Các thủ tục truy nhập lte

CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LTE: LTE viết tắt của từ Long Term Evolution (Phát triển dài hạn), là một hệ thống công nghệ được phát triển từ họ công nghệ GSM/UMTS (WCDMA, HSPA) đang được nghiên cứu, thử nghiệm để tạo nên một hệ thống truy cập băng rộng di động thế hệ mới, hướng đến thế hệ thứ 4 – 4G. 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: 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 chạy 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. - 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. 2.CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE: Trước khi truyền dẫn số liệu, đầu cuối di động cần phải kết nối với mạng. Trong phần này ta sẽ xét các thủ tục cần thiết cho một đầu cuối di động để nó có thể truy nhập mạng LTE. 2.1. Tìm ô: Tìm ô là thủ tục mà một đầu cuối di động tìm một ô tiềm năng để kết nối. Một phần của thủ tục tìm ô là đầu cuối nhận được số nhận dạng vả ước tính định thời khung của ô được nhận dang. Thủ tục tìm ô cũng cung cấp ước tính các thông số cần thiết để thu thông tin hệ thống trên kênh quảng bá. Thông lin hệ thống chứa các thông số cần thiết để truy nhập hệ thống. Để không làm phức tạp quá trình quy hoạch ô, số lượng các nhận dạng ô lớp vật lý phải đủ lớn. LTE hỗ trợ 510 nhận dạng ô khác nhau. Các nhận dạng này được chia thành 170 nhóm nhận dạng ô với ba nhận dạng trong mỗi nhóm. Để giảm độ phức tạp tìm ô, tìm ô trong LTE thường được thực hiện theo một số bước giống như thủ tục tìm ô ba bước của WCDMA. Để hỗ trợ đầu cuối trong thủ tục này, LTE cung cấp tín hiệu đồng bộ sơ cấp và tín hiệu đồng bộ thứ cấp trên đường xuống. Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và đồng bộ thứ cấp là các chuỗi đặc biệt được chèn vào hai ký hiệu OFDM cuối cùng trong khe đầu tiên của khung con không và năm như minh họa trên hình 15.1 . Ngoài các tín hiệu đồng bộ, thủ tục tìm ô cũng có thể sử dụng các tín hiệu tham khảo. #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 01234560123456 01234560123456 Ký hiệu OFDM Tín hiệu đồng bộ thứ cấp Tín hiệu đồng bộ sơ cấp Khung vô tuyến 10 ms Khung con 1ms Khe 0,5ms Khe 0,5 ms Khe 0,5ms Khe 0,5ms 72 sóng mang con Băng thông hệ thống Hình 1.1. Các tín hiệu đổng bộ sơ cấp và thứ cấp. 2.1.1. Thủ tục tìm ô: Trong bước đầu tiên của thủ tục tìm ô, đầu cuối di động sử dụng tín hiệu đồng bộ sơ cấp để định thời theo 5ms. Lưu ý rằng tín hiệu đồng bộ được phát hai lần trong một khung. Lý do là để đơn giản chuyển giao từ các công nghệ truy nhập khác như GSM đến LTE. Vì thế tín hiệu đồng bộ sơ cấp chỉ có thể đảm bảo đồng bộ khung với sv không rõ ràng 5ms. Thực hiện giải thuật ước tính là đặc thù của nhà khai thác, nhưng một giải pháp là sử dụng lọc phối hợp giữa tín hiệu thu được và các chuỗi được đặc tả cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Khi đầu ra của bộ lọc phối hợp đạt giá trị cực đại, thì có nghĩa là đầu cuối đã tìm được định thời theo 5ms. Bước thứ nhất cũng có thể được sử dụng để khóa tần số bộ dao động nội của đầu cuối di động đến tần số sóng mang của trạm gốc. Khóa tần số của bộ dao động nội đến tần số sóng mang trạm gốc cho phép giảm bởi yêu cầu độ chính xác đối với bộ dao động nội của đầu cuối di động và nhờ vậy giảm giá thành. Vì các lý do sẽ xét dưới đây, ba chuỗi khác nhau có thể được sử dùng cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Tồn tại ánh xạ (chuyển đồi) một một giữa từng chuỗi của ba chuỗi này và nhận dạng ô trong nhóm nhận dạng ô. Vì thế sau bước thứ nhất, đầu cuối đã tìm được nhận dạng này trong nhóm nhận dạng ô. Ngoài ra do có sự chuyển đổi một một giữa từng nhận dạng ô trong nhóm nhận dạng ô và từng chuỗi trong số ba chuỗi trực giao được sử dụng khi tạo ra tín hiệu tham khảo. Đầu cuối di động cũng sẽ biết được một phần thông tin về cấu trúc tín hiệu tham khảo trong bước này. Tuy nhiên sau bước này, đầu cuối vẫn chưa biết nhóm nhận dạng ô. Trong bước tiếp theo, đầu cuối tìm nhóm nhận dạng ô và xác định đồng bộ khung. Điều này được thực hiện bằng cách quan sát các cặp khe nơi mà tín hiệu đồng bộ thứ cấp được phát. Về nguyên lý, nếu (sl, s2) là cặp chuỗi được phép, trong đó sl, s2 thể hiện tín hiệu đồng bộ thứ cấp trong khung con không và năm, thì cặp đảo (s2, sl) không phải là cặp chuỗi hợp lệ. Khai thác thuộc tính này, đầu cuối di động cũng giải quyết được sự không rõ ràng định thời 5ms từ bước thứ nhất trong thủ tục tìm ô và xác định được định thời khung. Ngoài ra mỗi tổ hợp (sl, s2) thể hiện một trong số các nhóm nhận dạng ô, vì thế từ bước tìm ô thứ hai nhóm nhận dạng ô cũng được tìm thấy. Từ nhóm nhận dạng ô, đầu cuối cũng nhận được thông tin về chuỗi giả ngẫu nhiên được sử dụng để tạo ra tín hiệu tham khảo trong ô. Sau khi hoàn thành thủ tục tìm ô, đầu cuối di động nhận được thông tin hệ thống phát quảng bá và từ đó nhận được các thông số còn lại như băng thông được sử dụng trong ô. 2.1.2. Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ: Cấu trúc thời gian-tần số tổng quát được minh hoạ như hình 1.2. Từ hình này ta thấy các tín hiệu đồng bộ sơ và thứ cấp được phát trong hai ký hiệu OFDM nối tiếp. Cấu trúc này cũng được chọn để có thẻ xử lý nhất quán tín hiệu đồng bộ thứ cấp tại đầu cuối di động. Sau bước thứ nhất tín hiệu đồng bộ sơ cấp đã biết và vì thế có thề sử dụng nó đề ước tính kênh. Ước tính kênh này sẽ được sử dụng tiếp theo để xử lý nhất quán tín hiệu cho bước thứ hai để cải thiện hiệu năng, tuy nhiên việc đặt các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp cạnh nhau cũng có nghĩa là trong bước thứ hai đầu cuối phải ước tính mù độ dài CP. Tuy nhiên đây là khai thác ít phức tạp. b) a) Pha đinh tần số thời gian Pha đinh tần số thời gian Df Người sử dụng#1 Người sử dụng#2 Người sử dụng#2 Người sử dụng#1 Hình 1.2 Lập biểu phụ thuộc đường xuống trong miền thời gian và tần số. Trong nhiều trường hợp, định thời trong nhiều ô được đồng bộ sao cho khởi đầu khung trong các ô cáng nhau trùng nhau về thời gian. Lý do là để cho phép khai thác MB SFN. Tuy nhiên khai 'thác đồng bộ cũng có nghĩa là phát các tín hiệu đồng bộ sơ cấp trong các ô khác nhau phải xảy ra tai cùng một thời điềm. Vì thế ước tính kênh dựa trên tín hiệu đồng bộ sơ cấp sẽ phản ảnh kênh tổng hợp cho tất cả các ô nếu cùng một tín hiệu đồng bộ sơ cấp được sử dụng trong tất cả các ô. Rõ ràng rằng, để giải điều chế nhất quán tín hiệu đồng bộ thứ cấp (các tín hiệu này khác nhau trong các ô khác nhau) ước tính kênh xét từ quan điểm ô là cần thiết và không cần thiết ước tính kênh tổng hợp từ tất cả các ô. Vì thế LTE hỗ trợ nhiều chuỗi cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Trong trường hợp thu nhất quán được triển khai cùng với việc các ô được đồng bộ theo thời gian, các ô lân cận có thể sử đụng các chuỗi đồng bộ sơ cấp khác nhau để giảm nhẹ vấn đề ước tính kênh được trình bày ở trên, Ngoài ra tín hiệu đồng bộ sơ cấp cũng mang một phần nhận dạng ô. Từ quan điểm TDD, đặt tín hiệu đồng bộ tại cuối khe đầu của khung con thay vì khe thứ hai là có lợi vì sẽ giảm bớt các hạn chế liên quan đến việc tạo ra các khoảng thời gian bảo vệ giữa đường lên và đường xuống. Nói một cách khác nếu các tín hiệu đồng bộ được đặt tại khe cuối cùng của khung con, sẽ không có khả năng nhận được thời gian bảo vệ cần thiết cho TDD bằng cách loại bỏ các ký hiệu OFDM. Ngoài ra, cần lưu ý rằng đối với khai thác TDD, vị trí các tín hiệu đồng bộ trong các khung con không và năm là các khung con đường xuống. Tại thời điểm đầu của tìm ô, băng thông ô chưa cần biết. Về nguyên tắc, tìm băng thông truyền dẫn có thể được thực hiện như là một phần của tìm ô. Tuy nhiên điều này sẽ làm phức tạp hóa toàn bộ thủ tục tìm ô, vì thế nên duy trì thủ tục tìm ô như nhau không phụ thuộc vào tổng băng thông truyền dẫn của ô. Sau đó đầu cuối có thể được thông báo về băng thông của ô trong kênh quảng bá. Để duy trì cấu trúc miền tần số của các tín hiệu đồng bộ giống nhau không phụ thuộc vào băng thông ô, các tín hiệu đồng bộ luôn luôn được phát trên 72 sóng mang con trung tâm tương đương với băng thông l mhz. Ba mươi sáu sóng mang con tại hai phía của sóng mang con DC trong miền tần số được dành riêng cho tín hiệu đồng bộ. Sử dụng IFFT, tín hiệu miền thời gian tương ứng có thể được tạo ra. Kích thước IFFT cũng như số các sóng mang con được đặt bằng không trên hình 1.3 phụ thuộc vào băng thông hệ thống. Các sóng mang con không sử dụng cho truyền dẫn các tín hiệu đồng bộ được sử dụng để truyền dẫn số liệu. DC 36 sóng mang con 36 sóng mang con Tín hiệu đường đồng bộ trình bày trong miền tần số Tín hiệu đường đồng bộ trình bày trong miền thời gian-tần số IFFT 0 0 Hình 1.3. Tạo tín hiệu đồng bộ trong miền tần số. 2.1.3. Tìm ô ban đầu và tìm ô lân cận: Tìm ô để kết nối sau khi đầu cuối bật nguồn là một trường hợp rất quan trọng. Tuy nhiên khả năng nhận dạng các ô để chuyền giao cho hỗ trợ di động khi đầu cuối chuyển từ kết nối này sang kết nối khác cũng không kém phần quan trọng. Hai tình huống này thường được gọi là tìm ô ban đầu và tìm ô lân cận. Khi tìm ô ban đầu, đầu cuối di động thường không biết được tần số sóng mang của các ô mà nó đang tìm. Để xử lý trường hợp này, đầu cuối cần tìm một sóng mang thích hợp bằng cách lặp thủ tục nói trên nhiều lần cho tất cả các sóng mang có thể có được cho trong lới tần số. Rõ ràng rằng cách làm này thường làm tăng thời gian cần thiết tìm ô, nhưng yêu cầu về thời gian đối với tìm ô ban đầu là khá dễ rãi. Các phương pháp đặc thù thực hiện cũng có thể được sử dụng đề giảm thời gian từ lúc bật nguồn đến lúc tìm được ô. Chẳng hạn, đầu cuối có thể sử dụng mọi thông tin mà nó có và bắt đầu tìm ô trên cùng một tần số mà nó đã kết nối đến lần cuối. Mặt khác, tìm ô lân cận lại có các yêu cầu định thời chặt chẽ hơn. Tìm ô lân cận càng chậm thì đầu cuối càng mất nhiều thời gian để được chuyển giao đến ô có chất lượng kênh vô tuyến trung bình tốt hơn. Rõ ràng rằng điều này sẽ làm giảm hiệu suất sử dụng phổ tần tổng thể. Tuy nhiên trong trường hợp chuyển giao cùng tần số, rõ ràng rằng đầu cuối di động không cần thiết phải tìm sóng mang trong ô lân cận. Vì không phải tìm kiếm ô trên nhiều sóng mang, nên tìm ô lân cận cùng tần số có thế sử dụng cùng thủ tục như tìm ô ban đầu. Khi đầu cuối thu số liệu đường xuống từ mạng, nó cũng cần đo đạc cho mục đích chuyển giao. Vì thế đầu cuối phải có khả năng thực hiện tìm ô lân cận trong các trường hợp này. Đối với tìm ô lân cận trong cùng tần số, đây không phải là vấn đề lớn vì các ô lận cận phát cùng tần số giống như tần số mà từ đó dầu cuối thu số liệu. Thu số liệu và tìm ô lận cận là hai chức năng gốc tách biệt hoạt động trên cùng một tín hiệu thu. Tuy nhiên trường hợp chuyền giao giữa các tần số phức tạp hơn trong thu số liệu và tìm ô lân cận cần được thực hiện trên các tẩn số khác nhau. Về nguyên lý có thể trang bị cho đầu cuối di động một mạch thu vô tuyến riêng cho việc tìm ô lân cận, tuy nhiên điều này sẽ làm tăng tính phức tạp. Vì thế có thể tạo ra các khoảng trống trong truyền dẫn số liệu trong để trong khoảng thời gian này đầu cuối có thế chỉnh sóng đến tần số khác cho mục đích đo đạc. Điều này được thực hiện theo cách lập biểu đầu cuối trong một hoặc vài khung con. 2.2. Truy nhập ngẫu nhiên: Yêu cầu căn bản đối với mọi hệ thống tổ ong là khả năng đầu cuối có thể yêu cầu thiết lập kết nối. Điếu này thường được gọi là truy nhập ngẫu nhiên và nó phục vụ hai mục đích chính trong LTE, đó là thiết lập đồng bộ đường lên và thiết lập một nhận dạng đầu cuối duy nhất (C-RNTI), trong đó mạng và đầu cuối đều biết nhận dạng này. Vì thế truy nhập ngẫu nhiên không chỉ được sử dụng cho truy nhập lần đầu, khi chuyển từ LTE DETACHED hay LTE-IDLE vào LTE ACTIVE mà còn cả sau các chu kỳ không tích cực khi đồng bộ đường lên bị mất trong LTE ACTIVE. Tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (minh họa trên hình 1.4) bao gồm bốn bước: 1. Bước một gồm truyền dẫn một tiền tố truy nhập ngẫu nhiên để cho phép eNodeB ước tính định thời truyền dẫn của đầu cuối. Đồng bộ đường lên cần thiết vì không có nó đầu cuối không thể phát số liệu đường lên. 2. Bước thứ hai bao gồm phát lệnh định thời phát trước để điều chỉnh định thời phát của đầu cuối dựa trên các kết quả đo định thời bước một. Ngoài việc thiết lập đồng bộ đường lên, bước hai còn ấn định các tài nguyên cho đầu cuối di động để nó sử dụng trong bước ba của thủ tục truy nhập ngẫu nhiên. 3. Bước ba bao gồm truyền dẫn nhận dạng đầu cuối di động đến mạng bằng kênh UL-SCH giống như số liệu được lập biểu thông thường. Nội dung chính xác của báo hiệu phụ thuộc vào trạng thái của đầu cuối chẳng hạn mạng có biết nó trước đây hay không. 4. Bước thứ tự và là bước cuối cùng bao gồm truyền dẫn một bản tin phân giải xung đột từ mạng đến đầu cuối trên DL-SCH. Bước này cũng phân giải mọi xung đột do nhiều đầu cuối tìm cách truy nhập mạng bằng cách sừ dụng cùng một tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên. Chỉ khi eNode chưa biết UE (Truy cập ngẫu nhiên) UE eNodeB AGW Điều chỉnh định thời đường lên Đồng bộ theo định thời đường xuống Số hiệu người sử dụng Bước 4: Báo hiệu RRC Bước 3: Báo hiệu RRC Bước 2: Trả lời truy cập ngẫu nhiên Bước 1: Tiền tố truy cập ngẫu nhiên Hình 2.1. Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên. Chỉ bước thứ nhất sử dụng xử lý lớp vật lý được thiết kế đặc biệt cho truy nhập ngẫu nhiên. Tất cả ba bước còn lại sử dụng cùng một xử lý lớp vật lý giống như cho truyền dẫn số liệu đường lên và đừng xuống thông thường. Dưới đây ta sẽ xét chi tiết các bước này. 2.2.1. Bước 1: Truyền dẫn tiền tố truy nhập Bước thứ nhất trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên là truyền dẫn một tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Mục đích chính của tiền tố này là để thông tin cho mạng về có một ý định truy nhập và để nhận được đồng bộ thời gian đường lên trong giới hạn một phần nhỏ của CP đường lên. Về tổng quát, các truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có thể trực giao hoặc không trực giao đối với số liệu của người sử dụng. Trong WCDMA, tiền tố là không trực giao đối với truyền dẫn số liệu đường lên. Điều này là có lợi vì không cần phải ấn định bán cố định tài nguyên cho truy nhập ngẫu nhiên. Tuy nhiên để điều khiển nhiễu truy nhập ngẫu nhiên đối với số liệu, công suất phát của tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phải được điều khiên cẩn thận. Trong WCDMA, điều này được giải quyết bằng thủ lục tăng công suất từng nấc, trong đó đầu cuối tăng công suất theo từng nấc quy định trước cho đến khi trạm di động phát hiện được truy nhập ngẫu nhiên. Mặc dù đây là một giải pháp thích hợp cho vấn đề nhiễu, nhưng thủ tục tăng từng nấc dẫn đến trễ tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên. Vì thế từ quan điểm trễ, thủ tục truy nhập ngẫu nhiên không đòi hỏi tăng từng nấc sẽ có lợi hơn. Trong LTE, truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có thể được thực hiện trực giao với các truyền dẫn số liệu của người sử dụng và kết quả là không cần tăng công suất từng. Trực giao giữa số liệu của người sử dụng được phát đi từ các đầu cuối khác và các ý đồ truy nhập đạt được cả trong miền thời gian và miền tần số. Mạng phát quảng bá thông tin đến tất cả đầu cuối về tài nguyên thời gian-tần số dành cho truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Để tránh nhiễu giữa số liệu và các tiền tố truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh lập biểu cho các truyền dẫn đường lên trong các tài nguyên thời gian-tần số này. Điều này được minh họa trên hình 2.2. Vì đơn vị thời gian cơ bản để truyền dẫn số liệu trong LTE là lms, một khung con được dành trước cho truyền dẫn tiền tố. Tiền tố truy nhập ngẫu nhiên sẽ được phát trong các tài nguyên dành trước này. Trong miền tần số, tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên (1,08 MHz). Điều này hoàn toàn phù hợp với băng thông nhỏ nhất mà LTE có thể hoạt động (sáu khối tài nguyên). Vì thế, cùng một cấu trúc tiền tố truy nhập có thể được sử dụng không phụ thuộc vào băng thông truyền dẫn của ô. Đối với các triển khai sử dụng các ấn định băng thông lớn hơn: nhiều tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên có thể được định nghĩa trong miền tần số để đảm bảo dung lượng truy nhập lớn hơn. Khung 10ms Tài nguyên đường lên dành trước cho truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Các tài nguyên đường lên được sử dụng cho truyền dẫn số liệu Hình 2.2. Minh họa nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngẫu nhiên. Để thực hiện truy nhập ngẫu nhiên, đầu cuối đi động phải nhận được đồng bộ đường xuống trong thủ tục tìm ô trước khi phát tiền tố. Tuy nhiên định thời đường lên vẫn chưa được thiết lập. Khởi đầu khung đường lên tại đầu cuối được định nghĩa tương đối so với khởi đầu khung đường xuống tại đầu cuối di động. Do trễ truyền sóng giữa trạm gốc và đầu cuối, phát đường lên sẽ trễ tương đối so với định thời phát đường xuống tại trạm gốc. Do khoảng cách giữa tạm gốc và đầu cuối di động không biết, nên sẽ có sự không rõ ràng trong định thời đường lên tương ứng với hai lần khoảng cách giữa trạm gốc và đầu cuối để giải quyết sự không rõ ràng này và tránh nhiễu giao thoa với các khung con tiếp theo, cần sử dụng một khoảng bào vệ, nghĩa là độ dài tiền tố thực tế ngắn hơn lms. Hình 2.3 minh họa độ dài tiền tố và thời gian bảo vệ. Với độ dài tiền tố vào khoảng 0,9ms, thời gian bảo vệ 0,1ms sẽ cho phép các kích thước ô đến 15km. Trong các ô lớn hơn, trong đó sự không rõ ràng có thể lớn hơn thời gian bào vệ, có thể tạo ra thời gian bảo vệ bổ sung bằng cách không lập biểu các truyền dẫn trong khung con tiếp sau tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên. Khung con truy nhập ngẫu nhiên 1ms Các người sử dụng khác Các người sử dụng khác Các người sử dụng khác Các người sử dụng khác Các người sử dụng khác Các người sử dụng khác Tiền tố 0,9ms Người sử dụng gần Người sử dụng xa trung bình Người sử dụng xa Thời gian bảo vệ Hình 2.3. Định thời tiền tố tại eNodeB cho các người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau. Tiền tố dựa trên các chuỗi Zađoff-chu và là các chuỗi dịch vòng. Các chuỗi Zadoff-chu cũng được sử dụng để tạo ra các tín hiệu tham khảo đường lên. Các chuỗi ZC dịch vòng có một số tính chất hấp dẫn. Biên độ chuỗi không đổi , vì thế đảm bảo sử dụng hiệu qủa bộ khuếch đại công suất và duy trì các thuộc tính PAPR thấp của đường lên đơn sóng mang. Các chuỗi này cũng có tự tương quan dịch vòng lý tưởng cho phép ước tính định thời chính xác tại eNodeB. Cuối cùng tương quan chéo giữa các tiền tố khác nhau được xây dựng dựa trên dịch vòng của cùng một chuỗi ZC bằng không khi dịch vòng thời gian [N/m] được sử dụng khi tạo ra các tiền tố tại máy thu không lớn hơn thời gian truyền vòng cực đại cộng với trải trễ cực đại kênh. Nhờ tính chất tương quan chéo lý tưởng này, nên không xảy ra nhiễu nội ô do nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên sử dụng các tiền tố được rút ra từ cùng một chuỗi Zadoff-chu gốc. Việc tạo ra tiền tố truy nhập ngẫu nhiên được minh họa trên hình 2.4. Mặc dù hình vẽ minh họa việc quá trình này trong miền thời gian, nhưng cũng có thể thực hiện tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số. Ngoài ra để xử lý miền tần số tại trạm gốc (sẽ xét dưới đây), CP được chèn vào trong quá trình tạo tiền tố. Chuỗi ZC gốc M điểm Dịch vọng Chèn CP CP Chuỗi ZC gốc M điểm 0,1ms 0,8ms 0,1ms Hình 2.4. Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Các chuỗi tiền tố được chia thành các nhóm 64 chuỗi. Sau khi lập cấu hình hệ thống, mỗi ô được ấn định một nhóm nói trên bằng cách định nghĩa một hay nhiều chuỗi Zadoff-chu gốc và các dịch vòng cần thiết để tạo ra tập các tiền tố. Số nhóm đủ lớn đơn giản quy hoạch chuỗi giữa các ô. Khi thực hiện truy nhập ngẫu nhiên, đầu cuối chọn ngẫu nhiên một chuỗi từ tập chuỗi được ấn định cho ô mà nó đang tìm cách truy nhập. Nếu không có đầu cuối nào cũng tìm cách truy nhập tại cùng một thời điểm bằng cùng một chuỗi, thì không có va chạm và ý đồ truy nhập này sẽ được mạng phát hiện với xác suất cao. Xử lý trạm gốc là một thực hiện đặc thù, nhưng nhờ gắn CP vào tiền tố, nên xử lý miền tần số sẽ ít phức tạp hơn. Ví dụ về xử lý này được cho trên hình 2.5, các mẫu trên một cửa sồ được thu thập và được chuyển đổi và thể hiện miền tần số bằng FFT. Cửa sổ dài 0,8ms bằng độ dài chuỗi ZC không có CP. Điều này cho phép xử lý sự không rõ ràng đến 0,lms và thích ứng với thời gian bảo vệ được định nghĩa: FFT iFFT Chuỗi I được phát hiện, ước tính trễ t Thể hiện miền tần số của chuỗi ZC Đoạn 1 i-2 i-1 I+1 I+2 Hình 2.5. Phát hiện tiền tố truy nhập trong miền tần số. Đầu ra của FFT thể hiện tín hiệu trong miền tần số được nhân với thể hiện miền tần số liên hiệp phức của chuỗi Zadoff-chu gốc và kết quả nhận được đưa đến IFFT. Bằng cách quan trắc đầu ra, có thể phát hiện được dịch vòng nào của chuỗi Zadoff-chu gốc đã được phát và trễ của nó. Đích của đầu IFFT ra trong đoạn tương ứng với chuỗi dịch vòng thứ i và trễ được xác đinh theo vị trí đỉnh trong đoạn này. Thực hiện miền tần số cho phép tính toán đơn giản hơn và cho phép phát hiện nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên sử dụng các chuỗi dịch vòng khác nhau từ cùng một chuỗi Zadoff-chu. 2.2.2. Bước 2: Trả lời truy nhập ngẫu nhiên: Để trả lời truy nhập ngẫu nhiên (bước hai của thủ tục truy nhập ngẫu nhiên), mạng sẽ phát một bản tin trên DL-SCH chứa: * Chỉ số tiền tố truy nhập ngẫu nhiên mà mạng phát hiện và đối với tiền tố này trả lời là hợp lệ. * Hiệu chỉnh thời gian được tính toán bởi máy thu tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Cho phép lập biểu chỉ thị các tài nguyên mà đầu cuối sẽ sử dụng cho truyền dẫn bản tin trong bước ba. * Một nhận dạng tạm thời sử dụng cho thông tin tiếp theo giữa đầu cuối và mạng. Trong trường hợp mạng phát hiện nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên (từ các đầu cuối khác nhau), nhiều bản tin trả lời cho các đầu cuối di động có thể được kết hợp trong một truyền dẫn duy nhất. Vì thế, bản tin trả lời được lập biểu trên DL-SCH và được chỉ thị trên kênh điều khiển LL/L2 bằng một nhận dạng dành riêng cho trả lời truy nhập ngẫu nhiên. Tất cả các đầu cuối đã truyền tiền tố sẽ giảm sát các kênh điều khiển LL/L2 để nhận trả lời truy nhập ngẫu nhiên. Định thời của bản tin trả lời không được quy định trong đặc tả để có thể trả lời nhiều truy nhập đồng thời. Điều này cũng đảm bảo mức độ linh hoạt nhất định trong thực hiện trạm gốc. Nếu các đầu cuối di động thực hiện truy nhập ngẫu nhiên trong cùng một tài nguyên sử dụng các tiền tố khác nhau thì sẽ không xẩy ra va chạm và từ báo hiệu đường xuống các đầu cuối sẽ nhận biết được rõ ràng thông tin nào dành cho nó. Tuy nhiên sẽ có một xác suất va chạm nhất định trong đó nhiều đầu cuối sử dụng cùng một tiền tố tại cùng một thời điểm. Trong trường hợp này nhiều đầu cuối sẽ phản ứng lên cùng một trả lời đường xuống và va chạm sẽ xẩy ra. Phân giải các va chạm là bộ phận của bước tiếp theo (sẽ xét dưới đây). Va chạm là lý do vì sao HARQ không được sử dụng để truyền dẫn trả lời truy nhập ngẫu nhiên. Đầu cuối nhận được trả lời truy nhập ngẫu nhiên dành cho đầu cuối khác sẽ không có định thời đường lên đúng. Nếu HARQ được sử dụng, định thời ACK/NAK cho đầu cuối này sẽ không đúng và có thể gây nhiễu cho báo hiệu điều khiển đường lên từ các người sử dụng khác. Khi nhận được trả lời truy nhập ngẫu nhiên trong bước thứ hai đầu cuối sẽ điều chỉnh định thời phát đường lên và tiếp tục bước ba. 2.2.3. Bước 3: Nhận dạng đầu cuối: Sau bước hai, đường lên của đầu cuối đã được đồng bộ. Tuy nhiên trước khi có thể truyền số liệu người sử dụng đến/từ đầu cuối di động, cần ấn định cho đầu cuối di động một số nhận dạng duy nhất trong ô (C-RNTI). Phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối, có thể cần thêm các trao đổi bản tin. Trong bước ba, đầu cuối phát các bản tin cần thiết đến mạng bằng cách sử dụng các tài nguyên được ấn định trong trà lời truy nhập ngẫu nhiên của bước hai. Các bản tin đường lên này được phát giống như số liệu đường lên được lập biểu mà không cần phải gắn vào tiền tố như trong bước một. Cách làm này đem lại một số lợi ích sau. Thứ nhất, khối lượng thông tin được phát khi không có đồng bộ đường lên bị giảm thiểu do phải cần một khoảng thời gian bảo vệ lớn và điều này làm tăng chi phí cho truyền dẫn. Thứ hai, sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường lên 'bình thường' cho phép điều chỉnh kích thước cho phép và sơ đồ điều chế theo các điều kiện vô tuyến khác nhau. Cuối cùng, cho phép sử dụng HARQ với kết hợp mềm cho bản tin đường lên. Lợi ích cuối cùng là một nét quan trọng nhất là đối với các giới hạn vùng phủ, vì nó cho phép sử dụng nhiễn lần phát lại để thu thập đủ năng lượng cho báo hiệu đường lên để đảm bảo xác suất truyền dẫn thành công. Một bộ phận quan trọng của bản tin đường lên là bộ phận chữa nhận dạng đầu cuối vì nhận dạng này được sử dụng như là một phần của cơ chế phân giải xung đột trong bước bốn. Trường hợp đầu cuối nằm trong trạng thái LTE ACTLVE, nghĩa là nó được nối đến một ô biết trước và vì thế C-RNTI đã được ấn định, thì C-RNTI này được sử dụng làm nhận dạng trong bản tin đường lên. Trái lại, một nhận dạng đầu cuối của mạng lõi được sử dụng và mạng truy nhập vô tuyên cần yêu cầu sự tham gia của mạng lõi trước khi trả lời bản tin đường lên trong bước 3. 2.2.4. Bước 4: Phân giải va chạm: Bước cuối cùng trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên gồm một bản tin cho phân giải xung đột. Lưu ý rằng từ bước thứ hai, nhiều đầu cuối thực hiện truy nhập vô tuyến đồng thời sử dụng cùng một chuỗi tiền tố trong bước thứ nhất để nghe cùng một bản tin trả lời trong bước thứ hai và vì thế có cùng một nhận dạng tạm thời. Vì thế, trong bước bốn, mỗi đầu cuối di động nhận được bản tin đường xuống sẽ so sánh số nhận dạng trong bản tin này với số nhận dạng bản tin được phát trong bước ba. Chỉ một đầu cuối quan trắc được sự phù hợp giữa nhận dạng nhận được trong bản tin thứ tự với nhận dạng được phát trong bước ba mới thông báo rằng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên thành công. Nếu đầu cuối cha được ấn định C-RNTI, số nhận dạng tạm thời trong bước hai được chuyền thành C-RNTI, trái lại đầu cuối giữ nguyên C-RNN đã được ấn định. Bản tin phân giải va chạm được phát trên DL-SCH sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước hai để trao đồi thông tin với đầu cuối trên kênh điểu khiền LL/L2. Vì đồng bộ đường lên đã được thiết lập, HARQ được áp dụng cho đường xuống trong bước này. Đầu cuối có sự phù hợp giữa nhận dạng được phát trong bước ba và nhận dạng trong bản tin nhận được trong bước bốn sẽ phát công nhận HARQ đường lên. Đầu cuối không tìm được sự phù hợp giữa nhận dạng nhận được trong bước bốn và nhận dạng được phát trong bước ba sẽ được coi là bị thất bại trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên và cần phải khởi động lại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên từ bước thứ nhất. Tất nhiên không có phản hồi HARQ từ các đầu cuối này. 2.3. Tìm gọi: Tìm gọi được sử dụng để thiết lập một kết nối được khởi đầu bởi mạng. Một thủ tục tìm gọi hiệu quả phải cho phép đầu cuối ngủ để máy thu không phải thực hiện xử lý trong hầu hết thời gian và chỉ thức giấc trong các khoảng thời gian ngắn quy định trước để giám sát thông tin tìm gọi từ mạng. Trong WCDMA, một kênh chỉ thị tìm gọi riêng được sử dụng để chỉ thị cho đầu cuối rằng thông tin tìm gọi sẽ được phát và đầu cuối phải giám sát kênh này tại các thời điểm quy định trước. Vì chỉ thị tìm gọi rất ngắn so với thời gian truyền thông tin tìm gọi, nên cách làm này giảm thiếu thời gian mà đầu cuối phải thức. Trong LTE, không sử dụng kênh chỉ thị tìm gọi riêng vì tiết kiệm công suất theo cách này không đáng kể do thời gian của báo hiệu điều khiển LL/L2 ngắn, nhiều nhất là ba ký hiệu. Thay vào đó cơ chế giống như truyền dẫn số liệu đường xuống 'bình thường' trên kênh DL-SCH được sử dụng và đầu cuối di động giám sát báo hiệu điều khiền đường xuống cho các ấn định lập biểu đường xuống. Các chu kỳ DRX được định nghĩa, vì thề đầu cuối có thể ngủ hầu hết thời gian và chỉ thức trong khoảng thời gian ngắn để giám sát báo hiệu điều khiền LL/L2. Nếu đầu cuối di động phát hiện nhận dạng nhóm được sử dụng đề tìm gọi khi nó thức giấc, nó xử lý bản tin tương ứng được phát trên đường xuống này. Bản tin tìm gọi bao gồm nhận dạng đầu cuối (các đầu cuối) đang được tìm gọi và đầu cuối không tìm thấy nhận dạng của mình sẽ xoá thông tin nhận được và ngủ theo chu kỳ DRX. Rõ ràng rằng, vì định thời đường lên không được biết trong các chu kỳ DRX, nên không thể thực hiện báo hiệu ACK/NAK và vì thế không thể sử dụng HARQ với kết hợp mềm cho các bản tin tìm gọi. Vì thế để trả lời tìm gọi đầu cuối phải thực hiện thủ tục truy nhập ngẫu nhiên như đã xét ở trên. Chu kỳ DRX cho tìm gọi được minh họa trên hình 2.6. Có thể tìm gọi đầu cuối Máy thu UE tắt Máy thu UE tắt Chữ ký DRX Khung con Hình 2.6. Thu không liên tục (DRX) đối với tìm gọi. 3.KẾT LUẬN: Ta đã xét các thủ tục cần thiết cho một đầu cuối di động để nó có thể truy nhập mạng LTE. Hai thủ tục được xét là: tìm ô và truy nhập ngẫu nhiên. Tìm ô là thủ tục mà một đầu cuối di động tìm một ô tiềm năng để kết nối. Kết quả của thủ tục này là đầu cuối nhận được số nhận dạng và ước tính định thời khung của ô được nhận dạng. Ngoài ra thủ tục tìm ô cũng cung cấp ước tính các thông số cần thiết để thu thông tin hệ thống trên kênh quảng bá, qua kênh này đầu cuối nhận được các thông số cần thiết để truy nhập hệ thống. Truy nhập ngẫu nhiên cho phép đầu cuối gửi yêu cầu thiết lập kết nối đến mạng. Kết quả của truy nhập này là thiết lập đồng bộ đường lên và thiết lập một nhận dạng đầu cuối duy nhất, trong đó mạng và đầu cuối đều biết nhận dạng này. Vì thế truy nhập ngẫu nhiên không chỉ được sử dụng cho trụy nhập lần đầu, khi chuyền từ LTE DETACHED hay LTE-IDLE vào LTE AETIVB mà còn cả sau các chu kỳ không tích cực khi đồng bộ đường lên bị mất trong LTE_ACTIVE.