Công nghệ L TE cho mạng di động băng rộng

MỤCLỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ . 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU . 6

LỜI MỞ ĐẦU . 7

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀMỤC TIÊU THIẾTKẾ L TE . . . . 9

1.1 Giới thiệuvề công nghệL TE . 9

1.2 So sánh công nghệ L TE với công nghệ Wimaxvà những triểnvọng cho công nghệ

L TE . 10

1.2.1 So sánh công nghệ L TE với công nghệ Wimax . 10

1.2.2 Những triểnvọng cho công nghệL TE . 13

1.3 Mục tiêu thiết kếL TE . 15

1.3.1 Tiềmnăng côngnghệ . 15

1.3.2Hiệusuấthệ thống . 16

1.3.3 Cácvấn đề liên quan đếnviệctriển khai . 18

1.3.3.1 Độ linhhoạt phổ và việc triển khai . 19

1.3.4 Kiếntrúc và sự dịchchuyển (migration) . 21

1.3.5 Quản lýtài nguyênvô tuyến . 21

1.3.6 Độ phức tạp . 22

1.3.7 Những vấn đề chung . 22

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUYNHẬP VÔ TUYẾN TRONG L TE . 23

2.1Hệ thốngtruyền dẫn:đường xuống OFDM và đườnglên SC-FDMA . 23

2.2Hoạch địnhphụ thuộc kênhtruyền và sự thích ứng tốcđộ (Channel-dependent

scheduling and rate adaptation) . 25

2.2.1 Hoạch địnhđường xuống . 26

2.2.2 Hoạch địnhđường lên . 27

2.2.3 Điềuphối nhiễu liên tếbào (Inter-cellinterference coordination) . 28

2.3 ARQ hỗn hợp với việc kếthợp mềm(Hybrid ARQ with soft combining) . 29

2.4 Sự hỗ trợnhiều anten (Multiple antennasupport) . 29

2.5 Hỗ trợmulticastvà broadcast . 30

2.6 Tínhlinh hoạtphổ . 31

2.6.1 Tínhlinh hoạttrong sắp xếp song công . 32

2.6.2 Tínhlinh hoạttrong băngtần hoạtđộng . 32

2.6.3 Tínhlinh hoạtvề băng thông . 33

CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN L TE . 34

3.1 RLC:radiolink control – điềukhiển liên kếtvô tuyến . 37

3.2 MAC: điềukhiển truynhậpmôi trường (mediumaccess control) . 38

3.2.2 Hoạch địnhđường xuống. . 41

3.2.3 Hoạch địnhđường lên. . 43

3.2.4 Hybrid ARQ . 46

3.3 PHY :physicallayer - lớp vậtlý . 50

3.4 Cáctrạng thái L TE . 53

3.5 Luồngdữ liệu . 54

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

1

Đồ án tốtnghiệp Công nghệ L TEcho mạngdi động băng

rộng

CHƯƠNG 4 LỚP VẬTLÝ L TE . 56

4.1 Kiếntrúc miền thời giantoàn phần(Overall time-domainstructure) . 56

4.2 Sơ đồ truyềndẫn đườngxuống . 58

4.2.1 Tàinguyên vậtlýđườngxuống . 58

4.2.2 Cáctín hiệu thamkhảo đườngxuống. . 63

4.2.2.1 Cácchuỗi tín hiệuthamkhảo và việcnhận dạng tếbào lớpvậtlý

(Referencesignals sequences and physical layercell identity) . 64

4.2.2.2 Nhảytầntín hiệu thamkhảo (Reference signal frequencyhopping) . . . . . . . . 65

4.2.2.3 Cáctín hiệu thamkhảo cho truyềndẫn đaanten (Referencesignals for

multi-antennatransmission) . 66

4.2.3 Xử lýkênhtruyền tải đường xuống . 67

4.2.3.1 ChènCRC . 70

4.2.3.2 Mã hóa kênh . 70

4.2.3.3 Chứcnăng Hybrid-ARQ lớpvật lý . 71

4.2.3.4 Ngẫu nhiênhóa mứcđộ bit . 71

4.2.3.5 Điềuchế dữ liệu . 73

4.2.3.6 Ánh xạ anten . 73

4.2.3.7 Ánh xạ khốitài nguyên . 73

4.2.4 Báohiệu điềukhiển L1/L2 đườngxuống . 75

4.2.5 Truyền dẫnnhiều anten đường xuống . 77

4.2.5.1 Haianten mãhóa khốikhông gian-tầnsố (SFBC) . 79

4.2.5.2 Tạodạng tia(beam-forming) . 79

4.2.5.3 Ghép kênh không gian . 80

4.2.6 Multicast/broadcastsử dụng MBSFN . 81

4.3 Schemetruyềndẫn đường lên . 82

4.3.1 Tàinguyên vậtlýđườnglên . 82

4.3.2 Tínhiệu thamkhảo đườnglên . 86

4.3.2.1 Nhiềutín hiệuthamkhảo . 89

4.3.2.2 Tínhiệu thamkhảo choviệcdò kênh . 90

4.3.3 Xử lýkênhtruyền tải đường lên . 93

4.3.4 Báohiệu điềukhiển L1/L2 đườnglên . 95

4.3.5 Định thời sớmđường lên(Uplink timing advance) . 98

CHƯƠNG 5 CÁC THỦ TỤC TRUYCẬPL TE . 101

5.1 Dò tìmtếbào (cellsearch) . 101

5.1.1 Thủ tụcdò tìmcell (cell search) . 101

5.1.2 Cấutrúc thời gian/tầnsố củacáctín hiệuđồng bộ . 103

5.1.3 Dò tìmcell ban đầuvà kế cận . 105

5.2 Truycậpngẫu nhiên . 106

5.2.1 Bước1: Truyền dẫnPreambletruycậpngẫu nhiên . 107

5.2.2 Bước2: Đáp ứng truycập ngẫu nhiên . 111

5.2.3 Bước3: Nhận dạng đầucuối . 112

5.2.4 Bước4: Giảiquyết tranh chấp . 113

5.3 Paging . 114

KẾTLUẬN . 116

CÁC THUẬTNGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT . 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 122

pdf123 trang | Chia sẻ: oanh_nt | Ngày: 08/07/2013 | Lượt xem: 946 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Công nghệ L TE cho mạng di động băng rộng, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
mạng di động băng rộng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm52 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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. GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm53 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm54 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm55 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm56 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm57 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm58 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm59 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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). GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm60 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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: GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm61 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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. GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm62 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm63 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 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 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm64 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng sequence). Có tổng cộng 170 chuỗi giả ngẫu nhiên được định nghĩa trong đặc điểm kỹ thuật LTE, mỗi c

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfCD255.pdf