Tìm hiểu công nghệ small cell trong mạng di động LTE và LTE Advanced

Tìm hiểu công nghệ small cell trong mạng di động LTE và LTE Advanced Tìm hiểu công nghệ small cell trong mạng di động LTE và LTE Advanced Tìm hiểu công nghệ small cell trong mạng di động LTE và LTE Advanced luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- -

ĐÀO HỒNG QUÂN

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SMALL CELL TRONG MẠNG

DI ĐỘNG LTE VÀ LTE - ADVANCED

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS VƯƠNG HOÀNG NAM

Hà Nội - Năm 2018

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ LTE 4

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 4

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) 6

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) 7

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) 9

1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) 10

1.2 Tổng quan về công nghệ LTE 11

1.2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 11

1.2.2 Tiềm năng công nghệ 12

1.2.3 Hiệu suất hệ thống 14

1.2.4 Quản lý tiềm năng vô tuyến 15

1.3 Kiến trúc mạng LTE 15

1.3.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 17

1.3.2 Thiết bị người dùng (UE) 18

1.3.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 19

1.3.4 Thực thể quản lý tính di động (MME) 21

1.3.5 Cổng phục vụ (S-GW) 24

1.3.6 Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW) 26

1.3.7 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên (PCRF) 28

1.3.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 29

1.4 Xử lý tín hiệu băng gốc đường xuống trạm gốc LTE/LTE-A 30

1.4.1 Sơ đồ tổng quan xử lý băng gốc 30

1.4.2 Chức năng khối mã hóa nguồn 31

1.4.3 Quá trình xử lý giao diện vô tuyến 37

1.4.4 Phương pháp đa truy nhập OFDMA 44

1.5 Xử lý tín hiệu băng gốc đường lên trạm gốc LTE/LTE-A 45

1.5.1 Sơ đồ tổng quan xử lý băng gốc đường lên của trạm gốc di động 45

1.5.2 Đa truy nhập đơn sóng mang SC-FDMA 46

1.6 Kỹ thuật đa anten MIMO 49

1.7 Kết luận chương 51

CHƯƠNG 2 MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE-ADVANCED 52

2.1 Sự phát triển của LTE để tiến lên LTE-Advanced 52

2.2 Kiến trúc mạng LTE-Advanced 54

2.2.1 Mạng truy nhập LTE-Advanced E-UTRAN 54

2.2.2 Mạng lõi gói phát triển EPC 55

2.3 Các công nghệ sử dụng trong LTE-Advanced 55

2.3.1 Cộng gộp sóng mang (Carrier Aggregation) 55

2.3.2 Giải pháp đa anten 56

2.3.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp 57

2.3.4 Các bộ lặp và chuyển tiếp 57

2.4 Kết luận chương 59

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SMALL CELL TRONG MẠNG 4G LTE - ADVANCED 60

3.1 Tổng quan về công nghệ small cell 60

3.1.1 Giới thiệu chung về small cell 60

3.1.2 Kiến trúc 4G của small cell 62

3.1.3 Các vấn đề cần chú ý đối với small cells 66

3.2 Femtocell 68

3.2.1 Giới thiệu chung về Femtocell 68

3.2.2 Chế độ hoạt động của thiết bị femtocell 71

3.2.3 Sơ đồ khối nguyên lý chung cho thiết bị Femtocell 73

3.2.4 Sơ đồ khối phân hệ RF 74

3.3 Picocell 75

3.3.1 Giới thiệu chung về Picocell 75

3.3.2 Sơ đồ khối nguyên lý chung cho thiết bị Picocell 78

3.3.3 Sơ đồ khối phân hệ RF 79

3.4 Microcell 80

3.4.1 Giới thiệu chung về Microcell 80

3.4.2 Sơ đồ khối nguyên lý chung cho thiết bị Microcell 82

3.4.3 Sơ đồ khối phân hệ RF 83

3.5 Kết luận chương 83

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BTS Base Tranciver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CRC Cyclic Redundancy Code Mã vòng dư

CRN Carrier to Noise Ratio Tỉ số sóng mang trên tạp âm

EIRP Effective Isotropically

MultiAccess

Đa truy cập phân chia theo tần số

HSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Hệ thống truy cập gói đường xuống tốc độ cao

CRN Carrier to Noise Ratio Tỉ số sóng mang trên tạp âm

EIRP Effective Isotropically

MultiAccess

Đa truy cập phân chia theo tần số

HSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Hệ thống truy cập gói đường xuống tốc độ cao

IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức internet phiên bản 6

ITU International

Telecommunication Union

Liên minh viễn thông quốc tế

MAC Medium Access Control Điều khiển thâm nhập môi trường

MNN Mobile Network Note Nút mạng di động

MSC Mobile Service Center Trung tâm dịch vụ di động

MIMO Multi Input – Multi Output Ăng ten nhiều kênh vào- nhiều kênh

ra MC-

CDMA

Multi Carrier CDMA Đa truy cập phân chia theo mã sóng

mang

NGN Next Genaration Network Thế hệ mạng sau

QOS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS Radio Network Subsystem Hệ thống con mạng vô tuyến

RO Route Optimization Tối ưu hóa đường đi

RR Return Routability Khả năng định tuyến đường về RINR Signal to Interference And

Noise Power Ratio

Tỉ số công suất tín hiệu trên nhiễu và tạp âm

TCP Transmision Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn UMTS Universal Mobile

Telecommunnication System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

chính

Hình vẽ 1.7 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính Hình vẽ 1.8 PCRF kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính Hình vẽ 1.9 Sơ đồ xử lý băng gốc tại L1 (đường xuống)

Hình vẽ 1.10 Phân nhỏ khối dữ liệu

Hình vẽ 1.17 16QAM

Hình vẽ 1.18 Ánh xạ dữ liệu vào hai lớp Layer 0 và Layer 1

Hình vẽ 1.19 Minh họa thực hiện tiền mã hóa quá trình truyền phân tập Hình vẽ 1.20 Minh họa cấp phát tài nguyên trong FDD LTE/FDD LTE-A Hình vẽ 1.21 Minh họa nguyên lý tạo tín hiệu OFDM sử dụng điều chế

Hình vẽ 1.27 MIMO 2×2 , không có tiền mã hóa

Hình vẽ 2.1 Kiến trúc E-UTRAN của LTE-Advanced

Hình vẽ 2.2 Chồng giao thức

Hình vẽ 2.3 Kết hợp sóng mang trong công nghệ Carrier Aggregation Hình vẽ 2.4 Truyền dẫn đa điểm phối hợp

Hình vẽ 2.5 Chuyển tiếp trong LTE-Advanced

Hình vẽ 3.1 Kiến trúc 4G của small cell

Hình vẽ 3.2 Kiến trúc Dedicated HeNB-GW

Hình vẽ 3.3 Kiến trúc tích hợp hoàn toàn HeNB-GW

Hình vẽ 3.4 Kiến trúc sử dụng HeNB-GW cho C-plane

Hình vẽ 3.5 Handover cho small cell

Hình vẽ 3.6 Thiết bị femtocell

Hình vẽ 3.7 Mô hình triển khai các thiết bị femtocell

Hình vẽ 3.8 Sơ đồ khối nguyên lý của 1 thiết bị Femtocell

Hình vẽ 3.9 Sơ đồ khối phân hệ RF

Hình vẽ 3.10 Thiết bị picocell

Hình vẽ 3.11 Kịch bản mạng cho đường truyền di động picocell 60 GHz đô

thị được hỗ trợ đầy đủ với một cơ sở hạ tầng cáp quang đa dạng

Hình vẽ 3.12 Sơ đồ khối nguyên lý của 1 thiết bị Picocell

Hình vẽ 3.13 Sơ đồ khối phân hệ RF

Hình vẽ 3.14 Thiết bị microcell

Hình vẽ 3.15 Kiến trúc microcell với UE trên macrocell

Hình vẽ 3.16 Sơ đồ khối nguyên lý của 1 thiết bị Microcell

Hình vẽ 3.17 Sơ đồ khối phân hệ RF

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) thế hệ thứ 3 (3G), Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đang hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ 4 (4G) 4G có những tính năng vượt trội như: cho phép thoại dựa trên nền IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các mạng di động hiện nay Theo tính toán, tốc độ truyền dữ liệu có thể lên đến 100 Mb/s, thậm chí lên đến 1 Gb/s trong các điều kiện tĩnh Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di động mới có tên gọi là 4G mà nền tảng

là công nghệ LTE và LTE-Advanced

Nhu cầu của khách hàng luôn tác động lớn đến sự ra đời, tồn tại và phát triển của một công nghệ mới Có thể nói, hiện nay có hai yếu tố từ nhu cầu của người dùng tác động đến sự phát triển của nghệ 4G Thứ nhất, đó là sự gia tăng về nhu cầu của các ứng dụng của mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi truy nhập internet Thứ hai, người dùng luôn muốn công nghệ không dây mới ra đời vẫn sẽ cung cấp các dịch vụ và tiện ích theo cách tương tự như mạng hữu tuyến, mạng không dây hiện có mà họ đang dùng với những thói quen của họ Và hiển nhiên, nhu cầu về chất lượng dịch vụ cung cấp được tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống các tài nguyên mạng nhanh hơn,… đó là đích hướng tới của công nghệ di động 4G

Ngày nay, các thiết bị di động thường gặp các vấn đề tắc nghẽn mạng trong khi làm việc gây ảnh hưởng đến nhu cầu sử dụng của các thuê bao, đặc biệt trong các tòa nhà trung tâm thành phố nhưng không nằm trong vùng phủ sóng của các tháp di động truyền thống, và nhất là trong các tòa nhà nhiều bê tông cốt thép Từ

đó, sản phẩm công nghệ small cell (phủ sóng diện hẹp) đã ra đời để khắc phục được những nhược điểm trên, đáp ứng các nhu cầu nâng cao chất lượng mạng và trải nghiệm tốt nhất cho người dùng, đồng thời đảm bảo chi phí đầu tư và vận hành ở mức hợp lý và tối ưu nhất Mặc dù công nghệ 4G LTE đã khiến các mạng di động

băng thông rộng 3G đang sử dụng trở nên lỗi thời, nhưng với mạng LTE Advanced, tốc độ truyền tải dữ liệu được đẩy lên chạm mốc 1Gbps, nhanh gấp 10 lần so với tốc

độ các mạng 4G LTE hiện tại

Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi đã chọn đề tài “ Tìm hiểu về công nghệ small cell (phủ sóng diện hẹp) trong mạng 4G-LTE Advanced” để nghiên cứu viết luận văn thạc sĩ

2 Lịch sử nghiên cứu: từ tháng 09 năm 2017 đến tháng 09 năm 2018

3 Mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu:

- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G-LTE và 4G-LTE Advanced

- Nghiên cứu công nghệ small cell trong mạng 4G LTE-Advanced và ứng dụng trong thực tiễn

Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống thông tin di động 4G-LTE và 4G LTE-Advanced

- Nguyên lý của trạm gốc di động và tổng quan các dạng small cell

Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu nằm trong phạm vi tìm hiểu, trau dồi nâng cao kiến thức về công nghệ phát triển nhất sử dụng trong hệ thống thông tin di động hiện nay

4 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của luận văn

- Nắm được kiến thức cơ bản về công nghệ mới nhất sử dụng trong mạng di động hiện nay

- Tìm hiểu, nghiên cứu về công nghệ small cell sử dụng trong mạng 4G LTE Advanced

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo các ý kiến của những chuyên gia có kinh nghiệm để từ đó làm cơ sở hoàn thành luận văn

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tìm kiếm, thu thập tài liệu liên quan trên mạng Internet, thư viện, từ đó trích lọc những thông tin cần thiết phục vụ cho thực hiện luận văn

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ LTE

Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó Do

đó, hệ thống thông tin di động đã trở thành một phần không thể thiếu đối với mỗi người trên khắp thế giới, nó được ứng dụng trên mọi mặt của cuộc sống Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4 Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin

di động, và để tìm hiểu xem hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư đã phải chuẩn

bị những gì để đáp ứng một cách toàn diện nhu cầu của con người, chúng ta cùng tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE, kiến trúc mạng LTE

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động

Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều bước phát triển quan trọng, bắt đầu từ hệ thống thông tin di động tương tự thế hệ thứ nhất và dần dần được thay thế bằng hệ thống thông tin di động số thế hệ thứ hai với nhiều bước tiến đột phá về công nghệ Những năm đầu thế kỷ 21, nhu cầu đời sống con người ngày càng tăng và theo đó, hệ thống thông tin di động băng rộng thế hệ thứ ba đã ra đời và được triển khai, ứng dụng rộng rãi Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư

đã được các hãng viễn thông lớn như: Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) nghiên cứu và chuẩn hóa để đưa vào sử dụng Hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư đã được đưa vào khai thác thương mại tại một số quốc gia trên thế giới Dịch vụ của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai chủ yếu là thoại còn thế hệ thứ ba về sau sẽ phát triển theo hướng dịch vụ dữ liệu và đa phương tiện

Các hệ thống thông tin di động tế bào số hiện nay đang ở trong giai đoạn thế

hệ thứ hai cộng (2.5G), thế hệ thứ ba (3G) và thế hệ thứ ba cộng (3.5G) Ngay từ đầu những năm 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ ba để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động Liên minh viễn thông quốc tế bộ phận vô tuyến (ITU-R) đã chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 Viện tiêu chuẩn Viễn Thông Châu Âu (ETSI)

đã thực hiện việc chuẩn hóa phiên bản của hệ thống này, gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System: Hệ thống viễn thông di động toàn cầu) Dải tần làm việc của hệ thống này là 2GHz, cung cấp nhiều loại dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại, số liệu tốc độ thấp đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại của người sử dụng có thể lên đến 2Mbps và tốc độ này chỉ có trong các ô pico trong nhà còn các dịch vụ có tốc độ 14,4Kbps thông thường ở các

ô macro Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư có tốc độ cho người sử dụng khoảng 2Gbps cũng đã được nghiên cứu Các sóng mang ở hệ thống di động băng rộng (MBS) sử dụng các bước sóng mm với độ rộng băng tần là 64MHz và dự kiến

sẽ tăng tốc độ của người sử dụng đến STM-1

Hiện nay, hệ thống thông tin di động 3G đã được triển khai ở hầu hết các quốc gia trên thế giới Theo thống kê của hai hãng Informa Telecom & Media và WCIS & 3G America đã có đến 181 hãng cung cấp dịch vụ trên 77 quốc gia đã đưa vào khai thác và sử dụng dịch vụ các mạng di động thế hệ thứ ba của họ Đối với hệ thống di động 3.5G (HSDPA), hiện nay có đến 135 hãng cung cấp dịch vụ trên 63 quốc gia đã cung cấp các dịch vụ của hệ thống di động 3.5G Hệ thống tiền 4G (Pre-4G) là WiMax cũng đã được triển khai ở một số thành phố như London, NewYork và được đưa vào khai thác dịch vụ vào quý 2 năm 2007

Ở nước ta trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống thông tin liên lạc thì thông tin di động ra đời như một tất yếu khách quan nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin trong thời kỳ đổi mới của đất nước Thời kỳ đầu đã xuất hiện một số mạng thông tin di động có tính chất thử nghiệm như mạng nhắn tin ABC, mạng nhắn tin toàn quốc Năm 1993, mạng điện thoại di động sử dụng

kỹ thuật số GSM do MobiFone triển khai đã chính thức đưa vào hoạt động Năm

1996 mạng Vinaphone ra đời và đến năm 2003 mạng S-Fone của Saigon Postel được khai thác sử dụng công nghệ CDMA Năm 2004 mạng GSM của Viettel cũng

chính thức đi vào hoạt động Ngoài ra, mạng di động thế hệ thứ ba cũng được EVN Telecom, Hà Nội Telecom khai thác và đưa vào sử dụng

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)

1.1.1.1 Đặc điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Hệ thống thông tin di động đầu tiên (1G) sử dụng công nghệ analog hay còn gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Đây là phương thức truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động, người dùng sẽ được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Nếu số thuê bao nhiều vượt trội so với các kênh tần số có thể thì một số người bị chặn lại không được truy cập

Mỗi trạm di động (MS) sẽ được cấp phát đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thông tuyến Nhiễu giao thoa gây ra do tần số các kênh lân cận nhau là đáng

kể Trạm thu phát gốc (BTS) phải có bộ thu phát riêng để làm việc với mỗi MS trong cell Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS

1.1.1.2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Hệ thống di động 1G sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản, không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Các hạn chế của hệ thống này như:

- Hệ thống phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ

- Khi máy di động chuyển dịch trong môi trường fading đa tia sẽ gây ra tiếng ồn và nhiễu

- Tính bảo mật của các cuộc gọi không được đảm bảo

- Các hệ thống không tương thích với nhau, làm cho thuê bao không thể sử dụng được ở các nước khác

- Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp

Từ đó, nhà cung cấp dịch vụ mạng đã phân tích và tìm ra giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên, đó là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật mới có nhiều ưu điểm hơn về cả dung lượng và dịch vụ Vì vậy, hệ thống thông tin di động số thế hệ thứ 2

đã xuất hiện

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G)

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) Nó được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM Từ khi được bắt đầu đưa vào sử dụng, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số Ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu

và các dịch vụ bổ sung khác, do vậy có thể nói hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G Bắt đầu từ năm 1993, hệ thống thông tin di động số GSM đã được triển khai tại nước ta và hiện nay đang được Công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả với hai mạng thông tin di động số VinaPhone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM Giữa thập kỷ 1990, đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) trở thành loại hệ thống 2G thứ 2 khi người Mỹ đưa ra tiêu chuẩn nội địa IS-95

Kỹ thuật điều chế số được sử dụng cho hầu hết các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 Các phương pháp đa truy cập được sử dụng:

- Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau

- Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục

vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau

1.1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Trong hệ thống TDMA, phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, trong chu kỳ một khung thì mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) Tin tức được tổ chức và gửi đi dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, bit chỉ thị

cuối gói, các bit đồng bộ và các bit dữ liệu Không giống như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền dẫn dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số

- TDMA có các đặc điểm như sau:

+ Có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp: phân định trước và phân phát theo yêu cầu Ở phương pháp phân định trước thì việc phân phát các cụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian Đối với phương pháp phân định theo yêu cầu thì ngược lại, các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệu suất sử dụng mạch

+ Trong TDMA, nhiễu giao thoa giữa các kênh kế cận giảm đáng kể do các kênh được phân chia theo thời gian

+ TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua việc phân chia theo thời gian nên để tránh trùng lặp tín hiệu cần phải đồng bộ hóa việc truyền dẫn Bên cạnh đó, vì số lượng kênh ghép tăng nên phải tối ưu sự đồng bộ để giảm thiểu thời gian trễ do truyền dẫn đa đường

1.1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Trong hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng tần, đồng thời tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống Tuy nhiên, các tín hiệu của mỗi người dùng sẽ được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã Trong CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh

vô tuyến và tiến hành các cuộc gọi cùng lúc mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Kênh

vô tuyến CDMA dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, những kênh này được phân biệt với nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên và tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu Trong một hệ thống CDMA thì tất cả các người dùng cùng dùng chung tần số sóng mang và có thể được phát đồng thời Mỗi người dùng có một từ

mã giả ngẫu nhiên riêng và được xem là trực giao với các từ mã khác Sẽ có một từ

mã đặc trưng được tạo ra để tách sóng tín hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên tương quan với nó tại máy thu và tất cả các mã khác sẽ được xem như là nhiễu Máy thu cần

phải biết từ mã dùng ở máy phát để có thể khôi phục lại tín hiệu thông tin Mỗi thuê bao vận hành một cách độc lập mà không cần biết các thông tin của máy khác

- CDMA có các đặc điểm như sau:

+ Kỹ thuật trải phổ phức tạp nhưng lại cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA

+ Dải tần tín hiệu rộng lên đến hàng MHz

+ Thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản bởi vì các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số, việc thay đổi kế hoạch tần số dễ dàng, chuyển giao trở thành chuyển giao mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt

+ Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ

+ Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về dịch vụ cho thông tin di động tế bào Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp, tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13 kbps

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G)

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ thứ 2 sang thế hệ thứ 3 qua một giai đoạn trung gian gọi là thế hệ 2,5 Hệ thống 2,5G được cải tiến hơn khi sử dụng công nghệ TDMA kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hay sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ 2 nếu không sử dụng phổ tần

mới Các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này, các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất, khả năng phục vụ ở tốc độ bit có thể lên đến 2 Mbit/s Các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 IMT-2000 đã được đề xuất và trong những năm đầu của thập kỷ 2000, hai hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận đưa vào hoạt động Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA và vì vậy đã thực hiện được tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

+ W-CDMA là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2

sử dụng công nghệ TDMA như GSM, IS-136

+ CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 sử dụng công nghệ CDMA như IS-95

1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G)

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 chuyển sang thế hệ thứ 4 qua giai đoạn trung gian là thế hệ 3,5 Thế hệ này có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA Phát triển hơn nữa là hệ thống thông tin thế hệ thứ 4 với công nghệ truyền thông không dây Nó cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 Gbps cho đến 1.5 Gbps Chính vì vậy, công nghệ 4G được xem là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây NTT DoCoMo đã nghiên cứu và cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di chuyển và khi đứng yên có thể lên tới 1 Gbps Công nghệ này cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao, đồng thời cũng có thể truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác

Thế hệ thứ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao

OFDM Đây là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gửi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật OFDM, trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số) chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu Thiết bị 4G sử dụng máy thu

vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) bằng cách dùng

đa kênh đồng thời sẽ cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói nên sẽ làm giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu

1.2 Tổng quan về công nghệ LTE

1.2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE (Long Term Evolution) là một chuẩn truyền thông di động được phát triển từ chuẩn UMTS bởi 3GPP và đã được triển khai trên toàn thế giới UMTS thế

hệ thứ ba được dựa trên công nghệ WCDM Tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai và gọi là Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt ra các yêu cầu cao cho LTE như giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, cung cấp dịch vụ tốt hơn, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối Truyền thông di động thế hệ thứ 4 đã được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) định nghĩa là IMT Advanced, được chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE chính là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Đây cũng là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác Vì vậy, người sử dụng có thể thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dễ dàng dựa trên WCDMA Nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA mà hệ thống sử dụng được băng thông rất linh hoạt Với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu, kiến trúc mạng mới đã được thiết kế Ngoài ra, FDD (Frequency Division Duplexing), TDD (Time Division Duplexing) và bán song

công FDD cho phép các UE có giá thành thấp Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm, do đó làm giảm giá thành cho bộ song công trong UE Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên Điều này làm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp (Peak-toAverage Power Ratio PAPR) so với OFDMA Thêm vào đó, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6 để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh

1.2.2 Tiềm năng công nghệ

Khi hoạt động trong phân bố phổ 20MHz, yêu cầu được đặt ra là tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống đạt 100Mbps và đường lên là 50Mbps Phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo Vì vậy, điều kiện đặt ra là có thể biểu diễn được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz cho đường lên LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD, xét trường hợp TDD, ta thấy yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh không thể trùng nhau đồng thời do truyền dẫn đường lên và đường xuống không xuất hiện đồng thời Trường hợp FDD, đặc tính của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh

Yêu cầu về độ trễ được chia thành:

- Trễ mặt phẳng điều khiển: xác định độ trễ của việc chuyển từ trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhau sang trạng thái tích cực Khi đó thiết bị đầu cuối

di động có thể gửi và nhận dữ liệu

Có hai cách xác định:

+ Cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn như trạng thái Release 6 Idle mode (chế độ không tải, nghỉ) Khi đó thì thủ tục chiếm 100ms

+ Cách xác định thứ hai được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ ví dụ như trạng thái Release 6 Cell-PCH Khi đó thì thủ tục chiếm

50ms

Chế độ Release 6 Idle: là trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết bị đầu cuối và thiết bị đầu cuối cũng không được chỉ định một tài nguyên vô tuyến nào Thiết bị đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại những khoảng thời gian cụ thể Trạng thái Release 6 Cell-PCH: là trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến Thiết bị đầu cuối sẽ không được cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào mặc dù mạng truy nhập vô tuyến biết thiết

bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào Thiết bị đầu cuối lúc này có thể đang trong chế

độ ngủ

- Trễ mặt phẳng người dùng: thể hiện qua thời gian để truyền một gói IP từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN Thời gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5ms trong mạng không tải (unloaded network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác xuất hiện trong tế bào

Hình 1.1 Yêu cầu trễ mặt bằng trong LTE

Mạng IP

UE

NODE B

Trễ ~ 5ms

Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, ở trong trạng thái tích cực, khi hoạt động ở khoảng tần 5Mhz, LTE có thể hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động Trong mỗi phân bố rộng hơn 5Mhz thì có ít nhất 400 thiết bị đầu cuối được hỗ trợ

1.2.3 Hiệu suất hệ thống

Yêu cầu lưu lượng người dùng được xác định rõ theo hai điểm: tại sự phân

bố người dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ năm (khi 95% người dùng có được chất lượng tốt hơn) Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ tính theo bit/s/MHz/cell và được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo tế bào Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng

Phương pháp đo hiệu suất Mục tiêu đường xuống

so với cơ bản

Mục tiêu đường lên so với

cơ bản Lưu lượng người dùng trung

Lưu lượng người dùng tại

biên tế bào (trên 1MHz phân

vị thứ 5)

2 lần – 3 lần 2 lần – 3 lần

Hiệu suất phổ bit/s/Hz/cell 3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần

Yêu cầu về độ linh động tập trung chủ yếu vào tốc độ di chuyển của các thiết

bị đầu cuối di động Tại tốc độ thấp khoảng 0 - 15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối

đa và cho phép giảm đi một ít với tốc độ cao hơn Tốc độ tối đa có thể quản lý đối với một hệ thống LTE có thể thiết lập lên đến 350 km/h (thậm chí có thể lên đến 500km/h tùy vào băng tần)

Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào, nghĩa là khoảng cách tối đa từ vùng tế bào (cell site) đến thiết bị đầu cuối di động trong cell Những yêu cầu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu đối với phạm vi tế bào lên đến 5km Lưu lượng người dùng xuất hiện sự giảm nhẹ, hiệu suất phổ giảm một cách đáng kể đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30km, nhưng vẫn có thể chấp nhận, yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: broadcast (quảng bá) và unicast Trường hợp broadcast, yêu cầu là hiệu suất phổ 1bit/s/Hz, tương ứng với khoảng 16 kênh TV

di động, bằng cách sử dụng khoảng 300kbit/s trong mỗi phân bố phổ tần 5MHz

Nó cũng có thể cung cấp dịch vụ MBMS với chỉ một dịch vụ trên một sóng mang cũng như kết hợp với các dịch vụ non-MBMS khác

1.2.4 Quản lý tiềm năng vô tuyến

Đối với quản lý tài nguyên vô tuyến, các yêu cầu được chia ra như sau: hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end, hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn và

hỗ trợ cho việc chia sẻ tài nguyên cũng như quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau Trong đó, hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end yêu cầu cải thiện sự thích ứng giữa dịch vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE phải có khả năng cung cấp cơ cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các giao thức ở lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến Việc hỗ trợ chia sẻ tài nguyên và quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ cấu để định hướng các thiết bị đầu cuối theo các dạng công nghệ truy nhập vô tuyến thích hợp cũng như hỗ trợ QoS end to end trong quá trình chuyển giao giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến

1.3 Kiến trúc mạng LTE

Nhiều mục tiêu cho thấy rằng rằng một kiến trúc phẳng là cần thiết Kiến trúc phẳng với ít nút tham gia sẽ làm giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất 3GPP đã

phát triển ý tưởng đường hầm trực tiếp cho phép mặt phẳng người dùng bỏ qua SGSN bắt đầu từ phiên bản 7

Hình 1.2 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn

Kiến trúc mạng LTE được thiết kế nhằm hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ (QoS) và độ trễ tối thiểu Phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoại thông qua các kết nối gói Kết quả là kiến trúc phẳng hơn đơn giản chỉ với 2 loại nút cụ thể là nút B phát triển (eNB) và phần tử quản lý di động/cổng (MME/GW), trái ngược với nhiều nút mạng trong kiến trúc mạng phân cấp hiện hành của hệ thống 3G Ngoài ra, phần điều khiển mạng vô tuyến (RNC) đã được loại bỏ khỏi đường

eNode B

MME SAE GW

RNC Node B

SGSN

GGSN

Phiên bản 6

Phiên bản 7 Đường hầm trực tiếp

Phiên bản 7 Đường hầm trực tiếp và RNC trong eNB

Mặt phẳng điều khiển

Mặt phẳng người dùng

Phiên bản 8 SAE & LTE

dữ liệu và chức năng của nó hiện nay được thành lập ở eNB Mạng truy nhập chỉ còn một nút duy nhất giúp giảm độ trễ và phân phối của việc xử lý tải RNC sẽ vào nhiều eNB Một phần do hệ thống LTE không hỗ trợ chuyển giao mềm nên RNC bị loại bỏ ra khỏi mạng truy nhập

1.3.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống

Kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi chỉ có một UTRAN tham gia được miêu tả trong hình 1.3 Trong đó, kiến trúc được chia thành bốn vùng chính: các vùng dịch vụ; mạng lõi gói phát triển (EPC); UTRAN phát triển (E-UTRAN) và thiết bị người dùng (UE)

E-Hình 1.3 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN

UE, E-UTRAN và EPC là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói

Mạng dịch

vụ

Thiết bị người dùng

phát triển (EPS) Các vùng này đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối Lớp này có chức năng chính là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối ưu hóa cao cho mục tiêu duy nhất Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP Tất

cả các nút chuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước

đó không có mặt ở E-UTRAN và EPC Ngày nay, công nghệ IP chiếm ưu thế trong truyền tải, nơi mà mọi thứ được thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP

Các hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) có thể được sử dụng trong lớp kết

nối dịch vụ Chúng cung cấp các dịch vụ dựa trên kết nối IP và được cung cấp bởi

các lớp thấp hơn Ví dụ, IMS có thể cung cấp thoại qua IP (VoIP), kết nối tới các mạng chuyển mạch-mạch cũ PSTN và ISDN thông qua các cổng đa phương tiện của nó điều khiển để hỗ trợ dịch vụ thoại

Sự phát triển của E-UTRAN tập trung vào nút B phát triển (eNode B) eNB là điểm kết thúc cho tất cả các giao thức vô tuyến có liên quan Do đó, tất cả các chức năng vô tuyến đều kết thúc ở đó E-UTRAN đơn giản chỉ là một mạng lưới của các eNodeB, được kết nối tới các eNodeB lân cận với giao diện X2

Một sự thay đổi kiến trúc lớn đó là trong khu vực mạng lõi EPC không có chứa vùng chuyển mạch - mạch, kết nối trực tiếp tới các mạng chuyển mạch - mạch truyền thống như ISDN là không có và trong lớp này PSTN là cần thiết Đối với vùng chuyển mạch gói của mạng 3GPP hiện tại thì các chức năng của EPC là tương đương, tuy nhiên nó được coi như hoàn toàn mới do những thay đổi đáng kể trong việc bố trí các nút chức năng và kiến trúc

Ta thấy trong cả hai hình 1.2 và 1.3 có một phần tử gọi là SAE GW Hình 1.3 cho thấy SAE GW được tạo thành nhờ sự kết hợp của cổng phục vụ (S-GW) và cổng mạng dữ liệu gói (P-GW), điều này được định nghĩa cho các xử lý UP trong EPC Cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống và chức năng của SAE GW được chỉ ra trong 3GPP TS 23.401

1.3.2 Thiết bị người dùng (UE)

Thiết bị người dùng UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên

lạc Nó thường là các thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh, thẻ dữ liệu được

sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G hoặc nó có thể được nhúng vào, ví dụ một máy tính xách tay UE cũng có chứa các mođun nhận dạng thuê bao toàn cầu (USIM), đó là một mođun riêng biệt với phần còn lại của UE được gọi là thiết bị đầu cuối (TE) USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻ thông minh Nó được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu (UICC) và có thể tháo rời được USIM được sử dụng với mục đích nhận dạng và xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc truyền tải trên giao diện vô tuyến

Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, có tín hiệu với mạng nhằm thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần Nó bao gồm các chức năng quản lý tính di động như chuyển giao, báo cáo vị trí của thiết bị Các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng và quan trọng nhất, để các ứng dụng như VoIP có thể được sử dụng để thiết lập một cuộc gọi thoại thì UE phải cung cấp giao diện người sử dụngcho người dùng cuối

1.3.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB)

Trên E-UTRAN chỉ có một nút duy nhất là E-UTRAN NodeB (eNodeB) eNB đơn giản là một trạm gốc vô tuyến có khả năng kiểm soát tất cả các chức năng

vô tuyến liên quan trong phần cố định của hệ thống Các trạm gốc như eNB thường phân bố trên toàn khu vực phủ sóng của mạng và mỗi eNB thường cư trú gần các anten vô tuyến hiện tại của chúng

E-UTRAN NodeB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là EPC và UE Nó tiếp nhận dữ liệu giữa các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía EPC và là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE Với vai trò này, các EPC sẽ thực hiện việc mã hóa/giải mã các dữ liệu UP và cũng có nén/giải nén tiêu đề IP, đồng thời tránh việc gửi đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu liên tiếp trong tiêu đề IP

Ngoài ra, eNB cũng chịu trách nhiệm về các chức năng của mặt phẳng điều khiển (CP), chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) tức là kiểm

soát việc sử dụng giao diện vô tuyến, bao gồm: phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu, ưu tiên và lập lịch trình lưu lượng theo yêu cầu QoS và liên tục giám sát tình hình sử dụng tài nguyên

Thêm vào đó, eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MME) UE thực hiện điều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến, bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa eNB khác và MME Khi eNB yêu cầu, một UE mới kích hoạt và kết nối vào mạng, eNB cũng chịu trách nhiệm về việc định tuyến và khi đó, nếu một tuyến đường đến các MME trước đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng mặt nó sẽ đề nghị các MME mà trước đây đã phục vụ cho UE hoặc lựa chọn một MME mới

Như ta thấy trong hình 1.4, các kết nối với eNB đến quanh các nút logic Các chức năng chính được tóm tắt trong giao diện này Trong tất cả các kết nối eNB có thể ở trong mối quan hệ một - nhiều hoặc nhiều - nhiều Nhiều UE có thể được phục vụ đồng thời bởi các eNB trong vùng phủ sóng của nó, nhưng trong cùng một thời điểm một eNB chỉ được một UE kết nối tới Trong khi chuyển giao, các eNB cần kết nối tới các eNB lân cận với nó

MME và S-GW có thể được gộp lại, nghĩa là để phục vụ cho một tập hợp các eNB thì một tập hợp các nút sẽ được phân công Từ một viễn cảnh eNB đơn này có nghĩa là nó có thể cần phải kết nối tới nhiều MME và S-GW Tuy nhiên tại một thời điểm, chỉ có một MME và S-GW phục vụ cho một UE và eNB phải duy trì theo dõi các liên kết này

MME hoặc S-GW chỉ có thể thay đổi khi kết hợp với sự chuyển giao liên eNodeB nên sự kết hợp này sẽ không bao giờ thay đổi từ một điểm eNodeB duy nhất

Hình 1.4 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

- Xác thực và bảo mật: MME sẽ khởi tạo sự xác thực khi một UE đăng ký vào mạng

lần đầu tiên bằng cách thực hiện các điều sau: tìm ra danh tính thường trú của UE hoặc từ các mạng truy nhập trước đó hoặc chính bản thân UE, yêu cầu từ bộ phục

vụ thuê bao thường trú (HSS) trong mạng chủ của UE các điều khiển chứng thực có chứa các mệnh lệnh chứng thực - trả lời các cặp tham số, gửi các thử thách với UE

và so sánh các trả lời nhận được từ UE vào một trong những cái đã nhận từ mạng

Vùng của các MME

Vùng của các S-GW

- Cung cấp giao diện vô tuyến đảm

bảo và tối ưu

- Cung cấp đường hầm mặt phẳng người dùng cho dữ liệu hướng xuống và hướng lên

- Chuyển giao liên eNodeB

- Chuyển dữ liệu hướng xuống trong khi chuyển giao

UEs

chủ Để đảm bảo các yêu cầu bảo vệ với UE thì chức năng này là cần thiết Khi cần thiết hoặc theo chu kỳ, các MME có thể lặp lại chức năng xác thực Để bảo vệ các thông tin liên lạc khỏi việc nghe trộm và sự thay đổi của bên thứ ba tương ứng trái phép thì các chức năng này được sử dụng MME cũng phân bổ cho mỗi UE một mã tạm thời để bảo vệ sự riêng tư của UE và gọi đó là mã nhận dạng tạm thời duy nhất toàn cầu (GUTI) Vì vậy, cần phải gửi mã nhận dạng thường trú UE - mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMIS) qua giao diện vô tuyến được giảm thiểu Các GUTI

có thể được cấp trở lại, ví dụ định kỳ để ngăn chặn theo dõi UE

- Quản lý tính di động: vị trí của tất cả các UE trong khu vực của MME sẽ được MME theo dõi MME sẽ tạo ra một lối vào cho UE và tín hiệu với vị trí tới HSS trong mạng chủ của UE khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên MME yêu cầu tài nguyên thích hợp được thiết lập trong eNodeB cũng như trong các S-GW mà nó lựa chọn cho UE Các MME sau đó tiếp tục theo dõi vị trí của UE hoặc là dựa trên mức độ của eNB, nếu UE vẫn kết nối, tức là truyền thông đang hoạt động hoặc ở mức độ khu vực theo dõi (TA) Dựa trên những thay đổi chế độ hoạt động của UE, MME điều khiển các thiết lập và giải phóng nguồn tài nguyên Trong chế độ hoạt động giữa các eNB, S-GW hoặc MME, MME cũng tham gia vào việc điều khiển tín hiệu chuyển giao của UE MME tham gia vào mọi thay đổi của eNB vì không

có phần tử điều khiển mạng vô tuyến riêng biệt nên nó đã ẩn hầu hết các sự kiện này Khi một UE ở trạng thái rảnh, nó sẽ báo cáo vị trí của nó hoặc là định kỳ, hoặc là khi nó chuyển tới một khu vực theo dõi Nếu dữ liệu nhận được từ bên ngoài cho một UE rảnh, MME sẽ được thông báo, nó sẽ yêu cầu các eNB trong TA

đã được lưu giữ cho UE tới vị trí nhớ của UE

- Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối: Các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồ

sơ đăng ký của nó từ mạng chủ về vào thời điểm một UE đăng ký vào mạng Trong suốt thời gian phục vụ UE thì các MME sẽ lưu trữ thông tin này Hồ sơ này xác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói được phân bổ tới các mạng ở tập tin đính kèm Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần tử mang, cho phép các UE kết nối IP cơ bản Điều này bao gồm tín hiệu CP với eNB và S-GW Tại bất kỳ

thời điểm nào sau này, các MME có thể cần tới được tham gia vào việc thiết lập phần tử mang dành riêng cho các dịch vụ được hưởng lợi xử lý cao hơn Nếu yêu cầu bắt nguồn từ khu vực dịch vụ điều hành, hoặc trực tiếp từ UE, các MME có thể nhận được các yêu cầu thiết lập một phần tử mạng dành riêng, hoặc từ các S-GW Nếu UE yêu cầu kết nối cho một dịch vụ mà không được biết đến bởi khu vực dịch

vụ điều hành thì không thể được bắt đầu từ đó

Các kết nối MME đến quanh các nút logic được miêu tả trong hình 1.5, các

chức năng chính được tóm tắt trong giao diện này Theo nguyên tắc, MME có thể

được kết nối với bất kỳ MME khác trong hệ thống nhưng thường kết nối được giới hạn trong một nhà điều hành mạng duy nhất Các kết nối từ xa giữa các MME có thể được sử dụng khi một UE đã đi xa, trong khi đi đăng ký với một MME mới sau

đó tìm kiếm nhận dạng thường trú mới của UE, sau đó lấy nhận dạng thường trú của UE, mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMIS) từ MME truy cập trước đó Trong chuyển giao, các kết nối giữa các MME với các MME lân cận được sử dụng

Hình 1.5 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

Kết nối tới một số HSS cũng cần được hỗ trợ, các HSS nằm trong mạng chủ của người dùng và một tuyến đường có thể được tìm thấy dựa trên IMIS Để điều khiển một tập hợp các S-GW và eNodeB, mỗi MME sẽ được cấu hình Cả S-GW và

eNodeB đều có thể được kết nối tới các MME khác Các MME có thể phục vụ một

số UE cùng một lúc, trong khi mỗi UE sẽ chỉ kết nối tới một MME tại một thời điểm

1.3.5 Cổng phục vụ (S-GW)

Chức năng cao cấp của S-GW là quản lý đường hầm UP và chuyển mạch trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống S-GW là một phần của hạ tầng mạng và được duy trì ở các phòng điều hành trung tâm của mạng

Khi giao diện S5/S8 dựa trên GTP, trên tất cả các giao diện UP của S-GW sẽ

có đường hầm GTP Trong P-GW, ánh xạ giữa các luồng dịch vụ IP và đường hầm GTP được thực hiện và S-GW không cần được kết nối với PCRF Toàn bộ điều khiển có liên quan tới các đường hầm GTP đến từ MME hoặc P-GW Khi giao diện PMIP S5/S8 được sử dụng, việc ánh xạ giữa các dòng dịch vụ IP trong các đường hầm S5/S8 và đường hầm GTP trong giao diện Sl-U sẽ được S-GW thực hiện, sau đó

sẽ kết nối tới PCRF để nhận được thông tin ánh xạ

Trong các chức năng điều khiển, S-GW có một vai trò rất nhỏ Nó chỉ chịu trách nhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nó và dựa trên các yêu cầu từ MME, P-

GW hoặc PCRF mà nó cấp phát chúng, từ đó mà các hành động được thiết lập, sửa đổi hoặc xóa sạch các phần tử mang cho UE Nếu các lệnh trên được nhận từ P-GW hoặc PCRF, để có thể điều khiển các đường hầm tới eNodeB thì S-GW sẽ chuyển tiếp các lệnh đó tới MME Tương tự, khi MME bắt đầu có yêu cầu, tùy thuộc vào

S5/S8 được dựa trên GTP hoặc PMIP tương ứng thì S-GW sẽ báo hiệu tới một trong

hai P-GW hoặc PCRF Như vậy, dữ liệu trong giao diện S5/S8 sẽ được các luồng IP trong một đường hầm GRE truyền tới mỗi UE nếu giao diện S5/S8 được dựa trên PMIP Và khi đó trong giao diện S5/S8 dựa trên GTP, mỗi phần tử mang sẽ có đường hầm của riêng mình Vì vậy, S-GW hỗ trợ PMIP S5/S8 sẽ có trách nhiệm liên kết các phần tử mang, ví dụ: ánh xạ các luồng IP trong giao diện S5/S8 vào các phần tử mang trong giao diện Sl Chức năng này trong S-GW được gọi là chức năng liên kết phần tử mang và báo cáo sự kiện (BBERF) BBERF luôn nhận các

thông tin liên kết phần tử mang từ PCRF từ bất kể nơi nào mà tín hiệu phần tử mang bắt đầu

Hình 1.6 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính

S-GW hoạt động như nút cuối di động địa phương khi di chuyển giữa các eNodeB MME sẽ lệnh cho S-GW để chuyển sang đường hầm từ một eNodeB khác S-GW cũng có thể được MME yêu cầu cung cấp tài nguyên đường hầm cho

dữ liệu chuyển tiếp khi có nhu cầu cần chuyển dữ liệu từ eNodeB nguồn tới eNodeB đích trong thời điểm UE có chuyển giao vô tuyến Các tình huống di chuyển cũng bao gồm sự thay đổi từ một S-GW tới một cái khác và bằng cách loại

bỏ các đường hầm trong S-GW cũ và thiết lập chúng trong S-GW mới, MME sẽ điều khiển sự thay đổi đó sao cho phù hợp

Trong chế độ kết nối, đối với tất cả các luồng dữ liệu thuộc về một UE thì dữ liệu giữa eNodeB và P-GW sẽ được S-GW chuyển tiếp Tuy nhiên, các nguồn tài nguyên trong eNodeB sẽ được giải phóng, các đường dẫn dữ liệu được kết thúc trong S-GW khi một UE ở chế độ nhàn rỗi Nếu gói dữ liệu từ P-GW được S-GW nhận được thì nó sẽ lưu các gói vào bộ đệm và yêu cầu MME bắt đầu nhắn tin tới

UE Tin nhắn sẽ làm cho UE tới chế độ tái kết nối và khi các đường hầm được tái

kết nối thì các gói tin từ bộ đệm sẽ được gửi về Dữ liệu trong các đường hầm sẽ được S-GW theo dõi và các dữ liệu cần thiết cho việc hạch toán và tính chi phí của người dùng cũng được nó thu thập

Ta thấy S-GW được kết nối tới các nút logic khác và danh sách các chức năng chính trong các giao diện này được miêu tả trong hình 1.6 Tất cả các giao diện được cấu hình theo kiểu một - nhiều từ S-GW Một khu vực địa lý nhất định

có thể chỉ được phục vụ bởi một S-GW với một tập giới hạn các eNodeB, và tương

tự có thể có một tập giới hạn của các MME điều khiển khu vực đó Vì P-GW sẽ không thay đổi trong khi di chuyển, trong khi S-GW có thể được định vị lại trong khi UE di chuyển nên S-GW có thể kết nối tới bất kỳ P-GW nào trong toàn bộ mạng lưới Đối với các kết nối có liên quan tới một UE, tại một thời điểm, S-GW sẽ luôn báo hiệu với chỉ một MME và các điểm UP tới một eNodeB S-GW cần kết

nối tới các thành phần riêng biệt nếu một UE được phép kết nối tới nhiều các PDN

thông qua các P-GW khác nhau Nếu giao diện S5/S8 là dựa trên PMIP thì S-GW

sẽ kết nối tới một PCRF cho mỗi P-GW riêng được UE sử dụng

Trường hợp chuyển dữ liệu gián tiếp nơi mà dữ liệu UP được chuyển tiếp giữa các eNodeB thông qua các S-GW cũng được mô tả trên hình 1.6 Không có tên giao diện cụ thể liên quan đến giao diện giữa các S-GW vì định dạng chính xác giống như trong giao diện Sl-U và có thể cho rằng các S-GW liên quan chúng đã truyền thông trực tiếp với cùng một eNodeB Đây sẽ là trường hợp khi thông qua chỉ một S-GW, chuyển tiếp dữ liệu gián tiếp sẽ diễn ra, tức là cả hai eNodeB có thể được kết nối tới cùng một S-GW

1.3.6 Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW)

Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW) thường được viết tắt là PDN-GW Đây là tuyến biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài và là nút cuối di động mức cao nhất trong hệ thống Nó thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho

UE, thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các dịch vụ được đề cập Cũng giống như S-GW, các P-GW được duy trì tại các phòng điều

hành tại một vị trí trung tâm

Điển hình là UE sẽ được P-GW cấp phát các địa chỉ IP, và UE sử dụng nó để giao tiếp với các máy chủ IP khác trong các mạng bên ngoài (ví dụ như Internet)

Nó cũng có thể là PDN bên ngoài mà UE đã được kết nối cấp phát các địa chỉ đó là

để sử dụng bởi các UE, tất cả lưu lượng được các đường hầm P-GW cho vào mạng

đó Khi UE yêu cầu một kết nối PDN thì địa chỉ IP luôn được cấp phát, nó sẽ diễn

ra ít nhất là khi UE được gắn vào mạng và nó có thể xảy ra sau khi có một kết nối PDN mới Khi cần hoặc khi truy vấn một máy chủ DHCP bên ngoài thì các P-GW thực hiện chức năng giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP), và cung cấp địa chỉ cho UE Ngoài ra tự cấu hình động được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn Chỉ IPv4, chỉ IPv6 hoặc cả hai, tùy theo nhu cầu các địa chỉ có thể được phân bổ UE có thể báo hiệu rằng nó muốn nhận địa chỉ ngay trong tín hiệu kết nối hoặc nếu nó muốn thực hiện cấu hình địa chỉ sau khi lớp liên kết được kết nối

P-GW bao gồm cả PCEF, nghĩa là nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách được thiết lập cho UE và các dịch vụ nói đến Ngoài ra, nó cũng thu thập các báo cáo thông tin chi phí liên quan

Lưu lượng UP giữa P-GW và các mạng bên ngoài dưới dạng các gói tin IP thuộc về các dòng dịch vụ IP khác nhau Nếu giao diện S5/S8 hướng tới S-GW là dựa trên GTP, P-GW thực hiện ánh xạ các dòng dữ liệu IP tới các đường hầm GTP, các phần tử mang cơ bản được các P- GW thiết lập dựa trên yêu cầu qua PCRF hoặc từ S-GW, mà chuyển tiếp các thông tin từ MME Ngược lại, nếu giao diện S5/S8 là dựa trên PMIP thì P-GW sẽ ánh xạ tất cả các luồng dịch vụ IP từ các mạng bên ngoài thuộc về một UE tới một đường hầm GRE duy nhất, khi đó tất cả các thông tin điều khiển chỉ được trao đổi với PCRF Thêm vào đó, P-GW cũng có chức năng giám sát các luồng dữ liệu cho mục đích hoạch toán cũng như cho ngăn xen theo luật

Có thể nói P-GW là điểm cuối di động mức cao nhất trong hệ thống Các phần tử mang phải được chuyển vào P-GW nếu một UE di chuyển từ một S-GW tới

một cái khác Khi đó, P-GW sẽ nhận được chỉ dẫn để chuyển các luồng từ các

S-GW mới

Ta thấy trong hình 1.7, các kết nối P-GW đã đến xung quanh các nút logic Danh sách các chức năng chính cũng được thể hiện trong giao diện này

Hình 1.7 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính

Mỗi P-GW có thể được kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng bên ngoài Khi một UE liên kết với P-GW thì chỉ có duy nhất một S-GW, nhưng có các kết nối tới nhiều các mạng bên ngoài, tương ứng sẽ có nhiều các PCRF có thể cần phải được hỗ trợ, nếu có kết nối tới nhiều các PDN được hỗ trợ thông qua một P-GW

1.3.7 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên (PCRF)

Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên (PCRF) là phần tử mạng chịu trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cước (PCC) Để cho việc thiết lập các phần tử mang thích hợp và việc lập chính sách, nó tạo ra các quyết định về cách xử

lý các dịch vụ về QoS và cung cấp thông tin cho PCEF được đặt trong P-GW, và cũng được áp dụng cho cả BBERF được đặt trong S-GW PCRF là một máy chủ, thường được đặt với các phần tử CN khác tại các trung tâm điều hành chuyển mạch

- Các luồng IP của dữ liệu người dùng

- Điều khiển các đường hầm của mặt phẳng người dùng

- Các đường hầm mặt phẳng người dùng cho phân phối dữ liệu hướng lên và hướng xuống

- Các yêu cầu về chính sách & quản lý tính cước

- Các quy tắc PCC

Các mạng bên ngoài

PCRFs

S-GWs

Các thông tin cung cấp cho PCEF bởi PCRF được gọi là các quy tắc PCC Bất cứ khi nào một phần tử mang mới được thiết lập thì PCRF sẽ gửi các quy tắc PCC Thiết lập phần tử mang là cần thiết Ví dụ khi UE bước đầu được gắn vào mạng, phần tử mang mặc định sẽ được thiết lập, sau đó sẽ có một hoặc nhiều các phần tử mang dành riêng được thiết lập PCRF có khả năng cung cấp các quy tắc PCC dựa trên yêu cầu, hoặc từ P-GW và cũng như S-GW trong tường hợp PMIP, tương tự như trong trường hợp kết nối và cũng dựa trên yêu cầu từ chức năng ứng dụng (AF) nằm trong các dịch vụ tên miền Ví dụ, trong trường hợp S5/S8 là PMIP, IMS và AF sẽ thúc đẩy dịch vụ QoS thông tin tới PCRF, từ đó tạo ra một quyết định PCC và nó sẽ đẩy các quy tắc PCC đến P-GW, sau đó mang thông tin ánh xạ tới S-GW Các phần tử mang EPC sau đó sẽ được thiết lập dựa trên những điều đó

Hình 1.8 PCRF kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

Hình 1.8 cho thấy các kết nối giữa PCRF và các nút khác Mỗi PCRF có thể được kết nối với một hoặc nhiều AF, P-GW và S-GW Chỉ có một PCRF liên kết với mỗi kết nối PDN, đó là một UE duy nhất đã có

1.3.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS)

Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) là kho dữ liệu thuê bao cho tất cả dữ liệu người dùng thường xuyên Nó là một máy chủ cơ sở dữ liệu và được duy trì tại các

- Các quy tắc QoS khi S5/S8 là PMIP

- Kiểm soát các yêu cầu QoS khi S5/S8 là PMIP

- Các quy tắc QoS cho việc ánh xạ các luồng dịch vụ IP & đường hầm GTP trong S1 khi S5/S8 là PMIP

phòng trung tâm của nhà điều hành Nó cũng ghi lại vị trí của người sử dụng ở mức

độ của nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn như MME

HSS lưu trữ bản gốc của hồ sơ thuê bao, trong đó có chứa các thông tin về các dịch vụ được áp dụng đối với người sử dụng, bao gồm thông tin về các kết nối PDN được cho phép và việc có chuyển tới một mạng tạm trú riêng được hay không Nhận dạng của các P-GW được sử dụng cũng được HSS lưu Khóa thường trực được sử dụng để tính toán xác thực, được gửi tới mạng tạm trú để xác thực người dùng, các khóa phát sinh tiếp sau để mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn được lưu trữ tại các trung tâm xác thực (AUC) và thường là một phần của HSS Trong tất cả các tín hiệu liên quan tới các chức năng này thì HSS phải tương tác với MME Các HSS sẽ cần phải có khả năng kết nối với mọi MME trong toàn bộ hệ mạng lưới, nơi mà các

UE của nó được phép di chuyển Đối với mỗi UE, tại một thời điểm, các hồ sơ HSS

sẽ chỉ tới một MME phục vụ, và ngay sau đó sẽ báo cáo về một MME mới mà nó phục vụ cho UE, HSS sẽ hủy bỏ vị trí của MME trước

1.4 Xử lý tín hiệu băng gốc đường xuống trạm gốc LTE/LTE-A

1.4.1 Sơ đồ tổng quan xử lý băng gốc

Hình 2.1 minh hoạ mô hình xử lý tín hiệu băng gốc LTE/LTE-A cho đường xuống kênh sẻ chia PDSCH tại lớp vật lý L1 Mô hình xử lý băng gốc cho các kênh đường xuống khác (PMCH, PBCH) được thực hiện theo các bước tương tự

Hình 1.9 Sơ đồ xử lý băng gốc tại L1 (đường xuống)

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý (Physical Downlink Shared PDSCH) được dùng để vận chuyển dữ liệu và đa phương tiện Do đó, nó được thiết

Channel-kế cho tốc độ dữ liệu rất cao

1.4.2 Chức năng khối mã hóa nguồn

1.4.2.1 Kiểm tra tính dư tuần hoàn CRC

Khi mỗi đầu cuối di động được lập lịch trình trong một khoảng thời gian truyền dẫn TTI (Transmission Time Interval) trên kênh chia sẻ đường xuống PDSCH, lớp vật lý nhận một khối vận chuyển (hoặc 2 khối vận chuyển trong trường hợp ghép kênh không gian) của dữ liệu truyền đi CRC được xem là mã phát hiện lỗi Với mỗi khối vận chuyển, một CRC (kiểm tra tính dư tuần hoàn) được gán, và mỗi CRC được gán khối vận chuyển sẽ được mã hoá riêng Các bit kiểm tra chẵn, lẻ (parity bit) được tạo ra dựa trên đa thức sinh vòng với độ dài (mã CRC) là 24 bit Chuỗi kiểm tra chẵn lẻ (parity) ở bên thu sau này phát hiện dòng bit thu được có bị lỗi hay không

CRC24a

Code Block Segment

CRC24b Turbo

Encoder

HARQ Rate Match

Physical Resource Block Mapper

MIMO Precode

Layer Mapper

QAM Mapper Scramble

SƠ ĐỒ XỬ LÝ TÍN HIỆU BĂNG GỐC ĐƯỜNG XUỐNG PDSCH/DLSC

Nếu chuỗi bit đầu vào (sau CRC24A) lớn hơn kích thước khối cực đại (để có thể xử lý tiếp ở khối mã hóa Turbo) là 6144 bit, dòng bit này được phân nhỏ (CB-Code Book segmentation) thành các khối bit với kích thước cực đại là 6144 bit và cực tiểu là 40 bit Các khối bit này sẽ được gán thêm mã sửa sai CRC 24 bit (CRC24B) tạo thành khối dữ liệu mới Với khối bit có kích thước nhỏ hơn 40 bit, quá trình này sẽ tự động chèn thêm bit (giả) Quá trình này được minh hoạ trong hình 2.2

Hình 1.10 Phân nhỏ khối dữ liệu

1.4.2.2 Mã hóa Turbo

Mã hóa kênh sử dụng mã FEC (Forward Error Correction - cho phép phát hiện và tự sửa sai) là mã Turbo với tỷ lệ mã hóa (code rate) là 1/3 Tỷ lệ mã hóa được định nghĩa là tỷ số giữa số bit (dữ liệu) đầu vào và số bit đầu ra (đã thêm các bit sửa sai), tỷ lệ mã hóa làm tăng độ tin cậy truyền nhưng cũng đồng thời giảm khả năng truyền tải do chèn thêm các bit phụ Cơ chế mã Turbo sử dụng mã chập kết nối song song PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Code) với hai bộ mã hóa thành phần 8 trạng thái và một bộ xen trộn (interleaver) dữ liệu mã Turbo Dữ liệu

sau mã hóa Turbo gồm 3 dòng bit dữ liệu: dòng bit đầu vào (systematic bit stream)

dk, hai dòng bit sửa lỗi: dòng bit chẵn lẻ (parity 1 bit stream) thứ nhất ck và dòng bit

chẵn lẻ thứ hai (parity 2 bit stream) c'k Dòng bit đầu vào dk qua bộ mã hóa thứ nhất tạo ra dòng bit chẵn lẽ thứ nhất ck Dòng bit đầu vào dk qua bộ xen trộn QPP tạo ra dòng bit (đã được xen trộn vị trí) d'k Dòng bit này sẽ được đưa vào bộ mã hóa thứ hai để tạo ra dòng bit chẵn lẻ thứ hai c'k Trong trường hợp này, số bit đầu ra của bộ

mã hóa Turbo (của ba dòng bit) sẽ gấp ba số bit đầu vào bộ mã hóa (hình 2.3)

Hình 1.11 Bộ mã hóa Turbo 1/3

1.4.2.3 Khối điều chỉnh tốc độ và nhiệm vụ HARQ lớp vật lý

Khối điều chỉnh tốc độ (rate matching) có nhiệm vụ chính là tạo ra chuỗi bit truyền đi với tốc độ mong muốn (phù hợp tham số kênh vật lý) trong một khoảng thời gian truyền dẫn TTI xác định

Trong trường hợp tốc độ bị hạn chế không cho phép truyền tất cả ba dòng bit sau bộ mã hóa Turbo, khối điều chỉnh tốc độ sẽ tiến hành chọn lựa các bit truyền đi nhờ cơ chế bộ đệm vòng (hình 2.4) Các dòng bit sẽ qua quá trình xáo trộn thứ tự vị trí dữ liệu (interleaver) để tạo thành 3 dòng bit mới Ba dòng bít này được sắp xếp vào bộ đệm vòng tròn (hình 2.5) gồm: dòng bit hệ thống và hai dòng bit sửa lỗi sắp

QPP Interleaver