Đang tải... (xem toàn văn)
SCHEDULING VÀ THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE Nội dung luận văn bao gồm: Chương 1:Tổng quát về scheduling và thích ứng đường truyền đối với LTE Chương 2:Quản lý nguồn vô tuyến đường lên trong LTE Chương 3:Lập biểu đường xuống động, thích ứng đường truyền và HARQ đường xuống.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - BÙI VĂN GIANG SCHEDULING VÀ THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN TRONG THƠNG TIN DI ĐỘNG LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI -2014 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG Phản biện 1: TS Dư Đình Viên Phản biện 2: TS Đỗ Quốc Trinh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: 14 50 ngày tháng năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Một đặc tính quan trọng thông tin vô tuyến di động thay đổi nhanh lớn điều kiện kênh tức thời Có vài nguyên nhân gây lên thay đổi này, phading chọn lọc tần số dẫn đến thay đổi nhanh ngẫu nhiên suy hao đường truyền, phading che tối tổn hao đường truyền phụ thuộc khoảng cách ảnh hưởng đáng kể lên cường độ tín hiệu, nhiễu máy thu truyền dẫn từ ô khác đầu cuối di động ảnh hưởng lên nhiễu Lập biểu tương thích đường truyền thơng tin di động giải quết vấn đề chia sẻ tài nguyên vô tuyến người sử dụng khác hệ thống để đạt hiệu xuât sử dụng tài nguyên cao nhất, tức giảm lượng tài nguyên cho người cho phép nhiều người sử dụng hệ thông mà đảm bảo yêu cầu chât lượng dịch vụ LTE (Long Term Evolution) hệ thống 3G với mục đích nhằm nâng cao tốc độ liệu, chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service), giảm giá thành cho người sử dụng khai thác với hệ thống 3G nay, luận văn tập trung trình bày quản lý tài nguyên vô tuyến RRM(Radio Resource Management), đặc tính PC(Power Control), thích ứng băng thơng ATB (Adaptive Transmission Bandwidth) lập lịch gói tin PS(Packet scheduler) Nội dung luận văn bao gồm: Chương 1:Tổng quát scheduling thích ứng đường truyền LTE Chương 2:Quản lý nguồn vô tuyến đường lên LTE Chương 3:Lập biểu đường xuống động, thích ứng đường truyền HARQ đường xuống Trong trình làm luận văn, gặp nhiều khó khăn hạn chế mặt kiến thức nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Phạm Anh Dũng người giúp em hoàn thành luận văn CHƢƠNG TỔNG QUÁT VỀ SCHEDULING VÀ THÍCH ỨNG ĐƢỜNG TRUYỀN ĐỐI VỚI LTE 1.1 Mở đầu Theo thống kê số lượng thuê bao di động tới đầu năm 2014 vượt qua mức 6,5 tỷ thuê bao Điện thoại di động từ thiết bị khan trở thành thiết bị thiếu sống hàng ngày có vai trị quan trọng đời sống xã hội ngày Với phát triển thiết bị di động, dịch vụ internet lượng lớn thông tin chuyển từ dịch vụ âm sang loại hình dịch vụ liệu Hơn điểm đặc biệt di động internet giới đưa đến quan niệm dịch vụ mà quan trọng đặc quyền người sử dụng thiết bị di động Hệ thống di động giới hệ thống 1G (First Generation) sử dụng kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu tương tự, truyển tải chủ yếu tín hiệu thoại thơng qua kênh vơ tuyến Hệ thống kéo dài năm 1970-1980, điểm đặc biệt băng thông hẹp sở băng thông truyền dẫn Hệ thống di động 1G sử dụng tính thích ứng đường truyền LA (Link Adaptation) sơ đồ giải điều chế cố định, điều chỉnh cơng suất vịng mở,…Đa truy nhập sở FDMA (Frequency Division Multiple Access), người dùng sử dụng băng tần truyền dẫn khác nhau, truyền dẫn băng thơng hẹp với tốc tương thích đường truyền 2kpbs Hệ thống 2G(Second Generation) biết đến hệ thống thơng tin tồn cầu GSM, IS-54, IS-95, mở kỷ nguyên thông tin số GSM chuẩn sử dụng nhiều tồn tiêu chuẩn di động khơng dây GSM sử dụng kết phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số thời gian (FDMA: Frequency Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo tần số TDMA: Time Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo thời gian) để dễ dàng cho đa truy nhập Các khung thời gian kỹ thuật TDMA không phủ người sử dụng Phát triển thích ứng đường truyền LA, GSM sử dụng kỹ thuật mã hóa kênh truyền, kết với mã nguồn để cải thiện lưu lượng cell Trong hệ thống GSM sử dụng phương pháp chuyển mạch kênh, sử dụng băng thông hẹp truyền dẫn thông tin độ rộng băng thông 200Khz Hệ thống 2G đưa vào năm 19801990 Đặc trưng mạng vô tuyến đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) đưa 3GPP(3rd Generation Partnership Project: dự án đối tác hệ thứ 3) Hệ thống WCDMA đưa vào năm 2002 xếp vào hệ thống băng rộng với băng thông khoảng 5Mhz, tốc độ liệu 2Mb/s, 384Mb/s, 144Mb/s WCDMA sử dụng kỹ thuật tương thích truyền dẫn mã hóa kênh truyền, thay đổi độ rộng trải phổ, điều khiển cơng suất vịng lặp kín Đưa chuyển mạch gói(Packet Switched) PS vào WCDMA để hỗ trợ q trình chuyển mạch gói Chức PS(Packet Switched) phân phối mã nguồn công suất dịch vụ chuyển mạch kênh chuyển mạch gói WCDMA cải tiến đưa phương pháp truy nhập gói tốc độ cao HSPA(Hight-Speed Packet Acess: truy nhập gói tốc độ cao), biết tới hệ thống 3.5G bao gồm HSDPA HSUPA(Hight- Speed Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Hight Speed Uplink Packet Acess: truy nhập gói đường lên tốc độ cao) Tốc độ liệu cao HSDPA có 10Mbps, tốc độ liệu HSUPA mong muốn đạt khoảng 3-4Mbps Thích ứng đường truyền LA nâng cao lên nhờ cải thiện chức hỗ trợ AMC (Adaptive Modulation and Codings: điều chế mã hóa kênh thích ứng) HARQ( Hibird Automatic Repeat Request) Lập lịch gói tin PS(Packet Scheluing) có vai trị quan trọng HSPA, khơng thể thiếu kênh truyền vô tuyến trạm sở Nó hoạt động với tốc độ cao, việc lựa chọn lập lich đường xuống HSDPA 2ms Lập lịch gói tín PS thích ứng đường truyền LA thiếu trạm BTS sở, có ảnh hưởng lớn tới việc phân bổ tài ngun vơ tuyến Hình 1.1: Minh họa phát triển thông tin di động Thế hệ hệ thống vơ tuyến có mong muốn hỗ trợ băng thông rộng việc áp dụng truyền thông đa phương tiện tốc dộ liệu cao, có độ trễ thấp tính tin cậy thơng tin cao Để trì hoạt động tính cạnh tranh 3GPP tương lai, cần thiết đưa tiêu chí nghiên cứu dựa sở 3G HSPA phát triển thành E-UTRA( Evolved Universal Terrestiral Radio Access:truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển ) EUTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network: mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu phát triển) Mục đích tiêu chí nghiên cứu đưa giải pháp lâu dài cho thông tin di động Hệ thống di động LTE (Long Term Evolution: tiến hóa dài hạn)( bao gồm E-UTRA E-UTRAN) Mục đích LTE nâng cao tốc độ liệu, 100Mbps đường lên 50 Mbps đường xuống, nâng cao cơng xuất vùng phủ sóng hệ thống, giảm giá thành hoạt động, hỗ trợ nhiều anten, nâng cao hiệu truyền dẫn gói liệu, băng thông làm việc linh hoạt LTE biết đến hệ thống 3.9G, hỗ trợ truyền dẫn gói liệu Trong LTE yêu cầu chức thích ứng đường truyền LA lập lịch gói tin PS cao so với HSPA Trong luận văn tập trung nghiên cứu lập lịch gói tin PS thích ứng đường truyền LA thơng tin di động LTE 1.2 Tổng quát UTRAN LTE 1.2.1 Giới thiệu UTRAN LTE UTRAN LTE (Universal Terrestrial Radio Access Network Long Term Evolution: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển ) bắt đầu phát triển từ 3GPP với mục đích nâng cao cơng nghệ để cạnh tranh lâu dài tương lai việc đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày tăng giảm giá thành so với HSPA So với HSPA số lượng nút dao diện không gian đường mạng giảm giảm thời gian thiết lập gọi Điểm đặc biệt LTE băng thông rộng độ rộng băng thông linh hoạt, thời điểm hộ trợ nhiều băng truyền dẫn khác Tiêu chí LTE có điểm sau Tốc độ liệu cao đường xuống 100Mbps 50 Mbps đường lên ( băng thông 20Mhz) Nâng cao lưu lượng người dùng tăng lên từ 2-3 lần đường lên 3-4 lần đường xuống , thông qua HSDPA –R6 Nâng cao tốc độ độ bít biên cell lên – lần, mà không thay đổi khoảng cách Giảm độ trễ điều khiển giảm độ trễ người sử dụng ( trễ khoảng 10ms ) Có thể mở rộng băng thơng lên tới 20Mhz, hoạt động băng thông linh hoạt: 1.25,2.5, 5, 10, 15 20Mhz Tăng cường hỗ trợ cho dịch vụ đầu cuối QoS Cải thiện hỗ trợ cho tính di động, thiết bị đầu cuối di chuyển với vận tốc lên tới 350 km/h 500 km/h hỗ trợ phụ thuộc vào băng tần Giảm giá thành cho trình vận hành người sử dụng Trong LTE hỗ trợ chuyển mạch gói, mục tiêu đưa tối ưu hóa gói liệu sở hệ thống truy nhập vô tuyến với tốc độ liệu cao độ trễ thấp Ví dụ dịch vụ truyền hình quảng bá HD (HDVT: Hight Definition Television), nhu cầu xem phim, chơi game, VoIP(Voice Over Internet Protocol: truyền giọng nói qua giao thức IP) 1.2.2 Giao diện vô tuyến LTE 1.2.2.1 Kỹ thuật truyền dẫn đƣờng xuống OFDM 1.2.2.2 Sơ dồ truy nhập đƣờng lên SC-FDMA 1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến LTE 1.3 Khái qt lập lịch gói tin thích ứng đƣờng truyền 1.4 Kết Luận Trong phần giới thiệu tổng quát UTRANLTE, nâng cấp từ cơng nghệ 3GPP với mục đích để canh tranh với công nghệ khác đường dài Số lượng nút tuyến đường truyền giảm đi, đồng thời giảm thời gian thiết lập gọi Trình bày giao diện vơ tuyến LTE cơng nghệ OFDM sử dụng sóng vơ tuyến có độ lớn song song trực giao với Trong trường hợp truy nhập đa miền tần số sóng mang tín hiệu(SC-FDMA) lựa chọn cho truyền dẫn đường lên Lập lịch gói tin nghiên cứu tìm hiểu cho truy nhập phân chia theo mã CDMA cho HSPA Trong LTE đưa lựa trọn truyền dẫn liệu, lập lịch gói tin sử dụng mã khóa tồn hệ thống Điểm quan trọng lập lịch gói tin LTE lựa chọn kỹ thuật lập lịch gói tin cần cung cấp dịch vụ mà tồn độ rộng tốc độ liệu, độ trễ độ tin cậy thiết bị CHƢƠNG QUẢN LÝ NGUỒN VÔ TUYẾN ĐƢỜNG LÊN TRONG LTE 2.1 Mở đầu Trong chương trình tổng quát kiến trúc LTE đặc tính đường lên RRM( radio resource managements:quản lý tài nguyên vô tuyến).Trong phần ta tìm hiểu vấn đề sau: thiết lập thông số QoS, khái quát kênh vật lý kênh truyền dẫn, đặc tính RRM, nhận biết kênh truyền chất lượng kênh truyền, HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest), mơ tả khái qt đặc tính LA(Link Adaption:thích ứng đường truyền) 2.2 Tóm tắt QoS thông số liên quan 2.3 Kênh truyền tải kênh vật lý, tƣơng tác giao thức eNodeB UE Hình 2.2 minh họa tương tác lớp giao thức eNodeB UE Trong tập trung lên lớp PHY (Physical: vật lý) MAC (Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trường) ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng E-UTRAN Lớp PHY thực chức sau: Mã hóa/giải mã FEC (Forward Error Correction: hiệu chỉnh lỗi trước) Để đảm bảo tính bền vững kênh phađinh cách thực mã hoá kênh sở đưa thêm bit dư để sửa lỗi Mã hóa kênh số liệu thực sở mã hóa turbo phát hành UTRAN R6 Mã hóa/giải phát lỗi dựa kỹ thuật CRC (Cyclic Redundance Check:kiểm tra vòng dư) Hỗ trợ HARQ với kết hợp mềm Điều chế giải điều chế Ước tính CSI (Channel State Infornation: thơng tin trạng thái kênh) hay CQI (Channel Quality Information: thông tin chất lượng kênh) cho các lớp cao Hình 2.2: Tƣơng tác lớp giao thức eNodeB UE (tập trung lên lớp PHY MAC) Hình 2.3: Cấu trúc khung chế độ E-UTRA FDD Lớp RLC (Radio Link Control: điều khiển liên kết vô tuyến) L2 thực phân đoạn tái hợp PDU (Packet Data Unit: đơn vị số liệu gói) cho lớp cao phát lại để cải thiện độ tin cậy liên kết vô tuyến (trong chế độ có cơng nhận) Lớp MAC L2 chịu trách nhiệm lập biểu gói, LA (Link Adaptation: thích ứng đường truyền HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request: yêu cầu phát lại tự động) BCH (Broadcast Channel: kênh quảng bá), DL-SCH (Downlink Shared Channel: kênh chia sẻ đường xuống, PCH (Paging Channel: kênh tìm gọi) MCH (Multicast Channel: kênh đa phương) Các kênh vật lý bao gồm: PDSCH (Physical Downlink Shared Channel: kênh chia sẻ đường xuống vật lý), PBCH (Physical Broadcast Channel: kênh quảng bá vật lý), PMCH (Physical Multicast Channel: kênh đa phương vật lý), PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel: kênh thị khuôn dạng điều khiển vật lý), PDCCH (Physical Downlink Control Channel: kênh khiển đường xuống vật lý, PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel: kênh thị HARQ vât lý 11 Công thức cho BLERT: BLERT OD OD OU Hình 2.9 Tƣơng tác OLLA AMC OLLA: Outer loop link adaption: BLER: Block Error Rate: tỷ lệ lỗi khối, CRC: cyclic redundance check: kiểm tra vòng dự, AMC: Adaption modulation and coding : điều chế mã hóa kênh thích ứng.CSI: channel State information: thơng tin trạng thái kênh, SRS: Sounding Reference signal: tín hiệu tham chuẩn thăm dị, MCS: modulation and coding scheme: sơ đồ điều chế mã hóa, i: truyền dẫn i, bw: băng thơng cho truyền dẫn i Bảng 1.1 Liệt kê giá trị đƣợc thiết lập cho cácthông số OLLA Thông số Giá trị BLERT 30% Kích thước bước (S) 0.5dB Dịch tối thiểu (Omin) -4dB Dịch cực đại(Oax) 4dB 12 2.7.3 Băng thơng truyền dẫn thích ứng 2.7.4 Điều khiển cơng suất đƣờng lên 2.7.4.1 Cơng thức tính tốn 2.7.4.2 Điều khiển cơng suất vịng hở 2.7.4.3 Điều khiển cơng suất vịng kín (CLPC) đƣờng lên 2.7.5 Thơng tin trạng thái kênh, tín hiệu tham chuẩn thăm dị (SRS) CSI (Channel State Information: thơng tin trạng thái kênh) đường lên mô tả kết đo SINR SRS (Sounding Reference Signal: tín hiệu tham chuẩn thăm dò) Các kết đo sử dụng để hiểu biết kênh thực AMC nhanh FDPS (lập biểu gói miền tần số) SRS phát đoạn hay tồn băng thơng lập biểu Các người sử dụng phát băng thông mà không gây nhiễu cho nhờ tính trực giao đảm bảo chuỗi CAZAC (Constant Amplitude Zero AutoCorrection) truyền dẫn đồng đường lên Thực tế, tồn quy định số người sử dụng đồng thời thăm dị băng thơng mà không gây nhiễu cho PSD (Power Spectral Density: mật độ phổ công suất) kênh hoa tiêu giống PSD sử dụng kênh số liệu Khả công suất UE thường áp đặt hạn chế đối lên băng thơng thăm dị hay lên mức xác kết đo SINR tương ứng Tuy nhiên giới hạn công suất SRS không đựơc xét tới, nghĩa người sử dụng phát SRS tồn băng thơng lập biểu với PSD (mật độ phổ công suất) sử dụng kênh số liệu chí điều vi phạm quy định giới hạn cơng suất Ngồi ta giả thiết CSI có TTI eNodeB tồn băng thơng lập biểu tất người sử dụng ô với với độ phân giải (tính hạt CSI) cho trước miền tần số Cuối lập biểu động tính chất thay đổi điều kiện nhiễu tức thời đường lên, thành phần nhiễu lấy trung bình cửa sổ thời gian định Điều có lợi 13 ước tính kênh nhờ cải thiện thơng lượng trung bình thông lượng người sử dụng CSI cho người dùng i PRB r thời gian tức thời t phương trình sau Hình 2.14: Tín hiệu trao đổi UE eNode-B ( r ,t ) S m (i, r ', t ) 10 10 r 'R CSI (i, r , t ) ( I m (b(i ), r ', t ) N PRB ) m 1 r 'R M (2.10) Ở M số lượng anten nhận eNode-B R tập PRB thăm dò đồng thời mà PRB r trực thuộc Số PRB thăm dò đồng thời phụ thuộc vào phân giải CSI tương ứng với kích thước R S m (i, r ' , t ) công suất SRS nhận từ người dùng i thời điểm tức thời t PRBr anten m b(i ) eNode-B phục vụ người dùng i I m (b(i), r , , t ) cơng suất nhiễu trung bình e-Node b tính tốn thời điểm t PRBr anten m NPRB tạp âm nhiệt băng thông PRB (r , t ) biến ngẫu nhiên phân bố Gauss trung bình không với lệch chuẩn CSI đưa để mơ hình 14 cho sai số đo Các biến ngẫu nhiên (r , t ) (r , t m) không tương quan m Tương tự biến ngẫu nhiên (r , t ) (r s, t ) không tương quan s Thành phần nhiễu I m (b(i ), r ', t ) tính tốn thơng qua hàm mũ như: I m (b(i ), r ', t ) .I m (b, r ', t ) (1 ).I m (b, r ', t 1) điều khiển chu kỳ trung bình nhiễu người dùng phép đo CSI Bảng 2.2: Giả thuyết lƣu lƣợng ngƣời dùng Thông số Thiết lập Phân giải tần số SCI 2PRBs Trễ CSI 0ms 100ms(0.01) Lọc độ dài: 1dB Std Lỗi CSI ( ) CSI SINR eNodeB người sử dụng u thời điểm t tính theo thơng số bảng sau: S m (i, r ', t ) r 'R (2.11) SINR(i, t ) m m 1 ( I (b(i ), r ', t ) N PRB ) r 'R Khái niệm thăm dò đường lên định “khi cách nào” phát tín hiệu SRS đường lên Vì thế, khái niệm thăm dị thơng số thăm dị có ảnh hưởng đáng kể lên độ xác kết đo SRS, lên hiệu thích ứng đường truyền lập biểu gói Từ góc độ RRM, thơng số thăm dị quan trọng là: Băng thông SRS: thị băng thông truyền dẫn SRS đường lên Băng thông SRS thông báo bán cố định thông qua RRC Chu kỳ SRS dịch thời gian: thị số modul SFN (System Frame Number Modulo Number) chu kỳ SRS từ UE Chu kỳ SRS dịch thời thông báo bán cố định qua RRC M 15 Thời gian SRS: Chỉ thị thời gian UE phải trì phát SRS đường lên Thời gian SRS thông báo bán cố định qua RRC Kết hợp truyền dẫn, số chuỗi CAZAC (Constant Amplitude Zero Autocorrelation) dịch tuần hồn: cần thiết để đảm bảo tính trực giao người sử dụng phát SRS băng thông truyền dẫn Trên đường lên LTE người sử dụng chia sẻ băng thơng SRS mà không gây nhiễu cho Chuỗi nhảy băng SRS: xác định chuỗi nhảy trường hợp băng thông SRS hẹp nhiều so với băng thông để lập biểu Bản thân RRM đường lên có nhiệm vụ phân phối tài nguyên SRS có hạn người sử dụng tích cực để nhận thơng tin trạng thái kênh cập nhật xác Chẳng hạn, thường phải cân đối độ xác đo đạc băng thông SRS: băng thông SRS hẹp độ xác đo cao Mặt khác cần số truyền dẫn SRS băng hẹp để thăm dị tồn băng thơng Vì thơng tin trạng thái kênh trở thành lạc hậu chu kỳ SRS nhảy băng không lập cấu hình hợp lý Một nhiệm vụ khác chức RRM định người sử dụng nên phát SRS với tài nguyên thời gian tần số, ví tính trực giao người phụ thuộc nhiều vào mức công suất thu từ UE khác 2.7.6 Các báo cáo trạng thái đệm (BSR: Buffer Status Report) 2.7.7 Các báo cáo khoảng trống công suất (PHR) 2.8 Kết luận Trong phần giới thiệu tổng quát đường lên RRM LTE Sau mơ tả thiết lập thơng số QoS sơ đồ truyền dẫn cho kênh vật lý, đặc tính lớp 3,2,1 Đầu tiên trình bày ngun lý AC AC trình bày luận văn nhận biết kênh trì chất lượng gọi Sau 16 lập lịch khung PS tác động với HARQ trình bầy Nhiều PS người dùng thời gian miền tần số để sử dụng hiệu tốt nguồn hệ thống Dữ liệu lập lịch chia sẻ kênh vật lý (PUSCH:Physical Uplink Shared Channel) đường lên gửi cách sử dụng kênh điều khiển đường xuống (PDCCH: Physical Downlink Control Channel) Đặc tính thích ứng đường truyền bao gồm Adaptive Modulation and Coding (AMC), Outer Loop Link Adaption (OLLA), Adaption Transmisssion Bandwith (ATB) Power Control (PC),AMC phân chia OLLA , MSC thích hợp TTI ATB cho phép phân bổ băng thơng khác tới người dùng khác đóng vai trò quan trọng việc phối hợp PS Cả lập lịch thích ứng đường truyền dựa việc sử dụng thông tin trạng kênh (CSI), báo cáo trạng thái đệm (BSR) báo cáo công suất đầu (PHR) trình bày CHƢƠNG LẬP BIỂU ĐỘNG, THÍCH ỨNG ĐƢỜNG TRUYỀN VÀ HARQ ĐƢỜNG XUỐNG 3.1 Mở đầu Lập biểu đường xuống động thích ứng đường truyển tính quan trọng để đảm bảo hiệu suất phổ tần cao đảm bảo QoS ô HARQ đảm bảo truyền gói tin cậy trình lập biểu thích ứng đường truyền 3.2 Chƣơng trình khung lập biểu lớp thích ứng đƣờng truyền 3.3 Mơ hình lập biểu gói thích ứng đƣờng truyền đừơng xuống LTE 3.4 Mơ hình tƣơng tác thực thể RRM lớp PHY MAC 3.5 Thích ứng đƣờng truyền đƣờng xuống (DL LA) 3.5.1 Tổng quan Yêu cầu then chốt để triển khai hệ thống không dây băng rộng phải đảm bảo BLER (Block Error Rate: tỷ số lỗi khối) thấp kênh phađinh chọn lọc tần số kỳ vọng Có thể đạt dung lượng kênh pha đinh đơn người sử dụng, máy phát điều 17 chỉnh công suất phát, tốc độ số liệu, sơ đồ mã hóa điều chế thích ứng với thay đổi kênh LTE hỗ trợ thích ứng nhanh để khai thác tính chất động kênh vô tuyến miền thời gian, tần số khơng gian LA cải thiện hiệu suất phổ độ tin cậy hệ thống không dây Nguyên lý hoạt động giải thuật LA định nghĩa số đo CQI phù hợp để cung cấp thông tin kênh đảm bảo khuôn dạng truyền dẫn hiệu suất luôn sử dụng điều kiện kênh Ta xét mơ hình tốn học cho LA để đạt tối ưu thông lượng mức liên kết (đường truyền) Ta ký hiệu N tổng số tài nguyên thời gian – tần số khả dụng băng thông hệ thống dựa độ phân giải lập biểu miền thời gian Độ phân giải lập biểu LTE quy định RB (một khung 1ms gồm 14 ký hiệu OFDM miền thời gian 12 sóng mang miền tần số) Để đảm bảo hoạt động LA miền tần số, mạng yêu cầu UE báo cáo giá trị CQI cho RB (hình 3.9) Hình 3.9:Minh họa kịch báo cáo CQI chọn lọc tần số Các phần tử thuật ngữ liên quan đến LA kịch phađinh chọn lọc tần số thể hình 3.10 18 MSC: Modulation and coding Scheme: sơ đồ điều chế mã hóa kênh, PRB: Physical Resource Block: khối tài nguyên vật lý Hình 3.10 Ảnh chớp chụp hàm truyền đạt kênh băng rộng để minh họa thuật ngữ sử dụng cho LA miền thời gian-tần số Thí dụ ấn định tài nguyên RB (I) nhƣ công suất (P) Nhiệm vụ giải thuật LA chọn lựa tổ hợp thơng số truyền dẫn cho phép tối ưu hóa thông lượng hiệu dụng, nghĩa chế độ cho phép đạt dung lượng lớn trì ranh giới BLER đích Cơng thức tối ưu thơng lượng dựa LA điều kiện quy định tổng cơng suất có dạng tổng qt sau: (3.2) Với giả thiết: C Q I (CQI , CQI , , CQI N ) , (1 , , , N ); i {0,1} M C S (MCS1 , MCS2 , , MCS N ); MCSi Z (1 , 2 , , N );0 i total , i R N i total i1 Trong eff ký hiệu cho thơng lượng hiệu dụng, nghĩa thơng lượng xét đến BLER đích lần truyền thứ total ký hiệu cho tổng công suất khả dụng kênh số liệu C Q I ký hiệu cho vectơ (1xN) giá trị CQI thu từ UE ký hiệu cho vectơ ấn định tài nguyên PRB, Z ký hiệu cho vectơ khuôn dạng MCS chọn lựa Vectơ ấn định công suất ký hiệu đặc tả cho PRB, R ký hiệu cho tập số thực 19 Xử lý LA tiến hành số bước xử lý lớp lớp vật lý hình 3.11 Trước hết LA định cỡ khối truyền tải lớp MAC, sau mã hóa CRC thực cho kênh truyền tải nhận từ L2PDU Điều thực để phát lỗi máy thu Sau mã hóa kênh phối hợp tốc độ HARQ Bộ phối hợp tốc độ có nhiệm vụ phối hợp kích thước khối mã hóa đầu mã hóa turbo phù hợp với dung lượng lớp vật lý Bằng cách làm này, điều chỉnh tốc độ mã sở mã hóa kênh theo yêu cầu LA Cuối bít sau phối hợp điều chế theo sơ đồ QAM chọn LA ghép lên RB mơ tả hình 3.11 Hình 3.11 Sơ đồ khối q trình xử lý tín hiệu lớp vật lý cho khối truyềntải (L2PDU) thực giải thuật LA phần tử lớp lớp vật lý Sơ đồ khối truyền dẫn OFDMA thích ứng đa người sử dụng minh họa hình 3.12, K ký hiệu cho tổng số người sử dụng tích cực N ký hiệu cho số sóng mang Tại máy phát, luồng số liệu nối tiếp từ K người sử dụng đưa đến xếp RB lên sóng mang Ấn định số liệu người sử dụng đến RB đựơc định giải thuật FDAS dựa báo cáo CQI Q trình thích ứng định khuôn dạng ấn địnhcông suất cho PRB Thông tin sử dụng để lập cấu hình điều chế thích ứng cho PRB Các ký hiệu phức đầu điều chế thích ứng chuyển thành mẫu miền thời gian IFFT (Inverse FastFourier Transform: biến đổi Fourier ngược nhanh) Sau chèn CP thực đến ký hiệu OFDM để đảm bảo tính trực giao mơi trường phađinh Cuối tín hiệu phát truyền kênh phađinh 20 chọn lọc tàn số riêng rẽ Tại máy thu, CP loại bỏ để lọai trừ ISI mẫu thời gian người sử dụng thứ K chuyển đổi khối FFT thành ký hiệu điều chế Khuôn dạng MCS thông tin điều khiển công suất truyền kênh điều khiển đường xuống (AT: Allocation Table) sử dụng để lập cấu hình cho giải điểu chế thích ứng, cịn thơng tin liên quan đến ấn định RB sử dụng để lấy ta bít sau giải điều chế từ sóng mang ấn định cho người sử dụng K Hình 3.12: Mơ hình hệ thống cho sơ đồ truyền dẫn OFDMA thích ứng với độ phân giải lập biệu RB Lập biểu miền thời gian cho độ lợi phân tập đa người sử dụng có pha đinh phẳng tần số nhanh Độ lợi phụ thuộc vào lượng phađinh tốc độ phađinh Khi có phađinh sâu, 21 lập biểu có nhiều lựa chọn để chọn người sử dụng tối ưu cho truyền dẫn Khi tốc độ di động đủ thấp, lập biểu có khả bắt kịp phađinh nhanh Vì nói chung độ lợi lập biểu miền thời gian thấp khi: Phân tập anten di động giảm phađinh Phân tập anten phát trạm gốc giảm phađinh Băng thơng rộng giảm phađinh phân tập tần số Tốc độ di động cao Truyền sóng đa đường giảm phađinh phân tập đa đường 3.5.2 AMC (Adaptie Modulation and Coding) 3.5.3 Thích ứng đƣờng truyền vịng ngồi (OLLA) Hiệu LA phụ thuộc lớn vào độ xác báo cáo CQI Các nghiên cứu cho HSDPA trước cho thấy cần phải có giải thuật OLLA cho trường hợp phản hồi CQI từ UE bị lỗi trễ báo cáo OLLA chế vịng kín sử dụng để giảm ảnh hởng sai lỗi CQI lên hiệu LA Đo CQI bị mắc lỗi dựa số lượng có hạn ký hiệu RS (Reference Signal: tín hiệu tham chuẩn) chèn vào khung con, chế độ LTE FDD chi phí cho RS vào khoảng 5% trường hợp luồng Ngồi thời gian dành cho việc ước tính báo cáo CQI hạn chế 1ms Vì phạm vi áp dụng kỹ thuật lấy trung bình để giảm sai lỗi đo bị hạn chế Các yếu tố dẫn đến xác đo CQI kịch thực tế Trong trường hợp khơng thể hồn tồn tránh khỏi sai lỗi CQI, giải thuật OLLA thường áp dụng để ổn định hiệu LA tổng thể Khơng có OLLA, BLER cho truyền dẫn thực tế có khuynh hướng cao BLER đích dự báo Điều đặc biệt giải thuật lập biểu gói đưa định dựa báo cáo CQI Để trì BLER lần phát đầu gần với BLER đích, cần có giải thuật dịch (điều chỉnh) kết đo CQI hình 3.14 người sử dụng i băng thông BW 22 Giá trị dịch O(i ) điều chỉnh theo quy tắc giống điều khiển cơng suất vịng ngồi HSDPA Nếu lần truyền thứ kênh PDSCH thu (nhận Ack), O(i ) giảm lượng: OD S BLERT (3.8) Nếu lần truyền thứ kênh PDSCH bị thu sai (Nack), O(i ) tăng thêm lượng: OU S (1 BLERT ) (3.9) Hình 3.15:Tƣơng tác OLLA AMC OLLA: Outer Loop Link Adaptation, BLER: Block Error Rate:tỷ lệ lỗi khối, CRC: Cyclic Redundance: kiểm tra vòng dư AMC: Adaption modulation and coding: điều chế mã hóa kênh thích ứng, CQI: Channel quality indicator: thị chất lượng kênh, MSC: Modulation and coding scheme: sơ đồ điều chế mã hóa, i: truyền dẫn : i,bw băng thơng cho truyền dẫn i Trong S kích thước bước BLERT BLER mà giải thuật hội tụ đến dịch O(i ) nằm dải quy định Omin O(i ) Omax Quan hệ OD OU sau: OD OU BLERT BLERT (3.10) 23 BLER đích biểu diễn hàm OD OU sau: BLERT oD oD oU (3.11) Tương tác OLLA AMC trình bầy hình 3.15 Sau điều chỉnh vịng ngồi ta SINR cho truyền dẫn i, băng thông BW sau (3.12) SINR(i, bw) CQI (i, bw) O(i) Trong CQI (i,bw) báo cáo chất lượng kênh nhận từ UE cho truyền i với băng thông BW O(i) khoảng dịch để hiệu chỉnh Bảng 3.1:Liệt kê giá trị đƣợc thiết lập cho cácthông số OLLA Thơng số Giá trị 30% BLERT Kích thước bước (S) Dịch tối thiểu Omin 0,5Db -4Db Dịch tối thiểu Omax 4dB 3.5.4 HARQ đƣờng xuống 3.5.5 Lâp biểu gói đƣờng xuống 3.5.6 Lập biểu gói với MIMO 3.6 Kết luận Trong chương trình bày lập biểu động thích ứng đường truyền đường xuống Đưa mơ hình hệ thống tổng qt thể lập biểu gói thích ứng đường truyền đừơng xuống LTE Lập biểu gói đường xuống dựa báo hiệu đường lên sau đây: CQI,Hybrid ARQ ACK/NACK,Yêu cầu lập biểu (Scheduling request),Nguyên lý hoạt động giải thuật LA định nghĩa số đo CQI phù hợp để cung cấp thông tin kênh đảm bảo khuôn dạng truyền dẫn hiệu suất luôn sử dụng điều kiện kênh Trong chương trình bày mơ hình tốn học LA để đạt tối ưu thông lượng mức liên kết (đường truyền) Ta ký hiệu N tổng số tài nguyên thời gian – tần số khả dụng băng thông hệ thống dựa độ phân giải lập biểu miền thời gian Độ phân giải lập biểu LTE quy định RB (một 24 khung 1ms gồm 14 ký hiệu OFDM miền thời gian 12 sóng mang miền tần số) Để đảm bảo hoạt động LA miền tần số, mạng yêu cầu UE báo cáo giá trị CQI cho RB Lập biểu gói (PS: Packet Scheduler) đặt lớp MAC (Medium Access Control) với mục đích sử dụng hiệu tài nguyên đường xuống DLSCH Nhiệm vụ PS ghép người sử dụng vào miền thời gian miền tần số KẾT LUẬN Lập lịch hệ thống thông tin di động LTE giải vấn đề cách thức chia sẻ tài nguyên vô tuyến người sử dụng khác mộ hệ thống để đạt hiệu xuât sử dụng tốt Lập biểu phụ thuộc kênh cho phép giảm thiểu lượng tài nguyên cho người sử dụng,vì cho phép nhiều người sử dụng hệ thống mà đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ Thích ứng đuờng truyền giải vấn đề liên quan đến thiết lập thông số truyền dẫn đừơng truyền vô tuyến để thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến Tuy nhiên thực tế việc thay đổi chất lượng đường truyền truyền vơ tuyến khơng tuyệt đối, lý sử dụng HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest: yêu cầu phát lại tự động ), HARQ phát lại gói thu bị lỗi Quản lý tài nguyên (RRM: Radio Resource Management) đảm bảo sử dụng tài nguyên vô tuyến hiệu phục vụ người sử dụng theo thơng số QoS lập cấu hình cách sử dụng kỹ thuật thích ứng Các giải thuật quản lý tài nguyên có tầm quan trọng lớn cho việc tối ưu hóa dung lượng hệ thống hiệu người sử dụng đầu cuối Các giải thuật 4G LTE lập biểu gói, điều khiển cho phép, điều khiển công suất điều khiển nhiễu Lập biểu gói thực miền thời gian miền tần số Lập biểu miền tần số đem lại lợi ích dung lượng tốc độ máy di động thấp Lập biểu đường lên khó khăn hơn, báo hiệu từ mạng đến đầu cuối di động đòi hỏi thời gian truyền dẫn SC-FDMA đường lên phải sử dụng khối tài nguyên lân cận Báo hiệu sử dụng để hỗ trợ lập biểu bao gồm: CQI, SRS, BSR PHR 25 Tài liệu tham khảo [1] Cơ sở kỹ thuật thông tin vô tuyến TS Nguyễn Phạm Anh Dũng [2] Tshiteya Dikampa Dowlink Scheduling in GPP Long Term Evolution(LTE), Deft University of technology 2009 [3] Francesco Davide Calabrese Cheduling and link adaptation for uplink SC- FDMA Systems A LTE case study PhD Thesis Aalborg, Denmark April 2009 [4] Akhilesh Pokhariyal Downlink frequency – Domain Adaptation and Scheduling – A case Study Based on the URTRA long Term Evolution PhD Thesis Aalborg, Denmark, august 2007 [5] H Holma and A Toskala, Eds., WCDMA for UMTS – HSPA Evolution and LTE John Wiley & Sons Ltd, 2007 [6] 3GPP Technical Report 25.913, version 7.3.0, Requirements for Evolved UTRA (E-UTRA) and Evolved UTRAN (EUTRAN),March 2006 [7] B Classon, P Sartori, V Nangia, X Zhuang, and K Baum, “Multi-dimensional Adaptation and Multi-user Scheduling Techniques for Wireless OFDM systems,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC), vol 3,Orlando, Florida, USA, May 2003, pp 2251–2255 [8] 3GPP Technical Specifications 36.101, version 8.2.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment(UE) Radio Transmission and Reception (Release 8), May 2008 [9] 3GPP Technical Specifications 36.104, version 8.2.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) Radio Transmission and Reception (Release 8), May 2008 [10] A Toskala, H Holma, K Pajukoski, and E Tiirola, “UTRAN Long Term Evolution in 3GPP,” in Proceedings of the IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Helsinki, Finland, 2006 [11] C Rosa, D L Villa, C U Castellanos, F D Calabrese, P H Michaelsen, K I Pedersen, and P Skov, “Performance of Fast AMC in E-UTRAN Uplink,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC), Beijing, China, May 2008, pp 4973–4977 [12] GSMA, “GSM Association (GSMA) - www.gsmworld.com,” April 16th 2008 ... Chương 1:Tổng quát scheduling thích ứng đường truyền LTE Chương 2:Quản lý nguồn vô tuyến đường lên LTE Chương 3:Lập biểu đường xuống động, thích ứng đường truyền HARQ đường xuống Trong trình làm... nghiên cứu lập lịch gói tin PS thích ứng đường truyền LA thông tin di động LTE 5 1.2 Tổng quát UTRAN LTE 1.2.1 Giới thiệu UTRAN LTE UTRAN LTE (Universal Terrestrial Radio Access Network Long Term... 3.6 Kết luận Trong chương trình bày lập biểu động thích ứng đường truyền đường xuống Đưa mơ hình hệ thống tổng qt thể lập biểu gói thích ứng đường truyền đừơng xuống LTE Lập biểu gói đường xuống