Với những nghiêncứu nhằm cải thiện tốc độ truyền dẫn dữ liệu cho người dùng LTE-Advance đã ứng dụngrất nhiều kỹ thuật mới như kỹ thuật kết hợp sóng mang Carrier aggregation , kỹ thuậtMI
Trang 1Thông tin di động 1
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
BÁO CÁO THÔNG TIN DI ĐỘNG
Trang 2Thông tin di động 2
Trang 3MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
I KỸ THUẬT KẾT HỢP SÓNG MANG ( CARRIER AGGREGATION) 4
1.1 Kỹ thuật kết hợp sóng mang 4
1.2 Hiệu năng của kỹ thuật kết hợp sóng mang 6
II KỸ THUẬT MIMO TRONG LTE – A 6
2.1 Cải thiện các sơ đồ MIMO 6
2.2 MIMO đường xuống (Downlink ) trong LTE-A 7
2.2.1 Kỹ thuật đường xuống MU-MIMO 7
2.2.2 Kỹ thuật đường xuống SU-MIMO 8
2.3 MIMO đường lên ( uplink ) trong LTE-A 11
III KỸ THUẬT CÁC NÚT CHUYỂN TIẾP TRONG LTE-A 13
3.1 Giới thiệu về kỹ thuật các nút chuyển tiếp ( Relay Node ) 13
3.2 Các loại nút chuyển tiếp và cách thức hoạt động 13
a Chuyển tiếp lớp 1 13
b Chuyển tiếp lớp 2 14
c Chuyển tiếp lớp 3 15
3.3 Các vấn đề liên quan đến triển khai nút chuyển tiếp RN 16
3.3.1 Thủ tục khởi động trạm chuyển tiếp Relay 16
3.3.2 Thủ tục UE liên kết 16
3.3.3 Thủ tục chuyển giao 16
3.4 Các ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng trạm chuyển tiếp Relay 17
a Các ưu điểm 17
b Các nhược điểm 17
3.5 Truy nhập vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Relay 17
3.6 Giao thức vô tuyến cho các trạm truyển tiếp Relay 18
IV TỔNG KẾT 20
Trang 4[ TÀI LIỆU THAM KHẢO ] 21
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, tại nhiều nước trên thế giới, khi phiên bản đầu tiên của chuẩn LTE đanghoàn thành thì tâm điểm của sự chú ý đang chuyển sang sự tiến hóa tiếp theo của côngnghệ này, đó là LTE-Advanced Một trong những mục tiêu của quá trình tiến hóa này là
để đạt tới và thậm chí vượt xa những yêu cầu của IMT-Advanced của ITU-R nhằm cảithiện một cách đáng kể về mặt hiệu năng so với các hệ thống hiện tại bao gồm cả hệthống LTE phiên bản đầu tiên
LTE-Advance là bước phát triển tiếp theo của công nghệ LTE Với những nghiêncứu nhằm cải thiện tốc độ truyền dẫn dữ liệu cho người dùng LTE-Advance đã ứng dụngrất nhiều kỹ thuật mới như kỹ thuật kết hợp sóng mang ( Carrier aggregation ), kỹ thuậtMIMO , kỹ thuật các nút chuyển tiếp ( relay node ), kỹ thuật phối hợp truyền dẫn đa điểm
… Trong tương lai gần, LTE-A sẽ là công nghệ mà Việt Nam sẽ hướng tới triển khai.Nắm bắt được xu hướng đó, kết hợp với yêu cầu của môn học Thông tin di động, nhóm
em xin giới thiệu 3 kỹ thuật then chốt của LTE-Advance đó là : Kỹ thuât kết hợp sóngmang, kỹ thuật MIMO và kỹ thuật các nút chuyển tiếp
BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC
Hoàng Hữu Thuân - Chỉnh sửa bản word
Trang 5I KỸ THUẬT KẾT HỢP SÓNG MANG ( CARRIER AGGREGATION)
1.1 Kỹ thuật kết hợp sóng mang
Kết hợp sóng mang (CA) là một trong những chức năng quan trọng nhất của
LTE-Advanced Phương pháp của CA là để mở rộng băng tần tối đa của đường lên và đườngxuống bằng cách kết hợp nhiều sóng mang lại với nhau Các sóng mang được kết hợp lạichính là các sóng mang cơ sở trong phát hành 8, điều này chính là yếu tố khiến cho LTE-Advanced có thể dễ dàng hơn trong khả năng tương thích ngược Một thiết bị đầu cuốitrước phát hành 10 có thể dễ dàng truy nhập vào một sóng mang thành phần trong khi các
UE có khả năng kết hợp sóng mang sẽ hoạt động trên nhiều thành phần sóng mang
Mục tiêu của LTE-Advance là hỗ trợ băng thông hệ thống lên đến 100 MHz để tăng
tốc độ số liệu đỉnh cũng như dung lượng hệ thống Vì phân tập tần số không tăng thêmhiệu năng khi băng thông vượt qua 20 MHz nên tốc độ bit đỉnh sẽ hầu như tăng tuyến tínhvới băng thông Chẳng hạn để đạt được tốc độ số liệu đỉnh 1Gbps trên đường xuống vớihiệu suất sử dụng phổ tần 30 bps/Hz, với giả thiết truyền dẫn MIMO 8 lớp chỉ cần băngthông 40 MHz
Phương pháp được chấp nhận để mở rọng băng thông trong LTE Advance là kết hợpsóng mang ( Carrier Aggregation ) bằng cách đặt cạnh nhau các sóng mang tương thíchLTE R8 ( hay CC: Component Carrier: sóng mang phần tử ) trên cùng một lưới sóngmang để có thể sử dụng các thao tác IFFT/FFT đơn giản Các CC ( phần tử sóng mang) cóthể được kết hợp: (1) trong cùng một băng, (2) giữa các băng khác nhau, (3) liên tục hoặckhông liên tục
Hình 10.2:Cách kết hợp các CC (Component Carier)
Trang 6vì thế mỗi sóng mang phần tử sẽ có một DTF riêng trước khi đến IFFT để phát Kiểu kếthợp sóng mang này sẽ hơi tăng PARP đường lên so với R8 tuy nhiên vẫn duy trì nó thấphơn OFDMA, vì vậy đảm bảo chỉ tăng tối thiểu tiêu thụ công suất đầu cuối.
Về phần ấn dịnh tài nguyên trong eNodeB và tương thích ngược, chỉ cần các thay đổitối thiểu trong đặc tả lập biểu, MIMO, thích ứng đường truyền cà HARQ được thực hiệntrên nhóm sóng mang 20MHz Chẳng hạn người sử dụng thu thông tin trong băng thông
100 MHz sẽ cần 5 máy thu với mỗi máy cho một băng thông 20 MHz
Kết hợp số liệu cho các song mang phần tử có thể được thực hiện tại lớp MAC hoặclớp vật lý Tuy nhiên kết hợp tại lớp vật lý đòi hỏi phải thực hiện HARQ cho số liệu đượckết hợp thay vì thực hiện HARQ cho từng thành phần số liệu vì thế kết hợp tại lớp MAChiệu quả và linh hoạt hơn
Hinh 10.3: Các sơ đồ kết hợp số liệu tại các lớp khác nhau
Trang 71.2 Hiệu năng của kỹ thuật kết hợp sóng mang.
Việc sử dụng kết hợp sóng mang đem lại lợi ích cho hiệu năng của hệ thống theohai cách sau:
- Tốc độ dữ liệu đỉnh tăng lên khi thực hiện kết hợp phổ từ hai hay nhiều băng tần tần số.Tốc độ dữ liệu đỉnh theo lí thuyết từ việc kết hợp sử dụng kết hợp sóng mang với tổngcộng phổ tần 40MHz và 8 ăngten có thể đạt tới 1,2Gbps cho đường xuống và 600Mbpscho đường lên (với công nghệ truyền dẫn đa ăngten đường lên) Với phổ tần 100MHz và
5 sóng mang được kết hợp, tốc độ dữ liệu có thể đạt đến 3Gbps cho đường xuống và1,5Gbps cho đường lên
- Tăng thông lượng trung bình của người dùng, đặc biệt khi số lượng người dùng là quálớn Lập lịch sóng mang chung trong Nút B phát triển cho phép sự lựa chọn sóng mangtối ưu do đó dẫn đến hiệu năng tốt nhất và cân bằng tải tốt nhất giữa các sóng mang
II KỸ THUẬT MIMO TRONG LTE – A
2.1 Cải thiện các sơ đồ MIMO
Kỹ thuật MIMO trong lĩnh vực truyền thông là kỹ thuật sử dụng nhiều anten phát và
nhiều anten thu để truyền dữ liệu.Trong kỹ thuật LTE Advance truyền dẫn MIMO nângcao đóng vai trò quan trọng trong tăng hiệu suất phổ tần Các sơ đồ MIMO tăng cườngđang được nghiên cứu cho cả đường lên và đường xuống của LTE Advance Sự kết hợptruyền dẫn MIMO bậc cao, tạo búp hay MU-MIMO ( MultiUser MIMO: MIMO đa người
sử dụng ) được coi là một trong các công nghệ then chốt của LTE Advance
MU-MIMO ( MIMO đa người dùng) là một tiến bộ trong công nghệ MIMO , nhiềuđầu vào và nhiều đầu ra , nó cho phép các anten bao trùm tới vô số các điểm truy nhậpđọc lập và các mỗi thiết bị đầu cuối độc lập có 1 hoặc nhiều anten Khác với SU-MIMO(MIMO đơn người dùng ) chú ý đến việc truyền thông giữa một tập anten phát (a singlemulti-antenna transmitter) với một tập anten thu ( a single multi-antenna receiver )
Trong trường hợp kết hợp phổ, tương quan anten có thể khác nhau trong từng đoạnphổ khi cấu hình anten cố định Vì thế trong LTE-A, một phần từ kênh có thể bao gồmđồng thời cả kịch bản tương quan thấp và tương quan cao VÌ MU-MIMO thích ứng hơncho các kịch bản tương quan cao so với SU-MIMO, nên để sử dụng hết đặc tính của cáckịch bản tán xạ khác nhau cả SU-MIMO và MU-MIMO đều được sử dụng
Trang 8Hình 1: SU-MIMO ( MIMO đơn người dùng )
Hình 2: MU-MIMO (MIMO đơn người dùng )
Để hỗ trợ hiệu suất phổ đỉnh đường lên theo yêu cầu của LTE Avance, cấu hình ghépkênh không gian 8 × 8 được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống và 4 × 4 được sử dụngcho đương lên
2.2 MIMO đường xuống (Downlink ) trong LTE-A
2.2.1 Kỹ thuật đường xuống MU-MIMO
Trên đường xuống các sơ đồ MU-MIMO (Muti-user MIMO: MIMO đa người sửdụng ) được nghiên cứu để đảm bảo mức độ linh hoạt lập biểu miền tần số cao hơn và
Trang 9tăng cường triệt nhiễu đa người sử dụng Các phương pháp triệt nhiễu cũng được nghiêncứu, bao gồm cả việc làm cho đầu cuối biết được nhiễu gây ra do người sử dụng cùngchia sẻ tập tài nguyên truyền dẫn cũng như cải thiện tiền mã hóa phía phát.Phát triển sơ
đồ MIMO lên đến tám anten phát tại enodeB cũng được nghiên cứu cho đường xuống sovới cực đại chỉ bốn anten phát trong LTE R8 Việc hỗ trợ tám anten đòi hỏi nghiên cứuthiết kế mới đối với ký hiệu tham chuẩn và phản hồi trạng thái kênh
Khi tăng số anten từ bốn lên tám, hầu như không thể tăng bậc phân tập khi xét đếncác sai lỗi ước tính kênh Vì thế các sơ đồ phân tập phát của LTE Advance sẽ sử dụng lạicác sơ đồ dựa trên SFBC (Space Frequency Block Code) và FSTD (Frequency SwitchTransmit Diversity) từ LTE R8 Điều này được thực hiện bằng cách sắp xếp tám anten vật
lý lên bốn anten ảo với chuyển đổi trong suốt (CDD)
2.2.2 Kỹ thuật đường xuống SU-MIMO
Để đạt được hiệu suất phổ đỉnh đường 30bit/s/Hz Yêu cầu cao hơn với SU-MIMO làđiều cần thiết Do đó cần phải tăng số lớp truyền dân của SU-MIMO trong LTE-A lên 8
quan trọng nhất với giao diện vô tuyến trong việc hỗ trợ lên đến 8 lớp là cấu trúc RS sửdụng để đo CQI và giải điều chế PDSCH ( kênh vật lý chia sẻ đường xuống ) Liên quanđến vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã nhất trí khai thác LTE Advance 8 Tx sẽ được xâydựng trên cơ sở chia các tín hiệu tham chuẩn thành các CSI-RS (Channel StateInformation RS: RS thông tin trạng thái kênh ) và RS giải điều chế, trong đó CSI-RS để
đo trạng thái kênh sẽ được phát thưa để tránh tăng băng thông bổ sung Khai thác này làkhả thi với giả thiết tốc độ di động thấp
Trong sơ đồ DL SU-MIMO với cấu hình 8×X, hai khối truyền tải có thể truyền đến
UE được lập biểu Mỗi khối truyền tải được ấn định một sơ đồ điều chế và mã hóa riêng.Một bit ACK/NACK phản hồi đường lên được sử dụng cho mỗi khối truyền tải Mỗi khốitruyền tải tương ứng với một từ mã Tối đa tám lớp được sử dụng, đối với số lớp từ bốntrở xuống, quá trình sắp xếp từ mã lên lớp cũng giống như LTE R8 Đối với số lớp lớnhơn bốn và các trường hợp sắp xếp một từ mã lên ba hoặc bốn lớp ( để phát lại một hoặchai từ mã cho trường hợp phát ban đầu lớn hơn bốn lớp ) quá trình sắp xếp từ mã vào lớpđược thực hiện theo bảng 10.3, trong đó dq(i) ký hiệu cho kí hiệu điều chế thứ i của từ mã
q, Xl( i ) là ký hiệu thứ I của lớp thứ l, Nq ký hiệu cho số ký hiệu điều chế trên mã thứ q và
Nl ký hiệu cho số ký hiệu điều chế trên lớp thứ l
Trang 122.3 MIMO đường lên ( uplink ) trong LTE-A
Kỹ thuật đường lên SU-MIMO
Trên đường lên, SU-MIMO (single user MIMO: MIMO đơn người sử dụng ) đượccoi là một trong số các kỹ thuật then chốt đảm bảo cải thiện đáng kể thông lượng người
sử dụng tại biên ô so với LTE R8 cũng như hiệu suất phổ đỉnh trung bình UE trong Advance được đặc tả với cấu hình 4 anten phát Tùy thuộc vào số lớp truyền dẫn, các kýhiệu điều chế liên quan đến từng khối truyền tải sẽ được sắp xếp lên một hoặc hai lớptheo nguyên lý giống như LTE-R8 SU-MIMO đường xuống Cấp hạng truyền dẫn có thểkích ứng động Có thể lập cấu hình UL SU-MIMO đường xuống có hoặc không cóchuyển dịch lớp Trong trường hợp dịch chuyển lớp, chuyển dịch được thực hiện trongmiền thời gian Nếu chuyển dịch được lập cấu hình, các HARQ-ACK được gộp chungvào một HARQ-ACK Một bit ACK/NACK được phát đến UE tùy theo các khối truyềntải được phát thành công hay thất bại Nếu chuyển dịch lớp không được lập cấu hình, mỗikhối truyền tải có riêng một phản hồi báo hiệu ACK/NACK
Tiền mã hóa được thực hiện theo bảng mã quy định trước Nếu chuyển dịch lớpkhông được lập cấu hình, tiền mã hóa được thực hiện sau sắp xếp lớp Nếu chuyển dịchlớp được lập cấu hình, tiền mã hóa được thực hiên sau thao tác chuyển dịch lớp Mỗisóng mang phần tử được áp dụng một ma trận tiền mã hóa Trong trường hợp cấp hạngđầy đủ, ma trận tiền mã hóa là ma trận đơn vị
Trang 14Bảng 10.6.Bảng mã tiền mã hóa 6 bit cho UL SU-MIMO với bốn anten
Các đầu cuối SU-MIMO được xây dựng trên sơ đồ phân tập phát vong hở khi việcthu thập thông tin trạng thái kênh không thể hoặc không khả thi Vì thế hiệu năng tốt củacác sơ đồ phân tập phát vòng hở trong các điều kiện kênh khác nhau là rất quan trọng đểđảm bảo phủ sóng và dung lượn người sử dụng cho các đầu cuối SU-MIMO Một trongcác tính năng then chốt đối với các sơ đồ phân tập phát đường lên là khi cần thiết có thể
sử dụng công suất phát từ tất cả các bộ khuếch đại công suất khả dụng
Phân tập phát vòng kín (CL) nghĩa là tiền mã hóa luồng đơn với chỉ thị vecto tiền mãhóa do enodeB quyết định là một sơ đồ tốt để phát kênh số liệu từ các đầu cuối SU-MIMO có nhiều anten và bộ khuếch đại công suất của LTE-Advance Phân tập phát vòngkín được kỳ vọng sẽ cải thiện thông lượng trung bình của người sử dụng Phân tập phátvòng kín vượt trội so với phân tập phát vòng hở trong các điều kiện di động thấp cà đảmbảo phản hồi đủ nhanh
Ghép kênh không gian đa luồng được kỳ vọng sẽ cải thiện thông lượng trung bìnhcủa người sử dụng và tốc độ số liệu đỉnh đường lên Tương tự như truyền dẫn đơn luồng,các sơ đồ ghép kênh không gian đa luồng đòi hỏi các thiết kế liên quan đến nhau với các
ma trận tiền mã hóa và các ký hiệu tham chuẩn, các quá trình xử lý HARQ, sắp xếp lớp
và tín hiệu điều khiển
Trang 15III KỸ THUẬT CÁC NÚT CHUYỂN TIẾP TRONG LTE-A
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 công suấtkhả dụng và thậm chí phổ rộng sẽ chỉ khả dụng tại các băng tần cao và điều này đồngnghĩa với suy hao cao Các thuê bao yêu cầu các dịch vụ tốc độ số liệu cao thường đượcđặt trong nhà và phải chịu cường độ tín hiệu thấp vì sóng vô tuyến phải xâm nhập qua cáctường ngăn của tòa nhà Để chống lại các ảnh hưởng này và đảm bảo thông lượng ổnđịnh trên toàn mạng, các nút phát cần được đặt gần các người sử dụng hơn để đạt đượctốc độ xử lý cao hơn Kỹ thuật các nút chuyển tiếp (RN: Relay Node) ra đời không chỉ hỗtrợ cho phép lắp đặt đơn giản mà còn là giải pháp kinh tế cho các triển khai mật độ cao vìkhông cần đường trục hữu tuyến Có thể đạt được thông lượng cao trên các đường truynhập vô tuyến nhờ RN ở gần và vùng phủ sóng nhỏ hơn của nó Đường trục từ RN đếneNodeB cũng được hưởng lợi từ vị trí RN tốt hơn so với UE được phục vụ và vì thế chophép eNodeB thông qua RN cung cấp vùng phủ sóng tốt hơn với hiệu suất phổ tần caohơn
3.2 Các loại nút chuyển tiếp và cách thức hoạt động
a Chuyển tiếp lớp 1
Chuyển tiếp lơp 1 chỉ sử dụng các bộ lặp Các bộ lặp thu tín hiệu, khuyếch đại và
phát lại thông tin để chỉ phủ các lỗ đen trong các ô Các đầu cuối có thể sử dụng tín hiệuđược 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.
Trang 16b 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) Trongmột số khe, nút chuyển tiếp hoạt động như một đầu cuối của người sử dụng đóng vai tròmột BTS phát đến nhiều người sử dụng trong khe tiếp theo.Về căn bản RN lớp 2 sẽ hoạtđộng giống như một eNodeB bình thường bao gồm cả lập biểu và quản lý tài nguyên,nhưng đường trục được thực hiện bởi một đường truyền LTE đến eNodeB bằng cách sửdụng một băng tần bổ sung ( ngoài băng ) hay cùng băng ( trong băng ) cho đường truynhập 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 nhờ việc sử dụng phân cách TDMAgiữa phát RN đến các đầu cuối và thu từ eNodeB ( một giải pháp đơn giản cho phân cáchTDMA là RN dành trước một số khung MBSFN) Khung con MBSFN cho phép truyềndẫn 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 chuyểntiếp RN