Nghiên cứu công nghệ thông tin LTE và SAE trong hệ thống thông tin di động 4G

Ngµy nay, cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt ngµnh c«ng nghiÖp truyÒn th«ng còng ph¸t triÓn nh­ vò b•o. C«ng nghÖ kh«ng d©y ®• dÇn dÇn ®­îc ph¸t triÓn vµ trë thµnh chiÕn l­îc cña c«ng nghÖ truyÒn th«ng trong t­¬ng lai. Qua mét thêi gian ph¸t triÓn vµ øng dông trong thùc tÕ m¹ng kh«ng d©y ®• ph¸t triÓn rÊt nhanh vµ thu ®­îc rÊt nhiÒu thµnh qu¶, ®ãng gãp to lín cho sù ph¸t triÓn chung cña ngµnh th«ng tin liªn l¹c. §iÓn h×nh lµ c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng. Tuy lµ hÖ thèng ra ®êi muén trong lÞch sù ngµnh th«ng liªn l¹c, nh­ng hÖ thèng th«ng tin di ®éng l¹i cã tèc ®é ph¸t triÓn nhanh nhÊt cïng víi rÊt nhiÒu sù c¶i tiÕn vÒ mÆt kü thuËt còng nh­ cÊu tróc cña hÖ thèng. C¸c hÖ thèng di ®éng hiÖn nay ®• ®­îc ph¸t triÓn tõ nh÷ng hÖ thèng analog 1G, 2G vµ hiÖn nay lµ 3G. Ch­a dõng l¹i ë ®ã, viÖc nghiªn cøu ®ang ®­îc tiÕp tôc ®Ó h­íng tíi c¸c thÕ hÖ m¹ng di ®éng cao h¬n nh­ 4G vµ 5G. Th«ng tin di déng ngµy nay kh«ng ®¬n thuÇn chØ phôc vô cho liªn l¹c tho¹i mµ cßn rÊt nhiÒu øng dông liªn quan ®Õn thu ph¸t d÷ liÖu tèc ®é cao (multimedia, transfer file, email, chat, video), nh»m phôc vô nhu cÇu di chuyÓn ngµy cµng nhiÒu h¬n cña con ng­êi, phôc vô cho nhu cÇu gi¶i trÝ, lµm viÖc, häc tËp. ViÖc ®ã ®ßi hái hÖ thèng di ®éng cÇn ®­îc n©ng cÊp ®Ó cã thÓ ®¸p øng ®­îc nhu cÇu ngµy cµng cao nh­ng vÉn cã thÓ tËn dông ®­îc h¹ tÇng vèn cã tõ c¸c hÖ thèng ®i tr­íc. HiÖn t¹i c¸c hÖ thèng di ®éng còng ®• cung cÊp c¸c dÞch vô liªn quan ®Õn d÷ liÖu, tuy nhiªn vÉn kh«ng thÓ cung cÊp c¸c dÞch vô nh­ TV, video. Thªm vµo ®ã lµ sù ra ®êi cña WiMAX, ®ang g©y søc Ðp lín lªn c¸c hÖ thèng di ®éng 3,5G bëi lÏ WiMAX ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu ®Ò ra cña hÖ thèng di ®éng 4G. §iÒu ®¸ng nãi ë ®©y lµ WiMAX ®­îc xem nh­ lµ sù më réng cña m¹ng Wifi trong ph¹m vi réng. §Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò trªn 3GPP ®• ®­a ra tiªu chuÈn 3GPP LTE, c«ng nghÖ m¹ng di ®éng 4G cã thÓ ph¸t triÓn lªn tõ h¹ tÇng m¹ng UMTS(3G) hoÆc HsxPA(3,5G). Tr­íc sù ra ®êi cña WiMAX IEEE 802.16e, 3GPP buéc ph¶i ph¸t triÓn 3G LTE ®Ó cã thÓ ®øng v÷ng trªn thÞ tr­êng di ®éng. Bªn c¹nh ®ã, ngoµi viÖc ph¸t triÓn ®Ó LTE cã thÓ trë thµnh c«ng nghÖ di ®éng hµng ®Çu, chiÕm thÞ phÇn lín, 3GPP ®ång thêi còng nghiªn cøu c¸c kü thuËt ®­îc øng dông trong m¹ng lâi cña hÖ thèng nh»m ®¶m b¶o ®­îc sù ph¸t triÓn hµi hßa cña cµ m¹ng lâi vµ m¹ng v« tuyÕn. M¹ng lâi cã c¸c chøc n¨ng riªng biÖt vµ kh«ng kÐm phÇn quan träng so víi m¹ng v« tuyÕn. M¹ng lâi cña hÖ thèng LTE ®­îc ph¸t triÓn trªn nguyªn t¾c míi kh«ng tËn dông ®­îc kiÕn tróc cña hÖ thèng m¹ng lâi tõ c¸c thÕ hÖ di ®éng tr­íc ®©y do 3GPP ph¸t triÓn. §Ó hiÓu râ h¬n vÒ hÖ thèng LTE còng nh­ hÖ thèng m¹ng lâi SAE, chóng ta ®i vµo nghiªn cøu qua 4 ch­¬ng cña néi dung ®å ¸n: NGHI£N CøU C¤NG NGHÖ LTE Vµ SAE TRONG HÖ THèNG TH¤NG TIN DI §éNg 4g Ch­¬ng 1: Tæng quan vÒ LTE vµ SAE. Ch­¬ng 2: C¸c kü thuËt sö dông trong LTE. Ch­¬ng 3: Líp vËt lý LTE. Ch­¬ng 4: SAE. Trong quá trình thực hiện do khả năng và thời gian còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi xin chân thành cảm ơn Thượng tá, Ts.Mai Thanh Hải đã trực tiếp hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành đồ án này.

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngành côngnghiệp truyền thông cũng phát triển nh vũ bão Công nghệ không dây đã dầndần đợc phát triển và trở thành chiến lợc của công nghệ truyền thông trong t-

ơng lai Qua một thời gian phát triển và ứng dụng trong thực tế mạng khôngdây đã phát triển rất nhanh và thu đợc rất nhiều thành quả, đóng góp to lớncho sự phát triển chung của ngành thông tin liên lạc Điển hình là các hệthống thông tin di động Tuy là hệ thống ra đời muộn trong lịch sự ngànhthông liên lạc, nhng hệ thống thông tin di động lại có tốc độ phát triển nhanhnhất cùng với rất nhiều sự cải tiến về mặt kỹ thuật cũng nh cấu trúc của hệthống Các hệ thống di động hiện nay đã đợc phát triển từ những hệ thốnganalog 1G, 2G và hiện nay là 3G Cha dừng lại ở đó, việc nghiên cứu đang đợctiếp tục để hớng tới các thế hệ mạng di động cao hơn nh 4G và 5G

Thông tin di dộng ngày nay không đơn thuần chỉ phục vụ cho liên lạcthoại mà còn rất nhiều ứng dụng liên quan đến thu phát dữ liệu tốc độ cao(multimedia, transfer file, email, chat, video), nhằm phục vụ nhu cầu dichuyển ngày càng nhiều hơn của con ngời, phục vụ cho nhu cầu giải trí, làmviệc, học tập Việc đó đòi hỏi hệ thống di động cần đợc nâng cấp để có thể

đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng cao nhng vẫn có thể tận dụng đợc hạ tầng vốn

có từ các hệ thống đi trớc Hiện tại các hệ thống di động cũng đã cung cấp cácdịch vụ liên quan đến dữ liệu, tuy nhiên vẫn không thể cung cấp các dịch vụ

nh TV, video Thêm vào đó là sự ra đời của WiMAX, đang gây sức ép lớn lêncác hệ thống di động 3,5G bởi lẽ WiMAX đáp ứng đợc các yêu cầu đề ra của

hệ thống di động 4G Điều đáng nói ở đây là WiMAX đợc xem nh là sự mởrộng của mạng Wifi trong phạm vi rộng Để giải quyết những vấn đề trên3GPP đã đa ra tiêu chuẩn 3GPP LTE, công nghệ mạng di động 4G có thể pháttriển lên từ hạ tầng mạng UMTS(3G) hoặc HsxPA(3,5G) Trớc sự ra đời củaWiMAX IEEE 802.16e, 3GPP buộc phải phát triển 3G LTE để có thể đứngvững trên thị trờng di động

Bên cạnh đó, ngoài việc phát triển để LTE có thể trở thành công nghệ di

động hàng đầu, chiếm thị phần lớn, 3GPP đồng thời cũng nghiên cứu các kỹthuật đợc ứng dụng trong mạng lõi của hệ thống nhằm đảm bảo đợc sự pháttriển hài hòa của cà mạng lõi và mạng vô tuyến Mạng lõi có các chức năngriêng biệt và không kém phần quan trọng so với mạng vô tuyến Mạng lõi của

hệ thống LTE đợc phát triển trên nguyên tắc mới không tận dụng đợc kiến trúc

của hệ thống mạng lõi từ các thế hệ di động trớc đây do 3GPP phát triển Đểhiểu rõ hơn về hệ thống LTE cũng nh hệ thống mạng lõi SAE, chúng ta đi vàonghiên cứu qua 4 chơng của nội dung đồ án:

NGHIÊN CứU CÔNG NGHệ LTE Và SAE TRONG Hệ THốNG

THÔNG TIN DI ĐộNg 4g

Chơng 1: Tổng quan về LTE và SAE

Chơng 2: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

Chơng 3: Lớp vật lý LTE

Chơng 4: SAE

Trong quỏ trỡnh thực hiện do khả năng và thời gian cũn hạn chế nờn đồ

ỏn khụng trỏnh khỏi những thiếu sút

Tụi xin chõn thành cảm ơn Thượng tỏ, Ts.Mai Thanh Hải đó trực tiếp hướng dẫn, giỳp tụi hoàn thành đồ ỏn này

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LTE VÀ SAE

1.1 Cỏc yờu cầu chung đối với hệ thống LTE (Long term evolution) 1.1.1 Cỏc mục tiờu thiết kế

Cỏc yờu cầu đối với LTE đó được phõn chia thành 7 lĩnh vực khỏc nhau:

và theo đường xuống không thể xảy ra cùng một lúc Do đó, yêu cầu tốc độ

dữ liệu đỉnh không thể được thoả mãn đồng thời Mặt khác, đối với FDD thìcác đặc điểm kỹ thuật LTE cho phép sự thu và phát đồng thời tại các tốc độ

dữ liệu đỉnh đã xác định ở trên

Các yêu cầu về độ trễ được tách thành các yêu cầu mặt phẳngđiều khiển (control-plane) và các yêu cầu mặt phẳng sử dụng(user-plane) Cácyêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển xử lý độ trễ để nó chuyển tiếp từ cáctrạng thái đầu cuối không tích cực tới một trạng thái tích cực trong đó đầucuối di động có thể gửi và/hoặc thu dữ liệu Có hai số đo: một số đo đượcbiểu diễn bằng thời gian chuyển tiếp từ một trạng thái tạm nghỉ (a campedstate) là một trạng thái trong đó đầu cuối không biết mạng truy nhập vôtuyến, nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ ngữ cảnhđầu cuối nào và đầu cuối không có bất kỳ sự ấn định tài nguyên nào yêu cầu

là 100ms Phép đo khác được biểu diễn bằng thời gian chuyển tiếp từmột trạng thái ngủ (a dormant) là một trạng thái trong đó đầu cuối không biếtmạng truy nhập vô tuyến, tuy nhiên mạng truy nhập vô tuyến biết tế bào nào

mà đầu cuối ở trong, nhưng đầu cuối không có bất cứ tài nguyên vô tuyến nàođược ấn định yêu cầu là 50ms

Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được biểu diễn bằng thời gian nótiêu tốn để phát một gói IP nhỏ từ đầu cuối tới nút rìa RAN Thời gian truyềnmột chiều không nên vượt quá 5ms trong một mạng không tải, tức là không

có đầu cuối nào hiện diện trong tế bào

Yêu cầu phụ đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển là LTE nên hỗ trợ ítnhất 200 đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động tại 5 MHz Ởcác sự phân chia rộng hơn 5MHz, ít nhất 400 đầu cuối nên được hỗ trợ

1.1.3 Hiệu suất hệ thống

Các mục tiêu thiết kế hiệu suất hệ thống LTE là thông lượng ngườidùng, hiệu quả phổ, tính di động, vùng phủ sóng, và MBMS tăng cường Quyđịnh thông lượng người dùng LTE được xác định tại hai điểm: tính trung bình

và tại phần trăm thứ 5 của sự phân bổ người dùng ( trong đó 95% người dùng

có hiệu suất tốt hơn) Tiêu chí hiệu quả phổ cũng được xác định, hiệu quả phổđược định nghĩa như thông lượng hệ thống trên tế bào tính bằng bit/s/MHz/tếbào

Các yêu cầu di chuyển tập trung vào tốc độ các đầu cuối di chuyển.Hiệu suất tối đa là đích hướng tới tại các tốc độ đầu cuối thấp, 0_15 km/h,trong khi đó một sự giảm sút nhẹ là được phép đối với tốc độ cao Đối với tốc

độ lên tới 120 km/h, LTE nên được cung ứng hiệu suất cao và đối với tốc độcao hơn 120 km/h hệ thống nên duy trì sự kết nối qua mạng tế bào Tốc độ tối

đa để quản lý trong một hệ thống LTE đạt tới 350 km/h (hoặc thậm chí lên tới

500 km/h phụ thuộc vào băng tần )

Các yêu cầu vùng phủ sóng tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính), đó làkhoảng cách lớn nhất từ vị trí tế bào tới một đầu cuối di động trong tế bào.Yêu cầu cho các kịch bản, trường hợp giới hạn không nhiễu là để thoả mãnthông lượng người dùng, hiệu quả phổ, và các yêu cầu mức độ dichuyển cho các tế bào với phạm vi tế bào lên tới 5 km Đối với các tế bào,phạm vi tế bào lên tới 30 km, một sự suy giảm nhẹ thông lượngngười dùng được bỏ qua và một sự suy giảm đáng kể hơn về hiệu quả phổ cóthể chấp nhận được liên quan tới các yêu cầu Tuy nhiên, các yêu cầu về độ dichuyển nên được thoả mãn Các phạm vi tế bào lên tới 100 km khôngnhững không nên loại trừ bởi các đặc tính kỹ thuật mà trái lại các quy địnhhiệu suất cần được nói rõ trong trường hợp này

1.1.4 Các khía cạnh liên quan tới triển khai

Các yêu cầu liên quan tới việc triển khai gồm có các kịch bản triểnkhai, mức độ mềm dẻo phổ, sự triển khai phổ, sự tồn tại đồng thời và sự liênkết mạng cùng với các công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP khác nhau như làGSM và WCDMA/HSPA

Yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm hai trường hợp khi hệ thống LTEđược triển khai như một hệ thống độc lập và trường hợp nó được triển khaicùng với WCDMA/HSPA và / hoặc GSM Do đó, yêu cầu này không nằmtrong giới hạn thực tế chỉ tiêu thiết kế

Sự tồn tại đồng thời và sự liên kết mạng cùng với các hệ thống 3GPPkhác nhau và các yêu cầu riêng của chúng thiết lập sự yêu cầu về sự

di chuyển giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho các đầucuối di động hỗ trợ các công nghệ đó

Bảng 1.1 Các quy định thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA

Thời gian không thực (ms) Thời gian thực (ms)

Bảng 1.1 ghi các yêu cầu khoảng thời gian gián đoạn, đó là khoảng thời giandài nhất mà có thể chấp nhận trong liên kết vô tuyến khi di chuyểngiữa các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau, đối với cả các dịch vụ thờigian thực và thời gian không thực Chú ý rằng các quy định đó rất lỏng,không chặt đối với thời gian gián đoạn chuyển giao cuộc gọi và các giá trị tốthơn một cách đáng kể được mong đợi trong các triển khai thực tế

Cơ sở cho các yêu cầu về tính mềm dẻo phổ là yêu cầu đối với LTE sẽđược triển khai trong các băng tần IMT_2000 hiện nay, đưa đến sự tồn tạiđồng thời cùng với các hệ thống mà đã được triển khai trong các băng tần đó,gồm có WCDMA/HPSA hoặc GSM Một bộ phận có liên quan của các yêucầu LTE về mặt tính mềm dẻo phổ là khả năng để triển khai sự truy nhập vôtuyến cơ sở LTE theo cả sự phân chia phổ cặp lẫn sự phân chia phổ khôngtheo cặp, nghĩa là LTE nên hỗ trợ cả FDD lẫn TDD

Sơ đồ song công hay sự bố trí song công là một thuộc tính của một côngnghệ truy nhập vô tuyến Tuy nhiên, một sự phân chia phổ cho trước cũngđược kết hợp một cách đặc trưng cùng với một sơ đồ song công cụ thể Các

hệ thống FDD được triển khai theo các sự phân chia phổ cặp, có một vùng tần

số dành cho phát theo đường xuống, còn vùng kia dành cho phát theo đườnglên Các hệ thống TDD được triển khai theo các sự phân chia không theo phổcặp

Một ví dụ là phổ 2000 tại 2 GHz, đó là ‘băng lõi’

IMT-2000 Như biểu diễn trong hình 1.1, nó gồm có cặp băng tần 1920- 1980 MHz

và 2110- 2170 MHz dành cho truy nhập vô tuyến FDD cơ bản Hai băng tần

1910-2020 MHz và 2010-2025 MHz dành cho truy nhập vô tuyến TDD cơbản Chú ý rằng do sự điều chỉnh địa phương và khu vực thì việc sử dụng củaphổ IMT-2000 (International Mobile Telecommunicational-2000) có thểkhác nhau so với cái gì được biểu diễn ở đây

Hình1.1 Cấp phát phổ ‘băng lõi’ IMT cơ bản tại 2 GHz

Sự phân chia cặp đối với FDD trong hình 1.1 là 2 x 60 MHz, nhưng phổ

có thể dùng được đối với một nhà khai thác mạng đơn lẻ có thể là 2 x 20 MHzhoặc thậm chí 2 x 10 MHz Trong các băng tần khác thậm chí ít phổ hơn cóthể dùng được Hơn nữa, sự di chuyển của phổ hiện nay dùng cho các côngnghệ truy nhập vô tuyến khác nhau nhất thiết phải thực hiện từ từ để đảmbảo rằng số lượng của các phần phổ còn lại đủ để hỗ trợ nhiều ngườidùng hiện tại

Vì vậy, lượng phổ mà có thể được di chuyển theo hướng LTE lúc ban đầu

có thể tương đối nhỏ, sau đó có thể sẽ từ từ tăng lên, như đã biểu diễn tronghình 1.2 Sự thay đổi của các kịch bản phổ có thể có sẽ đưa đến một sự quyđịnh cho tính mềm dẻo phổ đối với LTE về mặt các độ rộng băng thôngtruyền dẫn được hỗ trợ

Hình 1.2 Ví dụ về LTE có thể được di chuyển từng bước vào trong một sự

cấp phát phổ cùng với một sự triển khai GSM gốc

1.1.5 Cấu trúc và sự di chuyển

Một vài nguyên tắc hướng dẫn đối với việc thiết kế cấu trúc LTE RAN được trình bày bởi 3GPP như sau:

• Một cấu trúc LTE RAN đơn lẻ nên được quy chuẩn

• Cấu trúc LTE RAN nên dựa trên nền tảng gói, mặc dù lưulượng lớp đàm thoại thời gian thực nên được hỗ trợ

• Cấu trúc LTE RAN nên giảm tới mức tối thiểu sự xuất hiện của

‘ các điểm đơn lẻ của hư hỏng’ không thêm vào chi phícho mạng đường trục

• Cấu trúc LTE RAN nên làm đơn giản hoá và tối thiểu hoá sốlượng các giao diện

• Sự tương tác lẫn nhau giữa lớp mạng vô tuyến (RNL:Radio Network Layer) và lớp mạng truyền tải (TNL:

Transport Network Layer) không nên loại trừ nếu quan tâmđến cải thiện hiệu suất của hệ thống

• Cấu trúc LTE RAN nên hỗ trợ một QoS từ đầu cuối tới đầucuối TNL nên đưa ra yêu cầu QoS phù hợp với RNL

• Cơ chế QoS cần tính đến các loại lưu lượng khác nhau cái màtồn tại để cung cấp việc sử dụng hiệu quả dải thông: lưulượng mặt bằng điều khiển, lưu lượng mặt bằng sử dụng vàlưu lượng O&M

• LTE RAN nên được thiết kế theo cách để tối thiểu hoá sự thayđổi rung pha đối với lưu lượng cần rung pha thấp như TCP/IP

1.1.6 Quản lý tài nguyên vô tuyến

Các yêu cầu quản lý tài nguyên vô tuyến được chia thành hỗ trợ tăngcường cho QoS đầu cuối-tới-đầu cuối, hỗ trợ có hiệu quả cho sự truyền dẫncủa các lớp cao hơn, hỗ trợ về phân chia tải và quản lý chiến lược qua cáccông nghệ truy nhập vô tuyến

Hỗ trợ nâng cao cho QoS đầu-tới-đầu yêu cầu cải thiện thích ứng vềdịch vụ, các yêu cầu ứng dụng và giao thức (gồm có báo hiệu lớp cao hơn)cho các tài nguyên RAN và các đặc tính vô tuyến

Hỗ trợ hiệu quả cho việc truyền dẫn của các lớp cao hơn yêu cầu LTERAN nên ‘đưa ra các cơ chế để hỗ trợ việc truyền dẫn và sự làm việc có hiệuquả của các giao thức lớp cao hơn trên giao diện vô tuyến, như là nén màođầu IP

Hỗ trợ về sự phân chia tải và quản lý chiến lược qua các công nghệ truynhập vô tuyến khác nhau đòi hỏi sự cân nhắc về các cơ chế tái lựa chọn đểhướng các đầu cuối di động tới các công nghệ truy nhập vô tuyến thích hợpcũng như hỗ trợ cho QoS đầu cuối-tới-đầu cuối trong khi chuyển giao cuộcgọi giữa các công nghệ truy nhập

1.1.7 Mức độ phức tạp

Các yêu độ phức tạp nói về sự phức tạp của toàn bộ hệ thống cũngnhư sự phức tạp của đầu cuối di động Về cơ bản, các quy định này dẫn đếnrằng số lượng các tuỳ chọn nên được tối thiểu hoá cùng với các điểm đặctrưng không cần thiết Điều này cũng dẫn tới tối thiểu hoá số lượng cáctrường hợp kiểm tra cần thiết

1.1.8 Các khía cạnh chung

Các yêu chung bao chùm phần này đối với LTE chú tâm vào các khíacạnh liên quan tới chi phí và dịch vụ Rõ ràng, mong muốn giảm thiểu chi phítrong khi duy trì hiệu suất mong muốn đối với tất cả các dịch vụ được hìnhdung ra Chi phí được tập trung vào đường trục, sự vận hành và bảo dưỡng

Do đó, không chỉ giao diện vô tuyến mà còn sự truyền tải tới các vị trí trạmgốc và hệ thống quản lý nên được chú ý bởi LTE Một quy định rõ về cácgiao diện nhiều nhà cung cấp cũng nằm trong các loại quy định này

Hơn nữa, các đầu cuối không phức tạp và công suất thấp được quy định

1.2 Các yêu cầu chung đối với SAE (System architecture evolution)

Mục tiêu đặt ra đối với SAE cũng được chia thành các phần sau:

• Các lĩnh vực hoạt động và người sử dụng ở mức độ cao

• Dung lượng cơ bản

• Đa truy nhập và di chuyển không giới hạn

• Khía cạnh giao diện con người – máy

• Các yêu cầu về hiệu suất đối với sự phát triển của hệ thống 3GPP

• Bảo mật và tính riêng tư

• Tính cước

Mặc dù các yêu cầu của SAE rất nhiều và phân chia vào subgroups ởtrên, các yêu cầu của SAE chủ yếu là không liên quan đến phần vô tuyến Vì

vậy, ta sẽ tóm tắt các yêu cầu quan trọng nhất của SAE có tác động tới phầntruy cập vô tuyến hoặc là kiến trúc của SAE.

Hệ thống SAE cần phải có khả năng để vận hành nhiều hơn so vớimạng truy nhập vô tuyến LTE và cần phải có những chức năng lưu động chophép một thiết bị đầu cuối di động di chuyển giữa những hệ thống truy nhập

vô tuyến khác nhau Thật ra, những yêu cầu không làm hạn chế tính lưu độnggiữa những mạng truy nhập rnhưng, nhưng mở ra về sự lưu động tới mạngtruy nhập cố định Những mạng truy nhập không cần phải được phát triển bởi3GPP, những mạng truy nhập khác không phải 3GPP cần phải cũng đượcxem xét

Như thường lệ trong 3GPP, chuyển vùng là yêu cầu rất lớn đối vớiSAE, bao gồm cả chuyển vùng đến và chuyển vùng đi sang các mạng SAEkhác Hơn thế nữa sự tương tác giữa dịch vụ chuyển mạch gói và dịch vụchuyển mạch kênh cũng được yêu cầu Tuy nhiên nó không yêu cầu việc hỗtrợ chuyển mạch kênh từ các thành phần chuyển mạch kênh của các mạngkhác

Tất nhiên là SAE hỗ trợ các dịch vụ truyền thống như là thoại, video,tin nhắn và truyền file dữl iệu , thêm vào đó là các dịch vụ multicast vàbroadcast Thực tế, với các yêu cầu để hỗ trợ việc kết nối giữa IPv4 và IPv6gồm có việc di chuyển giữa các mạng truy nhập hỗ trợ các phiên bản IP khácnhau cũng như liên lạc giữa các thiết bị đầu cuối sử dụng phiên bản khácnhau, bất kỳ dịch vụ nào dựa trên IP cũng sẽ được hỗ trợ mặc dù có lẽ khôngcùng với việc tối ưu hóa chất lượng dịchvụ

Hệ thống SAE cần phải cung cấp các cơ chế bảo mật cao cấp cái màtương đương hoặc tốt hơn so với mức bảo mật của 3GPP choWCDMA/HSPA và GSM Điều này có nghĩa là bảo vệ chống lại mối đe dọa

và tấn công bao gồm cả thứ hiện có trên Internet sẽ là một phần của SAE

Hơn nữa, hệ thống SAE sẽ cung cấp thông tin nhận thực giữa các thiết bị diđộng và mạng, nhưng đồng thời cũng cho phép ngăn chặn hợp pháp về lưulượng.

Hệ thống SAE có yêu cầu cao về sự riêng tư người sử dụng Một vàicấp độ đã được cung cấp Ví dụ như bảo mật thông tin liên lạc, riêng tư về vịtrí Vì vậy, hệ thống cơ sở cúa SAE sẽ ẩn đi sự nhận dạng về người sử dụng

từ bên thứ ba không hợp pháp, bảo vệ nội dung, nguồn gốc và đích đến củamột kênh liên lạc từ các đối tượng không hợp pháp và phát hiện vị trí củangười sử dụng từ đối tượng không hợp pháp

Một số mô hình tính phí, bao gồm cả bên gọi trả tiền, tỷ lệ cố định, vàtính phí dựa trên trên QoS được yêu cầu để được hỗ trợ trong SAE Khía cạnhtính cước thỉnh thoáng có thể thấy trong mạng truy nhập vô tuyến, đặc biệt lànhững mô hình được tính phí dựa trên gửi QoS hoặc gửi dữ liệu khối tin Tuynhiên, hầu hết các chương trình tính phí chỉ có thể thấy thông tin trong cácmạng lõi

Chương 2 CÁC KỸ THUẬT SỦ DỤNG TRONG LTE 2.1 Truy nhập vô tuyến LTE

2.1.1 Các sơ đồ truyền dẫn: OFDM đường xuống và SC-FDMA đường lên.

Sơ đồ truyền dẫn đường xuống dựa trên cơ sở OFDM (OrthogolnalFrequency-Division Mtilplexing) Do thời gian symbol OFDM tương đối dàikết hợp với một tiếp đầu tuần hoàn CP (CP:Cycle Prefix), OFDM có sức chịuđựng cao về mặt chống lại độ chọn lọc tần số kênh Mặc dù sự sai lạc tín hiệu

do một kênh chọn lọc theo tần số về nguyên lý có thể được xử lý bằng cáchsan bằng ở bên thu, sự phức tạp của việc san bằng bắt đầu trở nên không hấpdẫn để thực thi trong một thiết bị đầu cuối di động tại các độ rộng băng trên5MHz Vì vậy, OFDM cùng với sức chịu đựng vốn có của nó đối với phađinh chọn lọc theo tần số đã được áp dụng cho đường xuống, đặc biệt là khiđược kết hợp cùng với sự ghép không gian

 Các lợi ích khi dùng OFDM gồm có:

• OFDM cung cấp sự truy nhập tới miền tần số, theo cách đó chophép thêm độ tự do cho bộ lập lịch + - phụ thuộc kênh so với HSPA

• Các sự phân chia dải thông mềm dẻo được hỗ trợ một cách dễdàng bởi OFDM, bằng cách biến đổi số lượng các sóng mang con OFDMđược sử dụng cho truyền dẫn Tuy nhiên, chú ý rằng sự hỗ trợ về các sự phânchia nhiều phổ cũng đòi hỏi việc lọc RF (Radio Frequency) mềm dẻo, đó là

việc làm mà không phù hợp cho sơ đồ truyền dẫn chính xác Tuy nhiên nó lạicho phép duy trì cấu trúc xử lý băng gốc giống nhau, không quan tâm độ rộngcủa băng thông, làm đơn giản việc thực thi đầu cuối.

• Sự truyền dẫn quảng bá/đa trạm trong đó các thông tin giống nhauđược phát từ nhiều trạm gốc, được thực hiện dễ dàng nhờ OFDM

Đối với đường lên LTE, sự truyền dẫn đơn sóng mang dựa trên cơ sởOFDM trải DFT (Discrete Fourier Transform) (DFTS-OFDM) được sử dụng.Việc sử dụng sự điều chế đơn sóng mang trong đường lên được thúc đẩy nhờ

tỷ số đỉnh trên trung bình của tín hiệu được truyền thấp hơn so với việc truyềndẫn đa sóng mang như là OFDM Tỷ số đỉnh–trung bình của tín hiệu đượcphát nhỏ hơn sẽ có thể cho công suất truyền dẫn trung bình cao hơn đối vớimột bộ khuếch đại cho trước Vì vậy, sự truyền dẫn đơn sóng mang cho phép

sử dụng bộ khuếch đại công suất hiệu quả hơn, điều này tương đương vớivùng phủ sóng tăng Điều này đặc biệt quan trọng đối với đầu cuối bị giới hạncông suất

Ngược lại, đối với đường lên WCDMA/HSPA cũng dựa vào sự truyềndẫn đơn sóng mang nhưng không trực giao, trong khi đó đường lên của LTEdựa trên cơ sở phân tách trực giao những người sử dụng về thời gian và tần

số Sự phân tách người dùng trực giao có ích trong nhiều trường hợp vì nóngăn ngừa nhiễu nội tế bào Tuy nhiên, sự cấp phát một tài nguyên dải thôngtức thời rất lớn cho một người dùng đơn lẻ là một chiến lược không hiệu quả

ở các trường hợp mà trong đó tốc độ dữ liệu chủ yếu bị giới hạn bởi công suấttruyền hơn là dải thông Trong hoàn cảnh như thế, một đầu cuối chỉ được cấpphát một phần của tổng dải thông truyền dẫn và các đầu cuối khác có thể phátsong song trên phần còn lại của phổ Theo cách đó, đường lên LTE này baogồm thành phần đa truy nhập miền tần số, kế hoạch truyền dẫn đường lên

LTE đôi khi cũng được gọi là FDMA đơn sóng mang (SC-FDMA: SingleCarrier-FDMA).

2.1.2 Sự lập lịch phụ thuộc kênh và sự thích nghi tốc độ

Điểm chủ yếu của sơ đồ truyền dẫn LTE là việc sử dụng truyền dẫnkênh chia sẻ, trong đó nguồn tài nguyên thời gian-tần số được chia sẻ mộtcách động giữa những người sử dụng Việc sử dụng truyền dẫn kênh chia sẻthích ứng tốt với các yêu cầu nguồn tài nguyên thay đổi một cách nhanhchóng đã được đề ra bởi dữ liệu gói và cũng cho phép một vài công nghệ thenchốt khác được sử dụng bởi LTE

Trong mỗi khoảng thời gian ngắn, bộ lập lịch điều khiển để ấn địnhnhững người dùng các tài nguyên được chia sẻ này Nó cũng quyết định tốc

độ dữ liệu được dùng cho mỗi liên kết, tức là sự thích nghi tốc độ và có thểđược xem như một phần của bộ lập lịch này

Bộ lập lịch là một phần tử chủ chốt và quyết định lớn đến hiệu suấttoàn bộ đường xuống, đặc biệt là trong một mạng tải mức cao Sự tăng đáng

kể dung lượng hệ thống có thể đạt được nếu các điều kiện về kênh được đưavào tính toán trong quyết định lập lịch, nên được gọi là sự lập lịch phụ thuộckênh (Channel-Dependent-Scheduling) Điều này đã được khai thác trongHSPA, nơi mà bộ lập lịch đường xuống này phát tới một người dùng khi cácđiều kiện kênh thuận lợi để tối đa hoá tốc độ dữ liệu, và ở phạm vi nào đócũng có khả năng thực hiện đối với đường lên được nâng cao

Hình 2.1 Lập lịch trình phụ thuộc kênh đường xuống trong miền thời

gian và tần số

Tuy nhiên, thêm vào miền thời gian này LTE cũng có cả truy nhập tớimiền tần số, nhờ có sử dụng OFDM trong đường xuống và DFTS – OFDMtrong đường lên Cho nên, với mỗi miền tần số, bộ lập lịch có thể lựa chọnngười dùng cùng với các điều kiện kênh tốt nhất Nói cách khác, việc lập lịchtrong LTE không chỉ có thể đưa các sự biến đổi kênh vào tính toán ở miềnthời gian như HSPA mà còn trong cả miền tần số Điều này được minh hoạtrong hình 2.1

Khả năng đối với việc lập lịch phụ thuộc kênh ở miền tần số là có íchnhất tại các tốc độ đầu cuối thấp, nói cách khác khi kênh này đang thay đổimột cách chậm chạp theo thời gian Việc lập lịch phụ thuộc kênh dựa vào các

sự biến đổi chất lượng kênh giữa những người dùng để đạt được lợi ích vềdung lượng hệ thống Đối với các dịch vụ nhạy với trễ, một bộ lập lịch miềnthời gian duy nhất có thể bị bắt buộc để lập một người dùng cụ thể, bất chấpchất lượng kênh đang tại đỉnh của nó hay không Trong hoàn cảnh như vậy,việc lợi dụng các sự biến đổi chất lượng kênh cả trong miền tần số sẽ giúp cải

thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống Đối với LTE, các quyết định lập lịch cóthể được thực hiện mỗi 1ms một lần và trong miền tần số là 180 kHz Điềunày cũng cho phép các sự biến đổi kênh tương đối nhanh được theo dõi nhờ

bộ lập lịch này

• Lập lịch đường xuống

Ở đường xuống, mỗi đầu cuối thông báo một sự đánh giá về chấtlượng kênh tức thời tới trạm gốc Các đánh giá này thu được nhờ phép đo dựavào một tín hiệu chuẩn được phát bởi trạm gốc và cũng được dùng cho cácmục đích điều chế Dựa vào đánh giá chất lượng kênh, bộ lập lịch đườngxuống có thể ấn định các nguồn tài nguyên cho những người sử dụng, đưa cácchất lượng kênh vào trong tính toán Về nguyên lý, một đầu cuối được lậplịch có thể được ấn định một tập bất kỳ của các khối tài nguyên rộng 180 kHztrong mỗi khoảng thời gian lập lịch 1ms

• Lập lịch đường lên

Đường lên LTE được dựa vào sự phân tách trực giao của nhữngngười sử dụng và nó làm nhiệm vụ của bộ lập lịch đường lên để ấn định cáctài nguyên trong cả miền thời gian lẫn miền tần số (kết hợp TDMA vàFDMA) cho những người dùng khác nhau Các quyết định lập lịch được đưa

ra một lần cho mỗi ms để điều khiển các đầu cuối di động mà được phép phátbên trong một tế bào trong một khoảng thời gian đã cho về những tài nguyêntần số truyền dẫn sẽ thực hiện và những tốc độ dữ liệu đường lên (dạng truyềntải) mà sử dụng Chú ý rằng chỉ một miền tần số kề nhau được ấn định chocác đầu cuối di động trong đường lên như là hệ quả của việc dùng truyền dẫnđơn sóng mang trên đường xuống LTE

Các điều kiện kênh có thể được đưa vào trong tính toán trong quátrình xử lý lập lịch đường lên giống như việc lập lịch cho đường xuống Tuynhiên, thông tin thu được về các điều kiện kênh đường lên này là một nhiệm

vụ không phải không quan trọng Vì vậy, các phương pháp khác nhau để đạtđược sự phân tập đường lên là điều quan trọng như một sự bổ xung trong cáchoàn cảnh mà sự lập lịch phụ thuộc kênh không được sử dụng.

• Sự lập toạ độ nhiễu liên tế bào

LTE cung cấp tính trực giao giữa những người sử dụng bên trongmột tế bào trong cả đường xuống lẫn đường lên Vì vậy, hiệu suất LTE về mặthiệu quả phổ và tốc độ dữ liệu đã dùng bị hạn chế hơn bởi nhiễu từ các tế bàokhác (nhiễu liên tế bào) so với WCDMA/HSPA Do đó, các phương pháp đểgiảm hoặc kiểm soát nhiễu liên tế bào có thể cung cấp lợi ích đáng kể về hiệusuất LTE, nhất là về mặt dịch vụ (các tốc độ dữ liệu, v v ) để có thể đượccung cấp cho nhiều người dùng ở mép tế bào đó

Sự lập toạ độ nhiễu liên tế bào là một chiến lược lập lịch trong đócác tốc độ dữ liệu rìa tế bào được tăng nhờ việc đưa nhiễu liên tế bào vàotrong tính toán Về cơ bản, sự lập toạ độ nhiễu liên tế bào đưa các sự hạn chế(miền tần số) nào đó tới các bộ lập lịch đường lên và đường xuống trong một

tế bào để kiểm soát nhiễu liên tế bào Nhờ khống chế công suất truyền dẫncủa các thành phần của phổ trong một tế bào, nhiễu ở các tế bào láng giềnggặp trong thành phần của phổ này sẽ được giảm Thành phần của phổ này sau

đó có thể được dùng để cung cấp các tốc độ dữ liệu cao hơn cho nhiều người

sử dụng trong tế bào láng giềng Về bản chất, hệ số dùng lại tần số là khácnhau trong các phần khác nhau của tế bào (hình 2.2)

Hình 2.2 Ví dụ về sự lập toạ độ nhiễu liên cell nơi mà phổ bị hạn chế về

mặt công suất truyền

2.1.3 ARQ lai cùng với sự kết hợp mềm

ARQ lai nhanh kết hợp mềm được sử dụng trong LTE với các lý do rấtgiống như trong HSPA, cụ thể là để cho phép đầu cuối yêu cầu truyền lại mộtcách nhanh chóng các khối truyền tải thu được bị nhầm và cung cấp một công

cụ cho sự thích nghi tốc độ ngầm Giao thức cơ bản cũng giống với cái đã

dùng đối với HSPA- nhiều quá trình xử lý ARQ lai dừng và đợi song song.Những sự truyền lại có thể được yêu cầu nhanh chóng sau sự truyền mỗi gói

Độ dư thừa tăng lên được dùng như chiến lược kết hợp mềm và các bộ đệmcác bit mềm máy thu có thể thực hiện sự kết hợp mềm giữa các lần thử

2.1.4 Hỗ trợ nhiều anten

LTE đã hỗ trợ nhiều anten tại cả ở trạm gốc lẫn đầu cuối như một bộphận không thể thiếu của đặc tính kỹ thuật Về nhiều khía cạnh việc sử dụngnhiều anten là kỹ thuật chủ yếu để đạt được các mục đích hiệu suất LTE lớn.Nhiều anten có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau cho các mục đíchkhác nhau:

• Nhiều anten thu có thể được dùng cho phân tập thu Đối với các sựtruyền dẫn đường lên, cái này đã được sử dụng trong nhiều hệ thống tế bàocho nhiều năm Tuy nhiên, hai anten thu là chuẩn cho tất cả các đầu cuốiLTE, hiệu suất đường xuống cũng được cải thiện Cách đơn giản nhất củaviệc sử dụng nhiều anten thu là sự phân tập thu cổ điển để triệt phađing,nhưng các độ tăng ích thêm vào có thể đạt được trong kịch bản hạn chế nhiễunếu các anten cũng được dùng không chỉ cung cấp sự phân tập chống phađinh mà còn để khử nhiễu.

• Nhiều anten phát tại trạm gốc có thể dùng cho phân tập phát và các loạikhác về tạo chùm (beam-forming) Mục đích chính của tạo chùm là cải thiện

tỉ số SNR và/hoặc SIR thu được, cuối cùng là cải thiện dung lượng hệ thống

và vùng phủ sóng

• Ghép không gian (Spatial Multiplexing), đôi khi được gọi là MIMO, sửdụng nhiều anten ở cả máy phát lẫn máy thu được hỗ trợ bởi LTE Ghépkhông gian dẫn đến kết quả tốc độ dữ liệu được tăng, sự cho phép các điềukiện về kênh, trong các trường hợp bị giới hạn dải thông bởi việc tạo một vàikênh song song

Nhìn chung, các kỹ thuật nhiều anten khác nhau là có ích trong cáctrường hợp khác nhau Ví dụ, tại SNR và SIR tương đối thấp như là tải caohoặc tại rìa tế bào thì việc ghép không gian cho các lợi ích tương đối hạn chế.Trong các trường hợp như thế nhiều anten tại bên máy phát nên được dùng đểtăng SNR/SIR nhờ các phương pháp của tạo chùm Mặt khác, trong cáctrường hợp mà đã có một SNR và SIR tương đối cao, ví dụ trong các cell nhỏ,việc tăng chất lượng tín hiệu hơn nữa cung cấp các lợi ích tương đối nhỏ vìcác tốc độ dữ liệu có thể đạt được bị giới hạn bởi dải thông là chính hơn là bịgiới hạn bởi SIR/SNR Trong các trường hợp như thế, ghép không gian nênđược dùng để khai thác đầy đủ các điều kiện kênh tốt Sơ đồ nhiều anten đã

dùng được điều khiển bởi trạm gốc, do vậy có thể chọn một sơ đồ phù hợpcho mỗi sự truyền dẫn.

2.1.5 Hỗ trợ phát đa trạm và quảng bá

Quảng bá nhiều tế bào đưa đến sự truyền dẫn của các thông tin giốngnhau từ nhiều tế bào Bằng cách khai thác điều này tại đầu cuối, việc sử dụngmột cách hiệu quả công suất tín hiệu từ nhiều vị trí tế bào lúc dò tìm có thểđạt được một sự cải thiện đáng kể về mức độ phủ sóng (hoặc các tốc độ quảng

bá cao hơn) Điều này đã được khai thác trong WCDMA, trong đó, ở trườnghợp quảng bá/đa trạm nhiều tế bào, một đầu cuối di động có thể thu các tínhiệu từ nhiều tế bào và kết hợp mềm một cách tích cực bên trong máy thu

LTE thực hiện điều này một bước xa hơn để cung cấp sự quảng bánhiều tế bào hiệu quả cao Bằng cách truyền không chỉ các tín hiệu giốngnhau từ nhiều vị trí tế bào (với mã và sự điều chế giống nhau), mà còn đồng

bộ hoá thời gian truyền giữa các tế bào, tín hiệu tại các đầu cuối di động sẽhiện diện đúng như một tín hiệu được phát đi từ một vị trí tế bào đơn lẻ và lệthuộc vào đường truyền đa đường Do sức chịu đựng của OFDM đối vớiđường truyền đa đường nên sự truyền dẫn nhiều tế bào như vậy cũng được gọi

là mạng một tần số đa trạm-quảng bá (MBSFN: Multicast-Broadcast

Single-Frequency Network) (điều này cũng được gọi là mạng tần số đơn (SFN:Single Frequency Network) mặc dù trong 3GPP sự viết tắt MBFSN đượcdùng vì SFN là sự viết tắt của System Frame Number), sau đó sẽ không chỉcải thiện cường độ tín hiệu thu, mà còn loại trừ nhiễu liên tế bào Vì vậy, cùngvới OFDM, năng suất quảng bá/đa trạm nhiều tế bào cuối cùng còn bị hạn chếduy nhất bởi tạp âm và trong trường hợp các tế bào nhỏ thì hiệu suất có thểđạt cực cao Nên chú ý rằng việc sử dụng truyền dẫn MBSFN cho quảngbá/đa trạm phải đảm bảo sự đồng bộ khắt khe và sự đồng chỉnh thời gian củacác tín hiệu được phát từ các vị trí tế bào khác nhau

2.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE

Tương tự với WCDMA/HSPA, cũng như tất cả các hệ thống thông tinhiện đại khác, quá trình xử lý đối với LTE được kết cấu thành các lớp giaothức khác nhau Mặc dù một vài lớp tương tự với những cái đã dùng trongWCDMA/HSPA, nhưng cũng có một vài sự khác biệt, ví dụ do các sự khácnhau trong cấu trúc toàn thể giữa WCDMA/HSPA và LTE Phần này baogồm sự diễn tả về:

• Các lớp mạng phía trên lớp vật lý

• Sự tác động lẫn nhau của chúng

• Giao diện với lớp vật lý

Trong phần này chỉ nói tới kiến trúc truy nhập vô tuyến LTE gồm cómột nốt đơn–eNodeB (Evolved-Universal Terrestrial Radio Access NodeB)

Tổng quát chung về cấu trúc giao thức LTE đối với đường xuống đượcminh hoạ trong hình 2.3 Nhưng không phải tất cả các thực thể đã minh hoạtrong hình 2.3 có thể ứng dụng ở tất cả các hoàn cảnh Ví dụ, không phải sựlập lịch trình MAC mà cũng không phải ARQ lai cùng với sự kết hợp mềmđược sử dụng cho quảng bá về thông tin hệ thống Hơn nữa, cấu trúc giaothức LTE liên quan tới các sự truyền dẫn theo đường lên là tương tự với cấutrúc đường xuống trong hình 2.3, mặc dù có các sự khác nhau về việc lựachọn dạng truyền tải và sự truyền dẫn nhiều anten như sẽ được thảo luận

Hình 2.3 Cấu trúc giao thức LTE (đường xuống)

Dữ liệu được truyền theo đường xuống được tiến hành dưới dạng cácgói IP dựa vào một trong các dịch vụ mang SAE (SAE: System ArchitectureEvolution) Trước khi truyền dẫn qua giao diện vô tuyến, các gói IP đến đượccho qua nhiều thực thể giao thức mạng được diễn tả chi tiết hơn trong cácphần sau đây:

• Giao thức hội tụ dữ liệu gói PDCP ( PDCP: Paket Data Convergence

Protocol) thực hiện việc nén mào đầu IP để giảm số lượng bít cần thiết đểphát trên giao diện vô tuyến Cơ chế nén mào đầu dựa trên cơ sở sự nén màođầu mạnh ROHC (Robust Header Compression) - một thuật toán nén mào đầu

được tiêu chuẩn hoá đã dùng trong WCDMA cũng như một vài các tiêu chuẩnthông tin di động khác PDCP cũng có trách nhiệm mã mật và bảo vệ nguyênvẹn về dữ liệu được phát Tại bên thu, giao thức PDCP thực hiện giải mã mật

và các hoạt động giải nén tương ứng

• Điều khiển liên kết vô tuyến RLC (RLC: Radio Link Control) có trách

nhiệm phân đoạn/ móc nối, xử lý truyền lại và phân phát theo chuỗi nối tiếptới các lớp cao hơn Khác với WCDMA, giao thức RLC được đặt trongeNodeB đó chỉ là một loại nút đơn lẻ trong cấu trúc mạng truy nhập vô tuyếnLTE RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dưới dạng các dịch vụ mang vôtuyến Có một thực thể RLC cho mỗi dịch vụ mang vô tuyến đã thiết lập cấuhình cho một đầu cuối

• Điều khiển truy nhập môi trường MAC (MAC: Medium Access

Control) điều khiển các sự truyền lại ARQ lai và lập lịch đường lên và đườngxuống Chức năng lập lịch được đặt trong eNodeB, cái mà có một thực thểMAC cho mỗi tế bào đối với cả đường lên và đường xuống Thành phần giaothức ARQ lai được hiện diện trong cả ở đầu phát lẫn thu của giao thức MAC.MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic

• Lớp vật lý PHY (PHY: Physical Layer) xử lý việc mã hoá/giải mã, điều

chế/ giải điều chế, sự ánh xạ nhiều anten, và các chức năng lớp vật lý điểnhình khác Lớp vật lý cung cấp các dịch vụ cho lớp MAC dưới dạng các kênhtruyền tải

2.2.1 Điều khiển liên kết vô tuyến RLC

RLC LTE tương tự với WCDMA/HSPA chịu trách nhiệm về phân chiađoạn (nén mào đầu) các gói IP cũng được biết đến như là RLC-SDUs (SDU-Service Data Unit ) từ PDCP thành cách đơn vị nhỏ hơn RLC- PDUs (PDU-

Protocol Data Unit) Với chú ý là thực thể dữ liệu từ/tới một lớp giao thức caohơn được biết đến như một SDU và thực thể tương ứng tới/từ một lớp giaothức thấp hơn biểu thị PDU Nó cũng xử lý việc truyền lại của các PDUs bịthu sai, cũng như việc xoá bỏ bản sao và móc nối các PDUs thu được Cuốicùng, RLC đảm bảo phân phát nối tiếp các SDUs cho các lớp phía trên.

Cơ chế truyền lại RLC chịu trách nhiệm cho sự phân phát không bị lỗicủa dữ liệu cho các lớp trên Để làm điều này, một giao thức truyền lại hoạtđộng giữa các thực thể RLC trong máy thu và máy phát Bằng cách giám sátchuỗi các chữ số đi vào, RLC thu có thể nhận ra các PDUs bị lỗi Các thôngbáo trạng thái được quay trở lại RLC phát, yêu cầu truyền lại các PDUs bị lỗi.Dựa vào thông báo các trạng thái thu được, thực thể RLC ở máy phát có thểđưa ra hành động phù hợp và truyền lại PDUs lỗi nếu được yêu cầu

Khi RLC được định cấu hình để yêu cầu các sự truyền lại các PDUs lỗi

như đã trình bày ở trên, nó được nói là hoạt động trong chế độ báo nhận (AM: Acknowledged Mode) Điều này tương tự với cơ chế tương ứng đã dùng trong

WCDMA/HSPA AM được dùng điển hình trong các dịch vụ TCP(Transmission Control Protocol) cơ bản như truyền file trong đó việc phânphát dữ liệu không bị lỗi là điều quan trọng hàng đầu

Tương tự với WCDMA/HSPA, RLC cũng có thể được định cấu hình

theo chế độ không báo nhận (UM: Unacknowledged Mode) và chế độ trong suốt (TM: Transparent Mode) Trong UM, sự phân phát nối tiếp tới các lớp

cao hơn được cung cấp nhưng không truyền lại các PDUs lỗi được yêu cầu

UM được dùng điển hình cho các dịch vụ như VoIP, trong đó sự phân phátkhông bị lỗi là ít quan trọng đối với thời gian phân phát ngắn TM, mặc dù đã

hỗ trợ song chỉ dùng cho các mục đích đặc biệt như truy nhập ngẫu nhiên

Hình 2.4 Phân đoạn và nối ghép RLC

Mặc dù RLC có thể xử lý các lỗi truyền dẫn do tạp âm, các sự biến đổikênh không được dự đoán trước, trong tất cả các trường hợp này được xử lýbởi giao thức ARQ lai MAC cơ bản Do đó việc dùng cơ chế truyền lại trongRLC có thể xem như không cần thiết Tuy nhiên, sẽ dùng các cơ chế truyềnlại trong cả RLC và MAC cơ bản do có các sự khác nhau về báo hiệu phảnhồi

Cùng với sự thêm vào việc xử lý truyền lại và phân phát nối tiếp, RLCcũng đảm nhiệm sự phân đoạn và móc nối như được minh hoạ trong hình 1.8.Phụ thuộc vào quyết định bộ lập thì một số lượng nào đó của dữ liệu được lựachọn cho việc truyền dẫn từ bộ đệm RLC SDU, còn SDUs được phânđoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU Vì vậy, đối với LTE thì kích thướcRLC PDU biến đổi một cách động Đối với các tốc độ dữ liệu cao, một kíchthước PDU lớn dẫn đến mào đầu nhỏ hơn tương đối Trong khi đó đối với cáctốc độ dữ liệu thấp, một kích thước PDU nhỏ được yêu cầu nếu không thì tảitrọng có thể quá lớn Vì các tốc độ dữ liệu LTE có thể từ vài kbit/s đến trênmột trăm Mbit/s nên các kích thước PDU động được áp dụng cho LTE Do tất

cả RLC, bộ lập và các cơ chế thích nghi tốc độ được đặt trong eNodeB nêncác kích thước PDU động được hỗ trợ một cách dễ dàng đối với LTE

2.2.2 Điều khiển truy nhập môi trường MAC

Lớp MAC xử lý việc ghép kênh logic, truyền lại ARQ lai, và lập lịchđường lên và đường xuống Trái ngược với HSPA, cái mà dùng phân tậpmacro đường lên và vì vậy định rõ cả tế bào phục vụ lẫn tế bào không phục

vụ trong khi LTE chỉ định rõ một tế bào phục vụ vì không có phân tập macrođường lên Tế bào phục vụ là tế bào mà đầu cuối di động được kết nối tới và

là tế bào mà chịu trách nhiệm cho việc lập lịch và sự hoạt động ARQ lai

2.2.2.1 Các kênh logic và các kênh truyền tải

MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic Mộtkênh logic được xác định nhờ vào loại thông tin mà nó mang và đã được phânloại thành các kênh điều khiển được dùng cho việc truyền dẫn điều khiển vàcác thông tin về tổ chức cần thiết cho một hệ thống LTE hoạt động và cáckênh lưu lượng dùng cho dữ liệu người dùng

 Tập các loại kênh logic đã chỉ định cho LTE bao gồm:

1 Kênh điều khiển quảng bá (BCCH: Broadcast Control Channel)

dùng cho sự truyền dẫn các thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất cảcác đầu cuối di động trong tế bào Trước khi truy nhập hệ thống, một đầu cuối

di động cần đọc thông tin được truyền trên kênh này để tìm hiểu hệ thống nàyđược định cấu hình như thế nào ví dụ như dải thông của hệ thống

2 Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH: Paging Control Channel) dùng để

tìm gọi các đầu cuối di động mà vị trí của nó trên cấp độ tế bào không đượcnhận biết về mạng và vì thế thông báo tìm gọi cần được truyền cho nhiều tếbào

3 Kênh điều khiển dành riêng (DCCH: Dedicated Control Channel)

dùng để truyền thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động Kênh nàyđược dùng để định cấu hình riêng của đầu cuối di động như là các thông báochuyển giao cuộc gọi khác nhau

4 Kênh điều khiển đa trạm (MCCH: Multicast Control channel) dùng

cho sự truyền dẫn thông tin điều khiển cần thiết cho việc thu của MTC

5 Kênh lưu lượng dành riêng (DTCH: Dedicated Traffic Channel) sử

dụng cho việc truyền dẫn dữ liệu người dùng từ/tới một đầu cuối di động Đây

là loại kênh logic được dùng để truyền dẫn cho tất cả dữ liệu người dùngđường lên và dữ liệu người dùng đường xuống mà không phải là MBMS(Multimedia Broadcast/Multicast Service)

6 Kênh lưu lượng đa trạm (MTCH: Multicast Traffic Channel) được

dùng cho truyền dẫn đường xuống của các dịch vụ MBMS

Một cấu trúc kênh logic tương tự được dùng cho WCDMA/HSPA Tuynhiên, so với WCDMA/HSPA, cấu trúc kênh logic LTE này có phần đượcđơn giản, cùng với việc giảm số lượng các loại kênh logic

Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng các dịch vụ dưới dạng các kênh truyềntải Một kênh truyền tải được định nghĩa bởi các đặc tính về thông tin đượctruyền qua giao diện vô tuyến Dữ liệu trên một kênh truyền tải được sắp xếpthành các khối truyền tải Trong mỗi khoảng thời gian truyền TTI (TTI:Transmission Time Interval), tối đa có một khối truyền tải có kích thước nào

đó được truyền qua giao diện vô tuyến khi không có sự ghép không gian Nếu

có ghép không gian (‘MIMO’) có thể lên tới hai khối truyền tải cho mỗi TTI

Được kết hợp cùng với mỗi khối truyền tải là một dạng truyền tải (TF:Transport Format) định rõ khối truyền tải như thế nào sẽ được truyền qua giaodiện vô tuyến Dạng truyền tải chứa thông tin về kích thước khối truyền tải,

sơ đồ điều chế, và ánh xạ anten Cùng với sự ấn định tài nguyên, kết quả tốc

độ mã có thể được suy ra từ dạng truyền tải TF Nhờ sự biến đổi các dạngtruyền tải, lớp MAC có thể thu được các tốc độ dữ liệu khác nhau Vì vậy,

điều khiển tốc độ cũng được biết đến như là sự lựa chọn dạng truyền tải.

 Tập các loại kênh truyền tải đã chỉ định cho LTE gồm có:

1 Kênh quảng bá (BCH: Broadcast Channel) có một dạng truyền tải

cố định, được cung cấp bởi các đặc điểm kỹ thuật Nó được dùng để truyềndẫn thông tin trên kênh logic BCCH

2 Kênh tìm gọi (PCH: Paging channel) được dùng để truyền thông tin

tìm gọi trên kênh logic PCCH PCH hỗ trợ sự thu gián đoạn DRX (DRX:Discontinuous Reception) cho phép đầu cuối di động tiết kiệm nguồn pin nhờvào chế độ ngủ và thức dậy để thu PCH này chỉ ở các thời điểm đã xác địnhtrước

3 Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH: Downlink Shared Channel) là

kênh truyền tải được dùng cho việc truyền dẫn dữ liệu đường xuống trongLTE Nó hỗ trợ các đặc tính LTE như sự thích nghi tốc độ động và việc lậplịch phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số, ARQ lai, và ghépkhông gian Nó cũng hỗ trợ DRX để giảm sự tiêu thụ nguồn của đầu cuối diđộng Khoảng thời gian truyền trên DL-SCH là 1 ms

4 Kênh đa trạm (MCH: Multicast Channel) được dùng để hỗ trợ MBMS Nó được đặc trưng bởi một dạng truyền tải bán tĩnh (semi-static transport format) và sự lập lịch bán tĩnh (semistatic scheduling) Trong

trường hợp truyền dẫn nhiều tế bào bằng cách dùng MBSFN, việc lập lịch vàcấu hình dạng truyền tải được lập toạ độ giữa các tế bào tham gia vào sựtruyền dẫn MBSFN đó

5 Kênh chia sẻ đường lên (UL-SCH: Uplink Shared Channel) là phần

đối xứng với DL-SCH

Hình 2.5 Ví dụ về sự ánh xạ của các kênh logic tới các kênh truyền tải.

Nhiệm vụ của chức năng MAC là ghép các kênh logic khác nhau vàánh xạ các kênh logic cho các kênh truyền tải thích hợp MAC trong LTE hỗtrợ việc ghép của RLC PDUs từ các dịch vụ mang vô tuyến khác nhau thànhkhối truyền tải giống nhau Vì có một số sự liên quan giữa loại thông tin vàcách nó được phát nên có các sự giới hạn nào đó trong việc ánh xạ của cáckênh logic tới các kênh truyền tải Một ví dụ về sự ánh xạ các kênh locgíc tớicác kênh truyền tải được cho trong hình 2.5

2.2.2.2 Sự lập lịch đường xuống

Một trong các nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là việctruyền dẫn kênh chia sẻ trên DL-SCH và UL-SCH, đó là các tài nguyên thờigian-tần số được chia sẻ một cách động giữa những người dùng trong cảđường lên và đường xuống Bộ lập lịch là thành phần của lớp MAC và điềukhiển việc ấn định tài nguyên đường lên và đường xuống Lập lịch đường lên

và đường xuống được tách ra trong LTE và các quyết định việc lập lịchđường lên và đường xuống có thể được thực hiện không phụ thuộc lẫn nhau(bên trong tập các giới hạn bởi UL/DL tách biệt trong trường hợp hoạt độngTDD)

Nguyên lý cơ bản của bộ lập lịch đường xuống là trong mỗi khoảngthời gian TTI bằng 1ms quyết định mang tính động các đầu cuối mà có nhiệm

vụ thu từ sự truyền dẫn DL-SCH và trên các tài nguyên gì Nhiều đầu cuối cóthể được lập lịch song song, trong trường hợp đó có một DLSCH trên mỗiđầu cuối được lập lịch, mỗi một ánh xạ động cho duy nhất một tập các nguồntài nguyên tần số Đơn vị thời gian-tần số trong bộ lập lịch cũng được gọi là

khối tài nguyên Về nguyên lý một khối tài nguyên là một khối rộng 180 kHz

trong miền tần số Trong mỗi khoảng thời gian lập lịch 1 ms, bộ lập lịch ấnđịnh các khối tài nguyên cho một đầu cuối để cho phép thu từ sự truyền dẫn

DL-SCH Bộ lập lịch chịu trách nhiệm lựa chọn kích thước khối truyền tải, sơ

đồ điều chế, và sự ánh xạ anten (trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten).

Như một hệ quả, bộ lập lịch điều khiển tốc độ dữ liệu, sự phân đoạn RLC và

sự ghép kênh MAC cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi sự quyết định lập lịch Các đầu

ra từ bộ lập lịch đường xuống có thể như hình 2.3

Mặc dù chiến lược lập lịch là sự bổ xung riêng và không được định rõtrong 3GPP, toàn bộ mục tiêu của hầu hết các bộ lập lịch là để mang lại sựthuận lợi cho các sự thay đổi các kênh giữa các đầu cuối di động và lập lịchmột cách tốt nhất các sự truyền dẫn cho một đầu cuối di động trên các tàinguyên cùng với các điều kiện kênh thuận lợi Chỉ riêng về mặt này, sự hoạtđộng của bộ lập lịch LTE về nguyên lý giống như bộ lập lịch HSDPA Tuynhiên, vì sử dụng OFDM làm sơ đồ đường xuống nên LTE có thể khai tháccác sự biến đổi kênh theo cả miền tần số và miền thời gian, trong khi HSDPAchỉ có thể khai thác các sự biến đổi trên miền thời gian Đối với các băngthông rộng hơn được hỗ trợ bởi LTE, trong đó một lượng đáng kể của phađinh lựa chọn theo tần số sẽ được cảm nhận thấy, thì khả năng cho bộ lập lịchkhai thác các sự biến đổi kênh cả trên miền tần số trở nên quan trọng so vớichỉ khai thác sự biến đổi trên miền thời gian Đặc biệt là ở các tốc độ thấp,

trong đó các sự biến đổi ở miền thời gian tương đối thấp so với các yêu cầu

độ trễ thiết lập bởi nhiều dịch vụ, khả năng khai thác cả các sự biến đổi trênmiền tần số là có ích

Thông tin về các điều kiện kênh đường xuống cần thiết cho việc lậplịch phụ thuộc kênh, được đưa từ đầu cuối di động tới eNodeB qua các thôngbáo chất lượng kênh Thông báo chất lượng kênh cũng được biết đến như là

bộ chỉ thị chất lượng kênh CQI (CQI: Channel Quality Indicator), gồm có

không chỉ thông tin về chất lượng kênh tức thời trong miền tần số mà cònthông tin cần thiết để quyết định quá trình xử lý anten thích hợp trong trườnghợp ghép không gian Cơ sở cho thông báo CQI là các phép đo về các tín hiệuchuẩn đường xuống

Thêm vào chất lượng kênh, một bộ lập lịch hiệu suất cao cũng nên đưacác các trạng thái đệm và các quyền ưu tiên vào trong tính toán trong quyếtđịnh lập lịch Sự khác nhau cả về loại dịch vụ cũng như loại thuê bao có thểảnh hưởng tới quyền ưu tiên lập lịch Ví dụ, người dùng voiIP (voice-over -IPuser) với một thuê bao đắt nên duy trì chất lượng dịch vụ của nó ngay cả tạicác tải trọng hệ thống cao, trong khi người dùng tải xuống một file với giáthuê bao thấp có thể phải hài lòng với các tài nguyên không được yêu cầu để

hỗ trợ những người dùng khác

2.2.2.3 ARQ lai

ARQ lai LTE cùng với sự kết hợp mềm để chống lại các lỗi truyền dẫn

Vì các sự truyền lại ARQ lai là nhanh nên nhiều dịch vụ cho phép đối với mộthoặc nhiều sự truyền lại, theo cách đó hình thành cơ chế điều khiển tốc độngầm (vòng kín), tương tự như HSPA, giao thức ARQ lai là bộ phận của lớpMAC, trong khi đó, hoạt động kết hợp mềm được xử lý bởi lớp vật lý

Rõ ràng, ARQ lai không thể ứng dụng được cho tất cả các loại lưulượng Ví dụ, các sự truyền dẫn quảng bá trong đó thông tin giống nhau dành

cho nhiều người dùng làm việc không dựa vào ARQ lai Vì thế ARQ chỉ được

hỗ trợ cho DL-SCH và UL-SCH Giao thức ARQ lai LTE bao gồm nhiều quátrình xử lý dừng và đợi song song Dựa vào sự thu của một khối truyền tải,máy thu thực hiện thử giải mã khối truyền tải này và thông báo cho máy phátbiết về kết quả của hoạt động giải mã thông qua một bít ACK/NAK đơn lẻbiểu thị sự giải mã thành công hoặc nếu sự truyền lại của một khối truyền tảiđược yêu cầu Để tối thiểu hoá mào đầu, một bít ACK/NAK đơn lẻ được sửdụng Rõ ràng, máy thu nhất thiết phải biết được một bít ACK/NAK đã thuđược kết hợp với quá trình ARQ lai nào Điều này được giải quyết nhờ sự tínhtoán thời điểm của ACK/NAK được dùng để kết hợp ACK/NAK này với mộtquá trình ARQ nào đó như được minh hoạ trong hình 1.11 Chú ý rằng, trongtrường hợp hoạt động TDD, mối quan hệ về thời gian giữa sự thu của dữ liệutheo một quá trình ARQ lai nào đó và sự phát của ACK/NAK cũng bị ảnhhưởng bởi sự phân chia đường lên/đường xuống

Ở LTE, một giao thức không đồng bộ là cơ sở cho sự hoạt động ARQlai đường xuống Vì vậy, các sự truyền lại đường xuống có thể xảy ra tại bất

cứ thời gian nào sau lần truyền đầu tiên và đánh số quá trình xử lý ARQ laiđược sử dụng để chỉ thị quá trình xử lý đang được chú tâm vào

Hình 2.6 Giao thức ARQ lai đồng bộ và không đồng bộ

Mặt khác, các sự truyền lại theo đường lên dựa trên cơ sở giao thứcđồng bộ trong đó sự truyền lại xảy ra ở một thời điểm xác định trước sau lầntruyền dẫn đầu tiên Hai trường hợp này được minh hoạ trong hình 2.6 Ởgiao thức ARQ lai không đồng bộ, các sự truyền lại được lập lịch về nguyêntắc cơ bản giống với các sự truyền đầu tiên Mặt khác, trong giao thức đồng

bộ, thời điểm cho các sự truyền lại được cố định sau khi việc truyền lần đầutiên được lập lịch Tuy nhiên, chú ý rằng bộ lập lịch nhận biết từ thực thểARQ trong eNodeB một đầu cuối di động sẽ thực hiện sự truyền lại haykhông

Việc sử dụng nhiều quá trình ARQ lai song song được minh hoạ tronghình 2.7, đối với mỗi người dùng có thể dẫn đến dữ liệu được phân chia theo

cơ chế ARQ lai không theo trình tự nào Ví dụ, khối truyền tải 5 trong hìnhminh hoạ đã được giải mã thành công trước khối truyền tải 3 cái mà đã yêucầu một sự truyền lại Sau khi giải mã thành công khối truyền tải được phânthành các kênh logic thích hợp và sự sắp xếp lại được làm trên mỗi kênh logicbằng cách dùng chuỗi các chữ số này

Hình 2.7 Đa xử lý ARQ song song

Cơ chế ARQ lai sẽ sửa các lỗi truyền gây bởi tạp âm hoặc các biến đổikênh không thể dự đoán trước Như đã thảo luận ở trên, thì RLC cũng có khảnăng thực hiện đối với các yêu cầu truyền lại Tuy nhiên, ít khi các sự truyềnlại RLC là cần thiết vì cơ chế ARQ lai cơ bản có khả năng sửa hầu hết các lỗitruyền dẫn nhưng đôi khi ARQ lai có thể không đủ khả năng để cấp phát cáckhối dữ liệu không có lỗi (error-free) cho RLC do một kẽ hở ở chuỗi của cáckhối dữ liệu không có lỗi được phân phát tới RLC Điều này xảy ra do báohiệu hồi tiếp về sai, ví dụ một NAK được diễn dịch không đúng thành mộtACK bởi máy phát, gây mất dữ liệu Xác suất để xảy ra điều này có thể làkhoảng 1%; Một xác suất lỗi không quá cao đối với các dịch vụ TCP cơ bản(Transmission Control Protocol) là cần thiết cho sự cấp phát các gói TCP hầunhư không có lỗi Một cách cụ thể hơn, đối với các tốc độ dữ liệu vượt quá

100 Mbit/s yêu cầu xác suất mất một gói dữ liệu dưới 10-5 Về cơ bản, TCPcoi toàn bộ các lỗi gói là do sự tắc nghẽn Vì vậy, các lỗi gói khởi sự một quátrình tránh tắc nghẽn cùng với một sự giảm tương ứng các tốc độ dữ liệu và

để duy trì hiệu suất tốt tại các tốc độ dữ liệu cao thì RLC-AM phục vụ nhằmmục đích quan trọng là để bảo đảm phân phát dữ liệu không có lỗi cho TCP

Vì cơ chế ARQ lai có mục đích cho các sự truyền lại rất nhanh nên đòihỏi gửi một bít thông báo trạng thái ACK/NAK tới máy phát thật nhanh cóthể thực hiện chỉ trên một TTI Mặc dù về nguyên lý có thể đạt được xác suấtlỗi thấp tuỳ ý của thông tin phản hồi ACK/NAK nhưng giá phải trả là cần đếncông suất phát tương đối cao Việc giữ sự trả giá này một cách hợp lý đưa đếnmột tỷ lệ lỗi hồi tiếp khoảng 1% cái mà quyết định tỷ lệ lỗi ARQ lai còn dư

Vì các thông báo trạng thái RLC được truyền ít hơn ACK/NAK ARQ lai mộtcách đáng kể nên sự trả giá để đạt được sự tin cậy 10− 5 hay thấp hơn là tươngđối nhỏ Vì vậy sự kết hợp của ARQ lai và RLC đạt được một sự kết hợp tốt

về thời gian khứ hồi nhỏ và một mào đầu hồi tiếp vừa phải trong đó hai thànhphần này bổ xung lẫn nhau.

Vì RLC và ARQ lai được đặt ở cùng một Node nên sự tương tác chặtchẽ giữa hai cái này là điều có thể xảy ra Ví dụ nếu cơ chế ARQ lai phát hiệnmột lỗi không thể khôi phục lại được thì việc truyền của một thông báo trạngthái RLC có thể được khởi sự ngay lập tức thay vì đợi để truyền một thôngbáo trạng thái theo định kỳ Điều này sẽ dẫn đến việc truyền lại RLC của cácPDU bị lỗi nhanh hơn Vì vậy, với mức độ nào đó thì việc kết hợp của ARQlai và RLC có thể xem như một cơ chế truyền lại với hai cơ chế phản hồitrạng thái

2.2.3 Các trạng thái LTE

Trong LTE một đầu cuối di động có thể có một vài trạng thái khác nhaunhư đã minh hoạ trong hình 2.8 Vào lúc bật máy, đầu cuối di động đi vàotrạng thái LTE-DETACHED Ở trạng thái này, đầu cuối di động không đượcnhận biết về mạng Trước khi việc truyền thông tin được thực hiện giữa đầucuối di động và mạng thì đầu cuối di động cần phải đăng ký với mạng bằngcách dùng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên để đi vào trạng thái LTE-ACTIVE.LTE-DETACHED là một trạng thái chính được dùng vào lúc bật nguồn; Đầucuối di động đã đăng ký với mạng dù chỉ một lần thì nó thuộc một trong cáctrạng thái điển hình là LTE_ACTIVE hoặc LTE-IDLE

LTE -ACTIVE là trạng thái được sử dụng khi đầu cuối di động là tíchcực cùng với dữ liệu thu và phát Trong trạng thái này, đầu cuối di động đượckết nối với một tế báo cụ thể bên trong mạng này Một hoặc một vài địa chỉ IPđược ấn định cho đầu cuối di động cũng như sự nhận dạng về đầu cuối, bộnhận dạng tạm thời mạng vô tuyến ô C-RNTI này (C-RNTI: Cell RadioNetwork Temporary Indentifier) được dùng cho các mục đích báo hiệu giữađầu cuối di động và mạng LTE ACTIVE có thể xem như có hai trạng thái

con là đồng bộ trong (IN SYNC) và không đồng bộ (OUT OF SYNC) phụthuộc vào đường lên được đồng bộ hay không được đồng bộ với mạng VìLTE dùng một đường lên dựa vào FDMA/TDMA trực giao cơ bản nên nó cầnphải đồng bộ sự truyền dẫn theo đường lên từ các đầu cuối di động khác nhau

để mà chúng đến eNodeB đồng thời (hoặc xấp xỉ đồng thời) Thủ tục để đạtđược và duy trì sự đồng bộ là nhờ eNodeB đo thời gian đến của các sự truyềndẫn từ mỗi đầu cuối di động phát một cách tích cực và và gửi các lệnh sửa vềthời gian điều khiển trong đường xuống Với điều kiện là đường lên là trongchế độ đồng bộ trong (IN SYNC), sự truyền dẫn đường lên của dữ liệu ngườidùng và báo hiệu điều khiển L1/L2 là có thể thực hiện được Trong bất cứtrường hợp nào sự truyền dẫn đường lên không xảy ra bên trong một cửa sổthời gian đã cho thì rõ ràng sự đồng chỉnh về thời gian là không thể thực hiệnđược và đường lên được khai báo là chế độ không đồng bộ (OUT -OF-SYNC) Trong trường hợp này, đầu cuối di động cần thực hiện một thủ tụctruy nhập ngẫu nhiên để khôi phục lại sự đồng bộ đường lên

Hình 2.8 Các trạng thái LTE

LTE-IDLE là một trạng thái tích cực mức thấp trong đó đầu cuối diđộng ngủ ở hầu hết thời gian để giảm tiêu thụ nguồn Sự đồng bộ đường lên

không được duy trì và do đó chỉ duy nhất truyền dẫn đường lên tích cực mà

có thể xảy ra là truy nhập ngẫu nhiên để chuyển tới LTE ACTIVE Trongđường xuống, đầu cuối di động có thể thức dậy một cách định kỳ để mà tìmgọi cho các cuộc gọi đến Đầu cuối di động giữ địa chỉ IP của nó và thông tinbên trong khác để mà di chuyển một cách nhanh chóng tới trạng thái LTEACTIVE khi cần thiết Vị trí của đầu cuối di động được nhận biết một phầnđối với mạng chí ít biết được nhóm gồm các tế bào mà trong đó sự tìm gọi sẽđược thực hiện

2.2.4 Luồng dữ liệu

Để tóm tắt luồng dữ liệu đường xuống qua tất cả các lớp giao thức, một

ví dụ minh hoạ đối với một trường hợp cùng với ba gói IP và hai giá vô tuyếnđược cho trong hình 2.9

Luồng dữ liệu trong trường hợp truyền theo đường lên là tương tự.PDCP thực hiện việc nén mào đầu IP kèm theo mã mật Một mào đầu PDCPđược thêm vào mang thông tin cần thiết cho giải mã mật ở đầu cuối di động,đầu ra từ PDCP được đưa tới RLC

Giao thức RLC thực hiện việc móc nối các đoạn của PDCP SDUs vàthêm vào mào đầu RLC Mào đầu được dùng để phân phát nối tiếp (qua kênhlogic) trong đầu cuối di động và để nhận thực RLC PDUs trong trường hợptruyền lại RLC PDUs được gửi tới lớp MAC, lớp mà mang nhiều RLC PDUslắp ghép một MAC SDU và gắn mào đầu MAC để tạo thành một khối truyềntải, kích thước khối truyền tải này phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu tức thời đượcchọn lựa bởi cơ chế thích nghi liên kết Vì vậy, sự thích nghi liên kết ảnhhưởng tới cả hai quá trình MAC và quá trình xử lý RLC

Hình 2.9 Ví dụ luồng dữ liệu LTE

Cuối cùng, lớp vật lý gắn một CRC cho khối truyền tải nhằm mục đíchphát hiện lỗi, thực hiện việc mã và điều chế và phát tín hiệu kết quả này quakhông gian

Chương 3 LỚP VẬT LÝ LTE

3.1 Lớp vật lý PHY

Lớp vật lý chịu trách nhiệm mã hoá, xử lý ARQ lai lớp vật lý, điều chế,

xử lý nhiều anten, và sự ánh xạ tín hiệu tới các nguồn tài nguyên thời gian-tần

số vật lý thích hợp Một sự khái quát được đơn giản hoá của quá trình xử lýđối với DL-SCH được cho trong hình 3.1 Các khối lớp vật lý mà được điềukhiển một cách động bởi lớp MAC được mô tả bằng màu xám, trongkhi các khối lớp vật lý bán động mô tả bằng màu trắng

Hình 3.1 Quá trình xử lý lớp vật lý được đơn giản hoá đối với DL-SCH Khi một đầu cuối di động được lập lịch trong một TTI trên DL-SCH,thì lớp vật lý này thu một khối truyền tải (hai khối truyền tải trong trường