nhóm 12 ppt

Một số lợi ích khác của OFDM là: độ tự do cho bộ lập biểu phụ thuộc kênh so với HSPA băng gốc bằng cách thay đổi số lượng các sóng mang con sử dụng chotruyền dẫn.. Các ước tính này nhận

đó, các mạng thế hệ sau sẽ có tính khả thi và các cách tiếp cận mới đối với giaodiện không gian, mạng truy nhập vô tuyến, mạng lõi, giảm sự phân cấp mạng vàloại bỏ tắc nghẽn nút cổ chai Công nghệ LTE sẽ đáp ứng các yêu cầu đó.

LTE (Long Term Evolution) còn được gọi là EUTRA (Evolved UMTSTerrestrial Radio Access) hay E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial RadioAccess Network) là công nghệ có khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truycập dữ liệu nhanh, cho phép các telco có thể phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cậpsóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng IP tối ưu, và đặc biệt thuận tiện cho việcnâng cấp mạng từ 3G lên 4G Mục tiêu mà 3GPP đặt ra cho LTE (Release 8) gồm:tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ thấp và công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữliệu tối ưu Hay nói cách khác, công nghệ LTE là 1 hệ thống công nghệ được pháttriển từ họ công nghệ GSM/UMTS (WCDMA, HSPA đang được nghiên cứu thửnghiệm để tạo nên 1 hệ thống truy cập băng rộng di động thế hệ mới, hướng đếnthế hệ thứ 4, 4G Công nghệ này được sử dụng với cả 2 phương thức là LTE FDD(FREQUENCY DIVISION DUPLEX) và LTE TDD (TIMEDIVISIONDUPLEX)

Giống như WCDMA/HSPA và hầu hết các hệ thống thông tin di động hiệnđại khác, các đặc tả chuẩn LTE được cấu trúc thành các lớp giao thức khác nhau.Mặc dù một số trong các lớp này giống với các lớp được sử dụng trong WCDMA/HSPA, nhưng cũng có một số khác biệt do các khác biệt kiến trúc tổng thể giữaWCDMA/HSPA và LTE Trong chuyên đề này sẽ mô tả các lớp giao thức trên lớpvật lý, tương tác giữa chúng và giao diện với lớp vật lý Để hiểu được kiến trúcgiao diện vô tuyến LTE ta chỉ cần xét một nút: nút B với ký hiệu mới cho LTE làeNodeB (nút B tăng cường)

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ……… 1

NỘI DUNG ……… ……… 3

1.Tổng quan truy nhập vô tuyến LTE 3

1.2.1 Lập biểu đường xuống ……….… 5

1.2.2 Lập biểu đường lên ……… 5

1.2.3 Điều phối nhiễu giữa các ô ……… … 6

1.4 Hỗ trợ đa anten ……… ……… …… 6

1.5 Hỗ trợ quảng bá và đa phương ……… .….………… 8

1.6 Linh hoạt phổ ……… …….… … 8

2 Kiến trúc giao thức LTE 10

3 Điều khiển liên kết vô tuyến, RLC 12

4 Điều khiển truy nhập môi trường, MAC 14

4.1 Các kênh logic và các kênh truyền tải 14

4.2 Lập biểu đường xuống 16

4.3 Lập biểu đường lên 18

4.4 HARQ 20

5 Lớp vật lý, PHY 24

6 Các trạng thái LTE 27

7 Luồng số liệu 28

KẾT LUẬN 29

NỘI DUNG.

1 TỔNG QUAN TRUY NHẬP VÔ TUYẾN LTE.

1 1 Các sơ đồ truyền dẫn

Sơ đồ truyền dẫn đường xuống của LTE dựa trên OFDM mà OFDM là một

sơ đồ truyền dẫn hấp dẫn vì một số lý do Do thời gian ký hiệu OFDM kết hợp vớitiền tố chu trình khá dài, OFDM đảm bảo độ bền chắc chống lại chọn lọc tần sốcủa kênh vô tuyến cao hơn Mặc dù về nguyên tắc có thể xử lý sự méo dạng tínhiệu do kênh chọn lọc tần số gây ra bằng cách cân bằng tại phía thu, nhưng độphức tạp của cân bằng trở nên quá cao đối với thực hiện đầu cuối tại các băngthông lớn hơn 5 MHz Vì thế OFDM với khả năng đề kháng phađinh chọn lọc sẵn

có là một kỹ thuật hấp dân cho đường xuống đặc biệt khi được kết hợp với ghépkênh không gian

Một số lợi ích khác của OFDM là:

độ tự do cho bộ lập biểu phụ thuộc kênh so với HSPA

băng gốc) bằng cách thay đổi số lượng các sóng mang con sử dụng chotruyền dẫn Tuy nhiên cũng cần nói rằng hỗ trợ ấn định nhiều phổ cũng đòihỏi bộ lọc RF linh hoạt và một khai thác chính xác với sơ đồ truyền dẫnliên quan Mặc dù vậy, việc giữ nguyên cấu trúc xử lý băng gốc không phụthuộc vào băng thông cũng cho phép thực hiện đầu cuỗi dễ ràng

đó cùng một thông tin đựơc phát đi từ nhiều trạm gốc

Đối với đường lên của LTE, truyền dẫn đơn sóng mạng dựa trên OFDMtrải phổ DFT được sử dụng Sử dụng điều chế đơn sóng mang cho phép giảm tỷ sốcông suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) so với truyền dẫn đa sóng mangnhư OFDM PAPR càng nhỏ, thì công suất phát trung bình càng cao đối với một

bộ khuyếch đại công suất cho trước Vì thế truyền dẫn đơn sóng mang cho phépđạt được hiệu suất sử dụng bộ khuyếch đại công suất cao hơn và điều này dẫn đếntăng vùng phủ Điều này thực sự quan trọng đối với đầu cuối di động có công suấthạn chế Đồng thời vấn đề xử lý méo tín hiệu đơn sóng mang do phađinh chọn lọctần số gây ra trên đường lên cũng không phải là quan trọng vì nó đựơc thực hiệntại trạm gốc nơi có khả năng xử lý tín hiệu mạnh hơn

Khác với đường lên của WCDMA/HSPA cũng dựa trên truyền dẫn đơnsóng mang, đường lên của LTE dựa trên phân cách trực giao các người sử dụngtrong miền thời gian và miền tần số Trong nhiều trường hợp, phân cách trực giaocác người sử dụng rất có lợi vì nó tránh được nhiễu nội ô Tuy nhiên cấp phát đồngthời tài nguyên băng thông rất rộng cho một người sử dụng là một chiến lược

không hiệu quả trong các tình trạng mà ở đó tốc độ số liệu chủ yếu bị hạn chế bởicông suất truyền dẫn chứ không phải băng thông truyền dẫn Trong các tình trạngnày, một đầu cuối thường được cấp phát một bộ phận trong băng thông truyền dẫntổng, còn các đầu cuối khác có thể phát song song trong phần phổ còn lại Vì thếđường lên LTE chứa một phần tử đa truy nhập miền tần số, và sơ đồ truyền dẫnđường lên của LTE cũng được gọi là FDMA đơn sóng mang (SC-FDMA).

1.2 Lập biểu phụ thuộc kênh và thích ứng tốc độ.

Cốt lõi của sơ đồ truyền dẫn LTE là sử dụng truyền dẫn kênh chia sẻ, trong

đó tài nguyên thời gian- tần số được chia sẻ giữa các người sử dụng Điều nàycũng giống như cách xử lý trong HSPA, mặc dù việc thực hiện tài nguyên chia sẻgiữa hai công nghệ này khác nhau: trong LTE là thời gian và tần số còn trongHSPA là thời gian và mã định kênh.Việc sử dụng truyền dẫn kênh chia sẻ là hoàntoàn phù hợp với các yêu cầu tài nguyên thay đổi rất nhanh do truyền dẫn gói gây

ra và nó cũng cho phép LTE sử dụng các công nghệ then chốt khác

Đối với từng thời điểm, bộ lập biểu điều khiển việc người sử dụng nào đựơc

ấn định tài nguyên chia sẻ Nó cũng quyết định tốc độ số liệu sẽ được sử dụng chotừng liên kết và thích ứng đường truyền cũng có thể được coi như là một bộ phậncuả bộ lập biểu Bộ lập biểu là phần tử then chốt và ở mức độ rất lớn nó quyết địnhhiệu năng tổng thể của đường xuống, đặc biệt là trong mạng có tải cao Cả đườngxuống và đường lên đều chịu sự điều khiển chặt chẽ của lập biểu Điều này đãđược khai thác trong HSPA, trong đó bộ lập biểu đường xuống cho phép phát đếnngười sử dụng có điều kiện kênh ưu việt để đạt đựơc tốc độ số liệu cực đại Ởmức độ nào đó điều này cũng đựơc thực hiện trên đường lên cho HSUPA Tuynhiên ngoài miền thời gian, LTE cũng có thể truy nhập đến miền tần số nhờ việc

sử dụng OFDM cho đường xuống và DFTS-OFDM cho đường lên Vì thế, đối vớitừng miền tần số, bộ lập biểu có thể chọn người sử dụng có điều kiện kênh tốtnhất Nói một cách khác, lập biểu trong LTE có thể xét đến các thay đổi điều kiệnkênh không chỉ trong miền thời gian như HSPA mà cả trong miền tần số Điều nàyđược minh họa trên hình 1

Khả năng lập biểu phụ thuộc kênh trong miền tần số đặc biệt hữu ích tại cáctốc độ số liệu thấp, nói một cách khác khi kênh thay đổi chậm theo thời gian Lậpbiểu phụ thuộc kênh dựa trên các thay đổi chất lượng kênh để nhận được độ lợitrong dung lượng hệ thống Đối với các dịch vụ nhậy cản trễ, bộ lập biểu chỉ chomìền thời gian có thể bị buộc phải lập biểu cho một người sử dụng cho dù chấtlượng kênh của người này không tốt lắm Trong trường hợp này, việc khai thác cảcác thay đổi chất lượng kênh trong miền tần số sẽ hỗ trợ cải thiện tổng hiệu năng

hệ thống Đối với LTE, các quyết định lập biểu đựơc thực hiện một lần trong 1ms

và tính hạt trong miền tần số là 180 kHz Điều này cho phép bộ lập biểu bám theocác thay đổi kênh khá nhanh

Người sử dụng #2

Pha đinh tần số thời gian, Người sử dụng #1

Pha đinh tần số thời gian, Người sử dụng #2

a)

b)

Hình 1 Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống trong miền thời gian và miền tần số

1.2.1 Lập biểu đường xuống.

Trên đường xuống, mỗi đầu cuối báo cáo ước tính chất lượng kênh tức thờicho trạm gốc Các ước tính này nhận được bằng cách đo một tín hiệu tham khảođược phát đi từ trạm gốc và cũng được sử dụng cho cả mục đích giải điều chế.Dựa trên ước tính chất lượng kênh, bộ lập biểu đường xuống ấn định các tàinguyên cho các người sử dụng Về nguyên tắc đầu cuối đựơc lập biểu có thể được

ấn định một tổ hợp bất kỳ gồm các khối tài nguyên rộng 180 kHz trong mỗikhoảng thời gian lập biểu 1ms

1.2.2 Lập biểu đường lên.

Đường lên của LTE được xây dựng trên cơ sở phân tách trực giao cácngười sử dụng và đây là nhiệm vụ của bộ lập biểu đường lên Bộ lập biểu đườnglên ấn định các tài nguyên cho các người sử dụng khác nhau (TDMA/FDMA)trong cả miền thời gian và miền tần số Quyết định lập biểu đựơc đưa ra mỗi 1msmột lần để điều khiển việc các đầu cuối nào đựơc quyền phát trong ô trong khoảngthời gian cho trước và trên các tài nguyên tần số nào cũng như tốc độ số liệuđường lên là bao nhiêu (khuôn dạng truyền tải) Lưu ý rằng đầu cuối được ấn định

một vùng tần số liên tục do truyền dẫn đơn sóng mang được sử dụng cho đườnglen của LTE.

Các điều kiện kênh cũng được xét trong quá trình lập biểu đường lên giốngnhư trong lập biểu đường xuống Tuy nhiên nhận được thông tin về các điều kiệnkênh đường lên không phải là một nhiệm vụ dễ ràng Vì thế cần bổ sung thêm cácphương tiện để đạt được phân tập đường lên trong trường hợp không sử dụng lậpbiểu đường lên phụ thuộc kênh

1.2.3 Điều phối nhiễu giữa các ô.

LTE đảm bảo tính trực giao giữa các người sử dụng trong một ô cho cảđường lên và đường xuống Vì thế có thể nói rằng hiệu năng liên quan đễn hiệusuất sử dụng phổ của LTE bị giới hạn nhiều hơn bởi nhiễu đến từ các ô khác(nhiễu giữa các ô) so với WCDMA/HSPA Vì thế phương tiện để giảm nhiễu hay

để điểu khiển nhiễu giữa các ô sẽ đem lại lợi ích rất lớn cho hiệu năng liên quanLTE (tốc độ số liệu chẳng hạn) nhất là đối với các người sử dụng tại biên ô

Điều phối nhiễu giữa các ô là một chiến lược trong đó các tốc độ số liệu tạibiên ô đựơc tăng nhờ xét đến nhiễu giữa các người sử dụng Về cơ bản, điều phốinhiễu giữa các ô có nghiã là đưa ra các hạ chế nhất định (miền thời gian) cho các

bộ lập biểu đường lên và đường xuống để điều khiển nhiễu giữa các ô Bằng cáchhạn chế công suất của một số bộ phận phổ trong một ô, nhiễu trong các các ô lâncận trong phần phổ này sẽ giảm Phần phổ này có thể được sử dụng để cung cấptốc độ số liệu cao hơn cho các người sử dụng trong các ô lân cận Về thực chất, hệ

số tái sử dụng tần số trên các phần khác nhau của ô sẽ khác nhau (hình 2)

Giảm công suất phát Các đầu cuối tại tâm ô, ô 1

Các đầu cuối tại biên ô, ô 1

Các đầu cuối tại biên ô, ô 2

Các đầu cuối tại biên ô, ô 3

Hình 2 Thí dụ về điều phối nhiễu giữa các ô, trong đó một số phần phổ bị hạn chế công suất

Lưu ý rằng điều phối nhiễu giữa các ô chủ yếu là một chiến lược lập biểuvới xét đến tình trạng trong các ô lân cận Như vậy, điều phối nhiễu ô lân cận làmột vấn đề của thực hiện và có lẽ khó được đưa vào các đặc tả Điều này cũng có

nghĩa là điều phối nhiễu giữa các ô có thể được áp dụng chỉ cho một tập các ôđược chọn phụ thuộc vào các yêu cầu cuả một triển khai cụ thể.

1.3 HARQ với kết hợp mềm.

Cũng giống như HSPA, HARQ nhanh với kết hợp mềm được sử dụng đểđầu cuối có thể yêu cầu phát lại nhanh các khối truyền tải bị mắc lỗi và để cungcấp một công cụ cho thích ứng tốc độ số liệu ẩn tàng Các giao thức ở đây cũnggiống như các giao thức được áp dụng cho HSPA: nhiều xử lý HARQ dừng vàđợi Để giảm thiểu ảnh hưởng lên hiệu năng của người sử dụng đầu cuối, các phátlại đựơc yêu cầu nhanh sau mỗi lần phát gói Tăng phần dư đựơc sử dụng như làmột chiến lược kết hợp mềm và máy thu nhớ đệm các bít mềm để có thể thực hiệnkết hợp mềm giữa các lần phát

1.4 Hỗ trợ đa anten.

Ngay từ luc đầu, LTE đã hỗ trợ đa anten tại cả trạm gốc và đầu cuối và đây

là một bộ phận của các đặc tả trong chuẩn Xét về nhiều khía cạnh, sử dụng đaanten là công nghệ then chốt để đạt đựơc các mục tiêu tăng cường mạnh mẽ hiệunăng của LTE Đa anten có thể được sử dụng theo các cách khác nhau cho cácmục đích khác nhau:

lên, kỹ thuật này đã được sử dụng trong nhiều năm Tuy nhiên, vì hai antenthu là mục tiêu cho tất cả các đầu cuối của LTE, nên hiệu năng đườngxuống sẽ được cải thiện Các sử dụng nhiều anten thu đơn giản nhất làphân tập thu kinh điển để triệt phađinh, Tuy nhiên cũng có thể sử dụngnhiều anten thu để triệt nhiễu để đạt được độ lợi trong các kịch bản bị hạnchế bởi nhiễu

cả hai phía thu và phát cũng dược hỗ trợ trong LTE Ghép kênh không giancho phép tăng tốc độ số liệu khi các điều kiện kênh cho phép trong cáckịch bản bị hạn chế băng thông

Nói chung các kỹ thuật đa anten khác nhau có lợi trong các kịch bản khácnhau Chẳng hạn, tại SNR và SIR thấp (tải cao hoặc tại biên ô), ghép kênh khônggian chỉ mang lại ích lợi hạn chế Trong khi đó tại các kịch bản này, kỹ thuật đaanten dựa trên tạo búp tại phía phát cần được sử dụng để tăng SNR/SIR Trái lạitrong các kịch bản khi SNR và SIR khá cao, chẳng hạn trong các ô nhỏ, việc tăngthêm chất lương tín hiệu chỉ đem lại lợi ích không lớn vì tốc độ số liệu có thể đạtđược chủ yếu bị hạn chế bởi băng thông chứ không bởi SIR/SNR Trong các kịchbản này tốt nhất là sử dụng phân tập không gian thay vì sử dụng kỹ thuật đa anten

để khai thác toàn bộ các điều kiện kênh tốt Trạm gốc điều khiển sơ đồ đa antencần sử dụng, nó chọn sơ đồ phù hợp cho mỗi cuộc truyền dẫn

1.5 Hỗ trợ quảng bá và đa phương.

Quảng bá đa ô thực hiện phát cùng một thông tin từ nhiều ô Khai thác dịch

vụ này tại đầu cuối và sử dụng hiệu quả công suất tín hiệu từ nhiều trạm ô chophép đạt được cải thiện đáng kể vùng phủ (hay các tốc độ số liẹu cao hơn) Dịch

vụ này đã đựơc khai thác trong WCDMA, tại đây trong trường hợp quảng bá/đaphương đa ô, đầu cuối di động có thể nhận tín hiệu từ nhiều ô và kết hợp mềm cáctín hiệu này tại máy thu

LTE cải tiên thêm dịch vụ này để cung cấp quảng bá đa phương hiệu quảcao Bằng cách không chỉ phát các tín hiệu giống nhau từ nhiều trạm ô (với mãhóa và điều chế như nhau), mà còn đồng bộ thời gian giữa các ô, tín hiệu tại đầucuối sẽ thể hiệ hệt như tín hiệu được phát đi từ một ô Do OFDM có khả năngchống pha đinh đa đường tốt, phát đa ô cũng còn được gọi là phát của mạng đaphương quảng bá đơn sóng mang (MBSFN: Multicast- Broadcast Single-Frequency Network) Cách phát này không chỉ cải thiện đựơc cường độ tín hiệuthu mà còn hạn chế được nhiễu giữa các ô Như vậy đối với OFDM thông lượngquảng bá/đa phương đa ô có thể chỉ bị giới hạn bởi tạp âm và vì thế trong trườnghợp các ô nhỏ có thể đạt đựơc thông lượng này rất cao

Cần nhấn mạnh rằng việc sử dụng phát MBSFN cho quảng bá/đa phương

đa ô đòi hỏi sử dụng đồng bộ chặt và đồng chỉnh thời gian cho các tín hiệu đượcphát đi từ các trạm ô khác nhau

1.6 Linh hoạt phổ.

Mức độ linh hoạt phổ cao là một trong các đặc tính của truy nhập vô tuyếnLTE Mục đích của linh hoạt phổ là để cho phép triền khai truy nhâp LTE trongcác dạng phổ khác nhau, các sắp xếp song công khác nhau, hoạt động tại các băngtần khác nhau và các kích thước phổ khả dụng khác nhau

1.6.1 Linh hoạt trong sắp xếp song công.

Một trọng tình năng quan trọng của LTE liên quan đến linh hoạt phổ là khảnăng triển khai LTE trong phổ kép và phổ đơn, nghĩa là LTE phải hỗ trợ cả sơ đồghép song công phân chia theo tần số (FDD) và ghép song công phân chia theothời gian (TDD) Trong ghép song công phân chia theo tần số (FDD)) truyền dẫnđường xuống và đường lên xẩy ra trong các băng tần khác nhau ( 3a) Trong ghépsóng công phân chia theo thời gian (TDD) truyền dẫn đường xuống và đường lênxẩy ra trong cùng một băng tần nhưng luân phiên theo thời gian (hình 3b) Vì thếTDD có thể hoạt động trong phổ đơn còn FDD đòi hỏi phổ kép

D L

U L

fDL+UL

TDD FDD

1.6.2 Linh hoạt trong khai thác băng tần.

LTE được thiết kế để triển khai theo nhu cầu, trong đó phổ khả dụng có thể

là phổ được ấn định mới cho thông tin di động (băng 2,6 GHz chẳng hạn) haychuyển dịch đến LTE từ phổ hiện đang sử dụng cho các các công nghệ thông tin diđộng khác, như hệ thống GSM hay thậm chí không phải là các công nghệ thông tin

di động Vì thế truy nhập vô tuyến LTE phải hoạt động trong dải các băng tầnrộng từ tần số thất 450 MHz đến ít nhất là 2,6GHz

Khả năng hoạt động trong một công nghệ truy nhập vô tuyến trong cácbăng tần khác nhau thực ra không phải là mới Chẳng hạn các đầu cuối GSM babăng hiện rất phổ biên có khả năng hoạt động trong các băng 900, 1800 và 1900MHz Từ quan điểm hoạt động truy nhập vô tuyến, sẽ không có gì cản trở việc cácđặc tả lớp vật lý LTE sẽ bao trùm mọi băng đặc thù Điều khác biệt giữa đặc tả chocác băng tần khác nhau chủ yếu là các yêu cầu vô tuyến đặc thù hơn như: côngsuất phát cho phép cực đại các hạn chế phát xạ ngoài băng … Sở dĩ như vậy vìcác quy định bên ngoài do các cơ quan quy định đặt ra có thể khác nhau giữa cácbăng tần khác nhau

1.6.3 Linh hoạt băng thông.

Khả năng triển khai truy nhập vô tuyến LTE trong các băng khác nhau phụthuộc và khả năng LTE hoạt động với các băng thông truyền dẫn khác nhau trên

cả đường lên lẫn đường xuống Lý do chính là lượng phổ khả dụng cho LTE cóthể thay đổi rất lớn giữa các băng tần khác nhau và cũng còn phụ thuộc vào tìnhtrạng cuả nhà khai thác Ngoài ra khả năng họat động trong các ấn định phổ khácnhau cho phép chuyển dịch từ từ phổ từ các công nghệ truy nhập vô tuyến khácsang LTE

LTE hỗ trợ họat động trong dải rộng các ấn định tần số Để hỗ trợ hiệu quảcác tốc độ số liệu cao khi có phổ khả dụng cần có băng thông truyền dẫn rộng.Tuy nhiên không phải bao giờ cũng có đủ khối lượng phổ cần thiết, một mặt là dobăng tần khai thác mặt khác là do việc chuyển dần một công nghệ khác mà tại đây

đó LTE có thể hoạt động với băng thông nhỏ hơn Rõ ràng rằng trong các trườnghợp này tốc độ số liệu sẽ bị giảm tương ứng

Các đặc tả lớp vật lý LTE theo triết lý không thể biết băng thông và khôngđưa ra quy định cụ thể bất kỳ nào về việc hỗ trợ các băng thông truyền dẫn ngoàimột giá trị tối thiểu Các đặc tả truy nhập vô tuyến cơ sở bao gồm các đặc tả lớpvật lý và giao thức, cho phép mọi băng thông truyền dẫn trong dải từ 1 MHz đến

20 MHz với bước nhẩy 180 kHz Đồng thời, tại giai đoạn đầu, các yêu cầu tần số

vô tuyến chỉ được đặc tả cho một tập hạn chế băng thông truyền dẫn tương ứngvới dự báo liên quan đến các kích thước ấn định phổ và các kịch bản chuyển dịchtương ứng Vì thế, trong thực tế truy nhập vô tuyến LTE hỗ trợ tập hạn chế cácbăng thông, nhưng có thể dễ dàng hỗ trợ bổ sung các băng thông truyền dẫn bằngcác cập nhật các đặc tả vô tuyến

2 KIẾN TRÚC GIAO THỨC LTE.

Tổng quan kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh họa trênhình 4 Trong các phần trình bày dưới đây ta sẽ hiểu rằng không phải tất cả cácthực thể được minh họa trên hình 4 là đều đựơc áp dụng trong tất cả các tìnhhuống Chẳng hạn cả lập biểu MAC lẫn HARQ với kết hợp mềm đều không được

sử dụng cho quảng bá thông tin hệ thống Ngoài ra, cấu trúc giao thức LTE liênquan đến truyền dẫn đường lên cũng giống với cấu trúc đường xuống trên hình 4,mặc dù có một số điểm khác biệt liên quan đến chọn khuôn dạng truyền tải vàtruyền dẫn đa anten

Các kênh mang SAE

Các kênh mang

vô tuyền

Các kênh logic

Các kênh Truyền tải Nén tiêu đề

Mã hóa Điều chế

Sắp xếp tài nguyên và anten nguyên và antenGiải sắp xếp tài

Giải mã

Phiên bản dư Giải điều chế

PHY PHY

PDCP: Packet Data Covergence Protocol: giao thức hội thụ số liệu gói

RLC: Ra dio Link Control: điều khiển liên kết vô tuyến

MAC: Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trường

PHY: lớp vật lý

Hình 4 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)

Số liệu cần phát trên đường xuống sẽ được đưa vào các gói IP trên các kênhmang SAE Trước khi được phát trên giao diện vô tuyến, các gói IP được đưa quanhiều thực thể giao thức Dưới đây ta sẽ xét tổng quan các giao thức này :

thực hiện nén tiêu đề để giảm số bit cần thiết phát trên giao diện vô tuyến.Nguyên lý nén tiêu đề dựa trên ROHC, là giải thuật nén tiêu đề chuẩnđược sử dụng trong WCDMA cũng như trong nhiều tiêu chuẩn thông tin diđộng khác PDCP cũng chịu trách nhiệm mật mã hóa và bảo vệ toàn vèn

số liệu phát Tại phía thu, PDCP thực hiện giải mật mã và giải nén Mỗiđầu cuối di động được lập cấu hình một thực thể PDCP trên một kênhmang vô tuyến

phân đoạn/móc nối, xử lý phát lại và chuyển theo thứ tự đến lớp cao hơn

Khác với WCDMA, giao thức RLC được đặt trong eNodeB vì chỉ có mộtkiểu nút duy nhất trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến của LTE RLCcung cấp các dịch vụ cho PDCP ở dạng các kênh mang vô tuyến Mỗi đầucuối được lập cấu hình một thực thể RLC trên một kênh mang vô tuyến

các phát lại HARQ và lập biểu đường lên và đường xuống Chức năng lậpbiểu được đặt tại eNodeB, mỗi nút này có một thực thể MAC cho một ô,cho cả đường lên và đường xuống Một bộ phận cuả giao thức HARQđược đặt trong đầu phát và đầu thu của giao thức MAC MAC cung cấpcác dịch vụ cho RLC trong dạng các kênh logic

 Lớp vật lý (PHY) xử lý mã hóa/giải mã, điều chế/giải điều chế, sắp xếp đaanten và các chức năng điển hình khác của lớp vật lý Lớp vật lý cung cấpcác dịch vụ cho lớp MAC trong dạng các kênh vật lý

Các phần dưới đây sẽ trình bày chi tiết hơn các giao thức LTE RLC và MAC

3 ĐIỀU KHIỂN LIÊN KẾT VÔ TUYẾN, RLC.

Giống như WCDMA/HSPA, LTE RLC chịu trách nhiệm phân đoạn các gói

IP (đươc nén tiêu đề), các gói IP này nhận được từ PDCP và đựơc gọi là các RLCSDU (Service Data Unit: đơn vị số liệu dịch vụ), thành các đơn vị nhỏ hơn đựơcgọi là các RLC PDU (Packet Data Unit: đơn vị số liệu gói) Nó cũng xử lý việcphát lại các PDU thu bị lỗi cũng như loại bỏ thu kép và móc nối các PDU thu.Cuối cùng RLC đảm bảo việc chuyển các RLC SDU theo đúng trình tự lên các lớptrên

Cơ chế phát lại RLC chịu trách nhiệm đảm bảo chuyển số liệu lên các lớpcao hơn không bị lỗi Để thực hiện điều này, giao thức phát lại làm việc giữa cácthực thể RLC phiá phát và phía thu Bằng cách giám sát các số thứ tự thu, RLC thu

có thể nhận ra các PDU bị mất Báo cáo trạng thái đựơc phản hồi đến RLC phát

để yêu cầu phát lại các PDU bị mất Thời điểm phản hồi trạng thái có thể lập cấuhình đựơc, tuy nhiên báo cáo thông thường chứa thông tin về nhiều PDU và vì thếđược phát không thường xuyên Dựa trên báo cáo trạng thái thu được, thực thểRLC tại máy phát có thể đưa ra các hành động thích hợp và phát lại các PDU bịmất theo yêu cầu

Khi RLC được lập cấu hình để yêu cầu phát lại các gói bị mất như đã nói ởtrên, ta nói nó hoạt động trong chế độ được công nhận (AM: Acnowledged Mode)

Điều nàỳ cũng giống như trong WCDMA/HSPA AM thường được sử dụng chocác dịch vụ dựa trên TCP như chuyển file khi mà chuyển số liệu không bị lỗi làmối quan tâm đầu tiên.

Giống như WCDMA/HSPA, RLC cũng có thể được lập cấu hình trong chế

độ không công nhận (UM: Unacknowledged Mode) và chế độ trong suốt (TM:Transperent Mode) Trong UM, chuyển theo trình tự lên các lớp cao hơn vẫn đượcđảm bảo, nhưng không yêu cầu phát lại các PDU bị mất Mặc dù TM được hỗ trợ,nhưng nó chỉ được sử dụng cho các mục đích đặc biệt như truy nhập ngẫu nhiên.Mặc dù RLC có thể xử lý các lỗi truyền dẫn do tạp âm, các thay đổi kênh khôngthể dự báo, …, nhưng các ảnh hưởng này chủ yếu được xử lý bới giao thức MACHARQ Vì thế có vẻ như sử dụng phát lại RLC là thừa Tuy nhiên trong phần 4.4

ta sẽ thấy không phải như vậy, việc sử dụng cả phát lại RLC và MAC trong thực tếxuất phát từ các khác nhau trong báo hiệu phản hồi

Ngoài xử lý phát lại và chuyển theo thứ tự, RLC còn chịu trách nhiệm phânđoạn và móc nối như minh họa trên hình 5 Phục thuộc vào quyết định cuả bộ lậpbiểu, một khối lượng số liệu nhất định được chọn để phát từ bộ đệm RLC SDU vàcác SDU được phân đoạn/đựơc móc nối để tạo ra các RLC PDU Như vậy đối vớiLTE, kích thước RLC PDU thay đổi động, trong khi WCDMA/HSPA trước R7 sửdụng kích thước PRU bán tĩnh Đối với các tốc độ số liệu cao, PDU có kích thướccao dẫn đến chi phí thêm (tiêu đề chẳng hạn) tương đối nhỏ, trái lại đối với các tốc

độ số liệu thấp, yêu cầu kích thước PDU phải nhỏ nếu không tải trọng sẽ quá lớn

Vì thế, do các tốc độ số liệu của LTE có thể thay đổi từ vài kbps đến lớn hơn 100Mbps, nên cần có các kích thước PDU động cho LTE Vì RLC, bộ lập biểu và các

cơ chế thích ứng tốc độ đều đựơc đặt trong eNodeB, nên dễ ràng hỗ trợ các kíchthước PDU động cho LTE

RLC PDU

Tiêu đề PLC Tiêu đề PLC

Hình 5 Phân đoạn và móc nối RLC

4 ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG, MAC.

Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) xử lý ghép kênh logic, cácphát lại HARQ, lập biểu đường lên và đường xuống Khác với HSPA, trong đó sử

dụng phân tập vĩ mô vì thế phải định nghĩa cả ô phục vụ và các ô không phục vụ,LTE chỉ định nghĩa ô phục vụ vì không có phân tập vĩ mô đường lên Ô phục vụ là

ô mà đầu cuối di động nối đến và chịu trách nhiệm lập biểu và hoạt động HARQ

4.1 Các kênh logic và các kênh truyền tải.

MAC cung cấp dịch vụ cho RLC trong dạng các kênh logic Kênh logicđược định nghĩa bởi kiểu thông tin mà nó mang Nói chung các kênh này đượcđựơc phân thành các kênh điều khiển (được sử dụng để truyền dẫn thông tin điềukhiển và cấu hình cần thiết để vận hành hệ thống LTE) và các kênh lưu lượng đểtruyền dẫn số liệu cuả người sử dụng Tập các kênh logic cuả LTE bao gồm:

dụng để truyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cả các máy

di động trong ô Trước khi truy nhập hệ thống, đầu cuối di động phải đọcthông tin phát trên BCCH để biết được hệ thống được lập cấu hình như thếbào, chẳng hạn băng thông hệ thống

để tìm gọi các đầu cuối di động vì mạng không thể biết đựơc vị trí củachúng ở cấp độ ô và vì thế cần phát các bản tin tìm gọi trong nhiều ô(vùng định vị)

để truyền các thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động Kênh nàyđựơc sử dụng cho cấu hình riêng cuả các đầu cuối di động chẳng hạn cácbản tin chuyển giao khác nhau

dụng để truyền thông tin điều khiển cần thể để thu kênh MTCH

để truyền số liệu của người sử dụng đến/từ một đầu cuối di động Đây làkiểu kênh logic được sử dụng để truyền tất cả số liệu đường lên của người

sử dụng và số liệu đường xuống của người sử dụng không phải MBMS

dụng để phát các dịch vụ MBMS

Các kênh logic có cấu trúc như các kênh đựơc sử dụng choWCDMA/HSPA Tuy nhiên so với WCDMA/HSPA, cấu trúc kênh lôgic của LTEphần nào đơn giản hơn với số lượng kiểu kênh ít hơn

Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng các dịch vụ trong dạng các kênh truyền tải.Kênh truyền tải được định nghĩa bởi cách thức và các đặc tính mà thông tin đựơcphát trên giao diện vô tuyến Cũng giống như HSPA, số liệu trên một kênh truyềntải được tổ chức thành các khối truyền tải Trong mỗi khoảng thời gian truyền dẫn(TTI: Transmission Time Interval) tối đa một khối truyền tải với một kích thướcnhất định được phát trên giao diện vô tuyến khi không có ghép kênh không gian.Trong trường hợp có ghép kênh không gian (‘MIMO’) có thể có đến hai khốitruyền tải trên một TTI.

Liên kết với mỗi khối truyền tải là khuôn dạng truyền tải (TF: TransportIdentity) để đặc tả cách thức sẽ truyền khối truyền tải này trên giao diện vô tuyến.Khuôn dạng truyền tải bao gồm thông tin về kích thước khối truyền tải, sơ đồ điềuchế và cách sắp xếp anten Cùng với ấn định tài nguyên, tỷ lệ mã cũng có thể đựơcrút ra từ khuôn dạng truyền tải Bằng cách thay đổi khuôn dạng truyền tải, lớpMAC có thể thực hiện các tốc độ số liệu khác nhau Vì thế điều khiển tốc độ cũngđược coi là chọn lựa khối truyền tải

Tập các kênh truyền tải đựơc định nghĩa trong LTE bao gồm:

định do chuẩn cung cấp Nó được sử dụng để phát thông tin trên kênh logicBCCH

gọi trên kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX: DiscontinuosReception ) để cho phép đầu cuối tiết kiệm công suất acqui bằng cách ngủ

và chỉ thức để thu PCH tại các thời điểm quy định trước

kênh truyền tải được sử dụng để phát số liệu đường xuống trong LTE Nó

hỗ trợ các tính năng của LTE như thích ứng tốc độ động và lập biểu phụthuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số Nó cũng hỗ trợ DRX đểgiảm tiêu thụ công suất của đầu cuối di động mà vẫn đảm bảo cảm giácluôn kết nối giống như cơ chế CPC (Continous Packet Connectivity: Kếtnối gói liên tục) trong HSPA DL-SCH TTI là 1 ms

 Kênh đa phương (MCH: Multicast Channel) đựơc sử dụng để hỗ trợMBMS Nó được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải bán tĩnh và lập biểubán tĩnh Trong trường hợp phát đa ô sử dụng MBSFN, lập biểu và lập cấuhình khuôn dạng truyền tải được điều phối giữa các ô tham gia phátMBSFN

Một bộ phận của chức năng MAC là ghép các kênh logic và sắp xếp chúnglên các kênh truyền tải tương ứng Khác với MAC-hs trong HSDPA, MAC trongLTE hỗ trợ ghép các RLC PDU từ các kênh mang vô tuyến khác nhau vào cùngmột khối truyền tải Vì kiểu thông tin và cách phải phát nó có mối quan hệ nhấtđịnh, nên sẽ có các quy định về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải.Thí dụ sắp xếp các logic lên các kênh truyền tải được cho trên hình 6

UL-SCH

Các kênh logic

Các kênh truyền tải

Hình 6 Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải

4.2 Lập biểu đường xuống.

Một trong các nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là truyền dẫnkênh chia sẻ trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên nguyên thời gian- tần

số được chia sẻ động giữa các người sử dụng trên cả đường lên và đường xuống

Bộ lập biểu là một bộ phận của lớp MAC, nó điều khiển ấn định tài nguyên đườnglên và đường xuống Trong LTE, lập biểu đường lên và đường xuống được táchriêng và các quyết định lập biểu đường lên và được xuống có thể được đưa ra độclập (trong các giới hạn được đặt ra bởi việc phân chia đường lên/đường xuốngtrong trường hợp khai thác TDD) Phần còn lại của phần này sẽ xét lập biểu đườngxuống còn lập biểu đường lên sẽ được xét trong 4.3

Nguyên tắc chung của bộ lập biểu đường lên là quyết định động (trong từngkhoảng thời gian 1ms) đầu cuối nào sẽ được thu truyền dẫn DL-SCH và trên cáctài nguyên nào Nhiều đầu cuối có thể được lập biểu đồng thời, trong trường hợpnày một DL-SCH được dành cho một đầu cuối đựơc lập biểu, mỗi DL-SCH đượcsắp xếp đến một tập các tài nguyên tần số Đơn vị thời gian-tần số cơ sở trong bộlập biểu được gọi là khối tài nguyên Về nguyên tắc một khối tài nguyên là mộtđơn vị rộng 180 kHz trong miền tần số Trong mỗi khoảng lập biểu 1ms, bộ lậpbiểu ấn định các khối tài nguyên cho một đầu cuối để thu truyền dẫn DL-SCH Bộ