OFDMA Trong LTE Tung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

------------

BÁO CÁO MÔN HỌC

CÔNG NGHỆ OFDMA VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG LTE

Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Cảnh Minh

Học viên : Nguyễn Thanh Tùng Đặng Hữu Thuần

Khóa : K 22.1

Hà Nội-2015

1

MỤC LỤCMỤC LỤC..............................................................................................................................................1

DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................................................................1

DANH MỤC HÌNH VẼ..........................................................................................................................2

1.Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA)......................................................................2

1.1. Nguyên lý.....................................................................................................................................2

1.2. Ưu nhược - điểm của OFDMA.....................................................................................................4

2. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA..........................................................5

3. Sơ đồ truyền dẫn đường xuống OFDMA............................................................................................7

3.1. Tài nguyên vật lý đường xuống....................................................................................................7

3.2. Các tín hiệu tham khảo đường xuống.....................................................................................12

3.3. Các tín hiệu và kênh vật lý đường xuống...................................................................................14

3.4. Kiến trúc máy phát tín hiệu vật lý..............................................................................................15

3.5. Ghép số liệu đường xuống..........................................................................................................16

3.6 . Xáo trộn....................................................................................................................................20

3.7. Sơ đồ điều chế...........................................................................................................................20

3.8. Thông tin lập lịch đường xuống................................................................................................20

3.9. Mã hóa kênh...............................................................................................................................21

3.10. Tạo tín hiệu OFDM..................................................................................................................21

KẾT LUẬN...........................................................................................................................................23

Học viên : Nguyễn Thanh Tùng GVHD: TS.Nguyễn Cảnh Minh Đặng Văn Thuần

2

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1. Các tham số khối tài nguyên.........................................................................18

Bảng 3.2. Độ rộng băng tần khối tài nguyên vật lý và số khối tài nguyên vật lý phụ

thuộc vào độ rộng băng tần ..........................................................................................18

Bảng 3.3 Các tham số OFDM........................................................................................22

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Khác biệt của OFDM và OFDMA...................................................................3

Hình 2.1. Cấp phát sóng mang con ở OFDM và OFDMA..............................................7

Hình 3.1. Tài nguyên vật lý đường xuống của LTE.....................................................8

Hình 3.2. Cấu trúc miền thời gian – tần số đường xuống của LTE ...........................10

Hình 3.3. Cấu trúc khung con và khe đường xuống..................................................10

Hình 3.4. Một khối tài nguyên......................................................................................12

Hình 3.5. Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống trong trường hợp CP bình thường

(7 ký hiệu OFDM trong một khe)..................................................................................14

Hình 3.6. Sơ đồ khối tạo tín hiệu băng gốc đường xuống.............................................16

Hình 3.7. Lưới tài nguyên thời gian-tần số đường xuống..............................................17


3

1.Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA)

1.1. Nguyên lýĐa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA : Orthogonal

frequency division multiple access) được xây dựng trên cơ sở nguyên lý ghép

kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM: orthogonal frequency division

multiplex). Trong OFDMA, một số các sóng mang con, không nhất thiết phải

nằm kề nhau, được gộp lại thành một kênh con (sub-channel) và các user khi

truy cập vào tài nguyên sẽ được cấp cho một hay nhiều kênh con để truyền nhận

tùy theo nhu cầu lưu luợng cụ thể.

OFDMA sử dụng giống với kỹ thuật OFDM, nhưng thêm vào chức năng

chia tổng số sóng mang bằng cách sử dụng tín hiệu OFDM gộp thành các nhóm

của các sóng mang không kề nhau, mà những user khác nhau được chỉ định các

sóng mang khác nhau. Điều này là cần thiết với việc chia tổng số sóng mang

OFDM để cho nhiều hơn một người sử dụng ở một thời điểm.

OFDMA cho phép nhiều người dùng cùng truy cập vào một kênh truyền

bằng cách phân chia một nhóm các sóng mang con (subcarrier) cho một người

dùng tại một thời điểm. Ở các thời điểm khác nhau, nhóm sóng mang con cho

một người dùng cũng khác nhau.

Hình 1.1. Khác biệt của OFDM và OFDMA


4

Từ hình 1.5 trên ta thấy điểm khác nhau là OFDMA chia các subcarrier

thành từng nhóm gọi là subchannel (màu sắc khác nhau). Và mỗi một

subchannel sẽ dành riêng cho 1 người dùng user.

Trong OFDMA, mỗi người được cấp phát một tần số sóng mang con

(kênh tần số) trong tổng số sóng mang con khả dụng của hệ thống. Về mặt này

ta thấy OFDMA giống như FDMA, tuy nhiên nhờ sử dụng các sóng mang con

trực giao với nhau nên mật độ phổ công suất của các kênh song mang con này

có thể chồng lấn lên nhau mà không gây nhiễu cho nhau. Chính vì vậy mà ta

không cần có các đoạn băng bảo vệ giữa các kênh (hay nói chính xác hơn là chỉ

cần các đoạn băng bảo vệ khá hẹp) và nhờ đó tăng được dung lượng hệ thống

OFDMA so với FDMA.

1.2. Ưu nhược - điểm của OFDMA

OFMDA là phương pháp đa truy nhập dựa trên nền OFDM nên nó mang

những đặc tính của OFDM đó là:

- OFDM tăng hiệu suất sử dụng bằng cách cho phép chồng lấp những sóng

mang con.

- Bằng cách chia kênh thông tin ra thành nhiều kênh con fading phẳng băng

hẹp, các hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hơn những

hệ thống sóng mang đơn.

- OFDM loại trừ nhiễu symbol (ISI) và xuyên nhiễu giữa các sóng mang

(ICI) bằng cách chèn thêm vào một khoảng thời gian bảo vệ trước mỗi

symbol.

- Sử dụng việc chèn kênh và mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM có thể

khôi phục lại được các symbol bị mất do hiện tượng lựa chọn tần số của

các kênh.


5

- Kỹ thuật cân bằng kênh trở nên đơn giản hơn kỹ thuật cân bằng kênh

thích ứng được sử dụng trong những hệ thống đơn sóng mang.

- OFDM ít bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy mẫu (sample timing

offsets) hơn so với hệ thống đơn sóng mang.

- OFDM chịu đựng tốt nhiễu xung với và nhiễu xuyên kênh kết hợp.

- Ngoài những ưu điểm trên thì OFDM cũng có những hạn chế.

- Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng động lớn. Vì tất cả các

hệ thống thông tin thực tế đều bị giới hạn công suất, tỷ số PARR cao là

một bất lợi nghiêm trọng của OFDM nếu dùng bộ khuếch đại công suất

hoạt động ở miền bão hòa đều khuếch đại tín hiệu OFDM. Nếu tín hiệu

OFDM tỷ số PARR lớn hơn thì sẽ gây nên nhiễu xuyên điều chế. Điều

này cũng sẽ tăng độ phức tạp của các bộ biến đổi từ analog sang digital và

từ digital sang analog. Việc rút ngắn (clipping) tín hiệu cũng sẽ làm xuất

hiện cả méo nhiễu (distortion) trong băng lẫn bức xạ ngoài băng.

- OFDM nhạy với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thống

đơn sóng mang. Vấn đề đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM phức tạp

hơn hệ thống đơn sóng mang. Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho

các sóng mang con trực giao và gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt

động của các bộ giải điều chế một cách trầm trọng. Vì vậy, đồng bộ tần số

là một trong những nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt trong bộ thu OFDM .

Những đặc điểm vượt trội hơn của OFDMA

- Băng thông rông và linh hoạt hơn (từ 1.25MHz – 20MHz)

- Tốc độ truyển dẫn cao hơn

- Nhờ có tính trực giao mà tiết kiệm bằng thông hơn rất nhiều

- Ảnh hưởng của truyền tin hiệu đa đ


6

2. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA

OFDMA là mở rộng về mặt logic của OFDM trong đó đầu cuối xa sử

dụng tập hợp con của các sóng mang phụ để mang dữ liệu. Toàn bộ sóng mang

phụ được thiết lập thông qua OFDM, nhưng tập hợp con của các sóng mang phụ

được xác lập với mỗi sử dụng có thể phân bố ngẫu nhiên trong số toàn bộ các

sóng mang phụ. Điều này tương tự như FDMA nếu một dữ liệu sử dụng được

phân chia nhỏ hơn trong số nhiều sóng mang phụ, tuy nhiên do quan hệ trực giao

của các sóng mang trong OFDM, nên nó dễ dàng lọc ra sóng mang phụ, vì vậy

băng tần phòng vệ và bộ lọc không yêu cầu khắt khe như FDMA. Với OFDMA,

nhiều tần số được thiết lập nhờ điều chế OFDM bằng chuỗi nhảy tần sử dụng để

phân biệt tín hiệu của các đầu cuối xa khác nhau. Khái niệm đa truy nhập có thể

mở rộng hơn để phân chia nhỏ hơn phổ tần số về mặt thời gian. Các đầu cuối xa

riêng biệt được ấn định TS như trong TDMA trong khoảng thời gian cho phép

truy nhập các sóng mang phụ để truyền dữ liệu thông qua một chuỗi nhảy mã

duy nhất. Cũng như hệ thống nhảy tần bất kỳ, các mẫu nhảy tần có thể trực giao

với nhau, cho N tần số trong hệ thống, có thể xây dựng được N mẫu nhảy tần

trực giao. Bởi vì tất cả các sóng mang phụ đã sử dụng trên một trạm trung tâm để

liên lạc với các đầu cuối xa khác nhau là trực giao với nhau, cho nên nhiễu giữa

các ô mạng được đánh giá về vấn đề méo pha/tần số từ đa đường .

Ở máy phát, một số sóng mang con OFDM được cấp cho một người sử

dụng theo cách liên tục hoặc ghép xen. Với cách OFDMA khối, cách này đơn

giản nhưng thông lượng giảm do pha đinh kênh. Với cách OFDMA ghép xen,

cách này thu được phân tập kênh nhưng cần đồng bộ nghiêm ngặt. Số liệu người

sử dụng được điều chế với sơ đồ điều chế băng gốc. Các kí hiệu điều chế băng

gốc được cấp các sóng mang con nhờ sử dụng bản đồ cấp phát được cấp phát bởi

sơ đồ định vị sóng mang con. Sau đó, kí hiệu OFDMA được truyền đi. Ở phía


7

thu, số liệu của người sử dụng thứ ui thu được bằng sự nhận biết cấp phát sóng

mang con. Sơ đồ khối cụ thể của hệ thống OFDMA sẽ được trình bày trong phần

về SC-FDMA

Với OFDM chuẩn, truyền dẫn UE cụ thể rất hẹp có thể chịu pha định băng

hẹp và can nhiễu. Đó lí do tại sao 3GPP chọn OFDMA cho đường xuống, có thể

hợp tác với các thành phần của TDMA. OFDMA cho phép một tập sóng mang

con được cấp động giữa những người sử dụng khác nhau trên kênh. Kết quả là

hệ thống trở nên mạnh mẽ hơn và dung lượng tăng lên.

Hình 2.2 Cấp phát sóng mang con ở OFDM và OFDMA

Để hiểu rõ hơn về kỹ thuật đa truy nhập OFDMA được ứng dụng như thế

nào trong đường xuống LTE thì chúng ta sẽ tìm hiểu sơ đồ truyền dẫn đường

xuống.

3. Sơ đồ truyền dẫn đường xuống OFDMA

3.1. Tài nguyên vật lý đường xuống

Công nghệ đa truy nhập đường xuống trong LTE dựa trên OFDM. Tài


8

nguyên vật lý đường xuống của LTE có thể xem như là lưới tần số - thời

gian (hình 3.7) trong đó mỗi phần tử tài nguyên tương ứng với một sóng

mang con OFDM trong khoảng thời gian một ký hiệu.

Hình 3.3. Tài nguyên vật lý đường xuống của LTE

Đối với đường xuống LTE, khoảng cách giữa các sóng mang được chọn

với ∆f = 15kHz. Với thực hiện máy phát/máy thu dựa trên FFT, tốc độ lấy

mẫu tương ứng sẽ là fs = 15000.N, trong đó N là kích thước FFT. Vì thế đơn

vị thời gian Ts được định nghĩa trong mục trước có thể coi là thời gian lấy

mẫu của thực hiện máy phát, máy thu dựa trên FFT với N = 2048. cần nhấn

mạnh rằng mặc dù đơn vị thời gian Ts được đưa vào chuẩn truy nhập vô tuyến

chỉ để làm công cụ cho định nghĩa các khoảng thời gian khác nhau và không

đặt ra bất cứ quy định nào đối với thực hiện máy phát và (hoặc) máy thu,

nghĩa là tốc độ lấy mẫu. Trong thực tế, một thực hiện máy phát/máy thu với

N = 2048 và tốc độ lấy mẫu tương ứng fs = 30,72MHz sẽ thích hợp cho các

băng thông LTE rộng hơn có giá trị 15MHz và cao hơn. Tuy nhiên đối với

các băng thông truyền dẫn nhỏ hơn, kích thước FFT nhỏ hơn và tốc độ lẩy

mẫu tương ứng thấp hơn cũng có thể sử dụng rất thích hợp. Ví dụ, đối với

truyền dẫn băng thông 5MHz, kích thước FFT N = 512 và tốc độ lấy mẫu

tương ứng fs = 7.68MHz có thể là đủ.

Lý do tiếp nhận khoảng cách giữa các sóng mang con bằng 15kHz cho


9

LTE là để đơn giản hóa thực hiện các đầu cuối đa chế độ LTE. Sử dụng kích

thước FFT lũy thừa hai và khoảng cách giữa các sóng mang con ∆f = 15kHz,

tốc độ lấy mẫu fs = ∆f.N sẽ là bội hoặc ước số của tốc độ chip WCDMA/HSPA

1^= 3.84Mchip/s.

Ngoài khoảng cách giữa các sóng mang con 15MHz, khoảng cách giữa

các sóng mang con rút ngắn ∆flh = 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 Trong mục còn lại

của mục này và các chương sau ta sẽ coi ràng khoảng cách giữa các sóng

mang con là 15kHz nếu không có giải thích gì thêm.

Từ minh họa trên hình 3.8, trong miền tần số các sóng mang con được

nhóm thành các khối tài nguyên tương ứng với băng thông khối tài nguyên

chuẩn 180kHz. Ngoài ra sóng mang con DC (một chiều) 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 nội tại máy phát trạm

gốc và (hoặc) máy thu đầu cuối di động. Hậu quả là có thể bị nhiễu cao do rò

bộ dao động nội.

Tổng số các sóng mang con trên một sóng mang đường xuống, kể cả sóng

mang con DC, vì thế sẽ bằng Nsc= 12.NRB+1, trong đó NRB là số lượng các

khối tài nguyên. Đặc tả 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

1MHz đến 20MHz với tính hạt mịn. Điều này đảm bảo tính linh hoạt băng

thông/phổ của LTE rất cao, ít nhất là từ góc độ đặc tả lớp vật lý. Tuy nhiên

các yêu cầu tần số vô tuyến cùa 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 3.8


10

minh họa cấu trúc miền thời gian - tần số đường xuống LTE.

Hình 3.4. Cấu trúc miền thời gian – tần số đường xuống của LTE

TCP = 160.Ts ≈ 5,2 μs (ký hiệu OFDM thứ nhất),

144.Ts ≈ 4,7 μs (các ký hiệu OFDM còn lại).

TCP = 512.Ts ≈ 16,7 μs .

Hình 3.5. Cấu trúc khung con và khe đường xuống


11

Hình 3.3 cho thấy cấu trúc miền thời gian cho truyền dẫn đường

xuống của LTE. Mỗi khung con 1ms gồm hai khe đồng kích thước có độ dài

Tslot = 0,5ms (15360.Ts). mỗi khe gồm một số ký hiệu OFDM. Một khung

bao gồm hai khe đồng kích thước. Mỗi khe gồm 7 hoặc 6 ký hiệu OFDM

trong trường hợp CP bình thường và trong trường hợp CP mở rộng.

Theo như trên , ta có khoảng cách giữa các song mang con ∆ f =15 kHz

tương ứng với thời gian hiệu dụng của ký hiệu TFFT = 1/∆ f ≈ 66,7 μs

(2046.Ts). 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 TCP. Như thấy trên hình

3.8, LTE định nghĩa hai độ dài CP, CP bình thường và CP mờ rộng cho các

trường hợp bảy và sáu ký hiệu trên một khe. Các độ dài chính xác cùa CP

được biểu diễn theo đơn vị thời gian cơ sở T s và được cho trên hình 3.9. Cần

lưu ý rằng trong trường hợp CP bình thường, độ dài CP cho ký hiệu OFDM

đầu tiên của khe hơi lớn hơn so với độ dài CP của các ký hiệu OFDM còn lại.

Lý do là để lấp đầy khe 0,5ms vì số đơn vị thời gian T s trên khe (15360)

không chia hết cho 7.

Có hai lý do cho việc quy định hai độ dài CP. Độ dài CP lớn hơn (đòi

hỏi chi phí nhiều hơn) có lợi trong các môi trường trải trễ lớn, chẳng hạn

trong các ô rất lớn. cần lưu ý rằng mặc dù độ dài CP lớn hơn không nhất thiết

có lợi trong trường hợp các ô lớn, thậm chí trải trễ rất lớn trong các trường

hợp này. Khi trong trong các c lớn, hiệu năng đường truyền bị giới hạn bởi tạp

âm chứ không phải méo tín hiệu do trải thời dư vì độ dài CP không đủ lớn,

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.

Như ta thấy trong phần OFDM, trong trường hợp phát đa phương/quảng


12

bá dựa trên MBSFN, CP không chì 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 của LTE có lẽ là phát

MBSFN. Cần lưu ý rằng các độ dài CP khác nhau có thể được sử dụng cho

các khung con khác nhau trong một khung. Ví 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 (hình 3.9). Vì thế mỗi

khối chứa 12x7 = 84 phần tử trong trường hợp CP bình thường và 12x6 = 72

trong trường hợp CP mở rộng. Có nghĩa là trường hợp CP bình thường gồm 7

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 phần tử tài nguyên.

Hình 3.6. Một khối tài nguyên


13

3.2. Các tín hiệu tham khảo đường xuống

Chức năng của 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

ước tính kênh đường xuống. Như đã xét trong chương 3, 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 lưới thời gian-tần số. Trong LTE, các tín hiệu

tham khảo này được gọi chung là các tín hiệu tham khảo đường xuống.

Khoảng dịch giữa ký hiệu tham khảo thứ nhất và thứ hai là ba sóng mang

như trên hình 3.11. Như vậy trong mồi 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 trênMBSFN.

Để ước tính kênh trên toàn bộ lưới 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 kênh cho một khối tài

nguyên, đầu cuối di động có thể không chỉ 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 sô và (hoặc)

trong miên thời gian mà đầu cuối di dộng có thể thực hiện trung bình hóa phụ

thuộc vào đặc tính kênh. Trong trường hợp độ chọn lọc tân sô của kênh cao,

khả năng trung bình hóa trong miền tần sô bị hạn chê. Tương tự, khả năng

trung bình hoá trong miền thời gian (khả năng sử dụng các ký hiệu tham khảo

trong các khe/các khung con được thu trước đó) cũng bị hạn chế trong trường


14

hợp các thay đôi kênh nhanh, chăng hạn do tốc độ chuyển động của đầu cuối

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 dịnh cho đường xuống. Dưới đây là hình 3.11 minh họa các ký hiệu

tham khảo đường xuống được chèn vào ký hiệu OFDM đầu và ký hiệu thứ ba

trước cuối của mỗi khe với khoảng cách là sáu sóng mang trong miền tần số.

Hình 3.7. Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống trong trường hợp CP bình thường (7 ký hiệu OFDM trong một khe).

3.3. Các tín hiệu và kênh vật lý đường xuống.

Kênh vật lý đường xuống tương ứng với tập nhỏ nguồn mang thông tin

xuất phát từ các lớp cao hơn.Các kênh vật lý ở đường xuống bao gồm: Kênh chia

sẻ đường xuống vật lý: PDSCH, PDCCH) mang thông tin đa phát/phát quảng bá,

kênh quảng bá vật lý (PBCH), BCH PCFICH, HARQ (PHICH


15

Ngoài các kênh vật lý, lớp vật lý còn sử dụng các tín hiệu vật lý bao gồm :

Tín hiệu tham chiếu – một tín hiệu được truyền trên cổng anten đường

xuống

Tín hiệu đồng bộ : chia thành các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp.

3.4. Kiến trúc máy phát tín hiệu vật lý.

Các điểm dưới đây đều đúng với các kênh PDSCH và MCH với một số

điểm riêng biệt cho các kênh vật lý khác.

Trộn các bit đã mã hóa. Đây là bước kinh điển trong các hệ thống vô tuyến

nhằm giới hạn ảnh hưởng của pha đinh hoặc can nhiễu có thể hạn định vào

tất cả các bít của một từ mã.

Điều chế các bít đã trộn để tạo ra các kí hiệu điều chế có giá trị phức.

Ánh xạ các kí hiệu điều chế giá trị phức vào một hoặc một vài lớp truyền

dẫn.

Tiền mã hóa các kí hiệu điều chế giá trị phức vào các lớp không gian cho

truyền dẫn trên cổng anten. Tầng mã hóa không gian này được dùng trên

luồng các kí hiệu khác nhau để được gửi bởi tất cả các cổng anten (xem

hình 3.12). Tầng tiền mã hóa này có thể tương thích để truyền dẫn phân

tập hoặc ghép theo không gian.

Ánh xạ các kí hiệu điều chế giá trị phức cho mỗi cổng anten đến các thành

phần tài nguyên.

Tạo ra tín hiệu OFDM miền thời gian giá trị phức cho mỗi cổng anten.


16

Hình 3.8. Sơ đồ khối tạo tín hiệu băng gốc đường xuống.

3.5. Ghép số liệu đường xuống.

Tín hiệu được truyền đi trong mỗi khe được miêu tả như là một mạng lưới

các ô của các sóng mang con NDL RB NRBSC và các ký hiệu NDL

symb. Số lượng NDL

RB phụ thuộc vào độ rộng băng truyền dẫn đường xuống được cấu hình trong ô và

sẽ lấp đầy 6≤N RBDL≤110 . Trong trường hợp truyền đa anten, có một mạng lưới

nguồn được xác định cho mỗi anten, Mỗi cổng anten được xác định bởi tín hiệu

tham chiếu liên kết với nó. Tập các cổng anten được hỗ trợ phụ thuộc vào cấu

hình tín hiệu tham chiếu trong ô.


17

Hình 3.9. Lưới tài nguyên thời gian-tần số đường xuống

Các tín hiệu tham chiếu ô cụ thể, kết hợp với truyền dẫn phi MBSFN, hỗ

cấu hình môt, hai hoặc bốn cổng anten, chỉ số p sẽ thỏa mãn p=0, p = {0,1} và p

= {0,1,2,3} tương ứng.

Tín hiệu tham chiếu MBSFN, kết hợp với truyền dẫn MBSFN được truyền

trên cổng anten p=4

Tín hiệu tham chiếu UE cụ thể, chỉ hỗ trợ trong cấu trúc khung loại 2,

được truyền trên cổng anten p=5.

Mỗi thành phần trong mạng lưới nguồn cho cổng anten p được gọi là

thành phần nguồn và được nhận dạng duy nhất bởi cặp chỉ số (k,l) trong một khe


18

nơi k và L chỉ thị miền tần số và miền thời gian tương ứng. Các thành phần

nguồn (k,l) trên cổng anten p tương ứng với giá trị phức ak , l( p )

trong đó k=0,

NDLRBNRB

SC – 1 và l=0, NDLsymb -1. Khi không có nguy cơ lộn xộn, chỉ số p có thể

giảm. Số lượng ak , l( p )

tương ứng với các thành phần nguồn không sử dụng cho

truyền dẫn của lớp vật lý hoặc tín hiệu vật lý trong một khe sẽ không lập về

không.

Ghi nhận trên các khối tài nguyên: Các khối tài nguyên ảo và vật lý xác

định. N kí hiệu liên tiếp có thể được tổ chức thành một khối M sóng mang liên

tục, được gọi là khối tài nguyên RB. Một khối sóng mang liên tục có thể gồm

một nhóm sóng mang không liên tục nhưng được sắp xếp. Khối tài nguyên ảo

VRB có thể định vị hoặc phân bố và có thể sắp xếp trên RB.

Kích thước khối tài nguyên tần số vật lý chuẩn, SRB, tương đương với M. ∆f

trong đó M=12 và ∆f tương đương với độ rộng băng tần trải trên một sóng mang

con, 15 kHz, khi đó chúng ta có SRB ~ 180 kHz.

Bảng 3.1. Các tham số khối tài nguyên

Cấu hình NRBSC

NDLsymb

Cấu trúckhung loại 1

Cấu trúckhung loại 2

CP thường

Cp mở rộng

Δf =15 kHz 12

Δf =15 kHz

Δf =7,5 kHz 24

7

6

3

9

8

4

Bảng 3.2. Độ rộng băng tần khối tài nguyên vật lý và số khối tài nguyên vật lý phụ thuộc vào độ rộng băng tần .

Độ rộng băng tần (MHz) 1,25 2,5 5 10 15 20


19

Độ rộng băng tần khối tài nguyên vật

lý (kHz)

Số khối tài nguyên vật lý khả dụng

375

3

375

6

375

12

37

5

24

375

36

375

48

UE có thể đăng kí đa RB bằng bộ lập lịch. Thông tin yêu cầu bởi UE xác

định sự phân phối tài nguyên phải khả dụng với UE nhờ bộ lập lịch.

Các kí hiệu hoa tiêu được sử dụng với mục đích : đo đạc chất lương kênh đường

xuống, ước tính kênh đường xuống cho việc tách sóng/giải điều chế nhất quán ở

UE, bám khởi đầu và tìm kiếm ô.

Hoa tiêu hoặc các kí hiệu tham chiếu được sắp xếp trong miền thời gian –

tần số, vì vậy chúng được phân cách theo thời gian, tần số, cho phép nội suy

đúng kênh. Phụ thuộc vào một số điều kiện vô tuyến (tán xạ thời gian không

nhiều), chỉ tập kí hiệu tham chiếu đầu tiên yêu cầu, phân cách, chẳng hạn 6 sóng

mang trong miền tần số và nên đặt ở chỗ kí hiệu OFDM thứ tư và thứ năm của

một khe trong trường hợp CP bình thường và mở rộng.

Dải thu được là hình chữ nhật. Nếu điều kiện vô tuyến chỉ ra một tập kí hiệu

tham chiếu thứ hai, chúng sẽ được đặt theo cách đường chéo, cho phép dải nội

suy thời gian-tần số tốt nhất cho sự ước tính kênh vô tuyến.

Các vị trí miền tần số của kí hiệu tham chiếu có thể cũng thay đổi giữa các

khung con liên tiếp. Trong trường hợp đa anten truyền cho MIMO bậc cao hoặc

thậm chí định dạng chùm, các kí hiệu hoa tiêu chuyên dụng nên được sử dụng

trong một chùm đưa ra. Có thể truyền dẫn thêm tín hiệu tham chiếu đường

xuống UE-cụ thể, đây là vấn đề nên xem xét.

Các tín hiệu tham chiếu ô cụ thể sẽ được truyền ở tất cả khung con đường

xuống trong truyền dẫn phi MBSFN ô cung cấp. Trong trường hợp khun con


20

được sử dụng cho truyền dẫn với MBSFN, chỉ 2 kí hiệu OFDM đầu tiên trong

khung có có thể được sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu tham chiếu ô cụ thể. Tín

hiệu tham chiếu ô cụ thể được truyền trên một hoặc một vài cổng anten từ 0 đến

3.

Có 3 loại tín hiệu tham chiếu đường xuống được định nghĩa:

Tín hiệu tham chiếu ô cụ thể, kết hợp với truyền dẫn phi MBSFN.

Tín hiệu tham chiếu MBSFN, kết hợp với truyền dẫn MBSFN

Tín hiệu tham chiếu UE cụ thể (chỉ hỗ trợ cấu trúc khung loại 2. Tín hiệu

tham chiếu UE cụ thể được cung cấp bởi truyền dẫn đơn anten của

PDSCH trong khung loại 2 và được truyền trên cổng anten 5.

3.6 . Xáo trộn.

Mỗi khối bit sẽ được xáo trộn trật tự đến bộ điều chế. Đây thực sự cho các

kênh vật lý đường xuống : PDSCH, PDCCH, PBCH, PCFICH và PHICH. Sự

xáo trộn này nên khác với các ô hàng xóm (trừ MBSFN trên MCH) để bảo đảm

rằng ngẫu nhiên hóa can nhiễu giữa chúng và thu được đầy đủ độ lợi xử lí của

mã hóa kênh.

3.7. Sơ đồ điều chế

Các số đồ điều chế số liệu được hỗ trợ là QPSK, 16 QAM và 64 QAM,

phụ thuộc vào kênh vật lý được xem xét. 3 loại điều chế cho phép cho PDSCH

và PMCH, trong đó chỉ QPSK cho PBCH, PDCCH, PHICH và PCFICH.

3.8. Thông tin lập lịch đường xuống

Thông tin này có thể được truyền ít nhiều động hơn, phụ thuộc vào loại

của nó. Một số được biết đến sự suy diễn phụ thuộc vào nhà khai thác, như là ID

nhóm cụ thể mà UE thuộc vào hoặc một số đăng kí nguồn tài nguyên như là


21

thông tin ARQ hoặc sơ đồ điều chế và kích thước tải. Hơn thế nữa, UE cũng

công nhận tài nguyên đường lên (nội bộ hoặc phân bố) và các tham số truyền

dẫn (sơ đồ điều chế, kích thước tải và các thông tin liên quan đến MIMO). Định

dạng vận tải tuy nhiên có thể được lựa chọn bởi UE trên chính nó.

3.9. Mã hóa kênh.

Mã hóa kênh dựa trên UTRAN tung ra 6 sơ đồ mã hóa turbo. Các sơ đồ

FEC khác cũng xem xét để đương đầu với các yêu cầu E-UTRAN bổ trợ như đa

thức mã cho các tốc độ thấp hơn và mã hóa lặp cho độ lợi xử lí cao hơn. Sơ đồ

mã hóa hiện tại đang được khảo sát là:

Mã Turbo Duo-nhị phân

Mã Turbo hoán vị liên khối IBPTC

Mã LDPC tựa tần hoàn/tốc độ tương thích (RC/QCLDPC).

Mã LDPC zigzag móc nối

Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC – low-density parity check) kiểm

tra chẵn lẻ đơn Turbo (SPC)

Mã Turbo thu ngắn bằng cách chèn các bít tạm thời

3.10. Tạo tín hiệu OFDM.

Tín hiệu OFDM trong một khe sẽ được truyền theo bậc tăng của l. Tín

hiệu liên tục về thời gian như dưới đây trên cổng anten p trong kí hiệu OFDM l ở

khe đường xuống được xác định như sau:


22

(3.8)

Trong đó, 0≤t<( NCP , l+N )xTs . N tương đương với 2048 với phân cách

sóng mang con là 15 kHz và 4096 với phân cách sóng mang con là 7.5 kHz.

Bảng dưới đây liệt kê danh sách NCP,l được sử dụng cho cả hai cấu trúc khung.

Những kí hiệu OFDM trong một khe có thể có độ dài CP khác nhau. Với cấu

trúc khung loại 2, các kí hiệu OFDM không lấp đầy toàn bộ các khe và phần cuối

thì không sử dụng.

Bảng 3.3 Các tham số OFDM

Cấu hình Khoảngbảo vệ

Độ dài CP, NCP,L

Cấu trúc khung loại 1

Cấu trúc khung loại 2

CP thường

Cp mở rộng

Δf =15 kHz

Δf =15kHz

Δf =7,5kHz

0 cho khe 0288 (khe #)

0 cho khe 0256 (khe #)

160 cho L=0

144 cho L=1,2...6512 cho

L=0,1,...5

1024 cho L=0,1,2

512 cho L=8 ở khe 0224 trường hợp khác

768 cho L=7 ở khe 0512 trường hợp khác1280 cho L=3 ở khe

01024 trường hợp

khác


23

KẾT LUẬN

LTE sử dụng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple

Access: đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao) cho đường xuống. Kỹ thuật

đa truy nhập của OFDMA cho phép nhiều người dùng cùng truy cập vào

một kênh truyền bằng cách phân chia một nhóm các sóng mang con

(subcarrier) cho một người dùng tại một thời điểm. Ở các thời điểm khác

nhau, nhóm sóng mang con cho 1 người dùng cũng khác nhau. Điều này cho

phép truyền dữ liệu tốc độ thấp từ nhiều người sử dụng.

Nhược điểm lớn nhất của OFMDA là tỷ số công suất đỉnh và công suất

trung bình PAPR cao điều này làm giảm hiệu suất bộ khuếch đại công suất và

tăng giá thành bộ khuếch đại công suất.


OFDMA Trong LTE Tung

Documents

Transcript of OFDMA Trong LTE Tung