Relay Technology in Lte-Advanced
-
Upload
nguyen-duc-toan -
Category
Documents
-
view
16 -
download
7
description
Transcript of Relay Technology in Lte-Advanced
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
--------------
BÀI TẬP LỚN
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Đề tài : Relay Technology in LTE-Advanced
Giảng viên hướng dẫn : Ts. Nguyễn Việt Hùng
Nhóm Sinh viên: Nguyễn Mạnh Cường
Võ Trọng Hải
Nguyễn Văn Phúc
Nguyễn Đức Toàn
Lớp : D11VT5
Hà Nội 11/2014
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
MỤC LỤC
BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.............................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................................................5
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................................................6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG LTE-ADVANCED.....................8
1.1 Tổng quan về LTE-Advanced......................................................................................................8
1.2 Kiến trúc mạng LTE-Advanced...................................................................................................8
1.2.1 Mạng lõi......................................................................................................................9
1.2.2 Mạng truy nhập..........................................................................................................10
1.3 Các yêu cầu chi tiết đối với LTE-Advanced..............................................................................12
1.4 Giải pháp nâng cao dung lượng và chất lượng dịch vụ hệ thống 4G LTE.........................13
1.4.1 Giải pháp kết hợp sóng mang và phổ tần.......................................................................13
1.4.2 Kết nối chuyển tiếp......................................................................................................14
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ RELAY TRONG MẠNG LTE - ADVANCED.........15
2.1. Sự cần thiết của công nghệ Relay với LTE - Advanced..........................................................16
2.2. Cơ bản về LTE - Advanced Relay.............................................................................................16
2.3. LTE-A Relay song công đầy đủ và song công một nửa...........................................................18
2.4. Phân loại LTE-A Relay..............................................................................................................19
2.4.1. Phân loại chung.........................................................................................................19
2.4.2. Phân loại Relay trong LTE-A......................................................................................20
2.5. Các vấn đề liên quan tới triển khai mạng LTE-A...................................................................22
2.5.1. Thủ tục khởi dộng trạm chuyển tiếp LTE-A Relay..........................................................22
2.5.2. Thủ tục UE liên kết.....................................................................................................22
2.5.3. Thủ tục chuyển giao...................................................................................................23
2.5.3.1. Chuyển giao từ trạm Relay đến trạm gốc...................................................................23
2.5.3.2. Chuyển giao từ eNodeB tới trạm Relay......................................................................23
2.6. Các ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng trạm Relay.................................................23
2.7. Truy nhập vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Relay..............................................................24
Nhóm 5_D11VT5 Page 2
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
2.7.1. Cấu hình khung vô tuyến cho các trạm Relay................................................................24
2.7.2. Giao thức vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Relay.......................................................25
2.8. Kiến trúc mạng cho các trạm Relay..........................................................................................25
2.9. Kết luận chương..........................................................................................................................26
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA RELAY TRONG MẠNG LTE - ADVANCED.................................................................................................................................................................27
3.1. Một số đặc điểm của các trạm Relay........................................................................................27
3.1.1. Dựa trên tiêu chí kỹ thuật...........................................................................................27
3.1.1.1. Trạm Relay RA and RF. ( Relay amlify and forward)..................................................27
3.1.1.2. Trạm Relay RD and RF( Relay Decode andf forward)................................................27
3.1.2. Dựa trên cơ sở hạ tầng...............................................................................................27
3.1.2.1. Fixed Relay Station.................................................................................................27
3.1.2.2. Trạm chuyển tiếp tạm thời ( Nomadic Relay Station)..................................................28
3.1.2.3. Trạm chuyển tiếp di động (Mobile Relay Station).......................................................29
3.2 Phương án sử dụng Relay trong mạng LTE - Advanced.........................................................30
3.2.1. Đối với khu vực nông thôn..........................................................................................30
3.2.2. Khu vực đô thị...........................................................................................................30
3.2.3. Điểm chết..................................................................................................................31
3.2.4. Điểm nóng tòa nhà.....................................................................................................31
3.3 Kết luận chương...........................................................................................................................32
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................................32
Nhóm 5_D11VT5 Page 3
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
LTE Long – Term Evolution
LTE-A LTE - Advanced
E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network
PDCP Packet Data Convergence Protocol
S-GW Service – Gateway
MAC Media Access Control
PHY Physical Layer Specifications
RRC Radio Resource Control
MIMO Multi Input Multi Output
OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing
UE User Equipment
BS Base Station
RN Relay Node
SAE Service Architecture Evolution
P-GW Packet-Gateway
MME Mobility Management Entity
RAN Radio Access Network
SINR Signal to Interference plus Noise Ratio
Nhóm 5_D11VT5 Page 4
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1:Các phần tử trong mạng lõi........................................................................................8
Hình 2: Giao diện truy nhập của kiến trúc E-UTRAN................................................................10
Hình 3: Kết hợp sóng mang trong LTE-Advanced.....................................................................12
Hình 4: Mô hình trạm chuyển tiếp.........................................................................................14
Hình 5: Relay sử dụng để tang mật độ phủ..............................................................................16
Hình 6: Relay sử dụng cho mở rộng vùng phủ..........................................................................17
Hình 7. LTE Relay coverage extension - extending coverage......................................................17
Hình 8. Relay được sử dụng để cung cấp một mạng roll-out nhanh chóng.....................................18
Hình 9. Các đặc điểm của các loại relay theo tiêu chuẩn của LTE-A............................................21
Hình 10:Kiến trúc mạng vô tuyến sử dụng công nghệ relay loại 3...............................................26
Hình 11: Trạm Relay cố định................................................................................................28
Hình 12. Trạm Relay tạm thời...............................................................................................29
Hình 13. Trạm Relay tạm thời...............................................................................................30
Hình 14: Triển khai Relay với vùng mạng nông thôn.................................................................31
Hình 15: Triển khai mạng với vùng mạng đô thị.......................................................................31
Hình 16: Triển khai mạng Relay với vùng mạng với những điểm chết..........................................32
Hình 17: Triển khai Relay với các vùng mạng có điểm nóng.......................................................33
Nhóm 5_D11VT5 Page 5
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một lĩnh vực phát triển rất mạnh mẽ,
đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống thông tin toàn cầu và tạo ra những
khoản lợi nhuận to lớn cho các nhà khai thác. Sự phát triển mạnh mẽ của thị trường
viễn thông di động đã thúc đẩysự 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 thứ 3 (3G) vẫn đang được triển khai lắp
đặt tại nhiều nơi trên thế giới nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã
tiến hành nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đã chuẩn hóa mạng thông tin di động
thế hệ thứ 4 (4G). Công nghệ 4G mang lại những tiện ích vượt trội so với 3G như về
tốc độ hay sự phục vụ người dùng mọi lúc, mọi nơi, kể cả khi đang di chuyển với tốc
độ cao …
LTE(Long - Term Evolution) tiêu chuẩn hóa trong 3GPP (Dự án hợp tác tổ chức thế hệ
mạng thứ 3) đã đạt được những thành tựu quan trọng, là bước chuẩn bị tốt để lên 4G.
Những thay đổi của 3GPP đã khắc phục được những hạn chế trong đặc điểm kĩ thuật
của các thế hệ mạng trước đó. Từ cuối năm 2009 thông tin di động LTE đã được triển
khai rộng khắp, như một bước nhảy của GSM và UMTS. Với đích tới là nâng cao tốc
độ dữ liệu, hỗ trợ các dịch vụ tiên tiến và các ứng dụng khác lên tới 100 Mbps cho kịch
bản truyền sóng khó và 1Gbps cho kịch bản thấp hơn. Trong suốt năm 2009, 3GPP đã
nghiên cứu để đưa ra những cải tiến cần thiết giúp LTE đáp ứng được những yêu cầu
từ IMT - Advanced.
Relay là một trong những công nghệ đưa ra đáp ứng cho sự cải tiến của IMT.
Relay (hay gọi là công nghệ chuyển tiếp) là một trong những công nghệ được đề xuất
cho hệ thống 4G LTE - Advanced. Mục đích của Relay trong LTE là nâng cao cả vùng
phủ sóng và chất lượng tín hiệu. Ý tưởng về Relay không phải mới nhưng với Relay
trong LTE – Advanced đang được xem xét để đảm bảo về hiệu suất tối ưu – khả năng
đáp ứng nhu cầu của người dùng nhưng vẫn đảm bảo OPEX (Operational Expenses –
Nhóm 5_D11VT5 Page 6
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Chi phí hoạt động) ở một giới hạn cho phép. Với những hạn chế về thời gian và trình
độ học vấn, tiểu luận của chúng tôi sẽ đưa ra những hoạt động cơ bản của hệ thống
mạng LTE - Advanced, tìm hiểu về công nghệ chuyển tiếp trong LTE, những vấn đề về
giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng nhu cầu người dùng và chi phí hoạt
động phù hợp.
Nội dung chính bài tiểu luận gồm 3 chương:
Chương 1 : Tổng quan về hệ thống mạng di động LTE-Advance
Chương 2 : Giới thiệu về công nghệ Relay trong mạng LTE-Advance
Ở chương này, chúng tôi sẽ tìm hiểu sự cần thiết sử dụng công nghệ Relay cho
công nghệ LTE - Advanced. Tìm hiểu cơ bản về Relay in LTE - Advanced, các loại
Relay cũng như các đặc điểm cơ bản của chúng.
Chương 3 : Nghiên cứu hoạt động của Relay trong LTE – Advanced
Ở chương cuối cùng này chúng tôi sẽ trình bày chi tiết cách thức hoạt động của
các trạm Relay và giải pháp đưa ra để cải thiện tốc độ dữ liệu và khả năng đáp ứng dịch
vụ trong mạng LTE - Advanced.
Dù đã cố gắng để hoàn thành bài tiểu luận nhưng do kiến thức còn hạn hẹp nên
không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của thầy và
các bạn để giúp chúng tôi hoàn thành bài tiểu luận tốt hơn. Chúng tôi xin chân thành
cảm ơn.
Nhóm sinh viên thực hiện
Nhóm 5_D11VT5 Page 7
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG LTE-
ADVANCED
1.1 Tổng quan về LTE-Advanced
LTE-Advance (Long Term Evolution – Advanced) là một chuẩn truyền thông di
động, chính thức trở thành một ứng cử viên cho hệ thống thông tin di động 4G vào cuối
năm 2009, đã được phê duyệt bởi ITU và hoàn thành bởi 3GPP (3rd Generation
Partnership Project) vào tháng 3 năm 2011.
LTE-Advance, như tên gọi của nó, thực chất là phiên bản nâng cấp mở rộng của
LTE,khắc phục những hạn chế của LTE nhằm hướng đến đáp ứng hoặc vượt hơn so
với các yêu cầu của IMT – Advanced. Một số yêu cầu then chốt bao gồm1 :
Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến 40MHz.
Khuyến khích hỗ trợ các băng tần rộng hơn ( tối đa đến 100MHz).
Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống là 30b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO
8x8).
Hiệu quả sự dụng phổ tần đỉnh đường xuống là 15b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO
4x4).
Tốc độ thông thường lý thuyết là 1,5 Gb/s.
1.2 Kiến trúc mạng LTE-Advanced
Đối với hệ thống 4G, cả giao diện vô tuyến và mạng truy nhập vô tuyến đều được
mở rộng hoặc định nghĩa lại, tuy nhiên đối với kiến trúc mạng lõi EPC thì lại không có
nhiều thay đổi với kiến trúc SAE được tiêu chuẩn hóa. Do vậy, trong chương này sẽ
trình bày kiến trúc E-UTRAN và các chức năng được định nghĩa cho hệ thống LTE -
Advanced và chức năng các nút chunhs trong EPC, được đưa ra trong phát hành 8,9,10.
1 Rohde & Schwarz (2010), LTE-Advanced Technology Introduction white payper, pp. 4 – 6.
Nhóm 5_D11VT5 Page 8
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
1.2.1 Mạng lõi
Mạng lõi (được gọi là EPC trong SAE) chịu trách nhiệm điều khiển tổng thể UE và
thiết lập các kênh mang. Các nút logic chính của mạng lõi là :
Thực thể quản lý di động (MME).
Cổng phục vụ (S-GW).
Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW).
Ngoài các nút trên, EPC còn có các nút logic khác và các chức năng khác như Home
Subscriber Server (HSS) và chức năng điều khiển chính sách và quy luật tính cước
(PCRF).
Hình 1:Các phần tử trong mạng lõi
Chức năng của các nút EPC 2
Thực thể quản lý di động MME (Mobility Managerment Entity) là phần tử điều
khiển chính trong EPC. Thông thường MME là một server đặt tại một vị trí an
toàn ngay tại nhà khai thác. Nó hoạt động trong mặt bằng điều khiển (Control
Plane) và không tham gia vào quá trình truyền dữ liệu của UP (User Plane). Các
chức năng chính của MME trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ sở :
An ninh và nhận thực
Quản lý di động
Quản lý hồ sơ thuê bao và kết nối dịch vụ
Cổng phục vụ S-GW: Trong cấu hình kiến trúc cơ sở, chức năng mức cao của S-
GW là bộ phận của hạ tầng mạng được quản lý tập trung tại nhà khai thác. S-GW
2 Xem thêm: Nguyễn Phạm Anh Dũng (2013), Thông tin di động, Nxb Bưu điện, tr. 499 – 511.
Nhóm 5_D11VT5 Page 9
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
chịu trách nhiệm cho các tài nguyên của mình và ấn định chúng dựa trên các yêu
cầu của MME, P-GW hay PCRF..
Cổng mạng dữ liệu gói P-GW : là một router biên giữa EPS và các mạng số liệu
bên ngoài. Nó là một điểm neo di động mức cao nhất trong hệ thống và hoạt động
như một điểm nhập mạng IP đối với UE. Nó thực hiện các chức năng mở cổng lưu
lượng và lọc các yêu cầu của dịch vụ.
HSS: (Home Subcriber Server) là một bộ lưu giữ số liệu thuê bao cho tất cả các số
liệu cố định của người sử dụng. Nó cũng ghi lại vị trí của người sử dụng ở mức
nút điều khiển mạng nơi mà người sử dụng đang làm khách hàng.
PCRF: chức năng điều khiển chính sách và tính cước tài nguyên là một phần tử
mạng chịu trách nhiệm cho việc điều khiển chính sách và tính cước. Nó quyết định
xử lý dịch vụ theo QoS và cung cấp thông tin cho PCEF (chức năng thực thi chiến
lược và tính cước
1.2.2 Mạng truy nhập
Phần truy nhập của của kiến trúc E-UTRAN chỉ bao gồm một mạng lưới các Nút B
phát triển( eNodeBs), cung cấp giao diện vô tuyến với mặt phẳng người sử dụng và mặt
phẳng điểu khiển kết cuối hướng đến UE. Giao diện kết nối các eNodeB với nhau được
gọi là giao diện X2, với EPC được gọi là giao diện S1-MME và với S-GW là giao diện
S1-U được mô tả trong hình dưới đây.
Nhóm 5_D11VT5 Page 10
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Hình 2: Giao diện truy nhập của kiến trúc E-UTRAN
Các giao thức chạy giữa eNodeBs và UE được gọi là các “giao thức AS”
Chức năng của E-UTRAN là quản lý các phần tử liên quan đến vô tuyến, có thể được
tóm tắt như sau :3
Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) chẳng hạn như điều khiển vô tuyến không
không đăng nhập, điều khiển đăng nhập vô tuyến, quản lý di động, lập kế hoạch và
phân bổ linh hoạt các nguồn lực cho UE ở cả đường lên và đường xuống.
Nén Header - Điều này giúp đảm bảo sử dụng hiệu quả các giao diện vô tuyến bằng
cách nén các tiêu đề gói tin IP mà nếu không sẽ đại diện cho một chi phí đáng kể,
đặc biệt là cho các gói tin nhỏ như VoIP.
Bảo mật - Tất cả các dữ liệu được gửi qua giao diện vô tuyến đều được mã hóa.
Kết nối với EPC - Điều này bao gồm các báo hiệuhướng tới MME và đường
dẫnmang về phía S-GW.
Ở trên mạng, tất cả các chức năng nằm trong eNodeBs, trong đó mỗi eNodeBs có thể
phải quản lý nhiều tế bào. Không giống như công nghệ thứ 2 và thứ 3 thế hệ trước, LTE
tích hợp chức năng điều khiển vô tuyến vào eNodeBs. Điều này cho phép tương tác chặt
chẽ giữa các lớp giao thức khác nhau của mạng truy cập vô tuyến (RAN), do đó làm giảm
3 Alcatel-Lucent(2009),The LTE Network Architecture | Strategic White Paper,p. 5.
Nhóm 5_D11VT5 Page 11
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
độ trễ và nâng cao hiệu quả. Điều khiển phân tán loại bỏ sự cần thiết cho một tính sẵn
sàng cao của bộ điều khiển xử lý chuyên sâu, do đó có khả năng để giảm chi phí và tránh
" single points of failure". Hơn nữa, như LTE không hỗ trợ chuyển giao mềm, không cần
mộtchức năng kết hợp dữ liệu trung tâm trong mạng. Một hệ quả của việc thiếu một nút
điều khiển tập trung là, như khi UE di chuyển, mạng phải chuyển tất cả các thông tin liên
quan đến một UE, đó là, trong bối cảnh UE, cùng với bất kỳ dữ liệu đệm, từ một eNodeB
khác. Do đó, cần có các cơ chế để tránh mất dữ liệu trong quá trình bàn giao.
1.3 Các yêu cầu chi tiết đối với LTE-Advanced
Các quyết định đối với LTE-Advance được đưa ra bởi 3GPP như sau :4
LTE-Advance sẽ là phát triển của LTE. Vì thế nó phải tương thích ngược với LTE
R8.
Các yêu cầu của LTE-Advance sẽ đáp ứng hoặc vượt các yêu cầu của IMT-
Advance
LTE-Advance phải hỗ trợ tăng đáng kể tốc độ số liệu đỉnh để đạt được các yêu cầu
của ITU.Trước tiên tập trung lên các người sử dụng di động tốc độ thấp. Ngoài ra
cần phải cải thiện hơn nữa tốc độ số liệu tại biên ô
Tốc độ số liệu đỉnh là 1Gbps cho đường xuống(DL) và 500Mbps cho đường lên
(UL)
Về trễ, trong mặt CP thời gian chuyển từ trạng thái rỗi sang trạng thái kết nối nhỏ
hơn 50 ms. Trong trạng thái tích cực, một người sử dụng ngủ chỉ cần chưa đến
10ms để đạt được đồng bộ và lập biểu phải giảm tối đa trễ mặt phằng CP
Hệ thống phải hỗ trợ hiệu suất phổ tần đỉnh lên đến 30bps/Hz cho đường xuống
cấu hình anten 8x8 và 15bps/Hz cho đường lên với cấu hình anten 4x4
3GPP định nghĩa kịch bản phủ sóng cơ sở vùng đô thị với khoảng cách giữa các
site là 500m và các người sử dụng đi bộ. Theo giả thiết này, hiệu suất phổ tần
trung bình của người sử dụng trên đường xuống là 2,4bps/Hz/ô cho cấu hình anten
2x2, 2,6bps/Hz/ô cho cấu hình anten 4x2 và 3,7bps/Hz/ô cho cấu hình anten 4x4.
Trong khi đó trên đường lên hiệu suất phổ tần trung bình là 1,2bps/Hz/ô cho cấu
hình anten 1x2, 2,0bps/Hz/ô cho cấu hình 2x4
4 Trích Nguyễn Phạm Anh Dũng (2013), Thông tin di động, Nxb Bưu điện, tr. 470 – 472.
Nhóm 5_D11VT5 Page 12
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Trong cùng kịch bản nói trên với 10 người sử dụng, hiệu suất phổ tần trung bình
của người sử dụng biên trên ô tren đường xuống là 0,07bps/Hz/ô cho cấu hình
anten 2x2, 0.09bps/Hz/ô cho cấu hình 4x2 và 1,2bps/Hz/ô cho cấu hình anten 4x4.
Trên đường lên hiệu suất phổ tần trung bình sẽ là 0,04bps/Hz/ô cho cấu hình 1x2
và 0,07 bps/Hz/ô cho cấu hình 2x4
Các yêu cầu về tính di động và vùng phủ giống như LTE R10. Chỉ có một số điểm
khác biệt đối với triển kha trong nhà do cần thiết phải bổ sung một số điểm cho
LTE-Advance.
1.4 Giải pháp nâng cao dung lượng và chất lượng dịch vụ hệ thống 4G LTE
1.4.1 Giải pháp kết hợp sóng mang và phổ tần
Hình 3: Kết hợp sóng mang trong LTE-Advanced
Kết hợp nhiều sóng mang (CA) là một trong những chức năng quan trọng nhất
trong LTE-Advanced. Phương pháp của CA là để mở rộn phổ tần tối đa của đường lên và
đường xuống bằng cách kết hợp nhiều sóng mang lại với nhau. Các sóng mang được kết
hợp chính là các sóng mang cơ sở trong phát hành 8, điều này chính là yếu
tốkhiến cho LTE-Advanced có thể dễ dàng hơntrong khả năng tương thích ngược.
Một thiết bị đầu cuối trƣớc phát hành 10 có thể dễ dàng truy nhập vào một sóng
mangthành phần trong khi các UE có khả năng kết hợp sóng mang sẽ hoạt động
trên nhiều thành phần sóng mang.
Hiệu năng của kết hợp sóng mang
Nhóm 5_D11VT5 Page 13
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Việc sử dụng kết hợp sóng mang đem lại lợi ích cho hiệu năng của hệ thống
theo hai cách sau:
- Tốc độ dữ liệu đỉnh tăng lên khi thực hiện kết hợp phổ từ hai hay nhiều băng
tần tần số. Tốc độ dữ liệu đỉnh theo lí thuyết từ việc kết hợp sử dụng kết hợp sóng
mang với tổng cộng phổ tần 40MHz và 8 ăngten có thể đạt tới 1,2Gbps cho đường
xuống và 600Mbps cho đường lên (với công nghệ truyền dẫn đa ăngten đường lên).
Với phổtần 100MHz và 5 sóng mang được kết hợp, tốc độ dữ liệu có thể đạt đến
3Gbps cho đường xuống và 1,5Gbps cho đường lên.
- Tăng thông lượng trung bình của ngƣời dung, đặc biệt khi số lượng người
dùng là quá lớn. Lập lịch sóng mang chung trong Nút B phát triển cho phép sự lựa
chọn sóng mang tối ưu do đó dẫn đến hiệu năng tốt nhất và cân bằng tải tốt nhất giữa các
sóng mang.
1.4.2 Kết nối chuyển tiếp
Một trong những thành phần công nghệ mới trong phát hành 10 cho LTE-
Advanced đó chính là kết nối chuyển tiếp (Relay). LTE-Advanced sử dụng kết
nối chuyển tiếp để tăng hiệu năng của mạng LTE bằng bằng cách thêm vào các nút
mạng trong các vùng, nơi có các vấn đề nhất định về vùng phủ. Các nút chuyển
tiếp có công suất phát nhỏ hơn so với các Nút B phát triển có vùng phủ rộng lớn
(các Nút B phát triển macro) và đường trục là không dây, do vậy việc triển khai các Nút
chuyển tiếp dễ dàng hơn đáng kể so với việc triển khai các Nút B phát triển macro. Do
vậy, kết nối chuyển tiếp có thể được sử dụng để xây dựng mạng LTE trên các khu vực
rất khóđểtriển khai mạng đường trục có dây. Nút chuyển tiếp được kết nối đến một
eNodeB dẫn (Donor eNodeB), đây là nút sẽ chịu trách nhiệm kết nối dữ liệu đến mạng
lõi.
Nhóm 5_D11VT5 Page 14
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Hình 4: Mô hình trạm chuyển tiếp
Ngoài ra còn một số công nghệ tiêu biểu của LTE-Advanced mà chúng tôi không nêu chi
tiết ở đây như Công nghệ “Cải thiện các sơ đồ MIMO” cho đường xuống và đường lên
của LTE-Advance, công nghệ “Phát thu phối hợp-CoMP” 5 được sử dụng để nâng cao
dung lượng và chất lượng dịch vụ hệthống.
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ RELAY TRONG MẠNG LTE -
ADVANCED
Công nghệ chuyển tiếp( Relay) là một trong những công nghệ được đề xuất cho hệ
thống mạng 4G – LTE - Advanced. Công nghệ Relay cải thiện về tốc độ và hiệu năng xử
lý của hệ thống mạng.
Công nghệ Relay trong LTE - Advanced được nghiên cứu từ tháng 1 năm 2009 và
kết thúc vào tháng 12 năm 2009. Việc nghiên cứu này bắt đầu với thảo luận các kịch bản
triển khai tiềm năng mà công nghệ này mang lại. Kịch bản này cung cấp các hướng dẫn
giá trị cho các cuộc thảo luận chung khác. Thông qua những mô hình kênh tích hợp,
chúng ta có thể đánh giá chính xác hiệu năng của hệ thống sử dụng công nghệ Relay, đó
là tiền tố quan trọng để lựa chọn các kỹ thuật phù hợp và đánh giá giá trị trong việc kinh
doanh của hệ thống với những kịch bản tương ứng.
5 Xem thêm: Nguyễn Phạm Anh Dũng (2013), Thông tin di động, Nxb Bưu điện, tr. 476 – 489.
Nhóm 5_D11VT5 Page 15
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
2.1. Sự cần thiết của công nghệ Relay với LTE - Advanced
Một trong những điểm chính cho việc sử dụng LTE - Advanced là hướng tới tốc độ
dữ liệu cao hơn. Tuy nhiên tất cả các công nghệ thường bị giảm tốc độ dữ liệu ở rìa của
cell, nơi mà mức độ tín hiệu thấp hơn và mức độ can thiệp từ nhiều cell khác cũng như
BTS khác thường cao hơn.
Việc sử dụng các công nghệ như MIMO, OFDM và kỹ thuật sửa lỗi tiên tiến
(Turbo,..) thường yêu cầu để thực hiên với nhiều điều kiện hơn, nhưng không giảm thiểu
hoàn toàn các vấn đề về tốc độ và ảnh hưởng của nhiễu ở rìa của cell (cell edge).
Do đó, hiệu năng của hệ thống tại rìa các cell trở nên quan trọng hơn hết, nhiều công
nghệ đã được đưa ra nhưng đều gặp phải những hạn chế. Cần thiết hơn để tìm ra một giải
pháp có thể nâng cao hiệu năng thực hiện ở rìa cell với một giá thành đầu tư thấp. Một
giải pháp được cho là phù hợp cho những mục đích này là công nghệ LTE - Advanced
Relay.
2.2. Cơ bản về LTE - Advanced Relay
LTE - Adv Relay khác với việc sử dụng một repeater (thiết bị nhắc lại, lặp lại) -
một thiết bị phát lại tín hiệu. Một Relay sẽ nhận, giải điều chế và giải mã giữ liệu, thực
hiện sửa lỗi…và sau đó truyền lại tín hiệu mới này. Với cách này, chất lượng tín hiệu
được tăng cường trong một LTE - A Relay, mà không bị suy thoái, giảm tín hiệu do
nhiễu khi sử dụng bộ repeater.
Đối với một LTE-A Relay, UE giao tiếp với các nút chuyển tiếp, cái mà sẽ trực tiếp
kết nối thực hiện giao tiếp với một eNodeB. Các nút chuyển tiếp có thể tùy chọn hỗ trợ
các chức năng lớp cao hơn, ví dụ giải mã dữ liệu người dùng từ eNodeB và mã hóa lại dữ
liệu trước khi truyền nó tới UE.
LTE-A Relay là một trạm cố định - cơ sở hạ tầng hoàn toàn là những kết nối không
dây, thực hiện chuyển tiếp các thông điệp từ trạm gốc(BS) tới các thiết bị di dộng (MSs)
thông qua các giao tiếp multi-hop.
Dưới đây là một số những lợi ích quan trọng từ LTE - Adv Relay:
Tăng mật độ phủ mạng : Các nút LTE - A Relay được triển khai một cách dễ
dàng trong các tình huống mà mục đích chủ yếu là tăng dung lượng mạng bằng
cách tăng số lượng các eNodeB để đảm bảo tín hiệu từ tất cả người dùng là tốt
Nhóm 5_D11VT5 Page 16
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
nhất. LTE-A Relay rất dễ thiết lập cho người dùng những yêu cầu không một kết
nối backhaul riêng biệt và có thể dễ dàng tùy chỉnh nơi đặt thiết bị Relay như trên
tường, mái nhà, hay thậm chí là trên thiết bị khác như đèn đường,…do đó việc
tăng vùng phủ sóng đã được cải thiện.
Hình 5: Relay sử dụng để tang mật độ phủ
Mở rộng vùng phủ sóng: LTE-A Relay có thể được sử dụng như một phương
pháp thuận tiện nhưng khu vực hạn chế về khả năng phủ sóng. Mà hoàn toàn
không cần phải cài đặt một trạm gốc hoàn chỉnh, Relay có thể nhanh chóng thiết
lập vùng phủ mở rộng với những kết nối blackspot.
Hình 6: Relay sử dụng cho mở rộng vùng phủ
Thêm đó là các nút LTE-A Relay có thể được sử dụng để tăng vùng phủ bên ngoài
vùng phát sóng chính. Với những anten độ lợi cao và nếu anten có một kết nối tới
Nhóm 5_D11VT5 Page 17
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
eNodeB, Relay sẽ được thay thế ở vị trí hợp lý, nó có thể trở thành giao tiếp tốt chủ yếu
và cung cấp khả năng mở rộng vùng phủ sóng.
Hình 7. LTE Relay coverage extension - extending coverage
Giúp tăng nhanh vòng phủ của mạng roll-out (mạng kết hợp dịch vụ khác nhau):
Nếu không cần phải cài đặt các đường truyền backhaul, hoặc thiết lập các đỉnh
anten lớn hơn, LTE-A Relay có thể cung cấp một phương pháp rất dễ dàng cho
mở rộng phạm vi phủ sóng sớm hơn với mạng roll-out. Thêm nhiều eNodeB có
thể được cái đặt sau đó để có thể cài thiện tốc độ lưu lượng truyền đi.
Hình 8. Relay được sử dụng để cung cấp một mạng roll-out nhanh chóng
2.3. LTE-A Relay song công đầy đủ và song công một nửa.
Các nút Relay có thể hoạt động theo hai kịch bản sau:
Bán song công : Một hệ thống bán song công cung cấp các thông tin liên lạc trong
cả hai hướng, nhưng không cùng một lúc - truyền đi với đa truy nhập theo thời
gian (TDMA). LTE-A Relay yêu cầu một lịch trình, kế hoạch cẩn thận. Nó đỏi hỏi
RN phối hợp, phân bổ tài nguyên với các UE ở đường lên và các eNodeB ở đường
xuống. Điều này có thể đạt được bằng việc sử dụng các giải pháp gán trước, với sự
phức tạp hơn - đòi hỏi nhiều xử lý thông minh hơn, giao tiếp linh hoạt hơn và tối
ưu hóa hơn.
Nhóm 5_D11VT5 Page 18
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Song công: Đối với song công, hệ thống có thể truyền và nhận cùng lúc. Các nút
LTE - A Relay thường ở cùng tần số. Các nút Relay sẽ nhận tín hiệu, xử lý nó và
truyền đi với cùng tần số và trễ nhỏ, mặc dù trễ này sẽ là nhỏ khi chúng ta so sánh
với thời gian của khung. Để đạt được song công, phải thiết lập cách ly riêng biệt
giữa anten truyền và anten nhận tín hiệu.
Khi xem xét các hệ thống song công và bán song công cho các LTE-A Relay, có
một đánh đổi về khả năng thực hiện và giá của các nút Relay. Hiệu suất thu là rất quan
trọng, và vấn đề tách biệt anten phía phát và phía thu cho phép đồng thời truyền tải và
tiếp nhận chỉ có một kênh được sử dụng.
2.4. Phân loại LTE-A Relay
2.4.1. Phân loại chung
Phần này sẽ đưa ra một số loại LTE-A Relay khác nhau có thể sử dụng. Tuy nhiên,
trước khi định nghĩa cá loại trạm Relay, chúng ta cần tìm ra những điểm khác nhau để
phân loại.
Một đặc điểm quan trọng của một LTE-A Relay là tần số sóng mang. Từ đó ta có 2
phương pháp thực hiện :
Trong băng: Một LTE-A Relay node được nói là trong băng nếu kết nối giữa
BS và nút Relay ở cùng tần số sóng mang như kết nối giữa LTE-A Relay và
thiết bị người sử dụng. Hay nói cách khác, kết nối BS-RN và BS-UE là tương
tự tần số.
Ngoài băng : Với một LTE-A node ngoài băng, các RNS, kết nối BS-RN là
khác tần số sóng mang với kết nối RN-UE.
Một tính năng khác, chính là mục đích của Relay node, chúng ta có 3 loại cho đặc
điểm này
Loại 1: Những LTE-A Relay điều khiển những cell của chúng với những phương
thức truyền dẫn riêng biệt bao gồm đồng bộ kênh và tham chiếu những ký hiệu.
Relay loại 1 xuất hiện với phát hành 8 của eNodeN tới phát hành 8 của UE. Điều
này đảm bảo tính tương thích ngược. Cơ bản loại 1 LTE-A Relay cung cấp truyền
dẫn bán song công trong băng.
Nhóm 5_D11VT5 Page 19
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Ở đây, có thể phân loại 1 thành 2 loại nhỏ khác để chi tiết hơn về mục đích
Loại 1.a. Loại này là RNs ngoài băng và các tính năng tương tự như loại 1, nhưng
chúng có thể truyền dẫn và nhận ở cùng thời gian-song công.
Loại 1.b. Loại này là một dạng trong băng. Chúng có một sự cô lập giữa anten sử
dụng cho liên kết BS-RN và liên kết RN-UE. Sự cô lập này đạt được bới khoảng
cách các anten và định hướng cũng như các kỹ thuật xử lý tín hiệu kỹ thuật số
chuyên dụng, mặc dù vậy ở đây cũng cần quan tâm tới giá thành để thực hiện
những điều này. Khả năng thwucj hiện của các RN ở đây được dự đoán tương tự
như của femtocell.
Loại 2 : Loại này không có những cell bên trong nó mà nhìn như chỉ có 1 cell
chính. Một vài UE là không thể được phục vụ của một Relay từ eNodeB chính
không với cell này. Thông tin điều khiển có thể được truyền dẫn từ eNodeB và dữ
liệu người sử dụng từ LTE-A Relay.
Bảng 2.1: So sánh giữa các loại relay theo chuẩn chung
2.4.2. Phân loại Relay trong LTE-A
Ngoài ra còn có một cách phân loại khác, cách phân loại này dựa trên các tiêu
chuẩn sử dụng của các Relay node trong mạng LTE-A.6
6NTT DOCOMO Technical Journal (2012), Special Arcicles on LTE-Advanced Technology Ongoing Evolution of LTE toward IMT Advanced- Relay Technology in LTE-Advanced, p. 30
Nhóm 5_D11VT5 Page 20
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Hình 9. Các đặc điểm của các loại relay theo tiêu chuẩn của LTE-A
Chuyển tiếp loại 1: Với cái tên khác là Booster hay Repeater. Đây là dạng chuyển
khuếch đại và chuyển tiếp tín hiệu (AF) bằng cách khuếch đại tín hiệu vô tuyến
đường xuống từ trạm gốc và truyền đến UE. Với những đặc điểm này, loại này
được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin di động 2G và 3G. Được
nghiên cứu để mở rộng vùng phủ ở khu vực đồi núi cao, các khu vực dân cư thưa
thót và nông thôn. Tuy nhiên nó cũng đồng thời khuếch đại tín hiệu nhiễu liên Cell
(inter-cell) và tạp âm cùng với tín hiệu mong đợi.
Điều này làm giảm SINR và giảm độ lợi, nâng cao thông lượng truyền dẫn.
Chuyển tiếp loại 2: Đây là một kiểu công nghệ chuyển tiếp giải mã và chuyển tiếp
(DF) bằng cách giải mãi, tiếp đó giải điều chế tín hiệu tiếp nhận RF đường xuống
từ trạm gốc, và sau đó tín hiệu vô tuyến này một lần nữa được mã hóa và điều
điểu chế một lần nữa trước khi chuyển đến UE. Việc xử lý mã hóa/giải mã và điều
chế/giải điều chế được thực hiện tại các trạm Relay. Điều này làm tăng tỉ số SINR,
Nhóm 5_D11VT5 Page 21
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
các nhiễu liên Cell và tạp âm sẽ được xử lý và không được khuếch đại khi chuyển
tiếp. Do đó năng cao thông lượng tốt hơn với chuyển tiếp loại 1.
Chuyển tiếp loại 3: Cũng như loại 2, loại 3 cũng thực hiện giải điều chế và giải mã
tín hiệu vô tuyến nhận trên đường xuống từ trạm gốc nhưng sau đó thực hiện xử lý
( mật mã hóa (Cyphering), sự ghép nối/phân chia/rap lại dữ liệu người dùng User-
data) để truyền lại dữ liệu người dùng trên giao diện vô tuyến và cuối cùng thực
hiện mã hóa và điều chế rồi đưa đến UE. Loại 3 cải thiện hơn loại 2 về thông
lượng và loại bỏ các nhiễu liên Cell và tiếng ồn.
2.5. Các vấn đề liên quan tới triển khai mạng LTE-A
2.5.1. Thủ tục khởi dộng trạm chuyển tiếp LTE-A Relay
Khi một trạm chuyển tiếp mới được triển khai trong mạng, nó sẽ tự động gắn nó vào
mạng di động. Thủ tục khởi động này chia làm 2 giai đoạn.
Giai đoạn 1: Nút chuyển tiếp Relay tạo ra kết nối RRC tới trạm gốc eNodeB và
liên kết với chính trạm này như một UE để cấu hình khởi tao và bắt đầu bật thiết
bị.
Giai đoạn 2: Relay node kết nối BS ( lựa chọn theo một tiêu chuẩn của nó). Các
nút Relay lúc này sẽ gửi một yêu cầu,chỉ số tới BS trong qua trình thiết lập kết nối
với RRC.
2.5.2. Thủ tục UE liên kết.
Có 2 trường hợp liên quan đến phần liên kết của Relat node và UE. Trưởng hợp 1,
UE liên kết với Relay node khi khởi động và trường hợp 2 là liên kết với BS sau khi khởi
dộng – cần một liên kết với trạm Relay sau khi lựa chọn laij vùng phủ cell trong trạng
thái RRC Idle.
Trường hợp 1: Thực hiện kết nối logic S1 giữa UE và CN được thực hiện do
một thiết lấp kết nối RRC, được kích hoạt bới một nút chuyển tiếp của trạm
Relay.
Trường hợp 2: Trong trạng thái mạng LTE idle. Tất cả các thủ tục di động
LTE ở trạng thái này được thực hiện độc lâp với UE.
Nhóm 5_D11VT5 Page 22
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
2.5.3. Thủ tục chuyển giao
2.5.3.1. Chuyển giao từ trạm Relay đến trạm gốc.
Trong RRC- connectes, E-UTRAN quyết định Cell phủ mà UE nên chuyển giao để
đảm bảo đường truyền vô tuyến.
Qua những thông số được gửi, Relay node quyết định có nên bắt đầu một chuyển
giao hay không. Nếu có, Relay node sẽ lựa chọn một mục tiêu Cell phủ cho UE. Sau đó,
Relay sẽ gửi bản tin và chuyển tiếp bản tin X2 hướng tới eNodeB. Sau khi tiếp nhận bản
tin báo cáo 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.
2.5.3.2. Chuyển giao từ eNodeB tới trạm Relay
Trong trường hợp này, thủ tục giống như từ eNodeB đến eNodeB khác. Nhìn từ phía
UE, Relay node giống như một eNodeB. UE thông báo kết quả đo đạc của nó tới
eNodeB. eNodeB sẽ quyết định chuyển giao tới trạm Relay. Sau đó trạng thái chuyển
giao được thực hiện, yêu cầu chuyển giao được gửi tới trạm Relay thông qua eNodeB.
Nếu trạm Relay đồng ý UE này, bản tin chấp nhận gửi tới UE, và bắt đầu thực hiện
chuyển giao. Dữ liệu đường xuống đến tại eNodeB tới UE được chuyển qua trạm Relay.
2.6. Các ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng trạm Relay
Ưu điểm 7
Mục đích chính của việc chuyển tiếp là cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn để hỗ
trợ các dịch vụ dữ liệu cao.
Các RN (Relay node) tăng cường thông lượng trên toàn mạng bằng cách sử
dụng hiệu quả các tài nguyên mạng.
Các RN đang là một giải pháp chi phí triển khai hiệu quả, đang được nhiều nhà
điều hành mạng quan tâm.
7 Inam Ullah (2012), Performance Analysis of LTE-Advanced Relay Node in Public SafetyCommunication, p. 22.
Nhóm 5_D11VT5 Page 23
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
RN mang lại SINR có lợi đáng kể vào liên kết chuyển tiếp thông qua kế hoạch
tích hợp vị trí. Nó cũng làm giảm hiệu ứng bóng ram bằng cách chọn vị trí tốt
nhất cho việc triển khai RN
Nhược điểm
Trong Relay, DeNodeB sử dụng một vùng tài nguyên vô tuyên chung một trong 3
liên kết: liên kết trực tiếp ,liên kết Relay và liên kết truy nhập. 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 theo thời gian(TMA), do
đó nó cũng làm giảm hiệu suất của RN. Nó tạo ra sự cạnh tranh cao cho các tài
nguyên vô tuyến có sẵn tại DeNB, đòi hỏi kỹ thuật lập kế hoạch tài nguyên hiệu
quả
Các Relay node có bán kính vùng phủ nhỏ do công suất phát thấp, độ lợi anten
thấp và tổn hao đường truyền cao theo số mũ. Như vậy, số ít các UE sẽ được kết
nối với các RN, dẫn đến việc sử dụng không hiệu quả các nguồn tài nguyên cũng
như sự mất cân bằng tải giữa RN và trạm cơ sở.
Các Relay node cũng cần có tài nguyên vô tuyến để cho các đường liên kết tới nó
và để kết nối tới DeNodeB
Các Relay node cũng là nguyên nhân gây ra trễ hệ thống trong quá trình xử lý tín
hiệu trước khi truyền đi.
2.7. Truy nhập vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Relay
2.7.1. Cấu hình khung vô tuyến cho các trạm Relay
Một giải pháp đơn giản ở đây là sử dụng tần số đơn lẻ Multicast/Broadcast
(MBSFN), cấu hình các khung con trong các khung con tiếp nhận bởi trạm chuyển tiếp
tiếp nhận tín hiệu từ BS. Trong phương pháp này,các tín hiệu điểu khiển Relay loại
1/Relay loại 2 được đặt tại rất nhiều phía trước của khung con, chỉ chiếm 2 ký tự. Trong
giải pháp này, một 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 nhận các tín hiệu trạm gốc.
Tại 1 thời điểm giống như vậy, UE có thể đo cường độ tín hiệu RF tiếp nhận từ trạm
Relay so với tín hiệu tham khảo trong 2 kí tự đầu tiên tại phía trước thu nhỏ.
Nhóm 5_D11VT5 Page 24
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
2.7.2. Giao thức vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Relay
Trong công nghệ chuyển tiếp loại 3, trạm chuyển tiếp được trang bị giao thức hội tụ
gói dữ liệu (PDCP) về mật mã và nén tiêu đề cho dữ liệu người dùng. Giao thức điều
khiển kết nối vô tuyến (RLC) điều khiển truyền lại với 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.
2.8. Kiến trúc mạng cho các trạm Relay
Trạm Relay (Relay station) phải có chức năng tương ứng với những chức năng của
trạm phát sóng gốc, các nghiên cứu mới được thực hiện trên những chức năng điều khiển
và phương thức truyền tải người dùng 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 động (MME) hoặc cổng phục vụ (S-PW)8.
8NTT DOCOMO Technical Journal (2012), Special Arcicles on LTE-Advanced Technology Ongoing Evolution of LTE toward IMT Advanced- Relay Technology in LTE-Advanced, p. 35
Nhóm 5_D11VT5 Page 25
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Hình 10:Kiến trúc mạng vô tuyến sử dụng công nghệ relay loại 3
2.9. Kết luận chương
Trong chương này, chuyên đề đã giới thiệu khái quát về công nghệ Relay hiện tại
được tiêu chuẩn trong hệ thống LTE - Advanced. Cho đến nay,trạm Relay được phát
triển như một 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 -
Advanced, công nghệ Relay loại 3 được giới thiệu thay vì các repeater (gây nhiễu liên
Cell và tạp âm) làm tăng tỉ số SINR và tăng lên về thông lượng truyển dẫn hiệu quả. Các
tiêu chuẩn kỹ thuật trạm Relay đang được nghiên cứu và phát triển trong phiên bản
LTE.10 để mở rộng vùng dịch vụ LTE một cách hiệu quả hơn và kịp thời, trong hoàn
cảnh nhu cầu về dịch vụ của người dùng càng tăng nhanh.
Nhóm 5_D11VT5 Page 26
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA RELAY TRONG MẠNG LTE -
ADVANCED
3.1. Một số đặc điểm của các trạm Relay9
3.1.1. Dựa trên tiêu chí kỹ thuật
3.1.1.1. Trạm Relay RA and RF. ( Relay amlify and forward)
Chuyển tiếp khuếch đại và chuyển tiếp AF: là một dạng chuyển tiếp song công,
khuếch đại tín hiệu từ bước trước và truyền lại tới bước thứ 2. AF có một hạn chế là
khuếch đại cả nhiễu và tạp âm cùng với tín hiệu mong muốn. Điều này giảm tỉ số SINR
tổng thể cũng như hạn chế thông lượng của hệ thống. Trong chuyển tiếp AF, tín hiệu
truyền trên đường truy nhập có thể rò rỉ tới đường tiếp nhận tín hiệu chuyển tiếp gây
nhiễu vòng (Loop interference).
3.1.1.2. Trạm Relay RD and RF( Relay Decode andf forward)
Giải mã và chuyển tiếp (DF): là một kỹ thuật chuyển tiếp, toàn bộ tín hiệu tiếp nhận
từ nút trước được giải mã và truyền lại cho UE. Nó gây trễ xử lý tín hiệu và phức tạp
trong quá trình mã hóa/ giải mã lại tín hiệu. Trong chuyển tiếp DF, thông lượng qua trạm
chuyển tiếp Relay và các truy nhập liên kết có thể được tối đa, nếu tất cả hai liên kết có
thông lượng bằng nhau.
3.1.2. Dựa trên cơ sở hạ tầng
3.1.2.1. Fixed Relay Station
Các Relay node có thể được phân loại từ quan điểm triển khai mạng, nó có thể trao
đổi thông tin cho nhau và có thể triển khai trên các phương tiện giao thông di động. RNs
(Relay nodes) cố định thường được triển khai trong mạng để cải thiện vùng phủ sóng và
năng lực mạng tại các vùng biên Cell phủ, các vùng lõm do bị che chắn như trong hình
sau:
9Inam Ullah (2012), Performance Analysis of LTE-Advanced Relay Node in Public SafetyCommunication, pp. 16-19.
Nhóm 5_D11VT5 Page 27
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Hình 11: Trạm Relay cố định
Chúng có thể được sử dụng vùng phủ sóng trong mạng cho các người dùng bên
ngoài khu vực di động. Relay node có thể được triển khai trên các tháp, cột, các đỉnh của
tòa nhà, các cột đèn đường,…. Chiều cao anten được giữ thấp hơn với trạm gốc. Các nhà
khai thác mạng có thể lập kế hoạch để đạt được vị trí RN ở tầm nhìn thẳng (LOS) so với
trạm gốc.
3.1.2.2. Trạm chuyển tiếp tạm thời ( Nomadic Relay Station)
Trạm chuyển tiếp tạm thời cho phép triển khai trạm RN tạm thời để cung cấp bổ
sung vùng phủ và năng lực mạng tại các khu vực, nơi mà trạm eNodeB hoặc trạm Fixed
Relay có vùng phủ yếu không đảm bảo QoS, hoặc nơi đang xảy ra sự cố tắc nghẽn mạng
(ex: Lễ hội, các nơi tập trung đông người trong một thời điểm nhất định).
Chiều cao anten tương đối thấp, các kết nối truy nhập có thể được thực hiện trên cả
hai kênh tầm nhìn thẳng (LOS) và các kênh bị che chắn (NLOS). Nó thường hoạt động ở
chế độ acquy nên cấu trúc vật lý tương đối nhỏ gọn so với trạm Relay thông thường.
Nhóm 5_D11VT5 Page 28
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Hình 12. Trạm Relay tạm thời
3.1.2.3. Trạm chuyển tiếp di động (Mobile Relay Station)
Trạm chuyển tiếp di động thường được gắn trên các thiết bị giao thông ( ex: Xe bus,
xe lửa, tàu điện ngầm,…) nhằm mục tiêu cung cấp dịch vụ di động tốt bên trong các
phương tiện này. Nó kết nối với BS thông qua liên kết chuyển tiếp di động khi kết nối với
UE bên trong phương tiện giao thông qua liên kết truy nhập. Chiều cao anten tương đối
thấp do hạn chế về độ an toàn trong thiết kế của các phương tiên giao thông này.
Hình 13. Trạm Relay tạm thời
Nhóm 5_D11VT5 Page 29
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
3.2 Phương án sử dụng Relay trong mạng LTE - Advanced10
3.2.1. Đối với khu vực nông thôn
Các dịch vụ ở khu vực nông thông có đặc tính vùng phủ sóng rộng và mật độ người
dùng thấp. Vì vậy, một câu hỏi đầu tiên quan tâm đến là các nhà điều hành mạng làm thế
nào để giảm chi phí triển khai. Trong một kịch bản tương tự vậy, trạm Relay sẽ cung cấp
một giải pháp hiệu quả trong việc giảm số lượng các trạm marco eNodeB.
Nhìn chung do địa hình nông thôn nên đường truyền LOS sẽ được chi phối, đường
truyển NLOS là tương đối hiếm trừ khi địa hình đồi núi cao hoặc được phủ bởi thảm thực
vật cao.
Hình 14: Triển khai Relay với vùng mạng nông thôn
Việc triển khai các trạm Relay có công suất cao và việc quy hoạch mạng là rất quan trọng
với khu vực này.
3.2.2. Khu vực đô thị
Trái ngược hoàn toàn với khu vực nông thôn, khu vực thành thị có mật độ người
dùng cao, và phân bố đồng đều. Mục đích chính triển khai trong khu vực này là nâng cao
năng lực của mạng. Do đó phạm vi vùng phủ của mỗi RN tương đối nhỏ và nhiều RN sẽ
được triển khai trong phạm vi vùng phủ Marco eNodeB. Có thể có nhiều vùng phủ chồng
lên nhau giữa các RN.
10
Nhóm 5_D11VT5 Page 30
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
Hình 15: Triển khai mạng với vùng mạng đô thị
3.2.3. Điểm chết
Các điểm chết thường ở phía sau xung quanh các tòa nhà cao tầng nơi mà sóng vô
tuyến của BS không thể tới được. Môi trường truyền tương tự môi trường đô thị. Nhiễu
chủ yếu là tiếng ồn của Repeater có thể là một giải pháp thay thế ngoài chuyển tiếp DF.
Hình 16: Triển khai mạng Relay với vùng mạng với những điểm chết
3.2.4. Điểm nóng tòa nhà
Chuyển tiếp có thể được sử dụng để đạt được thông lượng dữ liệu cao trong nhà.
Hiện tượng Fading có xu hướng tăng do sóng phản xạ và khúc xạ đới với các bức tường
chắn. Chuyển tiếp cung cấp tăng cường thông lượng và để phục vụ người dùng trong nhà
ở các khu vực vùng phủ sóng yếu. Do vậy năng lực vùng phủ Marco được tăng lên.
Trong các tòa nhà cao tầng, người dùng tại các tầng khác nhau sẽ trải nghiệm chất
lượng kênh truyền khác nhau. Tỷ số SINR sẽ bị giảm. Do đó trong trường hợp này, một
Nhóm 5_D11VT5 Page 31
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
anten định hướng trên nút Relay chỉ về phía eNodeB có thể tăng cường hiệu quả cường
độ tín hiệu từ eNodeB làm cải thiện SINR. Người ta mong đợi một số lượng UE (từ 30-
100) có thể hỗ trợ từ Relay.
Hình 17: Triển khai Relay với các vùng mạng có điểm nóng
3.3 Kết luận chương
Các mạng lõi và các mạng truy cập vô tuyến, nơi mà các mạng truy cập kiểm soát
của giao diện vô tuyến. Vì vậy kiểm soát tài nguyên đường lên, các nguồn tài nguyên vô
tuyến được chia cho các trạm chuyển tiếp Relay, đó là lịch trình của eNode-B. Một câu
trả lời quan trọng có liên quan đến thực tế là việc sử dụng trạm chuyển tiếp làm hạn chế
về việc sử dụng các khối tài nguyên, như MS sử dụng trạm chuyển tiếp.
Relay chỉ có thể truyền trên môt nửa của trạm chuyển tiếp Relay được giao cho nó,
như là một nửa khác là cần thiết cho các giao tiếp giữa trạm chuyển tiếp Relay và trạm
gốc (BS).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nhóm 5_D11VT5 Page 32
RELAY TECHNOLOGY IN LTE-ADVANCED
1. Mikio Iwamura, HideakiTakahashi, Satoshi Nagata (2010), Replay technology in LTE
– Advanced, NTT DOCOMO Technical Journal, Vol 2, No. 2.
2. Rohde & Schwarz (2010), LTE-Advanced Technology Introduction white payper
3. Ian F. Akyildiz, David M. Gutierrez-Estevez, Elias Chavarria Reyes (2010), The
evolution to 4G cellular systems: LTE-Advanced
4. Alcatel-Lucent (2009), The LTE Network Architecture A comprehensive tutoria-white
payper
5. LTE-A Relay Scenarios and Evaluation Methodology
6. 4G Americas (2014), 4G Mobile Broadband Evolution: 3GPP Release 11 & Release
12 and Beyond –white payper
7. Erik Dahlman, Stefan Parkvall, and Johan Sköld (2011), 4G LTE/LTE-Advanced
for Mobile Broadband
Nhóm 5_D11VT5 Page 33