ĐỀ TÀI: “Kiến trúc, công nghệ giao thức mạng 4G LTE” MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU i DANH MỤC HÌNH VẼ ii GIỚI THIỆU CHƯƠNG I SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động 1.2 Hệ thống thông tin di động 4G: CHƯƠNG II KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG 4G LTE 2.1 Giới thiệu công nghệ LTE 2.2 Các dịch vụ triển khai LTE 10 2.3 Kiến trúc mạng LTE 15 2.4 Các công nghệ sử dụng LTE 21 2.4.1 OFDMA 21 2.4.2 SC-FDMA 28 2.4.3 Công nghệ MIMO 30 CHƯƠNG III KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG 4G LTE 33 3.1 PDCP (Packet Data Convergence Protocol)-Giao thức điều khiển liệu gói 33 3.2 RLC (Radio link control) – Giao thức điều khiển liên kết vô tuyến 33 3.3 Điều khiển truy nhập môi trường truyền (Medium Access Control): 36 3.3.1 Các kênh logic kênh truyền tải 37 3.3.2 Hoạch định đường lên 39 3.3.3 Hoạch định đường xuống 42 3.3.4 Hybrid ARQ 44 3.4 Lớp vật lý - Physical layer 45 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 II DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Tổng kết hệ thông tin di động Bảng 2: Các yêu cầu hiệu suất phổ lưu lượng người dùng Bảng 3: So sánh 3G LTE I DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Q trình phát triển thơng tin di động Hình 2: Định hướng phát triển hệ mạng di động (nguồn ITU) Hình 3: Các định hướng phát triển phiên LTE Hình 4: Cấu trúc tổ chức mạng băng thơng Hình 5: Kiến trúc mạng LTE Hình 6: Cấu trúc mạng LTE áp dụng SAE Hình Kiến trúc LTE SAE Hình 8: Cấu trúc tổ chức mạng LTE Hình 9: Sơ đồ mơ tả thành phần phần mềm PDCP Hình 10: Phân đoạn hợp đoạn RLC Hình 11: Thí dụ xếp kênh logic lên kênh truyền tải Hình 12: Việc lựa chọn đinh dạng truyền dẫn đường xuống (bên trái) đường lên (bên phải) Hình 13: Giao thức hybrid-ARQ đồng khơng đồng Hình 14: Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song Hình 15: Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH Hình 16: Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH Hình 17: Truyền đơn sóng mang Hình 18: Nguyên lý FDMA Hình 19: Nguyên lý đa sóng mang Hình 20: So sánh phổ tần OFDM với FDMA II Hình 21: Tần số-thời gian tín hiệu OFDM Hình 22: Biến đổi FFT Hình 23: Thu phát OFDM Hình 24: Chuỗi bảo vệ GI Hình 25: Tác dụng chuỗi bảo vệ Hình 26: Sóng mang OFDMA Hình 27: OFDMA SC-FDMA Hình 28: Thu phát SC-FDMA miền tần số Hình 29: Mơ hình SU-MIMO MU-MIMO Hình 30: Ghép kênh khơng gian III GIỚI THIỆU Hiện ngành viễn thơng có bước phát triển nhanh, hình thành mơi trường cạnh tranh lớn nhà khai thác mạng phục vụ nhu cầu thông tin cho người ngày đòi hỏi cao Chất lượng dịch vụ ngày trở thành chìa khóa để dẫn tới thành công Song song với xu này, nhu cầu ngày gia tăng dịch vụ truyền thông mới, đủ khả đáp ứng việc cung cấp dịch vụ tăng tính cạnh tranh ITU cơng bố chuẩn IMT-2000 cho hệ thống 3G năm 1992, nhiên sau 4G đích đến truyền tải liệu không dây LTE xem “người kế thừa” xuất sắc hệ công nghệ mạng 3G tại, dựa tảng WCDMA, HSDPA, HSUPA, HSPA LTE cập nhật công nghệ UMTS để cải thiện cách đáng kể tốc độ truyền liệu hai chiều Nhận thấy công nghệ LTE công nghệ triển vọng cho việc tiến lên 4G nên nhóm chúng em chọn đề tài tìm hiểu 4G-LTE: “Kiến trúc, công nghệ giao thức 4G – LTE” Nội dung tiểu luận gồm có:  CHƯƠNG I SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG  CHƯƠNG II KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG 4G LTE  CHƯƠNG III KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG 4G LTE CHƯƠNG I SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Q trình phát triển hệ thống thông tin di động Khi triển khai, hệ thống di động 1G cung cấp cho người sử dụng dịch vụ thoại, nhu cầu truyền số liệu tăng lên đòi hỏi nhà khai thác mạng phải nâng cấp nhiều tính cho mạng cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng sở khai thác mạng có Từ nhà khai thác triển khai hệ thống di động 2G, 2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao Cùng với Internet, Intranet trở thành hoạt động kinh doanh ngày quan trọng, số xây dựng công sở vô tuyến để kết nối cán “di động” với xí nghiệp cơng sở họ Ngồi ra, tiềm to lớn công nghệ cung cấp trực tiếp tin tức thông tin khác cho thiết bị vô tuyến tạo nguồn lợi nhuận cho nhà khai thác Do vậy, để đáp ứng dịch vụ truyền thơng máy tính hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính kinh tế hệ thống di động hệ thứ hai bước chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Khi mà nhu cầu dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao tăng mạnh, mà tốc độ hệ thống 3G khơng đáp ứng tổ chức viễn thơng giới nghiên cứu chuẩn hóa hệ thống di động 4G Hình 2: Quá trình phát triển thơng tin di động Q trình phát triển hệ thống thông tin di động mô tả hình 1, đó: + TASC (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập tổng thể + NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại Bắc Âu băng tần 900MHz + AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến + SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng + GSM 900 (Global System for Mobile): Hệ thống thông tin di động toàn cầu băng tần 900MHz + GSM 1800: Hệ thống GSM băng tần 1800 MHz + GSM 1900: Hệ thống GSM băng tần 1900 MHz + IS-136 TDMA (Interim Standard- 136): Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến AT&T đề xuất + IS-95 CDMA: Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA cải tiến Mỹ + GPRS (General Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến gói chung + EDGE (Enhaned Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM + CDMA 2000 1x: Hệ thống CDMA 2000 giai đoạn + WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng + CDMA 2000 Mx: Hệ thống CDMA 2000 giai đoạn + HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống truy nhập gói tốc độ cao Hệ thống HSPA chia thành công nghệ sau: - HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói đường xuống tốc độ cao - HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói đường lên tốc độ cao - HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy nhập gói OFDM tốc độ cao + Pre-4G: Các hệ thống tiền 4G gồm WiMax WiBro (Mobile Wimax) + WiMax: Wordwide Interoperabilily for Microwave Access + WiBro: Wiless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây Từ trình phát triển hệ thống thơng tin di động từ đời đến ta tổng kết hệ thông tin di động qua bảng sau: Bảng Tổng kết hệ thông tin di động đơn vị nhỏ RLC LTE điều khiển việc truyền lại PDUs bị nhận nhầm, xóa bỏ PDUs bị nhân đơi (duplicate removal) ghép nối PDUs nhận Cuối cùng, RLC đảm bảo việc phân phát theo trình tự RLC SDUs lên lớp bên Cơ chế truyền lại RLC có trách nhiệm cung cấp liệu phân phát không bị lỗi cho lớp cao Một giao thức truyền lại hoạt động phần tử RLC đầu thu đầu phát, việc giám sát số thứ tự đến (incoming sequence numbers), RLC thu phát PDUs bị thiếu Các báo cáo trạng thái phản hồi trở RLC phát, yêu cầu truyền lại PDUs bị thiếu Khi phản hồi trạng thái báo cáo cấu hình, báo cáo đặc trưng chứa thông tin PDUs truyền Dựa báo cáo trạng thái thu được, phần tử RLC đầu phát đưa hành động thích hợp truyền lại PDUs bị thiếu yêu cầu Khi RLC cấu hình để yêu cầu truyền lại PDUs bị thiếu, hoạt động chế độ báo nhận (Acknowledged Mode - AM) Thông thường AM sử dụng cho dịch vụ dựa TCP truyền tập tin mà yếu tố phân phát liệu không bị lỗi đặt lên hàng đầu Hình 10: Phân đoạn hợp đoạn RLC RLC cấu hình theo chế độ không báo nhận (Unacknowledged Mode - UM) chế độ suốt (Transparent Mode - TM) Trong chế độ UM, RLC cung cấp việc phân phát thứ tự lên lớp cao hơn, không truyền lại PDUs bị thiếu Thông thường UM sử dụng cho dịch vụ VoIP mà việc phân phát không lỗi không quan trọng thời gian phân phát ngắn TM, hỗ trợ, sử dụng cho mục đích riêng biệt truy cập ngẫu nhiên 34 RLC có khả kiểm soát lỗi truyền dẫn nhiễu, biến đổi kênh truyền khơng thể dự đốn (unpredictable channel variations),… hầu hết trường hợp lỗi kiểm soát giao thức hybrid-ARQ dựa MAC Việc sử dụng chế truyền lại RLC mà trở nên không cần thiết Tuy nhiên, trường hợp việc sử dụng hai chế truyền lại dựa MAC RLC thực tế có mặt tích cực mà có khác việc truyền tín hiệu phản hồi RLC cung cấp khả kiểm soát lỗi kiểm soát lượng chức lớp liên kết trạm di động MS điều khiển trạm gốc BSC mạng WCDMA Tùy thuộc vào mạng cấu hình, trễ MS BSC thường thay đổi từ 30-100ms Khi RLC hoạt động chế độ Thừa nhận (RLC-AM), RLC nhận gửi báo cáo tình trạng phát RLC để kiểm soát luồng liệu Các báo cáo chứa số thứ tự gói tin nhận tích (ACKs NACKs) Các bit thăm dò ý kiến nằm tiêu đề RLC-AM Các máy phát thiết lập thăm dò định kỳ truyền tải PDU đệm truyền tải, đếm thời gian thăm dò hết hạn báo cáo trạng thái không nhận Khi báo cáo trạng thái gửi người nhận, báo cáo khơng nên gửi trước RTT (Round Trip Time-thời gian trễ vòng) Điều báo cáo tình trạng có chứa NACKs tương ứng với tất gói tin bị thiếu, truyền lại giả mạo kích hoạt có đủ thời giani cho phép cho truyền lại RLC sử dụng chế trạng thái cấm để điều chỉnh việc truyền tải báo cáo tình trạng, đếm thời gian trạng thái cấm thiết lập giá trị dài RTT trung bình Điều cho phép RLC thực truyền lại trước NACK tạo Phương pháp có hai nhược điểm lớn Một việc trì hỗn thơng báo NACK cho gói liệu bị xác định sau báo cáo trạng thái cuối gửi, làm tăng thời gian phục hồi lỗi Phải thời gian định phát gói liệu bị truyền NACK tương ứng, thời gian chờ đợi hoàn toàn dư thừa thêm 35 vào thời gian phục hồi lỗi Nhược điểm thứ hai việc trì hỗn thơng báo gói tin nhận (ACK) làm ngừng việc truyền PDU Trong nỗ lực để giải vấn đề liên quan đến chế báo cáo tình trạng RLC, Qualcom đệ trình đề nghị tiêu chuẩn hóa 3GPP RAN WG2 Về bản, ý tưởng để tách ACK NACK, nhận thơng báo PDU tích, tin nhắn NACK gửi cho phía phát chứa số thứ tự cụ thể PDU Làm vậy, thời gian phục hồi lỗi giảm xuống RLC chịu trách nhiệm việc phân đoạn ghép nối Dựa định scheduler (scheduler decision), lượng liệu lựa chọn để truyền từ đệm RLC SDU SDUs phân đoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU Đối với LTE, kích thước RLC PDU thay đổi cách động (varies dynamically), tốc độ liệu cao, kích thước PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ tương ứng, tốc độ liệu thấp, đòi hỏi kích thước PDU nhỏ khơng tải trọng trở nên q lớn Vì vậy, tốc độ liệu nằm khoảng từ vài kbit/s tới trăm Mbit/s, kích thước PDU động (dynamic PDU sizes) điều chỉnh LTE 3.3 Điều khiển truy nhập môi trường truyền (Medium Access Control): Chức MAC - Lập biểu - Điều khiển ưu tiên (Priority handling) - Ghép nhiều kênh logic khác kênh truyền đơn RLC, WCDMA có chức sau: + Truyền lại trường hợp giao nhận lớp thấp (MAC L1) bị hỏng, tương tự trường hợp chế độ ACK RLC UTRAN + Phân đoạn để phù hợp cho giao thức đơn vị liệu + Cung cấp kênh vật lý cho lớp cao 36 3.3.1 Các kênh logic kênh truyền tải a) Kênh logic MAC cung cấp dịch vụ cho RLC dạng kênh logic.Kênh logic định nghĩa kiểu thơng tin mang; có nhiệm vụ để truyền dẫn thông tin điều khiển cấu hình cần thiết để vận hành hệ thống LTE  Các kênh logic LTE bao gồm: Kênh điều khiển quảng bá (Broadcast Control Channel - BCCH): sử dụng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất thiết bị đầu cuối di động tế bào Trước truy nhập vào hệ thống, thiết bị đầu cuối di động cần phải đọc thông tin truyền kênh BCCH để tìm cách thức hệ thống cấu hình, ví dụ băng thơng hệ thống Kênh điều khiển tìm gọi (Paging Control Channel – PCCH): sử dụng cho việc tìm gọi thiết bị đầu cuối di động mà mạng vị trí mức tế bào (cell level) tin nhắn tìm gọi cần truyền nhiều tế bào Kênh điều khiển dành riêng (Dedicated Control Channel – DCCH): dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển tới từ thiết bị đầu cuối di động Kênh sử dụng cho việc cấu hình riêng lẻ thiết bị đầu cuối di động ví dụ tin nhắn chuyển giao khác Kênh điều khiển multicast (Multicast Control Channel - MCCH): dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển yêu cầu cho việc tiếp nhận MTCH Kênh lưu lượng dành riêng (Dedicated Traffic Channel - DTCH): dùng cho việc truyền liệu người dùng đến từ thiết bị đầu cuối di động Đây loại kênh logic dùng để truyền liệu người dùng đường lên đường xuống phiMBMS (non-MBMS) Kênh lưu lượng multicast (Multicast Traffic Channel – MTCH): dùng cho truyền dẫn đường xuống dịch vụ MBMS 37 b) Tập kênh truyền tải định nghĩa LTE bao gồm: Kênh quảng bá (BCH: Broadcast Channel) có định dạng truyền tải cố định, cung cấp đặc tính kỹ thuật Nó dùng cho việc truyền dẫn thông tin kênh logic BCCH Kênh tìm gọi (PCH Paging channe): dùng cho việc paging thông tin kênh logic PCCH Kênh PCH hỗ trợ việc thu nhận không liên tục (discontinous reception – DRX) nhằm cho phép thiết bị đầu cuối di động tiết kiệm lượng pin cách ngủ (sleeping) thức (wake up) nhận PCH thời điểm xác định trước Kênh chia sẻ đường xuống – Downlink Shared Channel (DL-SCH): kênh truyền tải dùng cho truyền dẫn liệu đường xuống LTE Nó hỗ trợ đặc tính LTE chế thích ứng tốc độ động (dynamic rate adaption) hoạch định phụ thuộc kênh truyền (channel-dependent scheduling) miền thời gian tần số, hybrid ARQ, ghép kênh không gian (spatial multiplexing) Nó hỗ trợ DRX nhằm làm giảm lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối di động cung cấp trải nghiệm mở (always-on experience), tương tự chế CPC HSPA DL-SCH TTI ms Kênh multicast – Multicast Channel (MCH): dùng để hỗ trợ MBMS đặc trưng định dạng truyền tải bán tĩnh hoạch định bán tĩnh (semi-static transport format and semi-static scheduling) Trong trường hợp truyền dẫn nhiều tế bào (multi-cell transmission) sử dụng MBSFN, cấu hình định dạng truyền tải hoạch định điều phối tế bào liên quan truyền dẫn MBSFN Kênh chia sẻ đường lên – Uplink shared channel (UL-SCH): đường lên tương ứng với DL-SCH 38 Hình 11: Thí dụ xếp kênh logic lên kênh truyền tải 3.3.2 Hoạch định đường lên Chức scheduler đường lên tương tự với đường xuống, cụ thể việc định động (dynamically determine) cho khoảng thời gian ms, lúc thiết bị đầu cuối di động truyền liệu kênh UL-SCH thuộc tài nguyên đường lên (uplink resources) Hoạch định đường lên dùng cho HSPA, có khác sơ đồ đa truy nhập sử dụng (the different multiple-access schemes), khía cạnh HSPA LTE có vài khác biệt đáng kể Hình 12: Việc lựa chọn đinh dạng truyền dẫn đường xuống (bên trái) đường lên (bên phải) 39 Trong HSPA, tài nguyên chia sẻ đường lên độ giao thoa cho phép trạm gốc Scheduler đường lên HSPA thiết lập giới hạn phía cho số lượng giao thoa đường lên mà thiết bị đầu cuối di động phép tạo Dựa giới hạn này, thiết bị đầu cuối di động tự động lựa chọn định dạng truyền dẫn thích hợp Chiến thuật rõ ràng tạo nhạy cảm cho đường lên không trực giao mà trường hợp HSPA Một thiết bị đầu cuối di động không sử dụng tất tài nguyên mà cấp truyền mức lượng thấp hơn, cách làm giảm nhiễu nội tế bào (intra-cell interference) Do đó, tài ngun chia sẻ khơng sử dụng thiết bị đầu cuối di động khai thác thiết bị đầu cuối di động khác thông qua việc ghép kênh theo thống kê (statistical multiplexing) Vì chế lựa chọn định dạng truyền tải kết hợp thiết bị đầu cuối di động đường lên HSPA, cần phải có báo hiệu băng để khai báo cho eNodeB biết lựa chọn tạo Đối với LTE, đường lên trực giao tài nguyên chia sẻ điều khiển scheduler eNodeB đơn vị tài nguyên thời gian – tần số Một tài nguyên định mà không sử dụng triệt để thiết bị đầu cuối di động phần tài ngun lại khơng thể cung cấp cho thiết bị đầu cuối di động khác sử dụng Vì thế, đường lên trực giao, mà độ lợi giảm đáng kể việc thiết bị đầu cuối di động lựa chọn định dạng truyền tải so sánh với HSPA Cho nên, việc cấp phát tài nguyên thời gian- tần số cho thiết bị đầu cuối di động, scheduler eNodeB chịu trách nhiệm việc điều khiển định dạng truyền dẫn (kích thước tải trọng, sơ đồ điều chế) mà thiết bị đầu cuối di động sử dụng Khi scheduler biết định dạng truyền tải mà thiết bị đầu cuối di động sử dụng lúc phát khơng cần phải báo hiệu ngồi băng từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB Lợi nhuận có từ phối cảnh vùng phủ sóng (coverage perspective) tính đến chi phí bit phát thơng tin điều khiển ngồi băng cao đáng kể so với chi phí truyền liệu tín hiệu điều khiển cần thu với độ tin cậy cao Mặc dù thật scheduler eNodeB định định dạng truyền tải cho đầu cuối di động, có điều quan trọng cần lưu ý định hoạch định 40 đường lên đưa cho đầu cuối di động cho tải tin vô tuyến (radio bearer) Như vậy, scheduler eNodeB điều khiển tải trọng đầu cuối di động hoạch định, đầu cuối chịu trách nhiệm lựa chọn từ tải tin vô tuyến mà liệu mang theo Cho nên, đầu cuối di động tự động điều khiển việc ghép kênh logic (logical-channel multiplexing) Điều minh họa phần bên phải, nơi mà scheduler eNodeB điều khiển định dạng truyền tải đầu cuối di động điều khiển việc ghép kênh logic Để so sánh, tình đường xuống tương ứng, mà eNodeB điều khiển định dạng truyền dẫn ghép kênh logic, miêu tả bên trái hình vẽ Ghép kênh tải tin vô tuyến (radio-bearer) đầu cuối di động thực theo quy tắc, thông qua thơng số mà cấu hình báo hiệu RRC từ eNodeB Mỗi tải tin vô tuyến định ưu tiên tốc độ bit ưu tiên (prioritized bit rate) Sau đầu cuối di động thực ghép kênh sóng mang vơ tuyến, sóng mang vơ tuyến xử lý theo thứ tự ưu tiên tùy tốc độ bit ưu tiên chúng Những tài nguyên lại, có, sau hồn thành tốc độ bit ưu tiên đưa đến sóng mang vơ tuyến theo thứ tự ưu tiên Để trợ giúp cho scheduler đường lên định nó, đầu cuối di động phát thơng tin hoạch định (scheduling information) tới eNode cách sử dụng tin nhắn MAC Rõ ràng, thơng tin truyền đầu cuối di động vừa cấp chấn nhận hoạch định hợp lệ (a valid scheduling grant) Đối với trường hợp khác, thị mà đầu cuối di động cần tài nguyên đường lên cung cấp phần kiến trúc báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 (the uplink L1/L2 control-signaling structure) Hoạch định phụ thuộc kênh truyền thường sử dụng cho đường xuống Trên lý thuyết, kỹ thuật sử dụng cho đường lên Tuy nhiên, việc đánh giá chất lượng kênh truyền đường lên khơng đơn giản trường hợp đường xuống Tình trạng kênh truyền đường xuống đo lường tất đầu cuối di động tế bào đơn giản việc theo dõi tín hiệu tham khảo 41 truyền eNodeB tất đầu cuối di động chia sẻ tín hiệu tham khảo cho mục đích đánh giá chất lượng kênh truyền Tuy nhiên việc đánh giá chất lượng kênh truyền đường lên lại yêu cầu tín hiệu tham khảo thăm dò (a sounding reference signal) truyền từ đầu cuối di động cho eNodeB muốn đánh giá chất lượng kênh truyền Vì vậy, phương pháp cung cấp cho phân tận đường lên trở nên quan trọng phần bổ sung thay cho kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh truyền đường lên 3.3.3 Hoạch định đường xuống Một nguyên lý truy nhập vô tuyến LTE việc truyền dẫn chia sẻ kênh truyền DL-SCH UL-SCH, nghĩa tài nguyên thời gian tần số chia sẻ động người dùng đường lên đường xuống Scheduler phần lớp MAC điều khiển việc phân bổ tài nguyên đường lên đường xuống Hoạch định đường lên đường xuống tách rời LTE định phân bố đường lên, đường xuống đưa độc lập lẫn (trong giới hạn thiết lập phân chia UL/DL hoạt động TDD) Hoạch định đường lên bàn đến mục 3.3.2, phần lại mục tập trung vào hoạch định đường xuống Nguyên tắc cho scheduler đường xuống định động (dynamically determine), khoảng thời gian ms, thiết bị đầu cuối phép thu truyền dẫn DL-SCH tài nguyên Nhiều thiết bị đầu cuối hoạch định song song, trường hợp có DL- SCH thiết bị đầu cuối hoạch định, ánh xạ động (dynamically mapped) tới tập hợp tài nguyên tần số Đơn vị thời gian-tần số scheduler gọi khối tài nguyên (resource block) Cùng với việc ánh xạ liệu tới tài nguyên vật lý, nguyên tắc khối tài nguyên đơn vị rộng 180 kHz miền tần số Trong khoảng thời gian hoạch định 1ms, scheduler phân bổ khối tài nguyên cho thiết bị đầu cuối để tiếp nhận việc truyền dẫn DL-SCH, phân bổ sử dụng tiến trình lớp vật lý mô 42 tả phần sau Scheduler đảm trách việc lựa chọn kích thước khối truyền tải (transport-block) Như hệ việc scheduler điều khiển tốc độ liệu, mà phân đoạn RLC ghép kênh MAC bị ảnh hưởng định phân bố (scheduling decision) Mặc dù chiến lược hoạch định (scheduling strategy) đặc trưng bổ sung không định 3GPP, mục tiêu chung hầu hết scheduler lợi dụng thay đổi kênh truyền thiết bị đầu cuối di động ưu tiên hoạch định truyền dẫn cho thiết bị đầu cuối di động tài nguyên có điều kiện kênh truyền thuận lợi Về mặt này, hoạt động scheduler LTE tương tự với scheduler đường xuống HSDPA Tuy nhiên, sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường xuống OFDM, LTE khai thác biến đổi kênh truyền miền thời gian tần số, HSDPA khai thác biến đổi miền thời gian Đối với băng thông lớn hỗ trợ LTE, mà lượng fading lựa chọn tần số (frequency-selective fading) thường xuyên xảy ra, khả khai thác biến đổi kênh miền tần số scheduler trở nên quan trọng so với việc khai thác biến đổi miền thời gian Đặc biệt tốc độ thấp, mà biến đổi miền thời gian tương đối chậm so với yêu cầu độ trễ đặt nhiều dịch vụ, lúc khả khai thác biến đổi miền tần số trở nên có lợi Thơng tin trạng thái kênh truyền đường xuống, cần thiết cho việc hoạch định phụ thuộc kênh truyền, phản hồi từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB thông qua báo cáo chất lượng kênh truyền (channel-quality reports) Báo cáo chất lượng kênh truyền, biết Bộ thị chất lượng kênh truyền (Channel-Quality Indicator), bao gồm thông tin không chất lượng kênh truyền thời miền tần số, mà thơng tin cần thiết cho việc đưa định xử lý anten thích hợp trường hợp phân kênh khơng gian Cơ sở cho báo cáo CQI việc đo lường tín hiệu tham chiếu đường xuống (the downlink reference signals) Tuy nhiên, nguồn phụ trạng kênh truyền, ví dụ trao đổi kênh truyền hoạt động TDD, khai thác 43 cách cài đặt scheduler riêng biệt bổ sung cho báo cáo CQI Ngoài chất lượng kênh truyền, scheduler hiệu cao phải cân nhắc đến tình trạng đệm (buffer status) mức độ ưu tiên định phân bố (decision scheduling) Cả khác loại dịch vụ loại thuê bao (subscription type) gây ảnh hưởng đến độ ưu tiên hoạch định Ví dụ, người dùng voice-over-IP với đăng ký thuê bao đắt tiền phải ln trì chất lượng dịch vụ cho dù tải trọng hệ thống mức cao, người dùng đăng ký thuê bao chi phí thấp (a low-cost subscription) tải file phải thỏa mãn với tài nguyên mà không yêu cầu để hỗ trợ cho người dùng khác Sự điều phối nhiễu, thực việc điều khiển nhiễu liên tế bào sở chậm (slow basis), phần scheduler Khi chiến lược hoạch định không ủy nhiệm đặc tính kỹ thuật, sơ đồ điều phối nhiễu (nếu sử dụng) đặc thù nhà khai thác nằm phạm vi từ triển khai tái sử dụng bậc cao đơn giản (simple higher-order reuse deployments) tới sơ đồ tiên tiến 3.3.4 Hybrid ARQ Do tính chất ngẫu nhiên thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến, không đạt thích ứng chất lượng kênh vơ tuyến tức thời cách hồn hảo Hybrid ARQ hữu ích Hybrid ARQ với kết nối mềm sử dụng LTE, cho phép đầu cuối di động yêu cầu truyền lại nhanh chóng khối vận chuyển bị lỗi, cung cấp công cụ cho thích ứng tốc đồ ngầm định Giao thức bên nhiều xử lý Hybrid ARQ dừng chờ (stop-and-wait) song song Trong ARQ, đầu thu sử dụng mã phát lỗi để kiểm tra gói liệu có bị lỗi hay khơng Đầu phát thơng báo NAK ACK Nếu gói liệu bị lỗi có thơng báo NAK, gói truyền lại Một kết hợp FEC (Forward Error Correction) ARQ biết Hybrid ARQ Hybrid 44 ARQ thực tế phần lớn xây dựng xung quanh mã CRC để phát lỗi mã Turbo để sửa lỗi, trường hợp LTE Trong Hybrid ARQ với kết nối mềm, gói nhận bị sai, lưu đệm sau kết hợp với truyền lại để đạt gói đáng tin cậy Trong LTE, Incremental Redundancy (IR) áp dụng, nghĩa gói truyền lại khơng giống gói truyền đầu tiên, mà mang thơng tin bổ sung 3.4 Lớp vật lý - Physical layer Chức lớp vật lý chịu trách nhiệm cho việc mã hóa, xử lý hybridARQ lớp vật lý (physical-layer hybrid-ARQ processing), điều chế, xử lý đa anten (multi-antenna processing), ánh xạ tín hiệu tới tài nguyên thời gian-tần số vật lý thích hợp Một nhìn đơn giản việc xử lý DL-SCH đưa hình 15 Các khối lớp vật lý điều khiển động (dynamically controlled) lớp MAC thể màu xám, khối vật lý cấu hình bán tĩnh thể màu trắng Hình 15: Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH Khi đầu cuối di động hoạch định chu kỳ TTI kênh DL-SCH, lớp vật lý nhận khối truyền tải (hai khối truyền tải trường hợp 45 ghép kênh không gian) mang liệu để truyền Với khối truyền tải, CRC đính kèm khối truyền tải đính kèm CRC mã hóa riêng biệt với Tốc độ mã hóa kênh, bao gồm tốc độ phù hợp cần thiết, hồn tồn định kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế (the modulation scheme), lượng tài nguyên cấp phát cho việc truyền dẫn Tất đại lượng lựa chọn scheduler đường xuống Phiên dư thừa (redundancy version) dùng điều khiển giao thức hybrid- ARQ tác động đến q trình xử lý thích ứng tốc độ (the rate matching processing) để tạo tập hợp bit mã hóa xác Cuối cùng, trường hợp ghép kênh không gian, việc ánh xạ anten điều khiển scheduler đường xuống Hình 16: Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH Đầu cuối di động hoạch định thu tín hiệu phát thực tiến trình lớp vật lý ngược lại Lớp vật lý đầu cuối di động thông báo cho giao thức hybrid-ARQ biết việc truyền dẫn có giải mã thành công hay không Thông tin 46 sử dụng phần chức MAC hybrid-ARQ đầu cuối di động để định có yêu cầu truyền lại hay không Việc xử lý lớp vật lý kênh UL-SCH gần giống với việc xử lý DL-SCH Tuy nhiên, ý scheduler MAC eNodeB chịu trách nhiệm lựa chọn định dạng truyền tải cho đầu cuối di động tài nguyên sử dụng cho truyền dẫn đường lên miêu tả mục 3.2.3 Việc xử lý lớp vật lý UL-SCH thể dạng đơn giản qua hình 16 Các kênh truyền tải đường xuống lại dựa quy trình xử lý lớp vật lý chung DL-SCH, có số giới hạn tập hợp tính sử dụng Đối với việc quảng bá thông tin hệ thống kênh BCH, đầu cuối di động phải có khả thu kênh thông tin bước trước truy cập vào hệ thống Do đó, định dạng truyền tải phải ưu tiên gửi tới thiết bị đầu cuối, điều khiển động tự động (dynamic control) tới tham số truyền dẫn từ lớp MAC trường hợp Đối với truyền dẫn thông điệp nhắn gọi (paging messages) kênh PCH, thích ứng động tham số truyền dẫn sử dụng vài phạm vi Nói chung, việc xử lý trường hợp tương tự với việc xử lý DL-SCH thơng thường MAC điều khiển việc điều chế, lượng tài nguyên, ánh xạ anten Tuy nhiên, trường hợp đường lên chưa thiết lập đầu cuối di động tìm gọi, hybrid ARQ khơng thể sử dụng lúc đầu cuối di động khơng thể phát thông báo ACK/NAK Kênh MCH dùng cho truyền dẫn MBMS, điển hình hoạt động mạng đơn tần số việc truyền từ nhiều tế bào tài nguyên với định dạng giống thời điểm Vì vậy, việc hoạch định truyền dẫn MCH phải điều phối tế bào liên quan chế lựa chọn tự động tham số truyền dẫn MAC thực 47 KẾT LUẬN Công nghệ LTE tiếp tục nghiên cứu triển khai toàn giới với khả truyền liệu tốc độ cao, kiến trúc mạng đơn giản, sử dụng băng tần hiệu hồn tồn tương thích với hệ thống trước (GSM & WCDMA ) dựa mạng tồn IP LTE trở thành hệ thống thơng tin di động tồn cầu tương lai LTE phát triển sau so với WiMax, với đặc tính tuyệt vời mà mang lại, có nhiều nhà mạng lớn giới lựa chọn để triển khai Tại Việt Nam, nhà mạng tiến hành đưa công nghệ LTE vào vận hành cho mạng di động 4G đạt kết khả quan Vì vậy, việc tìm hiểu nắm bắt công nghệ 4G LTE việc làm cần thiết ngành viễn thông TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Thơng tin di động – tác giả Nguyễn Phạm Anh Dũng Harri Holma, Antti Toskala (2009), “LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access”, John Wiley & Sons Ltd Agilent Technologies (2009), “3GPP Long Term Evolution: System Overview, Product Development, and Test Challenges.” Farooq Khan (2009), “LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance”, Cambridge University Press Các website tham khảo: www.dientucongnghe.net www.wikipedia.org www.3gpp.org www.ieee.org Cùng số nguồn tài liệu đồ án, chuyên đề viễn thông internet khác 48 ... động 4G: CHƯƠNG II KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG 4G LTE 2.1 Giới thiệu công nghệ LTE 2.2 Các dịch vụ triển khai LTE 10 2.3 Kiến trúc mạng LTE ... nói chung chia sẻ thông tin CHƯƠNG II KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG 4G LTE 2.1 Giới thiệu công nghệ LTE Công nghệ LTE hướng phát triển nâng cấp lên công nghệ băng rộng di động có 3G nghiên cứu... liệu hai chiều Nhận thấy công nghệ LTE công nghệ triển vọng cho việc tiến lên 4G nên nhóm chúng em chọn đề tài tìm hiểu 4G- LTE: Kiến trúc, cơng nghệ giao thức 4G – LTE Nội dung tiểu luận gồm