Tài liệu Nghiên cứu giải pháp relay trong mạng lte

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- TRẦN ĐẠI NGHĨA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP RELAY TRONG MẠNG LTE Chuyên ngành Mã Số : Kỹ Thuật Viễn Thông : 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn được hoàn thành tại : HỌC VIỆN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học :TS. VŨ TRƯỜNG THÀNH Phản biện 1: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phản biện 2 : ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn Thạc sỹ tại Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. Vào lúc :…..Giờ……..ngày……tháng….năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại : -Thư viện của Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. MỞ ĐẦU Thông tin di động ngày nay đã trở thành một lĩnh vực phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ sự nghiên cứu và phát triển các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Mặc dù các hệ thống thông tin di động 3G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã tiến hành triển khai thử nghiệm và đã chuẩn hóa chuẩn di động 4G. Công nghệ 4G mang lại những tiện ích vượt trội cho người dùng mọi lúc, mọi nơi kể cả khi đang di chuyển với tốc độ cao.Đó chính là điểm khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ ba (3G) và mạng di động thế hệ thứ tư (4G). Nhằm mục tiêu cung cấp dịch vụ truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao cho các thuê bao di động sau 3G, 3GPP đã nghiên cứu đưa ra công nghệ di động LTE bắt đầu từ 3GPP Release 8. LTE là một chuẩn cho công nghệ truyền thông dữ liệu không dây và là một sự tiến hóa của các chuẩn GSM/UMTS. Đề tài “Giải pháp Relay trong mạng LTE” đã được lựa chọn để nghiên cứu và triển khai trong mạng LTE.Với khuôn khổ hạn hẹp với thời gian và trình độ học vấn. Mục đích chính của đề tài đưa ra hoạt động cơ bản của hệ thống mạng LTE, tìm hiểu các công nghệ di động mới tiên tiến, các giải pháp cải thiện về chất lượng dịch vụ để đảm bảo đáp ứng ngày càng cao nhu cầu của người sử dụng. Nội dung luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tổng Quan Mạng Di Dộng LTE. Chương 2: Giới Thiệu Cộng Nghệ Mạng Relay LTE. Chương 3: Nghiên Cứu Hoạt Động Của Relay Trong Mạng LTE Kết luận: Tóm tắt kết quả nghiên cứu, các đề xuất, kiến nghị CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG LTE 1.1 Giới Thiệu Chương. Để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao về các dịch vụ truy nhập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao băng rộng mọi nơi, mọi lúc, mọi dịch vụ, mọi thời điểm mạng di động thế hệ thứ tư – 4G (Fourth Generation) đã được đề xuất nghiên cứu và triển khai trên thế giới. Trong chương này trình bày tổng quan về mạng di động LTE, tiêu chuẩn chất lượng mạng LTE và các giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống trong mạng LTE. 1.2. Tổng Quan Mạng LTE. LTE là một trong các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu của 4G, tiếp theo đó sẽ là IMT-Advanced. 3GPP đã bắt đầu hướng đến IMT-Advance dưới cái tên LTE-Advanced. LTE được xem như là thế thệ thứ tư, thế hệ tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển.Năm 2008, phiên bản phát hành cuối cùng 3GPP 8, mang lại nhiều hơn sự cải tiến đối với HSDPA và HSUPA, được xem như là phát hành đầu tiên của LTE.3GPP phiên bản 9 tập trung vào những mở rộng đối với LTE. Mục tiêu của LTE là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các gói dữ liệu được tối ưu, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt khi triển khai. Các đặc điểm của LTE phát hành 9 - Tăng tốc độ truyền dữ liệu. - Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển . - Giảm độ trễ đối với mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển. - Kỹ thuật chuyển mạch gói . - Độ phủ sóng từ 5-100km . Các đặc điểm nổi bật của công nghệ 4G là: 1.2.1. Hỗ trợ lưu lượng IP Sự xuất hiện của dịch vụ VoIP cho thấy việc truyền thoại có thể dễ dàng thực hiện qua mạng IP chuyển mạch gói.Kiến trúc mạng 4G được xây dựng với mục tiêu cung cấp dịch vụ IP chất lượng cao. 1.2.2. Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau. Trong các hệ thống 4G, sử dụng nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau. Xu hướng hiện nay là sử dụng phổ tần trong băng tần không cần cấp phép ISM (Industrial, scientific and medical radio bands): công nghệ Bluetooth (IEEE 802.15.1), tiêu chuẩn IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g. Nút mạng 4G có thể thích ứng các khả năng để khai thác một cách hiệu quả cả các dải tần còn trống. 1.2.3. Hỗ trợ tính di động tốt. Trong các hệ thống 4G, người dùng sẽ di động trong một vùng có kích thước đáng kể và giao tiếp thông qua các thiết bị đầu cuối vô tuyến.Người dùng phải có khả năng liên lạc bằng một số nhận dạng duy nhất. Như vậy, mạng 4G sẽ phải có một phương tiện phù hợp để nhận dạng người dùng và cho phép người dùng điều khiển số nhận dạng và thực hiện ánh xạ một cách hiệu quả đến điểm đích chung. 1.2.4. Không cần liên kết điều khiển. Trong trường hợp của băng tần ISM thì có thể lập mạng Adhoc từ một nhóm nút, cho phép các nút giao tiếp trực tiếp với nhau, thậm chí các nút có thể cộng tác với nhau, chuyển tiếp lưu lượng của nhau. 1.2.5. Hỗ trợ bảo mật đầu cuối – đầu cuối. Trong các mạng 4G, yêu cầu về bảo mật lớn hơn rất nhiều so với mạng 3G do mạng 4G có kiến trúc mở. Do đó cần phải có một môđun bảo mật tích hợp để bảo vệ dữ liệu giữa các mạng khác nhau và hơn nữa là một mô hình bảo mật để bảo vệ nhiều thực thể. Các nút di động và cố định sẽ tương tác với nhau không cần liên hệ với điều hành mạng.Các giao thức và thủ tục phải có khả năng cho phép người dùng trong các nút mạng này nhận thực đủ thông tin để nhận dạng người dùng và có thể kết nối.Đây chính là tính năng bảo mật đầu cuối – đầu cuối. 1.3. Tiêu chuẩn chất lượng hệ thống mạng 4G. Bảng 1.1 liệt kê các yêu cầu của IMT – Advanced đặt ra bởi ITU: Hạng mục Tiêu chuẩn IMT – Advanced Peak Data Rate (Downlink) 1 Gbps Peak Data Rate (Uplink) 500 Mbps Cấp phát phổ tần > 40 MHz Độ trễ (User Plane) 10 ms Độ trễ (Control Plane) 100 ms Hiệu suất phổ đỉnh (Downlink) 15 bps/Hz (4x4) Hiệu suất phổ đỉnh (Uplink) 6,75 bps/Hz (2x4) Hiệu suất phổ trung bình (Downlink) 2,2 bps/Hz (4x2) Hiệu suất phổ trungbình (Uplink) 1,4 bps/Hz (2x4) Hiệu suất phổ tại biên tế bào(Downlink) 0,06 bps/Hz (4x2) Hiệu suất phổ tại biên tế bào (Uplink) 0,03 bps/Hz (2x4) Khả năng di chuyển Tới 350 km/h. 1.4 Kiến trúc mạng LTE. Hệ thống 3GPP LTE được thiết kế để đảm bảo rằng giao thức IP được kết nối giữa giao diện UE vào mạng lõi( core Network ). LTE hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói, hướng đến cung cấp các kết nối IP giữa các UE (User Equipment) và PDN (Packet Data Network).Phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoại thông qua các kết nối gói. 1.4.1. Mạng Lõi (Core Network). Lõi tiến hóa (EPC) là sự phát triển của mạng lõi GSM và WCDMA.Kiến trúc tầng của nó có thể đáp ứng được các dịch vụ thông lượng cao với độ trễ thấp hơn. EPC bao gồm các node logic khác nhau như: - Thực thể quản lý di động (MME). - Cổng phục vụ (S-GW). - Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW). - Chức năng điều khiển chính sách và các quy luật tính cước (PCRF). - Server thuê bao tại nhà (HSS). - Các dịch vụ Mutilcast Broadcast đa phương tiện (MBMS). 1.4.2 Mạng truy nhập (Access Network). Mạng truy nhập vô tuyến LTE sở hữu kiến trúc tầng, bao gồm các nút NodeB tiến hóa (Enode B).Nó xử lý tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến của mạng di động.EnodeB sử dụng giao diện S1 để kết nối với lõi gói tiến hóa (EPC). 1.4.3. Kiến trúc giao thức vô tuyến ( Radio Protocol Architecture). - Giao thức S1-AP (S1 Application Protocol) được sử dụng trên mặt phẳng điều khiển giữa EnodeB và mạng lõi (Core Network), MME. - Giao thức đường hầm GPRS (GTP-U): được sử dụng trên các giao diện của mạng lõi (Core Network). - Tín hiệu điều khiển L1/L2 chứa gán lập lịch đường xuống và hỗ trợ lập lịch đường lên và báo nhận H-ARQ. - Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP): thực hiện nén tiêu đề gói tin IP, để truyền với số lượng bít ít hơn trên giao diện vô tuyến. - Lớp RLC: chịu trách nhiệm phân chia, ghép nối, truyền lại và sắp sếp chuỗi tiếp nhận tới các lớp cao hơn. - Lớp MAC: chịu trách nhiệm ghép kênh dữ liệu tử các tải tin vô tuyến khác nhau, truyền lại H-ARQ và lập lịch cho đường lên và đường xuống. - Lớp vật lý (PHY): chịu trách nhiệm mã hóa/giải mã hóa, điều chế/ giải điều chế, xử lý đa anten và lập bản đồ của tín hiệu đến các nguồn tài nguyên thời gian- tần số vật lý. 1.4.4 Enode B. - Mạng truy nhập vô tuyến của LTE chỉ bao gồm có các EnodeB (được gọi với các tên Trạm gốc BS) và RNs, nếu có. Khác với mạng truy nhập vô tuyến WCDMA (UMTS), nơi mà nhiều EnodeB liên kết với một điều khiển mạng vô tuyến đơn lẻ (RNC).Nhiệm vụ của EnodeB không chỉ kết nối thông qua giao diện vô tuyến, mà còn lập kế hoạch, cân bằng tải, quản lý di động, quản lý chuyển giao và quản lý nhiễu. 1.4.5 Giao diện vô tuyến Sơ đồ đa truy nhập Trạm BS kết nối với MS thông qua không khí, do đó các dòng bít có sẵn tại lớp MAC phải được điều chế để truyền thông qua giao diên vô tuyến. Theo hướng Downlink đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (O-FDMA) được chọn. Theo đường lên, 3GPP đã chọn đa truy nhập phân chia theo tần số sóng mang đơn (SCFDMA). Ưu điểm của SC-FDMA so với O-FDMA là tỉ lệ công suất trung bình đỉnh (PAPR) nhỏ hơn do đó thiết kế bộ khuyếch đại công suất hiệu quả hơn. Ví dụ : băng thông sóng mang là 10 Mhz thì có khoảng 50 RB. 10 Mhz = 50RB* 180kHz (9MHz) + 1 MHz ( băng bảo vệ) (1.1) Khoảng thời gian của 1 RB được gọi là 1 khe cắm. 2 khe cắm gọi là 1 khung. 1.4.6 Các vấn đề về thu phát tín hiệu Trong phần này chúng ta đề cập đến các lý thuyết và mô hình tính toán liên quan đế thu phát tín hiệu 1.4.6.1 Chiều dài tín hiệu tiếp nhận Trước tiên chúng ta muốn biết công suất tiếp nhân Prx là một hàm của khoảng cách d và công suất chiều dài tính hiệu truyền Ptx . Khi giả định môi trường đô thị, Mô hình suy hao đường truyền Hata được xem xét : L(di ) = Lfix + 10a log10 (d) [dB] (1.2) Trong đó Lfix là một tham số phụ thuộc vào chiều cao anten, tần số truyền sóng ... a là tổn hao đường truyền theo quy luật hàm mũ, d là khoảng cách giữa MS với EnodeB (km). 1.4.6.2 Nhiễu và tạp âm Nhiễu Nhiễu là 1 điều không mong muốn từ các thiết bị trong các Cell phục vụ khác nhau. Bời vì trong Cấu trúc mạng LTE/E-UTRAN mỗi Cell sử dụng cùng băng tần giống nhau, điều này này sinh một vấn đề. Để ngăn chặn điều này các EnodeB phải giao tiếp với nhau VD: hai MS trên hai Cell phục vụ khác nhau sẽ không phát tần số giống nhau tại 1 thời điểm. Tạp âm Tạp âm là 1 biến ngẫu nhiên trong tín hiệu điện. Tồn tại nhiều nguồn tạp âm khác nhau như tạm âm do nhiệt độ, do bắn, tạp âm nhấp nháy và tạp âm nổ. Ở đây chúng ta quan tâm đến tạp âm do nhiệt được mô tả bởi phương trình: P= Kb T *∆f [W] (1.4) Hoặc có thể tính theo dBm: PdBm = 10 Log10 (Kb T ∆f *1000 ) = 10 Log10(Kb T *1000 ) + 10 Log10(∆f) (dBm). Với Kb = 1.38 × 10-23 J / K , nhiệt độ phòng T= 293K PdBm = -174 + 10 Log10(∆f) [dBm] . 1.4.6.3 Tốc độ dữ liệu Theo định lý Shannon- Hartly : C=BW* Log2(1+S/N ) (1.5) Trong đó : C là tối đa khả năng kênh lỗi (b/s) BW băng thông (Hz) S Trung bình công suất tín hiệu N tiếng ồn Gauss trắng cộng Ở đây chúng ta thấy rằng với tỉ lệ S/N cao hơn, thì bạn có thể đạt được công suất tối đa C cao hơn.Sử dụng công nghê LTE, công suất tối đa này không được. Tuy nhiên theo 3GPP11 tốc độ dữ liệu sử dụng công nghệ LTE đường lên tỉ lệ thuận với công suất tối đa bằng cách sử dụng liên tục toán tử = 0,4 Do đó mô hình tốc độ dữ liệu đường lên trở thành C= 0.4*180kHz* Log2 (1+S/N ) Mô hình này tính toán chính xác hơn tốc độ dữ liệu trong LTE/UTRAN. Ngoài tra trên thực tế tốc độ dữ liệu còn phục thuôc vào chỉ số riêng biệt MCS (sơ đồ điều chế và mã hóa), CQI (chất lượng kênh truyền) để mô phỏng tốc độ dữ liêu của MS. Điều chế sử dụng trong công nghệ LTE là 16QAM nhưng trong phiên bản LTE-advanced là 64QAM nhưng không phải tất cả MS đều hỗ trợ 64QAM. Nên 16 QAM được dùng để điều chế tối đa. 1.5. Giải pháp nâng cao dung lượng và chất lượng dịch vụ hệ thống 4G LTE 1.5.1. Kết hợp băng thông Giải pháp này nhằm mục đích đạt được yêu cầu về tốc độ dữ liệu đỉnh (peak data rate). Việc kết hợp băng thông ở các kênh tần số 20 MHz là phương án khả quan hơn vì dễ tìm kiếm phổ tần. Nó là một trong những chức năng quan trọng của LTEAvanced. Hình 1.7 Kết hợp sóng mang trong mạng LTE-Advanced. 1.5.2. Hệ MIMO bậc cao và định hướng búp sóng LTE phiên bản 8 hỗ trợ tới 4 máy thu và máy phát trên eNB, tới 2 máy phát và 4 máy thu cho UE. Khả năng tăng độ lợi thu từ các hệ MIMO và từ điều khiển búp sóng (beamsteering) là hàm của số lượng các anten. Đề xuất có thể tăng con số này của hệ thống lên đến 8x8 với eNB và 4x4 cho UE. Tại eNB, anten 4x đang được sử dụng. Nếu tăng lên 8x phải lắp đặt thêm một số thiết bị trên cột để tránh chi phí khi tăng thêm cáp. Hình1.8 Hệ MIMO bậc cao 1.5.3. Hệ MIMO phối hợp Sự khác biệt giữa hệ MIMO tiêu chuẩn và hệ MIMO phối hợp được thể hiện trên hình sau: Hình 1.9 Ba kiểu MIMO phối hợp trong hệ thống di động Sự khác nhau rõ ràng nhất là ở hệ MIMO phối hợp, thiết bị phát không đặt gần nhau về mặt vật lý. Hệ MIMO nhiều người dùng trong đường uplink cũng có các thiết bị phát độc lập theo các UE khác nhau nhưng không có khả năng chia sẻ dữ liệu giữa các UE để phục vụ mục đích phối hợp tiền mã hóa. 1.5.4. Sử dụng Relay. Một phương pháp khác để khắc phục, mở rộng vùng phủ sóng trong các điều kiện khó triển khai là sử dụng Giải Pháp Relay. Hình 1.10 Sử dụng Relay Phương pháp đơn giản nhất là sử dụng một bộ lặp (Repeater) làm nhiệm vụ tiếp nhận, khuếch đại và truyền lại tín hiệu downlink và uplink để khắc phục tình trạng phủ sóng yếu. 1.5.5. Mạng tự tối ưu hóa. Ngày nay các hệ thống thông tin di động tế bào ngày càng được tập trung và việc đưa thêm các node vào mạng sẽ gây tốn kém về tài chính và thời gian.Một tính năng đang được xem xét của LTE – Advanced là khái niệm “Mạng tự tối ưu hóa” (Self Optimizing Network – SON).Lợi ích của nó là giúp giảm ảnh hưởng của việc đưa thêm các node mới vào mạng.Các khái niệm này được đề cập đến ở phiên bản 8 và tiếp tục trong các phiên bản 9 và 10. 1.5.6. Sử dụng Femtocell. Femtocell có thể được triển khai tại các hộ gia đình, công ty hoặc tại các khu vực công cộng như nhà ga sân bay .Phần lớn femtocell được triển khai trong nhà nên có sự cách ly giữa femtocell và macrocell. Việc triển khai femtocell/hotspot không phải là để cạnh tranh với micro/macro cell mà là để bổ sung, đảm bảo chất lượng hệ thống. Hình 1.11.Femtocell trong LTE. 1.5.7. Điều phối và gạt nhiễu. Sự áp dụng công nghệ OFDMA vào hệ thống thông tin di động tổ ong (bắt đầu từ 802.16e và tiếp tục với LTE/SAE) đã làm thay đổi lớn về gạt nhiễu ở biên tế bào.Trong kỹ thuật OFDMA khả năng lập lịch chọn tần với kênh truyền đã mở ra khả năng về tối ưu hóa các thông số trong tế bào nhưng nhiễu đồng kênh trong tế bào trở nên biến đổi nhiều hơn.Việc nghiên cứu các tác động của loại nhiễu này vẫn đang được tiến hành. 1.6. Kết luận chương Mạng LTE ra đời đã thể hiện những ưu điểm vượt trội so với các mạng 3G thế hệ trước. Chương này đã trình bày những tiêu chuẩn của mạng 4G IMT – Advanced của ITU và đưa ra một số giải pháp để nâng cao chất lượng hệ thống, trong đó có vấn đề Giải Pháp Relay trong mang LTE. Trong chương 2, chúng ta sẽ phân tích giải pháp này trong hệ thống thông tin di động và trong mạng 4G LTE. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MẠNG RELAY TRONG LTE 2.1 Giới Thiệu Chương Trong chương này chúng ta sẽ đề cập đến các vấn đề liên quan đến triển khai mạng LTE, Các công nghệ mạng Relay, mục đích sử dụng, các ưu và nhược điểm của trạm Relay, phân loại trạm Relay trong mạng LTE. Phân tích sự truy nhập vô tuyến và kiến trúc cho trạm Relay. 2.2 Giới Thiệu Công Nghệ Mạng Relay Trong LTE. Trong quá trình chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo, như là 3GPP LTE_advanced, công nghệ trạm chuyển tiếp đang được xem xét và nguyên cứu. Một cơ sở hạ tầng mạng dầy đặc có thể được triển khai bằng cách triển khai các trạm chuyển tiếp Relay, điều này làm giảm khoảng cách người dùng thiết bị di động UE đến trạm phát sóng do đó đạt tốc độ truyền tải cao hơn. Bán kính vùng phủ sóng và năng lực tại vùng biên giới của Cell phủ sóng vẫn còn tương đối nhỏ do tỉ số SINR thấp. Việc phát triển các Node trạm chuyển tiếp Relay tại các vùng biên giới của Cell phủ sẽ giúp tăng cường năng lực vùng phủ và mở rộng bán kính vùng phủ sóng . Theo cách mà liên kết truyền dẫn không dây được phân bổ, các RNs có thể được phân loại như sau : + Trong băng, khi kết nối backhaul được phân bổ trên cùng tần số sóng mang như các kết nối truy nhập. + Ngoài băng, khi kết nối bachhaul và kết nối truy nhập được phân bổ tần số khác nhau. 2.2.1 Các vấn đề liên quan tới triển khai mạng LTE 2.2.1.1 Thủ tục khởi động trạm chuyển tiếp Relay Khi 1 trạm chuyển tiếp mới được triển khai trong mạng, nó sẽ tự động gắn nó vào mạng di động.Thủ tục này dựa trên thủ tục thiết bị người dùng UE thông thường kết nối vào mạng.Có 2 phần trong thủ tục khởi động của trạm chuyển tiếp. Giai đoạn thứ nhất : nút chuyển tiếp Relay tạo ra kết nối RRC tới trạm gốc EnodeB và liên kết với chính nó như là một thiết bị người dụng UE thông thường để cấu hình khởi tạo. Giai đoạn thứ hai: nút chuyển tiếp Relay kết nối đến trạm gốc (BS) lựa chọn từ danh sách trong gian đoạn đầu tiên. Các nút chuyển tiếp Relay sẽ gửi một chỉ số chuyển tiếp đến trạm gốc (BS) trong quá trình thiết lập kết nối RRC. 2.2.1.2 Thủ tục UE liên kết. Có 2 trường hợp liên quan đến thủ tục liên kết UE vào trạm chuyển tiếp. Trường hợp thứ nhất UE ban đầu liên kết với trạm Relay khi khởi động và trường hợp khác là UE ban đầu liên kết vơi trạm gốc sau khi khởi động, và bây giờ nó cần liên kết với trạm chuyển tiếp sau khi lựa chọn lại vùng phủ Cell trong trạng thái RRC IDLE. Trong trường hợp đầu tiên, việc hoàn thành kết nối logic S1 liên kết với UE tới mạng lõi được thực hiện do 1 thiết lập kết nối RRC được kích hoạt bởi 1 nút chuyển tiếp. Trường hợp 2 thuộc về loại di động LTE trong trạng thái RRC IDLE.Tất cả các thủ tục di động LTE trong trạng thái RRC-IDLE được thực hiện độc lập trong UE. 2.2.1.3 Thủ tục chuyển giao 2.2.1.3.1. Chuyển giao từ trạm Relay đến trạm gốc EnodeB Trong RRC_CONNECTED, E-UTRAN quyết định Cell phủ mà UE nên chuyển giao để đảm bảo đường truyền vô tuyến . Trong hình trên dựa trên báo cáo đo đạc trên UE, nút chuyển tiếp quyết định có nên bắt đầu một chuyển giao hay không. Nếu có, nút chuyển tiếp Relay sẽ lựa chọn một mục tiêu Cell phủ cho UE.Sau đó, Relay sẽ gửi bản tin yêu cầu chuyển giao tới trạm EnodeB.EnodeB sẽ tìm mục tiêu EnodeB từ bản tin và chuyển tiếp bản tin X2 hướng tới EnodeB.Sau khi tiếp nhận bản tin báo nhận ACK yêu cầu chuyển giao, nút chuyển tiếp gửi một lệnh chuyển giao tới UE.UE sau đó sẽ tách ra và đồng bộ với mục tiêu EnodeB. 2.2.1.3.2 Chuyển giao từ EnodeB tới Relay Trong trường hợp chuyển giao từ EnodeB đến Relay, thủ tục của nó giống như chuyển giao từ nguồn EnodeB đến mục tiêu Enodeb khác.Từ quan điềm của UE, Relay giống như một EnodeB. UE thông báo đo lường của nó tới nguồn EnodeB. Nguồn EnodeB sẽ quyết định chuyển giao tới trạm Relay.Sau đó trạng thái chuyển giao được thực hiện, yêu cầu chuyển giao được gửi đến trạm Relay thông qua EnodeB.Nếu trạm chuyển tiếp Relay có thể chấp nhận UE, một bản tin được chuyển tới UE để bắt đầu chuyển giao. Dữ liệu đường xuống đến tại EnodeB nguồn tới UE được truyền đến trạm Relay. 2.2.2 Mục đích sử dụng Relay trong Mạng LTE Mục đích sử dụng Relay trong mạng Long Term Evolution (LTE) là cung cấp mở rộng vùng phủ sóng và tốc độ cao hơn cho người dùng di động ở cạnh biên của Cell phục vụ .Tương tự như bất kỳ các nút mới khác trong mạng LTE, Trạm chuyển tiếp mang lại những thách thức mới.Một trong những thách thức liên quan đến tính di động.Cụ thể hơn, truyền tải dữ liệu qua lạigiữa các trạm DeNB và nút Relay (RN) trong quá trình chuyển giao có thể xảy ra. 2.2.3 Các ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng trạm chuyển tiếp Relay 2.2.3.1 Các ưu điểm + Mục đích chính của giải pháp Relay là cung cấp tốc độ dữ liệu đỉnh để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu cao hơn. + RNs tăng cường thông lượng trên toàn mạng bằng cách sử dụng hiệu quả các tiện ích nguồn tài nguyên mạng. + RNs đang là 1 giải pháp chi phí triển khai hiệu quả, đang được nhiều nhà điều hành mạng quan tâm. + RN mang lại độ lợi đáng kể cho chỉ số SINR thông qua kế hoạch mạng hợp lý. 2.2.3.2 Nhược điểm. +Trong chuyển tiếp, DenodeB sử dụng một vùng tài nguyên vô tuyến chung một trong 3 liên kết: liên kết trực tiếp (UEs đến DenodeB), liên kết Relay (từ DenodeB đến Relay) và liên kết truy nhập (từ UEs đến trạm Relay). Hơn nữa, trong chuyển tiếp trong băng, liên kết Relay và liên kết truy nhập sử dụng chung tài nguyên vô tuyến thông qua sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TMA), do đó nó cũng làm giảm hiệu suất của RN. +RNs có bán kính vùng phủ nhỏ do công suất phát thấp, độ lợi anten thấp và tổn hao đường truyền cao theo số mũ. +RNs cũng cần có tài nguyên vô tuyến để cho các đường kết nối Relay, để kết nối với DenodeB. +RN cũng là nguyên nhân gây ra trễ hệ thống trong quá trình xử lý tín hiệu trước khi truyền đi. 2.3 Chuyển Tiếp Trong LTE 2.3.1.1 Chuyên tiếp loại 1. Chuyển tiếp loại 1 còn được gọi với 1 cái tên khac là Booster hay Repeater. Đây là một kiểu công nghệ chuyển tiếp khuyếch đại và chuyển tiếp tín hiệu (AF) bằng cách tần số tín hiệu vô tuyến đường xuống ( downlink) từ trạm gốc sẽ được khuyếch đại và truyền đến thiết bị người dùng UE.. Với những đặc điểm trên, chuyển tiếp loại 1 được sử dụng rộng trong các hệ thống thông tin di dộng 2G và 3G. Nó được nghiên cứu để mở rộng vùng phủ ở các khu vực đồi núi cao, các khu vực dân cư thưa thớt và các khu vực nông thôn. Tuy nhiên nó cũng khuyếch đại đại nhiễu liên Cell (inter-cell) và tạp âm cùng với tín hiệu mong đợi . Điều này làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu SINR và làm giảm độ lợi nâng cao thông lượng ( throughput-enhancement). 2.3.1.2 Chuyển tiếp loại 2. Chuyển tiếp loại 2 là một kiểu công nghệ chuyển tiếp giải mã hóa và chuyển tiếp (DF) bằng cách tín hiệu tiếp nhận RF đường xuống từ trạm gốc được giải điều chế và giải mã hóa và sau đó được giải mã hóa và điều chế một lần nữa trước khi chuyển đến cho thiết bị người dùng UE. Việc xử lý giải mã hóa và giải điều chế được thực hiện tại các trạm chuyển tiếp đã qua. Điều này làm tăng tỉ số SINR, các nhiễu liên Cell và tạp âm sẽ được xử lý và không được khuyếch đại chuyển tiếp. Do đó nâng cao thông lượng sẽ tốt hơn khi so sánh với chuyển tiếp loại 1. 2.3.1.3 Chuyển tiếp loại 3 Chuyển tiếp loại 3 cũng thực hiện tiếp giải điều chế và giải mã hóa của tín hiệu vô tuyến RF tiếp nhận trên đường xuống từ trạm gốc nhưng sau đó cũng thực hiện xử lý (mật mã hóa (Ciphering), sự ghép nối/ phân chia/ ráp lại dữ liệu người dùng User-data) để truyền lại dữ liệu người dùng trên giao diện vô tuyến và cuối cùng thực hiện giải mã hóa và điều chế và truyền đến thiết bị người dùng UE. Cũng giống như chuyển tiếp loại 2, chuyển tiếp loại 3 cũng làm cải thiện thông lượng bằng các loại bỏ nhiễu liên Cell (inter-cell) và tiếng ồn . 2.4 Truy nhập vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Relay. 2.4.1 Cấu hình khung vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Một giải pháp đó là sử dụng mạng tần số đơn lẻ Muticast /Broadcast (MBSFN), cấu hình các khung con trong các khung con tiếp nhận bởi trạm chuyển tiếp tiếp nhận tín hiệu từ trạm gốc (BS). Trong phương pháp này một tín hiệu tham khảo và các tín hiệu điều khiển Relay loại 1/ Relay loại 2 được đặt tại rất nhiều phía trước của khung con, chỉ chiếm 2 kí tự. Trong phương pháp này một thiết bị người dùng UE có thể nhận ra rằng không có dữ liệu truyền từ trạm chuyển tiếp trong 1 khung con của chính nó trong đó các trạm chuyển tiếp tiếp nhận các tín hiệu từ trạm gốc. Tại 1 thời điểm giống như vây, thiết bị người dùng UE có thể đo cường độ tín hiệu RF tiếp nhận từ trạm chuyển tiếp Relay so với tín hiệu tham khảo trong 2 kí tự đầu tiên tại phía trước khu nhỏ. 2.5 Giao thức vô Tuyến cho các trạm truyển tiếp Relay. Trong công nghệ chuyển tiếp loại 3,Trên thực tế, trạm chuyển tiếp được trang bị giao thức hội tụ gói dữ liệu (PDCP) về mật mã hóa và nén tiêu đề cho dữ liệu người dùng.Giao thức điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) điều khiển truyền lại bởi ARQ.Sự trùng hợp/ phân khúc/ ráp lại cho khối dữ liệu dịch vụ (SDU) và trình tự gói tin tiếp nhận.Giao thức điều khiển truy nhập trung bình (MAC) cho HARQ và sơ đồ dữ liệu người dùng và giao thức điều khiển nguồn vô tuyến cho di động, chất lượng dịch vụ (QoS) và điều khiển bảo mật. Thêm vào đó khi quản lý đường kết nối backhaul và kết nối truy nhập vô tuyến trên cùng tần số được miêu tả như trên. Quản lý việc ghép kênh phân chia theo thời gian TDM được yêu cầu giữa hai kết nối trên việc yêu cầu điều khiển vô tuyến liên kết. Điều này được hoàn tất bởi cung cấp 1 phương pháp cho việc định vị nguồn tài nguyên tới kết nối vô tuyến backhaul. 2.6 Xử lý tín hiệu trong trạm chuyển tiếp của hệ thống sử dụng mã turbo. Mã turbo được lựa chọn để nghiên cứu trong các hệ thống dùng trạm chuyển tiếp thông minh vì gần đây loại mã này được đề xuất sử dụng trong hầu hết các chuẩn di động mới như W-CDMA (HSPA), cdma2000 1x EV-DO (Rev A, B, C) hay Mobile WiMAX nhằm nâng cao chất lượng truyền dẫn tín hiệu trong môi trường vô tuyến hở.Việc ghép xen kẽ các bit thông tin của người dùng ở trạm chuyển tiếp thông minh nhằm mục đích tạo sự liên kết giữa thông tin của các người dùng với nhau để tăng độ lợi phân tập không gian 2.7 Kiến trúc mạng cho các trạm chuyển tiếp Trạm chuyển tiếp (Relay station) phải có chức năng tương ứng với những chức năng của trạm phát sóng gốc, các nghiên cứu mới phải được thực hiện trên những chức năng điều khiển và phương thức truyền tải người dùng cần thiết tại giao diện giữa trạm phát sóng gốc và trạm chuyển tiếp và tại giao diện giữa trạm chuyển tiếp và 1 trạm chuyển mạch như là một thực thể quản lý di dông (MME) hoặc là cổng phục vụ (S-PW). Hình 2.10 Kiến trúc mạng vô tuyến cho trạm chuyển tiếp loại 3. 2.8 Kết Luận Chương Trong chương này luận văn đã giới thiệu toàn cảnh công nghệ chuyển tiếp hiện tai được tiêu chuẩn trong hệ thống LTE-Advanced. Cho đến nay trạm chuyển tiếp được phát triển như môt Repeater để mở rộng vùng phủ cho hệ thống kết nối di động 3G tới các vùng đồi núi, các vùng dân cư thưa thớt và các hải đảo xa xôi. Trong hệ thống LTE, công nghệ chuyển tiếp loại 3 được giới thiệu thay vì các repeater (gây nhiễu liên Cell( inter-cell) và tiếng ồn) làm cho tỉ số SINR tăng lên và tăng cường sử dụng thông lượng hiệu quả. Các tiêu chuẩn kỹ thuật trạm truyển tiếp đang được nghiên cứu và phát triển trong phiên bản LTE.10 để mở rộng vùng dịch vụ LTE một cách có hiệu quả và kịp thời.