HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-------------------------------

DƯƠNG TOÀN TRUNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ LỚP VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN CÔNG NGHỆ

4G LTE-ADVANCED CHO MẠNG DI ĐỘNG BĂNG RỘNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 60.52.70

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.NGUYỄN MINH DÂN

HÀ NỘI - 2012

Luận văn được hoàn thành tại

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.NGUYỄN MINH DÂN

Phản biện 1:…………………………………………………………

Phản biện 2: ……………………………………………………..

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc ……… giờ ……… ngày …… tháng …. năm ……

Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

30

Công nghệ LTE dự tính triển khai trong năm 2015 ở Việt Nam với yêu cầu ngày càng cao sẽ tạo điều kiện cho em có thể nghiên cứu hoàn thiện hơn nữa luận văn này.

3

MỞ ĐẦU Ngay từ khi ra đời cho đến nay, thông tin di động đã trở

thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu liên lạc của con người. Với nhu cầu sử dụng di động ngày càng cao cả về chất lượng và dịch vụ, thông tin di động không ngừng cải tiến, phát triển nhằm mục đích triển khai các hệ thống thông tin di động tiên tiến hơn trong tương lai. Công nghệ thông tin di động được chia làm nhiều thế hệ và không ngừng phát triển từ 1G, 2G lên 3G, ... Tuy nhiên, thị trường viễn thông ngày càng phát triển mở rộng cho thấy rõ những hạn chế về tốc độ số liệu, độ trễ, dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động mà 3G HSPA không thể đáp ứng được. Quá trình nghiên cứu phát triển tăng cường LTE lên LTE-Advanced (4G) với việc đưa ra nghiên cứu công nghệ trong đó ngày càng trở nên cấp thiết đặc biệt là với đường lên còn nhiều mới mẻ.

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Minh Dân, cùng với nỗ lực bản thân, đến nay em đã hoàn thành luận văn của mình với đề tài “Nghiên cứu xử lý lớp vật lý đường lên công nghệ 4G LTE-Advanced cho mạng di động băng rộng”. Nội dung luận văn bao gồm ba chương:

- Chương 1: Trình bày tổng quan phát triển hệ thống thông tin di động từ thế hệ thứ nhất đến 4G LTE/LTE-Advanced.

- Chương 2: Trình bày một số công nghệ cho phát triển 4G LTE/LTE-Advanced.

4

- Chương 3: Trình bày xử lý lớp vật lý đường lên trong 4G LTE/LTE-Advanced.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ 4G LTE/LTE-ADVANCED

Chương này tập trung giới thiệu cái nhìn bao quát về lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ trước đến 4G LTE-Advanced. Những yêu cầu cấp thiết và ưu điểm của hệ thống 4G LTE-Advanced R10 cũng được đưa ra xem xét.

Viễn thông đã trở thành phương tiện liện lạc hằng ngày. Trong thập kỷ qua, nó đã phát triển từ một công nghệ chi phí cao dành cho một số cá nhân thành một hệ thống được hầu hết mọi người sử dụng. Công nghệ viễn thông được chia thành các thế hệ khác nhau, 1G là thế hệ sóng liên lạc của những năm 1980, 2G là hệ thống điện thoại kỹ thuật số đầu tiên, 3G là hệ thống điện thoại dùng băng rộng đầu tiên. Kế hoạch phát triển lâu dài (LTE) thường được gọi là “4G”, nhưng có rất nhiều người nói rằng LTE phiên bản 10, cũng được biết đến là LTE nâng cao, mới thực sự là 4G. Với biên bản ra đời đầu tiên của LTE, (phiên bản 8), sau đó được đổi thành 3.9G. Việc tăng lên trong các dãy số chỉ là vấn đề tên gọi. Điều quan trọng là khả năng thực sự của hệ thống và cách phát triển của chúng.

Trong vấn đề này, cần chú ý rằng LTE và LTE nâng cao là một công nghệ, với từ nâng cao được thêm vào để đánh dấu quan hệ giữa LTE phiên bản 10 (LTE nâng cao và ITU/IMT nâng cao). Điều này không làm LTE nâng cao khác với LTE và nó cũng không phải là bước cuối cùng trong công nghệ của LTE. Một mặt khác quan

29

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong vòng hai thập kỷ gần đây viễn thông là lĩnh vực có tốc

độ phát triển nhanh đến chóng mặt, đặc biệt là thông tin di động. Điều đó đã tạo một cơ sở hạ tầng rộng khắp, làm cho các loại hình dịch vụ càng trở lên đa dạng, phong phú với chất lượng dịch vụ nâng cao, đáp ứng được các nhu cầu của con người và xã hội. LTE đại diện cho một bước tiến trọng yếu trong những khả năng của thông tin di động. LTE đã được chuẩn hoá bởi 3GPP, đưa ra một kiến trúc mặt phẳng dựa trên nền tảng IP đơn giản trong phiên bản R8. Để tăng khả năng hỗ trợ cho các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, 3GPP đã tiếp tục phát triển và chuẩn hóa trong các phiên bản LTE từ R8 lên R10 và phát triển các phiên bản khác trong tương lai cho phép cải thiện tốc độ truyền dẫn dữ liệu ở cả đường xuống và đường lên.

Mạng 4G LTE-Advanced R10 đã cải thiện dung lượng mạng đáng kể đặc biệt là đối với đường lên sử dụng các phương thức xử lý kênh giao vận, báo hiệu tham khảo, truyền dữ liệu đa anten, báo hiệu điều khiển L1/L2, hiệu chỉnh thời gian. UE khả năng cao nhất có thể đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh là 3 Gbps cho đường xuống và 1,5 Gbps cho đường lên ở dải tần cấp phát 100MHz, do đó cho phép các nhà khai thác có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện QoS của các dịch vụ hiện có và đạt chi phí thấp nhất.

Ở Việt Nam hiện nay LTE đặc biệt là LTE-Advanced phiên bản 10 còn nhiều mới mẻ cùng với sự phát triển mạnh mẽ của viễn thông thế giới mà cụ thể là LTE R11 đang nghiên cứu triển khai.

28

bị mất. Khi đó để khởi động lại truyền dẫn số liệu đường lên, trước

tiên cần thực hiện giai đoạn đồng bộ lại thời gian đường xuống bằng

cách sử dụng phương pháp truy cập ngẫu nhiên trước khi truyền

PUSCH hoặc PUCCH ở đường lên.

Với tập hợp sóng mang, có thể có những sóng mang thành

phần được truyền từ một thiết bị đầu cuối. Về nguyên tắc, định thời

phát trước khác nhau cho các sóng mang thành phần khác nhau được

hình dung. Thúc đẩy việc này là các tập hợp sóng mang liên dải, nơi

các sóng mang thành phần khác nhau nhận được tại các vị trí địa lý

khác nhau như là sử dụng thiết bị vô tuyến từ xa cho một trong số các

dải tần. Tuy nhiên, việc triển khai này không phổ biến và vì lợi ích là

sự đơn giản, LTE sử dụng một thời gian trước duy nhất ra lệnh cho

tất cả các sóng mang thành phần đường lên.

5

trọng nữa là các công việc trong việc phát triển LTE và LTE nâng cao là một phần trong việc phát triển 3GPP, cũng chính là diễn đàn đã phát triển hệ thống 3G đầu tiên (WCDMA/HSPA). Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của công nghệ thông tin di động, có thể mô tả quá trình tiến tới 4G LTE/LTE-Advanced của các công nghệ hiện có như dưới đây.

Hình 1.1: Quá trình phát triển công nghệ thông tin di động đến 4G

LTE được định nghĩa là những kết nối vô tuyến mới của những mạng di động với nhiều ưu điểm. Và sẽ sử dụng OFDM là công nghệ điều chế được sử dụng rộng rãi, như trong Wimax, Wi-Fi và những công nghệ quảng bá số DVB và DAB. Thế hệ tiếp theo đẩy tốc độ số liệu ngày càng cao. Sự phát triển tốc độ số liệu đỉnh người dùng được mô tả trong hình dưới. Đầu tiên WCDMA triển khai năm

6

2002 đưa ra 384kbps, mạng HSDPA đầu tiên 3.6 – 14 Mbps, HSPA+ 21 – 168 Mbps, LTE 150 – 300 Mbps và LTE-Advanced 1Gbps và tăng lên hơn 2000 lần qua chu kỳ 10 năm một.

Các thành phần công nghệ chính trong phiên bản 10 LTE-Advanced bao gồm:

- Tập hợp sóng mang con lên tới 40 MHz toàn bộ dải tần và sau đó có khả năng lên tới 100 MHz.

- Phát triển MIMO lên tới 8*8 ở đường xuống và 4*4 ở đường lên.

- Các node chuyển tiếp cung cấp các giải pháp truyền tải đơn giản.

- Các mạng không đồng nhất được tối ưu hóa ảnh hưởng giữa các lớp ô bao gồm macro, micro, pico và femto cell.

Hình 1.9: Phát triển tốc độ số liệu đỉnh của 3GPP

27

Hình 3.24: Nâng cao thời gian đường lên

Giá trị định thời phát trước cho mỗi thiết bị đầu cuối di động

được mạng xác định dựa trên đo truyền dẫn đường lên tương ứng. Vì

thế chừng nào đầu cuối di động còn tiến hành truyền dẫn đường lên,

truyền dẫn này còn được trạm gốc thu sử dụng để ước tính định thời

thu đường lên và đây sẽ là cơ sở cho các lệnh định thời phát trước.

Nếu đầu cuối di động không phát bất cứ thứ gì trên đường

lên trong một thời gian dài, sẽ không thể thực hiện được truyền dẫn

đường lên. Trong trường hợp này, đồng bộ thời gian đường lên có thể

26

hiệu phát đi từ các đầu cuối di động khác nhau phải tới trạm gốc gần như đồng bộ thời gian, hay mất đồng bộ thời gian chỉ cho phép nhiều nhất là một phần CP. Để đảm bảo điều này, LTE có cơ chế định thời phát trước. Về nguyên lý cơ chế này giống như điều khiển định thời đường lên cho OFDM.

Về bản chất, định thời phát trước là một đoạn dịch âm tại đầu cuối di động giữa đầu khung con thu đường xuống và khung con phát đường lên. Bằng cách đặt khoảng dịch thích hợp cho từng đầu cuối di động, mạng có thể điều khiển định thời các tín hiệu thu được tại trạm gốc từ các đầu cuối di động. Các đầu cuối di động xa so với trạm gốc bị trễ truyền sóng lớn hơn và vì thế cần bắt đầu phát đường lên hơi sớm hơn so với các đầu cuối di động gần trạm gốc hơn như minh họa trên hình 3.24. Trong ví dụ này, thiết bị đầu cuối đầu tiên nằm gần trạm gốc hơn và có trễ truyền sóng nhỏ TP,1. Vì thế đối với đầu cuối di động này, một giá trị định thời phát trước TA,1 nhỏ là đủ để bù đắp cho trễ truyền sóng và đảm bảo định thời đúng tại trạm gốc. Trái lại, đầu cuối di động thứ hai do đặt ở xa trạm gốc hơn nên trễ truyền sóng TP,2 lớn hơn, vì thế đối với nó cần có giá trị dịch định thời phát trước TA,2 lớn hơn.

7

Các đặc điểm LTE-Advanced R10 được thiết kế tích hợp linh hoạt tương thích với các đầu cuối LTE R8 để có thể sử dụng chung sóng mang.

8

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHO PHÁT TRIỂN LTE/LTE-ADVANCED

Mục đích chính của phát triển các hệ thống thông tin di động tiến lên 4G LTE-Advanced và cao hơn nữa là cung cấp các tốc độ số liệu cao hơn cho các người sử dụng đầu cuối so với trước đây như là các phiên bản đầu tiên của 3G tiêu chuẩn. Điều này không chỉ bao hàm khả năng các tốc độ đỉnh cao hơn mà còn đảm bảo tốc độ cao hơn này trên toàn bộ ô kể cả tại biên ô. Để đạt được yêu cầu đó, một số công nghệ cho phát triển LTE/LTE-Advanced về truyền dẫn số liệu tốc độ cao, lập biểu, thích ứng đường truyền và HARQ trong thông tin di động được đưa ra xem xét và áp dụng. Phương thức truy nhập gói đường lên tốc độ cao 3G HSUPA cũng được đề cập để có cái nhìn cụ thể hơn về bước tiến LTE/LTE-Advanced sau này.

2.2. Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong thông tin di động

Truyền dẫn tốc độ cao (băng rộng) có thể bị giới hạn bởi các yếu tố: Băng thông hạn chế, tạp âm, nhiễu, méo dạng tín hiệu do ảnh hưởng pha đinh chọn lọc tần số của đường truyền

Với yếu tố đầu tiên khi công suất tín hiệu thu còn đủ lớn, có thể sử dụng điều chế bậc cao hay các sơ đồ anten dựa trên ghép kênh không gian.

Với yếu tố thứ hai để đạt được các tốc độ số liệu cao hơn có thể tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm bằng cách giảm kích thước ô để giảm cự ly phủ sóng, kết hợp hợp lý các tín hiệu thu tại nhiều anten

25

của tổng băng thông hệ thống khả dụng. Mỗi tài nguyên như vậy bao gồm 12 sóng mang con (một khối tài nguyên) trong từng khe của một phân khung đường lên. Để đảm bảo phân tập tần số, các tài nguyên tần số có thể nhảy tần trên biên khe, nghĩa là một tài nguyên điều khiển L1/L2 gồm 12 sóng mang con tại biên trên của phổ trong khe thứ nhất của một bán khung và một tài nguyên cùng kích cỡ được đặt tại phần thấp của phổ trong khe thứ khai của khung con hoặc ngược lại. Nếu cần nhiều tài nguyên hơn cho báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2, chẳng hạn trong trường hợp tổng băng thông lớn để hỗ trợ số người sử dụng lớn, các khối tài nguyên bổ sung có thể được ấn định ngay cạnh các khối tài nguyên được ấn định trước đó.

Hình 3.23: Cấu trúc tài nguyên sử dụng cho báo hiệu điều khiển

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

SCH

3.5.Hiệu chỉnh thời gian đường lên

Sơ đồ truyền dẫn đường lên LTE dựa trên DFTS-OFDM đảm bảo tính trực giao nội ô, nghĩa là truyền dẫn đường lên thu được từ các đầu cuối di động khác nhau không gây nhiễu cho nhau tại máy thu. Yêu cầu cơ bản để đảm bảo tính trực giao đường lên là các tín

24

HSPA, các báo cáo CQI có thể được mạng sử dụng để lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống và điều khiển tốc độ. Tuy nhiên, khác với HSPA và do lập biểu đường xuống của LTE có thể được thực hiện cả trong miền thời gian và tần số nên các báo cáo LTE CQI chỉ thị chất lượng kênh cả trong miền thời gian và miền tần số.

- Các yêu cầu lập biểu để chỉ thị rằng một đầu cuối di động cần tài nguyên cho truyền dẫn UL-SCH.

Khác với đường xuống, ở đây không có báo hiệu đường lên để chỉ thị khuôn dạng truyền tải cho mạng. Vì các đầu cuối di động luôn luôn phải tuân theo các cho phép lập biểu nhận được từ mạng trong đó khuôn dạng truyền tải UL-SCH được đặc tả. Vì thế mạng biết từ trước khuôn dạng truyền tải được sử dụng cho truyền dẫn UL-SCH và không có lý do gì để phải báo hiệu tường minh nó trên đường lên. Với lý do tương tự, cũng sẽ không có thông báo tường minh về thông tin liên quan đến HARQ của UL-SCH.

Báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 nói trên cần được phát trên đường lên không phụ thuộc vào việc đầu cuối di động có số liệu kênh truyền tải đường lên (UL-SCH) để phát hay không và vì thế không phụ thuộc vào việc đầu cuối di động có được ấn định tài nguyên đường lên để truyền dẫn UL-SCH hay không.

Nếu đầu cuối di động không được ấn định tài nguyên đường lên cho truyền dẫn UL-SCH, thì thông tin điều khiển L1/L2 (CQI, các công nhận HARQ và các yêu cầu lập biểu) sẽ được phát trên các tài nguyên được ấn định đặc biệt cho điều khiển đường lên L1/L2. Như minh họa trên hình 3.23, các tài nguyên này được đặt tại biên

9

và sử dụng tạo búp bằng nhiều anten phát tập trung công suất phát về phía máy thu đích.

Với yếu tố thứ ba có thể sử dụng biện pháp giảm kích thước ô sẽ giảm số người sử dụng và vì thế giảm lưu lượng trên một ô. Nhờ vậy giảm mức nhiễu tương đối cho phép đạt được các tốc độ số liệu cao hơn. Cùng với kết hợp hợp lý các tín hiệu thu tại nhiều anten và sử dụng tạo búp bằng nhiều anten phát tập trung công suất phát về phía máy thu đích giúp tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu hệ thống.

Đối với yếu tố cuối cùng có thể sử dụng truyền dẫn đơn sóng mang kết hợp bộ cân bằng tại máy thu và truyền dẫn đa sóng mang mà đặc biệt là OFDM.

2.2.3.Truyền dẫn đa sóng mang

Một cách để tăng tổng băng thông truyền dẫn mà không làm hại tín hiệu do chọn lọc tần số kênh vô tuyến là sử dụng truyền dẫn đa sóng mang. Như mô tả trong hình vẽ dưới đây, trong truyền dẫn đa sóng mang, thay vì truyền một tín hiệu băng rộng, nhiều tín hiệu băng hẹp (thường được gọi là các sóng mang con) được ghép kênh theo tần số và được truyền đồng thời trên cùng một đường truyền vô tuyến đến cùng một máy thu.

10

Hình 2.5: Nguyên lý OFDM áp dụng cho đường xuống của LTE

Một giải pháp sử dụng truyền đa sóng mang cho phép tiết kiệm băng thông là ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM. LTE sử dụng giải pháp này cho đường xuống. Nguyên lý tổng quát OFDM trong trường hợp này được minh họa ở trên.

Đối với đường lên, để giảm ảnh hưởng của tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR lớn ở OFDM, đường lên sử dụng một phương pháp cải tiển của OFDM cho phép truyền tín hiệu giống như đơn sóng mang với tên gọi SC-FDMA được minh họa trong hình dưới đây. (Với DFT: biến đổi Fourier rời rạc, IDFT: biến đổi Fourier rời rạc ngược, FFT: biến đổi Fourier nhanh, IFFT: biến đổi Fourier nhanh ngược, MMSE: Sai số bình phương trung bình cực tiểu).

23

trường hợp thiết bị đầu cuối với truyền tải đa anten, mong muốn sử

dụng tất cả các đầu cuối anten và các bộ khuyếch đại công suất đầu

cuối tương ứng để điều khiển báo hiệu L1/L2 trên PUCCH để có thể

tận dụng đầy đủ sức mạnh và đạt được sự đa dạng tối đa. Để thêm sự

đa dạng, LTE R10 cũng giới thiệu khả năng đa dạng truyền tải hai

anten cho PUCCH. Sự đa dạng truyền tải hỗ trợ cho PUCCH được

gọi là SORTD.

Nguyên tắc cơ bản của SORTD là truyền báo hiệu điều khiển

đường lên bằng cách sử dụng các tài nguyên khác nhau (thời gian,

tần số và mã hóa) trên các anten khác nhau. Về bản chất, truyền tải

PUCCH từ hai anten sẽ giống hệt truyền bằng PUCCH từ hai thiết bị

đầu cuối khác nhau sử dụng các tài nguyên khác nhau. Như vậy,

SORTD tạo ra sự đa dạng nhưng đạt được điều này bằng cách sử

dụng tài nguyên gấp đôi dùng PUCCH so với truyền dẫn khác.

3.4.Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên

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

- Các công nhận HARQ đối với các khối truyền tải DL-SCH thu được.

- CQI (chỉ thị chất lượng kênh) để chỉ thị chất lượng kênh đường xuống dựa trên ước tính bởi đầu cuối di động. Tương tự như

22

SRS hoặc truyền dẫn hình lược. Thông tin về việc nên sử dụng thông

số nào khi truyền SRS được bao hàm trong thông tin PDCH, bao

gồm hai bit, ba kết hợp chỉ thị bộ thông số cụ thể của SRS. Kết hợp

thứ tư chỉ thị rằng SRS không được truyền.

3.3.Truyền dữ liệu đa anten đường lên

Việc truyền dữ liệu đa anten đường xuống được hỗ trợ bởi hệ

thống LTE từ phiên bản đầu tiên R8. Ở LTE R10 hỗ trợ truyền dữ

liệu đa anten đường lên. Việc truyền dữ liệu đa anten đường lên có

thể dùng để nâng cao đường truyền dữ liệu đường lên và hiệu năng

của hệ thống bằng các cách khác nhau:

- Để nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và hiệu quả phổ tần cho

truyền dữ liệu đường lên bằng cách tiền mã hóa hỗ trợ ghép kênh

không gian lên tới bốn lớp cho kênh dữ liệu vật lý đường lên

PUSCH.

- Để nâng cao hiệu suất việc truyền dữ liệu đường lên bằng

cách truyền dẫn đa dạng thông qua kênh điều khiển lớp vật lý đường

lên PUCCH.

3.3.3.Đa dạng đường truyền PUCCH

Việc tiền mã hóa đường truyền nhiều lớp chỉ được sử dụng

cho việc truyền tải dữ liệu đường lên trên PUSCH. Tuy nhiên, trong

11

Hình 2.6: Nguyên lý SC-FDMA

2.3.Lập biểu, thích ứng đường truyền và HARQ Có nhiều thay đổi nhanh và ngẫu nhiên trong chất lượng của

từng đường truyền vô tuyến trong một ô và các thay đổi này cần được xem xét cũng như khai thác một cách có lợi.

2.3.1.Thích ứng đường truyền với điều khiển công suất và tốc độ số liệu

Điều khiển công suất động thực hiện điều chỉnh công suất phát của đường truyền vô tuyến để bù trừ các thay đổi và các sự khác nhau của các điều kiện kênh tức thời. Về nguyên lý, điều khiển công suất phát tăng công suất tại máy phát khi các điều kiện kênh vô tuyến tồi và ngược lại. Trong trường hợp lưu lượng gói, điều quan trọng đối với người sử dụng là đảm bảo tốc độ số liệu cao tới mức có thể. Khi đó một giải pháp thay thế cho điều khiển công suất là thích ứng đường truyền bằng cách điều khiển tốc độ động. Trong trường hợp các điều kiện kênh thuận lợi, tốc độ số liệu được tăng và ngược lại.

12

Hình 2.7: (a) Điều khiển công suất, (b) Điều khiển tốc độ

2.3.2.Lập biểu phụ thuộc kênh

Lập biểu điều khiển việc ấn định các tài nguyên chia sẻ giữa các người sử dụng tại từng thời điểm. Nó liên quan mật thiết với thích ứng đường truyền và thường thì lập biểu và thích ứng đường truyền được coi như là một chức năng liên kết. Nguyên lý lập biểu cũng như việc chia sẻ các tài nguyên giữa các người sử dụng, ít nhất về mặt lý thuyết, phụ thuộc vào các đặc tính của giao diện vô tuyến, vào việc đường truyền là đường lên hay đường xuống và vào việc truyền dẫn của các người sử dụng khác nhau có trực giao hay không.

21

(R8) và truyền dẫn SRS không theo chu kỳ, được giới thiệu trong

LTE R10.

b.Truyền dẫn SRS không theo chu kỳ

Trái ngược với SRS theo chu kỳ, SRS không theo chu kỳ là

truyền dẫn một khe, kích hoạt bởi báo hiệu trên PDCCH như là một

phần của cấp lập biểu. Cấu trúc miền tần số của một SRS không theo

chu kỳ đồng nhất với SRS theo chu kỳ.

Ngoài ra, giống như việc truyền dữ liệu SRS theo chu kỳ,

truyền SRS không theo chu kỳ được truyền trong kí hiệu cuối cùng

của một phân khung. Thêm vào đó, thời gian tính từ khi SRS không

theo chu kỳ được truyền đi bằng cách cấu hình mỗi thiết bị đầu cuối

sử dụng báo hiệu lớp cao hơn.

Các thông số miền tần số cho SRS không theo chu kỳ (băng

thông, lẻ hoặc “hình lược”, ...) đã được định dạng bởi tín hiệu ở lớp

cao hơn (RRC). Tuy nhiên, sẽ không có truyền dẫn SRS được thực

hiện cho đến khi thiết bị đầu cuối được kích hoạt bởi một kích hoạt

SRS rõ ràng trên PDCCH. Khi nhận được một kích hoạt, một SRS

duy nhất được truyền ngay lập tức trong SRS không theo chu kỳ sẵn

có tiếp theo được cấu hình cho các thiết bị đầu cuối sử dụng các

thông số cấu hình miền tần số. Truyền SRS thêm vào sau đó có thể

được thực hiện nếu có thêm các kích hoạt.

Ba bộ thông số khác nhau có thể được cấu hình cho SRS

không theo chu kỳ, ví dụ phân biệt trong vị trí tần số của truyền dẫn

20

3.2.Báo hiệu tham khảo đường lên

Báo hiệu tham khảo đường lên được thực hiện trên đường lên

LTE. Có 2 loại báo hiệu tham khảo được định nghĩa cho đường lên

LTE:

- Báo hiệu tham khảo giải điều chế đường lên (DM-RS) được

dự định sử dụng bởi trạm gốc cho ước lượng kênh giải điều chế

coherent của các kênh vật lý đường lên (PUSCH và PUCCH). Các

báo hiệu tham khảo giải điều chế do đó chỉ phát cùng nhau với

PUSCH và PUCCH và sau đó được phát với cùng băng thông như

kênh vật lý tương đương.

- Báo hiệu tham khảo âm đường lên (SRS) được dự định sử

dụng bởi trạm gốc cho ước lượng trạng thái kênh nhằm hỗ trợ lập

biểu phụ thuộc kênh đường lên và thích ứng đường truyền. SRS cũng

có thể sử dụng trong trường hợp khi truyền dẫn đường lên là cần

thiết, mặc dù không có số liệu để truyền tải. Cuối cùng, SRS đường

lên cũng có thể được sử dụng để ước lượng trạng thái kênh đường

xuống, giả thiết đủ tương hỗ đường lên/đường xuống. Điều này đặc

biệt quan trọng cho TDD, ở đó vận hành đường xuống và đường lên

trên cùng tần số sóng mang thông thường ngụ ý một mức độ cao hơn

về tính tương hỗ đường xuống/đường lên ngắn hạn so với FDD.

3.2.2.Báo hiệu tham khảo SRS đường lên

Có hai loại truyền SRS định nghĩa cho đường lên LTE:

truyền dẫn SRS theo chu kỳ, đã có sẵn từ phiên bản đầu tiên của LTE

13

Chiến lược ở đây trình bày về lập biểu phụ thuộc kênh trong đó bộ lập biểu xét các điều kiện đường truyền vô tuyến tức thời. Lập biểu người sử dụng theo các điều kiện đường truyền vô tuyến tức thời tốt nhất thường được gọi là lập biểu tỷ số tín hiệu trên nhiễu cực đại (max-C/I) hay tốc độ cực đại. Vì trong một ô, các điều kiện của các đường truyền vô tuyến khác nhau thường thay đổi độc lập, tại mỗi thời điểm hầu như luôn có một đường truyền vô tuyến với chất lượng gần như cực đại

Hình 2.8: Lập biểu phụ thuộc kênh

2.4.Truy nhập gói đường lên tốc độ cao 3G HSUPA

HSUPA hay còn gọi tăng cường đường lên được đưa vào WCDMA R6. HSUPA đảm bảo cải thiện dung lượng và hiệu năng đường lên như tốc độ số liệu cao hơn, trễ giảm và dung lượng hệ thống tăng. HSUPA bổ sung cho HSDPA và kết hợp hai thuật ngữ này được gọi là HSPA.

Cốt lõi của HSUPA cũng sử dụng hai công nghệ cơ sở như HSDPA là lập biểu nhanh và HARQ nhanh với kết hợp mềm. Cũng

14

giống như HSDPA, HSUPA sử dụng khoảng thời gian ngắn 2ms cho TTI đường lên. Các tăng cường này được thực hiện trong WCDMA thông qua một kênh truyền tải mới, E-DCH (kênh riêng tăng cường).

Mặc dù sử dụng các công nghệ giống HSDPA, HSUPA cũng

có một số khác biệt căn bản so với HSDPA và các khác biệt này ảnh

hưởng lên việc thực hiện chi tiết các tính năng:

- Trên đường xuống, các tài nguyên chia sẻ là công suất mà

mã đều được đặt trong một nút trung tâm (nút B). Trên đường lên, tài

nguyên chia sẻ là đại lượng nhiễu đường lên cho phép, đại lượng này

phụ thuộc vào công suất của nhiều nút nằm phân tán (các nút UE).

- Trên đường xuống bộ lập biểu và các bộ đệm phát được đặt

trong cùng một nút, còn trên đường lên bộ lập biểu được đặt trong

nút B trong khi đó các bộ đệm số liệu được phân tán trong các UE.

Vì thế các UE phải thông báo thông tin về tình trạng bộ đệm cho bộ

lập biểu.

- Đường lên WCDMA và HSUPA không trực giao và vì thế

xảy ra nhiễu giữa các truyền dẫn trong cùng một ô. Trái lại trên

đường xuống các kênh được phát trực giao. Vì thế điều khiển công

suất quan trọng đối với đường lên để xử lý vấn đề gần xa. E-DCH

được phát với khoảng dịch công suất tượng đối so với kênh điều

khiển đường lên được điều khiển công suất và bằng cách điều chỉnh

dịch công suất cho phép cực đại, bộ lập biểu có thể điều khiển tốc độ

19

(hình 3.5). Trong trường hợp bước nhảy dựa trên dải phụ, tập hợp các

khối tài nguyên ảo đã cung cấp trong lập lịch được sắp xếp tới một

tập hợp tương đương các khối tài nguyên vật lý theo bước nhảy mẫu

đặc trưng ô. Tài nguyên sử dụng cho truyền tải, các PRB thu được

bằng cách dịch các VRB đã cung cấp trong lập lịch bởi một số các

dải phụ theo bước nhảy mẫu, ở đó bước nhảy mẫu có thể cung cấp

các dịch khác nhau cho mỗi khe (hình 3.6).

Hình 3.5: Định nghĩa các dải phụ cho bước nhảy PUSCH

Hình 3.6: Bước nhảy tương đương bước nhảy mẫu đã định nghĩa

trước

18

tần số OFDM cơ bản, trong đó K là số lượng ký hiệu OFDM sẵn sàng trong một phân khung (tương đương 11 hoặc 12 hay lớn hơn nữa) và M là băng thông bắt buộc trong số sóng mang con. Giả định rằng bộ các cặp khối nguồn bắt buộc là liên tục trong miền tần số. Đây là giả định điển hình cho DFTS-OFDM và hoàn toàn chặt chẽ trong trường hợp phát hành LTE R8 và R9. LTE R10 giới thiệu khả năng phân bổ miền tài nguyên tần số riêng rẽ cho truyền dẫn PUSCH. Cụ thể hơn, trong phiên bản R10 phân bổ tài nguyên đường lên có thể bao gồm một số cực đại của hai nhóm tần số riêng rẽ như minh họa trong hình 3.4, mà ở đó mỗi nhóm bao gồm một số cặp khối tài nguyên (các cặp khối tài nguyên N1 và N2 tương ứng).

Hình 3.4: Truyền dẫn đa nhóm đường lên

3.1.3.Bước nhảy tần số PUSCH

Phân phối truyền tải đường lên cho PUSCH gọi là bước nhảy tần số đường lên.

a.Bước nhảy dựa trên các bước nhảy/ánh xạ mẫu đặc trưng ô

Nhằm hỗ trợ bước nhảy dựa trên dải phụ theo các bước

nhảy/ánh xạ mẫu đặc trưng ô, một tập hợp các dải phụ liên tiếp của

một dải nhất định được định nghĩa từ toàn bộ dải tần số đường lên

15

số liệu E-DCH. Trái lại đối với HSDPA, công suất phát không đổi (ở

mức độ nhất định) cùng với sử dụng thích ứng tốc độ số liệu.

- Chuyển giao được E-DCH hỗ trợ. Việc thu số liệu từ đầu

cuối tại nhiều ô là có lợi vì nó đảm bảo tính phân tập, trong khi đó

phát số liệu từ nhiều ô trong HSDPA là phức tạp và chưa chắc có lợi

lắm. Chuyển giao mềm còn có nghĩa là điều khiển công suất bởi

nhiều ô để giảm nhiễu gây ra trong các ô lân cận và duy trì tương

thích ngược với UE không sử dụng E-DCH.

- Trên đường xuống, điều chế bậc cao hơn (có xét đến hiệu

quả công suất đối với hiệu quả băng thông) được sử dụng để cung

cấp các tốc độ số liệu cao trong một số trường hợp, chẳng hạn khi bộ

lập biểu ấn định số lượng mã định kênh ít cho truyền dẫn nhưng đại

lượng công suất truyền dẫn khả dụng lại khá cao. Đối với đường lên

tình hình lại khác, không cần thiết phải chia sẻ các mã định kênh đối

với các người sử dụng khác và vì thế thông thường tỉ lệ mã hóa kênh

thấp hơn đối với đường lên. Như vậy khác với đường lên điều chế

bậc cao ít hữu ích hơn trên đường lên trong các ô vĩ mô và vì thế

không được xem xét trong phát hành đầu của HSUPA.

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ LỚP VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN TRONG LTE/LTE-ADVANCED

Chương này xét cụ thể các vấn đề liên quan đến lớp vật lý, tập trung vào xử lý lớp vật lý đường lên trong LTE/LTE-Advanced như xử lý kênh giao vận, báo hiệu tham khảo, truyền dẫn đa anten,

16

báo hiệu điều khiển L1/L2 và hiệu chỉnh thời gian đường lên. Qua đó trình bày so sánh về sự khác nhau với các thế hệ trước.

3.1.Xử lý kênh giao vận Mô tả xử lý lớp vật lý áp dụng với kênh chia sẻ đường lên

(UL-SCH) và tiếp theo sắp xếp tài nguyên vật lý đường lên theo chuẩn trục tọa độ thời gian – tần số OFDM. 3.1.1.Các bước xử lý

Hình 3.1: Xử lý lớp vật lý cho UL-SCH

17

Hình 3.2: DFT tiền mã hóa K khối của M ký hiệu điều chế

Trong các phiên bản đầu tiên của LTE (R8 và R9) chỉ truyền dẫn đơn anten được hỗ trợ cho đường lên. Tuy nhiên ở phiên bản LTE R10, truyền dẫn đa anten, cụ thể hơn nữa là tiền mã hóa anten lên tới bốn cổng anten được hỗ trợ cho đường lên.

3.1.2.Sắp xếp tài nguyên vật lý

Việc lập biểu gán cho một bộ khối tài nguyên theo cặp được sử dụng cho truyền dẫn đường lên, cụ thể là truyền dẫn kênh vật lý PUSCH mang kênh giao vận UL-SCH.

Hình 3.3: Sắp xếp tài nguyên vật lý đường lên

Hình 3.3 minh họa làm thế nào K*M ký hiệu tiền mã hóa DFT ở đầu ra của anten sắp xếp được sắp đặt tới biểu đồ thời gian -