Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

LỜI MỞ ĐẦU
Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của
mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G. Mạng 2G có thể phân ra thành 2 loại:
GSM và CDMA. Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin thế hệ thứ ba 3G đã và đang
được triển khai tại nhiều nơi trên thế giới. Cải tiến nổi bật nhất của 3G so với mạng
2G là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ
truyền thông đa phương tiện. Nhưng với yêu cầu ngày càng cao của khách hàng, đòi
hỏi có một mạng băng rộng tốc độ cao mà lại cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố
định. Trong tình hình đó, năm 2004 tổ chức 3GPP đã đưa ra một công nghệ mới đó là
LTE, và đề ra nhiều yêu cầu cao cho công nghệ này. Tốc độ dữ liệu của mạng di
động LTE cao hơn các mạng di động khác là do thực hiện cải thiện hiệu quả phổ tần.
Ngoài ra, LTE còn có kiến trúc đơn giản với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng
lượng với các thiết bị đầu cuối.
Thủ tục tìm ô trong LTE là một phần quan trọng trong thiết kế LTE. Bản chất
của tìm ô là thủ tục mà đầu cuối di động tìm một ô tiềm năng để kết nối. Bài nghiên
cứu tập trung vào các thủ tục tìm ô trong LTE, với chương 1 là kỹ thuật sử dụng
trong đường xuống của LTE là OFDM. Chương 2 giới thiệu về hệ thống LTE cũng
như các mục tiêu và các kỹ thuật truy nhập của công nghệ này. Cuối cùng, chương 3
sẽ giới thiệu các thủ tục tìm ô trong LTE và các tín hiệu đồng bộ cũng như các mã
nhận dạng ô để hỗ trợ việc tìm ô.
Trong thời gian ngắn, nhóm chúng em với sự hướng dẫn của cô giáo – Thạc sỹ
Phạm Thị Thúy Hiền đã cố gắng hoàn thiện và trình bày những nội dung tìm hiểu
được một cách cô đọng và chính xác nhất. Tuy nhiên bài báo cáo chắc chắn vẫn còn
nhiều sai sót, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô để đề tài được
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm 2

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

1


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

MỤC LỤC

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

2


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Hình 1.1: Tiết kiệm phổ tần của OFDM so FDM cổ điển: (a) FDM cổ điển, (b)
OFDM
Hình 1.2: Tính trực giao của các sóng mang con OFDM
Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của IFFT
Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn OFDM
Hình 1.5: Dạng ký hiệu sau khi chèn và lập cửa sổ tại phía phát, đáp ứng xung kim
của kênh và ký hiệu OFDM hiệu dụng được lấy ra tại phía thu.
Hình 1.6: Chèn khoảng bảo vệ.
Hình 1.7: Mô hình kênh phát thu OFDM miền tần số
Hình 1.8 Thí dụ lưới thời gian-tần số cho OFDMA có bẩy người sử dụng từ a đến g.
Hình 1.9 cấp phát sóng mang con liên tiếp cho người dùng trong OFDMA
Hình 1.10 cấp phát sóng mang con phân bố cho người dùng trong OFDMA
Hình 1.11 điều khiển định thời đường phát đường lên
Hình 1.12 sóng mang con trực giao OFDM
Hình 2.1 Mạng truy nhập LTE: các nút và các giao diện

Hình 2.2 : Tổng quan mạng lõi SAE
Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn DFT-OFDM
Hình 2.4: Sắp xếp sóng mang con trong SC-FDMA
Hình 2.5: Minh họa sự khác nhau trong việc truyền các ký hiệu số liệu theo thời gian
đối với OFDMA và SC-FDMA.
Hình 2.6: Cấu trúc khung LTE loại 1 cho hệ thống FDD
Hình 2.7: Cấu trúc khung LTE loại 2 cho hệ thống TDD
Hình 3.1: Cấu trúc phân cấp của nhận dạng ô.
Hình 3.2: Chuỗi CAZAC với độ dài 63, nguồn 25.
Hình 3.3: Chuỗi CAZAC với độ dài 63, nguồn 29.
Hình 3.4: Chuỗi CAZAC với độ dài 63, nguồn 34.
Hình 3.5: Biên độ không đổi của PSS
Hình 3.6: Hàm tự tương quan của PSS với nguồn 25.
Hình 3.7: Hàm tự tương quan của PSS với nguồn 29
Hình 3.8: Hàm tự tương quan của PSS với nguồn 34
Hình 3.9: Sơ đồ xác định ký hiệu đầu tiên.
Hình 3.10: Xác định ký hiệu đầu tiên
Hình 3.11: Tương quan của chuỗi PSS khi không có sai lệch tần số.
Hình 3.12: Tương quan giữa tín hiệu nhận và chuỗi số với u=25 tại UE
Hình 3.13: Tương quan giữa tín hiệu nhận được và chuỗi số với u=29 tại UE
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

3


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Hình 3.14: Tương quan giữa tín hiệu nhận được và chuỗi số với u=34 tại UE
Hình 3.15: Biểu đồ khối tìm kiếm SSS.
Hình 3.16: Tương quan tín hiệu đầu ra và chuỗi số được phép cho phần chẵn của tín

hiệu giải đan xen
Hình 3.17: Tương quan tín hiệu đầu ra và chuỗi số không được phép cho phần chẵn
của tín hiệu giải đan xen
Hình 3.18: Tương quan đầu ra và chuỗi số được phép với phần lẻ của tín hiệu giải
đan xen.
Hình 3.19: Tương quan đầu ra và chuỗi số không được phép với phần lẻ của tín hiệu
giải đan xen.
Hình 3.20: Giao diện chính tìm PSS
Hình 3.21: Giao diện chính tìm SSS
Hình 3.22: Các tham số của giao diện tìm PSS
Hình 3.23: Tương quan chéo của chuỗi phát với chuỗi có nguồn là u=25
Hình 3.24: Tương quan chéo của chuỗi phát với chuỗi có nguồn là u=29
Hình 3.25: Tương quan chéo của chuỗi phát với chuỗi có nguồn là u=34
Hình 3.26: Sự tương quan của chuỗi số được phép với chuỗi số s0(m0)(n) nhận được
Hình 3.27: Sự tương quan của chuỗi số không được phép với chuỗi số s0(m0)(n) nhận
được
Hình 3.28: Sự tương quan của chuỗi số được phép với chuỗi số s1(m1)(n) nhận được
Hình 3.29: Sự tương quan của chuỗi số không được phép với chuỗi số s1(m1)(n) nhận
được
Bảng 3.1: Chỉ số nguồn cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp
Bảng 3.2: Sắp xếp các mã nhận dạng lớp vật lý N(1)ID và các chỉ số m0 và m1.

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

4


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Nghĩa tiếng việt
Cụm từ viết tắt

Từ tiếng anh
(nếu có)

3GPP

Third Generation Partnership
Project

B
BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

C
CP

Tiền tố vòng (lặp, chu

Cyclic Prefix

trình)

D
(I)DFT

(Inverse) Discrete Fourier

Biến đổi Fourier rời rạc

Transform

(ngược)

Frequency Division Duplex

Song công theo tần số

Frequency Division

Ghép kênh phân chia

Multiplexing

theo tần số

(Inverse) Fast Fourier

Biến đổi Fourier nhanh

Transform

(ngược)

General Packet Radio

Dịch vụ vô tuyến gói

Service

chung

Global System For Mobile

Hệ thống thông tin di

Communications

động toàn cầu

High Speed Downlink

Truy nhập gói đường

Packet Access

xuống tốc độ cao

High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

F
FDD
FDM

(I)FFT
G
GPRS

GSM
H
HSDPA
HSPA
I

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

5


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

ICI

Intercarrier Interference

Nhiễu liên sóng mang

ISI

InterSymbol Interference

Nhiễu liên ký hiệu

Long Term Evolution

Phát triển cho lâu dài

L
LTE
M
MIMO

Multi-Input Multi-Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu
ra

O
OFDM

OFDMA

Othorgonal Frequency

Ghép kênh phân chia

Division Multilplex

theo tần số trực giao

Othorgonal Frequency

Đa truy nhập phân chia

Division Multilplex Access

theo tần số trực giao

P
PSS

Primary Synchronization
Signal

Tín hiệu đồng bộ sơ cấp

Q
QAM

QPSK

Quadrature Amplitude

Điều chế biên độ cầu

Modulation

phương

Quadrature Phase Shift

Khóa dịch pha vuông

Keying

góc

R
RNC

Radio Network Control

Bộ điều khiển mạng vô
tuyến

S

SC-FDMA

SSS

Single Carrier - Frequency
Division Multiple Access
Secondary Synchronization
Signal

T
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

6

Đa truy nhập phân chia
theo tần số với sóng
mang đơn
Tín hiệu đồng bộ thứ cấp


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

TDD

Time Division Duplex

TDM

Time Division Multiplexing

Song công theo thời gian
Ghép kênh phân chia
theo thời gian

U
UE
UMTS

User Equiment

Thiết bị người sử dụng

Universal Mobile

Hệ thống thông tin di

Telecommunications

động toàn cầu

Wideband Code Division

Đa truy nhập phân chia

Multiple Access

theo mã băng rộng

W
WCDMA

CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT OFDM
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT OFDM
OFDM là một phương pháp điều chế cho phép giảm méo tuyến tính do kênh
truyền dẫn vô tuyến phân tán gây ra. Khái niệm OFDM được đưa ra vào đầu những
năm 1960. Kỹ thuật OFDM được sử dụng ở một vài hệ thống quân sự tần số cao.
Vào năm 1980 OFDM được nghiên cứu cho các modems tốc độ cao và áp dụng cho
kỹ thuật di động số cho phép ghép kênh QAM sử dụng DFT. Tuy nhiên chỉ trong
những năm 1990, OFDM đã đạt được sự ổn định khi sử dụng để truyền thông dữ liệu
băng rộng qua kênh vô tuyến di động FM, đường dây thuê bao số tốc độ bit cao
(HDSL: 1,6Mbps), đường dây thuê bao số bất đối xứng (ADSL: 6Mbps), đường dây

thuê bao số tộc độ rất cao (VDSL 100Mbps), quảng bá audio số (DAB), quảng bá
mặt đất.
Ưu điểm đầu tiên của OFDM so với các kỹ thuật truy nhập đơn sóng mang khác
đó là khả năng chống lại ảnh hưởng điều kiện kênh khắc nghiệt (như là nhiễu băng
hẹp, pha đinh chọn lọc tần số do đa đường) mà không cần các bộ lọc cân bằng phức
tạp. Cân bằng kênh được đơn giản bởi vì OFDM có thể được xem như là nhiều tín
hiệu băng hẹp điều chế chậm (chu kỳ lớn) hơn là một tín hiệu băng rộng điều chế
nhanh (chu kỳ nhỏ). Tốc độ ký hiệu chậm có thể sử dụng hiệu quả khoảng thời gian
bảo vệ giữa các ký hiệu từ đó có thể loại bỏ được nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu.
1.2 NGUYÊN LÝ OFDM
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

7


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

1.2.1 Nguyên tắc chung
Nguyên lý của OFDM là phân chia tổng băng thông cần truyền vào một số
sóng mang con để có thể truyền đồng thời các sóng mang này. Bằng cách này luồng
số tốc độ cao có thể được chia thành nhiều luồng tốc độ thấp hơn. Vì thế có thể giảm
ảnh hưởng của trễ đa đường và chuyển đổi kênh pha đinh chọn lọc thành kênh pha
đinh phẳng. Như vậy OFDM là một giải pháp cho tính chọn lọc của các kênh
phađinh. Việc chia tổng băng thông thành nhiều băng con với các sóng mang con dẫn
đến giảm độ rộng băng con trong miền tần số và vì thế tăng độ dài ký hiệu. Số sóng
mang con càng lớn thì độ dài ký hiệu càng lớn. Điều này có nghĩa là độ dài ký hiệu
lớn hơn so với thời gian trải rộng trễ của kênh phađinh phân tán theo thời gian, hay
độ rộng băng tần tín hiệu nhỏ hơn độ rộng băng tần nhất quán của kênh. Trong các sơ
đồ điều chế đa sóng mang, các băng con phải đủ nhỏ và không được chồng lấn lên
nhau (cần có khoảng bảo vệ). Như hình 1.1a. OFDM là trường hợp đặc biệt của điều

chế đa sóng mang. Trong OFDM các kênh con có thể chồng lấn lên nhau , nhưng
phải trực giao với nhau như trên hình 1.1b. Nhờ vậy không cần các băng tần bảo vệ
và vì thế rất tiết kiệm phổ tần.

Hình 1.1: Tiết kiệm phổ tần của OFDM so FDM cổ điển: (a) FDM cổ điển, (b)
OFDM
1.2.2 Khái niệm về trực giao trong OFDM
Khái niệm chính trong OFDM là các sóng mang con trực giao. Từ trực giao
trong OFDM ám chỉ mối quan hệ đặc biệt giữa các sóng mang con trong hệ thống
OFDM. Sự trực giao của các sóng mang con được diễn giải ở hình 1.2. Tính trực giao
có thể đạt được bằng cách lựa chọn khoảng cách sóng mang phù hợp, cụ thể để cho
khoảng cách sóng mang bằng nghịch đảo chu kỳ một ký hiệu.

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

8


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Hình 1.2: Tính trực giao của các sóng mang con OFDM
Đỉnh công suất của một sóng mang con trùng với mức công suất không của các
sóng mang con còn lại vì vậy nó sẽ giảm nhỏ nhiễu đồng kênh. Những ký hiệu trực
giao có thể được tách ra ở nơi nhận bằng kỹ thuật tương quan, vì vậy nhiễu giữa các
ký hiệu trong kênh có thể được loại bỏ.
1.2.3 Xử lý tín hiệu số IFFT
Ở dạng tổng quát ta có thể trình bày tín hiệu OFDM băng tần gốc trong dạng
một tập N sóng mang con được điều chế và được truyền song song như sau:
∞

N /2 −1

s(t ) =∑ ∑

X i ,k g k (t − kT )

k =−∞ i =− N /2

(1.1)

Với i = -N/2, -N/2 + 1,….., -1, 0, 1, …,N/2 – 1

Với

e j 2π fit , t ∈ [0, T ]
gi (t ) = 
 0, t ∉ [0, T ]

thỏa mãn điều kiện trực giao sau:
1
T

t s +T

∫

ts

1, neu i = l
gi (t ).g l * (t ) dt = 

0, neu i ≠ l

(1.2)

X i,k

Trong đó T được gọi là thời gian của một ký hiệu OFDM;
là ký hiệu điều
chế thông thừơng được truyền trên sóng mang con trong khoảng thời gian ký hiệu
OFDM thứ k; N là số sóng mang con (được chọn bằng lũy thừa của 2) và f i là tần số
sóng mang con.
Ta có thể viết lại:
Xi,k

S(t)=N.IDFT(

) (1.3)

IDFT là biến đổi fourrier rời rạc ngược. Biến đổi Fourrier nhanh đảo (thực hiện
chức năng giống như IDFT nhưng hiệu suất cao hơn về mặt tính toán nên thường
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

9


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

được sử dụng trong các sơ đồ thực tiễn. Thời gian của ký hiệu OFDM sau IFFT
được ký hiệu là TFFT.
Như vậy tín hiệu OFDM có thể thu được nhờ bộ xử lý tín hiệu số IFFT.

Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của IFFT
Hoạt động của tầng IFFT được cho trên hình 1.3. Trong miền tần số, trước khi
đưa lên IFFT, mỗi mẫu rời rạc của IFFT tương ứng với một sóng mang con. Hầu hết
các sóng mang con được điều chế bởi số liệu lưu lượng. Các sóng mang con bên
ngoài không bị điều chế và biên độ được đặt bằng không. Các sóng mang con không
điều chế này được dùng để tạo ra băng tần bảo vệ trước tần số Nyquist và để đảm
bảo độ dốc của bộ lọc tương tự.
1.3 SƠ ĐỒ TRUYỀN DẪN OFDM
1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn OFDM
Luồng số cần truyền được phân thành các đoạn dài N SC.log2M bit , trong đó, NSC
là số các sóng mang con sẽ được sử dụng để mang các bit thông tin và M là số trạng
thái của sơ đồ điều chế. Sau bộ biến đổi S/P các bit của khối k được chuyển thành
NSC cụm zp,k với {p=0,1…. , NSC -1}và {k= -∞,+∞; k để biểu thị cho thời điểm phát
đoạn bit}, mỗi cụm có độ dài m= log2M bit (với điều chế 16 QAM, M=16 và m=
log2M=4). Sau các bộ MAP (sắp xếp tín hiệu điều chế) cụm z p,k được sắp xếp lên 1
trong M vectơ điều chế để được đủ N điểm cho bộ IFFT, (N-NSC) giá trị 0 được bổ
sung vào đầu các bộ IFFT N điểm. Sau bộ IFFT ta được N mẫu tín hiệu trong miền
thời gian: xi,k với {i= 0 ,1, …, N-1} và k={-∞, ∞}. Sau đó N mẫu này được chèn
thêm V mẫu CP để chống và ICI. Sau bộ biến đổi song song thành nối tiếp, N+V
mẫu thời gian này được chuyển đổi thành dãy x k nối tiếp. Hình 1.4 trình bày tín hiệu
OFDM rời rạc (sau P/S) trong miền thời gian và miền tần số. Sau bộ biến đổi số vào
tương tự ta được tín hiệu s(t). Tại phía thu quá trình này được thực hiện ngược lại.
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

10


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn OFDM
1.3.2 Ý nghĩa chèn CP
Tín hiệu OFDM băng gốc được đưa lên bộ chèn khoảng bảo vệ và tạo cửa sổ.
Tại đây tín hiệu OFDM được chèn đoạn tiền tố chu trình đóng vai trò khoảng bảo vệ
và chèn đoạn mở cổng tiền và hậu tố để tạo dạng phổ (xem hình 1.5). Thời gian của
đoạn bảo vệ được ký hiệu là TG được chọn lớn hơn thời gian trễ trội cực đại của kênh
phađinh. Vì thế phần hiệu dụng của tín hiệu thu (đoạn T FFT) có thể được coi là tích
chập của ký hiệu OFDM với đáp ứng xung kim của kênh. Đoạn bảo vệ được đưa vào
để duy trì tính trực giao của các sóng mang con và tính độc lập của các ký hiệu
OFDM nối tiếp nhau khi tín hiệu OFDM được truyền trên kênh vô tuyến phađinh
nhiều đường. Việc duy trì tính trực giao của các sóng mang con cho phép tránh được
ICI và việc duy trì tính độc lập giữa các ký hiệu cho phép tránh được ISI. Khoảng
bảo vệ là một tiền tố có chu trình, nó được copy từ phần cuối cùng của ký hiệu
OFDM được truyền trước đó (xem hình 1.6).

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

11


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Hình 1.5: Dạng ký hiệu sau khi chèn và lập cửa sổ tại phía phát, đáp ứng xung
kim của kênh và ký hiệu OFDM hiệu dụng được lấy ra tại phía thu.

Hình 1.6: Chèn khoảng bảo vệ.
1.3.3 Ước tính kênh và các ký hiệu tham khảo
Kênh OFDM bao gồm tổ hợp điều chế OFDM (xử lý IFFT), kênh vô tuyến tán
thời và giải điều chế được mô tả ở dạng kênh miền tần số trên hình dưới đây. Nếu coi
rằng CP đủ lớn (khi này tích chập kênh vô tuyến tán thời trong khoảng thời gian lấy

tích phân TFFT của bộ giải điều chế có thể coi là tích chập dịch vòng tuyến tính), thì
các nhánh kênh miền tần số H0, H1, … HP-1 có thể được rút ra trực tiếp từ các đáp ứng
kênh xung kim như hình dưới.
Để khôi phục lại tín hiệu phát cho quá trình xử lý tiếp theo , máy thu phải nhân
Ẍi với phức liên hợp của Hi: H*i. Quá trình này thường được gọi là cân bằng một
nhánh và được áp dụng cho từng bước sóng mang con được thu. Để có thể thực hiện
điều này, máy thu phải ước tính các nhánh kênh miền tần số H0, H1, …, HP-1.

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

12


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Hình 1.7: Mô hình kênh phát thu OFDM miền tần số
Các nhánh kênh miền tần số có thể được ước tính gián tiếp bằng cách trước hết
ước tính đáp ứng kênh xung kim sau đó tính toán H k. Tuy nhiên phương pháp nhanh
hơn là ước tính các nhánh kênh miền tần số trực tiếp. Trong tường hợp này hệ thống
chèn các ký hiệu tham khảo (còn được gọi là các ký hiệu hoa tiêu) tại các khoảng
thời gian quy định trong lưới thời gian tần số của OFDM. Do biết trước được các ký
hiệu tham khảo này nên máy thu có thể ước tính kênh miền tần số xung quanh vị trí
kí hiệu tham khảo. Các ký hiệu tham khảo phải có mật độ đủ lớn cả trong miền thời
gian và miền tần số để có thể đảm bảo các ước tính kênh cho toàn bộ lưới thời gian
tần số ngay cả trong trường hợp các kênh vô tuyến bị pha đinh chọn lọc tần số và thời
gian cao.
1.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM
1.4.1 Ưu điểm
OFDM có ưu điểm rất lớn về khả năng đề kháng đối với ảnh hưởng của truyền
tín hiệu đa đường. Khả năng đề kháng này đạt được là nhờ hệ thống OFDM phát

thông trên N sóng mang con băng hẹp trực giao với mỗi sóng mang con hoạt động ở
tốc độ bit chỉ bằng 1/N tốc độ bit thông tin cần truyền.
Ưu điểm không thể không nhắc tới của OFDM là sự đảm bảo sự phát triển từ
từ cả về thiết bị lẫn phổ tần của các công nghệ truy nhập vô tuyến đến băng thông
truyền dẫn rộng hơn nhất là đối với đường xuống. Điều quan trọng là có thể thiết kế
đa sóng mang theo hướng phát triển lên truyền dẫn băng rộng nói trên mà vẫn cho
phép sử dụng thiết bị hiện có không có khả năng thu đa sóng mang với điều kiện mỗi
sóng mang con đường xuống thể hiện như là một sóng mang băng hẹp, trong khi đó
đối với các đầu cuối di động đa sóng mang, mạng có thể cung cấp cho nó toàn bộ
băng thông đa sóng mang để truyền với tốc độ số liệu cao hơn.
Ngoài ra LTE sử dụng OFDM cho đường xuống sẽ cho phép tiết kiệm băng
thông bằng việc sử dụng các sóng mang con trực giao. Các sóng mang con có thể
chồng lấn lên nhau. Như vậy sẽ tiết kiệm được rất nhiều băng tần truyền dẫn do
không cần có khoảng bảo vệ (hoặc chi phí băng thông cho khoảng bảo vệ) nhỏ.
1.4.2 Nhược điểm
Nhược điểm của truyền dẫn OFDM là truyền dẫn song song nhiều sóng mang
con sẽ dẫn đến sự thay đổi công suất tức thời lớn hơn. Vì thế OFDM cũng sẽ dẫn
đến các thay đổi công suất tức thời lớn hơn . Dạng sóng của tín hiệu OFDM thể hiện
sự thăng giáng đường bao rất lớn dẫn đến PAPR cao. Tín hiệu với PAPR cao đòi hỏi
bộ khếch đại công suất có tính tuyến tính cao để tránh làm méo tín hiệu. Để đạt được
mưc độ tuyến tính này, bộ khuếch đại phải làm việc ở chế độ công tác lùi (so với
điểm bão hòa) cao. Điều này dẫn đến hiệu suất sử dụng công suất thấp vì thế đặc biệt
ảnh hưởng tới các thiết bị cầm tay.
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

13


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Một vấn đề khác gặp phải ở OFDM là trong các hệ thống thông tin di động là
cần dịch các tần số tham khảo đối với các đầu cuối phát đồng thời. Dịch tần phá hỏng
tính trực giao của các cuộc truyền dẫn dẫn đến nhiễu đa truy nhập.
1.5 OFDMA
1.5.1 OFDMA
Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao-OFDMA được xây dựng trên cơ
sở nguyên lý của OFDM
Nếu như OFDM là kỹ thuật điều chế đa sóng mang, nó chia băng tần tài
nguyên thành các sóng mang con để mang thông tin, nó không quan tâm đến cấp phát
tài nguyên cho người dùng thì OFDMA lại quan tâm đến việc phân bổ tài nguyên cho
người dùng. Số lượng sóng mang con cấp phát cho người dùng, phân phát Tài
nguyên thời gian cho người dùng để đảm bảo không gây nhiễu cho nhau và chống lại
ảnh hưởng tiêu cực trong quá trình truyền sóng là nhiệm vụ của OFDMA. Trong
OFDMA mỗi người sử dụng được cấp phát một số sóng mang con (kênh tần số)
trong tổng số sóng mang con khả dụng của hệ thống. Về mặt này ta thấy OFDMA
giống như FDMA, tuy nhiên nhờ sử dụng các sóng mang con trực giao với nhau nên
mật độ phổ công suất của các kênh sóng mang con này có thể chồng lấn lên nhau mà
không gây nhiễu cho nhau. OFDMA thường được kết hợp với TDMA. Hình 1.8 cho
thây lưới tần số-thời gian của một hệ thống OFDMA bao gồm các người sử dụng
được ký hiệu từ a đến g. Thí dụ trên hình vẽ này cho thấy mỗi người sử dụng không
chỉ được cấp phát một số sóng mang con trực giao (số sóng mang con cho mỗi người
sử dụng có thể khác nhau) mà còn được cấp phát một trong bốn khe thời gian của
từng chu kỳ cấp phát.

Hình 1.8 Thí dụ lưới thời gian-tần số cho OFDMA có bẩy người sử dụng
từ a đến g.
Các sóng mang con cấp phát cho người dùng có thể là tập các sóng mang con
liên tiếp, hoặc cũng có thể là tập các sóng mang con phân bố trên toàn bộ băng tần.
Hình 1.9 minh họa phương thức sử dụng tập các sóng mang con liên tiếp dùng để
truyền đến/từ máy di động đầu cuối. Hình 1.10 minh họa phương thức sử dụng tập

các sóng mang con phân bố dùng để truyền đến/ đi từ máy di động đầu cuối. Lợi ích
của phân tập phân bố là có thể nhận được phân tập tần số bổ sung trải rộng trên toàn
băng thông rộng hơn cho từng đường truyền.
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

14


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

Hình 1.9 cấp phát sóng mang con liên tiếp cho người dùng trong OFDMA

Hình 1.10 cấp phát sóng mang con phân bố cho người dùng trong OFDMA
Một vấn đề gặp phải trong trong OFDMA đó là sự mất đồng bộ về thời gian do
khoảng cách của các máy di động tới trạm gốc là khác nhau. Do vậy sự mất đồng bộ
tại trạm gốc phải nhỏ hơn độ dài CP để đảm bảo tính trực giao giữa các sóng mang
con thu được từ các đầu cuối di động khác nhau tránh nhễu giữa những người dùng.
Điều này được thực hiện bởi điều khiển định thời phát của từng đầu cuối trong ô.
Điều khiển định thời phát của từng đầu cuối di động để đảm bảo rằng các truyền dẫn
đường lên được đồng bộ tại trạm gốc. Do thời gian truyền lan thay đổi khi đầu cuối
di động trong ô, điều khiển định thời phát phải là một quá trình tích cực, liên tục
điều chỉnh định thời phát qua từng đầu cuối di động.

8
Hình 1.11 điều khiển định thời đường phát đường lên
Ngay cả khi điều khiển định thời hoàn hảo vẫn luôn có một lượng nhiễu giữa
các sóng mang con do sai số tần số. Trong trường hợp sai số tần số hợp lý và trải
doppler nhỏ, nhiễu này có thể bỏ qua. Tuy nhiên điều này chỉ xảy ra khi coi rằng các
sóng mang con khác nhau thu tại trạm gốc với công suất gần như nhau. Trên đường
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

15


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

lên do khoảng cách giữa các đầu cuối di động đến trạm gốc khác nhau vì thế suy hao
đường truyền của các đường truyền này có thể cũng rất khác nhau. Nếu hai đầu cuối
phát cùng một công suất thì do khoảng cách khác nhau công suất tín hiệu thu tại trạm
gốc từ hai đầu cuối này có thể rất khác nhau và vì thế tín hiệu thu từ trạm đầu cuối
mạnh sẽ gây nhiễu cho tín hiệu thu yếu hơn cho dù vẫn duy trì được trực giao giữa
các sóng mang con. Để tránh điều này cần thực hiện diều khiển công suất phát của
đầu cuối di động ở một mức độ nhất định đối với đường lên bằng cách giảm công
suất đầu cuối ở gần trạm gốc để đảm bảo công suất tín hiệu thu gần như nhau.
1.5.2 Đồng bộ và định thời trong OFDMA
Để giải điều chế tín hiệu OFDM bên nhận cần phải thực hiện hai nhiệm vụ đồng
bộ quan trọng. Đầu tiên là đồng bộ về thời gian–Độ lệch định thời của ký hiệu và thời
điểm định thời tối ưu. Thứ hai là đồng bộ về tần số, phía bên nhận phải quyết định
tần số sóng mang gần nhất có thể so với tần số sóng mang phía bên phát. Yêu cầu
đồng bộ về thời gian trong hệ thống OFDM không khắt khe như trong hệ thống đơn
sóng mang nhờ vào kiến trúc OFDM được thiết kế để đạt được ưu diểm này. Tuy
nhiên đồng bộ về tần số cần có độ chính xác cao vì tính trực giao của tín hiệu rất
nhảy cảm với dịch tần số.
1.5.2.1 Đồng bộ thời gian
Sự có mặt của CP làm khắc phục ảnh hưởng sai lệch định thời trong OFDM,
nếu đồng bộ không được thực hiện chính xác thì định thời có thể sai khác khoảng
thời gian là τ giây mà không làm suy giảm chất lượng tín hiệu, τ phải thỏa : 0≤τ≤ τ mTG, trong đó TG là khoảng thời gian bảo vệ (chiều dài của CP), τ m là trải trễ lớn nhất
của kênh. Ở
đây τ <0 tương đương với việc lấy mẫu sớm hơn thời điểm lấy mẫu lý tưởng,
τ>0 là lấy mẫu muộn hơn thời điểm lấy mẫu lý tưởng. Với bất cứ τ thỏa: 0≤τ≤ τ m-TG

độ lệch định thời có thể được chấp nhận bởi bộ ước tính kênh trong quá trình ước
tính khuếch đại phức cho mỗi kênh con và dịch pha thích hợp có thể được áp dụng
mà không có bất kỳ sự suy hao chất lượng nào.
Nếu độ lệch định thời τ không nằm trong của sổ 0≤τ≤ τ m-TG thì sẽ xảy ra ISI,
cho dù có hay không sự dịch pha phù hợp. Trong trường hợp này khi τ >0 bên nhận
sẽ mất một phần năng lượng vì những ký hiệu đến trễ khi bên nhận và phần công suất
không mong muốn từ những ký hiệu kế cận trước đó kết quả là sẽ xuất hiện sai sót
phía bên nhận. Trong trường hợp τm-TG < τ năng lượng mong muốn sẽ bị mất và
năng lượng từ ký hiệu trước đó sẽ gây nhiễu cho ký hiệu hiện thời.
1.5.2.2 Đồng bộ tần số
Thông thường dạng sóng mang con trong OFDM có dạng sinc.
Nó được cho bởi công thức:

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

16


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

sin c( x) =

sin( x)
x

(1.4)
Nó được mô tả ở hình 1.12

Hình 1.12 sóng mang con trực giao OFDM
Vì điểm trở về 0 của các hàm sinc(x) đều giống nhau ( trùng nhau) nên chừng

nào dịch tần δ=0 thì sẽ không có nhiễu giữa các sóng mang con. Trong thực tế bộ
giao động nội phía phát và phía thu không đồng bộ cùng với dịch tần doppler do
chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu nên δ không bao giờ bằng 0.
1.5.2.3 Thu nhận tín hiệu đồng bộ
Xác định tín hiệu đồng bộ trong hệ thống truyền thông OFDM thường sử dụng
các ký hiệu tham khảo và các CP (cyclic prefix). Các ký hiệu tham khảo được truyền
trong khoảng thời gian quy định trong lưới thời gian, tần số của OFDM, do phía bên
nhận biết trước được những ký hiệu tham khảo này, nên có thể dễ dàng đồng bộ về
thời gian, tần số. Tuy nhiên điều này sẽ gây lãng phí thông lượng truyền dẫn. Trong
trường hợp không có các tín hiệu tham khảo thì CP (bao gồm khoảng dư thừa) có thể
được sử dụng để đồng bộ thời gian và tần số.
Ký hiệu tham khảo được chia làm 3 loại: loại mào đầu dài và loại mào đầu
ngắn, loại phân bố. Chức năng của mỗi loại tín hiệu tham khảo được mô tả như sau:
• Ký hiệu ngắn:
- phát hiện khởi đầu khung
- chỉ thị mức tín hiệu
- Phân giải độ dich tần
• Ký hiệu dài :
-

Ước tính kênh
Phân giả thời gian chuẩn xác

• Tín hiệu tham khảo phân bố :
- Đồng Chỉnh sóng mang

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

17

Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE
- Đồng chỉnh đồng hồ mẫu

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

18


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG LTE
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LTE
2.1.1 Giới thiệu về hệ thống LTE
LTE là công nghệ vô tuyến băng rộng được thiết kế để hỗ trợ chuyển vùng truy
nhập internet qua điện thoại di động và các thiết bị cầm tay. LTE cũng được coi là có
thể phát triển thành 4G như là công nghệ WiMax bởi những cải thiện đáng kể mà nó
đề xuất. Mục đích của LTE là cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ thấp và công
nghệ truy nhập tối ưu hóa gói tin. LTE hỗ trợ băng tần linh hoạt nhờ sử dụng công
nghệ OFDM và SC-FDMA. Ngoài ra còn có FDD và TDD, Half- FDD cho phép hỗ
trợ thiết bị người dùng giá rẻ. Hệ thống LTE hỗ trợ đỉnh dữ liệu lên đến 326Mbps với
anten MIMO 4x4 trong băng tần 20MHz. Về độ trễ, mạng lưới và giao diện hệ thống
LTE có độ trễ nhỏ hơn 10 ms trong việc truyền dẫn các gói tin từ mạng tới thiết bị
người sử dụng. OFDMA cho phép truyền dữ liệu trực tiếp từ hoặc đến nhiều người
sử dụng trên một chu kì kí hiệu.
LTE khác với WiMax ở lớp vật lý là việc sử dụng công nghệ SC-FDMA cho
đường lên. SC- FDMA đã cho thấy mức PAPR thấp hơn khi so sánh với OFDM.
Điều này cho thấy sự lựa chọn tốt hơn cho truyền dẫn đường lên trong hệ thống LTE.
2.1.2 Mục tiêu thiết kế LTE
Lớp vật lý của LTE được thiết kế để đạt được các mục đích dưới đây:

1.
Hỗ trợ các băng tần: 1,25; 2,5; 5,0; 10,0 và 20 MHz.
2.
Tốc độ đỉnh dữ liệu tỉ lệ với băng tần hệ thống.
- Đường xuống với tốc độ đỉnh 100Mbps trên kênh 20KHz.
- Đường lên với tốc độ đỉnh 50Mbps trên kênh 20KHz.
3.
Các cấu hình anten được hỗ trợ:
- Đường lên: 4x2; 2x2; 1x2, 1x1.
- Đường xuống: 1x2,1x1.
4.
Hiệu quả phổ tần
- Đường xuống: gấp 3 đến 4 lần so với HSDPA (Rel. 6).
- Đường lên: gấp 2 đến 3 lần so với HSUPA (Rel. 6)
5.
Trễ
- Mặt bằng điều khiển: trễ <50 – 100 ms để thiết lập, mặt bằng điều

khiển.
- Mặt bằng người dùng : trễ <10 ms từ thiết bị người dùng đến server
6.
Khả năng di dộng
- Tối ưu hóa cho tốc độ thấp (<15km/h)
- Hiệu năng cao với tốc độ lên tới 120 km/h
- Duy trì kết nối ở tốc độ lên tới 350 km/h.
7.
Độ bao phủ
- Hiệu năng tối đa trong bán kính 5km
- Giảm nhẹ trong bán kính từ 5 – 30km

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

19


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE
- Có thể phủ sóng đến 100km nhưng không đảm bảo được các tiêu

chuẩn.
2.2. KIẾN TRÚC MẠNG LTE
Như các hệ thống thông tin di động tổ ong khác, do có nhiều kiểu chức năng
khác nhau nên kiến trúc hệ thống LTE cũng được chia thành mạng truy nhập vô
tuyến-RAN và mạng lõi.
Với mục tiêu thiết kế then chốt là giảm thiểu số lượng nút, tìm ra giải pháp mà
RAN chỉ có một kiểu nút và mạng lõi càng độc lập với các công nghệ truy nhập vô
tuyến càng tốt. Chức năng giữa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi được phân chia
như sau:
•

Chức năng mạng truy nhập vô tuyến:

Mã hóa, đan xen, điều chế và các chức năng lớp vật lý điển hình khác.
ARQ, nén tiêu đề và các chức năng lớp liên kết điển hình khác.
Các chức năng an ninh ( mật mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn).
Các chức năng quản lí tài nguyên, chuyển giao và cá chức năng điều khiển tài
nguyên vô tuyến điển hình khác.
-

Chức năng mạng lõi :
Tính cước

Quản lí thuê bao
Quản lí di động (theo dõi chuyển động của người sử dụng trong mạng
nhà và các mạng khác).
Quản lí kênh mang và xử lí chất lượng dịch vụ
Điều khiển chính sách cho các luồng số liệu của những người sử dụng
Kết nối với mạng ngoài
•
-

2.2.1. Mạng truy nhập vô tuyến RAN
Hình 2.1 cho thấy tổng quan mạng truy nhập vô tuyến LTE RAN với các
nút và giao diện. Khác với WCDMA/HSPA, LTE RAN chỉ có 1 kiểu nút. Như
vậy trong LTE không có nút tương đương với RNC. Các chức năng của RNC
được đặt ngay trong eNodeB để có thể xử lý nhanh hơn những thay đổi trên đường
truyền vô tuyến.
eNodeB chịu trách nhiệm cho một tập các ô. Tương tự như nút B trong kiến
trúc WCDMA/HSPA không cần sử dụng cùng 1 trạm anten. eNodeB thừa hưởng
các chức năng củaRNC, eNodeB phức tạp hơn nút B. eNodeB chịu trách nhiệm quản
lý tài nguyên vô tuyến của một ô, các quyết định chuyển giao, lập biểu cho cả đường
lên và đường xuống trong các ô của mình…

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

20


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

s1
eNB

Gate way

X2

eNBde B

S8

X2

Gate way

eNB

Hình 2.1 Mạng truy nhập LTE: các nút và các giao diện
• Giao diện của eNodeB với mạng lõi và với các eNodeB khác:

eNodeB được nối tới mạng lõi thông qua giao diện S1. Giao diện S1 giống như
giao diện Iu nối giữa mạng lõi và RNC trong WCDMA/HSPA. Giữa các eNodeB có
giao diện X2, giống như giao diện Iur trong WCDMA/HSPA. Giao diệnX2 chủ yếu
được sử dụng để hỗ trợ di động chế độ tích cực. Giao diện này cũng được sử dụng
cho chức năng quản lí tài nguyên vô tuyến (RRM) của nhiều ô.
• Vai trò và chức năng của eNodeB:

eNodeB có cùng chức năng như NodeB và ngoài ra nó còn có hầu hết chức năng
RNC của WCDMA/HSPA.Với những chức năng như:


Thực hiện quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống.



Quyết định chuyển giao.



Chịu trách nhiệm về tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình.



Thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa, giải mã,
điềuchế, giải điều chế, đan xen, giải đan xen…



Thực hiện cơ chế phát lại HARQ.

2.2.2. Mạng lõi
Khi bắt đầu xây dựng tiêu chuẩn LTE RAN, công tác chuẩn hóa mạng
lõi cũng được bắtđầu. Công tác này được gọi là phát triển kiến trúc hệ thốngSAE. Mạng lõi được định nghĩa trong công tác SAE là sự phát triển triệt để
từmạng lõi GSM/GPRS và vì thế có tên gọi mới Lõi gói phát triển-EPC. Phạm vi
SAE chỉ bao gồm chuyển mạch gói không có miền chuyển mạch kênh. Với mục
tiêu giảm thiểu số lượng nút trong quá trình xây dựng chuẩn mạng lõi nên EPC
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

21


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

được xây dựng khởi điểm từ 1 nút đơn với tất cả chức năng của nó, chỉ trừ nút
HSS tương ứng với HLR trong mạng lõi GSM / WCDMA.

Hình 2.2 : Tổng quan mạng lõi SAE
Giao diện S1 là giao diện giữa EPC và eNodeB của RAN. Giao diện S6 giữa
HSS và EPC được phát triển từ giao diện Gr được sử dụng trong mạng lõi
WCDMA/HSPA để nối đến HLR, nên 1 HLR/HSS kết hợp cho EPC có thể giống
như HLR đối với GSM và WCDMA/HSPA hiện tại.
2.3 CÁC KỸ THUẬT TRUY NHẬP
2.3.1 Tổng quan các phương thức truy nhập đường lên, đường xuống.
Trong các ứng dụng thông tin di động tổ ong, OFDMA có các ưu điểm lớn về
khả năng chịu được ảnh hưởng của truyền dẫn tín hiệu đa đường. Sở dĩ OFDMA có
thể đề kháng được với ảnh hưởng của truyền dẫn đa đường là vì OFDMA chia dữ
liệu và phát thông tin trên N sóng mang con và vì vậy mỗi sóng mang con chiếm 1/N
băng thông sẵn có và chiếm một khoảng thời gian bằng N lần khoảng thời gian của
một ký hiệu dữ liệu phía đầu vào. Tuy nhiên dạng sóng của OFDMA có sự biến thiên
đường bao rất lớn, kết quả là PAPR cao. PAPR cao đòi hỏi hệ thống cần có bộ
khuếch đại công suất tuyến tình để tránh làm méo tín hiệu.bộ khuếch đại tuyến tính
cao thường có hiệu suất sử dụng công suất thấp vì chúng phải làm việc trong phạm vi
rộng. Do vậy LTE sử dụng OFDMA cho đường xuống.
Mục tiêu của lập biểu đường lên là cung cấp mức đỉnh của tín hiệu thấp tương
đương với mức đỉnh của tín hiệu trong WCDMA trong khi vẫn cung cấp khả năng
truy nhập trực giao không yêu cầu SIC đối với bên nhận. Hệ thống LTE sử dụng SCFDMA cho truyền dẫn đường lên để đáp ứng cho nhu cầu nói trên. Hệ thống SCFDMA có PAPR thấp so hơn nhiều so với OFDMA. SC-FDMA sử dụng DFTSOFDM. DFTS-OFDM là một dạng điều chế cải tiến của OFDMA. Nó được LTE sử
dụng cho đường lên. Đây là một công nghệ đầy hứa hẹn cho thông tin đường lên tốc
độ cao trong các hệ thống viễn thông di động trong tương lai.
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

22

Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

2.3.2 SC-FDMA
Mục tiêu của lập biểu đường lên là cung cấp mức đỉnh của tín hiệu thấp tương
đương với mức đỉnh của tín hiệu trong WCDMA trong khi vẫn cung cấp khả năng
truy nhập trực giao không yêu cầu SIC(loại bỏ nhiễu lần lượt) đối với bên nhận. Hệ
thống LTE sử dụng SC-FDMA (đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang)
cho truyền dẫn đường lên để đáp ứng cho nhu cầu nói trên. Hệ thống SC-FDMA có
PAPR thấp so hơn nhiều so với OFDMA. SC-FDMA sử dụng DFTS-OFDM. DFTSOFDM là một dạng điều chế cải tiến của OFDA. Đây là một công nghệ đầy hứa hẹn
cho thông tin đường lên tốc độ cao trong các hệ thống viễn thông di động trong
tương lai.
2.3.2.1 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn DFTS-OFDM

Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn DFT-OFDM
N sc .log 2 M

Luồng số cần truyền được phân thành các đoạn dài
, trong đó, NSC
là số các sóng mang con sẽ được sử dụng để mang các bit thông tin và M là số trạng
thái của sơ đồ điều chế. Sau bộ biến đổi S/P các bit của khối k được chuyển thành
NSC cụm zp,k với (p=0,1…. , NSC -1) và (k=-∞,∞; k để biểu thị cho thời điểm phát
đoạn bit), mỗi một cụm có độ dài

m = log 2 M bit

. Sau các bộ MAP (sắp xếp tín hiệu
x%
p ,k

điều chế) cụm zp,k được sắp xếp lên 1 trong M vec tơ điều chế
trong miền thời
gian. Sau bộ DFT NSC mẫu miền thời gian được chuyển đổi vào Nsc mẫu miền tần

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

23


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE
X%p ,k

số:
. Bộ sắp xếp sóng mang con thực hiện sắp xếp Nsc mẫu miền tần số lên các
vị trí quy định trong tập các sóng mang con đầu vào IFFT. Có hai cách sắp xếp: sắp
xếp khoanh vùng và sắp xếp phân bố. trong cách sắp xếp thứ nhất, Nsc mẫu được sắp
xếp lên một vùng liên tục
các sóng mang con còn cách sắp xếp thứ 2 mẫu tần số được sắp xếp vào các
sóng mang con phân bố trong toàn bộ băng tần. Sau đó các mẫu tần số được bộ IFFT
chuyển đổi từ các mẫu trong miền tần số thành các mẫu trong miền thời gian. Tiếp
theo sẽ chèn V mẫu CP tại bộ chèn CP Sau bộ biến đổi song song thành nối tiếp N+V
mẫu thời gian này được chuyển đổi thành dãy x k nối tiếp Sau bộ biến đổi số vào
tương tự ta được tín hiệu s(t). Ở phía thu qua trình được thực hiện ngược lại.
2.3.2.2 Sắp xếp các sóng mang con trong SC-FDMA
Có hai cách để phân chia sóng mang con cho các đầu cuối. Đó là SC-FDMA
nội vùng (hay còn gọi là LFDMA) và SC-FDMA phân bố (hay còn gọi là DFDMA).
Trong LFDMA, mỗi đầu cuối sử dụng một tập sóng mang con liền kề để phát đi ký
hiệu của mình. Vì thê băng thông truyền dẫn của LFDMA bằng một phần băng thông
của hệ thống. Trong DFDMA các sóng mang dành cho đầu cuối được phân bố trên
toàn bộ băng tần của tín hiệu. Một phương án của SC-FDMA phân bố là được gọi là

SC-FDMA đan xen, trong đó sóng mang con được chiếm bởi một đầu cuối cách đều
nhau và sóng mang con giữa chúng rỗng để dành cho các đầu cuối khác. Hình 2.4
cho thấy hai cách sắp xếp nói trên.

Hình 2.4: Sắp xếp sóng mang con trong SC-FDMA
Xét về khả năng đề kháng đối với lỗi truyền dẫn , SC-FDMA phân bố có khả
năng đề kháng với pha đing chọn lọc tần số tốt hơn SC-FDMA nội vùng vì thông tin
cần truyền được trải rộng trên toàn bộ băng tần tín hiệu. Do vậy nó sẽ cung cấp khả
Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

24


Đề tài NCKH: Nghiên cứu thủ tục tìm ô trong LTE

năng phân tập tần số nếu nó ấn định cho từng người sử dụng phần băng tần trong đó
người sử dụng này có đặc trưng truyền dẫn tốt nhất (độ lợi kênh cao). Phân tập đa
người sử dụng dựa trên việc pha đinh độc lập đối với các máy phát khác nhau. Hệ
thống cũng cần có những bộ lập biểu theo kênh-CDS cho các sóng mang. CDS đòi
hỏi hệ thống giám sát chất lượng kênh truyền phụ thộc tần số cho từng đầu cuối di
động và thích ứng ấn định sóng mang cho từng đầu cuối.
Trong sắp xếp sóng mang con ta chỉ đề cập đến việc sắp xếp P ký hiệu trong
mỗi khối nên N>P các sóng mang con truyền dẫn. Tuy nhiên với N=256 trong các hệ
thống thực tế, số khả năng sắp xếp có thể quá lớn đối với giải thuật lập biểu thực tế.
Để giảm mức độ phức tạp sắp xếp, các sóng mang con được chia thành các chunk
(khúc). Tất cả các sóng mang con trong một chunk được ấn định đồng thời.
2.3.2.3 So sánh OFDMA với SC-FDMA
Đa truy nhập đường lên (OFDMA) sử dụng OFDM, trong khi đa truy nhập
đường xuống (CS-FDMA) sử dụng DFTS-OFDM. Như đã trình bày ở chương trước
OFDMA sử dụng OFDM cho đường xuống. Nhược điểm của OFDM là sự thay đổi

công suất tức thời của tín hiệu phát rất lớn dẫn đến PAPR rất lớn. Do vậy OFDM
chỉ thích hợp cho đường xuống. DFTS-OFDM là một dạng điều chế cải tiến của
OFDM. Nguyên lý và sơ đồ hệ thống của DFTS-OFDM đã được trình bày. Đây là
một công nghệ đầy hứa hẹn cho thông tin đường lên tốc độ cao trong các hệ thống
viễn thông di động trong tương lai. DFTS-OFDM có hiệu quả thông lượng và độ
phức tạp tương tự OFDM nhưng lại có PAPR thấp hơn OFDM rất nhiều. LTE sử
dụng DFTS-OFDM cho đường lên gọi là SC-FDMA. Giống như trong OFDMA, các
máy phát trong hệ thống SC-FDMA sử dụng tần số trực giao khác nhau (các sóng
mang con) để phát đi các ký hiệu thông tin. Tuy nhiên các ký hiệu này chỉ được phát
đi lần lượt chứ không phải song song. Vì thế không như OFDMA, cách sắp xếp này
giảm đáng kể sự thăng giáng đường bao ký hiệu sóng phát. Tuy nhiên trong các hệ
thống thông tin di động, bị ảnh hưởng bởi truyền dẫn đa đường SC-FDMA thu được
tại BTS bị nhiễu giữa các ký hiệu khá lớn. BTS sử dụng bộ cân bằng thích ứng tần số
để loại bỏ nhiễu này. Cách tổ chức này phù hợp với hệ thống thông tin di động , nó
cho phép giảm yêu cầu đối với khuếch đại tuyến tính trong máy cầm tay với trả giá
bằng bộ cân bằng phức tạp trong BTS.
Hình 2.5 cho thấy sự khác nhau trong quá trình truyền các ký hiệu số liệu theo
thời gian. Trên hình này ta coi mỗi người sử dụng được phân 4 sóng mang con (P=4)
với băng thông con bằng 15Khz, trong đó mỗi ký hiệu OFDMA hoặc SC-FDMA
truyền bốn ký hiệu số liệu được điều chế QPSK cho mỗi người sử dụng. Hình 2.5
bên trái cho thấy đối với OFDMA 4 ký hiệu số liệu này được truyền đồng thời với
băng tần con cho mỗi ký hiệu là 15Khz trong khoảng thời gian hiệu dụng T FFT của
mỗi ký hiệu OFDMA , trong khi đó với SC-FDMA, 4 ký hiệu số liệu này được

Khoa viễn thông 1 - Bộ môn vô tuyến

25