Công nghệ HSPA là 1 bước phát triển của WCDMA ...dulieu.tailieuhoctap.vn/books/luan-van-de-tai/luan-van-de-tai-cd... · Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng

Luận văn Công nghệ LTE cho mạng di

động băng rộng

Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................................... 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. 6

LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 7

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE ............. 9

1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE .................................................................................... 9 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE ................................................................................................................................ 10

1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax ............................................... 10 1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE ............................................................. 13

1.3 Mục tiêu thiết kế LTE ............................................................................................. 15 1.3.1 Tiềm năng công nghệ ....................................................................................... 15 1.3.2Hiệu suất hệ thống ............................................................................................. 16 1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai ......................................................... 18

1.3.3.1 Độ linh hoạt phổ và việc triển khai ............................................................ 19 1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration) ......................................................... 21 1.3.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến ............................................................................ 21 1.3.6 Độ phức tạp ...................................................................................................... 22 1.3.7 Những vấn đề chung ........................................................................................ 22

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE .................... 23

2.1Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA ..................... 23 2.2Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ (Channel-dependent scheduling and rate adaptation) ..................................................................................... 25

2.2.1 Hoạch định đường xuống .................................................................................. 26 2.2.2 Hoạch định đường lên ....................................................................................... 27 2.2.3 Điều phối nhiễu liên tế bào (Inter-cell interference coordination) ................... 28

2.3 ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm (Hybrid ARQ with soft combining) .............. 29 2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten (Multiple antenna support) ................................................... 29 2.5 Hỗ trợ multicast và broadcast .................................................................................. 30 2.6 Tính linh hoạt phổ ................................................................................................... 31

2.6.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công ............................................................ 32 2.6.2 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động ........................................................... 32 2.6.3 Tính linh hoạt về băng thông ............................................................................ 33

CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE ............................................. 34

3.1 RLC: radio link control – điều khiển liên kết vô tuyến ........................................... 37 3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường (medium access control) .......................... 38

3.2.2 Hoạch định đường xuống. ................................................................................. 41 3.2.3 Hoạch định đường lên. ...................................................................................... 43 3.2.4 Hybrid ARQ ...................................................................................................... 46

3.3 PHY: physical layer - lớp vật lý ............................................................................... 50 3.4 Các trạng thái LTE ................................................................................................... 53 3.5 Luồng dữ liệu ........................................................................................................... 54

GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm1


CHƯƠNG 4 LỚP VẬT LÝ LTE ...................................................................................... 56

4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần (Overall time-domain structure) ..................... 56 4.2 Sơ đồ truyền dẫn đường xuống ................................................................................ 58

4.2.1 Tài nguyên vật lý đường xuống ........................................................................ 58 4.2.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống. .............................................................. 63

4.2.2.1 Các chuỗi tín hiệu tham khảo và việc nhận dạng tế bào lớp vật lý (Reference signals sequences and physical layer cell identity) ............................. 64 4.2.2.2 Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference signal frequency hopping) ........ 65 4.2.2.3 Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference signals for multi-antenna transmission) ................................................................................... 66

4.2.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống .................................................................. 67 4.2.3.1 Chèn CRC .................................................................................................. 70 4.2.3.2 Mã hóa kênh ............................................................................................... 70 4.2.3.3 Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý ........................................................... 71 4.2.3.4 Ngẫu nhiên hóa mức độ bit ........................................................................ 71 4.2.3.5 Điều chế dữ liệu ........................................................................................ 73 4.2.3.6 Ánh xạ anten .............................................................................................. 73 4.2.3.7 Ánh xạ khối tài nguyên .............................................................................. 73 4.2.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống ..................................................... 75 4.2.5 Truyền dẫn nhiều anten đường xuống ........................................................... 77 4.2.5.1 Hai anten mã hóa khối không gian-tần số (SFBC) .................................... 79 4.2.5.2 Tạo dạng tia (beam-forming) ..................................................................... 79 4.2.5.3 Ghép kênh không gian ............................................................................... 80

4.2.6 Multicast/broadcast sử dụng MBSFN ............................................................... 81 4.3 Scheme truyền dẫn đường lên ................................................................................. 82

4.3.1 Tài nguyên vật lý đường lên ............................................................................. 82 4.3.2 Tín hiệu tham khảo đường lên .......................................................................... 86

4.3.2.1 Nhiều tín hiệu tham khảo .......................................................................... 89 4.3.2.2 Tín hiệu tham khảo cho việc dò kênh ........................................................ 90

4.3.3 Xử lý kênh truyền tải đường lên ....................................................................... 93 4.3.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên .............................................................. 95 4.3.5 Định thời sớm đường lên (Uplink timing advance) .......................................... 98

CHƯƠNG 5 CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE ............................................................ 101

5.1 Dò tìm tế bào (cell search) ..................................................................................... 101 5.1.1 Thủ tục dò tìm cell (cell search) ..................................................................... 101 5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ ........................................ 103 5.1.3 Dò tìm cell ban đầu và kế cận ......................................................................... 105

5.2 Truy cập ngẫu nhiên ............................................................................................... 106 5.2.1 Bước 1: Truyền dẫn Preamble truy cập ngẫu nhiên ........................................ 107 5.2.2 Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên ............................................................ 111 5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối ........................................................................... 112 5.2.4 Bước 4: Giải quyết tranh chấp ........................................................................ 113

5.3 Paging .................................................................................................................... 114

KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 116

CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 122



DANH MỤC HÌNH VẼ

1.1 Kiến trúc của mạng LTE

1.2 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác

1.3 Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000

1.4 Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ của một hệ

thống GSM đã được triển khai

2.1 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền đường xuống trong miền thời gian và tần số

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

2.3 FDD vs. TDD

3.1 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)

3.2 Phân đoạn và hợp đoạn RLC

3.3 Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic lên các kênh truyền dẫn

3.4 Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn trong đường xuống (bên trái) và đường lên

(bên phải)

3.5 Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ

3.6 Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song

3.7 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH

3.8 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH

3.9 Các trạng thái LTE

3.10 Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE

4.1 Cấu trúc miền thời gian LTE



4.2 Các ví dụ về việc chỉ định khung phụ đường lên/đường xuống trong trường

hợp TDD và sự so sánh với FDD

4.3 Tài nguyên vật lý đường xuống LTE

4.4 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE

4.5 Cấu trúc khung phụ và khe thời gian đường xuống LTE

4.6 Khối tài nguyên đường xuống dành cho tiền tố chu trình bình thường

4.7 Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống LTE dành cho tiền tố chu trình bình

thường

4.8 Cấu trúc tín hiệu tham khảo trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten đường

xuống

4.9 Xử lý kênh truyền tải đường xuống

4.10 Chèn CRC đường xuống

4.11 Khối mã hóa Turbo LTE

4.12 Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý

4.13 Ngẫu nhiên hóa đường xuống

4.14 Điều chế dữ liệu

4.15 Ánh xạ khối tài nguyên đường xuống

4.16 Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống

4.17 Lưới thời gian/tần số LTE

4.18 Các phần tử kênh điều khiển và các ứng cử kênh điều khiển

4.19 Ánh xạ anten LTE bao gồm việc ánh xạ lớp sau quá trình tiền mã hóa

4.20 Mã hóa hai anten khối không gian-tần số trong kết cấu khung nhiều anten

LTE

4.21 Tạo dạng tia (beam-forming) trong kết cấu khung nhiều anten LTE

4.22 Ghép kênh không gian trong kết cấu khung nhiều anten LTE

4.23 Những ký hiệu tham khảo riêng tế bào và chung tế bào trong các khung phụ

MBSN

4.24 Kiến trúc cơ bản của truyền dẫn DFTS-OFDM

4.25 Kiến trúc miền tần số đường lên LTE

4.26 Cấu trúc khe thời gian và khung phụ đường lên LTE

4.27 Cấp phát tài nguyên đường lên LTE



4.28 Nhảy tần đường lên

4.29 Tín hiệu tham khảo đường lên được chèn vào trong khối thứ tư của mỗi khe

thời gian đường lên

4.30 Sự hình thành tín hiệu tham khảo đường lên miền tần số

4.31 Phương pháp tạo ra tín hiệu tham khảo đường lên từ chuỗi Zadoff-Chu có độ

dài tốt nhất

4.32 Truyền dẫn các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh đường lên

4.33 Xử lý kênh truyền tải đường lên LTE

4.34 Ghép kênh dữ liệu và báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2

trong trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH và điều khiển

L1/L2

4.35 Kiến trúc tài nguyên được sử dụng cho báo hiệu điều khiển

L1/L2 đường lên trong trường hợp không truyền dẫn đồng thời UL-

SCH

4.36 Đề xuất định thời đường lên

5.1 Tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp

5.2 Việc phát tín hiệu đồng bộ trong miền tần số

5.3 Tổng quan của thủ tục truy cập ngẫu nhiên

5.4 Miêu tả nguyên lý của truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên

5.5 Định thời Preamble ở eNodeB cho người sử dụng truy cập ngẫu nhiên khác

nhau

5.6 Sự hình thành phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên

5.7 Việc dò tìm phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên trong miền tần số

5.8 Việc thu nhận không liên tục (DRX) cho tìm gọi (paging)



DANH MỤC BẢNG BIỂU

1.1 Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP

1.2 LTE và WiMAX

1.3 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng

1.4 Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA



LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông

phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát

triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và

triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thế

hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở

nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ

những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động

thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu

biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy

cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử

dụng.

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát

triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu

tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm

năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long

Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực

tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần.

Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối.

Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc

mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy

hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu

tốc”. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di



động thế hệ thứ tư (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng

4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di

động hiện nay.

Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình

là: “Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng”. Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng

quan về công nghệ LTE cũng như là những kỹ thuật và thành phần được sử dụng

trong công nghệ này để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn mà công

nghệ này sẽ mang lại.

Đề tài của em bao gồm 5 chương:

Chương 1 Giới thiệu về công nghệ và mục tiêu thiết kế LTE

Chương 2 Tổng quan về truy cập vô tuyến trong LTE

Chương 3 Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE

Chương 4 Lớp vật lý LTE

Chương 5 Các thủ tục truy cập LTE

Tuy nhiên do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và

hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của người trình bày nên đồ

án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh

khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Tâm



CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE

1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Đặc tả kỹ thuật cho LTE đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm tới. Các mục tiêu của công nghệ này là:

- Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz:o Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps

- Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6:

o Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.

- Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần)

- Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế.



Hình 1.1 - Kiến trúc của mạng LTE

- Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD.

1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE

1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax

Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kỹ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn WiMax hiện tại (802.16e) cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên, khi LTE được triển khai ra thị trường có thể WiMax cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là WiMax 2.0) có tốc độ tương đương hoặc cao hơn.



Hình 1.2 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác.

Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access). Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA.

LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex). Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố đầu năm nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp FDD). TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và TLE.

Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP

Phiên

bảnThời điểm hoàn tất Tính năng chính / Thông tin

Release

99Quí 1/2000

Giới thiệu UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) và WCDMA

(Wideband CDMA).

Release

4Quí 2/2001

Bổ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP và có những cải tiến cho

UMTS.



Release

5Quí 1/2002

Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và HSDPA (High-Speed Download

Packet Access).

Release

6Quí 4/2004

Kết hợp với Wireless LAN, thêm HSUPA (High-Speed Upload Packet Access)

và các tính năng nâng cao cho IMS như Push to Talk over Cellular (PoC).

Release

7Quí 4/2007

Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ và các ứng dụng thời gian

thực như VoIP. Phiên bản này cũng tập trung vào HSPA+ (High Speeed Packet

Evolution) và EDGE Evolution.

Release

8

Dự kiến cuối năm

2008 hoặc đầu năm

2009

Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như là mạng IP thế hệ thứ tư hoàn toàn

dựa trên IP.

Hiện tại WiMax có lợi thế đi trước LTE: mạng WiMax đã được triển khai và thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trường, còn LTE thì sớm nhất cũng phải đến năm 2010 người dùng mới được trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media) và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) – những con số “trong mơ” đối với WiMax. Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu.

Bảng 1.2: LTE và WIMAX

Tính năng 3GPP LTE RAN1 802.16e/Mobile WiMax R1 802.16m/Mobile WiMax R2

Ghép kênh TDD, FDD TDD TDD, FDD

Băng tần dự kiến 700MHz – 2,6GHz 2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz

Tốc độ tối đa

(Download/Upload)300Mbps /100Mbps 70Mbps /70Mbps 300Mbps /100Mbps

Di động 350km/h 120km/h 350km/h

Phạm vi phủ sóng 5/30/100km 1/5/30km 1/5/30km

Số người dùng VoIP đồng

thời80 50 100

Thời điểm hoàn tất chuẩnDự kiến cuối năm 2008 hoặc

đầu năm 2009

2005Dự kiến trong năm 2009

Triển khai ra thị trường 2009-2010/2012 2007-2008/2009 2010



Thời thế đổi thay, nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc triển khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏ con đường WiMax để chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất tại Mỹ là AT&T và Verizon Wireless. Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và Tây Âu nghiêng về LTE, trong khi các nước mới phát triển (đặc biệt là ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương) thì ủng hộ WiMax.

Nhiều hãng sản xuất thiết bị đi nước đôi, một mặt tuyên bố vẫn ủng hộ WiMax, mặt khác lại dốc tiền đầu tư cho LTE. Ngay như Intel, đầu tàu hậu thuẫn WiMax, cũng “đổi giọng”. Cả Siavash M. Alamouti, giám đốc kỹ thuật Wireless Mobile Group và Sean Maloney, giám đốc tiếp thị của Intel, trong các phát biểu gần đây đều cho rằng WiMax có thể “hoà hợp” với LTE.

Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất. Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn chung? Hiệu năng của WiMax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết định hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường.

1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE- Các đại gia viễn thông hướng đến LTE:

Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di động đang đoàn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết các công ty viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, France Telecom/Orange, Nokia, Nokia Siemens Networks, AT&T, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo, Samsung, Signalion, Telecom Italia, ZTE... Kế hoạch thử nghiệm và triển khai công nghệ này đang được các công ty trên cùng hợp tác thúc đẩy, dự kiến vào khoảng năm 2009-2010 sẽ được thương mại hóa đến với người dùng.

Mạng NTT DoCoMo của Nhật sẽ đi tiên phong khi đặt mục tiêu khai trương dịch vụ vào năm 2009.

Các mạng Verizon Wireless, Vodafone, và China Mobile tuyên bố hợp tác thử nghiệm LTE vào năm nay. Việc triển khai cơ sở hạng tầng cho LTE sẽ bắt đầu vào nửa sau của năm 2009 và kế hoạch cung cấp dịch vụ sẽ bắt đầu vào năm 2010.



Với việc dành được số lượng giấy phép sử dụng băng tần 700 MHz thứ 2 sau Verizon, mạng AT&T cũng lên kế hoạch sử dụng băng tần này cho LTE. Hãng này tuyên bố có đủ băng thông 20 MHz dành cho LTE để phủ sóng 82% dân số của 100 thành phố hàng đầu của Mỹ. Như vậy 2 mạng chiếm thị phần lớn nhất của Mỹ đều chọn LTE là giải pháp tiến lên 4G.

Mạng Telstra của Úc gần đây cũng đã xác nhận phát triển theo hướng LTE. Hãng TeliaSonera, nhà cung cấp lớn nhất cho thị trường Bắc Âu và vùng Baltic cũng cam kết sẽ sử dụng công nghệ LTE cho các thị trường của mình.

Ngày 11/6/2008, theo Financial Times, cổ phiếu của Nortel, nhà sản xuất viễn thông nổi tiếng của Canada, đã tăng 13% khi hãng tuyên bố tập trung các nỗ lực nghiên cứu không dây vào công nghệ LTE thay vì công nghệ đối thủ WiMAX.

- Tương lai không còn xa

Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mb/s trong môi trường đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc. Trên băng tần 2,6 GHz với 20MHz băng thông, tốc độ này đã vượt xa tốc độ yêu cầu là 100 Mbps.

Giám đốc kỹ thuật của hãng, ông Stephan Scholz phát biểu: “Khi thế giới

tiến gần đến con số 5 tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đoán của chúng tôi, các nhà cung cấp dịch vụ di động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc mạng đơn giản nhất và hiệu quả chi phí cao nhất để phục vụ lưu lượng liên lạc cao hơn 100 lần. Cuộc thử nghiệm thực tế này là một chứng minh ban đầu quan trọng cho khái niệm về LTE”.

Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã được trình diễn vào Hội nghị Thế giới di động (Mobile World Congress) được tổ chức vào tháng 2/2008 tại Barcelona, Tây Ban Nha. Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử nghiệm LTE đạt đến tốc độ 250Mbps.

Tại các triển lãm viễn thông quốc tế gần đây, các nhà sản xuất Huawei, Motorola, Ericsson… cũng đã biểu diễn LTE với các ứng dụng như xem tivi chất lượng cao HDTV, chơi game online…

Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần.



Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần 1 đường dây cố định để kết nối. Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao, điện thoại thấy hình, chơi game trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… Và hãy nhớ: với tốc độ siêu tốc.

1.3 Mục tiêu thiết kế LTE

Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm 2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913. Những yêu cầu cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau:

• Tiềm năng, dung lượng.

• Hiệu suất hệ thống

• Các vấn đề liên quan đến việc triển khai

• Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)

• Quản lý tài nguyên vô tuyến

• Độ phức tạp

• Những vấn đề chung

1.3.1 Tiềm năng công nghệ

Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống là 100 Mbit/s và đường lên là 50 Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 MHz. Khi mà phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo. Do đó, điều kiện đặt ra là có thể biểu diễn được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz cho đường lên. Như sẽ được thảo luận dưới đây, LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD. Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, truyền dẫn đường lên và đường xuống, theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác, đối với trường hợp FDD, đặc tính của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh theo phần lý thuyết ở trên.

Yêu cầu về độ trễ được chia thành: yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển (the control-plane latency requirements) và yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng (the user-plane latency requirements). Yêu cầu độ trễ control-plane xác định độ trễ của việc chuyển từ các trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhau sang



trạng thái tích cực khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận dữ liệu. Có hai cách xác định: cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn như trạng thái Release 6 idle mode, khi đó thì thủ tục chiếm 100 ms; cách xác định thứ hai được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ chẳng hạn như trạng thái Release 6 Cell_PCH, khi đó thì thủ tục chiếm 50 ms. Trong cả hai thủ tục này, thì độ trễ chế độ ngủ và việc báo hiệu non-RAN đều được loại trừ. (Chế độ Release 6 idle là 1 trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là, mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết bị đầu cuối và thiết bị đầu cuối cũng không được chỉ định một tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại những khoảng thời gian cụ thể. Trạng thái Release 6 Cell_PCH là trạng thái khi mà thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy mạng truy nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhưng thiết bị đầu cuối lại không được cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối lúc này có thể đang trong chế độ ngủ).

Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được thể hiện quan thời gian để truyền một gói IP nhỏ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN hoặc ngược lại được đo từ lớp IP. Thời gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5 ms trong mạng không tải (unloaded network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác xuất hiện trong tế bào.

Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động ở khoảng tần 5 MHz. Trong mỗi phân bố rộng hơn 5 MHz, thì ít nhất có 400 thiết bị đầu cuối được hỗ trợ. Số lượng thiết bị đầu cuối không tích cực trong tế bào không nói rõ là bao nhiêu nhưng có thể là cao hơn một cách đáng kể.

1.3.2 Hiệu suất hệ thống

Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, và MBMS nâng cao.

Nhìn chung, các yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử dụng phiên bản 6 HSPA. Đối với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten thu, trong khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten thu. Tuy nhiên, một điều quan trọng cần lưu ý là những đặc tính nâng cao như là một phần của việc cải tiến HSPA thì không được bao gồm trong tham chiếu chuẩn. Vì thế, mặc dù thiết bị đầu cuối trong hệ thống chuẩn được giả định là có hai anten



thu thì một bộ thu RAKE đơn giản vẫn được áp dụng. Tương tự, ghép kênh không gian cũng không được áp dụng trong hệ thống chuẩn.

Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố người dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ 5 (khi mà 95% người dùng có được chất lượng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/MHz/cell. Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong bảng 1.3.

Bảng 1.3 - Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng

Phương pháp đo hiệu suấtMục tiêu đường xuống so

với cơ bảnMục tiêu đường lên so với

cơ bảnLưu lượng người dùng trung bình (trên 1 MHz)

3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần

Lưu lượng người dùng tại biên tế bào (trên 1 MHz, phân vị thứ 5)


Hiệu suất phổ (bit/s/Hz/cell)


Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các thiết bị đầu cuối di động. Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối đa, và cho phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn. Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE vẫn cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống phải duy trì được kết nối trên toàn mạng tế bào. Tốc độ tối đa có thể quản lý đối với một hệ thống LTE có thể được thiết lập đến 350 km/h (hoặc thậm chí đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần). Một yếu tố quan trong đặc biệt là dịch vụ thoại được cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ.

Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính), nghĩa là khoảng cách tối đa từ vùng tế bào (cell site) đến thiết bị đầu cuối di động trong cell. Đối với phạm vi tế bào lên đến 5 km thì những yêu cầu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30 km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng và hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng. Khi mà phạm vi tế bào lên đến 100 km thì không thấy có đặc tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào được nói rõ trong trường hợp này.



Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: broadcast (quảng bá) và unicast. Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp những dịch vụ tốt hơn so với những gì có thể trong phiên bản 6. Yêu cầu đối với trường hợp broadcast là hiệu suất phổ 1 bit/s/Hz, tương ứng với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng 300 kbit/s trong mỗi phân bố phổ tần 5 MHz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ MBMS với chỉ một dịch vụ trên một sóng mang, cũng như là kết hợp với các dịch vụ non-MBMS khác. Và như vậy thì đương nhiên đặc tính kỹ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS.

1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai

Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, độ linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với các công nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA.

Những yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm: trường hợp mà hệ thống LTE được triển khai như là một hệ thống độc lập và trường hợp mà LTE được triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM. Do đó mà yêu cầu này sẽ không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế. Những yêu cầu về độ linh hoạt phổ và triển khai sẽ được phác thảo chi tiết hơn trong phần 1.3.3.1.

Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP khác và những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động hỗ trợ những công nghệ này. Bảng 1.4 liệt kê những yêu cầu về sự gián đoạn, đó là, thời gian gián đoạn dài nhất trong liên kết vô tuyến khi phải di chuyển giữa các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau, bao gồm cả dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực. Có một điều đáng chú ý là những yêu cầu này không được chặt chẽ cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển giao và hy vọng khi mà triển khai thực tế thì sẽ đạt được những giá trị tốt hơn đáng kể.

Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xác định việc chuyển đổi lưu lượng multicast từ phương pháp broadcast trong LTE thành phương pháp unicast trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù không có số lượng cho trước.

Bảng 1.4 - Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA



1.3.3.1 Độ linh hoạt phổ và việc triển khai

Nền tảng cho những yêu cầu về độ linh hoạt phổ là những điều kiện để LTE có thể được triển khai trên những băng tần IMT-2000 hiện hành, nghĩa là khả năng cùng tồn tại với các hệ thống đã được triển khai trên những băng tần này, bao gồm WCDMA/HSPA và GSM. Một phần liên quan đến những yêu cầu LTE về mặt độ linh hoạt phổ là khả năng triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE cho dù phân bố phổ là theo cặp hay đơn lẻ, như vậy LTE có thể hỗ trợ cả Song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD).

Sơ đồ song công hay việc qui hoạch song công là một thuộc tính của công nghệ truy cập vô tuyến. Tuy vậy, một phân bố phổ cho trước thì cũng được liên kết với một qui hoạch song công cụ thể. Hệ thống FDD được triển khai theo một cặp phân bố phổ, với một dải tần cho truyền dẫn đường xuống và một dải tần khác dành cho đường lên. Còn hệ thống TDD thì được triển khai trong các phân bố phổ đơn lẻ.

Lấy một ví dụ là phổ của IMT-2000 tại tần số 2 GHz, gọi là băng tần lõi IMT-2000. Như trình bày trong hình 1.3, nó bao gồm cặp băng tần 1920-1980 MHz và 2110-2170 MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên FDD, và hai băng tần là 1910-1920 MHz và 2010-2025 MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên TDD. Chú ý là có thể vì những qui định của địa phương và vùng mà việc sử dụng phổ của IMT-2000 có thể khác so với những gì được trình bày ở đây.

Hình 1.3 – Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000



Cặp phân bố cho FDD trong hình 1.3 là 2 x 60 MHz, nhưng phổ khả dụng cho một nhà khai thác mạng đơn lẻ có thể chỉ là 2 x 20 MHz hoặc thậm chí là 2 x 10 MHz. Trong những băng tần khác phổ khả dụng có thể còn ít hơn nữa. Ngoài ra, sự dịch chuyển của phổ đang được sử dụng cho những công nghệ truy cập vô tuyến khác cần phải diễn ra một cách từ từ để chắc chắn rằng lượng phổ còn lại phải đủ để hỗ trợ cho những người dùng hiện tại. Vì vậy, lượng phổ ban đầu được dịch chuyển tới LTE có thể tương đối nhỏ, nhưng sau đó có thể tăng lên từ từ, được thể hiện trong hình 1.4. Sự khác nhau của những diễn tiến phổ có thể xảy ra sẽ dẫn đến một yêu cầu về độ linh hoạt phổ cho LTE dưới dạng băng thông truyền dẫn được hỗ trợ.

Hình 1.4 – Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ 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 còn 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 không 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.

1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)

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 vậy 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 toán 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.

1.3.5 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 thông 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 giữa 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 vô tuyến.

Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi 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 vô tuyến, chẳng hạn như quá trình nén tiêu đề IP (IP header).

Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau đòi 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 công nghệ truy cập vô 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.

1.3.6 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 không bắt buộc. Điều này cũng đưa đến việc tối giản những trường hợp kiểm thử cần thiết.

1.3.7 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 không 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. Ngoài 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 VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE

Trong chương trước, chúng ta đã thảo luận về những mục tiêu của LTE và từ những thảo luận này thì rõ ràng là LTE đã được phát triển với những mục tiêu hoạt động mạnh mẽ đáng ghi nhớ. Và đến 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. Chương 3 – 5 sẽ đi vào chi tiết hơn nữa về vấn đề truy cập vô tuyến LTE một cách tổng quát cũng như là những đặc tính chủ yếu cụ thể của nó.

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 soát 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 thông 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 fredom) 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 đòi hỏi cần phải có bộ lọc RF linh hoạt (flexible RF filtering) khi đó thì sơ đồ truyền dẫn chính xác là không 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 công 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 soát 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 còn 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 Single Carrier FDMA (SC-FDMA).

2.2 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ (Channel-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 toàn 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 không chỉ trong miền thời gian, như HSPA, mà còn 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 thác sự thay đổi chất lượng kênh truyền trong miền tần số sẽ giúp cải thiện hiệu suất của toàn 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).



Hình 2.1 – Hoạch định phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số.

2.2.2 Hoạch định đường lên

Đường lên LTE dựa trên sự phân cách trực giao giữa các người dùng và nhiệm vụ của scheduler 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. Tuy nhiên, như 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 không 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 scheduler đường lên và đường xuống trong tế bào để kiểm soát nhiễu liên tế bào. Bằng việc hạn chế công suất phát của các thành phần phổ (parts of the spectrum) trong tế bào, mà nhiễu xuất hiện trong những tế bào lân cận thuộc thành phần phổ này sẽ được giảm bớt. Thành phần phổ này có thể được sử dụng để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn cho những người dùng thuộc tế bào lân cận. Thực ra thì hệ số tái sử dụng tần số là khác nhau đối với những phần khác nhau của tế bào.

Chú ý rằng việc điều phối nhiễu liên tế bào là một chiến lược hoạch định quan trọng mà trong đó cần quan tâm đến vị trí của những tế bào lân cận. Do đó,



việc điều phối nhiễu liên tế bào là một vấn đề triển khai với phạm vi lớn và khó có thể nhìn thấy được trong các chi tiết kỹ thuật. Điều này cũng có nghĩa là việc điều phối nhiễu chỉ có thể được áp dụng với một nhóm các tế bào đã được lựa chọn, dựa trên những yêu cầu triển khai riêng biệt được đặt ra.

2.3 ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm (Hybrid ARQ with soft combining)

Kỹ thuật ARQ hỗn hợp nhanh với việc kết hợp mềm (Fast hybird ARQ with soft combining) được sử dụng cho LTE vì những lý do tương tự như trong HSPA, cụ thể là khả năng cho phép thiết bị đầu cuối nhanh chóng yêu cầu truyền lại những khối truyền tải thu được bị lỗi và cung cấp công cụ cho việc thích ứng tốc độ ẩn (implicit rate adaptation). Giao thức cơ bản cũng tương tự với cái được sử dụng cho HSPA, đó là phương pháp sử dụng nhiều stop and wait ARQ hỗn hợp song song (multiple parallel stop and wait hybrid ARQ). Việc truyền lại có thể được yêu cầu nhanh chóng sau mỗi gói truyền, do đó có thể giảm thiểu được những ảnh hưởng đến hoạt động của người dùng cuối do những gói tin thu được bị lỗi gây ra. Sự dư thừa gia tăng (incremental redundancy) được sử dụng như là chính sách kết hợp mềm (the soft combining strategy) và đầu thu sẽ nhớ đệm (buffer) những bit mềm để có thể thực hiện việc kết hợp mềm giữa những lần truyền.

2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten (Multiple antenna support)

LTE ngay từ đầu đã hỗ trợ kỹ thuật nhiều anten tại cả trạm gốc và thiết bị đầu cuối như là một phần không thể thiếu trong đặc điểm kỹ thuật. Xét trên nhiều mặt thì việc sử dụng nhiều anten là một kỹ thuật quan trọng để đạt được những mục tiêu mạnh mẽ cho hiệu năng của LTE. Như đã biết thì việc sử dụng nhiều anten được áp dụng cho nhiều trường hợp với nhiều mục đích khác nhau:

• Nhiều anten thu có thể được sử dụng cho việc thu phân tập (receive

diversity). Đối với truyền dẫn đường lên, kỹ thuật này đã được sử dụng cho các hệ thống tế bào từ nhiều năm trước. Tuy nhiên, khi mà cấu hình hai anten thu trở thành cơ sở cho tất cả các thiết bị đầu cuối LTE thì hiệu suất đường lên cũng được cải thiện đáng kể. Phương pháp đơn giản nhất của việc sử dụng nhiều anten là kỹ thuật phân tập thu cổ điển để khử fading, nhưng lợi ích thêm được đó là việc giới hạn được nhiễu nếu các anten được sử dụng không chỉ cung cấp sự phân tập để chống fading, mà còn dùng để triệt nhiễu.



• Nhiều anten phát tại trạm gốc có thể được sử dụng cho phân tập phát và

các dạng tạo chùm tia khác (beam forming). Mục tiêu chính của việc tạo chùm tia là cải thiện tỷ số SNR hoặc SIR thu được, đồng thời cải thiện năng suất hệ thống và tầm phủ sóng.

• Ghép kênh không gian, đôi khi cũng được xem như là MIMO, việc sử

dụng nhiều anten cho cả máy phát và máy thu được hỗ trợ bởi LTE. Việc ghép kênh không gian dẫn đến việc cho phép tăng tốc độ trong những tình huống mà điều kiện kênh truyền có băng thông bị giới hạn bằng cách tạo ra nhiều kênh song song.

Nói chung, các kỹ thuật đa anten đều mang lại lợi ích trong những hoàn cảnh khác nhau. Ví dụ, tại tỷ số SNR và SIR tương đối thấp, chẳng hạn như khi tải trọng cao hoặc tại biên tế bào, việc ghép kênh không gian sẽ đem lại một số lợi ích nhất định. Đáng lẽ, trong những trường hợp này, phải dùng nhiều anten tại đầu phát để nâng SNR/SIR bằng phương pháp tạo chùm tia (beam forming). Mặt khác, trong trường hợp khi mà SNR và SIR tương đối cao, ví dụ như trong những tế bào nhỏ, việc nâng cao chất lượng tín hiệu mang lại những lợi ích phụ khi mà tốc độ dữ liệu thu được bị giới hạn chủ yếu bởi băng thông hơn là do giới hạn về SIR/SNR. Trong những trường hợp như vậy, đáng lẽ ra phải dùng kỹ thuật ghép kênh không gian để khai thác triệt để những trạng thái kênh truyền tin cậy. Hệ thống đa anten được sử dụng dưới sự điều khiển của trạm gốc để từ đó có thể lựa chọn được sơ đồ phù hợp cho mỗi đường truyền.

2.5 Hỗ trợ multicast và broadcast

Phát quảng bá nhiều tế bào (multi-cell broadcast) nghĩa là việc truyền đi những thông tin giống nhau từ nhiều tế bào. Bằng việc khai thác kỹ thuật này tại thiết bị đầu cuối, việc sử dụng hiệu quả năng lượng tín hiệu từ nhiều vùng tế bào tại bộ phát hiện (the detection) cũng cải thiện đáng kể vùng phủ sóng. Kỹ thuật này đã được khai thác đối với trường hợp broadcast/multicast nhiều tế bào trong WCDMA, khi đó một thiết bị đầu cuối có thể nhận tín hiệu từ nhiều tế bào và kích hoạt việc kết hợp mềm (soft combine) những tín hiệu này tại bộ thu.

LTE sẽ tiến thêm một bước để nâng cao hiệu quả broadcast nhiều tế bào. Bằng việc truyền đi không chỉ những tín hiệu đồng nhất từ nhiều site tế bào (với sự điều chế và mã hóa đồng nhất) mà còn đồng bộ thời gian truyền dẫn giữa những tế bào, tín hiệu tại thiết bị đầu cuối di động sẽ được tái hiện chính xác như tín hiệu đã được truyền đi từ một site tế bào đơn lẻ và giải quyết được hiện tượng truyền đa



đường. Do khả năng chống lại hiện tượng truyền đa đường mạnh mẽ của OFDM, việc truyền dẫn nhiều tế bào như vậy (multi cell transmission), cũng được xem như là truyền dẫn Mạng đơn tần số Multicast-Broadcast (MBSFN: Multicast-Broadcast Single Frequency Network), khi đó sẽ không chỉ cải thiện cường độ tín hiệu thu được mà còn loại trừ được nhiễu liên tế bào. Vì vậy, với OFDM, lưu lượng broadcast/multicast chỉ bị giới hạn bởi tạp âm và trong trường hợp với những tế bào nhỏ, có thể đạt đến những giá trị rất cao.

Cần phải chú ý rằng việc sử dụng truyền dẫn MBSFN cho broadcast/multicast nhiều tế bào đòi hỏi sự chặt chẽ trong vấn đề về liên kết thời gian và đồng bộ (synchronization and time alignment) của những tín hiệu được phát từ những site tế bào khác nhau.

2.6 Tính linh hoạt phổ

Như đã được thảo luận trong chương 1, mức độ linh hoạt phổ cao là một trong những đặc tính chủ yếu của công nghệ truy nhập vô tuyến LTE. 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, bao gồm những sự khác nhau về sắp xếp song công (duplex arrangements), băng tần hoạt động, và kích thước của phổ tần khả dụng.

Hình 2.3 - FDD vs. TDD. FDD: Frequency Division Duplex; TDD: Time Divison Duplex; DL:Downlink; UL: Uplink



2.6.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công

Một phần quan trọng trong những yêu cầu 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, như 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, theo đó truyền dẫn đường lên và đường xuống xuất hiện trong những băng tần khác và hoàn toàn tách biệt. TDD theo như minh họa trong hình 2.3b, thì truyền dẫn đường lên và đường xuống xuất hiện trong những khe thời gian không trùng nhau. Do vậy, TDD có thể hoạt động với phổ không theo cặp (unpaired spectrum), trong khi FDD lại yêu cầu phổ theo cặp (paired spectrum).

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 đối với phân bố theo cặp và truy nhập vô tuyến TD-CDMA/TDSCDMA đối 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 và vì thế mà những thiết bị đầu cuối có khả năng hoạt động với cả FDD và TDD vẫn còn chưa được phổ biến. Mặt khác, 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. Như là một hệ quả của điều này, phần tổng quan về truy nhập vô tuyến hỗ trợ cả FDD và TDD của LTE sẽ được bàn đến chi tiết hơn trong những chương tiếp theo, trong trường hợp có sự khác nhau giữa FDD và TDD thì sự khác nhau này sẽ được trình bày rõ ràng.

2.6.2 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động

LTE được triển khai dựa trên cơ sở theo nhu cầu, có thể tạo ra phổ tần khả dụng bằng cách ấn định phổ tần mới cho thông tin di động, chẳng hạn băng tần 2.6 GHz, hoặc bằng cách dịch chuyển cho LTE phổ tần hiện đang được sử dụng cho công nghệ thông tin di động khác, ví dụ như những hệ thống GSM thế hệ thứ hai, hoặc thậm chí là những công nghệ vô tuyến không phải của di động (non –mobile radio technologies) ví dụ 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 từ 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, tự bản thân nó không có gì là mới. Ví dụ, những thiết bị đầu cuối 3 băng tần là rất phổ biến, có khả năng hoạt động trên cả băng tần 900, 1800, và



1900 MHz. Từ một triển vọng về chức năng truy cập vô tuyến, điều này không có 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 (out of band emission) v.v… Một nguyên nhân cho việc này là do những ràng buộc bên ngoài, được áp đặt bởi những khung quy định (regulatory bodies), 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 của việc này 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 hoặc do 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. Hiển nhiên, trong những trường hợp như vậy, tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được sẽ vì lẽ 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. Như sẽ được biết trong phần tiếp theo, đặc điểm kỹ thuật về truy nhập vô tuyến cơ bản bao gồm lớp vật lý và các tiêu chuẩn giao thức, cho phép bất cứ băng thông truyền dẫn nào nằm trong khoảng từ 1 MHz lên tới hơn 20 MHz theo từng bước 180 KHz. Đồng thời, tại giai đoạn ban đầu, những yêu cầu về tần số vô tuyến chỉ được chỉ định cho một nhóm nhỏ băng thông truyền dẫn giới hạn, tương ứng với những dự đoán liên quan đến các kích thước phân bố phổ và các diễn tiến dịch chuyển (migration scenarios). Như vậy, trong thực tế truy nhập vố tuyến LTE hỗ trợ một nhóm giới hạn các băng thông truyền dẫn, tuy nhiên những



băng thông truyền dẫn bổ sung có thể dễ dàng được hỗ trợ bằng cách cập nhật lại đặc điểm kỹ thuật của RF.

CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE

Tương tự với WCDMA/HSPA cũng như là hầu hết những hệ thống truyền thông hiện đại khác, quy trình kỹ thuật dành cho LTE được cấu trúc thành nhiều lớp vật lý khác nhau. Mặc dù có một số lớp trong những lớp này thì tương tự với những lớp được sử dụng cho WCDMA/HSPA nhưng vẫn có một số khác biệt, chẳng hạn như sự khác nhau về kiến trúc tổng thể giữa WCDMA/HSPA và LTE. Chương này gồm có những mô tả cho các lớp giao thức bên trên lớp vật lý, sự tương tác giữa chúng, và sự giao tiếp với lớp vật lý.

Tổng quan về kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh họa trong hình hình 3.1 . Có một vấn đề sẽ trở nên rõ ràng hơn trong phần thảo luận tiếp theo đó là không phải tất cả những phần tử được minh họa trong hình 3.1 đều được áp dụng trong mọi trường hợp. Ví dụ như trong trường hợp broadcast thông tin hệ thống thì MAC scheduling và hybrid ARQ đều không được sử dụng. Hơn nữa,



kiến trúc giao thức LTE liên quan đến đường lên thì tương tự với kiến trúc đường xuống trong hình 3.1, mặc dù cũng có một số sự khác biệt về sự lựa chọn định dạng truyền tải (transport format selection) và truyền dẫn đa anten (multi-antenna transmission) và vấn đề này cũng sẽ được thảo luận.

Dữ liệu được truyền trên đường xuống dưới dạng các gói IP trên một trong những tải tin SAE (SAE bearers). Trước khi truyền đi qua giao diện vô tuyến, những gói IP đến (incoming IP packets) sẽ đi qua nhiều phần tử, được tổng kết dưới đây và được mô tả chi tiết hơn trong những phần sau:

• Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence Protocol

-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 tiêu đề dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn được sử dụng trong WCDMA cũng như là trong các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng đảm nhiệm việc mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu được truyền đi. Tại phía thu, giao thức 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 hình cho một thiết bị đầu cuối di động.

• Điều khiển liên kết vô tuyến (Radio Link Control - 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 như WCDMA, giao thức RLC được định vị trong eNodeB vì chỉ có một loại node đơn trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE (LTE radio access network architecture). 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 (Medium Access Control - MAC): điều

khiển việc truyền lại hybrid-ARQ và hoạch định đường lên, đường xuống. Chức năng hoạch định được định vị trong eNodeB, và nó chỉ có một phần tử MAC cho một tế bào, cho cả đường lên và đường xuống. Phần 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 (Physical layer – PHY): điều khiển việc mã hóa / giải mã,

điều chế / giải điều chế, ánh xạ đa anten (multi antenna mapping), 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 (transport channels).

Những phần sau sẽ cung cấp những mô tả chi tiết hơn về các giao thức RLC và MAC của LTE cũng như là tổng quan về lớp vật lý khi được nhìn từ lớp MAC,



trong khi những chi tiết đầy đủ của lớp vật lý LTE sẽ được đề cập đến trong chương 4. Những thông tin khác có thể được tìm thấy trong đặc tính kỹ thuật của LTE và những tham khảo trong đó.

3.1 RLC: radio link control – điều khiển liên kết vô tuyến

RLC LTE, 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 (duplicate removal) 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 (incoming sequence numbers), 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 hình, một báo cáo đặc trưng chỉ chứa thông tin về nhiều PDUs và ít khi được truyền đi. Dựa trên báo cáo trạng thái 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 hình để yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu như được mô tả ở trên, nó được gọi là đang hoạt động trong chế độ báo nhận (Acknowledged Mode – AM). Điều này cũng giống như 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 như WCDMA/HSPA, RLC cũng có thể được cấu hình theo chế độ không báo nhận (Unacknowledged Mode – UM) và chế độ trong suốt (Transparent Mode – 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 (unpredictable channel variations), 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. Tuy nhiên, như sẽ được thảo luận trong phần 3.2.4 dưới đây, không phải trường hợp nào cũng vậy và 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 việc truyền lại và phân phát theo trình tự, RLC cũng chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nối theo như minh họa trong hình 3.2. Dựa trên quyết định của scheduler (scheduler decision), 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, đối với LTE thì kích thước RLC PDU thay đổi một cách động (varies dynamically), trong khi WCDMA/HSPA trước phiên bản 7 lại sử dụng kích thước PDU bán tĩnh (semi-static PDU size). Khi mà tốc độ dữ liệu cao, kích thước PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ hơn tương ứng, còn khi mà tốc độ dữ liệu thấp, đòi hỏi kích thước PDU phải nhỏ nếu không thì tải trọng sẽ trở nên quá lớn. Vì vậy, khi tốc độ dữ liệu nằm trong khoảng từ một vài kbit/s tới trên một trăm Mbit/s, kích thước PDU động (dynamic PDU sizes) 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 (medium access control)

Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC quản lý việc ghép kênh luận lý (logical channel multiplexing), việc truyền lại hybrid-ARQ, và hoạch địch đường lên, đường xuống. Trong khi công nghệ HSPA sử dụng phân tập vĩ mô đường lên (uplink macro diversity) và vì thế nó xác định cả những tế bào phục vụ và không



phục vụ (serving and non-serving cells), thì LTE chỉ xác định một tế bào phục vụ vì không có phân tập vĩ mô đường lên. Tế bào phục vụ (serving cell) 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 (logical channels and transport channels)

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 (traffic channels), 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 (Broadcast Control Channel - BCCH): được

sử dụng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất cả các thiết bị đầu cuối di động trong một tế bào. Trước khi truy nhập vào hệ thống, 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 (Paging Control Channel – PCCH): được sử

dụng cho việc tìm gọi của các thiết bị đầu cuối di động mà mạng không biết được vị trí của nó về mức tế bào (cell level) và vì vậy tin nhắn tìm gọi cần được truyền trong nhiều tế bào.

• Kênh điều khiển dành riêng (Dedicated Control Channel – DCCH):

được dùng cho việc 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 (Multicast Control Channel - MCCH): được

dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển được yêu cầu cho việc tiếp nhận của MTCH, xem phần dưới đây.

• Kênh lưu lượng dành riêng (Dedicated Traffic Channel - DTCH): được

dùng cho việc 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 (Multicast Traffic Channel – MTCH): được

dùng cho truyền dẫn đường xuống những dịch vụ MBMS.



Tương tự với kiến trúc kênh logic được dùng cho WCDMA/HSPA. Tuy nhiên, khi so sánh 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 (Transport Channels). Một kênh truyền tải được định nghĩa bởi những đặc tính mà thông tin được truyền đi qua giao diện vô tuyến. Theo những ghi chú từ 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 (Transmission Time Interval – 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. Trong 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 (Transport Format - TF), xác định cách thức mà khối truyền tải được truyền đi thông qua giao diện vô tuyến. Định dạng truyền tải bao gồm thông tin về kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế (the modulation scheme), ánh xạ anten (the antenna mapping). Cùng với việc phân bố tài nguyên, lưu lượng mã cuối cùng có thể nhận được từ định dạng truyền tải. Bằng 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 vì vậy mà còn 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 – Broadcast Channel (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 tin trên kênh logic BCCH.

• Kênh Paging – Paging channel (PCH): được dùng cho việc paging

thông tin trên kênh logic PCCH. Kênh PCH hỗ trợ việc thu nhận không liên tục (discontinous reception – DRX) nhằm cho phép thiết bị đầu cuối di động tiết kiệm năng lượng pin bằng cách ngủ (sleeping) và chỉ thức (wake up) khi nhận PCH tại những thời điểm xác định trước. Cơ chế paging được mô tả có phần chi tiết hơn trong chương 5.

• Kênh chia sẻ đường xuống – Downlink Shared Channel (DL-SCH): là

kênh truyền tải được dùng cho truyền dẫn dữ liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ những đặc tính của LTE như cơ chế thích ứng tốc độ động (dynamic rate adaption) và hoạch định phụ thuộc kênh truyền (channel-dependent scheduling) trong miền thời gian và tần số, hybrid



ARQ, và ghép kênh không gian (spatial multiplexing). Nó cũng hỗ trợ DRX nhằm làm giảm năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối di động trong khi vẫn cung cấp trải nghiệm luôn mở (always-on experience), tương tự như cơ chế CPC trong HSPA. DL-SCH TTI là 1 ms.

• Kênh multicast – Multicast Channel (MCH): được dùng để hỗ trợ

MBMS và được đặc trưng bởi định dạng truyền tải bán tĩnh và hoạch định bán tĩnh (semi-static transport format and semi-static scheduling). Trong trường hợp truyền dẫn nhiều tế bào (multi-cell transmission) sử dụng MBSFN, cấu hình định dạng truyền tải và hoạch định được điều phối giữa những tế bào liên quan trong truyền dẫn MBSFN.

• Kênh chia sẻ đường lên – Uplink shared channel (UL-SCH): là đường

lên tương ứng với DL-SCH.

Hình 3.3 – Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền dẫn

Một trong những chức năng của MAC là việc ghép các kênh logic khác nhau và ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền tải tương ứng. Không giống với MAC-hs trong HSDPA, MAC trong LTE hỗ trợ ghép kênh các RLC PDUs từ nhiều truyền tải vô tuyến khác nhau (radio bearers) vào cùng khối truyền tải. Vì có một vài mối quan hệ giữa loại thông tin và cách thức mà nó được truyền đi cho nên vẫn tồn tại những giới hạn nào đó trong việc ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền tải. Một ví dụ về ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền tải được đưa ra trong hình 3.3. Những ánh xạ khác cũng được hình dung.

3.2.2 Hoạch định đường xuống.

Một trong những nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là việc truyền dẫn chia sẻ kênh truyền trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian và tần số được chia sẻ động giữa những người dùng trong cả đường lên và đường xuống. Scheduler là một phần của lớp MAC và nó điều khiển việc phân bổ tài nguyên đường lên và đường xuống. Hoạch định đường lên và đường xuống



được tách rời trong LTE và những quyết định phân bố đường lên, đường xuống có thể được đưa ra độc lập lẫn nhau (trong những giới hạn được thiết lập bởi sự phân chia UL/DL đối với hoạt động TDD). Hoạch định đường lên sẽ được bàn đến trong mục 3.2.3, trong khi phần còn lại của mục này sẽ tập trung vào hoạch định đường xuống.

Nguyên tắc cơ bản cho scheduler đường xuống đó là quyết định động (dynamically determine), trong mỗi khoảng thời gian 1 ms, những thiết bị đầu cuối nào được phép thu truyền dẫn DL-SCH và trên những tài nguyên gì. Nhiều thiết bị đầu cuối có thể được hoạch định song song, trong mỗi trường hợp chỉ có 1 DL-SCH trên mỗi thiết bị đầu cuối được hoạch định, và nó sẽ được ánh xạ động (dynamically mapped) tới một tập hợp tài nguyên tần số duy nhất. Đơn vị thời gian-tần số cơ bản trong scheduler còn được gọi là khối tài nguyên (resource block). Các khối tài nguyên được mô tả chi tiết hơn trong chương 4 cùng với việc ánh xạ dữ liệu tới tài nguyên vật lý, nhưng về nguyên tắc cơ bản thì một khối tài nguyên là 1 đơn vị rộng 180 kHz trong miền tần số. Trong mỗi khoảng thời gian hoạch định 1ms, scheduler sẽ phân bổ các khối tài nguyên cho một thiết bị đầu cuối để tiếp nhận việc truyền dẫn DL-SCH, một sự phân bổ được sử dụng bởi tiến trình lớp vật lý sẽ được mô tả trong chương 4. Scheduler cũng đảm trách việc lựa chọn kích thước khối truyền tải (transport-block). Như là một hệ quả của việc scheduler điều khiển tốc độ dữ liệu, mà sự phân đoạn RLC và ghép kênh MAC cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi quyết định phân bố (scheduling decision). Đầu ra từ scheduler đường xuống có thể được nhìn thấy trong hình 3.1.

Mặc dù chiến lược hoạch định (scheduling strategy) là một đặc trưng bổ sung và không được chỉ định bởi 3GPP, mục tiêu chung của hầu hết những scheduler là lợi dụng sự thay đổi kênh truyền giữa những thiết bị đầu cuối di động và ưu tiên hoạch định truyền dẫn cho thiết bị đầu cuối di động trên những tài nguyên có điều kiện kênh truyền thuận lợi. Về mặt này, hoạt động của scheduler LTE về cơ bản thì tương tự với scheduler đường xuống trong HSDPA. Tuy nhiên, vì sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường xuống OFDM, LTE có thể khai thác sự biến đổi kênh truyền trong cả miền thời gian và tần số, trong khi HSDPA chỉ có thể khai thác sự biến đổi trong miền thời gian. Điều này đã được đề cập đến trong chương 2 và được minh họa qua hình 2.1. Đối với những băng thông lớn hơn được hỗ trợ bởi LTE, khi mà lượng fading lựa chọn tần số (frequency-selective fading) sẽ thường xuyên xảy ra, khả năng khai thác sự biến đổi kênh của miền tần số của scheduler sẽ trở nên càng quan trọng khi so với việc chỉ khai thác sự biến đổi trên miền thời gian. Đặc biệt tại những tốc độ thấp, khi mà sự biến đổi trong miền thời



gian là tương đối chậm so với yêu cầu về độ trễ được đặt ra bởi nhiều dịch vụ, lúc này khả năng khai thác cả sự biến đổi miền tần số sẽ trở nên có lợi.

Thông tin về trạng thái kênh truyền đường xuống, cần thiết cho việc hoạch định phụ thuộc kênh truyền, được phản hồi từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB thông qua những báo cáo chất lượng kênh truyền (channel-quality reports). Báo cáo chất lượng kênh truyền, còn được biết như Bộ chỉ thị chất lượng kênh truyền (Channel-Quality Indicator), bao gồm những thông tin không chỉ về chất lượng kênh truyền hiện thời trong miền tần số, mà còn những thông tin cần thiết cho việc đưa ra những quyết định xử lý anten thích hợp trong trường hợp phân kênh không gian. Cơ sở cho những báo cáo CQI là việc đo lường những tín hiệu tham chiếu đường xuống (the downlink reference signals). Tuy nhiên, những nguồn phụ về hiện trạng kênh truyền, ví dụ như sự trao đổi kênh truyền trong hoạt động TDD, cũng được khai thác bằng cách cài đặt một scheduler riêng biệt như một sự bổ sung cho những báo cáo CQI.

Ngoài chất lượng kênh truyền, một scheduler hiệu năng cao cũng phải cân nhắc đến tình trạng bộ đệm (buffer status) và mức độ ưu tiên trong quyết định phân bố (decision scheduling). Cả những khác nhau về loại dịch vụ cũng như là loại thuê bao (subscription type) có thể gây ảnh hưởng đến độ ưu tiên khi hoạch định. Ví dụ, một người dùng voice-over-IP với một đăng ký thuê bao đắt tiền phải luôn được duy trì chất lượng dịch vụ cho dù tải trọng hệ thống đang ở mức cao, trong khi một người dùng đăng ký thuê bao chi phí thấp (a low-cost subscription) đang tải về một file có thể phải được thỏa mãn với những tài nguyên mà không được yêu cầu để hỗ trợ cho những người dùng khác.

Sự điều phối nhiễu, sẽ thực hiện việc điều khiển nhiễu liên tế bào trên cơ sở chậm (slow basis) được đề cập đến trong chương 2, cũng là một phần của scheduler. Khi chiến lược hoạch định không được ủy nhiệm bởi những đặc tính kỹ thuật, sơ đồ điều phối nhiễu (nếu được sử dụng) là đặc thù của nhà khai thác và có thể nằm trong phạm vi từ những triển khai tái sử dụng bậc cao đơn giản (simple higher-order reuse deployments) tới những sơ đồ tiên tiến hơn.

3.2.3 Hoạch định đường lên.

Chức năng cơ bản của scheduler đường lên thì tương tự với đường xuống, cụ thể là việc quyết định động (dynamically determine) cho mỗi khoảng thời gian 1 ms, lúc đó những thiết bị đầu cuối di động truyền dữ liệu trên kênh UL-SCH của



nó thuộc tài nguyên đường lên (uplink resources). Hoạch định đường lên cũng được dùng cho HSPA, nhưng vì có sự khác nhau giữa những sơ đồ đa truy nhập được sử dụng (the different multiple-access schemes), cho nên về khía cạnh này thì HSPA và LTE có một vài sự khác biệt đáng kể.

Trong HSPA, tài nguyên chia sẻ đường lên chính là độ giao thoa cho phép tại trạm gốc. Scheduler đường lên HSPA chỉ thiết lập một giới hạn phía trên cho số lượng giao thoa đường lên mà thiết bị đầu cuối di động được phép tạo ra. Dựa trên sự giới hạn này, thiết bị đầu cuối di động sẽ tự động lựa chọn một định dạng truyền dẫn thích hợp. Chiến thuật này rõ ràng đã tạo ra sự nhạy cảm cho đường lên không trực giao mà trong trường hợp này là HSPA. Một thiết bị đầu cuối di động không sử dụng tất cả tài nguyên mà nó được cấp sẽ truyền tại mức năng lượng thấp hơn, bằng cách ấy có thể làm giảm được nhiễu nội tế bào (intra-cell interference). Do đó, tài nguyên chia sẻ không được sử dụng bởi một thiết bị đầu cuối di động có thể được khai thác bởi một thiết bị đầu cuối di động khác thông qua việc ghép kênh theo thống kê (statistical multiplexing). Vì cơ chế lựa chọn định dạng truyền tải được kết hợp trong thiết bị đầu cuối di động đối với đường lên HSPA, cho nên cần phải có báo hiệu ngoài băng để khai báo cho eNodeB biết về sự lựa chọn đã được tạo ra.

Đối với LTE, đường lên thì trực giao và tài nguyên chia sẻ được điều khiển bởi scheduler eNodeB là những đơn vị tài nguyên thời gian – tần số. Một tài nguyên đã được chỉ định mà không được sử dụng triệt để bởi một thiết bị đầu cuối di động nào đó thì phần tài nguyên còn lại cũng không thể cung cấp cho một thiết bị đầu cuối di động khác sử dụng. Vì thế, do đường lên trực giao, mà độ lợi giảm đi đáng kể trong việc để cho thiết bị đầu cuối di động lựa chọn định dạng truyền tải khi được so sánh với HSPA. Cho nên, ngoài việc cấp phát tài nguyên thời gian-tần số cho thiết bị đầu cuối di động, scheduler eNodeB còn chịu trách nhiệm việc điều khiển định dạng truyền dẫn (kích thước tải trọng, sơ đồ điều chế) mà thiết bị đầu cuối di động sẽ sử dụng. Khi scheduler biết được định dạng truyền tải mà thiết bị đầu cuối di động sử dụng lúc nó phát đi thì không cần phải báo hiệu ngoài băng từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB. Lợi nhuận có được từ phối cảnh vùng phủ sóng (coverage perspective) khi tính đến chi phí trên mỗi bit phát đi của thông tin điều khiển ngoài băng có thể cao hơn đáng kể so với chi phí truyền dữ liệu khi tín hiệu điều khiển cần được thu với một độ tin cậy cao hơn.



Hình 3.4 – Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn trong đường xuống (bên trái) và đường lên (bên phải)

Mặc dù sự thật là scheduler eNodeB sẽ quyết định định dạng truyền tải cho đầu cuối di động, nhưng có một điều quan trọng cần lưu ý là quyết định hoạch định đường lên được đưa ra cho mỗi đầu cuối di động chứ không phải cho mỗi tải tin vô tuyến (radio bearer). Như vậy, mặc dù scheduler eNodeB điều khiển tải trọng của một đầu cuối di động được hoạch định, thì đầu cuối vẫn chịu trách nhiệm lựa chọn từ những tải tin vô tuyến nào mà dữ liệu được mang theo. Cho nên, đầu cuối di động sẽ tự động điều khiển việc ghép kênh logic (logical-channel multiplexing). Điều này được minh họa trong phần bên phải của hình 3.4, nơi mà scheduler eNodeB điều khiển định dạng truyền tải còn đầu cuối di động điều khiển việc ghép kênh logic. Để so sánh, trong tình huống đường xuống tương ứng, khi mà eNodeB điều khiển cả định dạng truyền dẫn và ghép kênh logic, được miêu tả bên trái hình vẽ.

Ghép kênh tải tin vô tuyến (radio-bearer) trong đầu cuối di động được thực hiện theo những quy tắc, thông qua các thông số mà có thể được cấu hình bởi báo hiệu RRC từ eNodeB. Mỗi tải tin vô tuyến được chỉ định sự ưu tiên và tốc độ bit ưu tiên (prioritized bit rate). Sau đó đầu cuối di động sẽ thực hiện ghép kênh sóng mang vô tuyến, như vậy các sóng mang vô tuyến được xử lý theo thứ tự ưu tiên tùy tốc độ bit ưu tiên của chúng. Những tài nguyên còn lại, nếu có, sau khi hoàn thành tốc độ bit ưu tiên sẽ được đưa đến những sóng mang vô tuyến theo thứ tự ưu tiên.



Để trợ giúp cho scheduler đường lên trong mỗi quyết định của nó, đầu cuối di động có thể phát đi thông tin hoạch định (scheduling information) tới eNode bằng cách sử dụng một tin nhắn MAC. Rõ ràng, thông tin này chỉ có thể được truyền đi nếu đầu cuối di động vừa được cấp một chấn nhận hoạch định hợp lệ (a valid scheduling grant). Đối với những trường hợp khác, một chỉ thị khi mà đầu cuối di động cần tài nguyên đường lên sẽ được cung cấp như một phần của kiến trúc báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 (the uplink L1/L2 control-signaling structure), xem thêm trong chương 4.

Hoạch định phụ thuộc kênh truyền thường được sử dụng cho đường xuống. Trên lý thuyết, kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng cho đường lên. Tuy nhiên, việc đánh giá chất lượng kênh truyền đường lên thì không đơn giản như trường hợp đối với đường xuống. Tình trạng kênh truyền đường xuống có thể được đo lường bởi tất cả đầu cuối di động trong tế bào chỉ đơn giản bằng việc theo dõi tín hiệu tham khảo được truyền bởi eNodeB và tất cả các đầu cuối di động có thể chia sẻ cùng tín hiệu tham khảo cho mục đích đánh giá chất lượng kênh truyền. Tuy nhiên việc đánh giá chất lượng kênh truyền đường lên lại yêu cầu một tín hiệu tham khảo thăm dò (a sounding reference signal) được truyền đi từ mỗi đầu cuối di động cho những eNodeB nào muốn đánh giá chất lượng kênh truyền. Một tín hiệu tham khảo thăm dò như vậy được hỗ trợ bởi LTE sẽ được mô tả thêm trong chương 4, nhưng điều này lại đi kèm với vấn đề tổng chi phí. Vì vậy, những phương pháp được cung cấp cho phân tận đường lên sẽ trở nên quan trọng như là một phần bổ sung hoặc thay thế cho kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh truyền đường lên.

3.2.4 Hybrid ARQ

Hybird ARQ với kết hợp mềm trong LTE đáp ứng một mục đích tương tự với cơ chế hybird-ARQ trong HSPA – đó là cung cấp sức chịu đựng để chống lại các lỗi truyền dẫn. Nó cũng là một công cụ để nâng cao năng suất. Khi mà những cơ chế truyền lại hybird-ARQ là nhanh, nhiều dịch vụ cho phép một hoặc nhiều sự truyền lại, bằng cách thiết lập một cơ chế điều khiển tốc độ ẩn (vòng lặp kín) (an implicit (closed loop) rate-control mechanism). Tương tự với phương pháp trong HSPA, giao thức hybrid-ARQ là một phần của lớp MAC, trong khi hoạt động kết hợp mềm được điều khiển bởi lớp vật lý.



Rõ ràng, hybrid ARQ không được áp dụng cho tất cả các dạng lưu lượng. Ví dụ, truyền dẫn broadcast, khi mà những thông tin giống nhau được dành cho nhiều người dùng, thông thường không phụ thuộc vào hybrid ARQ. Vì vậy, hybrid ARQ chỉ được hỗ trợ cho DL-SCH và UL-SCH.

Giao thức hybrid ARQ trong LTE giống với giao thức tương ứng được sử dụng cho HSPA, đó là việc sử dụng nhiều tiến trình stop-and-wait song song. Trong lúc tiếp nhận những khối truyền tải, đầu thu sẽ tìm cách giải mã khối truyền tải và khai báo cho đầu phát về kết quả của hoạt động giải mã thông qua một bit đơn ACK/NAK để chỉ thị việc giải mã có thành công hay không hoặc truyền lại khối truyền tải nếu được yêu cầu. Những chi tiết khác về truyền dẫn ACK/NAK trong đường xuống và đường lên sẽ được tìm thấy trong chương 4. Để tối thiểu hóa chi phí, một bit đơn ACK/NAK được sử dụng. Rõ ràng, đầu thu phải biết bit ACK/NAK thu được được liên kết với tiến trình hybid-ARQ nào. Hơn nữa, điều này được giải quyết bằng cách sử dụng cùng một phương pháp như trong HSPA khi thời điểm của ACK/NAK được sử dụng để kết hợp ACK/NAK với một tiến trình hybrid-ARQ nào đó. Điều này được minh họa trong hình 3.6. Chú ý rằng, đối với trường hợp hoạt động TDD, mối quan hệ về thời gian giữa việc tiếp nhận dữ liệu trong một tiến trình hybrid-ARQ nào đó và việc truyền dẫn ACK/NAK thì không bị ảnh hưởng bởi sự phân bố đường lên/đường xuống.

Tương tự với HSPA, một giao thức không đồng bộ là cơ sở cho hoạt động hybrid-ARQ đường xuống. Vì vậy, sự truyền lại đường xuống có thể xảy ra tại mọi thời điểm sau khi việc truyền dẫn được khởi tạo và một con số tiến trình hybrid-ARQ tường minh (an explicit hybrid-ARQ process number) được sử dụng để chỉ thị tiến trình nào đang được định địa chỉ (addressed). Sự truyền lại đường lên, mặt khác, lại dựa trên một giao thức đồng bộ và sự truyền lại xảy ra tại một thời gian xác định trước sau khi khởi tạo quá trình truyền dẫn và số tiến trình (process number) có thể nhận được hoàn toàn. Hai trường hợp được minh họa trong hình 3.5. Trong giao thức hybrid-ARQ không đồng bộ, sự truyền lại trên lý thuyết được hoạch định tương tự với việc khởi tạo quá trình truyền dẫn. Mặt khác trong giao thức đồng bộ, thời điểm truyền lại được cố định một lần khi khởi đầu quá trình truyền dẫn được hoạch định, phải được tính đến cho hoạt động hoạch định. Tuy nhiên, chú ý rằng scheduler sẽ phân biệt từ phần tử hybrid-ARQ trong eNodeB đầu cuối di động nào sẽ thực hiện truyền lại hay không.



Hình 3.5 – Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ.

Hình 3.6 – Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song.

Việc sử dụng nhiều tiến trình hybird-ARQ song song, được minh họa trong hình 3.6, cho mỗi người dùng có thể dẫn đến sự không liên tục về dữ liệu được phân phối từ cơ chế hybrid-ARQ. Ví dụ, khối truyền tải thứ 5 trong hình được giải mã thành công trước khối truyền tải thứ 3, khi mà việc truyền lại được yêu cầu. Vì vậy, đòi hỏi phải có một vài dạng cơ chế sắp xếp lại (some form of reordering mechanism). Sau khi giải mã thành công, khối truyền tải được phân kênh thành các kênh logic thích hợp và thực hiện việc sắp xếp lại trên mỗi kênh logic bằng cách sử dụng các số thứ tự (sequence numbers). Ngược lại, HSPA dùng một con số thứ tự MAC riêng biệt cho việc sắp xếp lại. Nguyên nhân của việc này là do sự phụ trợ cho WCDMA và những lý do về vấn đề tương thích ngược, kiến trúc RLC hoặc MAC vẫn được giữ nguyên khi giới thiệu HSPA. Mặt khác, đối với LTE, các lớp giao thức được thiết kế đồng thời, dẫn đến có ít giới hạn hơn trong



thiết kế. Tuy nhiên, nguyên lý đằng sau sự sắp xếp lại thì tương tự đối với các hệ thống, chỉ có số thứ tự được sử dụng là khác nhau.

Cơ chế hybrid-ARQ sẽ sửa những lỗi truyền dẫn do nhiễu hoặc do những biến đổi kênh truyền không dự đoán được (noise or unpredictable channel variations). Như đã được thảo luận ở trên, RLC cũng có khả năng yêu cầu truyền lại, mà khi mới nghe lần đầu thì có vẻ là không cần thiết. Tuy nhiên, mặc dù sự truyền lại RLC hiếm khi cần thiết khi mà cơ chế hybrid-ARQ dựa trên MAC có khả năng sửa hầu hết các lỗi truyền dẫn, nhưng hybrid-ARQ đôi khi có thể thất bại trong việc phân phối các khối dữ liệu mà không bị lỗi tới RLC, gây ra một khoảng trống (gap) trong thứ tự của các khối dữ liệu không lỗi (error-free data blocks) được phân phối tối RLC. Điều này thường xảy ra do tín hiệu phản hồi bị sai, ví dụ, một NAK được thể hiện sai thành một ACK bởi đầu phát, là nguyên nhân của việc mất mát dữ liệu. Xác suất xảy ra điều này có thể trong khoảng 1%, một xác suất lỗi rất cao đối với những dịch vụ dựa trên TCP yêu cầu việc phân phối các gói TCP gần như là không được lỗi. Một cách cụ thể hơn, nghĩa là đối với những tốc độ dữ liệu được duy trì trên 100 Mbit/s thì xác suất mất gói dữ liệu chấp nhận được phải thấp hơn 10-5. Về cơ bản, TCP xem tất cả các lỗi về gói dữ liệu là do sự tắt nghẽn. Các lỗi về gói dữ liệu vì vậy sẽ kích hoạt cơ chế tránh tắc nghẽn, với một sự tăng lên tương ứng về tốc độ dữ liệu, và duy trì chất lượng tốt tại những tốc độ dữ liệu cao, RLC-AM sẽ đáp ứng một mục tiêu quan trọng cho việc đảm bảo phân phối dữ liệu không bị lỗi tới TCP.

Vì vậy, từ những thảo luận ở trên, lý do có hai cơ chế truyền lại như ở trên có thể được hiểu rõ trong phần tín hiệu phản hồi. Tuy cơ chế hybrid-ARQ thực hiện việc truyền lại rất nhanh, nó cũng cần thiết phải gửi một bit báo cáo tình trạng ACK/NAK tới đầu phát càng nhanh càng tốt – một lần cho mỗi chu kỳ TTI. Mặc dù trên lý thuyết có thể đạt được một xác suất lỗi thấp theo mong muốn về phản hồi ACK/NAK, nhưng những xác suất lỗi rất thấp lại đi kèm với chi phí tương đối cao về mặt công suất truyền dẫn ACK/NAK. Việc giữ chi phí này một cách hợp lý thông thường dẫn đến một tỷ lệ lỗi phản hồi (a feedback error rate) trong khoảng 1% và như vậy sẽ quyết định đến tỷ lệ lỗi dư hybrid-ARQ (the hybrid-ARQ residual error rate). Tuy những báo cáo trạng thái RLC được phát đi ít thường xuyên đáng kể so với ACK/NAK hybrid-ARQ, nhưng chi phí của việc đạt được độ tin cậy 10-5 hoặc thấp là khá nhỏ. Vì vậy, việc phối hợp hybrid ARQ với RLC mang lại một sự kết hợp tốt giữa thời gian khứ hồi (roundtrip time) nhỏ và chi phí phản hồi vừa phải khi mà hai thành phần này bổ sung cho nhau.



Vì RLC và hybrid ARQ được định vị trong cùng một node, cho nên khả năng tương tác giữa chúng trở nên chặt chẽ hơn. Ví dụ, nếu cơ chế hybrid-ARQ phát hiện được một lỗi không thể phục hồi, việc truyền một báo cáo trạng thái RLC có thể ngay lập tức được kích hoạt thay vì phải đợi để phát đi một báo cáo trạng thái theo định kỳ. Điều này sẽ khiến cho RLC truyền lại các PDUs bị mất nhanh hơn. Cho nên, trong một mức độ nào đó, việc kết hợp hybrid ARQ và RLC có thể xem như là một cơ chế truyền lại với hai cơ chế phản hồi trạng thái.

Trên lý thuyết, có cùng một sự tranh luận được tạo ra đối với trường hợp tương ứng trong HSPA. Tuy nhiên, việc RLC và hybrid ARQ được định vị tại những node khác nhau trong HSPA nhìn chung sẽ làm cho sự tương tác giữa chúng trở nên không chặt chẽ.

3.3 PHY: physical layer - lớp vật lý

Lớp vật lý chịu trách nhiệm cho việc mã hóa, xử lý hybrid-ARQ lớp vật lý (physical-layer hybrid-ARQ processing), điều chế, xử lý đa anten (multi-antenna processing), và ánh xạ tín hiệu tới những tài nguyên thời gian-tần số vật lý thích hợp. Một cái nhìn đơn giản về việc xử lý DL-SCH được đưa ra trong hình 3.7. .Các khối lớp vật lý được điều khiển động (dynamically controlled) bởi lớp MAC được thể hiện bằng màu xám, còn những khối vật lý được cấu hình bán tĩnh được thể hiện bằng màu trắng.



Hình 3.7 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH

Khi một đầu cuối di động được hoạch định trong một chu kỳ TTI trên kênh DL-SCH, lớp vật lý sẽ nhận một khối truyền tải (hai khối truyền tải trong trường hợp ghép kênh không gian) mang dữ liệu để truyền đi. Với mỗi khối truyền tải, một CRC sẽ được đính kèm và mỗi khối truyền tải được đính kèm CRC như vậy được mã hóa riêng biệt với nhau. Tốc độ mã hóa kênh, bao gồm tốc độ phù hợp cần thiết, hoàn toàn được quyết định bởi kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế (the modulation scheme), và lượng tài nguyên được cấp phát cho việc truyền dẫn. Tất cả những đại lượng này được lựa chọn bởi scheduler đường xuống. Phiên bản dư thừa (redundancy version) được dùng được điều khiển bởi giao thức hybrid-ARQ và nó sẽ tác động đến quá trình xử lý thích ứng tốc độ (the rate matching processing) để tạo ra tập hợp các bit được mã hóa chính xác. Cuối cùng, trong trường hợp ghép kênh không gian, việc ánh xạ anten cũng được điều khiển bởi scheduler đường xuống.



Hình 3.8 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH

Đầu cuối di động được hoạch định thu tín hiệu được phát đi và thực hiện tiến trình lớp vật lý ngược lại. Lớp vật lý tại đầu cuối di động cũng thông báo cho giao thức hybrid-ARQ biết việc truyền dẫn có được giải mã thành công hay không. Thông tin này được sử dụng bởi một phần của chức năng MAC hybrid-ARQ trong đầu cuối di động để quyết định có yêu cầu truyền lại hay không.

Việc xử lý lớp vật lý đối với kênh UL-SCH gần giống với việc xử lý DL-SCH. Tuy nhiên, chú ý rằng scheduler MAC trong eNodeB chịu trách nhiệm lựa chọn định dạng truyền tải cho đầu cuối di động và tài nguyên được sử dụng cho truyền dẫn đường lên như được miêu tả trong mục 3.2.3. Việc xử lý lớp vật lý UL-SCH được thể hiện dưới dạng đơn giản qua hình 3.8.

Các kênh truyền tải đường xuống còn lại cũng dựa trên cùng một quy trình xử lý lớp vật lý chung như DL-SCH, mặc dù có một số giới hạn trong tập hợp những tính năng được sử dụng. Đối với việc quảng bá thông tin hệ thống trên kênh BCH, một đầu cuối di động phải có khả năng thu được kênh thông tin này như là một trong những bước đầu tiên trước khi truy cập vào hệ thống. Do đó, định dạng truyền tải phải được ưu tiên gửi tới các thiết bị đầu cuối, và sẽ không có một sự



điều khiển động tự động (dynamic control) nào tới các tham số truyền dẫn từ lớp MAC trong trường hợp này.

Đối với truyền dẫn các thông điệp nhắn gọi (paging messages) trên kênh PCH, sự thích ứng động của các tham số truyền dẫn có thể được sử dụng trong một vài phạm vi. Nói chung, việc xử lý trong trường hợp này thì tương tự với việc xử lý DL-SCH thông thường. MAC có thể điều khiển việc điều chế, lượng tài nguyên, và ánh xạ anten. Tuy nhiên, trong trường hợp đường lên chưa được thiết lập khi một đầu cuối di động được tìm gọi, thì hybrid ARQ không thể được sử dụng vì lúc này đầu cuối di động không thể phát đi một thông báo ACK/NAK.

Kênh MCH được dùng cho truyền dẫn MBMS, điển hình là những hoạt động mạng đơn tần số bằng việc truyền từ nhiều tế bào trên cùng tài nguyên với định dạng giống nhau tại cùng 1 thời điểm. Vì vậy, việc hoạch định truyền dẫn MCH phải được điều phối giữa những tế bào liên quan và cơ chế lựa chọn tự động tham số truyền dẫn bởi MAC là không thể thực hiện được.

3.4 Các trạng thái LTE

Trong LTE, một đầu cuối di động có thể tồn tại trong nhiều trạng khác nhau như được minh họa trong hình 3.9. Khi bật nguồn, đầu cuối di động ở vào trạng thái LTE DETACHED (tách biệt LTE). Trong trạng thái này, đầu cuối di động không được biết đối với hệ thống mạng. Trước khi diễn ra bất cứ sự liên lạc nào giữa đầu cuối di động và mạng thì đầu cuối di động cần phải đăng ký hệ thống mạng bằng cách sử dụng thủ tục truy cập ngẫu nhiên để vào trạng thái LTE ACTIVE (tích cực LTE), LTE DETACHED là trạng thái được sử dụng chủ yếu khi bật nguồn, một khi đầu cuối di động đã được đăng ký với hệ thống mạng, nó thường chuyển sang một trong những trạng thái khác như LTE ACTIVE hoặc LTE IDLE (rỗi LTE).

Hình 3.9 – Các trạng thái LTE.



LTE ACTIVE là trạng thái được sử dụng khi đầu cuối di động đã sẵn sàng cho việc phát và thu dữ liệu. Trong trạng thái này, đầu cuối di động được kết nối với một tế bào cụ thể trong mạng. Một hoặc nhiều địa chỉ IP được gán cho thiết bị đầu cuối di động, cũng như là “Chỉ số nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến tế bào” (Cell Radio Network Temporary Identifier – CRNTI) để nhận dạng thiết bị đầu cuối, những thông số này được dùng cho mục đích báo hiệu giữa đầu cuối di động và mạng. LTE ACTIVE có thể được chia thành hai trạng thái con là IN SYNC và OUT OF SYNC, phụ thuộc vào đường lên có được đồng bộ với hệ thống mạng hay không. Từ khi LTE sử dụng đường lên trực giao trên cơ sở FDMA/TDMA, thì việc đồng bộ truyền dẫn đường lên từ nhiều đầu cuối di động là cần thiết sao cho chúng đến eNodeB tại cùng một thời điểm (xấp xỉ). Thủ tục để đạt được và duy trì sự đồng bộ hóa đường lên được mô tả trong chương 4, tóm lại eNodeB sẽ đo thời gian đến của các phiên truyền dẫn từ mỗi đầu cuối di động ở trạng thái truyền tích cực (actively transmitting) và gửi những mệnh lệnh hiệu chỉnh thời gian (timing-correction commands) trong đường xuống. Miễn là đường lên trong trạng thái IN SYNC thì việc truyền dẫn đường lên dữ liệu người dùng và báo hiệu điều khiển L1/L2 đều có thể thực hiện được. Trong trường hợp không có sự truyền dẫn nào diễn ra trong một cửa sổ thời gian xác định, sự sắp xếp thời gian hiển nhiên là không thực hiện được, và đường lên sẽ được thiết lập trạng thái OUT OF SYNC. Trong trường hợp này, đầu cuối di động cần thực hiện một thủ tục truy cập ngẫu nhiên để khôi phục lại sự đồng bộ đường lên.

LTE IDLE là một trạng thái tích cực thấp, mà khi đầu cuối di động trong trạng thái này nó sẽ ngủ trong phần lớn thời gian để làm giảm sự tiêu hao nguồn pin. Lúc này sự đồng bộ đường lên không được duy trì và vì vậy hoạt động truyền dẫn đường lên duy nhất có thể xảy ra là sự truy cập ngẫu nhiên để chuyển sang trạng thái LTE ACTIVE. Trong đường xuống, đầu cuối di động có thể định kỳ thức dậy để được page cho những cuộc gọi đến như được miêu tả trong chương 5. Thiết bị đầu cuối di động vẫn giữ địa chỉ IP của nó và những thông tin nội bộ (internal information) khác để có thể nhanh chóng chuyển sang trạng thái LTE ACTIVE khi cần thiết. Vị trí của thiết bị đầu cuối di động sẽ được cung cấp cục bộ cho hệ thống mạng sao cho ít nhất mạng cũng có thể biết đến nhóm tế bào nào mà trong đó việc paging của đầu cuối di động được thực hiện.

3.5 Luồng dữ liệu

Để tóm tắt về luồng dữ liệu đường xuống xuyên qua tất cả các lớp giao thức, một ví dụ minh họa được đưa ra trong hình 3.10 cho trường hợp với 3 gói IP, hai gói trên một tải tin vô tuyến và một gói trên một tải tin vô tuyến khác. Luồng dữ



liệu cho trường hợp truyền dẫn đường lên là tương tự. PDCP sẽ thực hiện (tùy chọn) việc nén tiêu đề IP, sau đó là mã hóa. Một tiêu đề PDCP được thêm vào, mang theo thông tin cần thiết cho việc giải mã ở thiết bị đầu cuối di động. Đầu ra của PDCP được cung cấp tới RLC. Giao thức RLC thực hiện việc hợp đoạn hoặc phân đoạn các PDCP SDUs và thêm vào một tiêu đề RLC. Tiêu đề này được sử dụng cho việc phân phối theo trình tự (trên mỗi kênh logic) tại đầu cuối di động và việc nhận dạng các RLC PDUs trong trường hợp cần truyền lại. Các RLC PDUs được chuyển tiếp tới lớp MAC, lớp này có được số lượng các RLC PDUs, sau đó kết hợp chúng lại vào trong 1 MAC SDU và đính kèm một tiêu đề MAC để tạo thành một khối truyền tải. Kích thước khối truyền tải phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu tức thời được lựa chọn bởi cơ chế thích ứng đường truyền (the link adaptation mechanism). Do đó, cơ chế thích ứng đường truyền tác động đến cả hai tiến trình xử lý MAC và RLC. Cuối cùng, lớp vật lý sẽ đính thêm 1 mã CRC vào khối truyền tải với mục đích phát hiện lỗi, thực hiện mã hóa và điều chế, sau đó là phát đi tín hiệu thành quả vào không gian.

Hình 3.10 - Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE



CHƯƠNG 4 LỚP VẬT LÝ LTE

Trong chương trước, chúng ta đã thảo luận về kiến trúc giao diện vô tuyến LTE với phần tổng quan về những chức năng và đặc tính của các lớp giao thức khác nhau. Chương này sẽ cung cấp những thông tin chi tiết hơn về tình trạng hiện tại của phần thấp nhất trong những lớp giao thức này, lớp vật lý LTE. Chương tiếp theo sẽ đi sâu hơn vào những thủ tục truy nhập LTE cụ thể, bao gồm truy cập ngẫu nhiên và dò tìm tế bào (cell search).

4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần (Overall time-domain structure)

Hình 4.1 minh họa về kiến trúc miền thời gian bậc cao (high level time domain structure) trong truyền dẫn LTE với mỗi khung (vô tuyến) có chiều dài Tframe= 10 ms bao gồm 10 khung phụ có kích thước bằng nhau với độ dài mỗi khung phụ Tsubframe = 1 ms.

Để cung cấp sự xác định về thời gian nhất quán và chính xác, mỗi khoảng thời gian khác nhau bên trong đặc điểm kỹ thuật truy nhập vô tuyến LTE có thể được trình bày thành nhiều đơn vị thời gian cơ bản Ts= 1/30720000. Những khoảng thời gian được phác họa trong hình 4.1 vì vậy cũng có thể được diễn đạt thành Tframe= 307200.Ts và Tsubframe= 30720.Ts

Hình 4.1 Cấu trúc miền thời gian LTE

Trong cùng một sóng mang, những khung phụ (subframes) khác nhau của một khung có thể được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống hoặc truyền dẫn đường lên. Như được minh họa trong hình 4.2a, đối với trường hợp FDD – hoạt động trong phổ theo cặp (paired spectrum), tất cả các khung phụ của một sóng mang được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống (một sóng mang đường xuống – a downlink carrier) hoặc truyền dẫn đường lên (một sóng mang đường lên – an uplink carrier). Mặt khác, đối với trường hợp hoạt động của TDD trong phổ không theo cặp (Hình 4.2b), khung phụ thứ nhất và thứ sáu của mỗi khung (khung phụ 0 và khung phụ 5) luôn luôn được chỉ định cho truyền dẫn đường xuống trong khi



những khung phụ còn lại có thể được chỉ định một cách linh hoạt để dùng cho cả truyền dẫn đường lên hoặc đường xuống. Lý do của việc ấn định sẵn khung phụ thứ nhất và thứ sáu cho truyền dẫn đường xuống là vì những khung phụ này chứa các tín hiệu đồng bộ LTE. Các tín hiệu đồng bộ được truyền đi trên đường xuống của mỗi tế bào và được dùng vào mục đích dò tìm tế bào khởi tạo (initial cell search) cũng như dò tìm tế bào lân cận (neighbor cell search). Nguyên lý của việc dò tìm tế bào, bao gồm cấu trúc của các tín hiệu đồng bộ, sẽ được mô tả chi tiết hơn trong Chương 5.

Theo như minh họa trong hình 4.2, việc chỉ định một cách linh hoạt các khung phụ trong hoạt động TDD cho phép tồn tại tính không đối xứng khác nhau về mặt lượng tài nguyên vô tuyến (các khung phụ) được ấn định cho truyền dẫn đường xuống và đường lên một cách tách biệt. Vì việc ấn định khung phụ cần phải giống nhau đối với các tế bào lân cận để tránh nhiễu nghiêm trọng xảy ra giữa truyền dẫn đường lên và đường xuống giữa các tế bào, tính bất đối xứng đường xuống/đường lên không thể thay đổi tự động, ví dụ, trên nền tảng khung liên tiếp (frame by frame basis). Tuy nhiên, nó có thể thay đổi trên một nền tảng chậm hơn để thích nghi với các đặc tính lưu lượng khác nhau chẳng hạn như sự thay đổi và sự khác nhau trong lưu lượng bất đối xứng đường xuống/đường lên.

Hình 4.2 Các ví dụ về việc chỉ định khung phụ đường lên/đường xuống trong trường hợp TDD và sự so sánh với FDD



Những gì được minh họa trong hình 4.1 đôi lúc được xem như cấu trúc khung tổng quát hay cấu trúc khung dạng 1 LTE. Cấu trúc khung này được áp dụng cho cả FDD và TDD. Ngoài cấu trúc khung tổng quát, khi LTE hoạt động với TDD, còn có một cấu trúc khung thay thế hay cấu trúc khung dạng 2, được thiết kế dành riêng cho việc cùng tồn tại (coexistence) với những hệ thống dựa trên tiêu chuẩn 3GPP TD-SCDMA hiện thời.

4.2 Sơ đồ truyền dẫn đường xuống

4.2.1 Tài nguyên vật lý đường xuống

Như đã được đề cập trong phần tổng quan về truy nhập vô tuyến ở chương 2, truyền dẫn đường xuống LTE dựa trên việc ghép kênh phân chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplex – OFDM). Theo như mô tả thì tài nguyên vật lý đường xuống LTE có thể được xem như một mạng lưới tài nguyên thời gian-tần số (xem hình 4.3), nơi mà mỗi phần tử tài nguyên (resource element) tương ứng với một sóng mang OFDM trong suốt một khoảng ký tự OFDM (OFDM symbol interval) – (trong trường hợp truyền dẫn đa anten, sẽ chỉ có một mạng lưới tài nguyên cho một anten).

Hình 4.3 Tài nguyên vật lý đường xuống LTE

Đối với đường xuống LTE, khoảng cách sóng mang OFDM được chọn với Δf = 15 kHz. Giả thiết một thực thi đầu phát/đầu thu dựa trên FFT (an FFT-based transmitter/receiver implementation), điều này tương ứng với một tần số lấy mẫu fs = 15000 . NFFT, với NFFT là kích thước FFT. Đơn vị thời gian Ts được định nghĩa trong phần trước vì vậy có thể được xem như thời gian lấy mẫu của một thực thi đầu phát/đầu thu dựa trên FFT (an FFT-based transmitter/receiver implementation) với NFFT = 2048. Điều quan trọng cần phải hiểu là mặc dù đơn vị thời gian Ts được giới thiệu trong đặc tính truy nhập vô tuyến LTE chỉ như một công cụ để xác định những khoảng thời gian khác nhau và nó không áp đặt bất cứ một ràng buộc về thực thi đầu phát/đầu thu cụ thể nào, chẳng hạn một tần số lấy



mẫu xác định. Trong thực tế, một thực thi đầu phát/đầu thu dựa trên FFT với NFFT

= 2048 và một tần số lấy mẫu tương ứng fs = 30.72 MHz là thích hợp cho những băng thông truyền dẫn LTE rộng hơn, chẳng hạn những băng thông khoảng 15MHz và cao hơn. Tuy nhiên, đối với những băng thông truyền dẫn nhỏ hơn, một kích thước FFT nhỏ hơn và một tần số lấy mẫu nhỏ hơn tương ứng cũng có thể được sử dụng rất tốt. Ví dụ, đối với các băng thông truyền dẫn trong khoảng 5 MHz, một kích thước NFFT = 512 và một tần số lấy mẫu tương ứng fs=7.68 MHz có thể sẽ đủ.

Một lý luận để chấp nhận một khoảng cách sóng mang phụ 15 KHz cho LTE đó là nó có thể đơn giản hóa việc triển khai các thiết bị đầu cuối đa chế độ WCDMA/HSPA/LTE. Giả sử có hai kích thước FFT và một khoảng cách sóng mang phụ Δf = 15 kHz, tần số lấy mẫu fs= Δf. NFFT sẽ là một bội số (multiple) hoặc ước số (submultiple) của tốc độ chip WCDMA/HSPA fcr = 3.84 MHz. Các thiết bị đầu cuối đa chế độ WCDMA/HSPA/LTE (multi mode WCDMA/HSPA/LTE terminals) khi đó có thể được triển khai dễ dàng với một mạch đồng hồ đơn (a single clock circuitry).

Ngoài khoảng cách sóng mang phụ 15 kHz, một khoảng cách sóng mang phụ rút gọn Δflow=7.5 kHz cũng được xác định cho LTE. Mục tiêu cụ thể của khoảng cách sóng mang phụ rút gọn đó là truyền dẫn multicast/broadcast dựa trên MBSFN mà sẽ được thảo luận sâu hơn trong phần 4.2.6. Những thảo luận còn lại trong phần này và những chương tiếp theo sẽ giả thiết khoảng cách sóng mang 15 kHz trừ khi được trình bày rõ ràng theo cách khác.

Hình 4.4 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE

Như được minh họa trong hình 4.4, trong miền tần số, các sóng mang phụ đường xuống được tập hợp lại vào trong những khối tài nguyên (resource blocks), nơi mà mỗi khối tài nguyên bao gồm 12 sóng mang phụ liên tiếp nhau tương ứng



với một băng thông khối tài nguyên danh định rộng 180 kHz. Ngoài ra, còn có một sóng mang phụ DC không sử dụng nằm ở giữa phổ tần đường xuống. Nguyên nhân tại sao sóng mang phụ DC không được sử dụng cho bất cứ truyền dẫn nào là vì nó có thể trùng với tần số bộ tạo dao động nội (local oscillator frequency) tại đầu phát trạm gốc hoặc đầu thu của thiết bị đầu cuối di động. Hệ quả là nó có thể phải chịu nhiễu cao không tỷ lệ (it may be subject to unproportionally high interference), ví dụ, do bộ dao động nội bị rò điện.

Tổng số sóng mang phụ trên một sóng mang đường xuống, bao gồm sóng mang phụ DC, vì vậy bằng Nsc = 12. NRB + 1, với NRB là số lượng các khối tài nguyên. Đặc điểm kỹ thuật lớp vật lý LTE thật ra cho phép một sóng mang đường xuống có thể bao gồm bất cứ số lượng khối tài nguyên nào, trong khoảng từ 6 khối lên tới trên 100 khối tài nguyên. Điều này tương ứng với một băng thông truyền dẫn đường xuống danh định từ khoảng 1 MHz lên tới ít nhất khoảng 20 MHz với một độ chi tiết rất nhuyễn. Như đã được bàn đến trong chương 2, điều này mang lại một mức độ rất cao về tính linh hoạt trong băng thông/phổ tần của LTE, ít nhất từ góc độ đặc tính lớp vật lý. Tuy nhiên, như cũng được đề cập trong chương 2, những yêu cầu về tần số vô tuyến LTE, ít nhất ngay từ đầu, cũng chỉ được xác định cho một nhóm những băng thông truyền dẫn giới hạn, tương ứng với một nhóm giới hạn các giá trị có thể đối với số lượng của các khối tài nguyên NRB.

Hình 4.5 sẽ phác thảo chi tiết hơn cấu trúc miền thời gian-tần số cho truyền dẫn đường xuống LTE. Mỗi khung phụ 1ms bao gồm hai khe với kích thước bằng nhau có độ dài Tslot=0.5ms (15360.Ts). Mỗi khe lại bao gồm một số lượng các ký hiệu OFDM (OFDM symbols) kèm theo tiền tố chu trình (cyclic prefix).



Hình 4.5 Cấu trúc khung phụ và khe thời gian đường xuống LTE. Một khung phụ bao gồm hai khe thời gian kích thước bằng nhau. Mỗi khe bao gồm sáu hoặc bảy

ký hiệu OFDM lần lượt tương ứng với trường hợp tiền tố chu trình bình thường và tiền tố chu trình mở rộng

Như đã biết, một khoảng cách sóng mang phụ Δf =15 kHz tương ứng với một thời gian ký hiệu hữu dụng Tu=1/ Δf ≈ 66.7μs (2048.Ts). Theo đó toàn bộ thời gian ký hiệu OFDM là tổng của thời gian ký hiệu hữu dụng và chiều dài tiền tố chu trình TCP. Theo như minh họa trong hình 4.5, LTE xác định hai chiều dài tiền tố chu trình, một tiền tố chu trình bình thường và một tiền tố chu trình mở rộng, tương ứng với 7 và sáu ký hiệu OFDM trên 1 khe. Chiều dài của tiền tố chu trình chính xác, được trình bày qua đơn vị thời gian cơ bản Ts, được đưa ra trong hình 4.5. Cần phải chú ý rằng, trong trường hợp tiền tố chu trình bình thường, chiều dài tiền tố chu trình cho ký hiệu OFDM đầu tiên của một khe thì lớn hơn một chút, so với những ký hiệu OFDM còn lại. Nguyên nhân của việc này chỉ đơn giản là lấp đầy toàn bộ khe 0.5 ms khi số lượng đơn vị thời gian Ts trên một khe (15360) không chia hết cho 7.

Nguyên nhân của việc xác định hai chiều dài tiền tố chu trình cho LTE bao gồm hai phần:



1. Một tiền tố chu trình dài hơn, mặc dù là kém hiệu nếu xét về mặt chi phí, nhưng nó lại trở nên có lợi trong một số môi trường đặc biệt khi mà trễ lan truyền là rất rộng, ví dụ trong những tế bào kích thước rất lớn. Một điều quan trọng cần phải nhớ là một tiền tố chu trình dài hơn không phải lúc nào cũng có lợi đối với những tế bào lớn, cho dù trễ lan truyền là rất rộng trong những trường hợp như vậy. Trong những tế bào lớn, nếu hiệu suất đường truyền bị giới hạn bởi nhiễu hơn là bởi sai lệch tín hiệu do phân tán thời gian dư (residual time dispersion) không được bảo vệ bởi tiền tố chu trình, một sức mạnh bổ sung cho phân tán thời gian kênh vô tuyến, do việc sử dụng một tiền tố chu trình dài hơn, có thể sẽ không bù đắp được sự tổn thất về mặt năng lượng tín hiệu thu được.

2. Như đã biết, trong trường hợp truyền dẫn multicast/broadcast dựa trên MBSFN, tiền tố chu trình không chỉ bao phủ phần chính của phân tán thời gian kênh thật sự mà còn bao phủ phần chính của sự khác nhau về thời gian giữa những truyền dẫn thu được từ các tế bào liên quan trong việc truyền MBSFN. Trong hoạt động MBSFN, tiền tố chu trình mở rộng vì vậy mà thường được cần đến.

Vì vậy, việc sử dụng chủ yếu tiền tố chu trình mở rộng LTE là trong truyền dẫn dựa trên MBSFN. Cần phải chú ý rằng các chiều dài tiền tố chu trình khác nhau có thể được sử dụng cho nhiều khung phụ khác nhau trong cùng một khung. Theo một ví dụ, truyền dẫn multicast/broadcast dựa trên MBSFN có thể bị hạn chế trong những khung phụ nào đó đối với những trường hợp sử dụng tiền tố chu trình mở rộng, cùng việc nó liên kết với mào đầu tiền tố chu trình bổ sung (additional cyclic prefix overhead), sẽ chỉ được áp dụng với những khung phụ này.

Khi xem xét về cấu trúc miền thời gian đường xuống, các khối tài nguyên được đề cập ở trên bao gồm 12 sóng mang phụ trong suốt một khe thời gian 0.5 ms, như minh họa trong hình 4.6. Vì vậy mỗi khối tài nguyên bao gồm 12.7 = 84 phần tử tài nguyên đối với trường hợp tiền tố chu trình bình thường và 12.6 = 72 phần tử tài nguyên đối với trường hợp tiền tố chu trình mở rộng.



Hình 4.6 Khối tài nguyên đường xuống dành cho tiền tố chu trình bình thường, nghĩa là, có 7 ký hiệu OFDM trên 1 khe. Với tiền tố chu trình mở rộng thì có 6 ký hiệu OFDM trên 1 khe và như vậy, tổng cộng có 72 phần tử tài nguyên trong một

khối tài nguyên.

Hình 4.7 Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống LTE dành cho tiền tố chu trình bình thường, nghĩa là có 7 ký hiệu OFDM trên 1 khe

4.2.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống.

Để thực hiện giải điều chế đường xuống một cách nhất quán (downlink coherent demodulation), thiết bị đầu cuối di động cần phải đánh giá kênh truyền đường xuống. Như đã đề cập , một phương pháp đơn giản cho phép đánh giá kênh truyền trong truyền dẫn OFDM là chèn thêm những ký hiệu tham khảo (known reference symbols) đã biết vào trong mạng lưới tài nguyên thời gian-tần số OFDM. Trong LTE, những ký hiệu tham khảo này đều được quy thành những tín hiệu tham khảo đường xuống LTE.

Theo minh họa trong hình 4.7, các ký hiệu tham khảo đường xuống được chèn vào bên trong những ký hiệu OFDM thứ nhất và thứ ba cuối cùng của mỗi khe và với một khoảng cách miền tần số gồm 6 sóng mang phụ. Hơn nữa, có một sự xen kẽ miền tần số (a frequency domain staggering of three subcarriers) gồm 3 sóng mang phụ giữa tín hiệu tham khảo đầu tiên và tín hiệu tham khảo thứ hai. Trong mỗi khối tài nguyên, bao gồm 12 sóng mang phụ trong suốt một khe thời



gian, vì vậy mà ở đây có 4 ký hiệu tham khảo. Điều này đúng cho tất cả các khung phụ ngoại trừ những khung phụ được sử dụng cho truyền dẫn dựa trên MBSFN (xem thêm ở phần 4.2.6).

Để đánh giá kênh truyền qua toàn bộ mạng lưới mạng lưới thời gian-tần số cũng như là để làm giảm tạp âm trong những đánh giá kênh truyền, thiết bị đầu cuối di động phải thực hiện phép nội suy/lấy trung bình thông qua nhiều ký hiệu tham khảo. Vì vậy, khi thực hiện đánh giá kênh truyền cho một khối tài nguyên nào đó, thiết bị đầu cuối di động có thể không chỉ sử dụng những ký hiệu tham khảo trong khối tài nguyên đó mà còn trong những khối tài nguyên lân cận ở miền tần số, cũng như là những ký hiệu tham khảo của những khe thời gian hay khung phụ thu được trước đó. Tuy nhiên, phạm vi để thiết bị đầu cuối di động có thể thực hiện phép tính trung bình qua nhiều khối tài nguyên trong miền tần số hay thời gian dựa trên những đặc tính kênh truyền. Trong trường hợp độ chọn lọc tần số kênh truyền cao (high channel frequency selectivity), khả năng thực hiện phép bình quân trong miền tần số là giới hạn. Tương tự, khả năng tính bình quân trong miền thời gian, đó là khả năng sử dụng các ký hiệu tham khảo trong những khe thời gian hay khung phụ thu được trước đó, cũng bị giới hạn trong trường hợp sự biến đổi kênh truyền diễn ra nhanh (fast channel variatons), ví dụ, do vận tốc cao của thiết bị đầu cuối di động. Cũng cần phải chú ý rằng, trong trường hợp TDD, khả năng tính bình quân thời gian có thể bị giới hạn, vì những khung phụ trước đó thậm chí có thể không được chỉ định cho truyền dẫn đường xuống.

4.2.2.1 Các chuỗi tín hiệu tham khảo và việc nhận dạng tế bào lớp vật lý (Reference signals sequences and physical layer cell identity)

Nói chung, các giá trị phức hợp (complex values) của các ký hiệu tham khảo sẽ thay đổi giữa các vị trí ký hiệu tham khảo khác nhau cũng như giữa những tế bào khác nhau. Vì vậy, tín hiệu tham khảo của một tế bào có thể được xem như là một chuỗi hai chiều, trong đặc điểm kỹ thuật LTE được gọi là một chuỗi tín hiệu tham khảo hai chiều. Tương tự với mã ngẫu nhiên hóa trong WCDMA/HSPA, chuỗi tín hiệu tham khảo LTE có thể được xem như một chỉ thị để nhận dạng tế bào lớp vật lý LTE. Có 510 chuỗi tín hiệu tham khảo được định nghĩa trong đặc điểm kỹ thuật LTE, tương ứng với 510 nhận dạng tế bào khác nhau.

Về mặt chi tiết, mỗi chuỗi tín hiệu tham khảo có thể được xem như sản phẩm của một chuỗi giả ngẫu nhiên hai chiều (a two dimensional pseudo-random sequence) và một chuỗi trực giao hai chiều (a two dimensional orthogonal



sequence). Có tổng cộng 170 chuỗi giả ngẫu nhiên được định nghĩa trong đặc điểm kỹ thuật LTE, mỗi chuỗi tương ứng với một trong số 170 nhóm nhận dạng tế bào. Ngoài ra, còn có 3 chuỗi trực giao được định nghĩa, mỗi chuỗi tương ứng với một nhận dạng tế bào riêng biệt trong mỗi nhóm nhận dạng tế bào. Các chuỗi tín hiệu tham khảo và cấu trúc của nó là sản phẩm của một chuỗi giả ngẫu nhiên và một chuỗi trực giao có thể được sử dụng như là một phần của việc dò tìm tế bào LTE (xem thêm Chương 5).

Các chuỗi tín hiệu tham khảo thường được áp dụng thích hợp với những tế bào thuộc cùng một eNodeB, những tế bào này được chỉ định càng nhiều càng tốt các nhận dạng tế bào lớp vật lý (physical layer cell identities) trong cùng một nhóm nhận dạng tế bào, nghĩa là được chỉ định những tín hiệu tham khảo dựa trên cùng một chuỗi giả ngẫu nhiên nhưng khác các chuỗi trực giao. Bằng cách làm như vậy, sự can nhiễu giữa những tín hiệu tham khảo của các tế bào khác nhau của cùng một eNodeB có thể được giảm thiểu.

4.2.2.2 Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference signal frequency hopping)

Trong cấu trúc tín hiệu tham khảo được phác họa trong hình 4.7, các vị trí miền tần số của các ký hiệu tham khảo là giống nhau giữa các khung phụ liên tiếp. Tuy nhiên, các vị trí miền tần số của các ký hiệu tham khảo cũng có thể khác nhau giữa những khung phụ liên tiếp, còn được xem như là sự nhảy tần ký hiệu tham khảo.

Trong trường hợp nhảy tần ký hiệu tham khảo, những vị trí liên quan của các ký hiệu tham khảo trong một khung phụ là giống nhau như trong hình 4.7. Vì vậy, việc nhảy tần có thể được mô tả như việc thêm một chuỗi các độ lệch tần (frequency offsets) vào mô hình mẫu ký hiệu tham khảo cơ bản được phác họa trong hình 4.7, với độ lệch giống nhau cho tất cả các ký hiệu tham khảo trong một khung phụ, nhưng khác nhau giữa các khung phụ liên tiếp. Vị trí ký hiệu tham khảo p trong khung phụ k vì vậy có thể được trình bày như sau:

Các ký hiệu tham khảo đầu tiên: p(k) = (p0+6.i+offset(k)) mod 6Các ký hiệu tham khảo thứ hai: p(k) = (p0+6.i+3+offset(k)) mod 6

Với i là một số nguyên. Chuỗi các độ lệch tần hay mô hình nhảy tần (the frequency hopping pattern) có một chu kỳ với độ dài là 10, nghĩa là mô



hình nhảy tần được lặp lại giữa các khung liên tiếp. Có 170 mô hình nhảy tần khác nhau được định nghĩa, và mỗi mô hình tương ứng với một nhóm nhận diện tế bào.

Bằng việc áp dụng các mô hình nhảy tần khác nhau cho những tế bào lân cận, có thể tránh được nguy cơ các ký hiệu tham khảo của các tế bào lân cận va chạm nhau liên tiếp. Điều này được đặc biệt quan tâm khi những ký hiệu tham khảo được truyền đi với một năng lượng cao hơn so với các phần tử tài nguyên còn lại, và còn được gọi là việc tăng cường năng lượng tín hiệu tham khảo (reference signal energy boosting).

4.2.2.3 Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference signals for multi-antenna transmission)

Trong truyền dẫn đa anten đường xuống, thiết bị đầu cuối di động phải có khả năng đánh giá kênh truyền đường xuống tương ứng với mỗi anten phát. Để làm được điều này, sẽ có một tín hiệu tham khảo đường xuống được phát đi từ mỗi anten. Cần phải chú ý rằng đặc tính truy nhập vô tuyến LTE thực ra là nói đến các cổng anten (antenna ports) hơn là nói đến anten để nhấn mạnh rằng những gì được đề cập đến không nhất thiết là tương ứng với một anten vật lý đơn (a single physical antenna). Thực ra, một cổng anten được định nghĩa bởi sự hiện diện của một tín hiệu tham khảo chuyên biệt về cổng anten. Do vậy, nếu các tín hiệu tham khảo đồng nhất được phát đi từ nhiều anten vật lý, những anten này không thể được phân giải dưới góc độ một thiết bị đầu cuối di động và những anten có thể cùng được xem như là một cổng anten đơn. Tuy nhiên, để đơn giản hóa, sẽ có hai giới hạn anten được sử dụng sau đây:

- Trong trường hợp hai anten phát (Hình 4.8a), các ký hiệu tham khảo của anten thứ hai được ghép kênh tần số với các ký hiệu tham khảo của anten thứ nhất, với độ lệch miền tần số là 3 sóng mang phụ.

- Trong trường hợp bốn anten phát (Hình 4.8b), các ký hiệu tham khảo cho anten thứ ba và thứ tư được ghép kênh tần số bên trong ký hiệu OFDM thứ hai của mỗi khe thời gian. Chú ý rằng các ký hiệu tham khảo cho anten ba và tư chỉ được truyền đi trong một ký hiệu OFDM của mỗi khe.

Cũng cần lưu ý thêm là một phần tử tài nguyên mang theo một ký hiệu tham khảo cho một anten nào đó, và không có tín hiệu nào được truyền trên



những anten khác. Vì vậy, các ký hiệu tham khảo của một anten nào đó không bị nhiễu bởi truyền dẫn từ những anten khác trong cùng một tế bào.

Rõ ràng, trong trường hợp bốn anten phát, mật độ ký hiệu tham khảo miền thời gian của anten thứ ba và thứ tư được giảm bớt so với anten thứ nhất và thứ hai. Điều này được làm để giới hạn tổng số tín hiệu tham khảo trong trường hợp dùng 4 anten phát. Đồng thời, điều này cũng tác động tiêu cực đến khả năng theo dõi những sự biến đổi kênh truyền rất nhanh. Tuy nhiên, điều này có thể được điều chỉnh dựa trên một triển vọng đó là việc ghép kênh không gian 4 anten sẽ được áp dụng chủ yếu cho những trường hợp với độ di động thấp (low mobility). Lý do để giữ lại mật độ ký hiệu tham khảo cao hơn cho anten thứ nhất và thứ hai trong trường hợp sử dụng bốn anten phát đó là có giả thiết cho rằng những tín hiệu tham khảo này sẽ được sử dụng như là một phần của việc dò tìm tế bào khởi tạo (initial cell search) trong lúc thiết bị đầu cuối di động chưa thu được đầy đủ thông tin về số lượng anten phát trong cùng một tế bào. Vì vậy, việc cấu hình các tín hiệu tham khảo của anten thứ nhất và thứ hai sẽ được thực hiện cùng lúc mà không phụ thuộc vào số lượng anten.

4.2.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống

Như được thảo luận trong chương 3, lớp vật lý giao tiếp với các lớp cao hơn, mà cụ thể hơn là đến lớp MAC bằng các kênh truyền tải (Transport Channels). LTE đã kế thừa nguyên lý cơ bản của WCDMA/HSPA, đó là dữ liệu được chuyển đến lớp vật lý trong dạng khối truyền tải (Transport Blocks) với một kích thước nào đó. Nếu xét chi tiết hơn về cấu trúc khối truyền tải, LTE đã lựa chọn phương pháp tương tự với phương pháp được lựa chọn cho HSPA:

• Trong trường hợp truyền dẫn anten đơn, chỉ có thể có tối đa một khối

truyền tải đơn kích thước động cho mỗi TTI.

• Trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten, có thể lên đến 2 khối truyền

tải kích thước động cho mỗi TTI, ở đó mỗi khối truyền tải tương ứng với một từ mã (codeword) trong trường hợp ghép kênh không gian đường xuống. Điều này ngụ ý rằng, mặc dù LTE hỗ trợ ghép kênh không gian đường xuống lên tới bốn anten phát, nhưng số từ mã vẫn bị giới hạn ở 2. Truyền dẫn đa anten đường xuống được cung cấp chi tiết hơn trong phần 4.2.5.

Với cấu trúc khối truyền tải này, việc xử lý kênh truyền tải đường xuống LTE, mà cụ thể là xử lý DL-SCH (quá trình xử lý của các kênh truyền tải đường xuống khác cũng tương tự mặc dù có thêm vào một số ràng buộc), có thể được phác họa theo hình 4.9 với hai chuỗi xử lý riêng biệt chính, mỗi chuỗi tương ứng



với quá trình xử lý của một khối truyền tải đơn. Chuỗi xử lý thứ 2 tương ứng với khối truyền tải thứ 2, do vậy chỉ xuất hiện ở ghép kênh không gian đường xuống. Nói chung, trong trường hợp này, hai khối truyền tải có kích thước khác nhau được kết hợp như một phần của việc ánh xạ anten (Antenna Mapping) trong phần thấp hơn của hình 4.9.

Hình 4.8 Cấu trúc tín hiệu tham khảo trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten đường xuống: (a) hai anten phát và (b) bốn anten phát.



Hình 4.9 Xử lý kênh truyền tải đường xuống. Phần được gạch gạch chỉ có mặt trong trường hợp ghép kênh không gian đường xuống, đó là khi hai khối

truyền tải được phát song song trong một TTI.

Hình 4.10 Chèn CRC đường xuống, tính toán và gắn một CRC vào mỗi khối truyền tải.



Hình 4.11 Khối mã hóa Turbo LTE

4.2.3.1 Chèn CRC

Trong bước đầu tiên của quá trình xử lý kênh truyền tải, một CRC được tính toán và gắn vào mỗi khối truyền tải (Hình 4.10). CRC cho phép phía thu phát hiện ra các lỗi còn lại trong khối truyền tải được giải mã. Chỉ thị lỗi tương ứng sau đó có thể được sử dụng bởi giao thức hybrid-ARQ đường xuống.

4.2.3.2 Mã hóa kênh

Những bản phát hành đầu tiên của chuẩn truy cập vô tuyến WCDMA (trước HSPA) cho phép cả mã hóa xoắn (convolutional coding) và mã hóa Turbo được ứng dụng cho các kênh truyền tải. Với HSPA, mã hóa kênh được đơn giản hóa theo hướng đó là: chỉ có mã hóa Turbo được ứng dụng cho các kênh truyền tải liên quan đến HSPA (HS-DSCH cho đường xuống và E-DCH cho đường lên). Điều tương tự cũng đúng với kênh chia sẻ đường xuống LTE, tức là chỉ có mã hóa Turbo có thể được áp dụng trong trường hợp truyền dẫn DL-SCH.

Cấu trúc tổng thể của mã hóa Turbo LTE được minh họa trong hình 4.11. Mã hóa Turbo sử dụng lại hai tốc độ WCDMA/HSPA 1/2, các bộ mã hóa tám trạng thái thành phần, nghĩa là tốc độ mã hóa tổng cộng là R=1/3. Tuy nhiên, bộ xen rẽ (interleaver) bên trong bộ mã hóa Turbo WCDMA/HSPA, đối với

LTE, đã được thay thế bởi việc xen rẽ dựa trên QPP (QPP: Quadrature Permutation Polynomial - đa thức hoán vị cầu phương). Tương phản với bộ

xen rẽ WCDMA/HSPA hiện tại, bộ xen rẽ dựa trên QPP sẽ hạn chế tối đa sự tranh chấp (contention), nghĩa là việc giải mã có thể được song song hóa một cách dễ dàng mà không tạo ra nguy cơ cho việc đụng độ khi truy cập vào bộ nhớ của bộ xen rẽ. Đối với các tốc độ dữ liệu rất cao được hỗ trợ bởi LTE, việc sử dụng kỹ



thuật xen rẽ dựa trên QPP về thực chất có thể làm giảm được độ phức tạp của bộ mã hóa/giải mã Turbo.

4.2.3.3 Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý

Nhiệm vụ của H-ARQ lớp vật lý đường xuống là để trích tập hợp bit chính xác từ các khối bit mã được phân phối bởi bộ mã hóa kênh được phát đi trong một TTI cho trước (Hình 4.12). Số bit phụ thuộc vào số lượng khối tài nguyên được ấn định, sơ đồ điều chế được chọn, và thứ tự ghép kênh không gian. Cũng cần chú ý rằng một vài phần tử tài nguyên trong một khối tài nguyên được ấn định sẽ bị chiếm bởi các ký tự tham khảo như được mô tả bên trên và báo hiệu điều khiển L1/L2 và sẽ được thảo luận sâu hơn trong phần 4.2.4.

Nếu tổng số bit mã được phân phối bởi bộ mã hóa kênh lớn hơn số bit có thể được phát đi, chức năng H-ARQ sẽ trích một tập hợp con các bit mã, dẫn đến tốc độ mã có hiệu lực Reff > 1/3. Còn nếu như tổng số bit mã nhỏ hơn số bit được phát, chức năng H-ARQ sẽ lặp lại tất cả hoặc một tập hợp con của các bit mã, tức là tốc độ mã có hiệu lực Reff < 1/3.

Đối với trường hợp truyền dẫn lại, trong đa số trường hợp, chức năng H-ARQ sẽ lựa chọn một tập hợp mã bit khác để phát đi, nghĩa là chức năng H-ARQ sẽ cho phép Độ dư thừa gia tăng (Incremental Redundancy).

4.2.3.4 Ngẫu nhiên hóa mức độ bit

Ngẫu nhiên hóa đường xuống LTE ngụ ý rằng khối bit được phân phối bởi chức năng H-ARQ được nhân lên (phép toán XOR) bởi một chuỗi ngẫu nhiên hóa mức bit (Hình 4.13). Nhìn chung việc ngẫu nhiên hóa dữ liệu đã mã hóa giúp đảm bảo việc giải mã ở phía thu có thể tận dụng một cách đầy đủ độ lợi xử lý được cung cấp bởi mã kênh (channel code). Không có ngẫu nhiên hóa đường xuống, bộ giải mã kênh ở đầu cuối di động ít nhất là trên lý thuyết có thể nhầm tín hiệu nhiễu với tín hiệu mục tiêu, do đó không thể triệt nhiễu một cách chính xác. Bằng việc ứng dụng các chuỗi ngẫu nhiên hóa khác nhau cho các cell lân cận, các tín hiệu nhiễu sau khi được giải xáo trộn sẽ trở nên ngẫu nhiên hóa, đảm bảo tận dụng đầy đủ độ lợi xử lý được cung cấp bởi mã kênh.



Hình 4.12 Chức năng H-ARQ lớp vật lý trích ra tập hợp bit mã được phát đi trong một TTI đã cho.

Hình 4.13 Ngẫu nhiên hóa đường xuống.

Ngược lại với HSPA, khi việc ngẫu nhiên hóa đường xuống được đưa đến các chip phức tạp sau khi dàn trải ra (ngẫu nhiên hóa mức chip), LTE áp dụng ngẫu nhiên hóa đường xuống đến các bit mã của mỗi kênh truyền tải (ngẫu nhiên hóa mức bit). Việc ngẫu nhiên hóa mức chip thì cần thiết với HSPA để đảm bảo độ lợi xử lý được cung cấp bởi quá trình dàn trải có thể được sử dụng một cách hiệu quả. Mặt khác, việc ngẫu nhiên hóa các bit mã hơn là các ký tự điều chế phức tạp, ngụ ý rằng độ phức tạp thực thi sẽ tương đối thấp hơn và không có tác động tiêu cực đến hiệu suất trong trường hợp LTE.

Trong LTE, ngẫu nhiên hóa đường xuống được ứng dụng cho tất cả các kênh truyền tải. Ngẫu nhiên hóa cũng được ứng dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống (xem phần 4.2.4). Đối với tất cả các kênh truyền tải đường xuống ngoại trừ MCH, cũng như với báo hiệu điều khiển L1/L2, thì chuỗi ngẫu nhiên sẽ khác nhau đối với các cell lân cận (ngẫu nhiên hóa cell riêng biệt) để đảm bảo sự ngẫu nhiên hóa nhiễu giữa các cell. Ngược lại, trong trường hợp truyền dẫn dựa trên MBSFN sử dụng kênh truyền tải MCH, việc ngẫu nhiên hóa nên giống nhau với tất cả các cell chiếm một phần trong truyền dẫn MBSFN nào đó (ngẫu nhiên hóa chung cell) (xem thêm phần 4.2.6).



4.2.3.5 Điều chế dữ liệu

Điều chế dữ liệu đường xuống chuyển đổi một khối bit được ngẫu nhiên hóa thành một khối ký tự điều chế phức tạp tương ứng (Hình 4.14). Bộ sơ đồ điều chế được hỗ trợ cho đường xuống LTE bao gồm QPSK, 16QAM, và 64QAM, lần lượt tương ứng với 2, 4, và 6 bit trên một ký tự điều chế. Tất cả các sơ đồ điều chế này có thể được dùng trong trường hợp truyền dẫn DL-SCH. Đối với các kênh truyền tải khác, có thể đưa ra một số giới hạn nào đó. Ví dụ, chỉ có điều chế QPSK được áp dụng trong trường hợp truyền dẫn BCH.

Hình 4.14 Điều chế dữ liệu, chuyển đổi M bit thành M/L ký tự điều chế phức tạp. QPSK: L=2, 16QAM: L=4, 64QAM: L=6.

4.2.3.6 Ánh xạ anten

Ánh xạ anten xử lý đồng thời các ký tự điều chế tương ứng với hai khối truyền tải (trong trường hợp chung), và ánh xạ kết quả đến các anten khác nhau (Chuẩn LTE thường nói đến các cổng anten – antenna port, hơn là nói đến các anten, một cổng anten tương ứng với truyền dẫn của một tín hiệu tham khảo đường xuống riêng biệt nhưng có thể không tương ứng với một anten vật lý thật). Như có thể được nhìn thấy trong hình 4.9, LTE hỗ trợ lên đến bốn anten phát. Ánh xạ anten có thể được cấu hình theo nhiều cách khác nhau để cho ra các sơ đồ đa anten khác nhau bao gồm phân tập phát, tạo cực búp sóng (beam-forming), và ghép kênh không gian. Chi tiết hơn về antenna mapping và truyền dẫn đa anten đường xuống LTE được cung cấp trong phần 4.2.5.

4.2.3.7 Ánh xạ khối tài nguyên

Ánh xạ khối tài nguyên ánh xạ các ký hiệu được phát đi trên mỗi anten thành các phần tử tài nguyên của tập hợp các khối tài nguyên được ấn định bởi MAC scheduler cho việc phát đi các khối truyền tải (xem hình 4.15). Như được thảo luận trong chương 3, sự lựa chọn các khối tài nguyên này có thể dựa trên đánh giá chất lượng kênh của các khối tài nguyên khác nhau như được nhìn thấy bởi đầu cuối di động mục tiêu.

Như đã được đề cập trong chương 3, scheduling đường xuống thực hiện trên một cơ sở khung phụ (1ms). Do đó, một khối tài nguyên đường xuống được xác định như số lượng sóng mang phụ trong suốt một khe thời gian 0.5 ms, việc ấn định khối tài nguyên đường xuống luôn luôn được thực hiện dưới dạng các



cặp khối tài nguyên, khi đó mỗi cặp bao gồm hai khối tài nguyên liên tiếp trong một khung con ở miền thời gian.

Gộp lại, mỗi khối tài nguyên bao gồm 84 phần tử tài nguyên (12 sóng mang con trong thời gian 7 ký tự OFDM) (12.6 = 72 phần tử tài nguyên trong trường hợp tiền tố tuần hoàn mở rộng). Tuy nhiên, như đã được đề cập bên trên, một vài phần tử tài nguyên trong một khối tài nguyên sẽ không có giá trị cho việc ánh xạ kênh truyền tải khi chúng đã được sử dụng bởi:

• Các ký tự tham khảo đường xuống bao gồm các phần tử tài

nguyên không được sử dụng tương ứng với các ký tự tham khảo của các anten khác, như được thảo luận ở phần trước.

• Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống, sẽ được thảo luận

nhiều hơn trong phần tiếp theo.

Hình 4.15 Ánh xạ khối tài nguyên đường xuống. Trong trường hợp chung, sẽ có một nhóm tài nguyên và một ánh xạ tài nguyên tương ứng cho mỗi anten phát.

Khi trạm gốc có đầy đủ thông tin về những phần tử tài nguyên nào được sử dụng cho các tín hiệu tham khảo đường xuống cũng như tín hiệu điều khiển L/L2 và do đó không có giá trị cho ánh xạ kênh điều khiển, nó có thể ánh xạ thẳng kênh truyền tải đến các phần tử tài nguyên có hiệu lực còn lại. Tương tự, ở thời gian tiếp nhận, đầu cuối di động biết phần tử tài nguyên nào được sử dụng cho tín hiệu tham khảo đường xuống và điều khiển L1/L2 và do đó có thể trích dữ liệu kênh truyền tải một cách đơn giản từ tập hợp các phần tử tài nguyên chính xác.

Tài nguyên vật lý mà DL-SCH được ánh xạ đến được xem như là kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH) trong chuẩn LTE.



4.2.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống

Để hỗ trợ truyền dẫn các kênh truyền tải đường xuống và đường lên, chính xác hơn là DL-SCH và UL-SCH, cần có báo hiệu điều khiển đường xuống liên kết chính xác (associated downlink control signaling). Báo hiệu điều khiển này thường được xem như báo hiệu điều khiển L1/L2, chỉ ra rằng thông tin tương ứng tạo rà một phần từ lớp vật lý (Lớp 1) và một phần từ lớp MAC (lớp 2).

Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống liên quan đến truyền dẫn DL-SCH và UL-SCH bao gồm:

• Các thông điệp scheduling liên quan đến DL-SCH cần thiết cho một

đầu cuối di động được hoạch định có thể nhận chính xác, giải điều chế, và giải mã DL-SCH. Bao gồm các thông tin về phân bố tài nguyên DL-SCH (tập hợp các khối tài nguyên), định dạng truyền tải và thông tin liên quan đến DL-SCH Hybrid ARQ. Báo hiệu này do đó tương tự với HS-SCCH (High-Speed Shared Control Channel) được định nghĩa cho HSPA.

• Các thông điệp scheduling liên quan đến UL-SCH, đặc biệt là các

chấp nhận scheduling sẽ thông báo cho đầu cuối di động tài nguyên đường lên nào và định dạng truyền tải nào để sử dụng cho truyền dẫn UL-SCH. Báo hiệu này do đó tương tự như E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel) được định nghĩa cho HSPA.

Khi có nhiều đầu cuối di động được hoạch định đồng thời, phải có khả năng phát nhiều thông điệp scheduling cho mỗi TTI. Mỗi thông điệp như vậy được phát đi theo một kênh điều khiển L1/L2 đường xuống. Như được minh họa trong hình 4.16, mỗi kênh điều khiển tương ứng với một thông điệp scheduling đơn đầu tiên được xử lý một cách riêng biệt, bao gồm chèn CRC, mã hóa kênh, ngẫu nhiên hóa mức bit, và điều chế QPSK. Các ký tự điều chế sau đó được ánh xạ đến tài nguyên vật lý đường xuống, nghĩa là đến lưới thời gian-tần số OFDM. Tài nguyên vật lý mà báo hiệu điều khiển L1/L2 được ánh xạ đến trong chuẩn LTE được xem như là kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH).



Hình 4.16 Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống.

Hình 4.17 Lưới thời gian/tần số LTE với phần tử tài nguyên nào đó được sử dụng bởi các ký tự tham khảo đường xuống và báo hiệu điều khiển L1/L2.

Như được minh họa trong hình 4.17, các kênh điều khiển L1/L2 được ánh xạ đến các ký tự OFDM đầu tiên (lên đến 3 ký tự) trong mỗi khung con. Bằng cách ánh xạ các kênh điều khiển L1/L2 đến khởi đầu của khung phụ, thông tin điều khiển L1/L2 bao gồm phân bố tài nguyên DL-SCH và định dạng truyền tải, có thể được lấy ra trước khi kết thúc khung phụ. Do đó việc giải mã DL-SCH có thể bắt đầu một cách trực tiếp sau khi kết thúc khung phụ mà không phải chờ đợi



cho việc giải mã thông tin điều khiển L1/L2. Điều này sẽ tối thiểu hóa trễ trong việc giải mã DL-SCH và do đó tối thiểu hóa toàn bộ trễ truyền dẫn đường xuống.

Hơn nữa, với việc phát kênh điều khiển L1/L2 ở bắt đầu của khung phụ, bằng cách cho phép việc giải mã sớm hơn thông tin điều khiển L1/L2, các đầu cuối di động không được scheduling có thể tắt mạch thu của chúng trong phần lớn của khung phụ, kết quả là công suất tiêu thụ tại đầu cuối được giảm bớt.

Nếu xét chi tiết hơn, tài nguyên vật lý mà tín hiệu điều khiển L1/L2 được ánh xạ đến thì bao gồm một số các phần tử kênh điều khiển, ở đó mỗi phần kênh điều khiển bao gồm một số phần tử tài nguyên được xác định trước. Các ký tự được điều chế của mỗi kênh điều khiển L1/L2 sau đó được ánh xạ đến một hoặc nhiều phần tử kênh điều khiển phụ thuộc vào kích thước, về mặt số lượng các ký tự điều chế, của mỗi kênh điều khiển L1/L2. Lưu ý rằng kích thước này có thể khác nhau đối với các kênh điều khiển L1/L2 khác nhau.

Mạng sẽ báo hiệu rõ ràng số lượng các phần tử kênh điều khiển trong một khung phụ. Khi đó, các phần tử kênh điều khiển có kích thước được xác định trước và được đặt ở bắt đầu của khung phụ, điều này ngụ ý rằng một đầu cuối di động được scheduled sẽ biết các phần tử tài nguyên nào được sử dụng bởi các kênh điều khiển L1/L2 và do đó biết được phần tử tài nguyên nào mà DL-SCH được ánh xạ đến (các phần tử tài nguyên còn lại).

Tuy nhiên, các đầu cuối di động không thông báo rõ ràng về cấu trúc điều khiển L1/L2 chi tiết hơn, bao gồm số lượng chính xác kênh điều khiển L1/L2 và số phần tử kênh điều khiển mà mỗi kênh điều khiển L1/L2 được ánh xạ đến. Đúng hơn, đầu cuối di động phải cố gắng mò mẫm giải mã nhiều ứng cử kênh điều khiển (control channel candidates) để có khả năng tìm ra kênh điều khiển L1/L2 mang thông tin scheduling đến đầu cuối di động cụ thể này. Ví dụ, hình 4.18 minh họa trường hợp của sáu phần tử kênh điều khiển và khả năng để ánh xạ các kênh điều khiển L1/L2 đến một, hai, hoặc bốn phần tử kênh điều khiển. Như được nhìn thấy, trong trường hợp đặc biệt này, có 10 ứng cử kênh điều khiển khác nhau. Đầu cuối di động giải mã mỗi ứng cử này và sau đó kiểm tra CRC cho kênh điều khiển hợp lệ.

4.2.5 Truyền dẫn nhiều anten đường xuống

Quá trình xử lý kênh truyền tải đã được mô tả trong phần 4.2.3 bao gồm ánh xạ anten, lúc đó, nó được mô tả đơn giản như quá trình xử lý các khối ký tự điều chế từ hai khối truyền tải được mã hóa và ánh xạ (đến bốn) anten phát. Như được minh họa trong hình 4.19, thực ra ánh xạ anten LTE bao gồm hai bước riêng biệt, ánh xạ lớp và tiền mã hóa (Layer mapping and Pre-coding).



Hình 4.18 Phần tử kênh điều khiển và ứng cử kênh điều khiển.

Hình 4.19 Ánh xạ anten LTE bao gồm ánh xạ lớp, tiếp theo là tiền mã hóa. Mỗi ô vuông tương ứng với một ký hiệu điều chế.

Hình 4.20 Hai anten mã hóa khối không gian-tần số (SFBC) trong kết cấu đa anten LTE.



Ánh xạ lớp cung cấp việc giải ghép kênh các ký tự điều chế của mỗi từ mã (khối truyền tải được mã hóa và điều chế) thành một hoặc nhiều lớp. Do đó, số lớp thì luôn luôn ít nhất bằng với số khối truyền tải được phát.

Việc tiền mã hóa trích ra chính xác một ký tự điều chế từ mỗi lớp, xử lý đồng thời các ký tự này và ánh xạ kết quả vào miền tần số và anten (trong trường hợp thông thường, việc ánh xạ cũng có thể trong miền thời gian). Như được minh họa trong hình 4.19, việc tiền mã hóa có thể được thấy như hoạt động trên vector _

v i với kích thước NL, trong đó mỗi vector bao gồm một ký tự từ mỗi lớp.

Việc phân chia quá trình ánh xạ anten thành hai chức năng riêng biệt, ánh xạ lớp và tiền mã hóa, đã được giới thiệu trong chuẩn LTE có thể định nghĩa và mô tả các sơ đồ truyền dẫn nhiều anten khác nhau, bao gồm phân tập phát vòng hở (open-loop transmit diversity), tạo cực búp sóng (beam-forming), và ghép kênh không gian trong một kết cấu đa anten duy nhất. Vài ví dụ bên dưới của sơ đồ truyền dẫn nhiều anten được cho cùng với việc thực thi của chúng trong kết cấu đa anten LTE.

4.2.5.1 Hai anten mã hóa khối không gian-tần số (SFBC)

Trong trường hợp hai anten SFBC (Hình 4.20), có một từ mã đơn (không ghép kênh không gian) và hai lớp. Ánh xạ lớp giải ghép kênh các ký tự điều chế của từ mã trên hai lớp. Tiền mã hóa sau đó sẽ áp dụng mã không gian-tần

số trên mỗi vector lớp _

v i.

4.2.5.2 Tạo dạng tia (beam-forming)

Trong trường hợp tạo dạng tia (Hình 4.21) có một từ mã đơn (không ghép kênh không gian) và một lớp đơn, tức là ánh xạ lớp là trong suốt.

Tiền mã hóa sẽ đưa vector tiền mã hóa _

w với kích thước NA đến mỗi ký tự lớp xi.

Hình 4.21 Tạo dạng tia trong khung nhiều anten LTE.



Hình 4.22 Ghép kênh không gian trong khung nhiều anten LTE (NL=3, NA=4).

4.2.5.3 Ghép kênh không gian

Với trường hợp ghép kênh không gian (Hình 4.22), trong trường hợp chung, có hai từ mã, số lớp NL, số anten NA, với NL 2≥ và NA ≥ NL. Cụ thể, hình 4.22 minh hoạ trường hợp ba lớp (NL=3) và bốn anten phát (NA=4). Ánh xạ lớp giải ghép kênh các ký tự điều chế của hai từ mã trên NL lớp. Như được nhìn thấy, trong trường hợp ba lớp, từ mã đầu tiên được ánh xạ đến lớp đầu tiên trong khi từ mã thứ hai được ánh xạ đến lớp thứ hai và thứ ba. Do đó, số ký tự điều chế của hai từ mã sẽ được gấp đôi số lượng ký tự điều chế của từ mã thứ nhất để đảm bảo số lượng ký tự như nhau trên mỗi lớp. Tiền mã hóa sau đó đưa vào ma trận W

kích thước NA x NL đến mỗi vector lớp _

v i.

Nhìn chung, ghép kênh không gian LTE căn cứ vào tiền mã hóa dựa trên bảng mã (codebook), tức là với mỗi sự kết hợp của số lượng anten NA và số lượng lớp NL, một nhóm ma trận tiền mã hóa được định nghĩa đặc tính kỹ thuật. Dựa trên việc đo tín hiệu tham khảo đường xuống của các anten khác nhau, thiết bị di động quyết định chọn một dãy phù hợp (số lượng các lớp) và ma trận tiền mã hóa tương ứng. Những thông tin này sau đó được thông báo đến mạng. Trong khi một dãy đơn được báo cáo có giá trị cho toàn bộ băng thông hệ thống, thì nhiều ma trận tiền mã hóa có giá trị cho những phần khác nhau của băng thông hệ thống cũng có thể được báo cáo. Mạng phải xem xét các thông tin này, nhưng không phải dựa vào nó khi quyết định dãy nào và nhóm ma trận mã hóa trước nào được sử dụng thật sự cho truyền dẫn đường xuống. Khi mạng có thể quyết định chọn một nhóm ma trận mã hóa trước khác với cái đã được thông báo bởi đầu cuối di động, mạng phải báo hiệu rõ ràng các ma trận mã hóa trước nào được sử dụng bởi các phương tiện báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống.

Phương pháp tương tự được sử dụng cho tạo dạng tia nhiều anten đường xuống, tức là dựa trên việc đo đạc các tín hiệu tham khảo đường xuống của



các anten khác nhau, thiết bị di động sẽ quyết định chọn một vector mã hóa trước phù hợp (tạo dạng tia) và thông báo các thông tin này đến mạng. Mạng cần phải xem xét các thông tin này, nhưng không phải dựa vào nó khi quyết định vector mã hóa trước nào thật sự được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống. Tương tự với trường hợp ghép kênh không gian, mạng phải báo hiệu rõ ràng vector tạo dạng tia nào được sử dụng cho đầu cuối di động. Như một kết quả, mã hóa trước chỉ có thể được sử dụng cho truyền dẫn DL-SCH mà không được sử dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2.

4.2.6 Multicast/broadcast sử dụng MBSFN

Như được thảo luận trong chương 4, truyền dẫn OFDM mang lại một số lợi ích về mặt cung cấp các dịch vụ multicast/broadcast đa cell, chính xác hơn là khả năng tạo truyền dẫn multicast/broadcast đa cell đồng bộ như một truyền dẫn đơn qua kênh đa đường. Như đã được đề cập trong chương 2, loại truyền dẫn LTE này được đề cập như Multicast/Broadcast qua mạng tần số đơn (MBSFN).

LTE hỗ trợ truyền dẫn multicast/broadcast dựa trên MBSFN bởi kênh truyền tải MCH (Multicast Channel). Việc xử lý kênh truyền tải MCH về nhiều mặt thì giống như đối với DL-SCH (Hình 4.9), với một vài ngoại lệ:

• Trong trường hợp truyền dẫn MBSFN, dữ liệu giống nhau được phát

với định dạng truyền tải giống nhau sử dụng nguồn tài nguyên vật lý giống nhau từ nhiều cell thông thường thuộc các eNodeB khác nhau. Do đó, định dạng truyền tải MCH và phân bố tài nguyên không thể được chọn lựa một cách tự động bởi eNodeB.

• Khi truyền dẫn MCH nhắm đến (targeting) nhiều đầu cuối di động đồng

thời, hybrid ARQ thì không thể được ứng dụng trực tiếp trong trường hợp truyền dẫn MCH.

Hơn nữa, cũng được đề cập trong phần 4.2.3, ngẫu nhiên hóa MCH cần giống nhau cho tất cả các cell liên quan trong truyền dẫn MBSFN.

Đánh giá kênh truyền cho việc giải điều chế kết hợp của truyền dẫn MBSFN không thể dựa trực tiếp vào tín hiệu tham khảo riêng cell thông thường được mô tả trong phần 4.2.2 khi các tín hiệu tham khảo này không được phát đi bởi các phương pháp MBSFN và do đó không phản hồi được kênh MBSFN tổng hợp. Thay vào đó, các ký tự tham khảo bổ sung được chèn vào các khung phụ MBSFN, được minh họa trên hình 4.23. Các tín hiệu tham khảo này được phát đi bởi MBSFN, tức là các ký hiệu tham khảo giống nhau được phát bởi tất cả các cell liên quan trong truyền dẫn MBSFN (giá trị phức tạp giống nhau trong phần tử tài nguyên giống nhau). Tín hiệu tham khảo tương ứng vì vậy có thể được sử dụng



trực tiếp cho việc đánh giá kênh MBSFN tổng hợp, cho phép giải điều chế kết hợp truyền dẫn MBSFN.

Hình 4.23 Các tín hiệu tham khảo chung tế bào và riêng tế bào trong các khung phụ MBSFN. Chú ý rằng hình vẽ thể hiện một tiền tố chu trình mở rộng tương ứng với 12 ký hiệu trên 1 khung phụ.

Truyền dẫn MCH sử dụng MBSFN không được phép ghép kênh với truyền dẫn của các kênh truyền tải khác như DL-SCH trong cùng khung con. Do đó, cũng không có truyền dẫn báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống liên quan đến truyền dẫn DL-SCH (định dạng truyền tải, chỉ thị tài nguyên, và thông tin liên quan đến H-ARQ) trong các khung con MBSFN. Tuy nhiên, có thể có các báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống khác được phát trong các khung con MBSFN, ví dụ các cấp phát scheduling (scheduling grants) cho truyền dẫn UL-SCH. Kết quả là, các tín hiệu tham khảo “riêng cell” thông thường như được mô tả trong phần 4.2.2, cũng cần được phát trong các khung con MBSFN, song song với tín hiệu tham khảo dựa trên MBSFN. Tuy nhiên, khi báo hiệu điều khiển L1/L2 bị giữ lại trong phần đầu tiên của khung con, chỉ các ký tự tham khảo riêng-cell trong ký tự OFDM đầu tiên của khung con được phát đi trong các khung con MBSFN (cũng như ký tự OFDM thứ hai của khung con trong trường hợp bốn anten phát), được minh họa trong hình 4.23.

4.3 Scheme truyền dẫn đường lên

4.3.1 Tài nguyên vật lý đường lên

Như được đề cập trong phần tổng quan được cung cấp trong chương 2, truyền dẫn đường lên LTE dựa trên kỹ thuật gọi là truyền dẫn DFTS-OFDM. Như được biết, DFTS-OFDM là một scheme truyền dẫn “đơn sóng mang” PAR mức thấp, nó cho phép ấn định băng thông linh hoạt và đa truy cập trực giao không chỉ trong miền thời gian mà còn trong cả miền tần số. Do đó, Scheme truyền dẫn đường lên LTE cũng được xem như FDMA đơn sóng mang (SC-FDMA).



Hình 4.24 Kiến trúc cơ bản của truyền dẫn DFTS-OFDM

Hình 4.24 tóm tắt lại kiến trúc cơ bản của truyền dẫn DFTS-OFDM với DFT kích thước M thích hợp với một khối gồm có M ký tự điều chế. Đầu ra của DFT sau đó được ánh xạ đến đầu vào có chọn lọc của một IFFT kích thước N. Kích thước DFT xác định băng thông tức thời của tín hiệu được truyền dẫn trong khi phép ánh xạ tần số xác định vị trí của tín hiệu được truyền dẫn trong toàn bộ phổ đường lên có hiệu lực. Cuối cùng, một tiền tố tuần hoàn (cyclic prefix) được chèn vào cho mỗi khối xử lý. Như được thảo luận trong chương trước, việc sử dụng tiền tố tuần hoàn trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang cho phép ứng dụng một cách dễ dàng kỹ thuật cân bằng miền tần số hiệu suất cao có độ phức tạp thấp tại phía thu.

Như được thảo luận trong chương trước, trong trường hợp chung, cả truyền dẫn DFTS-OFDM tập trung và phân tán đều có thể sử dụng được. Tuy nhiên, truyền dẫn đường lên LTE bị hạn chế với truyền dẫn tập trung, chẳng hạn phép ánh xạ tần số của hình 4.24 ánh xạ đầu ra của DFT đến đầu vào liên tục của IFFT.

Từ quan điểm thực thi DFT, DFT kích thước M sẽ bị ép buộc với số lượng là hai. Tuy nhiên, việc ép buộc như vậy thì xung đột trực tiếp với sự mong muốn để có độ linh động cao về mặt số lượng tài nguyên (băng thông truyền dẫn tức thời) có thể được ấn định tự động đến các đầu cuối di động khác nhau. Từ quan điểm sự linh động, tất cả các giá trị có thể của M phần nào được cho phép. Với LTE, đường giữa (middle-way) đã được chấp nhận ở nơi mà kích thước DFT bị giới hạn với các tích của các số nguyên 2, 3, và 5. Vì thế, cho ví dụ, với kích thước DFT là 15, 16, và 18 thì được cho phép nhưng M=17 thì không được cho phép. Trong cách này, DFT có thể được thực thi như sự kết hợp của các DFT cơ số 2, 3 và 5 có độ phức tạp tương đối thấp.

Như được đề cập trong chương trước, và được thể hiện rõ ràng trong hình 4.24, DFTS-OFDM cũng có thể được xem như truyền dẫn OFDM thông thường kết hợp với DFT dựa trên mã hoá trước. Do đó, người ta có thể thường nói đến khoảng cách sóng mang con trong trường hợp truyền dẫn DFTS-OFDM. Hơn nữa,



tương tự với OFDM, tài nguyên vật lý DFTS-OFDM có thể được xem như một mạng lưới thời gian-tần số với sự ràng buộc bổ sung, đó là tài nguyên thời gian-tần số tổng cộng được ấn định đến các đầu cuối di động phải luôn luôn bao gồm các sóng mang con liên tục.

Các thông số cơ bản của scheme truyền dẫn đường lên LTE đã được lựa chọn để căn chỉnh, càng nhiều càng tốt, với các thông số tương ứng của đường xuống LTE dựa trên OFDM. Do đó, như được mô tả trong hình 4.25, khoảng cách sóng mang con DFTS-OFDM đường lên tương đương với Δf=15 KHz và các khối tài nguyên bao gồm 12 sóng mang con được cũng được xác định cho đường lên. Tuy nhiên, ngược với đường xuống, đường lên không có các DC-carrier không dùng được. Nguyên nhân là sự có mặt của DC-carrier ở trung tâm của phổ tần sẽ làm nó không có khả năng cấp phát toàn bộ băng thông hệ thống đến một đầu cuối di động đơn và vẫn giữ thuộc tính đơn sóng mang PAR thấp của truyền dẫn đường lên. Cũng vậy, do DTF dựa trên mã hoá trước, tác động của bất kỳ nhiễu DC sẽ được trải ra trên khối M các ký tự điều chế và do đó sẽ ít gây hại so với truyền dẫn OFDM thông thường.

Hình 4.25 Kiến trúc miền tần số đường lên LTE

Vì vậy, tổng số sóng mang con đường lên là NSC = 12 . NRB. Tương tự như đường xuống, với đường lên, chuẩn lớp vật lý LTE cũng cho phép độ linh hoạt rất cao về mặt băng thông hệ thống tổng cộng bằng cách cho phép bất kỳ số lượng khối tài nguyên đường lên nào trong khoảng từ 6 khối tài nguyên và cao hơn. Tuy nhiên, cũng tương tự như đường xuống, sẽ có hạn chế là các yêu cầu tần số vô tuyến chỉ được chỉ định, ít nhất là lúc đầu, cho một tập hợp các băng thông đường lên giới hạn.

Cũng về mặt kiến trúc miền thời gian được làm chi tiết hơn, đường lên LTE rất giống với đường xuống, như có thể được nhìn thấy trong hình 4.26. Mỗi khung con đường lên 1ms bao gồm hai khe có độ dài bằng nhau Tslot=0.5 ms. Mỗi khe sau đó bao gồm một số lượng các khối DFT kèm theo cả tiền tố tuần hoàn (Cyclic Prefix - CP). Cũng tương tự đường xuống, hai độ dài tiền tố tuần hoàn



được định nghĩa cho đường lên, tiền tố tuần hoàn thông thường và tiền tố tuần hoàn mở rộng.

Hình 4.26 Khung con đường lên LTE và cấu trúc khe. Một khung con bao gồm hai khe kích thước bằng nhau. Mỗi khe bao gồm 6 hoặc 7 khối DFTS-OFDM

trong trường hợp tương ứng với tiền tố chu trình bình thường và mở rộng.

Hình 4.27 Cấp phát tài nguyên đường lên LTE

Ngược với đường xuống, các khối tài nguyên đường lên được ấn định đến một đầu cuối di động phải luôn luôn được liên tiếp nhau trong miền tần số, như được minh hoạ trong hình 4.27. Chú ý rằng, tương tự như đường xuống, khối tài nguyên đường lên được định nghĩa như 12 sóng mang con DFTS-OFDM trong suốt một khe 0.5 ms. Tại cùng một thời điểm, scheduling đường lên được thực hiện trên cơ sở một khung con 1 ms. Do đó, tương tự như đường xuống, ấn định tài nguyên đường lên được thực hiện dưới dạng các cặp khối tài nguyên liên tục trong miền thời gian.



Trong hình 4.27, tài nguyên đường lên được ấn định tương ứng với tập hợp các sóng mang con giống nhau trong cả hai khe. Nói một cách khác, việc nhảy tần số liên khe (inter-slot) có thể được ứng dụng cho đường lên LTE. Nhảy tần số liên khe ngụ ý rằng tài nguyên vật lý được sử dụng cho truyền dẫn đường lên trong hai khe của khung con không chiếm giữ các tập hợp các sóng mang con giống nhau như được minh hoạ trong hình 4.28. Chú ý rằng, khi băng thông truyền dẫn RF đầu cuối di động bao phủ toàn bộ phổ đường lên, nhảy tần số đường lên là một hoạt động băng gốc thuần tuý, đơn giản chỉ là sự biến đổi phép ánh xạ DFT thành IFFT của quá trình DFTS-OFDM trong hình 4.24.

Có ít nhất hai lợi ích tiềm tàng của việc nhảy tần số đường lên:

• Nhảy tần số cung cấp phân tập tần số bổ sung, giả thiết là các bước nhảy có

bậc (order) bằng hoặc lớn hơn băng thông kết hợp kênh.

• Nhảy tần cung cấp phân tập nhiễu (lấy trung bình nhiễu), giả định rằng mô

hình nhảy tần thì khác nhau ở các cell lân cận.

Hình 4.28 Nhảy tần đường lên

4.3.2 Tín hiệu tham khảo đường lên

Tương tự đường xuống, tín hiệu tham khảo cho đánh giá kênh cũng cần thiết cho đường lên LTE để cho phép giải điều chế kết hợp ở trạm gốc. Do sự khác nhau giữa các scheme truyền dẫn đường xuống và đường lên LTE (tương ứng với OFDM và SC-FDMA dựa trên DFTS-OFDM) và sự quan trọng của biến đổi công suất thấp cho truyền dẫn đường lên, nguyên lý của các tín hiệu tham khảo đường lên thì khác với của đường xuống. Về bản chất, việc để tần số các tín hiệu tham khảo được ghép với dữ liệu truyền dẫn từ cùng một đầu cuối di động là không thể đối với đường lên. Thay vào đó, tín hiệu tham khảo đường lên được ghép kênh thời gian với dữ liệu đường lên. Đặc biệt hơn, như được minh hoạ trong hình 4.29, tín hiệu tham khảo đường lên được phát trong khối thứ tư của mỗi khe đường lên và với một băng thông tức thời bằng với băng thông của truyền dẫn dữ liệu. Chú ý rằng, trong trường hợp chung, nhảy tần số đường lên có thể được ứng dụng, ý nói rằng hai khe trong hình 4.29 được phát trên các tần số khác nhau, về bản chất có lẽ phân biệt nhau. Trong trường hợp này, phép nội suy giữa hai khối tín hiệu tham



khảo của một khung con có thể không có khả năng như một kênh, do sự phân biệt tần số, về bản chất có thể khác nhau giữa hai khối.

Một cách để thực thi tín hiệu tham khảo đường lên là tạo ra tín hiệu tham khảo miền tần số XRS(k) với độ dài MRS tương ứng với băng thông được ấn định (số lượng sóng mang con DFTS-OFDM được ấn định hoặc, tương đương với kích thước DFT tức thời) và đưa đến đầu vào của một IFFT, như được minh hoạ trong hình 4.30. Việc chèn tiền tố tuần hoàn sau đó được thực hiện chính xác như đối với các khối đường lên khác. Theo nhiều ý nghĩa, điều này có thể được xem như việc xác định tín hiệu tham khảo đường lên như là một tín hiệu OFDM. Tuy nhiên, người ta có thể mô tả tương đương tín hiệu tham khảo giống như một tín hiệu DFTS-OFDM bằng cách đơn giản lấy IDFT kích thước MRS của chuỗi XRS(k) miền tần số. Chuỗi kết quả sau đó có thể đưa đến quá trình xử lý DFTS-OFDM được phác thảo trong hình 4.24.

Hình 4.29 Tín hiệu tham khảo đường lên được chèn vào trong khối thứ tư của mỗi khe thời gian đường lên. Giả sử là tiền tố tuần hoàn thông thường, tức là

bảy khối trên một khe và không có nhảy tần.

Hình 4.30 Việc tạo tín hiệu tham khảo đường lên miền tần số



Các tín hiệu tham khảo nên có những thuộc tính như sau:

• Biên độ không đổi hoặc hầu như không đổi trên tuyến với những đặc

tính cơ bản của scheme truyền dẫn đường lên LTE (đơn sóng mang PAR thấp).

• Thuộc tính tự tương quan miền thời gian tốt để cho phép đánh giá

kênh đường lên chính xác.

Các chuỗi với thuộc tính này thỉnh thoảng được xem như các chuỗi CAZAC (Constant-Amplitude Zero-Auto-Correlation).

Một bộ chuỗi với thuộc tính CAZAC là bộ chuỗi Zadoff-Chu. Trong miền tần số, chuỗi Zadoff-Chu độ dài Mzc có thể được biểu thị như:

X(u)ZC(k) = e -jπ u MZC

)1( +kk (4.1)

Với là chỉ số của chuỗi Zadoff-Chu trong bộ chuỗi Zadoff-Chu độ dài MZC

Số lượng chuỗi Zadoff-Chu hiệu lực đưa ra một độ dài chuỗi nào đó, đó là số giá trị có thể được của chỉ số u trong (4.1), bằng với số lượng số nguyên có liên quan chủ yếu đến độ dài MZC. Điều này có nghĩa rằng, để có số lượng chuỗi Zadoff-Chu lớn nhất và do đó cuối cùng là số lượng tín hiệu tham khảo đường lên có hiệu lực sẽ lớn nhất. Chuỗi Zadoff-Chu có độ dài tốt nhất thì được ưa chuộng hơn. Tại cùng một thời điểm, độ dài MRS của tín hiệu tham khảo đường lên miền tần số nên được bằng với băng thông được ấn định, tức là bội số của 12 (kích thước khối tài nguyên) thì hiển nhiên không phải một số tốt nhất. Do đó, chuỗi Zadoff-Chu có độ dài tốt nhất không thể được sử dụng một cách trực tiếp như tín hiệu tham khảo đường lên LTE. Thay vào đó tín hiệu tham khảo đường lên được chuyển hóa từ chuỗi Zadoff-Chu có độ dài tốt nhất.

Hai phương pháp để lấy tín hiệu tham khảo đường lên độ dài MRS từ chuỗi Zadoff-Chu độ dài tốt nhất đã được định nghĩa trong chuẩn lớp vật lý LTE:

1. Phương pháp 1 (sự cắt cụt - truncation): Chuỗi Zadoff-Chu có độ dài MZC, trong đó MZC là “số tốt nhất nhỏ nhất” lớn hơn hoặc bằng MRS, bị chặt cụt thành độ dài MRS.

2. Phương pháp 2 (mở rộng theo chu kỳ): Chuỗi Zadoff-Chu độ dài MZC, trong đó MZC là “số tốt nhất lớn nhất” nhỏ hơn hoặc bằng MRS, được mở rộng một cách tuần hoàn đến độ dài MRS.



Hình 4.31 Phương pháp tạo ra tín hiệu tham khảo đường lên từ chuỗi Zadoff-Chu độ dài tốt nhất. Chú ý rằng trong trường hợp chung, có nhiều hơn một ký tự có thể bị cắt cụt (phương pháp 1) hoặc được mở rộng theo chu kỳ (phương

pháp 2).

Hai phương pháp này được minh họa trong hình 4.31. Cần lưu ý rằng hình này giả sử không phải trường hợp nào cũng cắt cụt hoặc mở rộng theo chu kỳ của một ký tự đơn. Cho ví dụ, nếu độ dài chuỗi tham khảo MRS=96, tương ứng với 8 khối tài nguyên, được mong muốn, phương pháp 1 có thể sử dụng chuỗi Zadoff-Chu có độ dài NZC=97 (một số tốt nhất) như một điểm bắt đầu. Tuy nhiên, số tốt nhất lớn nhất nhỏ hơn hoặc bằng 96 là 89, ý nói rằng phương pháp 2 sẽ cần sử dụng chuỗi Zadoff-Chu độ dài NZC=89 như điểm bắt đầu và áp dụng việc mở rộng chu kỳ 7 ký tự để đạt đến tín hiệu tham khảo có độ dài 96 được mong muốn.

Rõ ràng, cả hai phương pháp này đều giảm quy mô thuộc tính CAZAC của tín hiệu tham khảo đường lên. Phương pháp tối ưu về mặt duy trì tốt nhất thuộc tính CAZAC trong số những thứ khác phụ thuộc vào độ dài chuỗi tín hiệu tham khảo MRS hướng tới. Do đó, cả hai phương pháp đều có ý nghĩa và có thể được sử dụng, phụ thuộc vào độ dài chuỗi tín hiệu tham khảo được mong muốn hoặc tương đương với kích thước tài nguyên được ấn định.

4.3.2.1 Nhiều tín hiệu tham khảo

Trong trường hợp điển hình, một đầu cuối di động đơn sẽ phát trong một tài nguyên được cho trước (một tập hợp sóng mang con nào đó trong suốt một khung nào đó) trong một cell. Tuy nhiên, trong các cell lân cận, thường có truyền dẫn đường lên đồng thời trong cùng tài nguyên. Trong trường hợp đó, điều quan trọng là để tránh tình huống mà ở đó hai đầu cuối di động trong các cell lân cận sử dụng tín hiệu tham khảo đường lên giống nhau, khi đó sẽ kéo theo một nguy cơ tiềm năng của nhiễu cao giữa các truyền dẫn tín hiệu tham khảo. Do đó, trong các cell lân cận, các tín hiệu tham khảo đường lên nên được dựa trên các chuỗi Zadoff-Chu khác nhau (từ các bộ chuỗi Zadoff-Chu giống nhau), tức là các



giá trị khác nhau cho chỉ số u trong công thức (4.1). Để tránh việc lập kế hoạch cell quá phức tạp, điều quan trọng là số lượng các tín hiệu tham khảo đường lên có độ dài nào đó không được quá nhỏ. Đây là nguyên nhân tại sao tín hiệu tham khảo đường lên được dựa trên các chuỗi Zadoff-Chu độ dài tốt nhất, tối đa hóa số lượng chuỗi với một độ dài chuỗi cho trước.

Một cách khác để tạo ra nhiều tín hiệu tham khảo đường lên là dựa vào thuộc tính tự tương quan zero của các chuỗi Zadoff-Chu. Thuộc tính này ngụ ý rằng việc dịch theo chu kỳ một chuỗi Zadoff-Chu thì trực giao với chính nó. Do đó, nhiều tín hiệu tham khảo đường lên có thể được tạo ra bằng cách dịch theo chu kỳ tín hiệu tham khảo cơ bản giống nhau. Phương pháp này có thể được sử dụng khi hai cell được đồng bộ với nhau và thường trong trường hợp các cell thuộc về cùng eNodeB. Phương pháp cũng có thể được sử dụng nếu có hai đầu cuối di động phát trên cùng tài nguyên trong cùng một cell, nó có thể xảy ra trong trường hợp đường lên SDMA.

4.3.2.2 Tín hiệu tham khảo cho việc dò kênh

Hoạch định (scheduling) phụ thuộc kênh truyền đường xuống, trong cả miền thời gian và miền tần số là một công nghệ LTE chủ chốt. Như được thảo luận trong chương trước, scheduling phụ thuộc kênh truyền đường lên là việc ấn định tài nguyên đường lên đến một đầu cuối di động phụ thuộc vào chất lượng kênh tức thời cũng có thể được sử dụng. Scheduling phụ thuộc kênh truyền đường lên có thể gia tăng tốc độ dữ liệu đạt được và giảm nhiễu đến các cell khác, bằng cách để cho đầu cuối di động phát đi trong các băng tần số có chất lượng tốt cùng một lúc.

Để thực hiện scheduling phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số, các đánh giá chất lượng kênh miền tần số là cần thiết. Với đường xuống, điều này có thể được hoàn thành bằng cách đầu cuối di động đo chất lượng tín hiệu tham khảo riêng-cell đường xuống, nó được phát trên toàn bộ băng thông cell, và thông báo chất lượng kênh được đánh giá đến mạng bằng chỉ thị chất lượng kênh (CQI-Channel Quality Indicator).

Như được thấy trong hình 4.29, các tín hiệu tham khảo được sử dụng cho việc giải điều chế kết hợp đường lên chỉ được phát trên băng thông được ấn định tự động đến mỗi đầu cuối di động. Các tín hiệu tham khảo này do đó có thể không được sử dụng bởi mạng để đánh giá chất lượng kênh đường lên



cho bất kỳ tần số nào khác hơn tần số được ấn định hiện tại đến đầu cuối di động và vì vậy có thể không cung cấp thông tin cần thiết cho scheduling phụ thuộc kênh đường lên trong miền tần số. Để hỗ trợ scheduling phụ thuộc kênh miền tần số đường lên, việc thêm nhiều hơn các tín hiệu tham khảo băng rộng do đó cũng có thể được phát trên đường lên LTE. Những ký tự tham khảo này được xem như tín hiệu tham khảo dò kênh, để phân biệt chúng với các ký tự tham khảo (giải điều chế) được thảo luận bên trên và được minh họa trong hình 4.29.

Nguyên lý cơ bản cho các tín hiệu tham khảo dò kênh thì tương tự như nguyên lý của tín hiệu tham khảo giải điều chế. Đặc biệt hơn, tín hiệu tham khảo dò kênh cũng được dựa trên các chuỗi Zadoff-Chu độ dài tốt nhất và được phát trong một khối DFTS-OFDM hoàn toàn. Tuy nhiên, có vài điều khác nhau chủ yếu giữa tín hiệu tham khảo dò kênh và tín hiệu tham khảo giải điều chế:

• Như đã được đề cập, các tín hiệu dò kênh thường có một băng thông lớn hơn, có thể là lớn hơn nhiều so với tài nguyên đường lên được chỉ định cho một đầu cuối di động. Các tín hiệu tham khảo dò kênh có thể thậm chí cần được phát bởi các đầu cuối di động mà không được chỉ định bất kỳ tài nguyên đường lên nào cho truyền dẫn UL-SCH.

• Các tín hiệu tham khảo dò kênh tiêu biểu không cần thiết phải phát thường xuyên như các tín hiệu tham khảo giải điều chế. Trong nhiều trường hợp, các tín hiệu tham khảo dò kênh sẽ được phát ít hơn một lần mỗi khung con.

• Phải có khả năng phát các tín hiệu tham khảo dò kênh từ nhiều đầu cuối di động trong cùng băng tần.



Hình 4.32 Truyền dẫn các tín hiệu tham khảo dò kênh đường lên

Nếu việc dò kênh được sử dụng trong một cell, mạng ấn định rõ ràng các khối trong kiến trúc khung con đường lên cho truyền dẫn các tín hiệu tham khảo dò kênh, như được minh họa trong hình 4.32. Các khối này do đó không có ý nghĩa cho truyền dữ liệu (UL-SCH).

Các khối được ấn định cho truyền dẫn các tín hiệu tham khảo dò kênh là tài nguyên được chia sẻ, nghĩa là nhiều đầu cuối di động có thể phát tín hiệu tham khảo trong các tài nguyên này. Điều này có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau:

• Có thể là một khối được chỉ định cho tín hiệu tham khảo dò kênh trong mỗi khung con. Tuy nhiên, mỗi đầu cuối di động chỉ có thể phát một tín hiệu tham khảo dò kênh trong mỗi khung con thứ N, tức là N đầu cuối di động có thể chia sẻ tài nguyên trong miền thời gian.

• Truyền dẫn tín hiệu tham khảo có thể được phân tán, nghĩa là chỉ có truyền dẫn trên mỗi sóng mang con thứ N (so sánh với thảo luận truyền dẫn DFTS-OFDM phân tán trong chương trước). Bằng cách để cho các đầu cuối di động khác nhau phát trên các bộ sóng mang khác nhau, mà tài nguyên dò kênh có thể được chia sẻ trong miền tần số.

• Các đầu cuối di động khác nhau có thể phát đồng thời tín hiệu tham khảo giống nhau với sự dịch chuyển theo chu kỳ khác nhau. Như được thảo luận bên trên, các phép dịch khác nhau của chuỗi



Zadoff-Chu thì trực giao với nhau, với điều kiện là việc dịch vượt quá sự phân tán thời gian kênh.

Trên thực tế, sự kết hợp các phương pháp này có thể được sử dụng để chia sẻ một tài nguyên được ấn định cho truyền dẫn các tín hiệu tham khảo dò kênh giữa các đầu cuối di động khác nhau trong một cell.

Hình 4.33 Xử lý kênh truyền tải đường lên LTE

4.3.3 Xử lý kênh truyền tải đường lên

Xử lý kênh truyền tải đường lên LTE có thể được phác thảo theo hình 4.33. Khi không có ghép kênh không gian đường lên LTE, chỉ một khối truyền tải đơn được phát cho mỗi TTI.

• Chèn CRC: tương tự như đường xuống, một CRC được

tính toán và được thêm vào mỗi khối truyền tải đường lên.



• Mã hóa kênh: Mã hóa kênh đường lên dựa vào mã Turbo giống nhau, bao gồm cùng bộ xen rẽ trong dựa trên QPP (QPP-based internal interleaver), như được sử dụng cho đường xuống.

• Chức năng hybrid-ARQ lớp vật lý: Các vấn đề về hybrid-ARQ đường lên LTE lớp vật lý thì cơ bản giống như chức năng đường xuống tương ứng, tức là chức năng lớp vật lý hybrid-ARQ trích từ khối bit mã hóa được phân phối bởi bộ mã hóa kênh, các bộ bit chính xác để truyền đi trong lần phát hoặc phát lại. Chú ý rằng, trong một khía cạnh nào đó, có một vài sự khác nhau rõ ràng giữa giao thức hybrid-ARQ đường lên và đường xuống, như hoạt động không đồng bộ so với hoạt động đồng bộ. Tuy nhiên, những khác nhau này không được phản ánh trong khía cạnh hybrid-ARQ lớp vật lý.

• Ngẫu nhiên hóa mức bit: Tương tự như đường xuống,

ngẫu nhiên hóa mức bit cũng có thể được ứng dụng cho các bit mã trên đường lên LTE. Mục đích của ngẫu nhiên hóa thì giống như cho đường xuống, đó là để ngẫu nhiên hóa nhiễu và do đó đảm bảo rằng lợi ích quá trình xử lý được cung cấp bởi mã hóa kênh có thể được sử dụng hoàn toàn. Để đạt được điều này, việc ngẫu nhiên hóa đường lên là nhiệm vụ của đầu cuối di động, tức là các đầu cuối di động khác nhau sử dụng các chuỗi ngẫu nhiên hóa khác nhau.

• Điều chế dữ liệu: Tương tự như đường xuống, điều chế dữ liệu đường lên chuyển đổi khối bit được mã hóa/ngẫu nhiên hóa thành khối ký tự điều chế phức tạp. Các nhóm sơ đồ điều chế được hỗ trợ cho đường lên LTE thì tương tự như đường xuống, tức là QPSK, 16QAM, và 64QAM, tương ứng với hai, bốn và sáu bit trên một ký tự điều chế.

Khối ký tự điều chế sau đó được đưa đến xử lý DFTS-OFDM như được phác họa trong hình 4.24, nó cũng ánh xạ tín hiệu đến băng tần được ấn định.



4.3.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên

Tương tự như đường xuống LTE, với đường lên cũng cần báo hiệu điều khiển liên kết nào đó (điều khiển L1/L2 đường lên) để hỗ trợ truyền dẫn các kênh truyền tải đường lên và đường xuống (DL-SCH và UL-SCH). Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên bao gồm:

• Báo nhận Hybrid-ARQ cho các khối truyền tải DL-SCH nhận được.

• CQI (chỉ thị chất lượng kênh), chỉ ra chất lượng kênh đường xuống khi được đánh giá bởi đầu cuối di động. Tương tự với HSPA, báo cáo CQI có thể được sử dụng bởi mạng cho scheduling phụ thuộc kênh đường xuống và điều khiển tốc độ. Tuy nhiên, trái ngược với HSPA và do thực tế là scheduling đường xuống LTE có thể được thực hiện trong cả miền thời gian và miền tần số, báo cáo LTE CQI chỉ ra chất lượng kênh trong cả miền thời gian và tần số.

• Các yêu cầu scheduling, chỉ ra rằng một đầu cuối di động cần tài nguyên đường lên cho truyền dẫn UL-SCH.

Ngược với đường xuống, không có báo hiệu đường lên chỉ ra định dạng truyền tải UL-SCH đến mạng. Điều này được dựa trên giả thiết rằng đầu cuối di động luôn luôn đi theo các chấp nhận scheduling thu được từ mạng, bao gồm định dạng truyền tải UL-SCH được chỉ định trong các chấp nhận đó như được mô tả trong phần 3.2.3. Với giả thuyết này, mạng sẽ biết trước định dạng truyền tải được sử dụng cho truyền dẫn UL-SCH và không có nguyên nhân để báo hiệu rõ ràng nó trên đường lên. Với các nguyên nhân tương tự, cũng không có báo hiệu rõ ràng của thông tin liên quan đến hybrid-ARQ cho UL-SCH.

Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên được định nghĩa bên trên cần được phát trên đường lên bất chấp đầu cuối di động có bất kỳ dữ liệu kênh truyền tải đường lên (UL-SCH) để phát hay không và do đó bất kể đầu cuối di động đã được ấn định bất kỳ tài nguyên đường lên nào cho truyền dẫn UL-SCH hay không.



Hình 4.34 Ghép kênh dữ liệu và báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên trong trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH và điều

khiển L1/L2

Với nguyên nhân này, hai phương pháp khác nhau có thể được sử dụng cho truyền dẫn báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên, phụ thuộc vào việc có hay không đầu cuối di động đã được ấn định một tài nguyên đường lên cho truyền dẫn UL-SCH.

1. Tài nguyên đường lên được ấn định (truyền dẫn đồng thời UL-SCH): điều khiển L1/L2 được ghép kênh với UL-SCH trước khi xử lý DFTS-OFDM.

2. Không có tài nguyên đường lên được ấn định (không truyền dẫn đồng thời UL-SCH): điều khiển L1/L2 được phát trên các tài nguyên tần số được ấn định riêng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên.

Nếu đầu cuối di động đã được ấn định một tài nguyên đường lên cho truyền dẫn UL-SCH, báo hiệu điều khiển L1/L2 đã mã hóa sẽ được ghép kênh với dữ liệu kênh truyền tải được mã hóa và điều chế trước khi xử lý DFTS-OFDM, như được minh họa trong hình 4.34. Điều này có thể được xem như ghép kênh theo thời gian của dữ liệu kênh truyền tải và báo hiệu điều khiển L1/L2 và duy trì thuộc tính đơn sóng mang của truyền dẫn đường lên. Như đã biết, cần chú ý rằng khi đầu cuối di động đã có tài nguyên đường lên rồi, không cần phát yêu cầu scheduling rõ ràng như phần của báo hiệu điều khiển L1/L2. Do đó, điều khiển L1/L2 chỉ bao gồm CQI và báo nhận hybrid-ARQ.

Cũng cần chú ý rằng, mạng nhận biết đầy đủ truyền dẫn báo hiệu điều khiển L1/L2 từ một đầu cuối di động nào đó:

• CQI được phát đều đặn, trong những khoảng thời gian xác định trước được biết bởi hệ thống mạng.



• Báo nhận Hybrid-ARQ được phát ở những khoảng thời gian cụ thể hợp lý liên quan đến truyền dẫn đường xuống tương ứng (DL-SCH).

Do đó, mạng có thể trích phần kênh truyền tải và phần kênh điều khiển L1/L2 ở phía thu một cách chính xác trước khi áp dụng giải mã riêng biệt mỗi mẫu thông tin.

Hình 4.35 Kiến trúc tài nguyên được sử dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên trong trường hợp không truyền dẫn đồng

thời UL-SCH.

Nếu đầu cuối di động không được ấn định một tài nguyên đường lên cho truyền dẫn UL-SCH, thông tin điều khiển L1/L2 (CQI, báo nhận hybrid-ARQ, và yêu cầu scheduling) được phát thay thế trong tài nguyên đường lên được ấn định riêng cho điều khiển L1/L2. Như được minh họa trong hình 4.35, các tài nguyên này được đặt ở rìa của toàn bộ băng thông hệ thống có giá trị. Mỗi tài nguyên bao gồm 12 sóng mang con (một khối tài nguyên) trong phạm vi mỗi khe của khung con đường lên. Để cung cấp việc phân tập tần số, các tài nguyên tần số này thì nhảy tần trên đường biên giới của khe, đó là một tài nguyên điều khiển L1/L2 bao gồm 12 sóng mang con ở phần phía trên của phổ trong khe đầu tiên của khung con và một tài nguyên có kích thước như nhau ở phần thấp hơn của phổ trong suốt khe thời gian thứ hai của khung con hoặc ngược lại. Nếu nhiều tài nguyên hơn được cần cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên, chẳng hạn, trong trường hợp toàn bộ băng thông truyền dẫn rất lớn hỗ trợ một số lượng lớn người dùng, các khối tài nguyên thêm vào có thể được ấn định kế tiếp các khối tài nguyên đã được ấn định trước đó.



Các nguyên nhân cho việc đặt tài nguyên cho điều khiển L1/L2 ở rìa của toàn bộ phổ gồm hai phần:

• Cùng với việc nhảy tần được mô tả bên trên, điều này sẽ tối đa hóa sự phân tập tần số được biết bởi báo hiệu điều khiển L1/L2

• Ấn định tài nguyên đường lên cho báo hiệu điều khiển ở các vị trí khác trong phổ , chẳng hạn không ở rìa, sẽ làm bị phân mảnh phổ đường lên, làm cho nó không có khả năng ấn định băng thông truyền dẫn rất rộng đến mỗi đầu cuối di động đơn và vẫn duy trì thuộc tính đơn sóng mang PAR thấp của truyền dẫn đường lên.

4.3.5 Định thời sớm đường lên (Uplink timing advance)

Sơ đồ truyền dẫn đường lên LTE dựa trên DFTS-OFDM cho phép sự trực giao nội tế bào đường lên (uplink intra-cell orthogonality), nghĩa là truyền dẫn đường lên được nhận từ các đầu cuối di động khác nhau không gây ra nhiễu lẫn nhau tại đầu thu. Một yêu cầu cơ bản cho sự trực giao đường lên này để giữ là các tín hiệu được phát từ các đầu cuối di động khác nhau trong cùng khung con nhưng trong các tài nguyên tần số khác nhau với thời gian đến xấp xỉ được đồng chỉnh ở trạm gốc, hoặc đặc biệt hơn, với đồng chỉnh sai định thời thì tối đa là một thành phần của tiền tố tuần hoàn. Để đảm bảo điều này, LTE bao gồm một cơ chế được biết như định thời sớm. Về nguyên lý, điều này giống như điều khiển định thời truyền dẫn đường lên được thảo luận cho OFDM đường lên trong những chương trước.

Về mặt ý nghĩa, định thời sớm là sự bù âm ở đầu cuối di động giữa khởi đầu của khung con đường xuống được nhận và khung con đường lên được phát. Bằng cách cài đặt bộ bù thích hợp cho mỗi đầu cuối di động, mạng có thể điều khiển định thời của các tín hiệu được nhận ở trạm gốc từ các đầu cuối di động. Về tính chất, các đầu cuối di động ở xa trạm gốc sẽ gặp phải trễ truyền lớn hơn và do đó cần bắt đầu truyền dẫn đường lên của chúng sớm hơn một chút, so với đầu cuối di động ở gần trạm gốc, như được minh họa trong hình 4.36. Trong ví dụ này, đầu cuối di động đầu tiên (MT-1) được đặt gần trạm gốc và chịu trễ truyền nhỏ, TP,1. Do đó, với đầu cuối di động này, một giá trị nhỏ của độ



bù định thời sớm TA,1 đủ để bù đắp trễ truyền và đảm bảo định thời chính xác ở trạm gốc. Mặt khác, giá trị lớn hơn của định thời sớm được yêu cầu cho đầu cuối di động thứ 2 (MT-2), nó được đặt ở khoảng cách lớn hơn từ trạm gốc và do đó chịu trễ truyền lớn hơn.

Giá trị định thời sớm cho mỗi đầu cuối di động được xác định bởi mạng dựa trên phép đo trên truyền dẫn đường lên tương ứng. Do đó, khi một đầu cuối di động thực hiện truyền dẫn dữ liệu đường lên, dữ liệu này có thể được sử dụng bởi trạm gốc thu để đánh giá định thời thu đường lên và do đó là nguồn cho các điều khiển định thời sớm. Chú ý rằng bất kỳ truyền dẫn đường lên nào cũng có thể được sử dụng cho đánh giá định thời. Ví dụ, mạng có thể lợi dụng các truyền dẫn đều đặn của các báo cáo chất lượng kênh trong đường lên cho đánh giá định thời khi vắng mặt truyền dẫn dữ liệu từ một đầu cuối di động riêng biệt. Trong cách này, đầu cuối di động có thể lập tức khởi động lại truyền dẫn dữ liệu trực giao đường lên mà không cần giai đoạn hiệu chỉnh định thời.

Dựa trên các đo đạc đường lên, mạng xác định chính xác định thời được yêu cầu cho mỗi đầu cuối. Nếu định thời của một đầu cuối riêng biệt cần sự chính xác, mạng phát ra một lệnh định thời sớm cho đầu cuối di động riêng biệt này, chỉ thị cho nó đến chậm hoặc sớm định thời của nó liên quan với định thời đường lên hiện tại. Thông thường, các lệnh định thời sớm đến một đầu cuối di động được phát một cách tương đối không thường xuyên, chẳng hạn một hoặc vài lần trên một giây.

Nếu đầu cuối di động không phát bất kỳ thứ gì trên đường lên trong một thời gian dài hơn, không có truyền dẫn đường lên nào được thực hiện. Trong trường hợp đó, hiệu chỉnh thời gian đường lên có thể bị mất và việc khởi động lại truyền dẫn dữ liệu phải được đi trước bởi một pha hiệu chỉnh lại định thời sử dụng truy cập ngẫu nhiên, như được mô tả trong chương tiếp theo để phục hồi lại hiệu chỉnh thời gian đường lên.



Hình 4.36 Đề xuất định thời đường lên



CHƯƠNG 5 CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE

Những chương trước đã mô tả các sơ đồ (scheme) truyền dẫn đường lên (uplink) và đường xuống (downlink) LTE. Tuy nhiên, trước khi truyền dữ liệu, các đầu cuối di động cần phải kết nối đến hệ thống mạng. Trong chương này sẽ mô tả các thủ tục cần thiết cho một đầu cuối có thể truy cập vào mạng dựa trên LTE.

5.1 Dò tìm tế bào (cell search)

Dò tìm cell là một thủ tục bằng cách đó đầu cuối tìm được một cell có khả năng kết nối đến. Như một phần của thủ tục dò tìm cell, đầu cuối thu được nhận dạng của cell và đánh giá định thời khung của cell được nhận dạng. Ngoài ra, thủ tục dò tìm cell cũng cung cấp việc đánh giá các thông số cần thiết cho việc tiếp nhận thông tin hệ thống trên kênh quảng bá (broadcast), bao gồm các thông số còn lại được yêu cầu cho truy cập hệ thống.

Để tránh việc lập kế hoạch cell bị phức tạp thì số lượng nhận dạng cell lớp vật lý cần phải đủ lớn. Như được đề cập trong chương 4, LTE hỗ trợ 510 nhận dạng cell khác nhau, được chia thành 170 nhóm nhận dạng cell, với ba nhận dạng cho mỗi nhóm.

Để giảm sự phức tạp khi dò tìm cell, dò tìm cell cho LTE thường được thực hiện qua nhiều bước, tương tự như thủ tục dò tìm cell ba bước của WCDMA. Để trợ giúp cho các đầu cuối trong thủ tục này, LTE cung cấp 1 tín hiệu đồng bộ sơ cấp (Primary Synchronization signal) và 1 tín hiệu đồng bộ thứ cấp (secondary synchronization signal) trên đường xuống. Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp là các dãy số đặc biệt, được chèn vào hai ký tự OFDM cuối cùng của khe thời gian đầu tiên của khung phụ (subframe) 0 và 5 như được minh họa trong hình 5.1. Ngoài những tín hiệu đồng bộ, thủ tục dò tìm cell cũng có thể khai thác các tín hiệu tham khảo như một phần trong hoạt động của nó.

5.1.1 Thủ tục dò tìm cell (cell search)

Trong bước đầu tiên của thủ tục dò tìm cell, đầu cuối di động sử dụng tín hiệu đồng bộ sơ cấp để tìm định thời trên một cơ sở 5 ms. Lưu ý rằng tín hiệu đồng bộ sơ cấp được phát hai lần trên mỗi khung. Lý do là để đơn giản hóa việc chuyển giao từ các công nghệ truy cập vô tuyến khác như GSM đến LTE. Do đó, tín hiệu đồng bộ sơ cấp chỉ có thể cung cấp định thời khung với khoảng 5ms không rõ ràng.

Việc thực thi của thuật toán đánh giá là đặc trưng của nhà khai thác, nhưng một khả năng là để thực hiện lọc thích ứng giữa tín hiệu thu được và các chuỗi được dành riêng cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Khi đầu ra của bộ lọc thích



ứng đạt đến giá trị tối đa của nó, đầu cuối có thể tìm được định thời trên 1 cơ sở 5 ms. Bước đầu tiên của cũng có thể được sử dụng để chặn tần số bộ dao động cục bộ của đầu cuối di động đến tần số sóng mang trạm gốc. Việc chặn tần số dao động cục bộ đến tần số trạm gốc làm nới lỏng các yêu cầu chính xác trên bộ dao động của thiết bị đầu cuối di động, kết quả là giảm được chi phí.

Đối với các nguyên nhân được thảo luận dưới đây, có ba chuỗi khác nhau có thể được sử dụng như tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Có một phép ánh xạ (mapping) một - một (one-to-one) giữa mỗi chuỗi trong ba chuỗi này với nhận dạng cell trong cùng 1 nhóm nhận dạng cell. Do đó, sau bước đầu tiên, đầu cuối đã tìm được nhận dạng trong nhóm nhận dạng cell. Hơn nữa, khi có một phép ánh xạ một - một giữa mỗi nhận dạng trong nhóm nhận dạng cell và mỗi chuỗi trong ba chuỗi trực giao được sử dụng khi tạo tín hiệu tham khảo theo như mô tả trong chương 4, đầu cuối cũng thu được nhận biết từng phần về cấu trúc tín hiệu tham khảo trong bước này. Tuy nhiên, thiết bị đầu cuối vẫn chưa biết được nhóm nhận dạng tế bào sau bước này.

Trong bước tiếp theo, đầu cuối dò tìm nhóm nhận dạng cell và xác định định thời khung. Điều này được thực hiện bởi việc theo dõi các cặp khe thời gian mà ở đó các tín hiệu đồng bộ thứ cấp được phát. Về cơ bản, nếu (s1, s2) là một cặp chuỗi hợp lệ, ở đó s1 và s2 lần lượt tương ứng với tín hiệu đồng bộ thứ cấp trong khung phụ 0 và 5, cặp ngược lại (s2, s1) thì không phải là một cặp chuỗi có giá trị. Bằng cách lợi dụng tính chất này, đầu cuối có thể phân giải định thời 5 ms có được từ bước đầu tiên trong thủ tục dò tìm cell và xác định được định thời khung. Hơn nữa, khi sự kết hợp (s1, s2) đại diện cho các nhóm nhận dạng cell, nhóm nhận dạng cell cũng thu được từ bước thứ hai của thủ tục dò tìm cell. Từ nhóm nhận dạng cell, đầu cuối cũng thu được những tin tức về việc chuỗi giả-ngẫu nhiên nào được sử dụng cho việc tạo ra tín hiệu tham khảo trong cell.

Một khi thủ tục dò tìm cell được hoàn thành, đầu cuối nhận thông tin hệ thống được quảng bá để có được các thông số còn lại, chẳng hạn như băng thông truyền dẫn được sử dụng trong cell.



Hình 5.1 Tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp

5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ

Cấu trúc thời gian/tần số tổng quát vừa được mô tả vắn tắt bên trên và được minh họa trong hình 5.1. Như được thấy trong hình, các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp được phát đi trong hai ký tự OFDM đến sau. Cấu trúc này đã được lựa chọn để cho phép xử lý kết hợp tín hiệu đồng bộ thứ cấp ở đầu cuối. Sau bước đầu tiên, tín hiệu đồng bộ sơ cấp được nhận biết và do đó có thể được sử dụng cho việc đánh giá kênh. Việc đánh giá kênh này sau đó có thể được sử dụng cho việc xử lý kết hợp tín hiệu nhận được trước bước thứ hai để cải thiện hiệu suất. Tuy nhiên, sự bố trí của các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp gần nhau cũng ngụ ý rằng đầu cuối ở bước hai cần phải ước lượng được độ dài tiền tố chu trình dù có thể không chính xác. Nhưng đây là một hoạt động có độ phức tạp thấp.

Trong nhiều trường hợp, định thời trong nhiều cell được đồng bộ để bắt đầu khung ở các cell lân cận trùng khớp nhau về mặt thời gian. Về mặt này một nguyên nhân là để cho phép hoạt động MBSFN. Tuy nhiên hoạt động đồng bộ cũng hàm ý rằng truyền dẫn của các tín hiệu đồng bộ sơ cấp trong các cell khác nhau xuất hiện ở cùng một thời điểm. Đánh giá kênh truyền dựa trên tín hiệu đồng bộ sơ cấp do đó sẽ phản hồi kênh ghép (composite channel) từ tất cả các cell nếu tín hiệu đồng bộ sơ cấp cùng được sử dụng trong tất cả các cell. Một cách hiển nhiên, việc giải điều chế kết hợp của tín hiệu đồng bộ thứ cấp thì khác nhau ở các cell khác nhau, một đánh giá kênh từ cell có liên quan được yêu cầu, không có đánh giá kênh ghép từ tất cả các cell. Do đó, LTE hỗ trợ nhiều chuỗi cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Trong trường hợp thu nhận kết hợp trong các cell được triển khai



đồng bộ về thời gian, các cell lân cận có thể sử dụng các chuỗi đồng bộ sơ cấp khác nhau để làm nhẹ bớt vấn đề đánh giá kênh truyền được mô tả ở trên. Hơn nữa, như được mô tả bên trên, tín hiệu đồng bộ sơ cấp cũng mang theo phần nhận dạng cell.

Hình 5.2 Việc phát tín hiệu đồng bộ trong miền tần số

Từ một phối cảnh TDD (TDD perspective), việc định vị tín hiệu đồng bộ ở đoạn cuối của khe thời gian đầu tiên trong khung phụ (subframe), thay vì khe thứ hai, thì có lợi hơn khi nó mang lại ít hạn chế hơn trong việc tạo ra thời gian bảo vệ giữa đường lên và đường xuống. Nói cách khác, nếu các tín hiệu đồng bộ được đặt trong khe thời gian cuối cùng của khung phụ, sẽ không có khả năng để thu được thời gian bảo vệ được yêu cầu cho TDD bởi việc loại bỏ các ký tự OFDM đường xuống như được thảo luận trong chương 4. Cũng cần chú ý rằng, đối với hoạt động TDD, việc xác định các tín hiệu đồng bộ ngụ ý rằng khung phụ 0 và 5 luôn luôn là các khung phụ đường xuống.

Khi bắt đầu thủ tục dò tìm cell, băng thông cell không cần thiết được nhận biết. Về nguyên tắc, việc dò tìm băng thông truyền dẫn có thể đã là một phần của thủ tục dò tìm cell. Tuy nhiên, điều này sẽ làm phức tạp toàn bộ thủ tục dò tìm cell, nó chỉ thích hợp để duy trì thủ tục dò tìm cell giống nhau mà không kể đến toàn bộ băng thông truyền dẫn cell. Khi đó đầu cuối có thể được thông báo về băng thông thực sự trong cell từ kênh quảng bá. Do đó, để duy trì cấu trúc miền tần số giống nhau cho các tín hiệu đồng bộ mà không kể đến băng thông hệ thống cell, các tín hiệu đồng bộ luôn luôn được phát bằng cách sử dụng 72 sóng mang phụ trung tâm, tương ứng với một băng thông khoảng 1 MHz. Hình 5.2 minh hoạ việc phát sinh các tín hiệu đồng bộ. 36 sóng mang phụ trên mỗi phía của sóng mang phụ DC trong miền tần số được dành riêng cho tín hiệu đồng bộ. Bằng cách sử dụng một IFFT, tín hiệu miền thời gian tương ứng có thể được tạo ra. Độ lớn của IFFT, cũng như số sóng mang phụ đặt thành 0 trong hình 5.2, phụ thuộc vào băng thông hệ thống. Các sóng mang phụ không được sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu đồng bộ thì có thể được sử dụng cho truyền dẫn dữ liệu.



5.1.3 Dò tìm cell ban đầu và kế cận

Việc tìm một cell để kết nối đến sau khi đầu cuối bật nguồn rõ ràng là một việc quan trọng. Tuy nhiên, quan trọng tương đương là khả năng để nhận dạng các cell ứng cử cho sự chuyển giao như một phần của việc hỗ trợ tính di động, khi kết nối đầu cuối được di chuyển từ một cell này đến một cell khác. Hai tình huống này thường được xem như là việc dò tìm cell ban đầu và dò tìm cell kế cận.

Đối với dò tìm cell ban đầu, đầu cuối thường không biết tần số sóng mang của các cell mà nó đang tìm. Để xử lý trường hợp này, đầu cuối cần dò tìm tần số sóng mang phù hợp, cơ bản bằng cách lặp lại thủ tục bên trên cho bất kỳ tần số sóng mang có khả năng được đưa ra bởi bộ quét tần số (frenquency raster). Hiển nhiên, điều này có thể thường làm gia tăng thời gian được yêu cầu cho việc dò tìm cell, nhưng các yêu cầu về thời gian dò tìm cho việc tìm kiếm cell ban đầu thường tương đối là thoải mái. Các phương pháp thực thi đặc biệt cũng có thể được sử dụng để làm giảm thời gian từ lúc bật nguồn đến khi một cell được tìm thấy. Chẳng hạn, đầu cuối có thể sử dụng bất kỳ thông tin bổ sung mà nó có và bắt đầu dò tìm trên cùng tần số sóng mang mà lần cuối cùng nó được kết nối đến.

Mặt khác, dò tìm cell lân cận có các yêu cầu về thời gian khắt khe hơn. Việc dò tìm cell càng chậm, sẽ làm cho thiết bị đầu cuối càng mất nhiều thời gian hơn trước khi nó được chuyển giao tới một cell có chất lượng vô tuyến trung bình tốt hơn. Điều này hiển nhiên sẽ làm giảm giá trị toàn bộ hiệu suất phổ của hệ thống. Tuy nhiên, trong trường hợp chuyển giao tần số bên trong (intra-frequency handover), đầu cuối rõ ràng không cần tìm tần số sóng mang ở các cell lân cận. Ngoài việc bỏ qua việc dò tìm trên nhiều tần số sóng mang ra, việc dò tìm cell lân cận tần số bên trong có thể sử dụng các thủ tục giống như dò tìm cell ban đầu.

Các phép đo cho mục đích chuyển giao cũng được yêu cầu khi đầu cuối đang nhận dữ liệu đường xuống từ mạng. Do đó, đầu cuối phải có khả năng thực hiện việc dò tìm cell lân cận cả trong những trường hợp này. Với việc dò tìm cell lân cận tần số bên trong, điều này không phải là vấn đề chính khi các cell ứng cử lân cận phát tần số giống với tần số mà đầu cuối vừa nhận dữ liệu ở trên. Việc nhận dữ liệu và dò tìm các cell lân cận là những chức năng băng gốc riêng biệt đơn giản, hoạt động trên các tín hiệu thu được giống nhau.

Tuy nhiên, trường hợp chuyển giao tần số bên ngoài thì phức tạp hơn vì việc nhận dữ liệu và dò tìm cell lân cận cần được thực hiện ở các tần số khác nhau. Việc trang bị cho đầu cuối một mạch thu RF riêng biệt cho dò tìm cell lân cận thì không phải là 1 giải pháp hấn dẫn nếu xét về mặt độ phức tạp, mặc dù về nguyên lý là có thể. Do đó, các lổ hỗng khi truyền dẫn dữ liệu có thể được tạo ra, trong quá trình đầu cuối điều chỉnh lại đến một tần số khác khi thực hiện các mục đích



đo đạc tần số bên ngoài. Điều này được thực hiện với cách giống như cho HSPA, cụ thể bằng cách tránh scheduling đầu cuối trong một hoặc một nhiều khung phụ đường xuống.

5.2 Truy cập ngẫu nhiên

Một yêu cầu cơ bản cho bất kỳ hệ thống tế bào nào là khả năng cho phép đầu cuối yêu cầu thiết lập một kết nối. Điều này thường được biết đến như là truy cập ngẫu nhiên và nó phục vụ hai mục đích chính trong LTE, đó là việc thiết lập đồng bộ đường lên, và thiết lập một nhận dạng đầu cuối duy nhất, C-RNTI, được biết đối với cả hệ thống mạng và thiết bị đầu cuối. Do đó, truy cập ngẫu nhiên không chỉ được sử dụng cho truy cập ban đầu, nghĩa là, khi di chuyển từ LTE_DETACHED hoặc LTE_IDLE đến LTE_ACTIVE (xem chương 3 trong phần thảo luận của các trạng thái đầu cuối khác nhau), mà còn sau những giai đoạn của tình trạng không tích cực đường lên khi đồng bộ đường lên bị mất trong LTE_ACTIVE.

Hình 5.3 Tổng quan của thủ tục truy cập ngẫu nhiên

Toàn bộ thủ tục truy cập ngẫu nhiên được minh hoạ trong hình 5.3, bao gồm bốn bước:



1. Bước đầu tiên bao gồm việc truyền dẫn phần mở đầu (preamble) truy cập ngẫu nhiên, cho phép eNodeB đánh giá định thời truyền dẫn của đầu cuối. Đồng bộ đường lên thì cần thiết khi đầu cuối không thể phát bất kỳ dữ liệu đường lên nào.

2. Bước thứ hai bao gồm: mạng phát một lệnh định thời sớm (a timing advance command) để điều chỉnh định thời phát đầu cuối, dựa trên các phép đo định thời ở bước đầu tiên. Ngoài việc thiết lập đồng bộ đường lên, bước thứ hai cũng ấn định nguồn tài nguyên đường lên đến đầu cuối để được sử dụng trong bước thứ ba của thủ tục truy cập ngẫu nhiên.

3. Bước thứ ba bao gồm việc truyền dẫn nhận dạng đầu cuối di động đến mạng bằng cách sử dụng UL-SCH tương tự với dữ liệu được hoạch định (scheduled) thông thường. Nội dung chính xác của báo hiệu này phụ thuộc vào trạng thái của đầu cuối, dù nó có được biết trước đó đối với mạng hay không.

4. Bước thứ tư và cũng là bước cuối cùng bao gồm việc truyền dẫn một thông điệp giải quyết tranh chấp (a contention-resolution message) từ mạng đến đầu cuối trên kênh DL-SCH. Bước này cũng giải quyết bất cứ sự tranh chấp nào xảy ra do nhiều đầu cuối tìm cách truy cập vào hệ thống sử dụng nguồn tài nguyên truy cập ngẫu nhiên giống nhau.

Chỉ có bước đầu tiên sử dụng quy trình lớp vật lý được thiết kế riêng cho truy cập ngẫu nhiên. Ba bước cuối cùng đều sử dụng quy trình lớp vật lý giống như được sử dụng cho truyền dẫn dữ liệu đường lên và đường xuống thông thường. Trong phần tiếp theo, những bước này sẽ được mô tả chi tiết hơn.

5.2.1 Bước 1: Truyền dẫn Preamble truy cập ngẫu nhiên

Bước đầu tiên trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên là truyền dẫn một preamble truy cập ngẫu nhiên. Mục đích chính của preamble là để chỉ thị cho mạng sự có mặt của một thử nghiệm (attempt) truy cập ngẫu nhiên và thu được đồng bộ thời gian đường lên trong một phần của tiền tố tuần hoàn (cyclic prefix) đường lên.

Nhìn chung, truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên có thể là trực giao hoặc không trực giao đối với dữ liệu người dùng. Trong WCDMA, preamble thì không trực giao đối với truyền dẫn dữ liệu đường lên. Điều này đem lại lợi ích trong việc không phải cấp phát bất cứ nguồn tài nguyên nào cho truy cập ngẫu nhiên một cách bán tĩnh. Tuy nhiên, để kiểm soát nhiễu giữa truy cập ngẫu nhiên với dữ liệu, công suất phát của preamble truy cập ngẫu nhiên phải được điều khiển một cách cẩn thận. Trong WCDMA, điều này được giải quyết nhờ thủ tục biến đổi



công suất (power-ramping), khi đó đầu cuối sẽ gia tăng từ từ công suất của preamble truy cập ngẫu nhiên đến khi nó được dò tìm thành công tại trạm gốc. Mặc dù đây là giải pháp phù hợp với vấn đề nhiễu, nhưng thủ tục ramping lại gây ra trễ trong toàn bộ thủ tục truy cập ngẫu nhiên. Do đó, từ trễ này mà thủ tục truy cập ngẫu nhiên không đòi hỏi biến đổi công suất lại trở nên có lợi.

Trong LTE, việc truyền dẫn của preamble truy cập ngẫu nhiên có thể được thực hiện trực giao với các truyền dẫn dữ liệu người dùng đường lên và như vậy, thủ tục biến đổi công suất là không cần thiết (mặc dù các đặc tính kỹ thuật cho phép ramping). Trực giao giữa dữ liệu người dùng được phát từ các đầu cuối khác nhau và các thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên đều thực thiện được ở cả miền thời gian và tần số. Mạng sẽ phát quảng bá tới tất cả các đầu cuối thông tin về việc: trong tài nguyên thời gian tần số nào thì truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên được cho phép. Để tránh nhiễu giữa dữ liệu và các preamble truy cập ngẫu nhiên, mạng sẽ tránh sắp xếp bất kỳ truyền dẫn đường lên nào ở nguồn tài nguyên thời gian và tần số đó. Điều này được minh hoạ trong hình 5.4. Từ đơn vị thời gian cơ bản cho truyền dẫn dữ liệu trong LTE là 1 ms, một khung phụ sẽ được dành riêng cho truyền dẫn preamble. Trong các tài nguyên được dành riêng, preamle truy cập ngẫu nhiên sẽ được phát đi.

Hình 5.7 Minh họa nguyên lý của truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên.

Trong miền tần số, preamble truy cập ngẫu nhiên có một băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên (1.08 MHz). Điều này khá phù hợp với băng thông nhỏ nhất mà LTE có thể hoạt động, sáu khối tài nguyên này đã được thảo luận trong chương 4. Do đó, cấu trúc preamble truy cập ngẫu nhiên giống nhau có thể được sử dụng, không kể đến băng thông truyền dẫn trong cell. Với những triển khai sử dụng các phân bố phổ lớn hơn, nhiều nguồn tài nguyên truy cập ngẫu nhiên có thể được xác định trong miền tần số, mang lại sự gia tăng về dung lượng truy cập ngẫu nhiên.



Trước khi truyền dẫn preamble, đầu cuối thực hiện một thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên đã thu được đồng bộ đường xuống từ thủ tục dò tìm cell. Tuy nhiên định thời đường lên thì chưa được thiết lập. Bắt đầu của một khung đường lên ở đầu cuối được xác định có liên quan với bắt đầu của khung đường xuống ở đầu cuối. Do trễ truyền giữa trạm gốc và đầu cuối, truyền dẫn đường lên do đó sẽ bị trễ tương đối với định thời truyền dẫn đường xuống ở trạm gốc. Do đó, khi khoảng cách giữa trạm gốc và đầu cuối không được biết, sẽ có một sự không chắc chắn trong định thời đường lên tương ứng với hai lần khoảng cách giữa trạm gốc và đầu cuối, lên tới 6.7 μs/km. Để tính toán cho sự không chắc chắn này và để tránh nhiễu với các khung phụ tiếp theo mà không được sử dụng cho truy cập ngẫu nhiên, một khoảng thời gian bảo vệ sẽ được sử dụng, nghĩa độ dài của preamble thực tế sẽ ngắn hơn 1ms. Hình 5.5 minh hoạ độ dài preamble và khoảng thời gian bảo vệ. Với độ dài preamble LTE xấp xỉ 0.9 ms, 0.1 ms thời gian bảo vệ cho phép kích thước cell lên đến 15 km. Ở các cell lớn hơn, sự không chắc chắn về định thời có thể lớn hơn khoảng thời gian bảo vệ cơ bản, khoảng thời gian bảo vệ bổ sung có thể được tạo ra bằng cách không sắp xếp (scheduling) bất cứ truyền dẫn đường lên trong khung phụ theo sau tài nguyên truy cập ngẫu nhiên.

Preamble được dựa trên Zadoff-Chu (ZC), chuỗi [131] và chuỗi dịch tuần hoàn của nó. Các chuỗi Zadoff-Chu cũng được sử dụng cho việc tạo ra tín hiệu tham khảo như được mô tả trong chương 4, ở đó đã mô tả cấu trúc của các chuỗi

này. Từ mỗi chuỗi Zadoff-Chu gốc X )(uZC (k), chuỗi dịch tuần hoàn m-1 được tạo ra

bằng cách dịch tuần hoàn mỗi [Mzc/m], với MZC là độ dài của chuỗi Zadoff-Chu gốc.

Hình 5.5 Định thời Preamble ở eNodeB cho người sử dụng truy cập ngẫu nhiên khác nhau



Hình 5.6 Việc phát preamble truy cập ngẫu nhiên

Chuỗi ZC dịch tuần hoàn sở hữu nhiều thuộc tính hấp dẫn. Biên độ của chuỗi là không đổi, điều đó đảm bảo việc sử dụng bộ khuếch đại công suất hiệu quả và duy trì thuộc tính PAR thấp của đường lên đơn sóng mang. Các chuỗi cũng có sự tự tương quan tuần hoàn lý tưởng (auto-correlation), điều này thì quan trọng cho việc thu đánh giá định thời chính xác ở eNodeB. Cuối cùng, sự tương quan chéo giữa các preamble khác nhau dựa trên sự dịch chuyển tuần hoàn [N/m] được sử dụng khi phát các preamble lớn hơn thời gian truyền khứ hồi lớn nhất cộng với trễ truyền lớn nhất của kênh. Vì vậy, nhờ thuộc tính tương quan chéo lý tưởng, mà không có nhiễu bên trong cell do nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên sử dụng các preamble được lấy từ chuỗi gốc Zadoff-Chu giống nhau.

Việc sinh ra preamble truy cập ngẫu nhiên được minh hoạ trong hình 5.6. Mặc dù hình này minh hoạ việc phát trong miền thời gian, nhưng việc phát trong miền tần số có thể được sử dụng như nhau trong một sự thực thi. Hơn nữa, để cho phép việc xử lý miền tần số ở trạm gốc (được thảo luận nhiều hơn bên dưới), một tiền tố tuần hoàn được bao gồm trong việc tạo ra preamble.

Hình 5.7 Việc dò tìm Preamle truy cập ngẫu nhiên trong miền tần số



Các chuỗi Preamble được chia thành nhiều nhóm, mỗi nhóm là 64 chuỗi. Như một phần của cấu hình hệ thống, mỗi cell được chỉ định một nhóm bằng cách xác định một hoặc nhiều chuỗi Zadoff-Chu gốc và các dịch chuyển tuần hoàn được yêu cầu để tạo ra tập hợp các preamble. Số lượng nhóm cần đủ lớn để tránh sự cần thiết cho việc lập kế hoạch chuỗi cẩn thận giữa các cell.

Khi thực hiện một thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên, đầu cuối lựa chọn một chuỗi ngẫu nhiên từ bộ chuỗi được cấp phát đến cell mà đầu cuối đang cố gắng truy cập. Chỉ cần không có đầu cuối nào khác thực hiện một thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên bằng cách sử dụng cùng một chuỗi tại cùng một thời điểm thì sẽ không có xung đột xảy ra và sự thử nghiệm sẽ được phát hiện bởi mạng với một khả năng rất cao.

Xử lý trạm gốc là một đặc điểm thực thi, nhưng nhờ tiền tố tuần hoàn nằm trong preamle, việc xử lý miền tần số sẽ có độ phức tạp thấp hơn. Một ví dụ về điều này sẽ được chỉ ra trong hình 5.7. Các mẫu trên một cửa sổ được thu thập và chuyển đổi nó thành biểu diễn trong miền tần số bằng cách sử dụng FFT. Độ dài cửa sổ là 0.8 ms, nó bằng với độ dài của chuỗi ZC không có tiền tố tuần hoàn. Điều này cho phép xử lý sự không chắc chắn về định thời lên đến 0.1ms và nó phù hợp với khoảng thời gian bảo vệ được xác định.

Đầu ra của FFT, biểu diễn tín hiệu thu được trong miền tần số, được nhân với biểu diễn miền tần số liên hợp phức tạp (the complex-conjugate frequency-domain representation) của chuỗi Zadoff-Chu gốc và kết quả sẽ được đưa qua một IFFT. Bằng cách quan sát đầu ra IFFT, nó có khả năng phát hiện ra sự dịch chuyển của chuỗi Zadoff-Chu gốc nào đã được phát đi và độ trễ của nó. Về cơ bản, đỉnh của đầu ra IFFT trong khoảng i tương ứng với chuỗi được dịch tuần hoàn thứ i và độ trễ được cho bởi vị trí của đỉnh trong khoảng. Việc thực thi miền tần số này thì hiệu quả về mặt tính toán và cho phép phát hiện ra nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên sử dụng các chuỗi dịch tuần hoàn khác nhau được tạo ra từ cùng một chuỗi Zadoff-Chu gốc; trong trường hợp có nhiều sự thử nghiệm thì sẽ chỉ có một đỉnh trong mỗi khoảng tương ứng.

5.2.2 Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên

Trong đáp ứng cho thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên được phát hiện, mạng sẽ phát một thông điệp trên DL-SCH, như bước thứ hai của thủ tục truy cập ngẫu nhiên, bao gồm:

• Chỉ số (index) của chuỗi preamle truy cập ngẫu nhiên mà mạng tìm

thấy và nhờ đó việc đáp ứng có hiệu lực.



• Điều chỉnh định thời được tính toán bởi đầu thu preamle truy cập ngẫu

nhiên.

• Một chấp hận hoạch định, chỉ ra các nguồn tài nguyên mà đầu cuối sẽ

sử dụng cho việc truyền dẫn thông điệp trong bước thứ ba.

• Một nhận dạng tạm thời được sử dụng những thông tin liên lạc khác

giữa đầu cuối và mạng.

Trong trường hợp mạng phát hiện ra có nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên (từ các đầu cuối khác nhau), các thông điệp đáp ứng riêng biệt của nhiều đầu cuối di động có thể được kết hợp trong một truyền dẫn duy nhất. Do đó, các thông điệp đáp ứng được sắp xếp trên DL-SCH và được biểu thị trên một kênh điều khiển L1/L2 bằng cách sử dụng một nhận dạng được dành riêng cho đáp ứng truy cập ngẫu nhiên. Tất cả các đầu cuối đã phát preamble sẽ giám sát các kênh điều khiển L1/L2 để đáp ứng truy cập ngẫu nhiên. Trong đặc tính kỹ thuật, định thời của thông điệp đáp ứng thì không cố định - để có thể đáp ứng cho nhiều truy cập đồng thời một cách đầy đủ. Nó cũng một vài độ linh hoạt trong sự thực thi trạm gốc.

Khi các đầu cuối thực hiện truy cập ngẫu nhiên ở nguồn tài nguyên giống nhau sử dụng preamble khác nhau, sẽ không có xung đột xuất hiện và từ báo hiệu đường xuống nó sẽ đưa đến các đầu cuối thông tin có liên quan. Tuy nhiên, vẫn có một khả năng chắc chắn của sự tranh chấp, đó là khi nhiều đầu cuối sử dụng preamble truy cập ngẫu nhiên ở cùng thời điểm. Trong trường hợp này, nhiều đầu cuối sẽ phản ứng lại trên thông điệp đáp ứng giống nhau và tranh chấp xuất hiện. Việc giải quyết các tranh chấp này là một phần của bước tiếp theo như được thảo luận bên dưới. Tranh chấp cũng là một trong những nguyên nhân tại sao hybrid ARQ thì không được sử dụng cho truyền dẫn đáp ứng truy cập ngẫu nhiên. Khi một đầu cuối thu một đáp ứng truy cập ngẫu nhiên được dự định cho các đầu cuối khác thì sẽ bị sai về định thời đường lên. Nếu hybrid ARQ được sử dụng, định thời của ACK/NAK cho một đầu cuối như vậy sẽ không đúng và có thể gây nhiễu loạn báo hiệu điều khiển đường lên từ những người sử dụng khác.

Trong lúc thu nhận đáp ứng truy cập ngẫu nhiên trong bước hai, đầu cuối sẽ điều chỉnh định thời truyền dẫn đường lên của nó và tiếp tục đến bước thứ ba.

5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối

Sau bước thứ hai, đường lên của đầu cuối được đồng bộ thời gian. Tuy nhiên, trước khi dữ liệu người dùng có thể được phát đến/từ đầu cuối, một nhận dạng duy nhất trong cell (C-RNTI) phải được ấn định đến đầu cuối. Phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối, cũng có thể cần đến việc trao đổi thông điệp bổ sung.



Trong bước thứ ba, đầu cuối phát các thông điệp cần thiết đến mạng sử dụng các nguồn tài nguyên được ấn định trong đáp ứng truy cập ngẫu nhiên ở bước hai. Việc truyền các thông điệp đường lên với cùng cách giống như khi dữ liệu đường lên được hoạch định thay vì gắn nó với preamble ở bước thứ nhất sẽ có lợi hơn do nhiều nguyên nhân. Đầu tiên là lượng thông tin được phát trong sự vắng mặt đồng bộ đường lên nên được giảm thiểu khi nhu cầu cho một khoảng thời gian bảo vệ lớn để tạo ra truyền dẫn như vậy sẽ liên quan đến chi phí. Thứ hai, việc sử dụng sơ đồ phát đường lên thông thường cho truyền dẫn thông điệp cho phép điều chỉnh đến sơ đồ điều chế và kích thước cho phép (grant size), chẳng hạn, các điều kiện vô tuyến khác nhau. Cuối cùng, nó cho phép sử dụng hybrid ARQ với sự kết hợp mềm cho thông điệp đường lên. Một khía cạnh quan trọng sau cùng, nhất là trong viễn cảnh giới hạn về vùng phủ sóng, khi nó cho phép sử dụng một hoặc nhiều sự truyền lại để tập hợp đủ năng lượng cho báo hiệu đường lên để đảm bảo khả năng đủ lớn của truyền dẫn thành công. Chú ý rằng truyền lại RLC không được sử dụng cho báo hiệu RRC đường lên trong bước ba.

Một phần quan trọng của thông điệp đường lên bao gồm một nhận dạng đầu cuối vì nhận dạng này sẽ được sử dụng như một phần của cơ chế giải quyết tranh chấp trong bước bốn. Khi trường hợp đầu cuối ở trong trạng thái LTE_ACTIVE, nghĩa là nó được kết nối đến một cell được nhận biết và do đó có một C-RNTI được ấn định, C-RNTI này được sử dụng như nhận dạng đầu cuối trong thông điệp đường lên. Mặc khác, một nhận dạng đầu cuối mạng lõi được sử dụng và mạng truy cập vô tuyến cần bao hàm (involve) mạng lõi trước khi đáp ứng thông điệp đường lên trong bước 3.

5.2.4 Bước 4: Giải quyết tranh chấp

Bước cuối cùng trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên bao gồm một thông điệp đường xuống cho việc giải quyết tranh chấp. Chú ý rằng từ bước thứ hai, nhiều đầu cuối thực hiện thử truy cập ngẫu nhiên đồng thời sử dụng chuỗi preamble giống nhau trong bước đầu tiên sẽ nghe được thông điệp đáp ứng giống nhau trong bước thứ hai và do đó có nhận dạng tạm thời giống nhau. Vì vậy, trong bước thứ tư, mỗi đầu cuối nhận thông điệp đường xuống sẽ so sánh nhận dạng trong thông điệp với nhận dạng mà chúng đã phát trong bước thứ 3. Chỉ một đầu cuối có được sự trùng nhau giữa nhận dạng được nhận trong bước 4 và nhận dạng đã phát đi như một phần của bước thứ ba sẽ thiết lập thủ tục truy cập ngẫu nhiên thành công. Nếu đầu cuối chưa được ấn định một C-RNTI, nhận dạng tạm thời từ bước thứ hai được đề bạt đến C-RNTI; nếu không đầu cuối sẽ giữ C-RNTI mà nó vừa được ấn định.



Thông điệp giải quyết tranh chấp được phát trên DL-SCH, sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước thứ hai cho việc định vị thiết bị đầu cuối trên kênh điều khiển L1/L2. Kể từ khi đồng bộ đường lên đã được thiết lập, hybrid ARQ sẽ được ứng dụng cho báo hiệu đường xuống trong bước này. Các đầu cuối có sự phù hợp giữa nhận dạng mà chúng phát đi trong bước thứ ba và thông điệp nhận được trong bước thứ tư cũng sẽ phát một báo nhận hybrid ARQ trên đường lên.

Các đầu cuối không tìm được sự phù hợp giữa nhận dạng được nhận trong bước 4 và nhận dạng tương ứng được phát đi như một phần của bước thứ 3 sẽ được xem như là đã thất bại trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên và cần khởi động lại thủ tục truy cập ngẫu nhiên từ bước 1. Hiển nhiên, không có phản hồi hybrid ARQ nào được phát đi từ các đầu cuối này.

5.3 Paging

Paging được sử dụng cho thiết lập kết nối khởi tạo mạng. Một giao thức paging hiệu quả sẽ cho phép đầu cuối ngủ mà không cần xử lý máy thu trong hầu hết thời gian cho đến khi nó thức dậy ở những khoảng thời gian được xác định trước để giám sát thông tin paging từ mạng.

Trong WCDMA, một kênh chỉ thị paging riêng rẽ được giám sát ở những khoảng thời gian được xác định trước, được sử dụng để chỉ thị đến các đầu cuối rằng thông tin paging đang được phát. Vì chỉ thị paging ngắn hơn một cách đáng kể so với khoảng thời gian thông tin paging, điều này sẽ làm tối thiểu thời gian đầu cuối được đánh thức.

Trong LTE, không sử dụng kênh chỉ thị paging riêng rẽ vì khả năng tiết kiệm công suất là rất nhỏ do khoảng thời gian ngắn của báo hiệu điều khiển, tối đa ba ký tự OFDM như được mô tả trong chương 4. Thay vào đó, cơ chế giống như truyền dẫn dữ liệu đường xuống trên DL-SCH được sử dụng và đầu cuối di động sẽ giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2 cho việc ấn định kế hoạch đường xuống. Một chu trình DRX được định nghĩa, nó cho phép đầu cuối nghỉ ngơi trong hầu hết thời gian và chỉ thức dậy để giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2. Nếu đầu phát hiện ra một nhóm nhận dạng được sử dụng cho paging khi nó thức dậy, nó sẽ xử lý thông điệp paging tương ứng được phát trên đường xuống. Thông điệp paging bao gồm nhận dạng của các đầu cuối đang được tìm gọi và một đầu cuối không tìm thấy nhận dạng của nó sẽ loại bỏ thông tin được nhận và nghỉ ngơi theo chu trình DRX. Hiển nhiên, khi định thời đường lên không được nhận biết trong suốt chu trình DRX, sẽ không có báo hiệu ACK/NAK nào có thể xãy ra và như vậy hybrid ARQ với sự kết hợp mềm không thể được sử dụng cho các thông điệp paging.

Chu trình DRX cho paging được minh hoạ trong hình 5.8.



Hình 5.8 Việc nhận không liên tục (DRX) cho paging.



KẾT LUẬN

Sau gần 3 tháng làm đồ án, được sự chỉ dẫn tận tình của thầy Trần Xuân

Trường, cũng như sự động viên và ủng hộ từ gia đình cùng bè bạn đã giúp cho

tôi hoàn thành đồ án này. Đây cũng chính là dịp để tôi có thể tự củng cố, hoàn

thiện và nâng cao kiến thức của mình. Theo đúng như yêu cầu đề ra từ trước,

đồ án này đã làm nổi bật những ưu điểm của công nghệ LTE, cũng như các kỹ

thuật tiên tiến được sử dụng trong công nghệ này. Tuy vẫn còn đang được tiếp

tục nghiên cứu, thử nghiệm và phát triển nhưng với những kết quả bước đầu rất

khả quan cũng như lợi thế về kiến trúc mạng đơn giản và khả năng dễ dàng tích

hợp với các mạng 3G và 2G hiện tại mà không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ

tầng mạng đã có, công nghệ LTE đã chứng tỏ được tiềm năng mạnh mẽ của

mình so với các công nghệ đối thủ mà điển hình là WiMAX. Cho dù được ra

đời muộn hơn so với WiMAX (đã được triển khai trên thị trường), công nghệ

LTE mới này vẫn có tính cạnh tranh cao trong tương lai, vì ngoài những ưu

điểm sẵn có, LTE còn nhận được rất nhiều sự ủng hộ của các “đại gia” trong

ngành công nghệ viễn thông, như Ericsson, Nokia-Siemens Networks, Alcatel-

Lucent, T-Mobile, Vodafone, và các tập đoàn lớn khác mới gia nhập như China

Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo và Samsung.



CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

3GPPThird Generation Partnership Project

Tổ chức chuẩn hóa mạng di động thế hệ thứ 3

A

AASAdaptive Antenna System

Hệ thống antenna thích ứng

ACKAcknowledgement (In ARQ Protocols)

Báo nhận (trong giao thức ARQ)

ACLRAdjacent Channel Leakage Ratio

Hệ số rò rỉ kênh lân cận

AGWAccess Gateway (in LTE/SAE)

Cổng truy nhập

AMAcknowledged Mode (RLC Configuration)

Chế độ báo nhận (cấu hình RLC)

AMCAdaptive Modulation And Coding

Mã hóa và điều chế thích nghi

ARQAutomatic Repeat-Request

Yêu cầu lặp lại tự động

B

BCCHBroadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng báBER Bit-Error Rate Tỷ lệ lỗi bitBLER Block-Error Rate Tỷ lệ lỗi khối

BM-SCBroadcast/Multicast Service Center

Trung tâm dịch vụ broadcast/multicast

BPSKBinary Phase-Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

BS Base Station Trạm gốcBSC Base Station Controller Khối điều khiển trạm gốcBTC Block Turbo Code Mã turbo khốiBTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CCC Convolutional Code Mã chập

CDMCode-Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo mã

CDMACode Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CN Core Network Mạng lõiCP Cyclic Prefix Tiền tố tuần hoàn

CPCContinuous Packet Connectivity

Khả năng kết nối gói liên tục

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CQIChannel Quality Indicator

Chỉ thị chất lượng kênh truyền

CRC Cyclic Redundancy Kiểm tra tính dư tuần hoàn



CheckCS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

D

DCCHDedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng

DFEDecision Feedback Equalization

Cân bằng hồi tiếp để quyết định

DFTDiscrete Fourier Transform

Biến đổi fourier rời rạc

DFTS-OFDMDFT-Spread OFDM, See Also SC-FDMA

OFDM trải phổ DFT, cũng được xem như là SC-FDMA

DL Downlink Đường xuống

DL-SCHDownlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

DPCCHDedicated Physical Control Channel

Kênh điều khiển vật lý dành riêng

DPCHDedicated Physical Channel

Kênh vật lý dành riêng

DPDCHDedicated Physical Data Channel

Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

DRX Discontinuous Reception Sự thu nhận không liên tục

DTCHDedicated Traffic Channel

Kênh lưu lượng dành riêng

DTXDiscontinuous Transmission

Sự phát không liên tục

E

E-DCHEnhanced Dedicated Channel

Kênh dành riêng nâng cao

eNodeB E-UTRAN NodeB NodeB E-UTRANEPC Evolved Packet Core Lõi gói cải tiến

ETSIEuropean Telecommunication Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

F

FCCFederal Communications Commission

Hội đồng truyền thông liên bang

FDDFrequency Division Duplex

Song công phân chia theo tần số

FDMFrequency Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

FDMAFrequency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi fourier nhanhG

GERAN GSM EDGE RAN Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE

GPRSGeneral Packet Radio Services

Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp



GSMGlobal Sytem For Mobile Communications

Hệ thống truyền thông di động toàn cầu

HHARQ Hybrid ARQ ARQ hỗn hợp

HSCSDHigh Speed Circuit Switched Data

Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

HS-DSCHHigh-Speed Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao

HSDPAHigh Speed Downlink Packet Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HSPAHigh Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HSUPAHigh Speed Uplink Packet Access

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

I

IEEEInstitute Of Electrical And Electronics Engineers

Viện kỹ sư điện và điện tử

IFFT Inverse FFT FFT đảo ngược

IMSIP Multimedia Subsystem

Hệ thống con đa truyền thông IP

IMT-2000International Mobile Telecommunications 2000

Viễn thông di động quốc tế 2000

IR Incremental Redundancy Sự dư thừa gia tăng

ITUInternational Telecommunications Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

LLTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn

MMAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MBMSMultimedia Broadcast/Multicast Service

Broadcast đa truyền thông/dịch vụ multicast

MBSMulticast And Broadcast Service

Dịch vụ multicast và broadcast

MIMOMultiple Input Multiple Ouput

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di độngN

NAKNegative Acknowledgement (In ARQ Protocols)

Báo nhận thất bại (trong giao thức ARQ)

NodeB NodeB, a logical node handling transmission/reception in

Một node logic điều khiển việc phát và thu trong nhiều tế bào. Có khi còn xem như tương ứng với một trạm gốc.



multiple cells. Commonly, but not necessarily, corresponding to a base station

O

OFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

OFDMAOrthogonal Frequency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

P

PAPRPeak to Average Power Ratio

Hệ số công suất đỉnh trên trung bình

PAR Peak to Average RatioHệ số đỉnh trên trung bình (giống như PAPR)

PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọiPCH Paging Channel Kênh tìm gọi

PCIPre-coding Control Indication

Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa

PDCCHPhysical Downlink Control Channel

Kênh điều khiển đường xuống vật lý

PDCPPacket Data Convergence Protocol

Giao thức hội tụ dữ liệu gói

PDSCHPhysical Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thứcPHY Physical layer Lớp vật lý

Q

QAMQuadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSKQuadrature Phase Shift Keying

Khóa dịch pha cầu phương

RRAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyếnRB Resource Block Khối tài nguyênRF Radio Frequency Tần số vô tuyếnRLC Radio Link Protocol Giao thức liên kết vô tuyến

RNCRadio Network Controller

Khối điều khiển mạng vô tuyến

ROHCRobust Header Compression

Nén tiêu đề mạnh mẽ

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyếnRS Reference Symbol Ký hiệu tham khảo

RSNRetransmission Sequence Number

Số thứ tự truyền lại

SSC-FDMA Single Carrier FDMA FDMA đơn sóng mang



SDMASpatial Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo không gian

SFBCSpace Frequency Block Coding

Mã hóa khối không gian-tần số

SIRSignal To Interference Ratio

Hệ số tín hiệu trên nhiễu

SNR Signal To Noise Ratio Hệ số tín hiệu trên tạp âmT

TD-CDMATime Dvision-Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã và thời gian

TDD Time Division Duplex Song công phân chia thời gian

TDMTime Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo thời gian

TDMATime Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TD-SCDMATime Division-Synchronous Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ, phân chia theo thời gian

TF Transport Format Định dạng truyền tải

TFCTransport Format Combination

Sự kết hợp định dạng truyền tải

TMTransparent Mode (RLC Configuration)

Chế độ trong suốt (cấu hình RLC)

TTITransmission Time Interval

Khoảng thời gian truyền dẫn

U

UEUser Equipment, the 3GPP name for the mobile terminal

Thiết bị người dùng, tên 3GPP đặt cho thiết bị đầu cuối di động

UL Uplink Đường lênUL-SCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên

UMUnacknowledgement Mode (RLC Configuration)

Chế độ không báo nhận (cấu hình RLC)

UMTSUniversal Mobile Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UTRAUniversal Terrestrial Radio Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

UTRANUniversal Terrestrial Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

W

WCDMAWideband Code Division Multiple Access

Đa truy nhập băng rộng phân chia theo mã

VVoIP Voice Over IP Thoại qua IP

ZZC Zadoff-Chu Chuỗi Zadoff-Chu



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld and Per Beming, “3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband”, Academic Press, 2007

[2] Rysavy Research, “EDGE, HSPA and LTE broadband innovation”, 3G Americas, 2008

[3] “The mobile broadband evolution: 3GPP Release 8 and beyond HSPA+, SAE/LTE and LTE-advanced”, 3G Americas, 2009

[4] H. Ekström, A. Furuskär, J. Karlsson, M. Meyer, S. Parkvall, J. Torsnerand M. Wahlqvist, “Technical Solutions for the 3G Long-term Evolution”,IEEE Communications Magazine, March 2006

[5] “WiMax và LTE: Chiến hay hòa?”, Tạp chí PCWorld Việt Nam, 2008

[6] www.tapchibcvt.gov.vn

[7] www.thongtincongnghe.com

[8] www.ieee.org

[9] www.3gpp.org


http://www.3gpp.org/

http://www.ieee.org/

http://www.thongtincongnghe.com/

http://www.tapchibcvt.gov.vn/



Documents

Công nghệ HSPA là 1 bước phát triển của WCDMA ...dulieu.tailieuhoctap.vn/books/luan-van-de-tai/luan-van-de-tai-cd... · Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng