Quản lý tài nguyên vô tuyến động trong LTE

Đồ án tốt nghiệp

Mục lục

MỤC LỤC

Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1

1


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1

2


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1

3

Đồ án tốt nghiệp

Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3G
3GPP

Third Generation
3rd Generation Partnership Projec

BCCH
BCH
BER
BLER
BM-SC

A
Acknowledgement
Access Gateway
Acknowledged Mode
Adaptive Modulation And Coding
Automatic Repeat-request
Additive Gaussian Noise
B
Broadcast Control Channel
Broadcast Channel
Bit Error Rate

Block-Error Rate
Broadcast/Multicast Service Center

BPSK
BS
BSC

Binary Phase ShiftKeying
Base Station
Base Tranceiver Station

ACK
AGW
AM
AMC
ARQ
AWGN

CDMA
CN
CP
DCCH
DCH
DFT
DFTS-OFDM
DL
DPCCH
DPCH
DPDCH
DSCH

E-DCH
eNodeB
FCC
FDD
FDM
FDMA
FFT

C
Code Division Multiple Access
Core Network
Cyclic Prefix
D
Dedicated Control Channel
Dedicated Channel
Discrete Fourier Transform
DFT-Spread OFDM
Downlink
Dedicated Physical Control Channel
Dedicated Physical Channel
Dedicated Physical Data Channel
Downlink Shared Channel
E
Enhanced Dedicated Channel
E-UTRAN NútB
F
Federal Communications
Commission
Frequency Division Duplex
Frequency Division Multiplexing

Frequency Division
Multiple Access
Fast Fourier Transform

Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1

4

Thế hệ thứ ba
Tổ chức chuẩn hóa mạng di động thế
hệ thứ 3
Báo nhận
Cổng truy nhập
Chế độ công nhận
Mã hóa và điều chế thích ứng
u cầu phát lại tự động
Tạp âm Gauss trắng cộng
Kênh điều khiển quảng bá
Kênh quảng bá
Tỉ số lỗi bít
Tỷ số lỗi khối
Trung tâm dịch vụ quảng bá/đa
phương
Khóa chuyển pha hai trạng thái
Trạm gốc
Trạm thu phát gốc
Đa truy nhập phân chia theo mã
Mạng lõi
Tiền tố chu trình
Kênh điều khiển riêng

Kênh riêng
Biến đổi fourier rời rạc
OFDM trải phổ
Đường xuống
Kênh điều khiển vật lý riêng
Kênh vật lý riêng
Kênh số liệu vật lý riêng
Kênh chia sẻ đường xuống
Kênh dành riêng tăng cường
Nút B của E-UTRAN
Ủy ban thông tin liên bang
Ghép song công phân chia theo tần số
Ghép kênh phân chia theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Biến đổi fourier nhanh


Đồ án tốt nghiệp

GPRS
GSM
HARQ
HSDPA
HSPA
HSUPA
IFFT
IMT-2000
LTE
MAC
MBS

MIMO

Thuật ngữ viết tắt

G
General Packet Radio Services
Global Sytem For Mobile
Communications
H
Hybrid ARQ
High Speed Downlink
Packet Access
High Speed Packet Access
High Speed Uplink Packet Access
I
Inverse FFT
International Mobile
Telecommunications 2000
L
Long Term Evolution
M
Medium Access Control
Multicast Broadcast Service
Multiple Input Multiple Output

Dịch vụ vơ tuyến gói chung
Hệ thống truyền thơng di động tồn
cầu
ARQ hỗn hợp
Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

Truy nhập gói tốc độ cao
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao
Biến đổi Fourier nhanh ngược
Thông tin di động quốc tế 2000
Phát triển dài hạn
Điều khiển truy nhập môi trường
Dịch vụ đa phương quảng bá
Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

O
OFDM

Orthogonal Frequency
Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao

OFDMA

Orthogonal Frequency
Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số
trực giao
P

PAPR
PCCH
PCH

PDCCH
PDCP
PDSCH
PDU
SC-FDMA
TD-CDMA
TDD
TDMA
TTI
UE
UTRAN

Peak to Average Power Ratio
Paging Control Channel
Paging Channel
Physical Downlink Control Channel
Packet Data Convergence
Packet Data Convergence Protocol
Physical Downlink Shared Channel
Protocol Data Unit
S
Single Carrier FDMA
T
Time Dvision-Code Division
Multiple Access
Time Division Duplex

Tỉ số cơng suất đỉnh trên trung bình
Kênh điều khiển tìm gọi
Kênh tìm gọi

Kênh điều khiển vật lý đường xuống
Giao thức hội tụ số liệu gói
Kênh chia sẻ vật lý đường xuống
Khối số liệu gói
FDMA đơn sóng mang
Đa truy nhập phân chia theo mã-phân
chia theo thời gian
Ghép song công phân chia theo thời
gian
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
Khoảng thời gian phát

Time Division MultipleAccess
Transmission Time Interval
U
User Equipment
Thiết bị người dùng
UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn
Network
cầu

Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1

5


Đồ án tốt nghiệp

Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, trên thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ về nhu cầu truyền
thông không dây cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ. Tuy nhiên, theo
đánh giá thì cơng nghệ truyền thơng khơng dây hiện thời vẫn cịn q chậm và khơng
đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ mới đặc biệt là các dịch vụ truyền số liệu đa
phương tiện. Điều này đòi hỏi các nhà khai thác phải có được cơng nghệ truyền thông
không dây nhanh hơn và tốt hơn. Để đáp ứng u cầu đó, khi mà cơng nghệ mạng
thơng tin di động thế hệ thứ ba (3G) chưa có đủ thời gian để khẳng định vị thế của
mình trên tồn cầu thì người ta đã tiến hành nghiên cứu, lập biểu hệ thống thông tin di
động thế hệ tư (4G). Một trong số các chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng
đã được các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu triển khai thử nghiệm
và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term
Evolution).
Các cuộc thử nghiệm đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của cơng nghệ LTE và khả
năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải
cần có một đường dây cố định để kết nối. Trong tương lai không xa với LTE, bạn có
thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất
lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ
liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc”. 4G LTE cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố
định, đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G không thể đáp ứng được. Tuy
vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra
nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay.
Hiện nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới đã triển khai 4G LTE và thu được những
kết quả đáng ngạc nhiên. Ví dụ ở châu Âu, 4G được xem như là khả năng đảm bảo
cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với khả năng kết nối với nhiều loại
hình mạng truy nhập vơ tuyến khác nhau và khả năng chọn lựa mạng vơ tuyến thích
hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tối ưu nhất. Quan điểm này
được xem như là “quan điểm liên đới”. Do đó, khái niệm “ABC-Always Best
Connected” (ln được kết nối tốt nhất) luôn được xem là một đặc tính hàng đầu của
mạng thơng tin di động 4G. Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn và

nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay. Dù theo quan
điểm nào, tất cả đều kỳ vọng là mạng thông tin di động thế hệ thứ tư 4G sẽ nổi lên vào
khoảng 2010-2015 như là một mạng vô tuyến băng rộng tốc độ siêu cao. Ở Việt Nam ,
một số các nhà mạng lớn như VNPT, Viettel, Công ty Cổ phần Viễn thông FPT (FPT
Telecom), Tập đồn Cơng nghệ CMC và Tổng cơng ty Truyền thông Đa phương tiện
(VTC) đã và đang tiến hành thử nghiệm 4G LTE, dự báo việc tiến lên 4G khơng cịn
xa nữa.

Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1

6


Đồ án tốt nghiệp

Lời mở đầu

Từ những vấn đề trên ta thấy được việc nghiên cứu về kiến trúc mạng LTE và các
kỹ thuật sử dụng trong LTE là một điều tất yếu. Xuất phát từ ý tưởng đó, em chọn đề
tài nghiên cứu về: “Quản lý tài nguyên vô tuyến động trong LTE” cho đồ án tốt nghiệp
của mình.
Nội dung của đồ án gồm 3 phần:
•
•
•

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE
Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE
Chương III: Các thuật toán quản lý tài nguyên

Trong suốt quá trình làm đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy cơ
và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Phạm Thị Thúy Hiền, người đã
trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án. Đồng thời cũng xin cảm ơn tất
cả các thầy cô trong khoa Viễn thơng đã nhiệt tình chỉ bảo em trong q trình học tập
và thực hiện đồ án.
Hà Nội, ngày 8 tháng 12 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Lê Thu Hiền

Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1

7


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE

1.1 Định nghĩa
LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ
thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh
tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm
xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long
Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho
mỗi bit thơng 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. Đặc tả kỹ thuật cho LTE đang được hoàn tất và các
sản phẩm LTE đã bắt đầu được các hãng tung ra thị trường.

Các mục tiêu của công nghệ này là:
- Tăng tốc độ truyền dữ liệu: trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ
liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mbps.
- Dải tần co giãn được: có khả năng mở rộng từ 1,4MHz; 3MHz; 5 MHz; 10 MHz;
15MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Điều này dẫn đến sự linh hoạt sử dụng
được hiệu quả băng thông. Mức công suất cao hơn.
- Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển: chức năng hỗ trợ từ 120 đến 350km/h hoặc
thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần.
- Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng: giảm thời gian để một thiết bị chuyển
từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh
truyền. Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms.
- Sẽ khơng cịn chuyển mạch kênh: tất cả sẽ dựa trên IP. Chúng cho phép cung cấp
các dịch vụ linh hoạt hơn và đơn giản với các mạng di động.
- Độ phủ sóng từ 5-100km: trong vịng bán kính 5-100km LTE cung cấp tối ưu về
lưu lượng người dùng.
- Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng LTE
vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này hết sức
quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì khơng cần thay đổi tồn bộ cơ sở
hạ tầng mạng đã có.
- Giảm chi phí: là độ phức tạp thấp, các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng.
- Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước: LTE phải cùng tồn tại và có thể
phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác. Người sử dụng LTE sẽ có thể thực
hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm chí khi họ khơng nằm trong
vùng phủ sóng của LTE.


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE

1.2 Mục tiêu thiết kế LTE
1.2.1 Tiềm năng hệ thống
Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống 100 Mbit/s và
đường lên 50 Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 MHz. Khi phân bố phổ hẹp
hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ thuận theo. Do đó, 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. Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, truyền dẫn đường lên và
đường xuống, theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó mà u cầu tốc độ
dữ liệu đỉnh cũng khơng thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác, đối với trường hợp FDD,
đặc tính của LTE cho phép q trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh
theo phần lý thuyết ở trên.
LTE phải có thời gian chuyển đổi trạng thái nhỏ hơn 100ms vào trạng thái tích
cực. Nó cũng cần đảm bảo thời gian chuyển đổi nhỏ hơn 50ms từ trạng thái ngủ vào
trạng thái tích cực. Cần đảm bảo trễ trong mặt phẳng U nhỏ hơn 10ms. Trễ mặt phẳng
U được định nghĩa là trễ một chiều giữa một gói lóp IP trong UE (hoặc nút biên của
UTRAN) đến lớp IP trong nút biên của UTRAN (hoặc UE). Nút biên của UTRAN là
nút giao diện UTRAN với mạng lõi. Cần phải đảm bảo trễ mặt phẳng U của LTE nhỏ
hơn với 5ms trong điều kiện không tải (nghĩa là một người sử dụng với một luồng số
liệu) đối với gói nhỏ (chẳng hạn tải tin bằng không cộng với tiêu đề). Rõ ràng rằng các
chế độ ấn định băng thơng của LTE có thể ảnh hưởng đáng kể lên trễ.
Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít nhất
200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động ở khoảng tần 5MHz.
Trong mỗi phân bố rộng hơn 5MHz thì ít nhất có 400 thiết bị đầu cuối được hỗ trợ. Số
lượng thiết bị đầu cuối khơng tích cực trong ơ khơng nói rõ là bao nhiêu nhưng có thể
là cao hơn một cách đáng kể.
1.2.2 Hiệu suất hệ thống
Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng người dùng,
hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, và MBMS nâng cao.
Nhìn chung, các u cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử dụng
phiên bản 6 HSPA. Đối với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten thu,

trong khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten thu. Tuy
nhiên, một điều quan trọng cần lưu ý là những đặc tính nâng cao như là một phần của
việc cải tiến HSPA thì khơng được bao gồm trong tham chiếu chuẩn. Vì thế, mặc dù
thiết bị đầu cuối trong hệ thống chuẩn được giả định là có hai anten thu thì một bộ thu
RAKE đơn giản vẫn được áp dụng. Tương tự, ghép kênh không gian cũng không được
áp dụng trong hệ thống chuẩn.
Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố người
dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ 5 (khi mà 95% người dùng
có được chất lượng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, và trong thuộc


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE

tính này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo ơ tính theo
bit/s/MHz/ơ. 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 Mục tiêu đường lên so
so với cơ bản
với cơ bản
Lưu lượng người dùng trung
3 – 4 lần
2 – 3 lần
bình (trên 1MHz)
Lưu lượng người dùng tại biên ô
2 – 3 lần
2 – 3 lần

(trên 1MHz, phân vị thứ 5)
Hiệu suất phổ (bit/s/Hz/ô)
3 – 4 lần
2 – 3 lần
Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các thiết bị
đầu cuối di động. Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối đa, và cho
phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn. Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE vẫn
cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống phải duy trì được
kết nối trên tồn mạng ơ. Tốc độ tối đa có thể quản lý đối với một hệ thống LTE có thể
được thiết lập đến 350 km/h (hoặc thậm chí đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần).
Một yếu tố quan trong đặc biệt là dịch vụ thoại được cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng
với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ.
Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi ơ (bán kính), nghĩa là
khoảng cách tối đa từ tâm ô đến thiết bị đầu cuối di động trong ô. Đối với phạm vi ô
lên đến 5 km thì 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 những
ơ có bán kính lên đến 30 km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người
dùng và hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận
được. Tuy nhiên, yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng. Khi mà phạm vi ô lên đến
100 km thì khơng thấy có đặc tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào được nói rõ trong
trường hợp này.
Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: quảng bá và đơn hướng.
Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp những dịch vụ tốt hơn so với những gì có thể trong
phiên bản 6. u cầu đối với trường hợp quảng bá là hiệu suất phổ 1 bit/s/Hz, tương
ứng với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng 300 kbit/s trong mỗi
phân bố phổ tần 5MHz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ MBMS với chỉ một dịch
vụ trên một sóng mang, cũng như là kết hợp với các dịch vụ non-MBMS khác. Và như
vậy thì đương nhiên đặc tính kỹ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch
vụ thoại và dịch vụ MBMS.
1.2.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai

Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, độ linh
hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với các công nghệ


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE

truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA. Những yêu cầu về
kịch bản triển khai bao gồm: trường hợp mà hệ thống LTE được triển khai như là một
hệ thống độc lập và trường hợp mà LTE được triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA
hoặc GSM. Do đó mà yêu cầu này sẽ không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế.
Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP khác và
những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động giữa LTE
và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động hỗ trợ những
công nghệ này. Bảng 1.2 liệt kê những yêu cầu về sự gián đoạn, đó là, thời gian gián
đoạn dài nhất trong liên kết vô tuyến khi phải di chuyển giữa các công nghệ truy cập
vô tuyến khác nhau, bao gồm cả dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực. Có một
điều đáng chú ý là những yêu cầu này không được chặt chẽ cho lắm đối với vấn đề
gián đoạn trong chuyển giao và hy vọng khi mà triển khai thực tế thì sẽ đạt được
những giá trị tốt hơn đáng kể.
Bảng 1.2: Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA

Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xác định việc
chuyển đổi lưu lượng đa phương từ phương pháp quảng bá trong LTE thành phương
pháp đơn hướng trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù khơng có số lượng cho trước.
Độ linh hoạt phổ và việc triển khai
Nền tảng cho những yêu cầu về độ linh hoạt phổ là những điều kiện để LTE có thể
được triển khai trên những băng tần IMT-2000 hiện hành, nghĩa là khả năng cùng tồn
tại với các hệ thống đã được triển khai trên những băng tần này, bao gồm

WCDMA/HSPA và GSM. Một phần liên quan đến những yêu cầu LTE về mặt độ linh
hoạt phổ là khả năng triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE cho dù phân bố
phổ là theo cặp hay đơn lẻ, như vậy LTE có thể hỗ trợ cả song cơng phân chia theo tần
số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD).
Sơ đồ song công hay việc quy hoạch song cơng là một thuộc tính của cơng nghệ
truy cập vô tuyến. Tuy vậy, một phân bố phổ cho trước thì cũng được liên kết với một
quy hoạch song công cụ thể. Hệ thống FDD được triển khai theo một cặp phân bố phổ,
với một dải tần cho truyền dẫn đường xuống và một dải tần khác dành cho đường lên.
Cịn hệ thống TDD thì được triển khai trong các phân bố phổ đơn lẻ.


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE

Hình 1.1: Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000
Lấy một ví dụ là phổ của IMT-2000 tại tần số 2 GHz, gọi là băng tần lõi IMT-2000.
Như trình bày trong Hình 1.1, nó bao gồm cặp băng tần 1920-1980 MHz và 2110-2170
MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên FDD, và hai băng tần là 1910-1920 MHz và
2010-2025 MHz dành cho truy cập vơ tuyến dựa trên TDD. Chú ý là có thể vì những
qui định của địa phương và vùng mà việc sử dụng phổ của IMT-2000 có thể khác so
với những gì được trình bày ở đây.
Cặp phân bố cho FDD trong hình 1.2 là 2 x 60 MHz, nhưng phổ khả dụng cho một
nhà khai thác mạng đơn lẻ có thể chỉ là 2 x 20 MHz hoặc thậm chí là 2 x 10 MHz.
Trong những băng tần khác phổ khả dụng có thể cịn ít hơn nữa. Ngồi ra, sự dịch
chuyển của phổ đang được sử dụng cho những công nghệ truy cập vô tuyến khác cần
phải diễn ra một cách từ từ để chắc chắn rằng lượng phổ còn lại phải đủ để hỗ trợ cho
những người dùng hiện tại. Vì vậy, lượng phổ ban đầu được dịch chuyển tới LTE có
thể tương đối nhỏ, nhưng sau đó có thể tăng lên từ từ, được thể hiện trong hình 1.2. Sự
khác nhau của những diễn tiến phổ có thể xảy ra sẽ dẫn đến một yêu cầu về độ linh

hoạt phổ cho LTE dưới dạng băng thông truyền dẫn được hỗ trợ.
Yêu cầu về độ linh hoạt phổ địi hỏi LTE phải có khả năng mở rộng trong miền tần
số và có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau. Yêu cầu về độ linh hoạt được
liệt kê thành danh sách các dải phổ của LTE (1,25; 1,6; 2,5; 5; 10; 15 và 20 MHz).
Ngoài ra, LTE cịn có khả năng hoạt động theo cặp phổ cũng như là đơn lẻ. LTE cũng
có thể triển khai trong nhiều băng tần khác nhau. Những băng tần được hỗ trợ được chỉ
rõ dựa vào “độc lập phiên bản”, nghĩa là phiên bản đầu tiên của LTE không phải hỗ trợ
tất cả các băng tần ngay từ đầu.
Hơn nữa, LTE sẽ cùng tồn tại và lắp đặt chung với GSM và WCDMA trên những
tần số lân cận, cũng như là sự cùng tồn tại giữa những nhà khai thác và hệ thống mạng
lân cận trên những quốc gia khác nhau nhưng sử dụng phổ chồng nhau. Ở đây cũng có
một điều kiện là khơng có hệ thống nào khác được yêu cầu hợp lệ khi một thiết bị đầu
cuối truy cập vào LTE, nghĩa là LTE cần phải có tất cả tín hiệu điều khiều cần thiết
được yêu cầu cho việc kích hoạt truy nhập.


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE

Hình 1.2: Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ của
một hệ thống GSM đã được triển khai
Triển khai phổ tần
Yêu cầu LTE làm việc với các kịch bản triển khai phổ tần sau:
- Đồng tồn tại trên cùng vùng địa lý hoặc cùng đài trạm với GERAN/UTRAN trên các
kênh lân cận.
- Đồng tồn tại trên các kênh lân cận hoặc chồng lấn tại biên giới các nước.
- LTE phải có khả năng hoạt động đọc lập (khơng cần sóng mang con khác).
- Tất cả các băng tần đều được cho phép tuân theo phát hành về các nguyên tắc băng
tần độc lập.

Cần lưu ý rằng trong trường hợp các yêu cầu điều phối biên giới, các vấn đề khác
như các giải pháp lập biểu cần được xem xét cùng với các hoạt động khác của lớp vật
lý.
1.2.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển
Một vài nguyên tắc chỉ đạo cho việc thiết kế kiến trúc LTE RAN được đưa ra bởi
3GPP:
- Một kiến trúc đơn LTE RAN được chấp nhận.
- Kiến trúc LTE RAN phải dựa trên gói, tuy vậy lưu lượng lớp thoại và thời gian thực
vẫn được hỗ trợ.
- Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của “những hư hỏng cục bộ”
mà không cần tăng chi phí cho đường truyền.
- Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lượng giao tiếp đã được
giới thiệu.
- Tương tác lớp mạng vô tuyến và lớp mạng truyền tải có thể được loại trừ nếu chỉ cần


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE

quan tâm đến vấn đề cải thiện hiệu suất hệ thống.
- Kiến trúc LTE RAN có thể hỗ trợ QoS từ đầu cuối đến đầu cuối. TNL có thể cung
cấp QoS thích hợp khi được yêu cầu bởi RNL.
- Các cơ cấu QoS có thể tính tốn đến các dạng lưu lượng đang tồn tại khác nhau để
mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: lưu lượng mặt phẳng điều khiển, lưu lượng
mặt phẳng người dùng , lưu lượng O&M, v.v…
- LTE RAN có thể được thiết kế để làm giảm thiểu các thay đổi trễ cho thông tin gói
TCP/IP.
1.2.5 Quản lý tài ngun vơ tuyến
Những u cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến 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 tải cũng như là quản lý chính sách thơng qua các cơng nghệ truy cập vô
tuyến khác nhau.
Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end yêu cầu cải thiện sự giữa thích ứng giữa
dịch vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức (bao gồm báo hiệu lớp cao hơn) với
tài ngun RAN và các đặc tính vơ tuyến.
Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE RAN 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 vơ tuyến, chẳng hạn như q trình nén tiêu đề IP (IP
header).

Hình 1.3: Kiến trúc mơ hình B1 của E-UTRAN cho trường hợp không chuyển
mạng


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE

Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy cập 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 di động theo các dạng công nghệ truy cập vơ tuyến thích hợp đã
được nói rõ cũng như là hỗ trợ QoS end to end trong quá trình chuyển giao giữa các
công nghệ truy cập vô tuyến.
1.3 Kiến trúc mơ hình LTE
Hai kiến trúc mơ hình được các 3GPP WG (nhóm cơng tác của 3GPP) đề xuất cho
kiến trúc LTE được cho trên các hình 1.3 và hình 1.4.
Trên mơ hình kiến trúc hình 1.3 các ký hiệu được sử dụng như sau. R1, R2 và R3
là tên các điểm tham khảo. Gx+ ký hiệu cho Gx mở rộng. PCRF1 thể hiện chức năng
các quy tắc tính cước và chính sách phát triển. Các đường nối và các vịng trịn khơng

liên tục thể hiện các phần tử và các giao diện mới của kiến trúc LTE.

Hình 1.4: Kiến trúc mơ hình B2 của E-UTRAN trong đó Rh đảm bảo chức năng
chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt
Trên mơ hình kiến trúc hình 1.4 các ký hiệu được sử dụng như sau. R h thể hiện
chức năng chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt. Dự kiến giao diện này sẽ
tương đối tổng quát để đảm bảo các tổ hợp khác nhau của RAT. G x+ thể hiện Gx có
thêm hỗ trợ di động giữa các hệ thống truy nhập. W x+ ký hiệu cho Wx có thêm hỗ trợ
di động giữa các hệ thống. Inter-AS MM ký hiệu cho quản lý di động giữa các hệ
thống truy nhập. PCRF2 thể hiện chức năng quy tắc tính cước và chính sách. Các


Đồ án tốt nghiệp

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE

đường nối và các vịng trịn khơng liên tục thể hiện các phần tử và các giao diện mới
của kiến trúc LTE.
1.4 Tổng kết chương
Chương này đã trình bày các nội dung tổng quan về LTE. Mục tiêu chính của công
nghệ LTE đều nhằm cải thiện hiệu năng và giảm giá thành so với các cơng nghệ trước
nó:
-

Tăng tốc độ số liệu đỉnh
Tăng tốc độ bít tại biên ơ
Cải thiện hiệu năng sử dụng phổ tần
Giảm trễ vòng
Sử dụng băng thơng linh hoạt
Giảm chi phí đầu tư mạng

Giảm mức độ phức tạp, giá thành cũng như công suất tiêu thụ của thiết bị đầu
cuối
Tương thích với các cơng nghệ vơ tuyến khác
Tối ưu hóa cho tốc độ đi động thấp đồng thời hỗ trợ tốc độ di động cao


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE
CHƯƠNG II:
CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE

2.1 Kỹ thuật đa truy nhập
2.1.1 Đường xuống OFDMA
OFDM đã được sử dụng bởi các mạng di động và không di động khơng dây truyền
như WiMAX di động và WLAN và nó được lựa chọn là phương pháp ghép kênh cho
3GPP LTE.
Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng
dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao. Vì
khoảng thời gian ký tự tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho
nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu xuyên ký tự
ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ
trong mỗi ký tự OFDM. Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi ký tự OFDM được bảo vệ
theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI.
Người dùng đầu tiên được chọn sao cho có tần số bằng số nguyên lần chu kỳ thời
gian của một ký tự. Để làm cho sóng mang con trực giao với nhau, các sóng mang con
liền kề được đặt cách nhau:
BSC = B / N

(2.1)

Trong đó:
B: băng thông của luồng dữ liệu tốc độ bit cao
N: số sóng mang con
Truyền trên các sóng mang con trực giao là tốt, nhưng điều đó chỉ xảy ra trong
điều kiện lý tưởng như khơng có trễ trên đường truyền, nhưng trong thực tế không tồn
tại điều kiện này.
Để loại bỏ nhiễu liên ký tự ISI ta cần đặt một khoảng bảo vệ giữa các sóng mang
con. Khoảng thời gian bảo vệ này đủ lớn so với thời gian trễ tối đa dự kiến, làm cho
quá trình truyền dẫn loại bỏ hoàn toàn được nhiễu ISI. Khoảng bảo vệ này cũng gây ra
sự lãng phí năng lượng, băng thơng và tất nhiên làm giảm hiệu quả quang phổ và điều
này phụ thuộc vào tỉ lệ thời gian bảo vệ.
Hệ thống truyền dẫn đường xuống của LTE dựa trên công nghệ OFDM. Như đã
biết thì OFDM là một hệ thống truyền dẫn đường xuống hấp dẫn với nhiều lý do khác
nhau. Vì thời gian ký tự OFDM tương đối dài trong việc kết hợp với một tiền tố chu
trình, nên OFDM cung cấp đủ độ mạnh để chống lại kênh lựa chọn tần số của kênh.
Mặc dù trên lý thuyết thì việc méo tín hiệu do kênh truyền chọn lọc tần số có thể được
kiểm sốt bằng kỹ thuật cân bằng tại phía thu, sự phức tạp của kỹ thuật cân bằng bắt
đầu trở nên kém hấp dẫn trong việc triển khai đối với những thiết bị đầu cuối di động
tại băng thơng trên 5 MHz. Vì vậy mà OFDM với khả năng vốn có trong việc chống
lại fading lựa chọn tần số sẽ trở thành sự lựa chọn hấp dẫn cho đường xuống, đặc biệt
khi được kết hợp với ghép kênh khơng gian.
Một số lợi ích khác của kỹ thuật OFDM bao gồm:
- OFDM cung cấp khả năng truy nhập vào miền tần số, bằng cách thiết lập một độ tự


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

do bổ sung cho bộ lập biểu phụ thuộc kênh truyền so với HSPA.
- OFDM dễ dàng hỗ trợ cho việc phân bố băng thông một cách linh hoạt, bằng cách
biến đổi băng tần cơ sở thành các sóng mang con để truyền đi. Tuy nhiên chú ý rằng
việc hỗ trợ nhiều phân bố phổ đòi hỏi cần phải có bộ lọc RF linh hoạt, khi đó thì sơ đồ
truyền dẫn chính xác là khơng thích hợp. Tuy nhiên, việc duy trì cấu trúc xử lý băng
tần cơ sở giống nhau, không phụ thuộc băng thông sẽ nới lỏng việc triển khai đầu cuối.
- Hỗ trợ dễ dàng cho việc truyền dẫn broadcast/mulitcast, khi mà những thông tin
giống nhau được truyền đi từ nhiều trạm gốc.
Nhược điểm của của điều chế OFDM và các phương pháp truyền dẫn đa sóng
mang khác là sự thay đổi cơng suất tức thời của tín hiệu phát rất lớn dẫn đến PAPR rất
lớn. Điều này làm giảm hiệu suất của bộ khuếch đại công suất và tăng giá thành của bộ
khuếch đại công suất. Nhược điểm này rất quan trọng đối với đường lên vì các MS
phải tiêu thụ cơng suất thấp và có giá thành hạ.
Nhiều phương pháp đã được đề xuất để giảm PAPR của tín hiệu OFDM. Tuy nhiên
hầu hết các phương pháp này chỉ đảm bảo giảm PAPR ở mức khơng cao. Ngồi ra các
phương pháp này địi hỏi tính tốn phức tạp và giảm hiệu năng đường truyền. Truyền
dẫn đa sóng mang băng rộng là một giải pháp truyền dẫn đa sóng mang phù hợp cho
đường lên nghĩa là cho máy phát của MS. Tuy nhiên, cần nghiên cứu xử lý méo dạng
sóng tín hiệu xảy ra trong môi trường thông tin di động do fađinh chọn lọc tần số. LTE
sử dụng một dạng điều chế cải biến của OFDM có tên gọi là DFTS-OFDM (OFDM
trải phổ bằng DFT). DFTS-OFDM có hiệu quả thơng lượng và độ phức tạp tương tự
như OFDM, nhưng lại có tỉ số PAPR thấp hơn OFDM. LTE sử dụng DFTS-OFDM
cho đa truy nhập đường lên với tên gọi là SC-FDMA. Do tỷ số đỉnh trên trung bình
của tín hiệu được truyền càng nhỏ thì cơng suất phát trung bình đối với một bộ khuếch
đại cơng suất nhất định càng cao. Vì vậy mà truyền dẫn đơn sóng mang cho phép sử
dụng hiệu quả hơn bộ khuếch đại công suất, đồng thời làm tăng vùng phủ sóng. Điều
này đặc biệt quan trọng đối với những thiết bị đầu cuối bị giới hạn về năng lượng. Tại
cùng một thời điểm, việc cân bằng cần thiết để kiểm sốt lỗi của tín hiệu đơn sóng
mang do fađinh lựa chọn tần số là vấn đề nhỏ trong đường lên vì ít giới hạn trong
nguồn tạo tín hiệu tại trạm gốc hơn so với thiết bị đầu cuối di động.

Tương phản với đường lên không trực giao của WCDMA/HSPA (cũng dựa trên
truyền dẫn đơn sóng mang), thì đường lên LTE lại dựa trên kỹ thuật phân tách trực
giao giữa những người dùng trong miền thời gian và tần số (trên lý thuyết, việc phân
chia người dùng trực giao có thể thực hiện được trong miền thời gian chỉ bằng cách ấn
định tồn bộ băng thơng truyền dẫn đường lên cho một người dùng tại 1 thời điểm,
điều này có thể thực hiện được với đường lên nâng cao). Kỹ thuật phân tách người
dùng trực giao trong nhiều tình huống mang lại lợi ích trong việc tránh được nhiễu
trong ô. Tuy nhiên, việc phân bố một lượng tài nguyên băng thông tức thời rất lớn cho
người dùng lại không phải là một chiến lược hiệu quả trong những tình huống mà
chính tốc độ dữ liệu bị giới hạn bởi cơng suất truyền dẫn hơn là băng thơng. Trong
những tình huống như vậy, một thiết bị đầu cuối sẽ chỉ được phân bố một phần của
tổng băng thông truyền dẫn và những thiết bị đầu cuối khác có thể truyền song song
trên phần phổ cịn lại. Vì vậy mà đường lên LTE sẽ bao gồm một thành phần đa truy


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

nhập miền tần số.
Tỉ số công suất đỉnh trên cơng suất trung bình
PAPR được định nghĩa là tỉ số cơng suất đỉnh tức thời trên cơng suất trung bình.
Giá trị của PAPR là tỷ lệ thuận với số lượng sóng mang phụ:
PAPR(dB) ~ 10log(N)
Trong đó ‘N’ là số lượng sóng mang con
Tín hiệu với một PAPR lớn cần khuếch đại cơng suất tuyến tính cao để tránh biến
dạng q mức điều chế liên ký tự và để đạt được mục tiêu tuyến tính này, bộ khuếch
đại phải hoạt động với một trở lại lớn ra khỏi công suất đỉnh của chúng mà kết quả
trong hiệu quả năng lượng thấp (đo bằng tỷ lệ công suất phát điện DC tiêu tán)
Mặc dù OFDM có khả năng chống lại fađinh đa đường nhưng nó địi hỏi mức độ

đồng bộ hóa cao để duy trì các sóng mang con trực giao. Trong OFDM, có sự bất định
trong tần số sóng mang, đó là do sự khác biệt về các tần số của dao động riêng trong
truyền và nhận, làm phát sinh một sự thay đổi trong phạm vi tần số mà cũng được gọi
là lệch tần số. Độ lệch tần số này cũng có thể được gây ra bởi hiệu ứng dịch chuyển
Doppler. Giải điều chế của một tín hiệu với tần số lệch có thể gây ra tỷ lệ lỗi bit lớn và
có thể làm giảm hiệu suất đồng bộ hóa ký hiệu.
2.1.2 Đường lên – SC-FDMA
SC-FDMA đã được 3GPP LTE chọn là kỹ thuật truyền đường lên. Nó là một hình
thức sửa đổi của OFDMA và về cơ bản có hiệu suất thông lượng và độ phức tạp tương
tự OFDMA. Giống như OFDM, các máy phát trong hệ thống SC-FDMA sử dụng các
tần số trực giao khác nhau (các sóng mang con) để phát đi các ký hiệu thông tin. Tuy
nhiên, các ký hiệu này được phát đi lần lượt chứ không phải song song như OFDM,
cách sắp xếp này làm giảm đáng kể sự thăng giáng của đường bao tín hiệu dạng sóng
phát. Vì thế các tín hiệu SC-FDMA có PAPR thấp hơn các tín hiệu OFDM.
Trong các hệ thống di động bị ảnh hưởng của truyền dẫn đa đường, SC-FDMA
được thu tại BTS bị nhiễu giữa các ký hiệu khá lớn. BTS sử dụng bộ cân bằng thích
ứng miền tần số để loại bỏ nhiễu này. Cách tổ chức này phù hợp cho các hệ thống
thông tin di động, nó cho phép giảm yêu cầu đối với khuếch đại tuyến tính trong máy
cầm tay bằng bộ cân bằng thích ứng miền tần số phức tạp trong BTS.


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống DFTS-FDMA
Máy phát DFTS-FDMA
Máy phát DFTS-FDMA biến đổi tín hiệu nhị phân thành một dãy sóng mang được
điều chế. Để vậy, nó thực hiện các thao tác xử lý tín hiệu như hình 2.1. Xử lý tín hiệu
được thực hiện theo từng khối tín hiệu điều chế. Mỗi khối bao gồm P ký hiệu trong đó

mỗi ký hiệu có độ dài T smod. Vậy mội khối là một khoảng thời gian T smod.P. Tại đầu vào
của máy phát, bộ điều chế băng gốc biến đổi đầu vào nhị phân thành một chuỗi nhiều
mức các số phức và nhóm chúng thành các khối ký hiệu {x p} (p = 0, 1, …, P-1) có
khn dạng của một trong số các sơ đồ điều chế sau: BIT/SK, QPSK, 16QAM hoặc
64QAM, trong đó P là số sóng mang con mà hệ thống OFDM dành cho máy đầu cuối.
Hệ thống thực hiện thích ứng điều chế và vì thế tốc độ bít truyền dẫn sẽ phù hợp với
điều kiện kênh hiện thời của máy đầu cuối. Bước thứ nhất trong quá trình điều chế
DFTS-FDMA là thực hiện biến đổi Fourier rời rạc kích thước P để tạo ra thể hiện
miền tần số {Xn} của các ký hiệu đầu vào, trong đó n = 0, 1,…, P-1 và Ptập sóng mang con đã điều chế được kết hợp với N-P sóng mang con rỗng (bằng
khơng) để được tập sóng mang con được điều chế miền tần số {X i} (i = 0, 1,…, N-1)
đưa lên đầu vào bộ IFFT. Sau IFFT ta được tập các sóng mang con được điều chế {x i}
trong miền thời gian tại đầu ra của IFFT. Khi này mỗi x i (i = 0, 1,…, N-1) điều chế
một tần số. Sau bộ biến đổi nối tiếp thành song song (S/P) ta được các mẫu của tín
hiệu OFDM x(m). Sau đó tín hiệu OFDM sẽ điều chế một sóng mang và tất cả các ký
hiệu được điều chế sẽ được truyền lần lượt. Giống như OFDM, giá trị của N là một số
lũy thừa hai (N = 2k trong đó k là một số nguyên) để có thể xử lý FFT theo cơ số hai
với độ phức tạp thấp và P = N/Q là một ước số nguyên của N. Q được gọi là thừa số
trải rộng băng tần của chuỗi ký hiệu. Nếu tất cả các đầu cuối đều phát P ký hiệu trên
một khối, thì hệ thống có thể xử lý đồng thời Q cuộc truyền dẫn đồng thời mà không
bị nhiễu đồng kênh CCI. Máy phát thực hiện hai quá trình xử lý tín hiệu nữa trước khi
phát. Nó chèn một tập ký hiệu CP đóng vai trị thời gian bảo vệ để ngăn chặn nhiễu
giữa các khối IBI do truyền đa đường. Máy phát cũng thực hiện lọc tuyến tính (được


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

gọi là tạo dạng xung) để giảm năng lượng ngoài băng. Tổng quát. CP là copy phần

cuối của khối và đặt vào phần của khối. Việc sử dụng nó có hai lý do. Trước hết nó
đóng vai trị khoảng bảo vệ giữa hai khối liền kề. Nếu độ dài CP lớn hơn trải trễ cực
đại của kênh, thì sẽ khơng có IBI. Thứ hai nó cho phép chuyển đổi tích chập tuyến tính
rời rạc thời gian vào tích chập dịch vịng rời rạc thời gian. Vì thế số liệu phát qua kênh
có thể được mơ hình như tích chập vòng giữa đáp ứng xung kim và khối số liệu được
truyền, mà trong miền tần số là nhân theo từng điểm của các mẫu DFT. Khi này để loại
bỏ méo kênh , tại máy thu ta chỉ cần chia DFT của tín hiệu thu cho DFT của đáp ứng
xung kim theo từng điểm hoặc có thể sử dụng kỹ thuật cân bằng tần số phức tạp hơn.
Máy thu DFTS-FDMA
Về cơ bản, máy thu thực hiện các xử lý tín hiệu ngược so với máy phát. Trước hết
xử lý FFT kích thước N được thực hiện, tiếp theo loại bỏ các mẫu tần số khơng liên
quan đến tín hiệu cần thu, cuối cùng xừ lý DTF ngược kích thước P.
Trong trường hợp lý tưởng nếu khơng xảy ra hỏng tín hiệu do kênh vô tuyến, giải
điều chế DFTS-FDMA sẽ khôi phục lại hồn tồn khối các tín hiệu được truyền. Tuy
nhiên trong trường hợp tán thời gây ra do kênh vô tuyến bị fađinh chọn lọc tần số, tín
hiệu DFTS-FDMA sẽ bị hỏng bởi “tự nhiễu”.
2.1.3 Lập biểu phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ
Tâm điểm của sơ đồ truyền dẫn LTE là sử dụng kỹ thuật truyền dẫn kênh chia sẻ,
trong đó tài nguyên thời gian - tần số được chia sẻ giữa những người dùng. Kỹ thuật
này tương tự với phương pháp được dùng trong HSDPA, mặc dù việc thực hiện tài
nguyên chia sẻ giữa hai công nghệ này khác nhau: trong LTE là thời gian và tần số còn
trong HSPA là mã định kênh. Việc sử dụng truyền kênh dẫn chia sẻ là hoàn toàn phù
hợp với các yêu tài nguyên thay đổi rất nhanh do truyền dẫn gói gây ra và nó cũng cho
phép LTE sử dụng các công nghệ then chốt khác.
Bộ lập biểu sẽ điều khiển việc ấn định tài nguyên chia sẻ cho người dùng tại mỗi
thời điểm. Nó cũng quyết định tốc độ số liệu sẽ được sử dụng cho từng liên kết và
thích ứng đường truyền, đó là gọi là thích ứng tốc độ và nó là có thể xem là một phần
của bộ lập biểu. Bộ lập biểu là phần tử then chốt và ở mức độ rất lớn nó quyết định
hiệu năng tổng thể của đường xuống, đặc biệt là trong mạng có tải cao. Cả đường
xuống và đường lên đều chịu sự điều khiển chặt chẽ của lập biểu. Độ lợi dung lượng

hệ thống có thể đạt được đáng kể nếu xét đến các điều kiện kênh trong quyết định lập
biểu, hay còn gọi là lập biểu phụ thuộc kênh. Điều này đã được khai thác trong HSPA,
trong đó bộ lập biểu đường xuống cho phép phát đến người sử dụng có điều kiện kênh
ưu việt để đạt được tốc độ sêu cực đại. Ở mức độ nào đó điều này cũng được thực hiện
trên đường lên cho HSUPA. Tuy nhiên ngoài miền thời gian, LTE cũng có thể truy
nhập đến miền tần số nhờ việc sử dụng OFDM cho đường xuống và DFTS-OFDM cho
đường lên. Vì thế, đối với từng miền tần số, bộ lập biểu có thể chọn người sử dụng có
điều kiện kênh tốt nhất. Nói một cách khác, lập biểu trong LTE có thể xét đến các thay
đổi điều kiện kênh khơng chỉ trong miền thời gian như HSPA mà cả trong miền tần số.
Điều này được minh họa trong Hình 2.2


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

Hình 2.2: Lập biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số
Hiệu quả của lập biểu phụ thuộc kênh trong miền tần số đặc biệt hữu ích khi tốc độ
số liệu thấp, nói cách khác khi kênh thay đổi chậm theo thời gian. Lập biểu phụ thuộc
kênh dựa trên các thay đổi chất lượng kênh để đạt được độ lợi trong dung lượng hệ
thống. Đối với các dịch vụ nhạy cảm với trễ, bộ lập biểu miền thời gian có thể được
lập biểu cưỡng bức cho một người dùng riêng biệt, cho dù chất lượng kênh truyền
không đạt được giá trị đỉnh. Trong những tình huống như vậy, việc khai thác sự thay
đổi chất lượng kênh truyền trong miền tần số sẽ giúp cải thiện hiệu suất của toàn hệ
thống. Đối với LTE, các quyết định lập biểu được thực hiện định kỳ sau mỗi 1ms và
tính hạt trong miền tần số là 180 KHz. Điều này cho phép bộ lập biểu bám theo các
thay đổi kênh khá nhanh.
Lập biểu đường xuống
Trong đường xuống, mỗi thiết bị đầu cuối báo cáo ước lượng chất lượng kênh tức
thời cho trạm gốc. Các ước tính này nhận được bằng cách một tín hiệu tham khảo

được phát đi từ trạm gốc và nó cũng được sử dụng cho mục đích giải điều chế. Dựa
trên ước tính chất lượng kênh, bộ lập biểu đường xuống ấn định các tài nguyên cấp
phát cho những người sử dùng và chất lượng kênh truyền vẫn được đảm bảo. Trên lý
thuyết, một thiết bị đầu cuối được lập biểu có thể được ấn định một tổ hợp bất kỳ của
các khối tài nguyên rộng 180 KHz trong mỗi khoảng thời gian lập biểu 1ms.
Lập biểu đường lên
Đường lên LTE dựa trên sự phân cách trực giao giữa các người dùng và nhiệm vụ
của bộ lập biểu đường lên là ấn định tài nguyên cả về thời gian và tần số (kết hợp
TDMA/FDMA) cho các người dùng khác nhau. Quyết định lập biểu được đưa ra sau
mỗi 1ms, có nhiệm vụ điều khiển những thiết bị đầu cuối nào được phép truyền đi


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

thuộc phạm vi 1 ô trong suốt một khoảng thời gian cho trước, và quyết định tài nguyên
tần số nào được dùng cho quá trình truyền dẫn cũng như là tốc độ dữ liệu nào đang
được sử dụng. Chú ý rằng đầu cuối được ấn định một vùng tần số liên tục cho truyền
dẫn đơn sóng mang được sử dụng cho đường lên LTE.
Trạng điều kiện kênh cũng cần được xét trong quá trình lập biểu đường lên giống
như lập biểu đường xuống. Tuy nhiên, việc thu thập thông tin về trạng thái kênh đường
lên không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Do đó, cần bổ sung thêm các phương tiện để
đạt được phận tập đường lên trong trường hợp không sử dụng lập biểu đường lên phụ
thuộc kênh.
Điều phối nhiễu liên ô
LTE cung cấp sự trực giao giữa những người dùng trong một ô trong cả đường lên
và đường xuống. Vì vậy, có thể nói rằng hiệu năng liên quan đến hiệu suất sử dụng
phổ của LTE bị giới hạn nhiều hơn bởi nhiễu đến từ các ô khác (nhiễu giữa các ô) so
với WCDMA/HSPA. Do đó, các phương pháp để làm giảm và điều khiển nhiễu giữa

các ơ sẽ đem lại lợi ích lớn cho hiệu năng hệ thống LTE, đặc biệt về mặt các dịch vụ
(tốc độ số liệu, v.v…) đối với người dùng tại biên ô.
Điều phối nhiễu liên ô là một chiến lược trong đó tốc độ số liệu tại biên ơ được
tăng nhờ xét đến nhiễu giữa những người dùng. Về cơ bản, điều phối nhiễu giữa các ơ
có nghĩa là đưa ra các hạn chế nhất định (miền thời gian) cho các bộ lập biểu đường
lên và đường xuống để điều khiển nhiễu giữa các ô. Bằng cách hạn chế công suất của
một số bộ phận phổ trong một ô, nhiễu trong các ô lân cận trong phần phổ này sẽ
giảm. Phần phổ này có thể được sử dụng để cung cấp tốc độ số liệu cao hơn cho những
người sử dụng trong các ô lân cận. Về thực chất, hệ số tái sử dụng tần số trên các phần
khác nhau của ô sẽ khác nhau.
Chú ý rằng điều phối nhiễu giữa các ô chủ yếu là một chiến lược lập biểu xét đến
tình trạng trong các ơ lân cận. Như vậy, điều phối nhiễu ô lân cận là một vấn đề của
thực hiện và có lẽ khó được đưa vào các đặc tả. Điều này cũng có nghĩa là điều phối
nhiễu giữa các ơ có thể được áp dụng chỉ cho một tập các ô được chọn phụ thuộc vào
các yêu cầu của một triển khai cụ thể.
2.2 Lớp vật lý
2.2.1 Cấu trúc khung
Tài ngun vơ tuyến có thể được xem là một mạng lưới thời gian, tần số. Miền tần
số được chia thành các sóng mang con mỗi sóng mang con trải rộng 15 KHz. Một
băng con gồm có 12 sóng mang con.
Miền thời gian có thể được chia thành các khe có thời gian 0,5ms. Một khung con
bao gồm 2 khe thời gian và có thời lượng 1ms và 1 khung bao gồm trên 10 khung con
và do đó nó trải rộng cho 10ms (10 * 2 * 0,5ms).
Khối tài ngun vơ tuyến có thể được phân bổ trên cả đường lên và đường xuống
được gọi là băng con và có 12 sóng mang con truyền trong một khe thời gian (0,5ms).
Trong miền tần số các sóng mang con được nhóm thành các khối tài nguyên tương ứng


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

với băng thông khối tài nguyên chuẩn là 180 KHz.

Hình 2.3: Mạng lưới thời gian – tần số trong LTE
Tiền tố chu trình CP được chèn vào khung máy phát và được sử dụng để sắp xếp
các gói tin nhận được sau khi thu được. Có nhiều loại khác nhau của CP: CP ngắn và
dài.
Trong cùng một sóng mang, những khung con khác nhau của một khung có thể
được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống hoặc truyền dẫn đường lên. Như được
minh họa trong (Hình 2.4a), trong trường hợp FDD (khai thác trong phổ kép), tất cả
các khung con của một sóng mang con hoặc được sử dụng cho truyền dẫn đường
xuống (sóng mang con đường xuống) hoặc cho truyền dẫn đường lên (sóng mang con
đường). Trái lại, trong trường hợp khai thác TDD trong phổ đơn (Hình 2.4b), khung
con thứ nhất và thứ sáu của mỗi khung (khung con 0 và khung con 5) luôn luôn được
ấn định cho truyền dẫn đường xuống trong khi những khung con còn lại được ấn định
linh hoạt cho cả đường lên hoặc đường xuống. Lý do của việc ấn định sẵn khung con
thứ nhất và thứ sáu cho truyền dẫn đường xuống là vì những khung phụ này chứa cả
các tín hiệu đồng bộ LTE. Các tín hiệu đồng bộ được phát trên đường xuống của mỗi ô
và được sử dụng cho tìm ơ lần đầu cũng như tìm ơ lân cận.


Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE

Hình 2.4: Ví dụ về ấn định khung con đường lên/đường xuống trong TDD và FDD
Theo như minh họa trong Hình 2.4, ấn định các khung con trong trường hợp TDD
cho phép ấn định linh hoạt các khối lượng tài nguyên khác nhau(hay tỉ lệ tài nguyên)
cho đường xuống và đường lên. Vì cần ấn định các khung con như nhau cho các ô lân

cận để tránh nhiễu giữa truyền dẫn đường xuống và đường lên giữa các ô, nên không
thể thay đổi động ấn định tỷ lệ tài nguyên đường xuống, đường lên, chẳng hạn theo
từng khung. Tuy nhiên có thể thay đổi tỉ lệ này chậm hơn, chẳng hạn để thích ứng các
đặc tính lưu lượng khác nhau (các thay đổi lưu lượng đường xuống/đường lên).
2.2.2 Tài nguyên vật lý đường xuống
Như đã được đề cập trong mục 2.1, truyền dẫn đường xuống LTE dựa trên việc
ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM). Tài nguyên vật lý đường xuống LTE có
thể được xem như một mạng lưới tài nguyên thời gian-tần số (Hình 2.5), trong đó mỗi
phần tử tài nguyên tương ứng với một sóng mang con OFDM trong khoảng thời gian
một ký hiệu.
Đối với đường xuống LTE, khoảng cách sóng mang OFDM được chọn với Δf = 15
kHz. Với thực hiện máy phát/máy thu dựa trên FFT, tốc độ lấy mẫu tương ứng sẽ là fs
= 15000*N, với N là kích thước FFT. Vì thế đơn vị thời gian T s có thể được xem như
thời gian lấy mẫu của thực hiện máy phát/máy thu dựa trên FFT N = 2048. Điều quan
trọng cần phải hiểu là mặc dù đơn vị thời gian Ts được đưa vào chuẩn truy nhập vô
tuyến chỉ để làm công cụ cho định nghĩa các khoảng thời gian khác nhau và không đặt
ra bất cứ quy định nào đối với thực hiện máy phát/máy thu, nghĩa là tốc độ lấy mẫu.
Trong thực tế, một thực hiện máy phát/máy thu dựa trên FFT với N = 2048 và tốc độ
lấy mẫu tương ứng fs = 30.72MHz sẽ thích hợp cho các băng thơng LTE rộng hơn có
giá trị 15MHz và cao hơn. Tuy nhiên, đối với những băng thông truyền dẫn nhỏ hơn,
kích thước FFT nhỏ hơn và tốc độ lấy mẫu tương ứng thấp hơn cũng có thể sử dụng