TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG _ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN VÀ KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ SONG Lớp 48K ĐTVT Niên khóa: 2007 - 2012 Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA Nghệ An, 01 - 2012 MỤC LỤC MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỒ ÁN .6 DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HINH VẼ .11 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 14 Chương .21 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G 21 Hình1.5 Quá trình tiêu chuẩn hóa HSUPA 3GPP [1] 26 Bước cuối cho HSUPA hoàn thiện tương thích ngược cho giao thức Điều cho phép thiết lập mẫu chuẩn cho thiết bị đưa vào thị trường [1] 26 1.1.2 Phát triển tăng cường HSPA (HSDPA HSUPA) 26 Bảng 1.1 Mục tiêu 4G 29 1.5.2 Tốc độ số liệu đỉnh 35 1.5.3 Thông lượng số liệu 35 1.5.4 Hiệu suất phổ tần .36 Bảng 1.3 So sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng phổ tần 36 LTE HSDPA 36 Hiệu suất phổ tần (bit/Hz/s) .36 Bảng 1.4 So sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng phổ tần .36 LTE HSUPA 37 1.5.5 Hỗ trợ di động 37 1.5.6 Vùng phủ 38 1.5.7 MBMS tăng cường 38 1.5.8 Kiến trúc mạngLTE 39 Hình 1.13 Kiến trúc cho hệ thống mạng có E-UTRAN [5] 40 1.6 Kết luận .43 Chương 44 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE 44 2.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 44 2.2 Băng tần truyền dẫn 45 2.3 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA .46 2.3.1 Nguyên lý của OFDM .46 Hình 2.1 Phổ dạng xung sóng mang cho truyền OFDM [1] 46 Ta ký hiệu N tổng sóng mang hệ thống truyền dẫn OFDM P số sóng mang mà máy phát hệ thống sử dụng, sơ đồ khối hệ thống OFDM biểu diễn hình 2.2 [1] 47 Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống OFDM (gồm thu phát) [1] 47 Hình 2.3 Giải thích ý nghĩa chèn CP [1] 50 2.3.2 Công nghệ OFDM cho đường xuống .52 Hình 2.4 Biểu diễn tần số/ thời gian tín hiệu OFDM [5] 52 Hình 2.5 Sự tạo ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT [5] .53 2.3.3 Kỹ thuật OFDMA .53 Hình 2.6 Cấp phát sóng mang cho OFDM OFDMA .54 2.3.4 Cấu trúc khung LTE miền thời gian tần số 55 Hình 2.7 Cấu trúc khung miền thời gian LTE [2] .55 Bảng 2.1 Số lượng khối tài nguyên cho băng thông LTE khác FDD TDD 56 Hình 2.8 Lưới tài nguyên đường xuống [6] 56 Hình 2.9 Ví dụ xác định khung đương xuống/ đường lên trường hợp FDD (a) TDD (b) [2] 57 Hình 2.10 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE [2] .58 Hình 2.11 Cấu trúc khung khe đường xuống [2] 59 2.4 Công nghệ SC-FDMA đường lên của LTE 60 2.4.1 SC-FDMA 60 Hình 2.12 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM [5] 61 2.4.2 Cấu trúc khung cho truyền dẫn đường lên 62 Hình 2.13 Cấu trúc miền tần số đường lên LTE [1] 62 Hình 2.14 Lưới tài nguyên đường lên [5] 63 2.4.3 Truyền dẫn liệu hướng lên 64 Hình 2.15 Sơ đồ khối hệ thống SC-FDMA [4] 65 2.5 Tìm hiểu lập biểu phụ thuộc kênh thích ứng tốc độ .65 Hình 2.16 Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống miền thời gian miền tần số [1] 66 2.5.1 Lập biểu đường xuống 67 2.5.2 Lập biểu đường lên 67 2.5.3 HARQ với kết hợp mềm 68 2.5.4 Hỗ trợ đa anten 68 2.5.5 Hỗ trợ quảng bá đa phương 69 2.6 Kết luận .70 Chương 71 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG LTE .71 3.1 Kiến trúc giao thức LTE .71 3.2 Điều khiển liên kết vô tuyến RLC 73 Hình 3.2 Phân đoạn móc nối RLC [2] 75 3.3 Điều khiển truy nhập môi trường MAC 75 3.3.1 Kênh logic kênh truyền tải (Logical channels and transport channels) 75 Hình 3.3 Thí dụ xếp kênh logic lên kênh truyền tải [2] 78 3.3.2 Lập biểu đường xuống 78 3.3.3 Lập biểu đường lên 80 Hình 3.4 Chọn khuôn dạng truyền tài đường xuống (trái), đường lên (phải)[2] .82 3.3.4 Hybrid ARQ (HARQ) 83 Hình 3.5 Giao thức HARQ đồng không đồng [2] .85 Hình 3.6 Nhiều xử lý HARQ [2] .85 3.4 Lớp vật lý ( PHY- Physical layer) 87 Hình 3.7 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH [2] 88 Hình 3.8 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH [2] 88 3.5 Luồng liệu .89 90 Hình 3.9 Thí dụ luồng liệu LTE .90 3.6 Kết luận .90 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 LỜI NÓI ĐẦU Thông tin di động ngày trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai thác Sự phát triển thị trường viễn thông di động thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu triển khai hệ thống thông tin di động tương lai Hệ thống di động hệ thứ hai, với GSM CDMA ví dụ điển hình phát triển mạnh mẽ nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông mở rộng thể hạn chế dung lượng băng thông hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Sự đời hệ thống thông tin di động hệ thứ ba với công nghệ tiêu biểu WCDMA hay HSPA tất yếu để đáp ứng nhu cầu truy nhập liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng người sử dụng Mặc dù hệ thống thông tin di động hệ 2.5G hay 3G phát triển không ngừng nhà khai thác viễn thông lớn giới bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm chuẩn di động hệ có nhiều tiềm trở thành chuẩn di động 4G tương lai, LTE (Long Term Evolution) Các thử nghiệm trình diễn chứng tỏ lực tuyệt vời công nghệ LTE khả thương mại hóa LTE đến gần Trước đây, muốn truy cập liệu, bạn phải cần có đường dây cố định để kết nối Trong tương lai không xa với LTE, bạn truy cập tất dịch vụ lúc nơi di chuyển như: Xem phim chất lượng cao HDTV, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải sở liệu v.v… với tốc độ “siêu tốc” Đó khác biệt mạng di động hệ thứ ba (3G) mạng di động hệ thứ tư (4G) Tuy mẻ mạng di động băng rộng 4G kỳ vọng tạo nhiều thay đổi khác biệt so với mạng di động Xuất phát từ vấn đề trên, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp là: “Truy nhập vô tuyến kiến trúc giao diện vô tuyến công nghệ LTE” Đề tài vào tìm hiểu công nghệ truy nhập đường lên đường xuống LTE kỹ thuật thành phần sử dụng LTE để hiểu rõ thêm tiềm hấp dẫn mà công nghệ mang lại Nội dung đồ án bao gồm Chương Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G Nội dung chương gồm hoạt động nghiên cứu phát triển 3G, lộ trình lên 4G tiến hành 3GPP, giới thiệu công nghệ LTE Chương Truy nhập vô tuyến công nghệ LTE Chương đề cập đến vấn đề truy nhập đường lên đường xuống công nghệ LTE Chương Kiến trúc giao diện vô tuyến Chương mô tả lớp giao thức lớp vật lý, tương tác chúng giao diện lớp vật lý LTE Do hạn chế thời gian khả nghiên cứu, đồ án khỏi thiếu sót nhầm lẫn, em mong nhận góp ý thầy cô, bạn để nội dung đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đại Học Vinh tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho em suốt thời gian học tập trường Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến cô giáo TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này! Cảm ơn tất bạn bè giúp đỡ chia khó khăn trình thực đồ án này! Vinh, ngày tháng 01 năm 2012 Sinh viên thực Nguyễn Thị Song TÓM TẮT ĐỒ ÁN Thông tin di động phát triển vũ bão, chất lượng dịch vụ ngày nâng cao đáp ứng nhu cầu ngày tăng người sử dụng Mặc dù hệ thống thông tin di động 2.5G, 3G phát triển không ngừng Liên Minh Viễn Thông quốc Tế ITU hướng tới chuẩn cho mạng di động hệ thứ (4G) LTE Với LTE bạn truy cập tất dịch vụ lúc nơi với tốc độ cao Vì đồ án em tập trung vào giới thiệu công nghệ LTE đặc biệt kỹ thuật truy nhập vô tuyến gồm có truy nhập đường xuống OFDM truy nhập đường lên dựa công nghệ DFTS-OFDM hay gọi SC-FDMA Ngoài tìm hiểu kiến trúc giao diện vô tuyến LTE PROJECT SUMMARY The mobile communications has rain develop, the quality and the service are day by day better to satisfy the demand of consumer who have the demand and needs change very fast Although the mobile communication system 2.5G, 3G is being developed continuously, but the International Telecommunications Union ITU is moving toward a new standard for cellular networks 4th generation (4G) LTE is With LTE you can access all services at all times at high speed So in this project you must focus on introducing LTE technology and especially the radio access technology including access OFDM downlink and uplink access is based on DFTS-OFDM technology also known as SC-FDMA Also learn about architecture LTE radio interface DANH MỤC BẢNG BIỂU MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỒ ÁN .6 DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HINH VẼ .11 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 14 Chương .21 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G 21 Hình1.5 Quá trình tiêu chuẩn hóa HSUPA 3GPP [1] 26 Bước cuối cho HSUPA hoàn thiện tương thích ngược cho giao thức Điều cho phép thiết lập mẫu chuẩn cho thiết bị đưa vào thị trường [1] 26 1.1.2 Phát triển tăng cường HSPA (HSDPA HSUPA) 26 Bảng 1.1 Mục tiêu 4G 29 1.5.2 Tốc độ số liệu đỉnh 35 1.5.3 Thông lượng số liệu 35 1.5.4 Hiệu suất phổ tần .36 Bảng 1.3 So sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng phổ tần 36 LTE HSDPA 36 Hiệu suất phổ tần (bit/Hz/s) .36 Bảng 1.4 So sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng phổ tần .36 LTE HSUPA 37 1.5.5 Hỗ trợ di động 37 1.5.6 Vùng phủ 38 1.5.7 MBMS tăng cường 38 1.5.8 Kiến trúc mạngLTE 39 Hình 1.13 Kiến trúc cho hệ thống mạng có E-UTRAN [5] 40 1.6 Kết luận .43 Chương 44 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE 44 2.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 44 2.2 Băng tần truyền dẫn 45 2.3 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA .46 2.3.1 Nguyên lý của OFDM .46 Hình 2.1 Phổ dạng xung sóng mang cho truyền OFDM [1] 46 Ta ký hiệu N tổng sóng mang hệ thống truyền dẫn OFDM P số sóng mang mà máy phát hệ thống sử dụng, sơ đồ khối hệ thống OFDM biểu diễn hình 2.2 [1] 47 Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống OFDM (gồm thu phát) [1] 47 Hình 2.3 Giải thích ý nghĩa chèn CP [1] 50 2.3.2 Công nghệ OFDM cho đường xuống .52 Hình 2.4 Biểu diễn tần số/ thời gian tín hiệu OFDM [5] 52 Hình 2.5 Sự tạo ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT [5] .53 2.3.3 Kỹ thuật OFDMA .53 Hình 2.6 Cấp phát sóng mang cho OFDM OFDMA .54 2.3.4 Cấu trúc khung LTE miền thời gian tần số 55 Hình 2.7 Cấu trúc khung miền thời gian LTE [2] .55 Bảng 2.1 Số lượng khối tài nguyên cho băng thông LTE khác FDD TDD 56 Hình 2.8 Lưới tài nguyên đường xuống [6] 56 Hình 2.9 Ví dụ xác định khung đương xuống/ đường lên trường hợp FDD (a) TDD (b) [2] 57 Hình 2.10 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE [2] .58 Hình 2.11 Cấu trúc khung khe đường xuống [2] 59 2.4 Công nghệ SC-FDMA đường lên của LTE 60 2.4.1 SC-FDMA 60 Hình 2.12 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM [5] 61 2.4.2 Cấu trúc khung cho truyền dẫn đường lên 62 Hình 2.13 Cấu trúc miền tần số đường lên LTE [1] 62 Hình 2.14 Lưới tài nguyên đường lên [5] 63 2.4.3 Truyền dẫn liệu hướng lên 64 Hình 2.15 Sơ đồ khối hệ thống SC-FDMA [4] 65 2.5 Tìm hiểu lập biểu phụ thuộc kênh thích ứng tốc độ .65 Hình 2.16 Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống miền thời gian miền tần số [1] 66 2.5.1 Lập biểu đường xuống 67 2.5.2 Lập biểu đường lên 67 2.5.3 HARQ với kết hợp mềm 68 2.5.4 Hỗ trợ đa anten 68 2.5.5 Hỗ trợ quảng bá đa phương 69 2.6 Kết luận .70 Chương 71 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG LTE .71 3.1 Kiến trúc giao thức LTE .71 3.2 Điều khiển liên kết vô tuyến RLC 73 Hình 3.2 Phân đoạn móc nối RLC [2] 75 3.3 Điều khiển truy nhập môi trường MAC 75 3.3.1 Kênh logic kênh truyền tải (Logical channels and transport channels) 75 Hình 3.3 Thí dụ xếp kênh logic lên kênh truyền tải [2] 78 3.3.2 Lập biểu đường xuống 78 3.3.3 Lập biểu đường lên 80 Hình 3.4 Chọn khuôn dạng truyền tài đường xuống (trái), đường lên (phải)[2] .82 3.3.4 Hybrid ARQ (HARQ) 83 Hình 3.5 Giao thức HARQ đồng không đồng [2] .85 Hình 3.6 Nhiều xử lý HARQ [2] .85 3.4 Lớp vật lý ( PHY- Physical layer) 87 Hình 3.7 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH [2] 88 Hình 3.8 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH [2] 88 3.5 Luồng liệu .89 90 Hình 3.9 Thí dụ luồng liệu LTE .90 3.6 Kết luận .90 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 10 MBSFN, lập biểu lập cấu hình khuôn dạng truyền tải điều phối ô liên quan truyền dẫn MBSFN • Kênh chia sẻ đường lên (UL-SCH): đường lên tương ứng với DL-SCH Một chức MAC ghép kênh logic khác xếp chúng lên kênh truyền tải tương ứng Khác với MAC HSDPA, MAC LTE hỗ trợ ghép kênh RLC PDU từ kênh truyền tải vô tuyến khác vào khối truyền tải có vài mối quan hệ loại thông tin cách thức mà truyền tồn giới hạn việc ánh xạ kênh logic với kênh truyền tải ví vị xếp logic lên kênh truyền tải cho hình 3.3 [2] Hình 3.3 Thí dụ xếp kênh logic lên kênh truyền tải [2] 3.3.2 Lập biểu đường xuống Một nguyên lý truy nhập vô tuyến LTE truyền dẫn chia sẻ kênh truyền DL-SCH UL-SCH, nghĩa tài nguyên thời gian/tần số chia sẻ động người sử dụng đường lên đường xuống Bộ lập biểu phận lớp MAC, điều khiển việc phân bố tài nguyên đường lên đường xuống tách rời LTE định phân bố đường lên đường xuống đưa độc lập lẫn (trong giới hạn thiết lập việc phân chia đường lên/đường xuống hoạt động TDD) [2] 78 Nguyên tắc chung lập biểu đường xuống định động (trong khoảng thời gian 1ms) Nhiều đầu cuối lập biểu đồng thời, trường hợp DL-SCH dành cho đầu cuối đựơc lập biểu, DL-SCH xếp đến tập tài nguyên tần số Đơn vị thời gian/tần số lập biểu gọi khối tài nguyên Về nguyên tắc khối tài nguyên đơn vị rộng 180 kHz miền tần số Trong khoảng lập biểu 1ms, lập biểu ấn định khối tài nguyên cho đầu cuối để thu truyền dẫn DL-SCH Bộ lập biểu chịu trách nhiệm chọn kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế xếp an ten (trong trường hợp phát nhiều anten) Như hệ lập biểu điều khiển tốc độ liệu, mà phân đoạn RLC ghép kênh MAC bị ảnh hưởng định lập biểu Các đầu lập biểu minh họa hình 3.1 [2] Mặc dù chiến lược lập biểu đặc trưng bổ sung không 3GPP đặc tả, mục tiêu chung hầu hết lập biểu lợi dụng thay đổi kênh đầu cuối lập biểu ưu tiên truyền dẫn cho đầu cuối di động tài nguyên có điều kiện kênh truyền thuận lợi Vì hoạt động lập biểu LTE nguyên lý giống lập biểu đường xuống HSPA Tuy nhiên, sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường xuống OFDM, nên LTE khai thác thay đổi kênh truyền miền thời gian miền tần số, lập biểu HSPA khai thác thay đổi miền thời gian Đối với băng thông lớn LTE hỗ trợ, mà phađinh chọn lọc tần số xảy lớn, khả lập biểu khai thác thay đổi kênh miền tần số trở nên quan trọng so với khai thác thay đổi kênh miền thời gian Nhất tốc độ thấp, thay đổi kênh miền thời gian chậm so với yêu cầu trễ đặt nhiều dịch vụ, lúc khả khai thác biến đổi miền tần số trở nên có lợi 79 Thông tin trạng thái kênh truyền đường xuống cần thiết để lập biểu phụ thuộc kênh phản hồi từ đầu cuối di động đến eNodeB thông qua cáo hiệu chất lượng kênh Báo cáo chất lượng kênh (còn gọi thị chất lượng kênh: CQI-Channel Quality Indicator), bao gồm thông tin không chất lượng kênh truyền thời miền tần số mà thông tin cần thiết cho việc đưa định xử lý anten phù hợp trường hợp ghép kênh không gian Cơ sở báo cáo CQI kết đo tín hiệu tham chiếu đường xuống Tuy nhiên, nguồn thông tin kênh bổ sung, ví dụ trao đổi kênh truyền hoạt động TDD, khai thác cách cài đặt lập biểu riêng biệt bổ sung thêm cho báo cáo CQI [2] Ngoài chất lượng kênh truyền, lập biểu hiệu cao phải xét đến trạng thái đệm mức độ ưu tiên định lập biểu Cả khác biệt kiểu dịch vụ loại thuê bao gây ảnh hưởng đến mức độ ưu tiên lập biểu Chẳng hạn, người sử dụng VoIP với đăng ký thuê bao đắt tiền đảm bảo chất lượng dịch vụ tải hệ thống cao, người sử dụng có đăng ký thuê bao giá rẻ tải file phải thõa mãn với tài nguyên mà không yêu cầu để hỗ trợ cho người sử dụng khác [2] 3.3.3 Lập biểu đường lên Chức lập biểu đường lên giống đường xuống, cụ thể việc định động cho khoảng thời gian 1ms, lúc thiết bị đầu cuối di động truyền liệu kênh DL-SCH thuộc tài nguyên đường lên Lập biểu đường lên sử dụng cho HSPA, sơ đồ đa truy nhập khác sử dụng, nên sơ đồ HSPA LTE có vài khác biệt đáng kể Trong HSPA, tài nguyên chia đường lên nhiễu giao thoa cho phép trạm gốc Bộ lập biểu đường lên HSPA thiết lập giới hạn phía lượng nhiễu giao thoa đường lên mà đầu cuối di động 80 phép tạo Dựa giới hạn này, đầu cuối di động tự động lựa chọn khuôn dạng truyền tải phù hợp Chiến lược có nghĩa cho đường lên không trực giao trường hợp HSPA Một đầu cuối di động không sử dụng toàn tài nguyên mà cấp truyền công suất thấp giảm nhiễu ô Do đó, tài nguyên chia sẻ không đựơc sử dụng đầu cuối di động khai thác đầu cuối di động khác thông qua việc ghép kênh theo thống kê Vì chế lựa chọn lựa khuôn dạng truyền tải đặt đầu cuối di động đường lên HSPA, nên cần có báo hiệu băng để thông báo cho eNodeB biết lựa chọn Đối với LTE, đường lên trực giao tài nguyên chia sẻ điều khiển lập biểu eNodeB đơn vị tài nguyên thời gian/tần số Khi tài nguyên định mà không sử dụng hết đầu cuối di động phần tài nguyên lại cung cấp cho thiết bị di động khác sử dụng Vì thế, đường lên trực giao, mà độ lợi giảm đảng kể việc thiết bị đầu cuối di động lựa chọn khuôn dạng truyền tải so sánh với HSPA Cho nên, việc cấp phát tài nguyên thời gian/tần số cho đầu cuối di động, lập biểu eNodeB chịu trách nhiệm điều khiển khuôn dạng truyền tải (kích thước tải tin, sơ đồ điều chế) mà đầu cuối di động cần sử dụng Khi lập biểu biết khuôn dạng truyền tải mà đầu cuối di động sử dụng để phát không cần phải báo hiệu điều khiển băng từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB Xét từ góc độ vùng phủ cách làm có lợi xét giá thành bit cho phát thông tin báo hiệu băng so với giá truyền dẫn số liệu, giá cho trường hợp đầu cao nhiều thông tin báo hiệu phải đựơc thu với độ tin cậy cao [2] Ngoài việc lập biểu eNodeB định khuôn dạng truyền tải cho đầu cuối di động, cần lưu ý rằng, định lập biểu đường lên đựơc đưa cho đầu cuối di động cho kênh mang vô tuyến 81 Hình 3.4 Chọn khuôn dạng truyền tài đường xuống (trái), đường lên (phải)[2] Như vậy, lập biểu eNodeB điều khiển tải tin đầu cuối di động lập biểu, đầu cuối chịu trách nhiệm lựa chọn kênh mang vô tuyến liệu được mang theo Cho nên, đầu cuối di động tự động điều khiển việc ghép kênh logic Điều minh họa phần phải hình 3.4, lập biểu eNodeB điều khiển khuôn dạng truyền tải đầu cuối di động điều khiển ghép kênh logic Để so sánh, tình đường xuống tương ứng, phần trái hình 3.4 eNodeB điều khiển khuôn dạng truyền tải ghép kênh logic Ghép kênh mang vô tuyến đầu cuối di động thực theo quy tắc, thông qua thông số mà cấu hình báo hiệu RRC từ eNodeB Mỗi kênh mang vô tuyến ấn định mức ưu tiên tốc độ bit ưu tiên Sau đầu cuối di động thực ghép kênh sóng mang vô tuyến cho kênh mang phục vụ theo thứ tự ưu tiên tùy tốc độ bit ưu tiên chúng Các tài nguyên lại, sau hoàn thành tốc độ bit ưu tiên, đựơc đưa đến sóng mang vô tuyến theo thứ tự ưu tiên [2] 82 Để hỗ trợ cho lập biểu đường lên đưa định, đầu cuối di động phát thông tin lập biểu đến eNodeB tin MAC Rõ ràng, thông tin truyền đấu cuối di động cấp cho phép lập biểu hợp lệ Nếu không đựơc cho phép lập biểu, đầu cuối phát thị cần tài nguyên cho đường lên thị cung cấp phận cấu trúc báo hiệu điều khiển L1/L2 [2] Lập biểu phụ thuộc kênh thường sử dụng cho đường xuống Trên lý thuyết, kỹ thuật sử dụng cho đường lên Tuy nhiên, việc đánh giá chất lượng kênh đường lên không đơn giản trường hợp đường xuống Các điều kiện kênh truyền đường xuống đo tất đầu cuối di động ô đơn giản việc theo dõi tín hiệu tham khảo truyền eNodeB tất đầu cuối di động chia sẻ tín hiệu tham khảo cho mục đích ước tính chất lượng kênh đường lên Tuy nhiên ước tính chất lượng kênh đường lên đòi hỏi phát tín hiệu chuẩn thăm dò từ đầu cuối di động mà eNodeB muốn ước tính chất lượng kênh Một tín hiệu tham khảo thăm dò hỗ trợ LTE, điều lại kèm với vấn để tổng chi phí Vì thế, phương pháp cung cấp cho phân tập đường lên quan trọng phần bổ sung thay cho kỹ thuật lập biểu phụ thuộc kênh truyền đường lên [2] 3.3.4 Hybrid ARQ (HARQ) HARQ với kết hợp mềm LTE đáp ứng mục đích giống chế HARQ HSPA cung cấp sức chịu đựng để đảm bảo tính bền vững chống lại lỗi truyền dẫn Nó công cụ để tăng cường dung lượng, nâng cao suất Khi mà chế truyền lại HARQ xảy nhanh, nhiều dịch vụ cho phép nhiều truyền lại, cách thiết lập chế điều khiển tốc độ ẩn (vòng lặp kín) Cũng HSPA, giao thức HARQ phận lớp MAC, hoạt động kết hợp mềm thực lớp vật lý 83 Rõ ràng, HARQ áp dụng với tất dạng lưu lượng Ví dụ, truyền dẫn quảng bá (broadcast), mà thông tin giống dành cho nhiều người sử dụng, thông thường không phụ thuộc vào HARQ Vì thế, HARQ đựơc hỗ trợ cho DL-SCH UL-SCH Giao thức HARQ LTE giống giao thức sử dụng cho HSPA, việc sử dụng nhiều tiến trình stop- and- wait Khi thu khối truyền tải, máy thu giải mã khối thông báo máy phát kết giải mã thông qua bit ACK/NAK để thị việc giải mã có thành công hay cần phát lại khối truyền tải yêu cầu Để giảm thiểu chí phí, bit đơn ACK/NAK đựơc sử dụng Tất nhiên máy thu cần phải biết bit ACK/NAK thu đựơc liên kết với tiến trình HARQ Hơn nữa, điều giải cách sử dụng phương pháp HSPA thời điểm ACK/NAK sử dụng để kết hợp ACK/NAK với tiến trình HARQ Quá trình đựơc minh họa hình 3.6 Lưu ý trường hợp hoạt đông TDD, mối quan hệ thời gian việc tiếp nhận liệu tiến trình HARQ việc truyền dẫn ACK/NAK không bị ảnh hưởng phân bố đường lên/đường xuống Giống HSPA, giao thức không đồng sở cho hoạt động HARQ đường xuống Vì thế, truyền lại đường xuống xảy thời điểm sau việc truyền dẫn khởi tạo số tiến trình HARQ tường minh sử dụng để thị tiến trình định địa Trái lại, truyền lại đường lên dựa giao thức đồng truyền lại xảy thời điểm xác định trước sau khởi tạo trình truyền dẫn số tiến trình nhận hoàn toàn Cả hai trường hợp minh họa hình 3.5 Trong giao thức HARQ không đồng bộ, truyền lại lý thuyết đựơc lập biểu giống việc khởi tạo trình truyền dẫn Mặt khác, giao thức đồng bộ, thời điểm truyền lại cố định lần khởi đầu trình truyền dẫn lập biểu Tuy nhiên cần lưu ý từ thực thể 84 HARQ eNodeB, lập biểu biết đầu cuối di động thực truyền lại hay không không truyền lại [2] Hình 3.5 Giao thức HARQ đồng không đồng [2] Hình 3.6 Nhiều xử lý HARQ [2] Việc sử dụng nhiều nhiều tiến trình HARQ song song, minh họa hình 3.6, người sử dụng dẫn đến không liên tục liệu phân phối từ chế HARQ Ví dụ, khối truyền tải thứ hình vẽ đựơc giải mã thành công trước khối truyền tải thứ 3, mà việc truyền lại yêu cầu Vì vậy, đòi hỏi phải có vài dạng chế xếp lại Sau giải mã thành công, khối truyền tải đựơc phân kênh thành kênh logic thích hợp thực xếp lại kênh logic cáh sử dụng số thứ tự Ngược lại, HSPA sử dụng số thứ tự MAC riêng biệt cho việc xếp lại Sở dĩ HSPA đựơc xây dựng WCDMA lý tương thích ngược, kiến trúc RLC hay MAC giữ nguyên không đổi 85 đưa HSPA Trái lại, LTE, lớp giao thức đựơc thiết kế đồng thời, dẫn đến có giới hạn thiết kế [2] Cơ chế HARQ hiệu chỉnh lỗi truyền dẫn tạp âm, hay nhiễu thay đổi không dự báo kênh Như xét trên, RLC có khả yêu cầu truyền lại Tuy nhiên, truyền lại RLC cần thiết HARQ dựa MAC có khả sửa hầu hết lỗi truyền dẫn, HARQ thất bại truyền khối liệu không bị lỗi đến RLC gây khoảng trống thứ tự khối liệu không bị lỗi chuyển đến RLC Điều thường xẩy tín hiệu phản hồi bị lỗi, ví dụ NAK bị máy phát nhận nhầm ACK dẫn đến số liệu Xác suất việc xẩy điều khoảng 1%, xác suất lỗi cao dịch vụ dựa TCP yêu cầu việc chuyển gói TCP không mắc lỗi Đặc biệt nữa, tốc độ số liệu cao vượt 100Mbps, yêu cầu xác suất gói thấp 10 -5 Về bản, TCP nhìn nhận tất lỗi gói liệu tắc nghẽn Vì lỗi gói liệu kích hoạt chế tránh tắc nghẽn cách giảm tốc độ liệu trì hiệu tốt tốc độ liệu cao, RLC-AM phục vụ mục đích quan trọng để đảm bảo (hầu như) việc chuyển liệu không bị lỗi đến TCP [2] Từ phân tích ta thấy, nguyên nhân có hai chế truyền lại hiểu rõ phần tín hiệu phản hồi Vì mục đích chế HARQ thực hiên việc truyền lại nhanh, nên cần gửi bit báo cáo trạng thái ACK/NAK đến máy phát nhanh tốt chu kỳ TTI Mặc dù nguyên tắc đạt xác suất lỗi thấp theo mong muốn phản hồi ACK/NAK, nhiên điều phải trả giá công suất truyền dẫn ACK/NAK Giá thành đựơc trì hợp lý tỷ số lỗi hồi tiếp vào khoảng 1% điều định tỷ lệ lỗi bit dư HARQ Vì báo cáo trạng thái RLC phát thưa nhiều so với ACK/NAK nên giá thành để nhận độ tin cậy 10-5 thấp Vì thế, kết hợp HARQ RLC cho 86 phép nhận kết hợp thời gian truyền vòng nhỏ chi phí phản hồi vừa phải mà hai thành phần bổ sung cho Vì RLC HARQ đặt node, nên đảm bảo tương tác chặt chẽ hai giao thức việc truyền lại PDU bị RLC nhanh Ví dụ, chế HARQ phát lỗi khôi phục được, việc truyền báo trạng thái RLC đựơc kích hoạt thay phải đợi để phát báo cáo trạng thái theo định kỳ điều khiến cho RLC truyền lại PDU bị nhanh Cho nên, mức độ đó, việc kết hợp HARQ RLC xem chế truyền lại với hai chế phản hồi trạng thái [2] 3.4 Lớp vật lý ( PHY- Physical layer) Lớp vật lý chịu trách nhiệm cho việc mã hóa, xử lý HARQ lớp vật lý, điều chế, xử lý đa anten ánh xạ tín hiệu đến tài nguyên thời gian/tần số vật lý tương ứng Hình 3.7 mô tả cách đơn giản trình xử lý DLSCH Các khối lớp vật lý điều khiển động lớp MAC thể mầu xám, khối vật lý lập cấu hình bán tĩnh thể mầu trắng Khi đầu cuối di động lập biểu chu kỳ TTI kênh DL-SCH, lớp vật lý nhận khối truyền tải (hai khối truyền tải trường hợp ghép kênh không gian) mang liệu để truyền Đối với khối truyền tải, CRC gắn thêm khối truyền tải gắn thêm CRC mã hóa riêng biệt với Tốc độ mã hóa bao gồm thích ứng tốc độ cần, hoàn toàn xác định kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế khối lượng tài nguyên cấp phát cho việc truyền dẫn Tất đại lượng đựơc lựa chọn lập biểu đường xuống Phiên dư thừa sử dụng điều khiển giao thức HARQ, ảnh hưởng đến trình xử lý thích ứng tốc độ để tạo tập hợp bit mã hóa Trong trường hợp ghép kênh không gian, việc ánh xạ anten điều khiển lập biểu đường xuống [2] 87 Hình 3.7 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH [2] Đầu cuối di động thu tín hiệu phát thực xử lý ngược với phía phát Lớp vật lý đầu cuối di động thông báo cho giao thức HARQ việc truyền dẫn có giải mã thành công hay không Thông tin sử dụng phần MAC hybrid-ARQ đầu cuối di động đề định có nên yêu cầu phát lại hay không Hình 3.8 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH [2] 88 Việc xử lý lớp vật lý cho UL-SCH gần giống với xử lý DL-SCH Tuy nhiên, lập biểu MAC eNodeB chịu trách nhiệm lựa chọn khuôn dạng truyền tải cho đầu cuối di động tài nguyên sử dụng cho truyền dẫn đường lên Xử lý lớp vật lý UL-SCH minh họa hình 3.8 [2] Các kênh truyền tải đường xuống lại dựa quy trình xử lý lớp vật lý chung DL-SCH, có số quy định tập hợp tính sử dụng Đối với truyền dẫn tin tìm gọi kênh PCH, thích ứng thông số truyền dẫn sử dụng vài phạm vi Nói chung, trình xử lý trường hợp giống trình xử lý DL-SCH thông thường MAC điều khiển việc điều chế, khối lượng tài nguyên xếp (ánh xạ) anten Tuy nhiên, đường lên chưa thiết lập đầu cuối di động tìm gọi, nên sử dụng HARQ lúc đầu cuối di động phát thông báo ACK/NAK Kênh MCH sử dụng cho truyền dẫn MBMS, điển hình hoạt động mạng đơn tần số việc truyền từ nhiều ô tài nguyên với khuôn dạng giống thời điểm Vì thế, lập biểu truyền dẫn MCH phải điều phối ô liên quan chế lựa chọn tự động tham số truyền dẫn MAC thực 3.5 Luồng liệu Để tóm tắn luồng liệu đường xuống qua tất lớp giao thức, ví vụ minh hoạ đưa hình 3.9 cho trường hợp với ba gói IP, hai gói kênh mang vô tuyến kênh mang vô tuyến khác Luồng liệu trường hợp truyền dẫn đường lên tương tự PDCP thực (tùy chọn) việc nén tiêu đề IP sau mật mã hóa Một tiêu đề PDCP bổ sung vào, mang theo thông tin cần thiết cho việc 89 giải mật mã đầu cuối di động Đầu PDCP cung cấp tới RLC Giao thức RLC thực móc nối phân đoạn PDCP SDU bổ sung tiêu đề RLC Tiêu đề đựơc sử dụng để phân phối theo thứ tự (trên kênh logic) đầu cuối di động để nhận dạng PLC PDU trường hợp phát lại Các RLC PDU chuyển đến lớp MAC, lớp lấy số thứ tự RLC PDU, sau lắp ráp RLC PDU vào MAC SDU gắn tiêu đề MAC để tạo nên khối truyền tải Kích thước khối truyền tải phụ thuộc vào tốc độ số liệu tức thời lựa chọn chế thích ứng đường truyền Vì thế, chế thích ứng đường truyềntác động đến hai tiến trình xử lý MAC RLC Cuối cùng, lớp vật ký gắn thêm mã CRC cho khối truyền tải để phát lỗi, thực mã hóa điều chế, sau phát tín hiệu tổng vào không gian Hình 3.9 Thí dụ luồng liệu LTE 3.6 Kết luận Chương ta xét kiến trúc phân lớp tổng quát giao diện vô tuyến sau xét cụ thể cấu trúc lớp kiến trúc như: Cấu trúc xử lý lớp điều khiển liên kết vô tuyến (RLC), cấu trúc xử lý lớp điều khiển truy nhập môi trường, cấu trúc xử lý lớp vật lý Ngoài chương xét số vấn đề đặc thù giao diện vô tuyến như: HARQ, cấu trúc luồng số liệu 90 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Do thời gian nghiên cứu tìm hiểu đề tài hạn chế, đồ án trình bày hết mục tiêu đề cập LTE Tuy nhiên em đạt số kết định tìm hiểu trình phát triển hệ thống thông tin di động 3G lên 4G Nắm bắt vấn đề công nghệ LTE kiến trúc hệ thống, đặc điểm, chức thành phần, công nghệ OFDM, OFDMA, SC- OFMDA, sử dụng truy nhập vô tuyến LTE Ngoài có kiến trúc phân lớp tổng quát giao diện vô tuyến công nghệ LTE  Hướng phát triển Tuy tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm phát triển với kết bước đầu khả quan lợi kiến trúc mạng đơn giản khả dễ dàng tích hợp với mạng 3G 2G mà không cần thay đổi toàn sở hạ tầng mạng có, công nghệ LTE chứng tỏ tiềm mạnh mẽ so với công nghệ đối thủ mà điển hình WiMAX Cho dù đời muộn so với WiMAX (đã triển khai thị trường), công nghệ LTE có tính cạnh tranh cao tương lai, ưu điểm sẵn có, LTE nhận nhiều ủng hộ “đại gia” ngành công nghệ viễn thông, Ericsson, Nokia-Siemens Networks 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Học Viện Công nghệ Bưu Chính Viễn Thông, Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G, Nhà xuất Thông Tin Truyền Thông, 2008 [2] Erik Dahlmam, Stefan Parkvall, Johan Skold and Per Beming, 3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband, Academic Press, 2007 [3] Hsiao-Hwa chen, Mohsen Guizani, Next Generation Wireless Systems and Networks, John Wiley & Sons, Ltd, 2006 [4] Harri Holma and Antti Toskala , LTE for UMTS OFDMA and SDFDMA based Radio Access, Jonh Wiley & Sons, Ltd, 2009 [5] C.Gessner, UMTS Long Term Evolution (LTE) Technology Introduction, Rohde- Schwarz, 2008 [6] Agilent 3GPP Long Term Evolution, System Overview, Product Development and Test Challenges, Curent to June 2009 3GPP LTE standard 92 [...]... 38 1.5.7 MBMS tăng cường 38 1.5.8 Kiến trúc mạngLTE 39 Hình 1.13 Kiến trúc cho hệ thống mạng chỉ có E-UTRAN [5] 40 1.6 Kết luận .43 11 Chương 2 44 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE 44 2.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 44 2.2 Băng tần truy n dẫn 45 2.3 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA .46 2.3.1 Nguyên... 68 2.5.5 Hỗ trợ quảng bá và đa phương 69 2.6 Kết luận .70 Chương 3 71 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG LTE .71 3.1 Kiến trúc giao thức LTE .71 3.2 Điều khiển liên kết vô tuyến RLC 73 Hình 3.2 Phân đoạn và móc nối RLC [2] 75 3.3 Điều khiển truy nhập môi trường MAC 75 3.3.1 Kênh logic và các kênh truy n tải (Logical channels... truy nhập vô tuyến) TSG RAN tập trung lên giao diện vô tuyến và các giao diện bên trong giữa các trạm thu phát gốc (BTS) các bộ điều khiển trạm gốc (RNC) cũng như giao diện giữa RNC và mạng lõi TSG RAN chịu trách nhiêm cho các tiêu chuẩn HSDPA và HSUPA - TSG CT (lõi và các đầu cuối): TSG CT tập trung lên các vấn đề mạng lõi cũng như báo hiệu giữa mạng lõi và các đầu cuối - TSG SA (dịch vụ và kiến trúc. .. cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối [6] Giao diện không gian và các thuộc tính liên quan của hệ thống LTE được tóm tắt trong bảng 1.2 Bảng 1.2 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE Băng thông 1,25... cần có các công nghệ vô tuyến di động mới cho các khả năng IMT-2000, tuy nhiên chưa chỉ ra công nghệ nào Thuật ngữ IMT-Adv được sử dụng cho các công nghệ sau IMT-2000 và chứa các 30 khả năng cho hệ thống trước đó Quá trình IMT-Adv đang được khởi thảo trong WP 8F Các công nghệ được đề cử sẽ được đánh giá dựa trên các tiêu chí đã thỏa thuận Vì các công nghệ này cần sự đồng thuận nên một số công nghệ có... vụ và hệ thống) - CT (Core Network and Terminals: Mạng lõi và các đầu cuối) - GERAN (GSM EDGE: Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE) - RAN (Radio Access Netword: Mạng truy nhập vô tuyến) 1.3 IMT-Advanced và lộ trình tiến tới 4G Trong ITU, nhóm công tác 8F (ITU-R WP 8F) đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống tiếp sau IMT-2000 Khả năng IMT-2000, các tăng cường của nó và các hệ thống bao gồm các giao diện. .. mạng truy nhập vô tuyến với tên gọi là E-UTRAN hay gọi chung là LTE Trong các phần dưới đây ta sẽ xét tổng quan kiến trúc LTE và kế hoạch nghiên cứu nó trong 3GPP 1.5.2 Tốc độ số liệu đỉnh LTE sẽ hỗ trợ tốc độ đỉnh tức thời tăng đáng kể Tốc độ đỉnh tức thời của LTE cho đường xuống đạt đến 100Mbps khi băng thông được cấp phát cực đại là 20MHz (5bps/Hz), và tốc độ đỉnh đường lên là 50Mbps khi băng thông. .. quảng bá tăng cường Mạng lõi gói phát triển Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển Mạng truy nhập vô tuyến phát triển Song công phân chia tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số FFT Fast Fourrier Transform Biến đổi Fourrier nhanh FM Frequency Modulation GSM/EDGE Radio Điều chế tần số Mạng truy nhập vô tuyến Access Network Gateway GPRS Support GSM/EDGE... đến bốn lần thông lượng đường xuống trong R6 HSDPA tính trung bình trên một MHz Cần lưu ý rằng, thông lượng HSDPA trong R6 được xét cho trường hợp một anten tại nút B với tính năng tăng cường và một máy thu trong UE, trong khi đó LTE sử dụng cực đại hai anten tại nút B và hai anten tại UE Ngoài ra, khi băng thông cấp phát tăng, thông lượng cũng tăng Mặt khác thông lượng đường lên trong LTE cũng tăng... triển 3G và lộ trình lên 4G đang được tiến hành trong 3GPP là tổ chức chịu trách nhiệm cho việc phát triển và hài hòa các tiêu chuẩn được phát hành của UMTS UTRAN (WCDMA và TD-SDMA) Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 3G và tiến dần lên 4G là việc đưa ra công nghệ HSPA (High Speed Packet Access: đa truy nhập gói tốc độ cao) và LTE (Long term Evolution: phát triển dài hạn) cho phần vô tuyến và SAE ... thiệu công nghệ LTE Chương Truy nhập vô tuyến công nghệ LTE Chương đề cập đến vấn đề truy nhập đường lên đường xuống công nghệ LTE Chương Kiến trúc giao diện vô tuyến Chương mô tả lớp giao thức... chọn đề tài tốt nghiệp là: Truy nhập vô tuyến kiến trúc giao diện vô tuyến công nghệ LTE Đề tài vào tìm hiểu công nghệ truy nhập đường lên đường xuống LTE kỹ thuật thành phần sử dụng LTE để hiểu... vào giới thiệu công nghệ LTE đặc biệt kỹ thuật truy nhập vô tuyến gồm có truy nhập đường xuống OFDM truy nhập đường lên dựa công nghệ DFTS-OFDM hay gọi SC-FDMA Ngoài tìm hiểu kiến trúc giao diện