Đánh giá hiệu năng hệ thống MIMO trong hệ thống thông tin di động LTE – advanced

• Nếu hệ thống mạng có sử dụng kỹ thuật cộng gộp sóng mang để ghép hai haynhiều kênh tần số thì cell lớn và cell nhỏ sẽ chỉ việc sử dụng các kênh tách biệt để gửicác tín hiệu điều khiển,

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

1 Giới thiệu chung Minh + Dũng Mạng 3G, 4G, 4G LTE

Khoa Sóng mang thành phần (CC)

Các sơ đồ MIMO, mô phỏng

3 Đánh giá hiệu năng Minh + Dũng Hiệu suất phổ đường lên,

đường xuống …

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp phát triển vôcùng nhanh chóng Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 3G hay 3.5G vẫnđang phát triển không ngừng nhưng những nhà khai thác viễn thông trên thế giới đãtiến hành triển khai một chuẩn di động thế hệ mới đó là hệ động thông tin di động thế

hệ thứ tư (4G LTE), cùng với phiên bản cải tiến của nó (4G LTE Advanced)

Xuất phát từ vấn đề trên em đã lựa chọn đề tài tiểu luận là: “Đánh giá hiệu năng

hệ thống MIMO trong hệ thống thông tin di động LTE – Advanced” Mục tiêu cơ bảncủa bài tiểu luậnlà nêu ra những hoạt động cơ bản của hệ thống LTE-Advanced, tìmhiểu những công nghệ mới, những cải tiến về chất lượng dịch vụ để đảm bảo đáp ứngđược yêu cầu ngày càng cao của người dùng đối với mạng di động

Đề tài của nhómcó các nội dung sau:

 Chương 1.Giới thiệu chung

 Chương 2.Các phần tử công nghệ, cải tiến trong 4G LTE Advanced

 Chương 3.Đánh giá hiệu năng

Tuy nhiên do LTE – Advanced là công nghệ còn mới, đang được hoàn thiệncũng như do giới hạn về kiến thức và thời gian nên đồ án khó tránh khỏi thiếu sót.Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn

Chúng em xin trân thành cảm ơn !!!

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động

Khi mới triển khai, hệ thống di động 1G mới chỉ cung cấp cho người sử dụngdịch vụ thoại, nhưng nhu cầu về truyền số liệu tăng lên đòi hỏi các nhà khai thác mạngphải nâng cấp rất nhiều tính năng mới cho mạng và cung cấp các dịch vụ giá trị giatăng trên cơ sở khai thác mạng hiện có Từ đó các nhà khai thác đã triển khai hệ thống

di động 2G, 2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao hơn Cùng vớiInternet, Intranet đã trở thành một trong những hoạt động kinh doanh ngày càng quantrọng, một trong số đó là xây dựng các công sở vô tuyến để kết nối các cán bộ “diđộng” với xí nghiệp hoặc công sở của họ Ngoài ra, tiềm năng to lớn đối với các côngnghệ mới là cung cấp trực tiếp tin tức và các thông tin khác cho các thiết bị vô tuyến sẽtạo ra nguồn lợi nhuận mới cho nhà khai thác Do vậy, để đáp ứng được các dịch vụmới về truyền thông máy tính và hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính kinh tế thì hệ thống

di động thế hệ thứ hai đã từng bước chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động thế hệthứ ba Khi mà nhu cầu về các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao tăng mạnh, màtốc độ của hệ thống 3G hiện tại không đáp ứng được thì các tổ chức viễn thông trênthế giới đã nghiên cứu và chuẩn hóa hệ thống di động 4G

Hình 1.1: Quá trình phát triển của thông tin di động

Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động được mô tả ở hình 1.1, trongđó:

• TASC (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhậptổng thể

• NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại Bắc Âu băngtần 900MHz

• AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

• SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng

• GSM 900 (Global System for Mobile): Hệ thống thông tin di động toàn cầubăng tần 900MHz

• GSM 1800: Hệ thống GSM băng tần 1800 MHz

• GSM 1900: Hệ thống GSM băng tần 1900 MHz

• IS-136 TDMA (Interim Standard- 136): Tiêu chuẩn thông tin di động TDMAcải tiến do AT&T đề xuất

• IS-95 CDMA: Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA cải tiến của Mỹ

• GPRS (General Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến gói chung

• EDGE (Enhaned Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số liệu tăngcường để phát triển GSM

• CDMA 2000 1x: Hệ thống CDMA 2000 giai đoạn 1

• WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng

• CDMA 2000 Mx: Hệ thống CDMA 2000 giai đoạn 2 [2]

HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống truy nhập gói tốc độ cao Hệ thốngHSPA được chia thành 3 công nghệ sau:

- HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói đườngxuống tốc độ cao

- HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói đường lêntốc độ cao

- HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy nhập gói OFDMtốc độ cao

• Pre-4G: Các hệ thống tiền 4G gồm WiMax và WiBro (Mobile Wimax)

• WiMax: Wordwide Interoperabilily for Microwave Access

• WiBro: Wiless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây

Từ quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ khi ra đời đến nay ta cóthể tổng kết các thế hệ thông tin di động qua bảng sau:

Bảng 1.1: Tổng kết các thế hệ thông tin diđộng

1.2. Hệ thống thông tin di động 4G LTE Advanced

Tháng 6 năm 2013, công ty viễn thông Hàn Quốc SK Telecom đã giới thiệu côngnghệ mà họ mệnh danh “mạng LTE tiên tiến nhất trên thế giới” – LTE-Advanced.Theo những gì SK công bố, mạng này mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh gấp đôi

so với mạng LTE thông thường và điều này là một tin vui cho những người dùng thiết

bị thông minh thế hệ mới Chỉ tới tháng 10 năm 2013 thôi, đã có tới cả triệu ngườiđăng ký sử dụng dịch vụ này ở Hàn Quốc Ở đất nước này, người dùng LTE-Advanced

có thể tải một bộ phim 800MB chỉ trong 43 giây Làn sóng sử dụng công nghệ này sẽlan ra khắp thế giới do nhu cầu sử dụng băng thông di động ngày càng tăng cao Cácnhà mạng sẽ phải nâng cấp liên tục để đáp ứng yêu cầu về tốc độ và khối lượng dữ liệungày càng cao của người dùng không chỉ là đàm thoại video, xem thể thao trực tuyếnnữa mà có thể là khám bệnh trực tiếp từ xa hay mua sắm ảo… Theo dự báo của Cisco

System, lưu lượng băng thông di động toàn cầu tăng gấp đôi theo từng năm và sự tăngtrưởng theo cấp số nhân này vẫn chưa hề có dấu hiệu ngừng lại.

Hiện tại, các nhà mạng đang ráo riết tìm kiếm sự thay thế cho công nghệ LTE rađời năm 2010 Các doanh nghiệp viễn thông lớn toàn cầu như AT&T (Mỹ), Telstra(Úc), NTT Docomo (Nhật) và Telenor Sweden (Thuỵ Điển) đều cho biết họ đang thửnghiệm công nghệ LTE-Avanced và dự kiến có thể đưa ra sử dụng rộng rãi vào nămnay Theo dự báo của ABI Research, số lượng người dùng sử dụng LTE-Advancedvào năm 2018 sẽ đạt tới 500 triệu, gấp 5 lần số người dùng LTE hiện nay Các chuyêngia công nghệ cũng nhận định rằng LTE cần phải cải tiến và LTE-Advanced sẽ làchuẩn thống trị trong tương lai gần Họ cũng coi công nghệ này mới thật sự là 4G dođáp ứng đầy đủ các tiêu chí kỹ thuật mà Liên minh Viễn thông Quốc tế (InternationalTelecommunication Union) đặt ra cho hệ thống mạng không dây thế hệ thứ 4

LTE–Advanced (Long Term Evolution–Advanced) , như tên gọi của nó, thựcchất chỉ là bản nâng cấp của LTE nhằm hướng đến thỏa mãn các yêu cầu của IMT –Advanced Việc nâng cấp này được thể hiện ở chỗ các công nghệ đã được sử dụngtrong LTE thì vẫn sử dụng trong LTE thì vẫn được sử dụng trong LTE – Advaned(OFDMA, SC – FDMA, MIMO, AMC, Hybrid ARQ…) Tuy nhiên có một số cải tiến

để phát huy tối đa hiệu quả của chúng như: MIMO tăng cường, với cấu hình cao hơn(8x8 MIMO)… Đồng thời LTE – Advanced còn ứng dụng thêm nhiều kỹ thuật mới đểnâng cao đặc tính của hệ thống như :

1 Carrier Aggregation (Tổng hợp sóng mang)

2 Multi – antenna Enhancements (Đa ăng – ten cải tiến)

3 Relays (Trạm chuyển tiếp)

4 Heterogeneous Network (mạng không đồng nhất)

5 Coordinated Multipoint – CoMp (phối hợp đa điểm)

Bằng việc áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật công nghệ mới như trên, LTE –Advaned có các đặc tính cao hơn hẳn so với LTE về nhiều mặt (tốc độ, băng thông,hiệu suất sử dụng phổ, độ trễ xử lý…)[0] Bảng so sánh sẽ cho ta thấy điều này:

Hình 1.2: Bảng so sánh LTE với LTE – Advanced

1.3. Kết luận chương

Sẽ còn mất nhiều năm nữa để các doanh nghiệp viễn thông tận dụng hết các ưuđiểm của công nghệ LTE-Advanced Hiện nay các nhà mạng vẫn chưa triển khai một

số tính năng phức tạp hơn của công nghệ này như các dịch vụ thoại và phần mềm “tự

tổ chức” Những tính năng này sẽ cung cấp khả năng thích ứng với các hạ tẩng mạngmới cho các trạm phát hoặc tự khôi phục sau sự cố

Và chắc chắn LTE-Advanced chưa phải là đỉnh cao nhất của công nghệ LTE Tổchức quốc tế đứng sau các chuẩn công nghệ mạng này The 3rd Generation PartnershipProject (3GPP) đã công bố kế hoạch về phiên bản kế tiếp vào cuối năm 2015 Một sốcông ty gọi phiên bản tương lai này là LTE-B bất chấp việc 3GPP đã lên tiếng phủnhận và cho biết chỉ chấp nhận tên gọi LTE-Advanced Bỏ qua vấn đề tên gọi, chúng

ta chỉ chắc chắn rằng biến thể mới này sẽ tiếp tục cung cấp cho các nhà mạng nhiềutuỳ chọn để khai thác triệt để hơn, bao gồm các giao thức cho ăng-ten ba chiều, truyềnnăng lượng hiệu quả hơn, và giao tiếp trực tiếp giữa các thiết bị di động, cảm biếnthông minh và máy móc thiết bị khác Một công nghệ đột phá như vậy có thể cung cấpnăng lực cao gấp 30 lần so với LTE-Advanced và thực sự đáng dể chúng ta chờ đợi

CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN TỬ CÔNG NGHỆ, CẢI TIẾN TRONG

4G LTE ADVANCED2.1 Điều khiển giảm can nhiễu tăng cường giữa các tế bào

2.1.1 Nhiễu tăng cường giữa các tế bào

• Trường hợp 1: UE trong ranh giới tế bào của tế bào Trong trường hợp này, các tínhiệu từ tế bào hàng xóm có thể hoạt động như là nhiễu Trong trường hợp này, cường

độ tín hiệu từ tế bào phục vụ có xu hướng được rất yếu và SNR sẽ rất thấp không chỉ

vì những tín hiệu tế bào phục vụ yếu mà cũng vì sự can thiệp

Hình 2.1: UE trong ranh giới tế bào của tế bào

• Trường hợp 2: UE là dưới một vùng phủ sóng của một tế bào femto hoặc pico Trongtrường hợp này, các tế bào vĩ mô xung quanh những pico / femto di động hoặc ô pico /femto khác có thể hoạt động như là nhiễu Trong trường hợp này, cường độ tín hiệu từ

tế bào phục vụ có thể không được yếu như vậy, nhưng SNR có xu hướng giảm hơn do

sự can thiệp

Hình 2 2: UE là dưới một vùng phủ sóng của một tế bào femto hoặc pico

• Trường hợp 3: UE nằm gần một CSG (closed subscriber group), nhưng nó không phải

là thành viên CSG của ô đó Trong trường hợp này, các tín hiệu từ các hoạt động củaCSG là rất mạnh (đôi khi mạnh hơn các tế bào phục vụ chính nó) và có thể rất nghiêmtrọng

Hình 2.3: UE nằm gần một CSG

2.1.2 Giải pháp khả thi eICIC

Như đã biết, tín hiệu LTE (trên thực tế hầu hết các tín hiệu thông tin liên lạc) cóhai thành phần Thời gian thành phần tên miền và miền tần số thành phần Vì vây, sựcan thiệp có thể xảy ra cở 2 hai miền tần số và thời gian

Hình 2.4: Công nghệ EICICEICIC là một công nghệ điều khiển can thiệp được định nghĩa trong 3GPP phiênbản 10 Nó là một phiên bản tiên tiến của ICIC, trước đây được định nghĩa trong 3GPPphiên bản 8, phát triển để hỗ trợ các môi trường HetNet Để tránh nhiễu liên cell, ICICcho phép UE biên cell trong các tế bào lân cận để sử dụng dải tần số khác nhau (RBShoặc sóng mang phụ) Mặt khác, eICIC cho phép họ sử dụng phạm vi thời gian khácnhau (subframes) cho cùng một mục đích Đó là, với eICIC, một tế bào vĩ mô và các tếbào nhỏ có chung một đồng kênh có thể sử dụng tài nguyên vô tuyến trong phạm vithời gian khác nhau (tức là subframes).

Giao thức eICIC xử lý tình huống giảm can nhiễu theo một trong hai cách sau.

• Nếu hệ thống mạng có sử dụng kỹ thuật cộng gộp sóng mang để ghép hai haynhiều kênh tần số thì cell lớn và cell nhỏ sẽ chỉ việc sử dụng các kênh tách biệt để gửicác tín hiệu điều khiển, kỹ thuật này còn được gọi là lập lịch chéo sóng mang CCS(cross-carrier scheduling) Lập lịch chéo sóng mang sử dụng kênh điều khiển vật lýđường xuống PDCCH (Physical Downlink Control Channel) của một trong các sóngmang thành phần trong cell lớn và cell nhỏ mang tín hiệu điều khiển đường xuống DCI(Downlink Control Information) để sắp xếp người dùng trên kênh chia sẻ vật lý đườngxống PDSCH_kênh mang dữ liệu (Physical Downlink Shared Channel) PDCCH cóthể được truyền đi với công suất cao hơn so với các kênh lưu lượng Do đó, sử dụng

các sóng mang khác nhau cho PDCCH trong các cell lớn và cell nhỏ làm giảm nguy cơcan nhiễu PDCCH.

• Đối với các mạng chỉ sử dụng một kênh tần số, eICIC có một giải pháp khác Đó làviệc cell lớn và cell nhỏ sử dụng cùng tần số nhưng trong các khoảng thời gian khácnhau bằng cách sử dụng khung con gần như trống ABS (Almost Blank Subframe).Khung con gần như trống là khung con không mang dữ liệu Trong cell lớn và cellnhỏ, đặc biệt người dùng vùng biên cell nhỏ có thể dùng chung tần số mà không gâycan nhiễu lẫn nhau bằng cách sử dụng khung ABS trong khoảng thời gian khác nhau

để truyền cả tín hiệu điều khiển và dữ liệu

Hình 2.5: Sử dụng khung con gần như trống ABS

2.2 Kỹ thuật phối hợp đa điểm CoMP (Coordinated MultiPoint)

Phối hợp truyền và tiếp nhận đa điểm thực sự đề cập đến một loạt các kỹ thuậtcho phép phối hợp động hoặc truyền tải và tiếp nhận với nhiều eNB địa lý táchbiệt Mục đích của nó là để nâng cao hiệu suất hệ thống tổng thể, sử dụng các nguồnlực một cách hiệu quả hơn và cải thiện chất lượng dịch vụ người dùng cuối

Một trong những thông số quan trọng cho LTE, và đặc biệt là 4G LTE Advanced

là tốc độ dữ liệu cao có thể đạt được Các tốc độ dữ liệu cao là tương đối dễ dàng đểduy trì gần với trạm cơ sở, nhưng với khoảng cách gia tăng, nó trở nên khó khăn hơn

để duy trì

Rõ ràng các cạnh tế bào là những thách thức lớn nhất Không chỉ là những tínhiệu yếu vì khoảng cách xa từ trạm gốc (eNB), mà còn có mức độ can thiệp từ eNBláng giềng có thể sẽ cao hơn khi UE ở được gần hơn với chúng

4G LTE CoMP, phối hợp đa điểm đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa một số cáceNB tách biệt địa lý Chúng hoạt động phối hợp cung cấp lịch trình chung và hộptruyền động cũng như chứng minh xử lý chung của các tín hiệu nhận được.Trong cáchnày, một UE ở rìa của một tế bào có thể được phục vụ bởi hai hoặc nhiều hơn các eNB

để cải thiện tín hiệu tiếp nhận/truyền dẫn và tăng thông lượng đặc biệt trong điều kiện

ở cạnh tế bào

Hình 2.6: LTE Advanced CoMP - Phối hợp đa điểm

Về cơ bản, phối hợp đa điểm cho phép một thiết bị di động cùng một lúc trao đổi

dữ liệu với nhiều trạm thu phát Kỹ thuật này sẽ giúp cải thiện hơn nữa tín hiệu và tăngtốc độ dữ liệu tại rìa cell, nơi mà có thể khó có được một kết nối tốt Ví dụ như haitrạm thu phát liền kề có thể cùng lúc gửi dữ liệu giống nhau tới một thiết bị do đó tăngkhả năng nhận được tín hiệu tốt của thiết bị đó Tương tự như vậy, một thiết bị cũng cóthể cùng một lúc tải dữ liệu lên cả hai trạm thu phát, các trạm này đóng vai trò nhưmột mảng ăng-ten ảo sẽ cùng nhau xử lý tín hiệu thu được để loại bỏ lỗi Hoặc thiết bị

có thể tải dữ liệu lên qua cell nhỏ ở gần bên, giúp giảm năng lượng phát trong khi vẫnnhận tín hiệu tải xuống tốt từ một trạm thu phát lớn hơn

Hình 2.7: Cơ chế tránh nhiễu và Truyền dẫn phối hợp

2.2.1 Những ưu điểm của LTE-A CoMP

• Làm cho việc sử dụng các mạng tốt hơn: Bằng cách cung cấp các kết nối đến

một số trạm cơ sở cùng một lúc, sử dụng comp, dữ liệu có thể được thông qua trạm

cơ sở thông qua nạp ít nhất cho việc sử dụng nguồn lực tài nguyên tốt hơn

• Cung cấp tăng cường hiệu suất tiếp nhận: Sử dụng một số trang web di động

cho mỗi kết nối có nghĩa là tiếp nhận tổng thể sẽ được cải thiện và số lượng cáccuộc gọi bị rơi nên được giảm

• Nhiều nơi tiếp nhận được tăng công suất nhận: Việc tiếp nhận chung từ nhiều

trạm gốc hoặc các site sử dụng LTE phối hợp các kỹ thuật đa điểm cho phép nhậnđược sức mạnh tổng thể ở chiếc điện thoại này sẽ được tăng lên

• Giảm nhiễu: Bằng cách sử dụng các kỹ thuật kết hợp chuyên ngành có thể sử

dụng sự can thiệp mang tính xây dựng chứ không phải là triệt tiêu, do đó làm giảmmức độ can thiệp

Về bản chất, LTE-A Comp, phối hợp đa điểm rơi vào hai loại chính:

• Phần xử lý: phần xử lý xảy ra khi có sự phối hợp giữa nhiều thực thể - trạm gốc

được đồng thời phát hoặc nhận hoặc từ UE

• Phối hợp lập kế hoạch hoặc beamforming: Điều này thường được gọi là CS/CB

(phối hợp lập kế hoạch / điều phối beamforming) là một hình thức phối hợp một

UE được truyền với một truyền đơn hoặc tiếp điểm - trạm gốc Tuy nhiên, thôngtin liên lạc được thực hiện với một cuộc trao đổi của kiểm soát trong một số cơquan phối hợp Beamforming là một công nghệ tập trung tín hiệu và hướng nó trựctiếp vào mục tiêu cụ thể thay vì phát sóng tín hiệu lan toả trong một khu vực rộnglớn

Để đạt được một trong các chế độ, thông tin phản hồi có nhiều chi tiết được yêucầu trên các thuộc tính kênh một cách nhanh chóng để các thay đổi có thể được thựchiện Các yêu cầu khác là sự phối hợp rất chặt chẽ giữa các eNB để thuận lợi cho việckết hợp các dữ liệu hoặc chuyển đổi nhanh chóng của các tế bào

Các kỹ thuật được sử dụng để phối hợp đa điểm, COMP là rất khác nhau cho cácđường lên và đường xuống Đây là kết quả thực tế là các eNB đang ở trong mạng, kếtnối với các eNB khác, trong khi các thiết bị cầm tay hoặc UE là những yếu tố cá nhân

2.2.2 Downlink LTE-A COMP

CoMP downlink LTE-A đòi hỏi sự phối hợp năng động giữa nhiều eNB địa lýtách biệt truyền đến UE Hai định dạng của phối hợp đa điểm có thể được chia chođường xuống:

• Phương án xử lý chung cho việc truyền dẫn trong downlink: Sử dụng yếu tố này

của LTE-A Comp, dữ liệu được truyền đến các UE đồng thời từ một số các eNB khácnhau Mục đích là để nâng cao chất lượng tín hiệu nhận được và ổn định Nó cũng cóthể có mục đích chủ động hủy bỏ sự can thiệp đường truyền được dành cho UEkhác Đây là hình thức phối hợp đa điểm đặt một nhu cầu cao vào mạng backhaul (làmạng kết nối, truyền tải thông tin từ một trạm phát sóng / một mạng từ xa về mạngtrục / mạng trung tâm, backhaul là phần kết nối từ nhà cung cấp đến BTS (trạm thuphát) và giữa các BTS với nhau) vì dữ liệu được truyền đến các UE cần được gửi tớimỗi eNB rằng sẽ được truyền nó tới UE Điều này có thể dễ dàng tăng gấp đôi hoặcgấp ba số lượng dữ liệu trong mạng phụ thuộc vào bao nhiêu eNB sẽ gửi dữliệu Thêm vào đó, xử lý dữ liệu cần phải được gửi giữa tất cả các eNB tham gia vàokhu vực Comp

• Lập kế hoạch phối hợp và hay beamforming: Sử dụng khái niệm này, dữ liệu đến

một UE duy nhất được truyền từ một eNB Các quyết định lập kế hoạch cũng như bất

kỳ những tia sáng được phối hợp để kiểm soát nhiễu sóng có thể được tạo ra các lợithế của phương pháp này là các yêu cầu phối hợp trên mạng backhaul được giảm đáng

2.2.3 Uplink LTE-A COMP

• Phần tiếp nhận và xử lý: Khái niệm cơ bản đằng sau định dạng này là sử dụng anten

ở các vị chí khác nhau Bằng cách phối hợp giữa các eNB khác nhau có thể tạo thànhmột mảng anten ảo Các tín hiệu nhận được bởi các eNB sau đó được kết hợp và xử lý

để tạo ra các tín hiệu đầu ra cuối cùng Kỹ thuật này cho phép các tín hiệu mà chấtlượng hoặc mặt nạ rất thấp bằng cách can thiệp vào một số khu vực để được nhận vớimột vài lỗi Những bất lợi chính với kỹ thuật này là một lượng lớn dữ liệu cần phảiđược chuyển giao giữa các eNB để máy hoạt động

• Lập kế hoạch phối hợp: Chương trình này hoạt động bằng cách phối hợp các quyết

định lập kế hoạch giữa các eNB để giảm thiểu sự can thiệp

Như trong trường hợp của downlink, định dạng này cung cấp một tải giảm nhiềutrong các mạng backhaul bởi vì chỉ có các dữ liệu lịch cần được chuyển giao giữa cáceNodeB khác nhau được phối hợp với nhau

2.2.4 Yêu cầu tổng thể cho LTE-A COMP

Một trong những yêu cầu quan trọng cho LTE-A là nó sẽ có thể cung cấp mộtmức độ rất thấp của độ trễ Việc xử lý bổ sung cần thiết cho nhiều nơi tiếp nhận vàtruyền tải có thể thêm đáng kể cho bất kỳ sự chậm trễ Điều này có thể là kết quả của

sự cần thiết cho việc xử lý bổ sung cũng như các thông tin liên lạc giữa các ví trí khácnhau

2.3 Kỹ thuật các nút chuyển tiếp trong LTE-A

2.3.1 Giới thiệu về kỹ thuật các nút chuyển tiếp ( Relay Node )

Việc sử dụng băng thông cao cho LTE Advance có thể giảm mật độ phổ côngsuất khả dụng và thậm chí phổ rộng sẽ chỉ khả dụng tại các băng tần cao và điều nàyđồng nghĩa với suy hao cao Các thuê bao yêu cầu các dịch vụ tốc độ số liệu caothường được đặt trong nhà và phải chịu cường độ tín hiệu thấp vì sóng vô tuyến phảixâm nhập qua các tường ngăn của tòa nhà Để chống lại các ảnh hưởng này và đảmbảo thông lượng ổn định trên toàn mạng, các nút phát cần được đặt gần các người sửdụng hơn để đạt được tốc độ xử lý cao hơn Kỹ thuật các nút chuyển tiếp (RN: RelayNode) ra đời không chỉ hỗ trợ cho phép lắp đặt đơn giản mà còn là giải pháp kinh tếcho các triển khai mật độ cao vì không cần đường trục hữu tuyến Có thể đạt đượcthông lượng cao trên các đường truy nhập vô tuyến nhờ RN ở gần và vùng phủ sóngnhỏ hơn của nó Đường trục từ RN đến eNodeB cũng được hưởng lợi từ vị trí RN tốthơn so với UE được phục vụ và vì thế cho phép eNodeB thông qua RN cung cấp vùngphủ sóng tốt hơn với hiệu suất phổ tần cao hơn

2.3.2 Các loại nút chuyển tiếp và cách thức hoạt động

a. Chuyển tiếp lớp 1

Chuyển tiếp lớp 1 chỉ sử dụng các bộ lặp Các bộ lặp thu tín hiệu, khuyếch đại vàphát lại thông tin để chỉ phủ các lỗ đen trong các ô Các đầu cuối có thể sử dụng tínhiệu được phát lặp và tín hiệu trực tiếp Tuy nhiên để kết hợp hai tín hiệu này một cách

có lợi, trễ thu giữa chúng phải nhỏ hơn thời gian CP ( tiền tố )

Ưu điểm: Chức năng đơn giản, lắp đặt không tốn kém Tiêu chuẩn kỹ thuật sử

dụng ít ( chỉ sử dụng hiệu suất của bộ lặp đã được định nghĩa ở LTE-R8 )

Nhược điểm: Nhiễu bị khuyếch đại đồng thời cùng tín hiệu phát.

Hình 2.8: Chuyển tiếp lớp 1

b. Chuyển tiếp lớp 2

Trong chuyển tiếp lớp hai bao gồm hai lớp MAC và RLC, nút chuyển tiếp có khảnăng điều khiển ít nhất một bộ phận của khối RRM ( quản lý tài nguyên vô tuyến).Trong một số khe, nút chuyển tiếp hoạt động như một đầu cuối của người sử dụngđóng vai trò một BTS phát đến nhiều người sử dụng trong khe tiếp theo.Về căn bản

RN lớp 2 sẽ hoạt động giống như một eNodeB bình thường bao gồm cả lập biểu vàquản lý tài nguyên, nhưng đường trục được thực hiện bởi một đường truyền LTE đếneNodeB bằng cách sử dụng một băng tần bổ sung ( ngoài băng ) hay cùng băng ( trongbăng ) cho đường truy nhập này Phương pháp thứ hai cũng thường được sủ dụng vì

nó không cần cấp phép tần số bổ sung và không cần cách ly cao đối với tự nhiễu nhờviệc sử dụng phân cách TDMA giữa phát RN đến các đầu cuối và thu từ eNodeB ( mộtgiải pháp đơn giản cho phân cách TDMA là RN dành trước một số khung MBSFN).Khung con MBSFN cho phép truyền dẫn không liên tục từ eNodeB

Ưu điểm:

• Loại bỏ được nhiễu

Nhược điểm:

• Trễ xảy ra giữa quá trình điều chế /giải điều chế mã hóa/giải mã

• Phương thúc điều khiển vô tuyến được đặt ở giữa BS và nút chuyển tiếpRN

Hình 2.9: Chuyển tiếp lớp 2

c. Chuyển tiếp lớp 3

Là phương pháp sử dụng truy nhập vô tuyến của LTE trong đường trục vô tuyến

để nối một eNodeB với một eNodeB khác EnodeB ở giữa, định tuyến các gói giữađường trục hữu tuyến và vô tuyến giống như một Ip router Chuyển tiếp loại 3 cũngthực hiện tiếp giải điều chế và giải mã hóa của tín hiệu vô tuyến RF tiếp nhận trênđường xuống từ trạm gốc nhưng sau đó cũng thực hiện xử lý (mật mã hóa (Ciphering),

sự ghép nối/ phân chia/ ráp lại dữ liệu người dùng User-data) để truyền lại dữ liệungười dùng trên giao diện vô tuyến và cuối cùng thực hiện giải mã hóa và điều chế vàtruyền đến thiết bị người dùng UE

Hình 2.10: Chuyển tiếp lớp 3

Ưu điểm:

• Giảm thiểu nhiễu

• Tác động tới các tiêu chuẩn kỹ thuật không đáng kể

2.3.3 Các vấn đề liên quan đến triển khai nút chuyển tiếp RN

a Thủ tục khởi động trạm chuyển tiếp Relay

Khi 1 trạm chuyển tiếp mới được triển khai trong mạng, nó sẽ tự động gắn nóvào mạng di động Thủ tục này dựa trên thủ tục thiết bị người dùng UE thông thườngkết nối vào mạng Có 2 phần trong thủ tục khởi động của trạm chuyển tiếp

Giai đoạn thứ nhất: nút chuyển tiếp Relay tạo ra kết nối RRC tới trạm gốcEnodeB và liên kếtvới chính nó như là một thiết bị người dụng UE thông thường đểcấu hình khởi tạo

Giai đoạn thứ hai: nút chuyển tiếp Relay kết nối đến trạm gốc (BS) lựa chọn từdanh sách trong gian đoạn đầu tiên Các nút chuyển tiếp Relay sẽ gửi một chỉ sốchuyển tiếp đến trạm gốc (BS) trong quá trình thiết lập kết nối RRC

b Thủ tục UE liên kết

Có 2 trường hợp liên quan đến thủ tục liên kết UE vào trạm chuyển tiếp

Trường hợp thứ nhất UE ban đầu liên kết với trạm Relay khi khởi động vàtrường hợp khác là UE ban đầu liên kết vơi trạm gốc sau khi khởi động, và bây giờ nócần liên kết với trạm chuyển tiếp sau khi lựa chọn lại vùng phủ Cell trong trạng tháiRRC IDLE Trong trường hợp đầu tiên, việc hoàn thành kết nối logic S1 liên kết với

UE tới mạng lõi được thực hiện do 1 thiết lập kết nối RRC được kích hoạt bởi 1 nútchuyển tiếp

Trường hợp hai thuộc về loại di động LTE trong trạng thái RRC IDLE Tất cảcác thủ tục di động LTE trong trạng thái RRC-IDLE được thực hiện độc lập trong UE

c. Thủ tục chuyển giao

 Chuyển giao từ trạm Relay đến trạm gốc EnodeB

Dựa trên báo cáo đo đạc trên UE, nút chuyển tiếp quyết định có nên bắt đầu mộtchuyển giao hay không Nếu có, nút chuyển tiếp Relay sẽ lựa chọn một mục tiêu Cellphủ cho UE Sau đó, Relay sẽ gửi bản tin yêu cầu chuyển giao tới trạm EnodeB.EnodeB sẽ tìm mục tiêu EnodeB từ bản tin và chuyển tiếp bản tin hướng tới EnodeB.Sau khi tiếp nhận bản tin báo nhận ACK yêu cầu chuyển giao, nút chuyển tiếp gửi mộtlệnh chuyển giao tới UE UE sau đó sẽ tách ra và đồng bộ với mục tiêu EnodeB

 Chuyển giao từ EnodeB tới Relay

Trong trường hợp chuyển giao từ EnodeB đến Relay, thủ tục của nó giống nhưchuyển giao từ nguồn EnodeB đến mục tiêu EnodeB khác Từ quan điềm của UE,Relay giống như một EnodeB UE thông báo đo lường của nó tới nguồn EnodeB.Nguồn EnodeB sẽ quyết định chuyển giao tới trạm Relay.Sau đó trạng thái chuyểngiao được thực hiện, yêu cầu chuyển giao được gửi đến trạm Relay thông quaEnodeB.Nếu trạm chuyển tiếp Relay có thể chấp nhận UE, một bản tin được chuyểntới UE để bắt đầu chuyển giao Dữ liệu đường xuống đến tại EnodeB nguồn tới UEđược truyền đến trạm Relay

2.3.4 Các ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng trạm chuyển tiếp Relay

b. Các nhược điểm

• Trong chuyển tiếp, DenodeB sử dụng một vùng tài nguyên vô tuyến chung mộttrong 3 liên kết: liên kết trực tiếp (UEs đến DenodeB), liên kết Relay (từDenodeB đến Relay) và liên kết truy nhập (từ UEs đến trạm Relay) Hơn nữa,trong chuyển tiếp trong băng, liên kết Relay và liên kết truy nhập sử dụngchung tài nguyên vô tuyến thông qua sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chiatheo thời gian (TMA), do đó nó cũng làm giảm hiệu suất của RN

• Các RN có bán kính vùng phủ nhỏ do công suất phát thấp, độ lợi anten thấp vàtổn hao đường truyền cao theo số mũ

• Các RN cũng cần có tài nguyên vô tuyến để cho các đường kết nối Relay, đểkết nối với DenodeB

• RN cũng là nguyên nhân gây ra trễ hệ thống trong quá trình xử lý tín hiệu trướckhi truyền đi

2.3.5 Truy nhập vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Relay.

Một giải pháp đó là sử dụng mạng tần số đơn lẻ Muticast /Broadcast (MBSFN),cấu hình các khung con trong các khung con tiếp nhận bởi trạm chuyển tiếp tiếp nhậntín hiệu từ trạm gốc (BS) Trong phương pháp này một tín hiệu tham khảo và các tínhiệu điều khiển Relay loại 1/ Relay loại 2 được đặt tại rất nhiều phía trước của khungcon, chỉ chiếm 2 kí tự Trong phương pháp này một thiết bị người dùng UE có thểnhận ra rằng không có dữ liệu truyền từ trạm chuyển tiếp trong 1 khung con của chính

nó trong đó các trạm chuyển tiếp tiếp nhận các tín hiệu từ trạm gốc Tại 1 thời điểmgiống như vây, thiết bị người dùng UE có thể đo cường độ tín hiệu RF tiếp nhận từtrạm chuyển tiếp Relay so với tín hiệu tham khảo trong 2 kí tự đầu tiên tại phía trướckhu nhỏ

Hình 2.11: Cấu hình khung vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp

2.3.6 Giao thức vô tuyến cho các trạm truyển tiếp Relay

Trong công nghệ chuyển tiếp loại 3, Trên thực tế, trạm chuyển tiếp được trang bịgiao thức hội tụ gói dữ liệu (PDCP) về mật mã hóa và nén tiêu đề cho dữ liệu ngườidùng Giao thức điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) điều khiển truyền lại bởi ARQ Sựtrùng hợp/ phân khúc/ ráp lại cho khối dữ liệu dịch vụ (SDU) và trình tự gói tin tiếpnhận.Giao thức điều khiển truy nhập trung bình (MAC) cho HARQ và sơ đồ dữ liệungười dùng và giao thức điều khiển nguồn vô tuyến cho di động, chất lượng dịch vụ(QoS) và điều khiển bảo mật

Thêm vào đó khi quản lý đường kết nối backhaul và kết nối truy nhập vô tuyếntrên cùng tần số được miêu tả như trên Quản lý việc ghép kênh phân chia theo thờigian TDM được yêu cầu giữa hai kết nối trên việc yêu cầu điều khiển vô tuyến liênkết Điều này được hoàn tất bởi cung cấp 1 phương pháp cho việc định vị nguồn tàinguyên tới kết nối vô tuyến backhaul

2.4 Kỹ thuật cộng gộp sóng mang - Sóng mang thành phần (CC)

Việc cộng gộp sóng mang là một trong những tính năng quan trọng nhất củaLTE-A phiên bản 10 để tăng tổng băng thông có sẵn cho một thiết bị di động và do đóđạt được tốc độ bit tối đa Mỗi sóng mang kết hợp gọi là một sóng mang thành phần

CC (Component Carrier), sóng mang thành phần có thể có băng thông 1,4 MHz; 3MHz; 5 MHZ; 10 MHz; 15MHz hoặc 20 MHz Trong LTE, thông thường chỉ có thểtruyền tải dữ liệu nhờ sử dụng các đoạn phổ tần số liền kề có độ rộng tối đa là 20MHz

Còn trong LTE-Advanced, công nghệ cộng gộp sóng mang cho phép kết hợp nhữngkênh nhỏ hay còn gọi là sóng mang trên các băng tần khác nhau, tách biệt thành “mộtkênh cực lớn”, do đó về cơ bản có thể tăng tốc độ dữ liệu khả dụng cho mỗi kháchhàng lên nhiều lần Chuẩn LTE-Advanced cho phép nhà mạng kết hợp tối đa năm sóngmang với băng thông 20MHz thành một kênh có băng thông 100MHz cao gấp năm lầnbăng thông của LTE thông thường.

Hình 2.12: Cộng gộp sóng mangPhương pháp được chấp nhận để mở rọng băng thông trong LTE Advance là kếthợp sóng mang ( Carrier Aggregation ) bằng cách đặt cạnh nhau các sóng mang tươngthích LTE R8 ( hay CC: Component Carrier: sóng mang phần tử ) trên cùng một lướisóng mang để có thể sử dụng các thao tác IFFT/FFT đơn giản Các CC ( phần tử sóngmang) có thể được kết hợp: (1) trong cùng một băng, (2) giữa các băng khác nhau, (3)liên tục hoặc không liên tục