các thủ tục truy nhập và đồng bộ đường xuống trong lte

Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểunhư WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ ĐỒNG BỘ

ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE

Sinh viên thực hiện:

Giảng viên hướng dẫn: TS PHẠM HẢI ĐĂNG

Hà Nội, 5-2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ ĐỒNG BỘ

ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE

Sinh viên thực hiện:

Giảng viên hướng dẫn: TS PHẠM HẢI ĐĂNG Cán bộ phản biện: PGS.TS TRẦN THỊ C

Hà Nội, 5-2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

Khoá:……….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ………

1. Đầu đề đồ án: ……… ………

……… ………

2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ……… …… ………

……….

… ……… ……….

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……… ….

………

…… ….

………

……… ….………

4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……… ….

………

……….……….

5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ………

………

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……….………

7. Ngày hoàn thành đồ án: ……… ………

Ngày tháng năm

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Ngành: Khoá:

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘING Đ I H C BÁCH KHOA HÀ N IẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ỘI

VI N ĐI N T - VI N THÔNG ỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Ử - VIỄN THÔNG ỄN THÔNG

H ƯỚNG DẪN CÁCH TRÌNH BÀY VÀ VIẾT ĐỒ NG D N CÁCH TRÌNH BÀY VÀ VI T Đ ẪN CÁCH TRÌNH BÀY VÀ VIẾT ĐỒ ẾT ĐỒ Ồ

ÁN T T NGHI P ỐT NGHIỆP ỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Dành cho sinh viên Vi n Đi n t - Vi n thông, ĐHBK Hà n i (k t K51) ện Điện tử - Viễn thông, ĐHBK Hà nội (kể từ K51) ện Điện tử - Viễn thông, ĐHBK Hà nội (kể từ K51) ử - Viễn thông, ĐHBK Hà nội (kể từ K51) ễn thông, ĐHBK Hà nội (kể từ K51) ội (kể từ K51) ể từ K51) ừ K51)

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thôngphát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác Sự pháttriển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu vàtriển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai Hệ thống di động thế

hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ởnhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõnhững hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ hai Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểunhư WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập

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

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 3G hay 3.5G vẫn đang pháttriển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầutiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềmnăng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (LongTerm Evolution) Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệtvời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần Côngnghệ LTE này dựa trên kỹ thuật OFDMA trên đường xuống và SC-FDMA trênđường lên

Tuy nhiên, chúng ta cũng được biết rằng các hệ thống OFDM rất nhạy cảmvới các lỗi đồng bộ về thời gian và tần số, do đó cần yêu cầu sự đồng bộ chính xáccho việc trao đổi, truyền nhận dữ liệu Hơn nữa, khi một thiết bị người dùng cánhân (UE) hoạt động trong một hệ thống di động, chúng ta mong muốn phải thiếtlập được kết nối tốc độ thật cao với những trạm dịch vụ tốt nhất, cũng như để xácnhận chính xác thiết bị đầu cuối cũng như vị trí hoạt động của thiết bị ấy

Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mìnhlà: “Các thủ tục truy nhập và đồng bộ đường xuống trong LTE” Đề tài sẽ đi vàotìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE nói chung cũ và những kỹ thuật và thành

phần được sử dụng trong việc đồng bộ, thu nhận tín hiệu trong mạng LTE để có thểhiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Phạm Hải Đăng đã tận tình chỉ bảo

và hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

Tuy nhiên do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển vàhoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của người trình bày nên đồ

án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránhkhỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn

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

LTE

1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển UMTS thế

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

Các mục tiêu của công nghệ này là:

- Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz:

o Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps

- Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1

MHz so với mạng HSDPA Rel 6:

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

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

Hình 1.1 Kiến trúc của mạng LTE

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

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

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó

nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao),

kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất) Ngoài ra

hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2 chế độFDD và TDD

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

1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax

Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng cónhiều điểm tương đồng Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP Cả hai đềudùng kỹ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từtrạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợtruyền tải dữ liệu đa phương tiện và video Theo lý thuyết, chuẩn WiMax hiện tại(802.16e) cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc

độ đến 300Mbps Tuy nhiên, khi LTE được triển khai ra thị trường có thể WiMaxcũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là WiMax 2.0) có tốc độtương đương hoặc cao hơn

Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa

2 công nghệ WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division MultipleAccess – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (SingleCarrier - Frequency Division Multiple Access) Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết

kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơnOFDMA

LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cảphương thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex).Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bốđầu năm nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tíchhợp FDD) TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phươngthức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua

2 kênh tần số riêng biệt Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơnWiMax Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộcchiến giữa WiMax và TLE

Bảng 1.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác

Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax LTE đượchiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băngrộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động toàncầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media) và trong 3 nămtới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) – những con số “trong mơ” đốivới WiMax Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫncần đầu tư thêm thiết bị) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu

Thời thế đổi thay, nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thácmạng đã cân nhắc lại việc triển khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ

bỏ con đường WiMax để chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớnnhất tại Mỹ là AT&T và Verizon Wireless Theo một khảo sát do RCR WirelessNews và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọnLTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở

Bắc Mỹ và Tây Âu nghiêng về LTE, trong khi các nước mới phát triển (đặc biệt là

ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương) thì ủng hộ WiMax

Bàng 1.2 So sánh LTE, Wimax R1(802.16e) và Wimax R2(802.16m)

Nhiều hãng sản xuất thiết bị đi nước đôi, một mặt tuyên bố vẫn ủng

hộ WiMax, mặt khác lại dốc tiền đầu tư cho LTE Ngay như Intel, đầu tàu hậuthuẫn WiMax, cũng “đổi giọng” Cả Siavash M Alamouti, giám đốc kỹ thuậtWireless Mobile Group và Sean Maloney, giám đốc tiếp thị của Intel, trong cácphát biểu gần đây đều cho rằng WiMax có thể “hoà hợp” với LTE

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

1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE

- Các đại gia viễn thông hướng đến LTE:

Nhiều nhà mạng trên toàn thế giới có lẽ đã tìm ra giải pháp chung khichính thức xác nhận về việc triển khai hoặc chuẩn bị cho mạng LTE Những nhàcung cấp thiết bị đầu cuối cũng hứa hẹn sẽ giới thiệu nhiều sản phẩm phục vụ hệmạng 4G này

Telstra (Úc) là một trong những nhà mạng đầu tiên trên thế giới chínhthức xác nhận về việc triển khai LTE của mình một cách rộng rãi Theo nhà mạngnày, họ sẽ thử nghiệm LTE từ cuối năm 2011 tại khu vực trung tâm các thành phốlớn của Úc Song song đó, Ericsson có thể là nhà sản xuất thiết bị đầu tiên pháttriển các hạ tầng phục vụ hệ thống mạng trên tần số 1.800 MHz Và Sierra Wirelesscũng sẽ đưa ra thị trường các thiết bị “lưỡng tính” hỗ trợ người dùng tương thíchngược với hệ mạng 3G khi ra khỏi vùng phủ sóng LTE

Đại diện các nhà mạng với số thuê bao lớn nhất thế giới như ChinaMobile (Trung Quốc) hay Bharti Airtel (Ấn Độ) đã liên kết thành lập nhóm pháttriển chuẩn LTE gọi tắt là GTI Chủ tịch Softbank (Nhật) Masayoshi Son cho biếtnhà mạng này cũng ủng hộ việc đưa LTE trở thành chuẩn mạng thế hệ tiếp theo dựatrên các ưu điểm giá thành thấp, tốc độ mạng cao và hiệu suất tần số tốt hơn hẳncác hệ mạng khác Ông cũng chỉ ra rằng số đông luôn đóng vai trò quyết định trongcác vấn đề tương tự và vì thế với 2/3 dân số thế giới, khi hậu thuẫn cho LTE, cácnhà mạng Châu Á gần như đã quyết định xong số phận của một chuẩn mạng 4Gchung cho toàn cầu

Song song đó, chuẩn WiMAX mới một năm trước đây vẫn được xem

là có nhiều triển vọng dường như đang thất thế hoàn toàn Chính nhà mạng Sprint(Mỹ) hỗ trợ chuẩn WiMAX thừa nhận đang xem xét các xu hướng công nghệ mới.Đại diện Sprint cho biết trong vòng 4-6 tháng tới nhà mạng này mới có thể cónhững kế hoạch cụ thể và xác nhận rằng LTE có thể sẽ được triển khai Tuy nhiên,đại diện của nhà mạng nhấn mạnh rằng ngay trong trường hợp phát triển LTE thìchuẩn này sẽ là sự bổ trợ cho hệ truyền dẫn dữ liệu trong khi Sprint vẫn sẽ trungthành với chuẩn CDMA dùng cho đàm thoại truyền thống của mình

-Dự báo phát triển LTE:

Theo nhận định của nhiều chuyên gia phân tích thị trường, mức tăngtrưởng thuê bao 4G LTE đã tăng vượt dự kiến ban đầu Chỉ sau 3 năm kể từ ngàycông nghệ này được giới thiệu, từ con số 600,000 người dùng trong năm 2010, đếnnăm 2012, số thuê bao của mạng này đã lên gần 100 triệu thuê bao

Mới đây, công ty nghiên cứu thị trường HIS iSuppli đã dự báo, số thuê bao 4G LTE

sẽ tăng gấp đôi trong năm 2013 Đến năm 2016, dự kiến, sẽ có 1 tỷ thuê bao mạng4G LTE trên toàn cầu

“Khi LTE trở thành chuẩn công nghệ trên toàn cầu, nó sẽ phải đốimặt với nhiều thách thức cũng như cơ hội Sự thích ứng nhanh chóng sẽ đem đếnnhững đổi mới, đặc biệt đối với dòng smartphone Tuy nhiên, vẫn đề đặt ra là sựphân bổ mạng lưới 4G LTE cần phải được chú trọng”, ông Wayne Lam, chuyên giaphân tích tại iSuppli nhận định

LTE sẽ có lợi thế hơn so với GSM là nó có thể dễ dàng tích hợp với3G, 2G cũng như CDMA mà không thay đổi nhiều hạ tầng viễn thông Hiện nay, cógần 300 công ty cung cấp dịch vụ mạng trên toàn cầu đang điều hành hoặc lập kếhoạch xây dựng mạng lưới LTE

Bảng1.3 Dự báo số lượng thuê bao LTE toàn cầu

Trước đó, năm 2010, giới phân tích dự đoán, LTE có thể đạt được con số 300 triệu thuê bao vào năm 2015 Tuy nhiên, trước sự phát triển mạnh mẽ của mạng lưới này, iSuppli tin rằng, đến năm 2014, mạng LTE sẽ đạt được con số trên

Sở dĩ, iSuppli lạc quan trước sự phát triển của mạng LTE là do chỉ trong năm 2012,thuê bao LTE đã tăng 599%, từ 13,2 triệu thuê bao trong năm 2011 lên 92,3 triệu thuê bao sau 1 năm Dự báo, kết thúc năm 2013, số thuê bao LTE sẽ đạt 198,1 triệu thuê bao

Các chuyên gia công nghệ nhận định, khi công nghệ và ứng dụng trênsmartphone ngày càng trở nên phổ biến và phụ thuộc vào tốc độ chuyển phát, hạtầng không dây đòi hỏi cũng phải nâng cấp để có thể theo kịp được tốc độ phát triểncủa công nghệ

1.3 Mục tiêu thiết kế LTE

Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm

2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE Những mục tiêu

và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913.Những yêu cầu cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau:

• Tiềm năng, dung lượng

• Hiệu suất hệ thống

• Các vấn đề liên quan đến việc triển khai

• Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)

• Quản lý tài nguyên vô tuyến

• Độ phức tạp

• Những vấn đề chung

1.3.1 Tiềm năng công nghệ

Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống

là 100 Mbit/s và đường lên là 50 Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 MHz.Khi mà phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo Do đó, điềukiện đặt ra là có thể biểu diễn được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz chođường lên Như sẽ được thảo luận dưới đây, LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD

Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, truyền dẫn đường lên và đường xuống, theo địnhnghĩa không thể xuất hiện đồng thời Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh cũngkhông thể trùng nhau đồng thời Mặt khác, đối với trường hợp FDD, đặc tính củaLTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh theophần lý thuyết ở trên

Yêu cầu về độ trễ được chia thành: yêu cầu độ trễ mặt phẳng điềukhiển (the control-plane latency requirements) và yêu cầu độ trễ mặt phẳng ngườidùng (the user-plane latency requirements) Yêu cầu độ trễ control-plane xác định

độ trễ của việc chuyển từ các trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhausang trạng thái tích cực khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận dữ liệu

Có hai cách xác định: cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyểntiếp từ trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn như trạng thái Release 6 idlemode, khi đó thì thủ tục chiếm 100 ms; cách xác định thứ hai được thể hiện quathời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ chẳng hạn như trạng thái Release 6Cell_PCH, khi đó thì thủ tục chiếm 50 ms Trong cả hai thủ tục này, thì độ trễ chế

độ ngủ và việc báo hiệu non-RAN đều được loại trừ (Chế độ Release 6 idle là 1trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vôtuyến, nghĩa là, mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết

bị đầu cuối và thiết bị đầu cuối cũng không được chỉ định một tài nguyên vô tuyếnnào Thiết bị đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tạinhững khoảng thời gian cụ thể Trạng thái Release 6 Cell_PCH là trạng thái khi màthiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến Tuy mạngtruy nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhưng thiết bị đầucuối lại không được cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào Thiết bị đầu cuối lúcnày có thể đang trong chế độ ngủ)

Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được thể hiện quan thời gian đểtruyền một gói IP nhỏ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN hoặc ngược lại được đo

từ lớp IP Thời gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5 ms trong mạngkhông tải (unloaded network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khácxuất hiện trong tế bào

Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể

hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động ởkhoảng tần 5 MHz Trong mỗi phân bố rộng hơn 5 MHz, thì ít nhất có 400 thiết bịđầu cuối được hỗ trợ Số lượng thiết bị đầu cuối không tích cực trong tế bào khôngnói rõ là bao nhiêu nhưng có thể là cao hơn một cách đáng kể

Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sựphân bố người dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ 5 (khi mà95% người dùng có được chất lượng tốt hơn) Mục tiêu hiệu suất phổ cũng đượcchỉ rõ, và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệthống theo tế bào tính theo bit/s/MHz/cell

Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển củacác thiết bị đầu cuối di động Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h thì hiệu suất đạt được làtối đa, và cho phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn Tại vận tốc lên đến 120km/h, LTE vẫn cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệthống phải duy trì được kết nối trên toàn mạng tế bào Tốc độ tối đa có thể quản lýđối với một hệ thống LTE có thể được thiết lập đến 350 km/h (hoặc thậm chí đến

500 km/h tùy thuộc vào băng tần) Một yếu tố quan trong đặc biệt là dịch vụ thoạiđược cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ

Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bánkính), nghĩa là khoảng cách tối đa từ vùng tế bào (cell site) đến thiết bị đầu cuối diđộng trong cell Đối với phạm vi tế bào lên đến 5 km thì những yêu cầu về lưulượng người dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn

không bị ảnh hưởng bởi nhiễu Đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30 km thì

có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng và hiệu suất phổ thì lại giảmmột cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được Tuy nhiên, yêu cầu về độ

di động vẫn được đáp ứng Khi mà phạm vi tế bào lên đến 100 km thì không thấy

có đặc tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào được nói rõ trong trường hợp này

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

1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai

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

Những yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm: trường hợp mà hệthống LTE được triển khai như là một hệ thống độc lập và trường hợp mà LTEđược triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM Do đó mà yêu cầu này

sẽ không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế

Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống3GPP khác và những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linhđộng giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối diđộng hỗ trợ những công nghệ này Thời gian gián đoạn dài nhất trong liên kết vôtuyến khi phải di chuyển giữa các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau, bao gồm

cả dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực Có một điều đáng chú ý là nhữngyêu cầu này không được chặt chẽ cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển

giao và hy vọng khi mà triển khai thực tế thì sẽ đạt được những giá trị tốt hơn đángkể.

Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xácđịnh việc chuyển đổi lưu lượng multicast từ phương pháp broadcast trong LTEthành phương pháp unicast trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù không có sốlượng cho trước

1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)

Một vài nguyên tắc chỉ đạo cho việc thiết kế kiến trúc LTE RANđược đưa ra bởi 3GPP được liệt kê:

- Một kiến trúc đơn LTE RAN được chấp nhận

- Kiến trúc LTE RAN phải dựa trên gói (packet), tuy vậy lưu lượnglớp thoại và thời gian thực vẫn được hỗ trợ

- Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của ‘những hưhỏng cục bộ’ (‘single points of failure’) mà không cần tăng chi phí chođường truyền (backhaul)

- Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lượnggiao tiếp đã được giới thiệu

- Tương tác lớp mạng vô tuyến (Radio network layer: RNL) và lớpmạng truyền tải (Transport network layer: TNL) có thể được loại trừ nếu chỉcần quan tâm đến vấn đề cải thiện hiệu suất hệ thống

- Kiến trúc LTE RAN có thể hỗ trợ QoS end-to-end TNL có thể cungcấp QoS thích hợp khi được yêu cầu bởi RNL

- Các cơ cấu QoS có thể tính toán đến các dạng lưu lượng đang tồn tạikhác nhau để mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: lưu lượng mặtphẳng điều khiển (Control-Plane), lưu lượng mặt phẳng người dùng (User-Plane), lưu lượng O&M, v.v…

- LTE RAN có thể được thiết kế theo lối làm giảm biến đổi trễ (delayvariation - jitter) đối với lưu lượng cần độ jitter thấp, ví dụ TCP/IP

1.3.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến

Những yêu cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến được chia ra như sau:

hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end, hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn,

và hỗ trợ cho việc chia sẻ tải cũng như là quản lý chính sách thông qua các côngnghệ truy cập vô tuyến khác nhau

Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end yêu cầu cải thiện sự giữathích ứng giữa dịch vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức (bao gồm báo hiệulớp cao hơn) với tài nguyên RAN và các đặc tính vô tuyến

Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE RANphải có khả năng cung cấp cơ cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt độngcủa các giao thức ở lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn như quá trìnhnén tiêu đề IP (IP header)

Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lý chính sách thông qua các công nghệtruy cập vô tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ cấu

để định hướng các thiết bị đầu cuối di động theo các dạng công nghệ truy cập vôtuyến thích hợp đã được nói rõ cũng như là hỗ trợ QoS end to end trong quá trìnhchuyển giao giữa các công nghệ truy cập vô tuyến

1.3.6 Độ phức tạp

Yêu cầu về độ phức tạp trong LTE xác định độ phức tạp của toàn hệthống cũng như là độ phức tạp của thiết bị đầu cuối di động Về cơ bản thì nhữngyêu cầu này đề cập đến số lượng những tùy chọn có thể tối thiểu hóa với những đặctính dư thừa không bắt buộc Điều này cũng đưa đến việc tối giản những trườnghợp kiểm thử cần thiết

1.3.7 Những vấn đề chung

Phần này đề cập đến những yêu cầu chung trong LTE về những khíacạnh liên quan đến chi phí và dịch vụ Rõ ràng, mong muốn đặt ra là giảm thiểu cácchi phí trong khi vẫn duy trì hiệu suất yêu cầu cho tất cả các dịch vụ Các vấn đề vềđường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí Như vậy

không chỉ giao tiếp vô tuyến, mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản

lý cũng phải được xác định rõ Một yêu cầu quan trọng về giao tiếp nhiều nhà cungcấp (multi-vendor interfaces) cũng thuộc vào loại yêu cầu này Ngoài ra thì các vấn

đề như: độ phức tạp thấp, thiết bị đầu cuối di động tiêu thụ ít năng lượng cũng đượcđòi hỏi

giữa các sóng mang phụ thì vấn đề đồng bộ càng là một vấn đề quan trọng cần xemxét

Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn các lỗi gây ra sự mất đồng bộ và các phươngpháp xử lý chúng: đồng bộ kí tự (symbol) để nhận biết khung; đồng bộ tần số lấymẫu để điều chỉnh sai số lấy mẫu; đồng bộ tần số sóng mang để sửa chữa khoảngdịch tần số Chúng ta sẽ xem xét thêm ảnh hưởng của sai lỗi đồng bộ đến hiệu suấtcủa hệ thống

2.2 Tổng quan về đồng bộ trong OFDM

Đồng bộ là nhiệm vụ cơ bản của mỗi hệ thống thông tin số nói chung và hệthống OFDM nói riêng Hệ thống OFDM có nhiều lợi ích trong việc sử dụng hiệuquả phổ tần nhờ tính trực giao của các sóng mang con và điều chế thích nghi như

đã trình bày Tuy nhiên chính những đặc điểm này lại làm cho hệ thống sử dụng kỹthuật OFDM đặc biệt dễ dàng bị ảnh hưởng lỗi do đồng bộ, lỗi vì sự sai lệch tần

số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doopler khi di chuyển, gây ra nhiễu giao tần số ICI

Một hệ thống OFDM sẽ không thể thực hiện tốt nếu không có sự đồng bộchính xác Như chúng ta đã biết, tín hiệu OFDM là tổng hợp của các sóng mang phụtrực giao với nhau, và ta chỉ có thể thu được tín hiệu chính xác khi có các sóng

mang đó vẫn còn tính trực giao Các sóng mang này chỉ hoàn toàn trực giao khibên phát và bên thu sử dụng những tần số hoàn toàn giống nhau Tuy nhiên, bộ daođộng ở bên phát và bên thu sẽ không thể hoạt động ở cùng một tần số như nhauđược Hơn nữa với việc thực hiện truyền thông vô tuyến thì dưới ảnh hưởng củamôi trường truyền dẫn thì các sóng mang con sẽ khó còn đảm bảo tính trực giao.Ngoài ra, vì quá trình điều chế và xuyên nhiễu kênh nên các tham số tần số sóngmang và thời khoảng kí tự không còn chính xác Do đó cần phải ước lượng và đồng bộ chúng.

Vậy, nếu các đồng hồ tần số lấy mẫu ở phía phát và phía thu hoạt độngchính xác thì khoảng dịch tần số sóng mang và khoảng thời gian symbol lànhững yếu tố chính ảnh hưởng đến sự mất đồng bộ Khoảng dịch tần số sóng manggây ra nhiễu ICI và độ dịch khoảng thời gian gây ra nhiễu ISI

Tổng quát, một quá trình đồng bộ trong hệ thống OFDM sẽ phải qua 3 bướcnhư hình 3.1:

- Nhận biết khung: tìm ra điểm đầu của khung OFDM.

- Ước lượng và bù khoảng dịch tần số FOE: nhằm bù lại sự thay đổi về

d ch t n ịch tần ần số

FFT

Bám

đu i ổi pha

c Ước

lượng ng kênh

Gi i ải mã

Hình 2.1 Quá trình đồng bộ trong OFDM

pha do ước lượng khoảng dịch tần số cũng như nhiễu pha được tối ưu bằng cáchdùng khóa pha số (DPLL).

2.2.1 Nhận biết khung

Nhận biết khung nhằm tìm ra ranh giới giữa các kí hiệu OFDM Bằng việc

sử dụng sự tương quan giữa những phần tín hiệu OFDM được lặp lại để tạo ra một

sự định thời ổn định

Ta giả sử luồng dữ liệu như hình bên dưới:

Ở đây có 2 điểm ta cần phải tìm ra để thực hiện kỹ thuật đồng bộ là điểm S

và điểm F Điểm S là điểm đầu của khung đầu tiên của luồng dữ liệu thu được.Trước điểm S là nhiễu của kênh vô tuyến do lúc này chưa phát dữ liệu Điểm F làđiểm giáp ranh giữa các khung OFDM Do sự sai lệch xung dao động giữa bên phát

và bên thu và ảnh hưởng của nhiễu gây nên sự sai lệch về thời gian giữa 2 bên Đểđảm bảo toàn vẹn dữ liệu thì cần phải đồng bộ nhiều lần trong khi phát và thu dữliệu, tức tìm ra các điểm F

Để nhận biết khung, người ta sử dụng chuỗi PN (Pseudo Noise) miền thời

gian được mã hóa vi phân Chuỗi PN được phát như là một phần đầu của symbolOFDM Loại chuỗi PN thường được sử dụng là chuỗi có độ dài (hay chu kỳ) cựcđại còn gọi là m-sequence (chuỗi m) Chuỗi m được tạo ra bằng một bộ ghi dịch hồi

tiếp có cấu hình Fibonacci hay Galois (hai cấu hình này về mặt toán học thì tươngđương nhau), được hình thành theo một đa thức sinh quy định các đầu ra các khâunhớ của thanh ghi tham gia hay không vào mạch hồi tiếp Đa thức sinh là một đathức nguyên thủy (primitive polynomial), khi đó chuỗi chip lối ra sẽ là một chuỗi

PN có chu kỳ lặp lại lớn nhất, là N = 2m - 1, trong đó m là số khâu nhớ của thanhghi

Một đặc điểm cơ bản của chuỗi m là có hàm tự tương quan dang thumb-nail.Tức là khi chuỗi PN tính tương quan với một phiên bản của chính nó thì nếu 2chuỗi này trùng khít nhau sẽ có giá trị tương quan đạt đỉnh (cực đại), còn nếu lệchpha nhau quá độ rộng 1 phần tử của chuỗi thì giá trị tương quan sẽ xấp xỉ 0 Nhờđặc điểm tự tương quan, chuỗi PN cho phép tìm ra vị trí định thời chính xác Chuỗi

PN phía phát khi đồng bộ với phía thu có thể suy ra ranh giới giữa các symbolOFDM bằng việc quan sát đỉnh tương quan

Hình 2.3 Tương quan theo chuỗi PN

Điểm mấu chốt là việc nhận biết khung được thực hiện trước khi ước lượngkhoảng dịch tần số nên sai lệch pha không được bù giữa các mẫu tín hiệu, khoảngdịch tần số sẽ phá vỡ tính tương quan chuỗi PN

Ở đây, thuật toán để nhận biết đỉnh là sử dụng một bộ đệm có kích thước cốđịnh, lưu các giá trị Metric định thời |M(g)| Ta nhận biết khung thành công khi

- Phần tử trung tâm của bộ đệm là lớn nhất

- Tỷ lệ giá trị phần tử trung tâm và trung bình bộ đệm vượt quá ngưỡngnhất định.

Metric định thời M(g) được biểu diễn:

1

* 0

Trong đó, y(i): tín hiệu thu

g: khoảng dịch cửa sổ trượt

d(i): chuỗi PN dùng để thực hiện đồng bộ

N: chiều dài chuỗi PN

Do tính tương quan bị phá vỡ nên sự phân phối đỉnh tương quan có dạng Sinnên chuỗi PN được điều chế vi phân trên những tín hiệu lân cận Tại phía thu, tínhiệu được giải mã vi phân và tính tương quan với chuỗi PN đã biết

2.2.2 Ước lượng và bù khoảng dịch tần số FOE

Khoảng dịch tần số (FOE) là lỗi gây ra do sự sai khác tần số sóng mang giữaphía phát và phía thu Đây là vấn đề lớn nhất cần giải quyết trong khâu đồng bộ tínhiệu OFDM, bởi tín hiệu OFDM chỉ có thể thu được chính xác, tin cậy khi các sóngmang phụ vẫn đảm bảo tính trực giao với nhau

Ước lượng khoảng dịch tần số dựa vào những khoảng dữ liệu được phát đigiống nhau và với việc dựa tính chất của phép tương quan để ước lượng Ví dụ cácpilot cách nhau đều đặn nếu chèn theo một quy luật cố định, các khoảng tiền tố lặpcách nhau đều đặn một khoảng thời gian T (bằng chiều dài symbol FFT) thì sẽgiống hệt nhau và chỉ khác nhau thừa số pha do chính sự sai lệch gây nên

Phần thập phân được ước lượng bằng cách tính tương quan giữa các mẫu tínhiệu cách nhau một khoảng thời gian T Phần nguyên được tìm bằng cách sử dụngchuỗi PN được mã hóa vi phân qua các sóng mang phụ.

2.2.2.1 Ước lượng phần thập phân

Khi không có nhiễu ISI, các mẫu tín hiệu thu được biểu diễn:

y(l) : mẫu tín hiệu thu

l

N j πk

N l

Trong đó, k : chỉ số sóng mang phụ (miền tần số)

U(k) : dữ liệu điều chế trên sóng mang phụ

Và phần thập phân của khoảng dịch tần số được ước lượng như sau:

Nếu SNR cao và bỏ qua mọi xuyên nhiễu như (3.4) J có thể được triển khai

sắp xếp lại thành phần tín hiệu và phần nhiễu Gaussian Định nghĩa phần lỗi ướclượng phần thập phân:

2.2.2.2 Ước lượng phần nguyên

Đối với ước lượng phần nguyên, 2N mẫu tín hiệu liên tiếp của ký hiệu FOEdài là phần thập phân đầu tiên được bù:

) ( )

( ' l e 2 y l

e l

s ( ). 2 , l  [ N0, )

Vì hai ký hiệu FFT có cùng vector tín hiệu, một ký hiệu FFT mới có thểđược tạo ra bằng cách cộng chúng với nhau để tăng SNR lên gần 3dB, tức là:

212

2 2

) ( ).

(

1 ) (

N l

N

l n j N

l A j

e l z e

l s N

n

= { U(k) C(k)} k mod(nA,N) + Z(n)

Một chuỗi PN được mã hóa vi phân qua các sóng mang phụ lân cận để ước

lượng xoay quanh phần nguyên A Giải mã vi phân các Y(n) rồi tính tương quan

giữa kết quả với các phiên bản xoay vòng của chuỗi PN ta sẽ tìm được một đỉnhbiên độ duy nhất xác định A

2.2.3 Bám đuổi lỗi thặng dư

Xét một hệ thống OFDM với một chu kỳ kí hiệu: T S = T g +T hoặc N S =N g +N

biểu diễn số mẫu tín hiệu

Tg : chiều dài khoảng bảo vệ

Giá trị e j2 m N N S gây ra lỗi pha do sai số lấy mẫu,

còn số hạng e j2   N l gây ra nhiễu ICI do sai số tần số sóng mang.Tín hiệu sau biến đổi FFT được biểu diễn:

( , ) S ( , ) ( , ) ( , )

N

j m N

Y m k e   U m k C m k Z m k

Lỗi pha do sai số lấy mẫu ( 2 N S

m N





 ) tăng tuyến tính trên các symbol

Có thể bám đuổi lỗi pha bằng cách dùng vòng khóa pha số DPLL Hàmtruyền đạt của DPLL là:

2

2 ( 1)( )

Hiện nay với việc sử dụng tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix) thì việc đồng bộ kí tự trở

nên dễ dàng hơn nhiều

Hai yếu tố cần quan tâm khi thực hiện đồng bộ kí tự là lỗi thời gian và nhiễupha sóng mang

2.3.1 Lỗi thời gian và thực hiện đồng bộ

Lỗi thời gian gây ra do sự sai lệch trong việc lấy mẫu symbol OFDM do sựtrôi nhịp và lỗi định thời do symbol tự gây ra do sự sai lệch thời gian thời điểm bắtđầu kí tự thu Dù đồng hồ lấy mẫu có độ chính xác cao thế nào đi nữa thì vẫn sẽ cósai số và gây ra lỗi về thời gian lấy mẫu

Lỗi thời gian gây ra sự sai lệch thời gian của thời điểm bắt đầu của ký tự thuđược Nếu lỗi thời gian đủ nhỏ sao cho đáp ứng xung của kênh vẫn còn nằm trongthời khoảng của thành phần CP trong tín hiệu OFDM thì nó sẽ không gây ảnhhưởng đến chất lượng hệ thống Trong trường hợp ngược lại, nếu lỗi thời gian lớnhơn thời khoảng của CP, nhiễu ISI sẽ xảy ra Khi đó, yêu cầu về đồng bộ phải chặtchẽ hơn

Có 3 phương pháp thực hiện đồng bộ kí tự là đồng bộ dựa vào tiền tố lặp CP,dựa vào pilot và đồng bộ khung dựa trên mã đồng bộ khung.

2.3.1.1 Đồng bộ kí tự dựa vào tiền tố lặp CP

Hình 3.4 cho ta thấy đặc điểm cấu trúc 1 khung OFDM, đó là sử dụng mộtkhoảng tín hiệu copy từ cuối kí hiệu OFDM lên đầu kí hiệu Khoảng tín hiệu nàyvừa có chức năng cơ bản là làm khoảng bảo vệ chống nhiễu ISI vừa có chức năngđóng vai trò giúp thực hiện đồng bộ kí tự Từ đây ta có những thuật toán tương tựnhau giúp cho việc đồng bộ kí tự

Copy

Nsymbol

NIFFT

IFFTIFFT

Kho ng ải

b o v ải ệ

Kho ng ải copied

Gi ng nhau ống nhau CP

Hình 2.4 Cấu trúc khung OFDM thực hiện đồng bộ

Hình 3.5 chỉ ra những phần tín hiệu giống nhau của luồng dữ liệu và có thể

sử dụng nó để thực hiện đồng bộ

 Lý thuyết về các hàm tương quan của các quá trình xác suất

Hàm tương quan đánh giá sự tương quan (có thể hiểu là sự liên hệ với nhau,

so sánh sự tương tự, giống nhau đến mức nào) của 2 quá trình xác suất

- Định nghĩa hàm tương quan chéo của 2 quá trình xác suất

R E x  m

2 (0)

xx x

R m

CopyCopy

Đi m đ u khungểm S ầu khung

Hình 2.5 Đặc điểm luồng dữ liệu

Trong đó, E[x]: kỳ vọng của biến ngẫu nhiên x.

m x : momen bậc 1 của biến ngẫu nhiên x là kỳ vọng của

Mỗi quan hệ giữa mật độ phổ năng lượng và hàm tự tương quan của một quátrình xác suất

 Đồng bộ dựa vào tính tương quan

Theo đặc tính của hàm tương quan chéo là một hàm số đánh giá sự tươngquan, sự giống nhau của 2 mẫu tín hiệu được đem ra so sánh Nếu 2 chuỗi tín hiệunày càng giống nhau thì giá trị đỉnh tương quan của phép nhân tương quan chéo nàycàng lớn Đó là khi 2 chuỗi tín hiệu giống hoàn toàn nhau và phép nhân tương quanchéo trở thành tự tương quan

Do đó ta sẽ thực hiện nhân tương quan chuỗi số có độ dài đúng bằng chiềudài chuỗi bảo vệ Ta sử dụng 1 cửa sổ trượt có chiều dài bằng chiều dài chuỗi bảo

vệ thì khi cửa sổ nằm đúng tại điểm đầu khung OFDM ta sẽ đạt được đỉnh tươngquan lớn nhất Bằng cách đi tìm đỉnh lớn nhất này ta sẽ xác định được điểm đầukhung dữ liệu

Giải thuật nhận biết đỉnh sử dụng 1 bộ đệm có kích thước cố định để lưu kếtquả tính toán tạm thời là giá trị các đỉnh tương quan khi cho cửa sổ trượt trong khithu tín hiệu Sự nhận biết khung thành công khi:

- Phần tử trung tâm của bộ đệm lớn nhất

- Tỷ lệ của giá trị phần tử trung tâm và trung bình bộ đệm vượt quá ngưỡngnhất định

Hình 2.6 Tín hiệu nhân tương quan

Hình 3.6 là hình ảnh khi ta thực hiện nhân tương quan tín hiệu thu được tạibên thu với cửa sổ trượt chính bằng khoảng tiền tố lặp CP và 2 mẫu tín hiệu nhântương quan cách nhau chiều dài bằng chiều dài symbol khi chưa thêm khoảng bảo

vệ là NFFT

Sau khi thực hiện nhân tương quan, ta sẽ thu được kết quả có các đỉnh tươngquan lớn nhất nằm ở những vị trí chính là điểm đầu của mỗi khung OFDM

 Đồng bộ dựa vào giá trị trung bình bình phương tối thiểu

Xét 2 khoảng tín hiệu thu cách nhau N (NFFT) bước

    –  

Với N là số sóng mang phụ bằng NFFT N bằng số điểm lấy mẫu tương ứng

với phần có ích của symbol OFDM, chúng phải là bản sao của nhau nên d(m) thấp Nếu r(m) và r(m-N) tương ứng với các mẫu phát nằm trong thời khoảng của cùng một symbol OFDM, d(m) là hiệu của hai biến ngẫu nhiên không tương quan Công suất của d(m) là |d(m)|2 trong trường hợp này bằng hai lần công suất trung bình củasymbol OFDM

Nếu sử dụng một cửa sổ trượt có độ rộng thời gian bằng khoảng thời giancủa CP (điểm cuối của cửa sổ trùng với điểm bắt đầu của symbol OFDM) thì khicửa sổ này trùng với thành phần CP của symbol OFDM sẽ có một cực tiểu về công

suất trung bình của các mẫu d(m) trong cửa sổ này Do đó, có thể ước lượng được

thời điểm bắt đầu của symbol OFDM, và đồng bộ kí tự được thực hiện

2.3.1.2 Đồng bộ kí tự dựa vào Pilot

Pilot có thể được hiểu như những mẫu kí tự dẫn đường, làm hoa tiêu Tínhiệu bên phát khi truyền qua kênh vô tuyến thì biên độ và pha đã bị thay đổi.OFDM sẽ dụng pilot để ước lượng và cân bằng kênh truyền Nhờ đó có thể thu lạitín hiệu có hình dạng giống như bên phát Bên cạnh chức năng chính đó, người tacũng có thể sử dụng luôn pilot cho khâu đồng bộ Bên phát và bên thu đều biếttrước về pilot, biết trước về cách chèn pilot, mô hình pilot Hình 3.4 là hình ảnhthực tế trong hệ thống mô phỏng đã chèn pilot vào luồng dữ liệu tuần tự sau vàikhung dữ liệu

Trong bước đồng bộ "tinh", do thời gian đồng bộ chính xác nhỏ hơn mẫu tínhiệu nên ảnh hưởng của lỗi đồng bộ và đáp ứng xung kênh chắc chắn nằm trongkhoảng của CP (vì khoảng thời gian của CP phải lớn hơn khoảng thời gian đáp ứngxung kênh ít nhất là một mẫu) Vì vậy, lỗi pha ở các sóng mang của các kênh phụchắc chắn là do lỗi thời gian gây nên Lỗi này có thể được ước lượng bằng cách sửdụng hồi quy tuyến tính Khi đó, tín hiệu tại các kênh pilot sẽ được cân bằng.

Các symbol pilot được chèn vào tín hiệu OFDM theo một trật tự hợp lý

2.3.1.3 Đồng bộ kí tự dựa trên mã đồng bộ khung FSC

Bên trên là các thuật toán đồng bộ khung symbol truyền thống (dùng symbolpilot, dùng CP,…) dựa vào quan hệ giữa khoảng bảo vệ GI và phần sau của symbol,hay dựa vào sự biết trước symbol pilot ở cả bên phát và bên thu Tuy nhiên, cácthuật toán đó có nhược điểm là chỉ phát hiện chính xác điểm đầu kí tự với điều kiện

là tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR là cao Nếu tỷ số đó mà thấp quá thì biện phápđồng bộ sẽ không hiệu quả Các thuật toán này không thể phát hiện chính xác vị tríbắt đầu của kí tự do nhiễu ISI trong kênh fading đa đường Chúng ta sẽ tìm hiểuphương pháp đồng bộ sử dụng mã đồng bộ khung

Ta sẽ truyền dữ liệu cộng thêm một khung dữ liệu đồng bộ bổ sung vào đầucủa luồng dữ liệu OFDM Cấu trúc khung có thể được chia thành vùng mã đồng bộkhung FSC cho đồng bộ khung symbol và vùng dữ liệu cho truyền dẫn symbolOFDM

Có thể biểu diễn tín hiệu khung OFDM như sau:

( ) FSC( ) data( FSC)

đó, TFSC : Khoảng thời gian symbol FSC

Tại phía phát, chuỗi các mẫu ở dạng số được phát gồm có chuỗi C A (n) của

FSC và khoảng bảo vệ GI và các mẫu dữ liệu không có GI đã qua FFT là:

D li u truy nữ liệu truyền ệ ền

GIGI