó, với LTE thì kích thước RLC PDU thay đổi một cách động, trong khi WCDMA/HSPA trước phiên bản 7 lại sử dụng kích thước PDU bán tĩnh. Khi tốc độ dữ liệu cao, kích thước PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ hơn tương ứng, khi tốc độ dữ liệu thấp, đòi hỏi kích thước PDU phải nhỏ nếu không thì tải trọng sẽ trở nên quá lớn. Vì vậy, tốc độ dữ liệu nằm trong khoảng từ một vài kbit/s tới trên một trăm Mbit/s, kích thước PDU động sẽ được điều chỉnh bởi LTE. Từ RLC, scheduler và cơ chế thích ứng tốc độ đều được định vị tại eNodeB, và kích thước PDU động sẽ dễ dàng được hỗ trợ cho LTE.
3.2 MAC- điều khiển truy nhập môi trường.
Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC quản lý việc ghép kênh, truyền lại hybrid-ARQ, và hoạch địch đường lên, đường xuống. Trong khi công nghệ HSPA sử dụng phân tập vĩ mô đường lên, nó xác định cả tế bào phục vụ và không phục vụ thì LTE chỉ xác định một tế bào phục vụ vì không có phân tập vĩ mô đường lên. Tế bào phục vụ là tế bào mà thiết bị đầu cuối di động được kết nối tới và tế bào mà chịu trách nhiệm cho việc hoạch định và điều khiển hybrid-ARQ.
3.2.1 Kênh logic và kênh truyền tải.
MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic. Một kênh logic được định nghĩa bởi dạng thông tin mà nó mang theo và thường được phân
loại thành các kênh điều khiển, được dùng cho việc truyền dẫn các thông tin về cấu hình và điều khiển cần thiết cho hoạt động của hệ thống LTE, và các kênh lưu lượng, được sử dụng cho dữ liệu người dùng. Tập hợp các loại kênh logic được chỉ định cho LTE bao gồm:
- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): sử dụng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển từ mạng tới các thiết bị đầu cuối di động trong một tế bào. Trước khi truy nhập vào, một thiết bị đầu cuối di động cần phải đọc những thông tin được truyền trên kênh BCCH để tìm ra cách thức hệ thống được cấu hình, ví dụ như băng thông của hệ thống.
- Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH): tìm gọi các thiết bị đầu cuối mà mạng không biết vị trí của nó về mức tế bào và tin nhắn tìm gọi cần được truyền trong nhiều tế bào.
- Kênh điều khiển dành riêng (DCCH): truyền dẫn thông tin điều khiển tới hoặc từ thiết bị đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho việc cấu hình riêng lẻ từng thiết bị đầu cuối di động ví dụ như những tin nhắn chuyển giao khác nhau.
- Kênh điều khiển multicast (MCCH): truyền dẫn thông tin điều khiển được yêu cầu cho việc tiếp nhận của MTCH.
- Kênh lưu lượng dành riêng (DTCH): truyền dữ liệu người dùng đến hoặc từ một thiết bị đầu cuối di động. Đây là 1 loại kênh logic được dùng để truyền dữ liệu người dùng đường lên và đường xuống phi-MBMS (non-MBMS).
- Kênh lưu lượng multicast (MTCH): truyền dẫn đường
Tương tự kiến trúc kênh logic WCDMA/HSPA. So với WCDMA/HSPA, thì kiến trúc kênh logic LTE có phần đơn giản hơn, với việc giảm bớt số lượng các loại kênh logic. Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng các dịch vụ dưới dạng các kênh truyền tải. Một kênh truyền tải được định nghĩa bởi những đặc tính mà thông tin được truyền đi qua giao diện vô tuyến. Theo HSPA, những phần được kế thừa cho LTE, dữ liệu trên 1 kênh truyền tải được tổ chức thành các khối truyền tải. Trong mỗi khoảng thời gian truyền tải (TTI), một khối truyền tải với
kích thước nào đó được truyền đi qua giao diện vô tuyến khi không có sự hiện diện của ghép kênh không gian. Trường hợp ghép kênh không gian (MIMO), có thể lên tới 2 khối truyền tải trên mỗi TTI. Liên kết với mỗi khối truyền tải là một định dạng truyền tải (TF), cách thức truyền đi thông qua giao diện vô tuyến. Định dạng truyền tải gồm thông tin về kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế, ánh xạ anten. Cùng với việc phân bố tài nguyên, lưu lượng mã cuối cùng có thể nhận được từ định dạng truyền tải. Việc thay đổi các định dạng truyền tải, lớp MAC có thể vì vậy mà nhận ra được các tốc độ dữ liệu khác nhau. Việc điều khiển tốc độ được xem như việc lựa chọn định dạng truyền tải. Tập hợp các loại kênh truyền tải được chỉ định cho LTE bao gồm:
- Kênh quảng bá (BCH): có một định dạng truyền tải cố định, được cung cấp bởi các đặc tính kỹ thuật. Nó được dùng cho việc truyền dẫn những thông