Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh và video tốc độ cao và băng thông cao. Hiện nay, thế giới có 2 tiêu chuẩn công nghệ nền tảng cho mạng 4G là WiMax và Long Term Evolution (LTE). WiMax là tiêu chuẩn không dây được phát triển bởi IEEE (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử) và LTE là tiêu chuẩn được phát triển bởi 3GPP, một phần của tập đoàn các nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ GSM.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG &
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G)
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G)
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G)
Giới thiệu về mạng 4G LTE
KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC
Kiến trúc mạng LTE
- Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống
- Thiết bị người dùng ( UE)
- E-UTRAN NodeB (eNodeB)
- MME (Mobility Management Entity)
- Cổng phục vụ ( S-GW)
- Cổng mạng dữ liệu gó i( P-GW)
- Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF)
- Máy chủ thuê bao thường trú (HSS)
Trong tất cả các eNB, các kết nối có thể ở dạng một-nhiều hoặc nhiều-nhiều. Cả S-GW và eNodeB cũng có thể được kết nối với các MME khác. Hình 2.5 cho thấy S-GW được kết nối với các nút logic khác và danh sách các chức năng chính của các giao diện này.
Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống42
Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống. 3GPP chỉ xác định những cách cụ thể mà các giao thức này được sử dụng. Vận chuyển UDP-IP: Giao thức dữ liệu đơn vị (UDP) và IP được sử dụng làm vận chuyển IP cơ bản và tiêu chuẩn.
Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái
Vật mang vô tuyến mang các gói của vật mang EPS giữa UE và eNB. Mỗi luồng IP (ví dụ: IP không hợp lệ) được liên kết với một kênh mang EPS khác nhau và các mạng có thể ưu tiên lưu lượng truy cập tương ứng. Khi nhận gói IP từ Internet, P-GW thực hiện phân loại gói dựa trên một số tham số đã biết và gửi nó đến vật mang EPS thích hợp.
Dựa trên sóng mang EPS, eNB ánh xạ các gói tới các sóng mang vô tuyến với QoS thích hợp. Có sự ánh xạ một-một giữa sóng mang EPS và phần tử sóng mang vô tuyến. Hơn nữa, ở trạng thái RRC nhàn rỗi, mỗi UE có chu kỳ DRX (thu không liên tục) riêng có thể được cấu hình bởi các lớp trên để cho phép tiết kiệm năng lượng cho UE.
Ngoài ra, tính di động được điều khiển bởi UE đang ở trạng thái RRC rảnh rỗi. Trong chế độ RRC được kết nối, việc truyền dữ liệu đơn hướng đến/từ UE và truyền dữ liệu quảng bá/đa hướng đến UE có thể diễn ra. Ở các lớp thấp hơn, UE có thể được cấu hình với UE DRX/DTX (truyền gây gián đoạn) cụ thể.
Không giống như trạng thái rảnh RRC, tính di động được mạng điều khiển ở trạng thái này.
Hỗ trợ tính di động liên tục
Hơn nữa, các kênh điều khiển giám sát của UE được kết nối với kênh dữ liệu dùng chung để xác định dữ liệu và lên lịch, cung cấp kênh phản hồi chất lượng, thực hiện các phép đo ô lân cận, báo cáo đo lường và thu thập thông tin hệ thống. Một ví dụ về hoạt động chuyển giao ở trạng thái RRC được kết nối được hiển thị trong Hình 2.13, trong đó UE di chuyển từ vùng phủ sóng của eNB nguồn (eNB1) sang vùng phủ sóng của eNB đích (eNB2). Chuyển giao ở trạng thái RRC được kết nối được điều khiển bởi mạng và được hỗ trợ bởi các UE.
UE nhận lệnh HO với các tham số cần thiết và được điều khiển bởi eNB nguồn để thực thi lệnh HO. UE không cần phải trì hoãn việc thực hiện chuyển giao bằng cách cung cấp các phản hồi HARQ/ARQ cho eNB nguồn. Sau khi nhận được bản tin Phản hồi liên kết đường dẫn từ MME, eNB đích sẽ thông báo thành công HO cho eNB nguồn bằng cách gửi bản tin giải phóng tài nguyên đến eNB nguồn và kích hoạt giải phóng tài nguyên.
Bằng cách nhận được bản tin giải phóng tài nguyên, eNB nguồn có thể giải phóng tài nguyên vô tuyến và các tài nguyên liên quan đến kế hoạch điều khiển liên quan đến tình huống của UE. Trong quá trình chuẩn bị chuyển giao, các đường hầm kế hoạch người dùng có thể được thiết lập giữa eNB nguồn và eNB đích. Trong khi thực hiện chuyển giao, dữ liệu người dùng có thể được truyền từ eNB nguồn tới eNB đích.
Cập nhật vùng theo dõi cho UE ở chế độ RRC nhàn rỗi Để quản lý di động ở chế độ RRC nhàn rỗi, khái niệm vùng theo dõi (TA) được giới thiệu.
Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm
Nếu sử dụng eMBMS mới, khoảng cách sóng mang con cũng có thể là 7,5 kHz. Về lý thuyết, hệ thống OFDM có thể sử dụng các cách điều chế khác nhau cho mỗi sóng mang con. Do đó sơ đồ này không được sử dụng trong các hệ thống đường lên LTE.
Như đã đề cập, tham số offset được sử dụng để điều chỉnh chất lượng tín hiệu điều khiển cho kênh dữ liệu PUSCH. Các phương pháp điều chế và mã hóa được sử dụng cho dữ liệu của người dùng xuôi dòng. Nguồn áp dụng cho các thành phần tài nguyên được sử dụng để truyền tín hiệu tham chiếu dành riêng cho ô từ eNodeB (trong băng thông hệ thống).
Vì những lý do đã thảo luận ở trên, ba chuỗi khác nhau có thể được sử dụng làm tín hiệu đồng bộ hóa chính. Sử dụng IFFT, tín hiệu miền thời gian tương ứng có thể được tạo ra. Các sóng mang con không được sử dụng để truyền tín hiệu đồng bộ có thể được sử dụng để truyền dữ liệu.
Nói chung, việc truyền mở đầu truy cập ngẫu nhiên có thể trực giao hoặc không trực giao với dữ liệu người dùng.
TRUY CẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE
Các chế độ truy nhập vô tuyến
Băng tần truyền dẫn
Các băng tần được hỗ trợ
Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA
- OFDM
- Các tham số OFDMA
- Truyền dẫn dữ liệu hướng xuống
Các kênh điều khiển hướng xuống
- Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA
- Truyền dẫn dữ liệu hướng lên
- Tổng quan về kỹ thuật đa ăng ten MIMO
- Đơn đầu vào Đơn đầu ra (SISO)
- Đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO)
- Đa đầu vào đơn đầu ra (MISO)
- Đa đầu vào đa đầu ra (MIMO)
- Ăng ten MIMO trong 4G LTE
- I. Chế độ truyền dẫn đa ăng ten đường xuống LTE
LỚP VẬT LÝ LTE
Các kênh truyền tải và ánh xạ của chúng tới các kênh vật lý
Điều chế
Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng lên
Truyền dẫn dữ liệu người dùng hướng xuống
Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hướng lên
- Kênh điều khiển đường lên vật lý ( PUCCH)
- Cấu hình PUCCH
- Báo hiệu điều khiển trên PUSCH
Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý)
Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống
- Kênh chỉ thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH)
- Kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PCDCH)
- Kênh chỉ thị HARQ vật lý ( PHICH)
- Các chế độ truyền dẫn hướng xuống
- Kênh quảng bá vật lý ( PBCH)
- Tín hiệu đồng bộ
- Thủ tục HARQ
- Ứng trước định thời
- Điều khiển công suất
- Nhắn tin
- Thủ tục báo cáo phản hồi kênh
- Hoạt động chế độ bán song công
- Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm được hỗ trợ
Đo lường lớp vật lý
- Đo lường eNodeB
- Đo lường UE
Cấu hình tham số lớp vật lý
CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP
Thủ tục dò tìm ô
- Các bước của thủ tục dò tìm ô
- Cấu trúc thời gian/tần số của tín hiệu đồng bộ
- Dò tìm ban đầu và dò tìm ô lân cận
Để hỗ trợ thiết bị đầu cuối trong quy trình này, LTE cung cấp tín hiệu đồng bộ hóa chính và tín hiệu đồng bộ hóa thứ cấp ở đường xuống. Trong bước đầu tiên của quy trình phát hiện tế bào, thiết bị đầu cuối di động sử dụng tín hiệu đồng bộ sơ cấp để xác định thời gian trên cơ sở 5 ms. Lưu ý rằng tín hiệu đồng bộ sơ cấp được gửi hai lần trong mỗi khung.
Do đó, tín hiệu đồng bộ chính chỉ có thể cung cấp thời gian khung với sai số 5 ms. Như có thể thấy trong hình, tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp được truyền theo hai ký hiệu OFDM liên tiếp. Cấu trúc này được chọn để xử lý nhất quán tín hiệu đồng bộ thứ cấp ở thiết bị đầu cuối.
Sau bước đầu tiên, tín hiệu đồng bộ sơ cấp đã được biết và do đó có thể được sử dụng để ước tính kênh. Do đó, LTE hỗ trợ nhiều chuỗi cho tín hiệu đồng bộ hóa chính. Hơn nữa, như đã mô tả ở trên, tín hiệu đồng bộ sơ cấp cũng mang một phần nhận dạng ô.
Vì vậy, trong những trường hợp này, thiết bị đầu cuối phải có khả năng thực hiện việc phát hiện ô lân cận.
Truy nhập ngẫu nhiên
- Bước 1 : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên
- Bước 2 : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên
- Bước 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối
- Bước 4: Giải quyết tranh chấp
Bước đầu tiên trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên là truyền phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên. Mạng thông tin truyền đến tất cả các thiết bị đầu cuối trong đó cho phép truyền phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên của tài nguyên tần số thời gian. Trong các tài nguyên dành riêng, phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên được phát sóng.
Trong nỗ lực truy cập ngẫu nhiên, thiết bị đầu cuối sẽ chọn Tính toán hiệu chỉnh thời gian bằng cách nhận phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên. Tất cả các thiết bị đầu cuối đã được truyền đi phần mở đầu để giám sát các kênh điều khiển L1/L2 cho Phản hồi truy cập trực tiếp.
Tuy nhiên, có khả năng xảy ra xung đột, tức là nhiều thiết bị đầu cuối sử dụng cùng một phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên tại cùng một thời điểm. Thiết bị đầu cuối nhận tiền tố truy cập ngẫu nhiên dành cho thiết bị đầu cuối khác sẽ có thời gian đường lên không chính xác. Sau khi nhận được phản hồi truy cập ngẫu nhiên ở bước hai, thiết bị đầu cuối sẽ điều chỉnh thời gian truyền dẫn đường lên và chuyển sang bước ba.
Lưu ý rằng từ bước thứ hai, nhiều thiết bị đầu cuối thử truy cập ngẫu nhiên cùng một lúc.
