Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN ĐỀ TÀI : KÊNH ĐIỀU KHIỂN VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG LTE GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN VIẾT MINH SINH VIÊN THC HIN: 1. ĐINH THỊ PHONG 2. LÊ VĂN CƯ!NG LỚP : HO8 VT2 Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 1 Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG I :KÊNH ĐIỀU KHIỂN VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG LTE 1.1 Tài nguyên vật lý đường xuống 1.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống 1.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống 1.4 Báo hiệu điều khiển LL/L2 đường xuống KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 2 Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh LỜI NÓI ĐẦU Trong xu thế phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật. Thông tin di động là một nghành viễn thông phát triển nhanh nhất. Việc trao đổi thông tin là một nhu cầu tất yếu của cuộc sống nhất là sự trao đổi thông tin giữa con người với người với khoảng cách xa nhau. Bắt đầu khởi nguồn từ việc trao đổi thông tin qua thư cho đến nay sự phát triển của công nghệ thông tin di động đã góp phần mang mọi người xích lại gần nhau hơn. Ngày nay khi sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ,không những đòi hỏi về chất lượng dịch vụ cũng cao hơn. Ngày càng có nhiều công nghệ mới xuất hiện như là 1G, 2G, 3G và tến dần đến công nghệ 4G. Để phát triển được lên mạnh 4G thì đòi hỏi yêu cầu về chất lượng dịch vụ và công nghệ là rất cao. Dưới đây em xin trình bày về “Kênh điều khiển vật lý đường xuống LTE”. Trong quá trình học tập tại Khoa Điện Tử Viễn Thông của Trường Học Viện Công nghệ Bưu Chính Viễn Thông, được sự chỉ bảo tận tình và chu đáo của Thầy, Cô giáo trong trường, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của Thầy NGUYỄN VIẾT MINH. Với sự hiểu biết còn hạn chế nên trong quá trình làm báo cáo chuyên đề chắc chắn không tránh khỏi thiếu xót rất mong sự bổ xung đóng góp ý kiến của Thầy giáo và các bạn . Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Nguyễn Viết Minh đã giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt chuyên đề này . Nhóm sinh viên thực hiện Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 3 Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn 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 WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng HS- DPCCH High Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS- PDSCH High Speed Physical Dedicated Shared Channel Kênh chai sẻ riêng vật lý tốc độ cao Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 4 Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tài nguyên vật lý đường xuống của LTE Hình 1.2 Cấu trúc miền thời gian – tần số đường xuống của LTE Hình 1.3 Cấu trúc khung con và khe đường xuống Hình 1.4 Một khối tài nguyên trong trường hợp CP bình thường Hình 1.5 Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống trong trường hợp CP bình thường Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 5 Chuyờn Thụng Tin Vụ Tuyn GVHD: Nguyn Vit Minh CHNG I: KấNH IU KHIN VT Lí NG XUNG 1.1 Ti nguyờn vt lý ng xung LTE ng xung da trờn OFDM. Ti nguyờn vt lý ng xung ca LTE cú th xem nh l tn s thi gian, trong ú mi phn t ti nguyờn tng ng vi mt súng mang con OFDM, trong khong thi gian mt ký hiu. Hỡnh 1.1 Ti nguyờn vt lý ng xung ca LTE i vi ng xung LTE, khong cỏch gia cỏc súng mang c chn vi f=15kHz. Vi thc hin mỏy phỏt/ thu da trờn FFT tc ly mu tng ng l f s = 15000N. Trong ú N l kớch thc FFR. Vỡ th n v thi gian T s cú th coi l thi gian ly mu ca thc hin mỏy phỏt/ thu da trờn FFR. Vi N=2048B. Cn nhn mnh rng mc dự n v thi gian T s c a vo chun truy nhp vụ tuyn ch lm cụng c cho nh ngha cỏc khong thi gian khỏc nhau v khụng t ra bt c quy nh no i vi thc hin mỏy phỏt hoc mỏy thu, ngha l tc ly mu. trong thc t thc hin mỏy phỏt v mỏy thu vi N-2048 v tc ly mu tng ng f s - 30,72 MHz s thớch hp cho cỏc bng thụng LTE rng hn cú giỏ tr 15MHz v cao hn. Tuy nhiờn i vi cỏc bng thụng truyn dn nh hn, kớch thc FFT nh hn v tc ly mu tng ng thp hn cng cú th s dng rt thớch hp. Vớ d i vi truyn Sinh viờn: Nhúm 29_ Lp H08VT2 6 Khung con thứ nhất và thứ sáu đ ợc ấn định cho đ ờng xuống Truyền dẫn đ ờng xuống Truyền dẫn đ ờng lên Không đối xứng (tập trung cho đ ờng lên) Không đối xứng (tập trung cho đ ờng xuóng) Gần nh đối xứng Ghép song công phân chia theo thời gian (TDD) Một khung con (T sub =1ms) Một khung vô tuyến (T f =10ms) Ghép song công phân chia theo tần số (TDD) Sóng mang đ ờng xuống Sóng mang đ ờng lên Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh dẫn băng thông 5MHz, kích thước FFTN- 512 và tốc độ lấy mẫu tương ứng f s = 7,68MHz có thể là đủ. Lý do tiếp nhận khoảng cách giữa sóng mang con= 15kHz cho LTE là để đơn giản hóa thực hiện các đàu cuối đa chế độ WCDMA/HSPA/LTE.Sử dụng FFT lũy thừa hai và khoảng cách giữa các sóng mang con ∆f=5kHz, tốc độ lấy mẫu f s =∆f.N sẽ là bội số hoặc ước số của tốc độ chip WCDMA/HSPA 3,84 mcps. Các dầu cuối WCDMA/HSPA/LTE có thể được thực hiện dễ dàng bằng một mạch đồng hồ. Ngoài khoảng cách giữa các sóng mang con 15 MHz, khoảng cách giữa giữa các sóng mang con rút ngắn ∆f th =7,5kHz cũng được định nghĩa cho LTE. Mục đích sử dụng khoảng cách giữa các sóng mang con rút ngắn là để thực hiện các truyền dẫn đa phương/quảng bá dựa trên MBSFN. Từ minh họa trên hình 1, trong miền tần số các sóng mang con được nhóm thành các khối tài nguyên tương ứng với băng thông khối tài nguyên tương ứng với băng thông khối tài nguyên chuẩn 180 kHz. Ngoài ra sóng mang con DC tại tâm của phổ đường xuống sẽ không được sử dụng. Sở dĩ không sử dụng sóng mang con DC là vì nó có thể trùng với tần số của bộ dao động tại máy phát trạm gốc hoặc thu đầu cuối di động. Hiệu quả là có thể bị nhiễu cao do bộ dao động . Hình1. 2: Cấu trúc miền thời gian – tấn số đường xuống của LTE Tổng số các sóng mang trên một sóng mang đường xuống kể cả sóng mang con DC, vì thế sẽ bằng N sc =12.N RB +1 trong đó NRB là số lượng các khối tài nguyên. Lớp vật lý LTE cho phép đường xuống có thể có số lượng khối tài nguyên bất kỳ trong dải từ 6 khối tài nguyên cho đến hơn 100 khối tài nguyên. Điều này tương ứng với băng thông truyền dẫn trong dải từ 1 MHz đến 20 MHz. Điều này đảm bảo tính linh hoạt băng thông/ phổ của LTE rất cao, ít nhất từ góc đô đặc tả vật lý. Tuy nhiên các yêu cầu tần số vô tuyến của LTE chỉ được đặc tả cho tập có hạn các băng thông tương ứng với tập có hạn số lượng các khối tài nguyên N RB. Hình 2 cho thấy cấu trúc miền thời gian cho truyền dẫn đường xuống của LTE. Mỗi khung con 1 ms gồm hai khe đồng kích thước có độ dài Tslot O,5ms (15360.Ts)'. Mỗi khe gồm một số ký hiệu OFDM. T CP =160.T s ≈5,2µs (Ký hiệu OFDM thứ nhất). 144.T s ≈4,7µs (các ký hiệu OFDM còn lại). T CP =512.T s ≈16,7µs Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 7 TÇn sè ∆f Mét phÇn tö tµi nguyªn Mét ký hiÖu OFDM Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh Hình 1. 3: Cấu trúc khung con và các khe đường xuống Khoảng cách giữa các sóng mang con ∆f=15 kHz với thời gian hiệu dụng, ký hiệu : T FFT = 1/∆f µs (2046.T s). Tổng thời gian của ký hiệu OFDM khi này sẽ là tổng thời gian hiệu dụng của ký hiệu và độ dài tiền tố chu trình T CP . LTE định nghĩa hai độ dài CP, CP bình thường và CP mở rộng tương ứng với 7 và 6 ký hiệu trên 1 khe. Các độ dài chính xác của CP được biểu diễn theo đơn vị thời gian cơ sở T s .Cần lưu ý rằng trong trường hợp CP bình thường, độ dài CP cho ký hiệu OFDM đầu tiên của khe lớn hơn so với độ dài CP của các ký hiệu OFDM còn lại, lý do để lấp đầy khe 0,5µs vì số đơn vị thời gian T s trên khe (15360) không chia hết cho 7. Có 2 lý do cho việc quy định 2 độ dài CP - Độ dài CP lớn hơn (đòi hòi chi phí nhiều hơn ) có lợi trong các môi trường trải trễ lớn. Cần lưu ý rằng mặc dù độ dài CP lớn hơn không nhất thiết có lợi trong trường hợp các ô lớn thì trễ.Khi trong các ô lớn, hiệu năng đường truyền bị giới hạn bởi tạp âm chứ không phải méo tín hiệu do trải, vì độ dài CP không đủ lớ, nên độ bền vững bổ sung cho trải thời kênh vô tuyến mà CP dài hơn đem lại có thể không bù lại được tổn hao năng lượng của tín hiệu thu. - Trong trường hợp phát đa phương/quảng bá dựa trên MBSFN, CP không chỉ phủ hết phần lớn tán thời thực tế mà cả phần chính của sự khác nhau về định thời giữa các truyền dẫn thu được từ các ô tham gia vào phát MBSFN. Vì thế thông thường trong trường hợp khai thác MBSFN tiền tố chu trình mở rộng là cần thiết. Như vậy ứng dụng chủ yếu của CP mở rộng LTE có lẽ là phát MBSFN.Cần lưu rằng các độ dài CP khác nhau có thể được sử dụng cho các khungcon khác nhau trong một khung. Thí dụ , phát đa phương/quảng bá dựa trên MBSFN có thể giới hạn trong một số khung nhất định và chỉ trong các khung con này cần sử dụng CP dài mở rộng. Khi xét đến cấu trúc miền thời gian đường xuống, các khối tài nguyên nói trên bao gồm 12 sóng mang con trong thời gian 0.5ms. Vì thế mỗi khối chứa 12 x 7 = 84 phần tử trong trường hợp CP bình thường và 12 x 6 = 72 trong trường hợp CP mở rộng. Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 8 Mét khèi tµi nguyªn (12 sãng mang con: 180MHz) N RB khèi tµi nguyªn, N SC =(12.N RB +1) ∆F = 15kHz Sãng mang con DC Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh Hình 1.4. Một khối tài nguyên trường hợp CP bình thường gồm bảy ký hiệu OFDM trong một khe tương ứng với 84 phần tử tài nguyên. Trong trường hợp CP mở rộng, một khối tài nguyên gồm 6 ký hiệu OFDM trong một khe tương đương với 72 tủ tài nguyên. 1.2. Các tín hiệu tham khảo đường xuống Chức năng của các tín hiệu tham khảo đường xuống như sau: • Đo chất lượng kênh đường xuống • Ước tính kênh đường xuống để giải điều chế tại UE • Tìm ô và bắt ban đầu Để thực hiện giải điều chế nhất quán đường xuống, đầu cuối di động cần kênh đường xuống. Cách trực tiếp để ước tính kênh đường xuống trong trường hợp truyền dẫn OFDM là chèn các ký hiệu tham khảo biết trước vào lối thời gian – tần số. Trong LTE, các tín hiệu tham khảo này được gọi chung là các tín hiệu tham khảo đường xuống được chèn vào ký hiệu OFDM đầu và ký hiệu thứ ba trước cuối của mỗi khe vào khoảng cách là sáu sóng mang trong miền tần số. Ngoài ra khoảng dịch giữa ký hiệu tham khảo thứ nhất và thứ hai là ba sóng mang. Như vậy trong mỗi khối tài nguyên với 12 sóng mang trong một khe sẽ có bốn ký hiệu tham khảo. Điều này đúng cho tất cả các khung con trừ các khung con được sử dụng cho truyền dẫn dựa trên MBSFN. Để ước tính kênh trên toàn bộ lới thời gian tần số đồng thời giảm tạp âm trong ước tính kênh, đầu cuối di động phải thực hiện nội suy/lấy trung bình trên nhiều ký hiệu tham khảo. Vì thế, khi ước tính cho một khối tài nguyên, đầu cuối di động có thể không sử dụng các ký hiệu tham khảo trong khối tài nguyên này, mà còn cả các khối tài nguyên lân cận trong miền tần số, cũng như các ký hiệu tham khảo của các khe/các khung con được thu trước đó. Tuy nhiên phạm vi các khối tài nguyên trong miền tần số và (hoặc) trong miền thời gian mà đầu cuối di động có thể thực hiện trung bình hóa phụ thuộc vào đặc tính kênh Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 9 CP më réng Mét khung con = hai khe (T sub =1ms) T slot =0,5ms CP b×nh th êng T CP T FFT≈ 66,7ms T CP-6 T FFT≈ 66,7µs Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến GVHD: Nguyễn Viết Minh Trong trường hợp độ chọn lọc tần số của kênh cao, khả năng trung bình hóa trong miền tần số bị hạn chế. Tượng tự, khả năng trung binhg hóa trong miền thời gian (khả năng sử dụng các ký hiệu trong các khe/ các khung con được thu trước đó) cũng bị hạn chế trong trường hợp thay đổi các kênh nhanh, chẳng hạn do tốc độ chuyển động của di động cao. Cũng cần lưu ý rằng trong trường hợp TDD, khả năng trung bình hóa theo thời gian có thể bị hạn chế và các khung con trước có thể không được ấn định trong đường xuống. Hình 1.5: Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống trong trường hợp CP bình thường (7 ký hiệu OFDM trong một khe) 1. 3. Xử lý kênh truyền tải đường xuống Như đã xét lớp vật lý giao tiếp với các lớp cao hơn đặc biệt là lớp MAC thông qua các kênh truyền tải. LTE thừa hưởng nguyên lý cơ sở của WCDMA/HSAP rằng số liệu được chuyển đến kênh vật lý trong dạng các khối truyền tải có kích thước nhất định. Về cấu trúc, chi tiết kênh truyền tải, LTE tiếp nhận giải pháp giống như HSPA: - Trong trường hợp phát một anten, nhiều nhất chỉ có một khối truyền tải với kích thước động cho từng TTL - Trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten, có thể có đến hai khối truyền tải kích thước động cho từ TTI, trong đó mỗi khối truyền tải tương ứng với một từ mã trong trường hợp ghép kênh không thời gian đường xuống. Nghĩa là mặc dù LTE hỗ trợ hẹp kênh không gian đường xuống với bốn anten, nhưng số từ mã vẫn giới hạn bằng hai. Xử lý kênh truyền tải đường xuống, đặc biệt là xử lý DL-SCH, được minh họa trên hình với hai chuỗi xử lý riêng biệt, trong đó mỗi chuỗi tương ứng với xử lý một khối truyền tải. Chuỗi xử lý thứ hai tương ứng với khối truyền tải thứ hai chỉ tồn tại trong thời gian ghép kênh không gian. Trong trường hợp này, hai khối truyền tải có kích thước khác nhau được kết hợp như một phần 1.4. Báo hiệu điều khiển LL/L2 đường xuống Báo hiệu điều khiển đường xuống này thường được gọi là báo hiệu điều khiển đường xuống LL/L2 để chỉ thị rằng thông tin tương ứng một phần bắt nguồn từ lớp vật lý Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 10 Mét khèi tµi nguyªn (12’7=84 phÇn tö tµi nguyªn) Df=15kHz [...]... một kênh điều khiển đường xuống LL/L2 Mỗi kênh điều khiển tương ứng với một bản tin lập biểu trước hết được xử lý riêng bao gồm chèn CRC, mã hóa kênh ngẫu nhiên hóa bit và điều chế QPSK Sau đó các ký hiệu điều chế được sắp xếp lên tài nguyên vật lý đường xuống, nghĩa là lên tới thời gian tần số OFDM Trong LTE , tài nguyên vật lý mà báo hiệu điều khiển LL/L2 được sắp xếp lên được gọi là kênh điều khiển. .. LL/L2 được sắp xếp lên được gọi là kênh điều khiển vật lý đường xuống ( PDCCH ) Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 12GVHD: Nguyễn Viết Minh Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến KẾT LUẬN CHUNG Trong quá trình tìm hiểu về “ Chuyên đề thông tin vô tuyến”, nhóm em đã tìm hiểu được các vấn đề sau: Như tài nguyên vật lý, và các tín hiệu, xử lý kênh truyền tải, báo hiệu điều khiển LL/L2 Vì thời gian hạn hẹp cùng với những... trong khoa và các bạn sinh viên lớp H08VT2 đã giúp nhóm em hoàn thành Sinh viên: Nhóm 29_ Lớp H08VT2 Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến 13GVHD: Nguyễn Viết Minh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng kênh truyền dẫn vật lý đường xuống LTE [2] Bài giảng hệ thống thông tin di động CDMA [3] “Mạng thế hệ sau và tiến trình chuyển đổi”, NXB Bưu Điện 2006 – thS Ngô sỹ Hạnh [4] Hệ thống thông tin di động 3G Sinh viên: Nhóm...Chuyên Đề Thông Tin Vô Tuyến 11GVHD: Nguyễn Viết Minh Báo điều khiển đường xuống LL/L2 liên quan đến DL-SCH và UL-SCH bao • gồm: Các bản tin lập biểu liên quan đến DL-SCH cần thiết cho đầu cuối di động được lập biểu để nó có thể thu, điều chế và giải mã DL-SCH Các bản tin này chứa thông tin về ấn định tải nguyên DL-SCH, khuôn dạng truyền tải và . :KÊNH ĐIỀU KHIỂN VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG LTE 1.1 Tài nguyên vật lý đường xuống 1.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống 1.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống 1.4 Báo hiệu điều khiển LL/L2 đường. điều chế được sắp xếp lên tài nguyên vật lý đường xuống, nghĩa là lên tới thời gian tần số OFDM. Trong LTE , tài nguyên vật lý mà báo hiệu điều khiển LL/L2 được sắp xếp lên được gọi là kênh điều. trường hợp ghép kênh không thời gian đường xuống. Nghĩa là mặc dù LTE hỗ trợ hẹp kênh không gian đường xuống với bốn anten, nhưng số từ mã vẫn giới hạn bằng hai. Xử lý kênh truyền tải đường xuống, đặc