Tài liệu Ước lượng kênh trong lte

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------Lưu trí Vương ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.PHẠM HẢI ĐĂNG Hà Nội – Năm 2014 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của chính bản thân. Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và mô phỏng thực tế của mình, không sao chép từ bất kỳ một luận văn nào khác. Mọi thông tin trích dẫn đều được tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này. Tác giả luận văn 1 Lời cảm ơn Lời đầu tiên tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và sự kính trọng của mình tới TS. Phạm Hải Đăng - người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình tìm hiểu học tập và nghiên cứu tại Viện Điện tử- Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, các Cô Viện Điện tử- Viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi được học hỏi thông qua các môn học cũng như hoàn thành khoá học. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân và bạn bè đồng nghiệp đã khích lệ và động viên tôi hoàn thành luận văn này. Tác giả 2 Danh mục các từ viết tắt Ký hiệu Tiếng anh Tiếng việt 16QAM 16 Quadrature Amplitude Điều chế biên độ cầu phương 16 mức Modulation Mạng di động thế hệ thứ 3 3G Third-generation 3GPP Third Generation Partnership Dự án đối tác thế hệ thứ 3 Project 4G Fourth generation Mạng di dộng thế hệ thứ 4 64QAM 64 Quadrature Amplitude Điều chế biên độ cầu phương 32 mức Modulation BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc CDD Cycle delay diversity CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CFO Carrier Frequency Offset Dịch tần số sóng mang CP Cyclic prefix Tiền tố vòng CRC Cyclic redundancy check Mã kiểm tra dư thừa vòng DFDMA Distributed FDMA SC-FDMA phân bố DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh HSPDA High Speed Uplink Packet Truy nhập gói tốc độ cao đường lên Phân tập trễ vòng Access IBI Inter Block Interference Nhiễu giữa các khối ICI Inter Carrier Interference Nhiễu liên sóng mang IDFT Invert Discrete Fourier Biến đổi Fourier rời rạc ngược Transform SC-FDMA đan xen IFDMA Interleaved SC-FDMA IFFT Invert Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược IMT International Mobile Liên minh viễn thông di dộng quốc tế Telecommunications ISI Inter symbol interference Nhiễu xuyên ký tự 3 IRC Interference Refection Kết hợp loại bỏ nhiễu Combining ITU International Liên minh viễn thông quốc tế Telecommunication Union LFDMA Localized SC-FDMA SC-FDMA khoanh vùng LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn MAI Multi Access Interference Nhiễu đa truy nhập MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào Nhiều đầu ra MMSE Minimum Mean Square Error Ước lượng sai số trung bình bình phương cực tiểu MRC Maximum rate combined Kết hợp tỷ lệ cực đại MU-MIMO Multi-user MIMO MIMO nhiều người dùng OFDM Orthogonal Frequency Division OFDMA Ghép kênh phân chia theo tần số trực Multiplexing giao Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần số Multiple Access trực giao PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trung bình QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha cầu phương SC Selective Combined Kết hợp chọn lọc SC-FDMA SDMA Đa truy cập phân chia theo tần số đơn Single Carrier- Frequency Division Multiple Access sóng mang Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không gian SFBC Space Frequency Block Code Mã hóa khối không gian-tần số SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần số SFTD Space Frequency Transmit Phân tập phát không gian- tần số Diversity SIC Successive Interference Triệt nhiễu nối tiếp Cancellation SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm STBC Space-time block code Mã hóa khối không gian- thời gian STTD Space Time Transmit Diversity Phân tập phát không gian- thời gian SU-MIMO Single-user MIMO MIMO một người dùng TBS Transport block size Kích thước khối vận chuyển 4 TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Telecommunication System WCDMA ZF Wideband Code Division Đa truy cập phân chia theo mã băng Multiple Access rộng Zero Forcing Cưỡng bức không 5 MỤC LỤC Lời cam đoan ......................................................................................................................... 1 Lời cảm ơn ............................................................................................................................. 2 Danh mục các từ viết tắt ........................................................................................................ 3 MỤC LỤC ............................................................................................................................. 6 MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 9 1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................................... 9 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................................... 9 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................................... 9 4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 10 5. Các chương trong đề tài ................................................................................................... 10 6. Chú thích .......................................................................................................................... 10 Chương 1: GIỚI THIỆU LTE .............................................................................................. 11 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE ......................................................................................... 11 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax............................................................ 13 1.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến .......................................................................................... 17 1.3.1 Điều khiển kết nối vô tuyến (RLC - Radio Link Control) ...................................... 20 1.3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường (medium access control) ......................... 22 1.3.3 Hybrid ARQ ............................................................................................................ 26 1.4 PHY: physical layer - lớp vật lý..................................................................................... 31 1.5 Các trạng thái LTE ......................................................................................................... 35 Chương 2: CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ĐA TRUY NHẬP TRONG LTE ........................... 37 2.1 Công nghệ OFDM.......................................................................................................... 37 2.2 Đa truy nhập trong LTE ................................................................................................. 40 2.2.1 Hoạch định đường xuống. ........................................................................................... 40 2.2.2 Hoạch định đường lên. ................................................................................................ 43 2.2.3 OFDMA ...................................................................................................................... 46 2.2.3.1 Cyclic prefix, CP...................................................................................................... 48 2.2.3.2 Đặc tính và băng thông kênh LTE ........................................................................... 49 2.2.4 SC-FDMA ................................................................................................................... 50 Chương 3: ƯỚC LƯỢNG KÊNH LTE ............................................................................... 55 3.1 Khái niệm va mô hình tín hiệu ................................................................................... 55 3.1.1 Khái niệm ................................................................................................................ 55 3.1.2 Mô hình tín hiệu ...................................................................................................... 57 3.2 Ước lượng kênh sử dụng pilot ................................................................................... 58 3.2.1 Ước lượng bình phương tối thiểu (LS) .................................................................. 61 6 3.2.2 Ước lượng kênh bình phương trung bình tối thiểu (MMSE) ................................. 64 Chương 4 : MÔ PHỎNG ƯỚC LƯỢNG KÊNH ................................................................ 67 ĐƯỜNG XUỐNG VÀ NHẬN XÉT ................................................................................... 67 1. Mô phỏng ước lượng kênh đường xuống dùng phương pháp MMSE đối với các mode truyền ................................................................................................................................... 67 2. Kết luận ......................................................................................................................... 71 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................... 73 Tài liệu tham khảo ............................................................................................................... 74 7 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Sự ra đời của 4G mở ra khả năng tích hợp tất cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dịch vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và công nghệ mã hoá media chất lượng cao trên nền các mạng di động. Công nghệ 4G/LTE sẽ cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao (1Gbps cho truyền dẫn đường xuống và 500Mbps cho đường lên), băng thông rộng (lên đến 100MHz) và dung lượng lớn. Để đạt được các tiêu chuẩn trên, cùng với việc đảm bảo tốt chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền và độ tin cậy của hệ thống, các kỹ thuật tiên tiến đã được sử dụng trong hệ thống như: OFDMA, MIMO anten,… Một trong những kỹ thuật được quan tâm là ước lượng kênh truyền trong mạng LTE. Những ưu điểm của kỹ thuật này: - Nâng cao được chất lượng và độ tin cậy của hệ thống - Tối ưu hiệu suất mạng - Tối đa hóa tốc độ truyền Từ những vấn đề nêu trên cùng với tầm nhìn tổng quan về các hướng nghiên cứu mới hiện thời, người thực hiện chọn đề tài: “Ước lượng kênh truyền trong mạng LTE” 2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: • Nghiên cứu các quy tắc và kỹ thuật ước lượng kênh truyền trong mạng LTE (đường xuống của LTE) • Ứng dụng kỹ thuật ước lượng để khai thác tối đa hiệu suất mạng và nâng cao chất lượng trong mạng LTE 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: • Nghiên cứu các mô hình kênh truyền, phương pháp ước lượng kênh trong miền thời gian và ứng dụng trong mạng LTE. • Các yếu tố ảnh hưởng và lợi ích thu được khi ứng dụng kỹ thuật ước lượng kênh truyền • Ứng dụng matlab để mô phỏng Phạm vi nghiên cứu: 9 • Đề tài đưa ra giải pháp ứng dụng kỹ thuật ước lượng kênh truyền để tăng tốc độ truyền dữ liệu và tính ổn định, tin cậy của hệthống trong mạng LTE. 4. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài. - Nghiên cứu quy tắc, kỹ thuật ước lượng kênh truyền trên cơ sở lý thuyết. - Ứng dụng mô phỏng ước lượng kênh trên matlab 5. Các chương trong đề tài Chương 1: Giới thiệu LTE Chương 2: Công nghe OFDM và đa truy nhập trong LTE Chương 3: Ước lượng kênh LTE Chương 4: Mô phỏng ước lượng kênh 6. Chú thích Tài liệu tham khảm được đánh dấu bằng dấu ngoặc vuông có số với phần tài liệu “[số]” 10 Chương 1: GIỚI THIỆU LTE 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE là một chuẩn cho công nghệ truyền thông dữ liệu không dây và là một sự tiến hóa của các chuẩn GSM/UMTS. Mục tiêu của LTE là tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu của các mạng dữ liệu không dây bằng cách sử dụng các kỹ thuật điều chế và DSP (xử lý tín hiệu số) mới được phát triển vào đầu thế kỷ 21 này. Một mục tiêu cao hơn là thiết kế lại và đơn giản hóa kiến trúc mạng thành một hệ thống dựa trên nền IP với độ trễ truyền dẫn tổng giảm đáng kể so với kiến trúc mạng 3G. Giao diện không dây LTE không tương thích với các mạng 2G và 3G, do đó nó phải hoạt động trên một phổ vô tuyến riêng biệt. LTE được hãng NTT DoCoMo của Nhật đề xuất đầu tiên vào năm 2004, các nghiên cứu về tiêu chuẩn mới chính thức bắt đầu vào năm 2005. Tháng 5 năm 2007, liên minh Sáng kiến thử nghiệm LTE/SAE (LSTI) được thành lập, liên minh này là sự hợp tác toàn cầu giữa các hãng cung cấp thiết bị và hãng cung cấp dịch vụ viễn thông với mục tiêu kiểm nghiệm và thúc đẩy tiêu chuẩn mới để đảm bảo triển khai công nghệ này trên toàn cầu càng hợp càng tốt. Tiêu chuẩn LTE được hoàn thành vào tháng 12 năm 2008 và dịch vụ LTE đầu tiên được hãng TeliaSonera khai trương ở Oslo và Stockholm vào ngày 14 tháng 12 năm 2009, đó là kết nối dữ liệu với một modem USB. Năm 2011, các dịch vụ LTE được khai trương ở thị trường Bắc Mỹ, với việc hãng MetroPCS giới thiệu mẫu điện thoại thông minh hỗ trợ LTE đầu tiên là Samsung Galaxy Indulge vào ngày 10 tháng 2 năm 2011và tiếp sau đó là hãng Verizon giới thiệu mẫu điện thoại thông minh hỗ trợ LTE thứ hai là HTC ThunderBolt vào ngày 17 tháng 3 cùng năm. Ban đầu, các nhà mạng CDMA có kế hoạch nâng cấp các tiêu chuẩn cạnh tranh là UMB và WiMAX, nhưng tất cả các nhà mạng CDMA lớn (như Verizon, Sprint và MetroPCS ở Mỹ, Bell và Telus ở Canada, au by KDDI ở 11 Nhật Bản, SK Telecom ở Hàn Quốc và China Telecom/China Unicom ở Trung Quốc) đã thông báo họ dự định sẽ chuyển lên chuẩn LTE. Sự tiến hóa của LTE là LTE Advanced, đã được chuẩn hóa vào tháng 3 năm 2011. Các mục tiêu của công nghệ này là: - Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz: - Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps - Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6: - Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 lần. - Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần) - Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế. Hình 1.1 - Kiến trúc của mạng LTE 12 Hình 1.2 Bảng phát triển của công nghệ LTE - Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD. 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều 13 dùng kỹ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn WiMax hiện tại (802.16e) cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên, có thể WiMax cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là WiMax 2.0) có tốc độ tương đương hoặc cao hơn. Hình 1.3 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác[21]. Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access). Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA. LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division 14 Duplex). Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp FDD). TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và TLE. Hiện tại WiMax có lợi thế đi trước LTE: mạng WiMax đã được triển khai và thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trường, còn LTE thì sớm nhất cũng phải đến năm 2010 người dùng mới được trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động toàn cầu với khoảng 2.5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media) và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) – những con số “trong mơ” đối với WiMax. Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu. Bảng 1.1: LTE và WIMAX Tính năng 3GPP LTE 802.16e/Mobile 802.16m/Mobile RAN1 WiMax R1 WiMax R2 Ghép kênh TDD, FDD TDD TDD, FDD Băng tần dự kiến Tốc độ tối 700MHz 2,6GHz đa 300Mbps – 2,3GHz, 2,5GHz, 3,8GHz 70Mbps 15 3,3- 2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz 300Mbps (Download/Upload) /100Mbps /70Mbps /100Mbps Di động 350km/h 120km/h 350km/h Phạm vi phủ sóng 5/30/100km 1/5/30km 1/5/30km 80 50 100 người Số VoIP đồng thời dùng Dự kiến cuối Thời điểm hoàn tất năm chuẩn hoặc 2008 2005 đầu Dự kiến trong năm 2009 năm 2009 Triển khai ra thị 2009trường 2010/2012 2007-2008/2009 2010 Thời thế đổi thay, nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc triển khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏ con đường WiMax để chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất tại Mỹ là AT&T và Verizon Wireless. Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và Tây Âu nghiêng về LTE, trong khi các nước mới phát triển (đặc biệt là ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương) thì ủng hộ WiMax. Nhiều hãng sản xuất thiết bị đi nước đôi, một mặt tuyên bố vẫn ủng hộ WiMax, mặt khác lại dốc tiền đầu tư cho LTE. Ngay như Intel, đầu tàu hậu thuẫn WiMax, cũng “đổi giọng”. Cả Siavash M. Alamouti, giám đốc kỹ thuật Wireless Mobile Group và Sean Maloney, giám đốc tiếp thị của Intel, trong các phát biểu gần đây đều cho rằng WiMax có thể “hoà hợp” với LTE. 16 Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất. Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn chung? Hiệu năng của WiMax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết định hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường. 1.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE được cấu trúc trong các lớp phương thức khác nhau [5] - Lớp phương thức dưới cung cấp một dịch vụ cho lớp phương thức phía trên • Dữ liệu từ / tới lớp cao hơn được biết như là Service Data Unit (SDU) • Dữ liệu từ / tới thấp hơn được gọi là Protocol Data Unit (PDU) - Mỗi lớp đảm nhiệm một nhiệm vụ khác nhau. • Lớp phía trên không cần quan tâm tới chi tiết hoạt động bên dưới • Cấu trúc là chung cho tất cả hệ thống - Trong LTE, các gói IP đi vào qua tải tin SAE (System Architecture Evolution). Các gói IP đươc xử lý bởi các phương thức. Tổng quan về kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh họa trong hình 1.4. Có một vấn đề sẽ trở nên rõ ràng hơn trong phần thảo luận tiếp theo đó là không phải tất cả những phần tử được minh họa trong hình 1.4 đều được áp dụng trong mọi trường hợp. Ví dụ như trong trường hợp broadcast thông tin hệ thống thì MAC scheduling và hybrid ARQ đều không được sử dụng. Hơn nữa, kiến trúc giao thức LTE liên quan đến đường lên thì tương tự 17 với kiến trúc đường xuống trong hình 1.4, mặc dù cũng có một số sự khác biệt về sự lựa chọn định dạng truyền tải (transport format selection) và truyền dẫn đa anten (multi-antenna transmission) Dữ liệu được truyền trên đường xuống dưới dạng các gói IP trên một trong những tải tin SAE (SAE bearers). Trước khi truyền đi qua giao diện vô tuyến, những gói IP đến (incoming IP packets) sẽ đi qua nhiều phần tử, được tổng kết dưới đây và được mô tả chi tiết hơn trong những phần sau: • Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence Protocol PDCP): thực hiện việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lượng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến. Cơ chế nén tiêu đề dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn được sử dụng trong WCDMA cũng như là trong các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng đảm nhiệm việc mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu được truyền đi. Tại phía thu, giao thức PDCP sẽ thực hiện công việc giải nén và giải mã thông tin. Chỉ có một phần tử PDCP trên một tải tin vô tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động. • Điều khiển liên kết vô tuyến (Radio Link Control - RLC): đảm nhiệm việc phân đoạn / ghép nối, điều khiển việc truyền lại, và phân phát lên các lớp cao hơn theo thứ tự. Không giống như WCDMA, giao thức RLC được định vị trong eNodeB vì chỉ có một loại node đơn trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE (LTE radio access network architecture). RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dưới dạng các tải tin vô tuyến. Chỉ có một phần tử RLC trên một tải tin vô tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động. 18 Hình 1.4 – Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống) • Điều khiển truy cập môi trường (Medium Access Control - MAC): điều khiển việc truyền lại hybrid-ARQ và hoạch định đường lên, đường xuống. Chức năng hoạch định được định vị trong eNodeB, và nó chỉ có một phần tử MAC cho một tế bào, cho cả đường lên và đường xuống. Phần giao thức hybrid ARQ có mặt trong cả đầu cuối phát và thu của giao thức MAC. Khối MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic. 19 • Lớp vật lý (Physical layer – PHY): điều khiển việc mã hóa / giải mã, điều chế / giải điều chế, ánh xạ đa anten (multi antenna mapping), và các chức năng lớp vật lý tiêu biểu khác. Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dưới dạng các kênh chuyển tải (transport channels). Những phần sau sẽ cung cấp những mô tả chi tiết hơn về các giao thức RLC và MAC của LTE cũng như là tổng quan về lớp vật lý khi được nhìn từ lớp MAC, trong khi những chi tiết đầy đủ của lớp vật lý LTE sẽ được đề cập đến trong chương 4. Những thông tin khác có thể được tìm thấy trong đặc tính kỹ thuật của LTE và những tham khảo trong đó. 1.3.1 Điều khiển kết nối vô tuyến (RLC - Radio Link Control) RLC LTE, tương tự như WCDMA/HSPA, đảm nhiệm việc phân đoạn (nén tiêu đề) các gói IP, còn được xem như là RLC SDUs, từ PDCP thành những đơn vị nhỏ hơn, RLC PDUs (Nhìn chung, các phần tử dữ liệu đến/từ một lớp giao thức cao hơn thì được xem như là một Đơn vị dữ liệu dịch vụ SDU – Service Data Unit và phần tử tương ứng đến/từ một lớp giao thức thấp hơn được biểu thị như Đơn vị dữ liệu giao thức PDU – Protocol Data Unit). Nó cũng điều khiển việc truyền lại các PDUs bị nhận nhầm, cũng như là xóa bỏ những PDUs bị nhân đôi (duplicate removal) và ghép nối các PDUs nhận được. Cuối cùng, RLC sẽ đảm bảo việc phân phát theo trình tự các RLC SDUs lên các lớp bên trên. Cơ chế truyền lại RLC có trách nhiệm cung cấp dữ liệu phân phát không bị lỗi cho các lớp cao hơn. Để làm được điều này, sẽ có một giao thức truyền lại hoạt động giữa các phần tử RLC tại đầu thu và đầu phát. Bằng việc giám sát các số thứ tự đi đến (incoming sequence numbers), RLC thu có thể phát hiện ra những PDUs bị thiếu. Các báo cáo trạng thái sẽ được phản hồi trở về RLC phát, 20