Nghiên cứu quy hoạch, tối ưu mạng vô tuyến lte và đề xuất triển khai tại thành phố bến tre,luận văn thạc sỹ kỹ thuật điện tử

1.3.2 Mật độ lưu lượng Việc đánh giá mật độ lưu lượng của nhà cung cấp và lưu lượng người sử dụng thực tế ở một khu vực cụ thể phải được xác định.. Một kênh logic được định nghĩa bởi dạ

NGUYỄN NHỰT TÀI

NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH,TỐI ƯU MẠNG

VÔ TUYẾN LTE VÀ ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI

TẠI THÀNH PHỐ BẾN TRE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN HOÀI TRUNG

TP.Hồ Chí Minh.2014

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC

Cơ quan công tác: Chi Nhánh Viettel Đồng Nai

Khoá: 20

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: : 60.52.70

Cán bộ hướng dẫn: TS Trần Hoài Trung Bộ môn: : Kỹ thuật viễn thông

1 Tên đề tài luận văn:”Nghiên cứu quy hoạch, tối ưu mạng vô tuyến LTE và đề

xuất triển khai tại thành phố Bến Tre “

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: Đề tài nghiên cứu quá trình quy hoạch mạng

vô tuyến LTE và quá trình tối ưu hóa mạng LTE sau khi quy hoạch, để ứng dụng cho quá trình phát triến mạng di động ở thành phố Bến Tre ở các khu dân cư khác nhau

3 Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được : Nghiên cứu chủ yếu dựa vào

tài liệu trên mạng, sách báo, cũng như các dự án đang thử nghiệm về sự phát triển LTE trong và ngoài nước Đối tượng chủ yếu là căn cứ thực tế nhu cầu con xã hội

và sự phát triển công nghệ và hệ thống di động hiện tại để nghiên cứu

Ngày tháng năm

Học viên

Nguyễn Nhựt Tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn:

Xác nhận của Bộ môn:

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

LỜI NÓI ĐẦU

LTE là tiêu chuẩn mới nhất trong các nhóm công nghệ di động của 3GPP Công nghệ LTE có thể cung cấp tốc độ đường xuống lên tới 100 Mbit/s, đường lên cao nhất là 50 Mbit/s Công nghệ LTE hỗ trợ sóng mang từ 1,4 MHz tới 20 MHz và

hỗ trợ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDD) hoặc theo thời gian (TDD) Do nhu cầu dung lượng ngày càng cao để phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người game, video, hội nghị, video chất lượng cao, trực tuyến

Xuất phát từ nhu cầu thực tế của việc phát triển mạng 3G lên mạng 4G hiện

nay, nên vì những lý do trên nên em chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU QUY

HOẠCH,TỐI ƯU MẠNG VÔ TUYẾN LTE VÀ ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI TẠI THÀNH PHỐ BẾN TRE” là thiết thực đối với xu thế phát triển về công nghệ đang

phát triển trên thới giới

Nội dung của luận văn bao gồm các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về quy hoạch

Chương 2: Giao diện vô tuyến, kỹ thuật OFDM và lộ trình 3G lên 4G LTE

Chương 3: Quy hoạch công nghệ 4G LTE và nghiên cứu áp dụng cho thành phố

Bến Tre

Chương 4: Tối ưu 4G LTE sau khi quy hoạch và nghiên cứu áp dụng cho Thành

phố Bến Tre

Cuối cùng là đánh giá kết quả thực hiện của luận văn và hướng phát triển của

đề tài trong tương lai

Mặc dù đã cố gắng nỗ lực để nghiên cứu nhưng sẽ không tránh được các thiếu sót, vì thế tôi rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy Cô và các anh chị, các bạn trong lớp để tôi có thể hoàn thiện luận văn hòa chỉnh hơn Tôi xin chân thành cảm

ơn Thầy TS Trần Hoài Trung và các Thầy Cô trong bộ môn đã tạo mọi điều kiện để tôi có thể hoàn thành được luận văn này

MỤC LỤC

Trang

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC i

LỜI NÓI ĐẦU ii MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH 1 1.1 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến 2

1.1.1 Dung lượng 3

1.1.2 Vùng phủ sóng 3

1.1.2.1 Mục tiêu phủ sóng 3

1.1.2.2 Sector hóa và khả năng thích ứng của chùm tia 4

1.2 Thủ tục triển khai quy hoạch và tối đa dung lượng cũng như vùng phủ sóng 4

1.2.1 Chuẩn bị 4 1.2.2 Số lượng người dùng 5 1.2.3 Quản lý quy hoạch mạng 5 1.3 Phát triển kế hoạch thiết kế mạng 6 1.31 Phân tích lưu lượng 7

1.3.2 Mật độ lưu lượng 7 1.4 Ước tính vùng phủ sóng di động 8 1.4.1 Quỹ đường truyền 8 1.4.2 Độ lợi chuyển giao mềm 8 1.4.3 Vùng phủ bị giới hạn 8 1.4.4 Dung lượng bị giới hạn 8 1.4.5 Hệ số tải 9 1.5 Mô hình ước tính tế bào 9

1.6 Kết luận chương 10

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

CHƯƠNG 2: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN, KỸ THUẬT OFDM VÀ LỘ TRÌNH 3G

LÊN 4G LTE 11

2.1 Giao diện vô tuyến 11

2.1.1 RLC( điều khiển liên kết vô tuyến) 11

2.1.2 MAC ( điều khiển truy nhập môi trường ) 13

2.1.2.1 Kênh logic và kênh truyền tải 13

2.1.2.2 Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng lên 16

2.1.2.3 Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng xuống 21

2.1.3 Lớp vật lý 27

2.2 Kỹ thuật truy nhập phân chia theo tần số trực giao( OFDM) 30 2.3 Lộ trình 3G lên 4G LTE 38

2.3.1 Kiến trúc 3G UMTS R99 (R3) 39

2.3.2 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4 39

2.3.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 và R6 40

2.3.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R7 và R8 40

2.4 Sự khác nhau giữa 3G và 4G 41

2.4.1 Ưu điểm nổi bật 41

2.4.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G 42

2.5 Kết luận chương 43

Chương 3: Quy hoạch công nghệ 4G LTE nghiên cứu ứng dụng cho thành phố Bến Tre 44

3.1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE 44

3.2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ 45

3.2.1 Dự báo lưu lượng 45

3.2.2 Phân tích vùng phủ 46

3.3 Quy hoạch chi tiết 46

3.3.1 Quy hoạch vùng phủ 46

3.3.1.1 Quỹ đường truyền 47

3.3.1.2 Các mô hình truyền sóng 57

3.4 Áp dụng quy hoạch cho khu thành phố Bến Tre 63

3.5 Kết luận chương 76

Chương 4: Tối ưu mạng 4G LTE sau quy hoạch ở thành phố Bến Tre 77

4.1 Quy hoạch giả định và lựa chọn vị trí 77

4.1.1 Quy hoạch giả định 77

4.1.1.1 Định kích thước ban đầu mạng 77

4.1.1.2 Bảng tính kích thước ban đầu 78

4.1.1.3 Thiết lập quy hoạch giả định 79

4.1.1.4 Lựa chọn vị trí 79

4.1.1.5 Thực hiện lựa chọn vị trí 80

4.2 Tính toán lưu lượng 80

4.2.1 Tính toán lưu lượng 80

4.2.2 Đánh giá lưu lượng 80

4.3 Tối ưu ăng ten 4G LTE 81

4.3.1 Mạng ăng ten 81

4.3.2 Kỹ thuật đa anten trong LTE 81

4.3.2.1.Phân tập phát sử dụng mã hóa khối không gian- tần số hai anten

SFBC 83

4.3.2.2 Phân tập trễ vòng CDD 84

4.3.2.2.1 Tạo búp sóng 84

4.3.2.2.2 Ghép kênh không gian 85

4.3.2.2.3 Tín hiệu hoa tiêu truyền dẫn đa anten đường xuống 87

4.4 Độ nghiêng của ăngten 88

4.5 Lắp đặt ăng ten 89

4.6 Kết luân chương 92

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI xi

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Lịch trình nghiên cứu 3GPP 38

Bảng 3.1 : Ví dụ về quỹ đường lên của LTE 50

Bảng 3.2 : Ví dụ của quỹ đường xuống LTE 52

Bảng 3.3 : So sánh quỹ đường truyền lên các hệ thống 53

Bảng 3.4: So sánh quỹ đường truyền xuống các hệ thống 55

Bảng 3.5: Số tài nguyên cho các băng thông kênh LTE khác nhau 64

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Quy trình bắt buộc trong quy hoạch và triển khai mạng lưới 2

Hình 1.2 : Mô hình ước tính cell 10

Hình 2.1: Phân đoạn và hợp đoạn RLC 12

Hình 2.3: Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền dẫn 16

Hình 2.4: Cấp phát tài nguyên hướng lên được điều khiển bởi bộ lập biểu eNodeB 17

Hình 2.5: Cấu trúc khung LTE FDD 18

Hình 2.6 : Tốc độ dữ liệu giữa các TTI theo hướng lên 18

Hình 2.7: Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vòng ngắn và dài 19

Hình 2.8: Chuỗi mã hóa kênh PUSCH 20

Hình 2.9: Ghép kênh của thông tin điều khiển và dữ liệu 21

Hình 2.10: Cấp phát tài nguyên đường xuống tại eNodeB 22

Hình 2.11: Cấu trúc khe đường xuống cho băng thông 1.4 MHz 23

Hình 2.12: Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH 24

Hình 2.13: Ví dụ về chia sẻ tài nguyên đường xuống giữa PDCCH & PDSCH 25 Hình 2.14: Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống 26

Hình 2.15: Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH 27

Hình 2.16: Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH 28

Hình 2.17 : Truyền đơn sóng mang 30

Hình 2.18 : Nguyên lý của FDMA 30

Hình 2.19: Nguyên lý đa sóng mang 30

Hình 2.20: So sánh phổ tần của FDMA với OFDM 31

Hình 2.21 : Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM 31

Hình 2.22 : Các sóng mang trực giao với nhau 32

Hình 2.23 : Biến đổi FFT 33

Hình 2.24 : Thu phát OFDM 33

Hình 2.25: Chuỗi bảo vệ GI 34

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Hình 2.26: Tác dụng của chuỗi bảo vệ 34

Hình 2.27: Sóng mang con OFDMA 35

Hình 2.28 : OFDM và OFDMA 35

Hình 2.29 : Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE 36

Hình 2.30 : Cấu trúc của một khối tài nguyên 36

Hình 2.31 : Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo 37

Hình 3 1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE 44

Hình 3 2 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami 58

Hình 3.3: Quy trình tính toán dung lượng 65

Hình 3.4: Phân bố site tại trung tâm giai đoạn 1 68

Hình 3.5: Phân bổ site vùng lân cận giai đoạn 1 70

Hình 3.6: Phân bổ site vùng ngoại ô giai đoạn 1 71

Hình 3.7: Phân bố site tai trung tâm giai đoạn 2 72

Hình 3.8: Phân bố site vùng lân cận giai đoạn 2 74

Hình 3.9: Phân bổ site vùng ngoại ô giai đoạn 2 75

Hình 4.1: Quan hệ giữa HSPA và LTE 82

Hình 4.2: Sơ đồ tổng quát tạo tín hiệu băng gốc đường xuống 83

Hình 4.3 : Mã hóa khối không gian-tần số SFBC trong cơ cấu đa anten LTE 84

Hình 4.4 : Tạo búp sóng trong trong cơ cấu đa anten LTE 85

Hình 4.5: Ghép kênh không gian trong khung hoạt động đa anten LTE (NL=3, NA=4) 86

Hình 4.6: Tín hiệu hoa tiêu ghép kênh không gian đường xuống 88

Hình 4.7: Ăng- ten nghiêng 1: a) đồ thị lan truyền RF và B) 0° cơ khí và 0° điện 90 Hình 4.8: Ăng ten nghiêng 2: a) đồ thị lan truyền RF và B) 6° cơ khí và 6° điện 91

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

tốc độ cao

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Union

ngõ ra

Channel

trực giao đơn sóng mang UTMS Universal Telecommunication Hệ thống thông tin di động

Mobile

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH

Thiết kế hệ thống LTE cần nhiều quá trình thiết kế khác nhau và các thông

số của hệ thống Ngoài ra khi số lượng người dùng tăng, dung lượng, vùng phủ cũng tăng lên, vì thế kích thước cell phải thu nhỏ lại Để đảm bảo chính xác về việc lập kế hoạch cho quy hoạch 4G LTE, cần ước lượng tốt lưu lượng người sử dụng, địa hình, kinh tế và cấu trúc mạng

Một khía cạnh quan trọng ảnh hưởng đến việc lập kế hoạch là tốc độ mở rộng,

và vùng phủ sóng của mạng 2G, 3G hiện có Ban đầu đánh giá kế hoạch chi tiết, dung lượng và vùng phủ sóng là 2 vấn đề chính được đề cập Khi mạng hoạt động các thông số cần thiết như số liệu thống kê lưu lượng truy cập, các loại hình dịch

vụ, chất lượng dịch vụ (QoS), quá tải cell /sector, giờ quá tải, tất cả lưu lượng truy cập sẽ được tải về nhà điều hành mạng và trung tâm vận hành và bảo dưỡng (NOMC) Toàn bộ mạng có thể được điều khiển bởi NOMC - trung tâm kiểm soát mạng Trung tâm này có thể kiểm soát hoạt động của trung tâm bảo trì (OMC), hoặc mạng lưới điều hành trung tâm (NOC) Mô hình điều chỉnh tuyến và thiết kế lại / tối

ưu sau đó sẽ tạo ra một quá trình liên tục, chịu ảnh hưởng lớn bởi các thông số được

đề cập Một khi mạng được mở rộng và hoạt động liên tục, dung lượng tải sẽ tăng lên Nó sẽ phân tích lưu lượng và thống kê truy cập Điều này đảm bảo mạng liên tục được tối ưu hóa để việc quy hoạch sao cho phù hợp với đáp ứng yêu cầu truyền tải như hình 1.1 Các bước của quá trình quy hoạch cơ bản gồm các kế hoạch, hoạch định các quá trình và tối ưu mạng, sau đó là thiết kế mạng thực tế Cuối cùng

là tối ưu hóa và tái lập kế hoạch cho mạng Đó là một quá trình liên tục lặp đi lặp lại

để tính toán tối ưu hóa

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Hình 1.1 : Quy trình bắt buộc trong quy hoạch và triển khai mạng lưới

1.1 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến

Thứ nhất, nó cần thiết để ước tính số lượng vị trí các cell, các kiểu trạm gốc

và cấu hình các trạm (bao gồm số lượng các phần tử mạng, sector, cấu hình anten)

Để đạt được các vị trí và cấu hình các trạm chúng ta phải đánh giá được diện tích phủ sóng, dung lượng, và yêu cầu QoS đối với các loại diện tích cần phủ sóng, như khu đô thị dày đặc Với những thông tin này chúng ta có thể bắt đầu quy hoạch phạm vi phủ sóng và dung lượng mạng Kết quả của quy hoạch vùng phủ và dung lượng sẽ cho chúng ta một con số chính xác về số lượng các vị trí và cấu hình các trạm Để hiểu được quá trình quy hoạch chúng ta phải tìm hiểu về 3 yếu tố tác động tới quá trình quy hoạch đó là:

tối ưu hóa Mục đích của quy hoạch mạng lưới là kiểm soát và tối đa hóa ảnh hưởng của 3 tham số

1.1.2 Vùng phủ sóng

Vùng phủ sóng sẽ cho phép người sử dụng có thể di chuyển thoải mái từ mạng hiện tại vào các mạng 4G LTE khác Ngoài ra phạm vi phủ sóng sẽ được cung cấp bởi kiểu cấu trúc phân cấp tế bào trong hệ thống Theo đó người dùng sẽ chuyển vùng từ một môi trường picocell, microcell sang môi trường macrocell Mạng 4G LTE sẽ không độc lập với mạng GSM, 3G hiện có mà nó sẽ cùng tồn tại với hệ thống GSM, 3G Nhiều thiết bị đầu cuối có thể chuyển đổi từ 2G , 3G lên 4G

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

1.1.2.2 Sector hóa và khả năng thích ứng của chùm tia

Sector hóa là chia các tế bào thành nhiều phần (sector), nó có thể gia tăng dung lượng Ngoài ra để tăng cường vùng phủ sóng nó có thể sử dụng anten thích nghi có khả năng theo dõi sự di chuyển của UE, nhờ đó tăng vùng phủ sóng thực tế Khi xem xét việc sector hóa hoặc chùm tia anten thích nghi, có thể ước tính ảnh hưởng của mật độ quang phổ lên công nghệ địa chỉ hóa Nó sẽ phụ thuộc vào các loại sóng vô tuyến và các thiết bị anten

1.2 Thủ tục triển khai quy hoạch và tối đa dung lượng cũng như vùng phủ sóng

Các tham số CCQ phải được đảm bảo để có thể phát triển hệ thống 1 cách hiệu quả Mỗi tham số trong 3 tham số vùng phủ sóng, dung lượng và QoS phải được đưa vào xem xét cân bằng và tối ưu 3 thông số trên Điều này do tùy thuộc vào người sử dụng và tốc độ dữ liệu của họ thay đổi Mỗi cell phải được thiết kế chính xác và do đó các điều kiện trước tiên đạt được của quy hoạch mạng lưới chính xác gồm 3 giai đoạn sau đây:

dụ, giá trị tiêu biểu cho các cuộc gọi trung bình thời gian cho các dịch vụ có thể dự đoán từ khoảng 120-180 giây Nó sẽ phần nào khó khăn hơn do nhiều loại dịch vụ được biết đến hiện tại và tương lai để tính toán các dịch vụ trung bình thời gian cuộc gọị Hiện nay hầu hết các dịch vụ mới đã được áp dụng chuyển mạch gói Tuy nhiên trung bình thời gian cuộc gọi đã ảnh hưởng đáng kể đến lưu lượng mạng, dự đoán chính xác, hợp lý phải được coi là một yếu tố quan trọng Điều này nhiều khi khó khăn do kích thước mới được bổ sung vào dịch vụ 4G LTE, khối lượng dữ liệu

trung bình thông qua là rất lớn Vấn đề phức tạp hơn là nhu cầu về một dịch vụ nhất định (ví dụ: Vùng phủ sóng của sự kiện thể thao, các lề hội lớn ) cũng phải được đưa vào tính toán, vì sự kiện này sẽ thay đổi theo thời gian trong ngày, theo ngày trong năm Khi đó lưu lượng mạng sẽ tăng đột biến

1.2.2 Số lượng người dùng

Tính toán số lượng người dùng ở một khu vực cụ thể đạt được bằng cách xâm nhập, điều tra dân số Nhà quy hoạch mạng phải ước lượng lưu lượng, số người sử dụng để có thể cung cấp thông số chính xác cho công tác quy hoạch Trong quy hoạch người ta thường sử dụng phương pháp thống kê để dự đoán chính xác số lượng người sử dụng

1.2.3 Quản lý quy hoạch mạng

Khi số lượng cell đã được xác định, cần lập kế hoạch chi tiết tần số, xác định

RF trong từng cell Điều này sẽ ảnh hưởng đến vùng phủ sóng như xây dựng các vùng phủ sóng, chi phí, xây dựng luật quy hoạch, cấu hình, đặt lại vị trí cell và các hoạt động khác như ACI cũng phải được xem xét Do đó cần bộ công cụ lập kế hoạch chuyên nghiệp Có nhiều công cụ có sẵn trên thị trường, được cung cấp bởi ATDI, Logica, Commweb, Agilent Bộ công cụ lập kế hoạch bao gồm một bộ tiện ích module phần mềm được tích hợp vào các ứng dụng quy hoạch hiện tại Các module có thể bao gồm các công cụ quản lý thông tin, thiết kế các công cụ di động, thiết bị, cấu hình, các công cụ kiểm kê, giám sát hiệu suất mạng và các công cụ báo cáo dự án hoặc các công cụ quản lý chung

1.3 Phát triển kế hoạch thiết kế mạng

Khi xem xét một cái nhìn toàn thể của thiết kế quy hoạch mạng lưới, các đối tượng sau tất cả phải được xem xét Bao gồm các phần sau:

a) Vùng phủ Microcell / Macrocell

b) Dung lượng Microcell / Macrocell

c) Vùng phủ trong nhà và tốc độ dữ liệu cao

d) Thiết lập vị trí cell

e) Sự chuyển dịch từ mạng GSM,3G sang 4G

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Các chiến lược được thông qua để triển khai mạng sẽ phụ thuộc nhiều vào việc điều chỉnh lưu lượng thực tế Thực tế sử dụng vùng phủ Macrocell cho ngoài trời và Picocell cho vùng phủ trong nhà Macrocell cũng có thể phủ sóng những khoảng trống trong vùng phủ sóng trong nhà Tuy nhiên, để có lợi người ta cung cấp thêm dung lượng bằng cách tăng số lượng các cell trong nhà, trái ngược với phủ sóng trong nhà cung cấp từ các cell ngoài trời Nếu việc tăng số lượng cell trong nhà không được thực hiện, người ta buộc phải dùng microcell để khắc phục các hạn chế dung lượng Tuy nhiên, có thể đạt được dữ liệu tốc độ cao hơn trong toàn bộ diện tích cell, hoặc tốc độ dữ liệu có sẵn thấp hơn khi người sử dụng ở điểm vùng biên cell, điều này sẽ cho phép đạt được diện tích phủ sóng một cell lớn hơn Điều này sẽ phụ thuộc vào loại dịch vụ dữ liệu tốc độ cao có sẵn Với dịch vụ đòi hỏi QoS thấp như e-mail, lưu trữ và chuyển tiếp các dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), thì vùng phủ không đồng nhất có thể đươc xem xét Tuy nhiên với những dịch vụ đòi hỏi QoS cao và thời gian thực, thì vùng phủ phải là đồng nhất Cuối cùng, nếu một nhà điều hành có một mạng lưới 2G hoặc 3G hiện tại thì người sử sẽ chuyển giao giữa 2G ,3G sang 4G, tái sử dụng cell Thường thì các nhà quy hoạch sẽ tận dụng vị trí các trạm BTS hiện có của 2G hoặc 3G làm trạm BTS của 4G Và chúng ta sẽ đặt

bổ sung các trạm BTS 4G để bổ sung vị trí còn thiếu Điều này làm giảm đáng kể chi phí cho việc xây dựng hệ thống Nếu quy hoạch hợp lý sử dụng lại các trạm BTS của 2G hoặc 3G nhà quy hoạch có thể tiết kiệm được chi phí cho xây dựng mạng 4G

1.3.1 Phân tích lưu lượng

Quá trình phân tích lưu lượng bao gồm các quá trình phân tích như sau:

a) Điều tra nhân khẩu trong khu vực phủ sóng

b) Mô phỏng xác định lượng thuê bao

c) Tính toán cung cấp lưu lượng truy cập cho mỗi thuê bao

d) Tạo ra một bản đồ lưu lượng "chỉ ra lưu lượng dự kiến

Điều này là một nhiệm vụ cho các bộ phận tiếp thị, tuy nhiên, các nhà quy hoạch mạng yêu cầu lưu lượng cho phép định kích thước mạng Điều này cũng sẽ

cho phép một mạng lưới phân tích công suất ban đầu của kế hoạch hoàn thành, và

mô phỏng thực hiện kế hoạch cuối cùng

1.3.2 Mật độ lưu lượng

Việc đánh giá mật độ lưu lượng của nhà cung cấp và lưu lượng người sử dụng thực tế ở một khu vực cụ thể phải được xác định Việc phân phối dữ liệu mật độ(DDD) được định nghĩa là tỷ lệ thông tin có thể được gửi cho mỗi khu vực phủ sóng

Trước tiên, ta thành lập một đơn vị đo cường độ mà lượng hóa lưu lượng

Thời gian gọi / (1 giờ (h)) = Lưu lượng sử dụng (1)

Ví dụ, nếu thuê bao hai cuộc gọi trong 1h và độ dài trung bình của các cuộc gọi là

120 giây (s), công thức ở trên đưa ra sau đây:240/3.600 = 66 milli Erlangs (mErl) của lưu lượng Hai cuộc gọi /1 giờ trung bình là 120 s bằng 240 s, và 1 h =3.600 s Erlangs (Erl) được thiết kế để đo lường định lượng lưu lượng Trong thực tế, nó được sử dụng để mô tả tổng lưu lượng sử dụng trong 1h Mô hình thường sử dụng nhất là Erlang-B (dùng để đánh giá yêu cầu sử dụng lưu lượng trong giờ bận) Với

mô hình Erlang-B người ta cho rằng tất cả các cuộc gọi bị chặn sẽ xóa ngay lập tức

Do đó mật độ người sử dụng trong khu vực phải xem xét, mật độ lưu lượng có thể được tính toán và được thể hiện trong Erlang trên mỗi km² (Erl/ km²)

Công thức Erlang C thể hiện xác suất chờ trong 1 hệ thống xếp hàng Cũng như công thưc Erlang B, Erlang C giả định vô số các nguồn cùng truy cập của A Erlang đến N máy chủ Tuy nhiên tất cả các máy chủ đang bận do đó yêu cầu phải xếp hàng Một số lượng lớn không giới hạn các yếu tố được đưa vào hàng đợi Công thức tính toán xác suất của lưu lượng giả định rằng các cuộc gọi của họ bị chặn cho đến khi có thể được xử lý Công thức này được sử dụng để xác định số người sử dụng dịch vụ cần thiết cho một cuộc gọi, cho một xác suất xếp hàng mong muốn

(1.1)

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

A : tổng lưu lượng truy cập được cung cấp

N: Số người sử dụng dịch vụ

P W : xác suất khách hàng phải đợi để sử dụng dịch vụ

Giả định rằng các cuộc gọi đến tuân theo phân phối poisson và được mô tả bằng hàm phân phối mũ Sử dụng chung cho Erlang C là mô hình hóa và định kích

cỡ mạng và các cuộc gọi đến tổng đài

1.4 Ước tính vùng phủ sóng di động

Để ước tính vùng phủ sóng di động, mô hình suy hao đường truyền phải được đưa vào tính toán Mô hình suy hao đường truyền được tính bằng cách kết hợp các dữ liệu thực nghiệm và phân tích kỹ thuật

1.4.1 Quỹ đường truyền

Quỹ đường truyền được tính cho đường lên và đường xuống một cách riêng

lẻ Độ lợi an ten, tạp âm thu và vấn đề khác cần phải được quan tâm

1.4.2 Độ lợi chuyển giao mềm

Độ lợi chuyển giao mềm đạt được do việc chuyển giao tại biên, giữa hai hoặc nhiều cell và các cell tham gia có độ mất mát trung bình bằng nhau Để có được chuyển giao mềm, biên fading log-normal phải được tính toán Đây là thông

số cần thiết để cung cấp xác suất vùng phủ xác định tại vùng biên của một tế bào riêng lẽ cũng như thông số tuơng ứng tại vùng biên của hai hoặc nhiều hơn tế bào

Do đó, độ lợi chuyển giao mềm trên thực tế sẽ khác nhau giữa các biên khác nhau

1.4.3 Vùng phủ bị giới hạn

Vùng phủ được gọi là giới hạn khi nó không có đủ năng lực để xử lý tất cả các lưu lượng truy cập Từ quan điểm dung lượng, kích thước cell cần lớn hơn rất nhiều Dải cell tối đa gọi là hệ số giới hạn Diện tích tối đa của cell được sử dụng để xác định số lượng các trạm gốc yêu cầu

1.4.4 Dung lượng bị giới hạn

Mạng có dung lượng giới hạn A là mạng không có khả năng hỗ trợ tất cả các lưu lượng cung cấp Số cell được tính bằng cách chia số người sử dụng mà một cell

có thể hỗ trợ bởi số người sử dụng trên mỗi km Tổng số cell của hệ thống bằng tổng diện tích được chia cho diện tích 1 cell Đối với “nhiễu bị giới hạn”, một tín hiệu nhỏ hơn sẽ gây mất tín hiệu trong các cell nhỏ hơn, và do đó tăng chi phí để thực hiện thêm các cell cần thiết, ngoài ra sẽ làm giảm dung lượng

1.5 Mô hình ước tính tế bào

Như đã đề cập một số yêu cầu của các cell có thể được tính bằng cách điều tra sử dụng Khi biết số người sử dụng và cung cấp lưu lượng truy cập cho mỗi người dùng, chúng ta có thể tính được lưu lượng cần cung cấp Khi phạm vi và dung lượng cell được thiết lập, có thể xác định gần đúng số lượng cell

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Hình 1.2 : Mô hình ước tính cell

Diện tích phủ sóng liên quan đến khả năng của người sử dụng truy cập vào mạng của một cell theo tiêu chí được xác định trước Các loại hình dịch vụ và tốc

độ dữ liệu cũng sẽ có ảnh hưởng đến khả năng phủ sóng

1.6 Kết luận chương

Chương 1 đã trình bày một cách tổng quát về quá trình quy hoạch mạng vô tuyến: quá trình quy hoạch,các bước triễn khai,vùng phủ di động ,trong chương này chỉ giới thiệu một cách sơ lượt chưa đi sâu vào quy hoạch chi tiết trong chương 3,chương 4 sẽ trình bày cách chi tiết hơn

CHƯƠNG 2: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN, KỸ THUẬT OFDM

VÀ LỘ TRÌNH 3G LÊN 4G LTE 2.1 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE

2.1.1 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 Nó cũng điều khiển truyền lại các PDUs bị nhận nhầm, cũng như là xóa bỏ các PDUs bị nhân đôi và ghép nói các PDUs nhận được Cuối cùng ,RLC 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 điêu này, sẽ có một giao thức truyền lại hoạt động giữa các phần tử RLC tại đầu thu và đầu phát Bằng việc giám sát các số thứ tự

đi đến, RLC thu có thể phát hiện ra các PDUs bị thiếu.Các báo cáo trạng thái sẽ được gửi 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 tuyền đi Dựa trên báo cáo trạng thái thu được, phân tử RLC tại đầu phát có thể đưa ra những hành động thích họp 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 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

Mode-HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Hình 2.1 – 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 lỗi không quang trọng bằng thời gian phân phát ngắn TM, mặc dù được hổ trợ, nhưng chỉ sử dụng cho những mục đích riêng biệt nhưng 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…nhưng trong hầu hết trường họp 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 Ngoài việc điều khiển việc truyền lại và phân phát theo trình tự, RLC cũng chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nói theo như minh họa trong hình 2.1 Dựa trên quyết định của scheduler, một lượng dữ liệu nào đó được lựa chọn để tuyền đi từ bộ đệm RLC SDU và các SDUs sẽ được phân đoạn/ghép nối để tạp thành RLC PDU Do đó, đối với LTE thì kích thuocs RLC PDU thay đổi một cách động, trong khi WCDMA/HSPA trước phiên 7 lại sử dụng kích thước PDU bán tĩnh( semi-static PDU size) Khi mà tốc

đọ dữ liệ 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 hỗ trợ cho LTE

2.1.2 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 định 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

2.1.2.1 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 nó mang theo 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(trafic channels), được sử dụng cho dữ liệu người dùng Tập hợp các loại kênh logic được chỉ định cho LTE 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 đọng 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

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

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

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

dùng cho việc truyền dữ liệu người dùng đếng hoặc từ một thiết bị đầu cuối di dộng Đây là một 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 Trafic Channel-MTCH): được dùng cho truyền dẫn đường xuống những dịch vụ MBMS

Tương tự với kiến trúc logic được dùng cho WCDMA/HSPA Tuy nhiên, khi

so sánh với WCDMA/HSPA, thì kiến trúc logic LTE có phần đơn giãn hơn,với việc giãm 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 nhưng phần được kế thừa cho LTE, dữ liệu trên 1 kênh truyền tải được

tổ chức thành các khối truyền tải Trong mỏi 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 họp ghép kênh không gian(‘MIMO’), có thể lên tới hai khối truyền tải trên mỏi 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 dang truyền tải bao gồm thông tin về kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế, ánh xạ anten Cùng với việc phân bố tài nguyên, lưu lượng mã cuối cùng có thể nhận được định dạng truyền tải Bằng cách thay đổi các định dạng truyền tải, lớp MAC có thể vì vậy mà nhận ra 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:

định, được cung cấp bởi các đặc tính kỹ thuật Nó được dùng cho việc truyền dẫn những thông tin trên kênh logic BCCH

trên kênh logic PCCH Kênh PCH hỗ trợ việc thu nhận không liên tục 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

 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 trong miền thời gian và tần số, hybird ARQ ,và ghép kênh không gian

được đặc trưng bởi định dạng truyền tải bán tĩnh và hoạch định bán tĩnh Trong trường họp truyền dẫn nhiều tế bào 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

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Hình 2.3 – 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 vào cùng khối truyền tải

Vì có một vài mói 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

2.1.2.2 Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng lên

Dữ liệu người sử dụng trong hướng lên được mang trên PUSCH, trong đó một cấu trúc khung 10ms và được dựa trên sự cấp phát tài nguyên miền thời gian và miền tần số với 1ms và khoảng chia 180kHz Việc phân bổ tài nguyên đi kèm từ một bộ lập biểu được đặt tại eNodeB, được minh họa trong hình 2.4:

Hình 2.4: Cấp phát tài nguyên hướng lên được điều khiển

bởi bộ lập biểu eNodeB

Do đó không có sự cố định các nguồn tài nguyên cho các thiết bị, và cũng không cần tín hiệu trước từ eNodeB các nguồn tài nguyên chỉ cần truy nhập ngẫu nhiên là

có thể được sử dụng Đối với mục đích này các thiết bị có nhu cầu cần phải cung cấp thông tin cho các bộ lập lịch biểu đường lên của các yêu cầu truyền dẫn (bộ đệm trạng thái) nó có cũng như dựa trên các nguồn tài nguyên công suất truyền tải hiện sẵn có

Cấu trúc khung thông qua cấu trúc khe 0,5ms và sử dụng 2 khe (1 khung con) thời gian được cấp phát Chu kỳ cấp phát ngắn hơn 0,5ms có thể có được qua cường độ tín hiệu nhất là với một số lượng lớn người sử dụng Cấu trúc khung 10ms được minh họa trong hình 2.5 Cấu trúc khung về cơ bản là phù hợp cho cả hai chế

độ FDD và TDD, nhưng chế độ TDD có các phần bổ sung cho các điểm chuyển tiếp đường lên/đường xuống trong khung

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Hình 2.5 Cấu trúc khung LTE FDD

Trong khe 0,5ms có cả các ký hiệu tham chiếu và các ký hiệu dữ liệu người sử dụng Tốc độ dữ liệu của người dùng là tạm thời do đó những sự thay đổi như là một chức năng của phân bổ tài nguyên đường lên tùy thuộc vào băng thông tạm thời được cấp phát Băng thông có thể được cấp phát giữa 0 và 20MHz trong các bậc của 180kHz Cấp phát là liên tục như truyền dẫn đường lên là FDMA được điều chế chỉ với một ký hiệu được truyền tại một thời điểm Băng thông khe được điều chỉnh giữa các TTI liên tiếp được minh họa như trong hình 2.6 Nơi mà tăng gấp đôi tốc

độ dữ liệu kết quả là tăng gấp đôi băng thông được sử dụng Các ký hiệu tham chiếu luôn chiếm cùng một không gian trong miền thời gian và do đó tốc độ dữ liệu cao hơn kết quả là sự tăng tương ứng với tốc độ dữ liệu ký hiệu tham chiếu

Hình 2.6 Tốc độ dữ liệu giữa các TTI theo hướng lên

Tiền tố vòng(Cyclic Prefix) sử dụng trong đường lên có hai giá trị có thể phụ thuộc vào việc một tiền tố vòng là ngắn hoặc dài được áp dụng Các thông số khác

là không thay đổi và do đó khe 0,5ms có thể chứa cả 6 hoặc 7 ký hiệu như được chỉ

ra trong hình 2.7 Các tải trọng dữ liệu bị giảm bớt nếu một tiền tố vòng mở rộng được sử dụng Nhưng nó không được sử dụng thường xuyên thường là có lợi về hiệu suất vì có 7 ký hiệu lớn hơn nhiều so với sự suy giảm có thể có từ nhiễu liên ký

tự do sự trễ của kênh dài hơn so với tiền tố vòng

Hình 2.7 Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vòng ngắn và dài

Kết quả là tốc độ dữ liệu hướng lên tức thời trên một khung con 1ms là một chức năng của điều chế, số lượng các khối tài nguyên được cấp phát, và tổng số chi phí cho thông tin điều khiển cũng như là tốc độ mã hóa kênh được áp dụng Phạm

vi của tốc độ dữ liệu đỉnh hướng lên tức thời khi được tính toán từ các nguồn tài nguyên lớp vật lý là trong khoảng từ 700kbps tới 86Mbps Không có đa anten cho truyền tải hướng lên được xác định trong phiên bản 8 Tốc độ dữ liệu tức thời cho một UE phụ thuộc vào các đặc điểm đường lên LTE từ các yếu tố sau:

- Phương thức điều chế được áp dụng: với 2, 4 hoặc 6 bits trên ký hiệu điều chế tùy thuộc vào trình tự điều chế với QPSK, 16QAM và 64QAM tương ứng

- Băng thông được áp dụng: đối với 1,4MHz có chi phí là lớn nhất do có các kênh chung và các tín hiệu đồng bộ Băng thông tạm thời của kênh có thể biến đổi giữa sự cấp phát tối thiểu là 12 sóng mang con (một khối tài

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

nguyên là 180kHz) và băng thông của hệ thống lên đến 1200 sóng mang con với băng thông 20MHz

- Tốc độ mã hóa kênh được áp dụng

Tốc độ dữ liệu trung bình phụ thuộc vào thời gian phân bổ tài nguyên miền Các ô hoặc các khu vực cụ thể, năng suất dữ liệu tối đa có thể được tăng lên với MIMO ảo (V-MIMO) Trong V-MIMO thì eNodeB sẽ xử lý truyền từ hai UE khác nhau (với mỗi một ăngten phát đơn) như là một kiểu truyền dẫn MIMO V-MIMO không góp phần vào tốc độ dữ liệu tối đa cho người dùng đơn lẻ

Hình 2.8 Chuỗi mã hóa kênh PUSCH

Chuỗi mã hóa kênh cho đường lên được thể hiện như trong hình 2.8, nơi mà

dữ liệu và các thông tin điều khiển được mã hóa riêng và sau đó được ánh xạ tới các

ký hiệu riêng để truyền Thông tin điều khiển có địa điểm riêng quanh các ký hiệu

tham chiếu, thông tin điều khiển lớp vật lý được mã hóa riêng biệt và được đặt vào một tập các ký hiệu điều chế được xác định trước

Mã hóa kênh được chọn cho dữ liệu người dùng LTE là mã turbo Mã hóa là

mã chập ghép song song (PCCC) bộ mã hóa kiểu turbo Mã turbo đan xen của WCDMA được sửa đổi để phù hợp hơn với đặc tính của LTE, cấu trúc khe và cũng cho phép sự linh hoạt hơn để thực hiện việc sử lý tín hiệu song song với tốc độ dữ liệu tăng lên

LTE cũng sử dụng kết hợp với sự phát lại lớp vật lý, thường được gọi là yêu cầu lặp lại thích ứng hỗn hợp (HARQ) Trong khi vận hành lớp vật lý HARQ cũng nhận lưu trữ các gói tin khi việc kiểm tra CRC thất bại và kết hợp gói tin nhận được khi nhận được một sự truyền lại

Dữ liệu và thông tin điều khiển được ghép theo thời gian ở mức thành phần tài nguyên Dữ liệu được điều khiển một cách độc lập với các thông tin điều khiển, nhưng thời gian điều chế trong một 1ms TTI là như nhau

Hình 2.9 Ghép kênh của thông tin điều khiển và dữ liệu

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

2.1.2.3 Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng xuống

Dữ liệu người dùng hướng xuống được mang trên kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH) Tương tự việc phân bổ tài nguyên 1ms cũng là hợp lệ trên đường xuống Các sóng mang con được cấp phát các đơn vị tài nguyên của 12 sóng mang con dẫn đến các đơn vị cấp phát là 180kHz (khối tài nguyên vật lý, PRBs) Với PDSCH, đa truy nhập là OFDMA, mỗi sóng mang con được truyền đi song song với 15kHz và do đó tốc độ dữ liệu của người sử dụng phụ thuộc vào số lượng các sóng mang con được cấp phát (hoặc các khối tài nguyên trong thực tế) cho một người dùng nhất định eNodeB cấp phát khối tài nguyên dựa trên chỉ số chất lượng kênh (CQI) từ thiết bị đầu cuối Tương tự như đường lên, các khối tài nguyên được cấp phát trong miền thời gian và miền tần số, được minh họa như trong hình 2.10:

Hình 2.10 Cấp phát tài nguyên đường xuống tại eNodeB

Kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH) thông báo cho thiết bị đó các khối tài nguyên được cấp phát cho nó, tự động với độ chi tiết cấp phát là 1ms Dữ liệu PDSCH sẽ chiếm giữ từ 3 đến 6 ký hiệu trên mỗi khe 0,5ms tùy thuộc vào việc

cấp phát cho PDCCH và nó cũng phụ thuộc xem liệu một tiền tố vòng được sử dụng

là ngắn hay dài Trong một khung con 1ms, chỉ có khe 0,5ms đầu tiên chứa PDCCH trong khi khe 0,5ms thứ 2 là hoàn toàn cho dữ liệu (cho PDSCH) đối với một tiền

tố vòng dài thì 6 ký hiệu sẽ được gắn trong khe 0,5ms Trong khi với một tiền tố vòng ngắn thì 7 ký hiệu có thể được gắn vào Ví dụ như trong hình 2.11, giả sử có 3

ký hiệu cho PDCCH nhưng điều này có thể thay đổi giữa 1 và 3 Với băng thông nhỏ nhất là 1,4MHz số các ký hiệu thay đổi giữa 2 và 4 cho phép có đủ dung lượng

để truyền tín hiệu và đủ các bit để cho phép mã hóa kênh đủ tốt trong các trường hợp quan trọng

Hình 2.11 Cấu trúc khe đường xuống cho băng thông 1.4 MHz

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

Hình 2.12 Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH

Ngoài các ký hiệu điều khiển cho PDCCH, không gian dữ liệu của người sử dụng có bị giảm bớt do các tín hiệu chuẩn, các tín hiệu đồng bộ và dữ liệu quảng bá

Do đó ước lượng kênh là có lợi khi các tín hiệu chuẩn được phân bố đều trong miền thời gian và miền tần số Điều này làm giảm bớt các chi phí cần thiết, nhưng nó yêu cầu một số quy tắc phải được xác định để cả hai máy thu và máy phát hiểu được để ánh xạ tài nguyên một cách giống nhau Từ tổng không gian cấp phát tài nguyên với một nhu cầu vận chuyển toàn bộ vào tài khoản cho các kênh chung như PBCH, có thể tiêu tốn không gian tài nguyên của riêng họ Một ví dụ về PDCCH và việc cấp phát tài nguyên PDSCH được thể hiện trong hình 2.13:

Hình 2.13 Ví dụ về chia sẻ tài nguyên đường xuống giữa PDCCH & PDSCH

Mã hóa kênh cho dữ liệu người dùng theo đường xuống là sử dụng mã turbo 1/3 như trong hướng đường lên Kích thước tối đa cho khối mã hóa turbo được giới hạn trong 6144 bit để giảm bớt gánh nặng xử lý, các cấp phát cao hơn sau đó sẽ được phân đoạn đến các khối mã hóa đa Bên cạnh việc mã hóa turbo, ở đường xuống cũng có lớp vật lý HARQ với các phương pháp kết hợp tương tự như trong hướng lên Các loại thiết bị cũng phản ánh số lượng bộ nhớ đệm có sẵn để kết hợp phát lại Chuỗi mã hóa đường xuống được minh họa như trong hình 2.13 Không có ghép kênh các nguồn tài nguyên lớp vật lý với PDCCH khi chúng có nguồn tài nguyên riêng của mình trong khung con 1ms

Một khi dữ liệu đã được mã hóa, các từ mã được cung cấp về sau cho các chức năng điều chế và xáo trộn Ánh xạ điều chế được áp dụng các điều chế mong muốn (QPSK, 16QAM hoặc 64QAM) và sao đó các ký hiệu được nạp cho lớp ánh

xạ trước khi mã hóa Đối với việc truyền dẫn đa anten (2 hoặc 4) thì các dữ liệu này sau đó được chia thành nhiều luồng khác nhau và sau đó được ánh xạ để điều chỉnh

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

các thành phần tài nguyên sẵn có cho PDSCH và sau đó tín hiệu OFDMA thực tế được tạo ra, được thể hiện trong hình 2.14 với ví dụ là truyền dẫn 2 anten Nếu chỉ

có một anten phát là sẵn có, thì rõ dàng là các chức năng của lớp ánh xạ và trước mã hóa là không có vài trò trong truyền dẫn tín hiệu

Hình 2.14 Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống

Hiệu quả của tốc độ dữ liệu hướng xuống tức thời phụ thuộc vào :

- Điều chế, với phương pháp tương tự có thể như hướng đường lên

- Cấp phát số lượng các sóng mang con Lưu ý rằng trong đường xuống các khối tài nguyên là không cần thiết phải cấp phát liên tục trong miền tần số Phạm vi của việc cấp phát băng thông là tương tự như hướng đường lên từ

12 sóng mang con (180kHz) tới 1200 sóng mang con

- Tốc độ mã hóa kênh

- Số lượng anten phát (các luồng độc lập) với sự hoạt động của MIMO

Tốc độ dữ liệu đỉnh tức thời cho đường xuống (giả sử tất cả các tài nguyên là

cho một người dùng duy nhất và chỉ tính các nguồn tài nguyên vật lý có sẵn) là

khoảng từ 0,7Mbps tới 170Mbps Thậm chí có thể là 300Mbps hoặc có thể cao

hơn nếu sử dụng cấu hình MIMO 4 – 4 anten Không có giới hạn về tốc độ dữ

liệu nhỏ nhất, và cần có các đơn vị cấp phát nhỏ nhất (1 khối tài nguyên) là quá

cao thì khoảng đệm có thể được áp dụng

2.1.3 PHY: physical layer - lớp vật lý

Lớp vật lý chịu trách nhiệm cho việc mã hóa, xử lý hybird-ARQ lớp vật lý,điều chế, xử lý đa anten 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 2.15 Các khối lớp vật lý được điều khiển động bởi lớp MAC được thể hiện bằng màu xám,còn các khối vật lý được cấu hình bán tĩnh được thể hiện bằng màu trắng

Hình 2.15– 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 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

HVTH: Nguyễn Nhựt Tài GVHD: TS Trần Hoài Trung

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

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 2.16 – 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 2.2.3 Việc xử lý lớp vật lý UL-SCH được thể hiện dưới dạng đơn giản qua hình 2.16

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 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

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.Đầu cuối di động được hoạch định thu tín hiệu được phát đi và thực hiện được