Scheduler và thích ứng đường truyền trong thông tin di động LTE

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.2 MB, 27 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÙI' ANtu ANG

SCHEDULING VÀ THỊ+ * UNG DUONG TRUYEN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

Mã số: 60.52.02.08

TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI -2014

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYEN PHAM ANH DUNG

Phản biện 1: TS. Dư Đình Viên

Phản biện 2: TS. Đỗ Quốc Trinh

Luận văn sẽ được bả. vệ trước . i đông châm luận văn

thạc sĩ tại Học việ: Cong thé Bưu ctunh Viễn thơng.Vào lúc: 145. 2) ngày 9. ‘ng 8 năm 2014

Có thê tìm hic uận văn tại:

- Thư viện cu. Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn

thơng

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

MO DAU.

Một trong những đặc tính quan trong của thơng tin vô tuyến di

động là sự thay đổi nhanh và lớn của các điều kiện kênh tức thời. Có

một vài nguyên nhân gây lên sự thay đổi này, phading chon lọc tần số

dẫn đến các thay đổi nhanh và ngẫu nhiên đối với suy hao đường truyền, phading che tối và tôn hao đường truyền phụ thuộc khoảng cách cũng ảnh hưởng đáng ké lên cường độ tín hiệu, nhiễu tai máy

thu do truyền dẫn từ các ô khác nhau và các đầu cuối di động cũng ảnh hưởng lên nhiễu. Lập biểu và tương thích đường truyền trong

thơng tin di động giải quết các vấn dé chia sẻ tài nguyên vô tuyến

giữa các người sử dụng khác nhau trong hệ thống dé đạt được hiệu xuât sử dung tài nguyên là cao nhất, tức là © im lượng tài nguyên cho một người vì đó cho phép nhiều ngườ :ử dụng hơn trong một hệ

thông mà vẫn dam bảo yêu cau chat! yng ‘ch vụ. LTE (Long Term Evolution) là một hệ thống tiếp th¬ của 3G v. ` mục đích nhằm nâng cao tốc độ dữ liệu, chất lượng ”`zh v, OOS (Quai. - of Service), giảm giá thành cho người sử dụn và khai ti. > với hệ thống 3G hiện nay, trong luận văn này tập tr ug u. xh bảy về q. 2n lý tai nguyên vơ tuyến

RRM(Radio Resource. Managei. +f), đặc tính PC(Power Control),thích ứng băng th ag + “B (Adapv 2 Transmission Bandwidth) va

lập lịch gói tin” -(Packe: ;cheduler).

Nội dung luật, 4° Jao gồm:

Chương I:Tổng. -át về scheduling và thích ứng đường truyền đối với LTE

Chương 2:Quản lý nguồn vô tuyến đường lên trong LTE

Chương 3:Lập biéu đường xuống động, thích ứng đường truyền và HARQ đường xuống.

Trong quá trình làm luận văn, do gặp nhiều khó khăn và hạn chế về mặt kiến thức nên khơng tránh khỏi thiếu sót. Em xin chân thành

cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng

-người đã giúp em hoàn thành luận văn này.

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

CHUONG 1. TONG QUAT VE SCHEDULING VA THICH

UNG DUONG TRUYEN DOI VOI LTE

1.1 Mở đầu.

Theo thống kê số lượng thuê bao đi động tới đầu năm 2014 đã vượt qua mức 6,5 tỷ thuê bao. Điện thoại di động từ một thiết bị khan hiếm đã trở thành một thiết bị không thể thiếu trong cuộc sống hàng

ngày của chúng ta và có một vai trò quan trọng trong đời sống xã hội ngày nay .Với sự phát triển của thiết bị đi động, dich vu internet va

lượng lớn thông tin đã chuyền từ dich vụ âm thanh sang loại hình

dịch vu đữ liệu. Hơn nữa điểm đặc biệt của di động và Internet trên thế giới đưa đến một quan niệm về dịch vụ mà quan trọng nhất là đặc quyên của người sử dụng thiết bị di động.

Hệ thống di động đầu tiên trên th“ vidi là hệ thống 1G (First Generation) sử dung kỹ thuật truyền an ti. *iệu tương tự, truyền tải chủ yếu là tín hiệu thoại thơng qu kênh vô tu, sn. Hệ thống này kéo dai trong những năm 1970-1° 0, a. ¬ đặc biệt .à băng thơng hẹp trên cơ sở của băng thông * -yén dẫn. ¡. thống di động 1G sử dụng tính năng thích ứng due g tru. *n LA (Lin Adaptation) cơ bản như

là sơ đồ giải điều chả eô định, a “1 chỉnh cơng suất vịng mé,...Da

truy nhập là cơ s® ua ki VA (Freq. acy Division Multiple Access),

ở đây người di 3 sử d ug những băng tần truyền dẫn khác nhau,

truyền dẫn băng th >” ep với tốc tương thích đường truyền 2kpbs.

Hệ thống 2G(Sec 2d Generation) được biết đến như là một hệ thống thơng tin tồn câu như là GSM, IS-54, IS-95, mở ra một ky nguyên của thông tin số. GSM là chuẩn được sử dụng nhiều nhất trong tồn bộ tiêu chuẩn về di động khơng dây. GSM sử dụng kết

phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số và thời gian (FDMA:

Frequency Division Multiple Access: Đa truy nhập phan chia theotần số và TDMA: Time Division Multiple Access: Đa truy nhập phân

chia theo thời gian) dé dé dang cho đa truy nhập. Các khung thời gian

trong kỹ thuật TDMA là không được phủ nhau giữa các người sử

dụng. Phát triển của thích ứng đường truyền LA, GSM là sử dụng kỹ

thuật mã hóa kênh truyền, nó được kết với mã nguồn dé cải thiện lưu

lượng cell. Trong hệ thống GSM sử dụng phương pháp chuyên mạch kênh, sử dụng băng thông hẹp trong truyền dẫn thông tin độ rộng

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

băng thông 200Khz. Hệ thống 2G được đưa ra vào những năm

Đặc trưng của mạng vô tuyến đa truy nhập phân chia theo mã

băng rộng WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)

được đưa ra bằng 3GPP(3TM Generation Partnership Project: dự án đối

tác thế hệ thứ 3). Hệ thống WCDMA được đưa ra vào năm 2002 và

nó được xếp vào hệ thơng băng rộng với băng thông khoảng 5Mhz,

tốc độ dữ liệu là 2Mb/s, 384Mb/s, 144Mb/s. WCDMA sử dụng kỹ thuật tương thích truyền dẫn như mã hóa kênh truyền, thay đổi độ rộng trải phố, điều khiển cơng suất vịng lặp kín. Đưa chuyển mạch gói(Packet Switched) PS vào trong WCDMA là để hỗ trợ trong q trình chuyển mạch gói. Chức năng của PS“ acket Switched) là phân phối mã và nguồn công suất giữa dic’ vụ chuyển mạch kênh và

chuyền mạch gói.

WCDMA cải tiến được đưa rˆ bằng phưc + pháp truy nhập gói

tốc độ cao HSPA(Hight-Spee” Pac. + Acess: t y nhập gói tốc độ

cao), nó được biết tới như rm + hệ thống 5G và bao gồm HSDPA và

HSUPA(Hight- Speed D wm. * Packet Av ess: truy nhập gói đường

xuống tốc độ cao va Hight Speec. ˆ!plink Packet Acess: truy nhập gói đường lên tốc độ =2). 1 2 độ dit li, cao nhất của HSDPA có thé có

được 10Mbps, ong khi 16 tốc độ dữ liệu HSUPA mong muốn đạt được trong khoản, 3 Mbps. Thích ứng đường truyền LA đã được

nâng cao lên nhờ c. thiện chức năng hỗ trợ như AMC (Adaptive

Modulation and Coding. điều chế và mã hóa kênh thích ứng) và

HARQ( Hibrd Automatic Repeat Request). Lap lịch gói tinPS(Packet Scheluing) có một vai trị quan trọng trong HSPA, nó

khơng thể thiếu được trên kênh truyền vơ tuyến và các trạm cơ sở. Nó có thể hoạt động với tốc độ cao, việc lựa chọn lập lịch đường

xuống HSDPA có thể chỉ trong 2ms. Lập lịch gói tín PS và thích ứng đường truyền LA khơng thể thiếu được trong trạm BTS cơ sở, nó có ảnh hưởng rat lớn tới việc phân bồ tài ngun vơ tuyến.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Hình 1.1: Minh hoa sự phát tr’ ‘n thông tin di động

Thế hệ tiếp theo của hệ thống vơ tuv* . có mong muốn là được hỗ

trợ bởi băng thông rộng băng việc 4° dụu, truyền thông đa phương tiện tốc dộ dit liệu cao, có độ trễ tF^o và tính v. cậy thơng tin cao. Đề

duy trì sự hoạt động tính cạnh ‘ram. °GPP trons, ơng lai, cần thiết

đưa ra một tiêu chí nghiên - ¿u mới dụ. trên cơ sở 3G và HSPA và

được phát triển thành E-' 1k. “Evolved . >iversal Terrestiral Radio Access:truy nhập vơ tuyến ma đất tồn cầu phát triển ) va

E-UTRAN(Evolved” uve al Terrest. >| Radio Access Network: mạng

truy nhập vô tư :n mặt ‹ .t tồn cầu phát triển). Mục đích trong tiêu

chí nghiên cứu là. “a . một giải pháp lâu dài cho thông tin di động.

Hệ thống di độn ` TE (Long Term Evolution: tiến hóa dai hạn)(

bao gồm E-UTRA và L JTRAN). Mục đích của LTE nâng cao tốc độ dữ liệu, 100Mbps đối với đường lên và 50 Mbps đối với đường xuống, nâng cao cơng xuất và vùng phủ sóng của hệ thống, giảm giá

thành hoạt động, hỗ trợ nhiều anten, nâng cao hiệu quả truyền dẫn

gói đữ liệu, băng thông làm việc linh hoạt. LTE được biết đến như

một hệ thống 3.9G, nó chỉ hỗ trợ truyền dẫn gói dữ liệu. Trong LTE yêu cầu chức năng thích ứng đường truyền LA và lập lịch gói tin PS

cao hơn so với HSPA. Trong luận văn này tập trung nghiên cứu lập

lịch gói tin PS và thích ứng đường truyền LA trong thông tin di động

LTE.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

1.2 Tổng quát về UTRAN LTE

1.2.1 Giới thiệu về UTRAN LTE

UTRAN LTE (Universal Terrestrial Radio Access Network Long

Term Evolution: mang truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu phát triển

) đã được bắt đầu phát triển từ 3GPP với mục đích nâng cao cơng

nghệ dé có thé cạnh tranh lâu dai hơn trong tương lai bằng việc đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày càng tăng và giảm giá thành hơn so với

HSPA. So với HSPA số lượng nút giữa dao diện không gian và

đường mạng sẽ giảm đi và giảm thời gian thiết lập cuộc gọi. Điểm

đặc biệt trong LTE là băng thông rộng và độ rộng băng thông được

linh hoạt, tại cùng một thời điểm có thể hộ trợ nhiều băng truyền dẫn

khác nhau. Tiêu chí trong LTE có những đ:ˆ.n chính sau.

e Tốc độ dữ liệu cao nhất đối vé. :ờng xuống là 100Mbps va

50 Mbps đối với đường lên ( sang t. `ng là 20Mhz).

e Nang cao lưu lượng ngu dùng tăng “4n từ 2-3 lần trong đường lên và 3-4 1*. đối . : đường xuống , thông qua

HSDPA —R6

e Nang cao tốc Gy độ LG biên cac cell lên 2 — 3 lần, ma

không thay Zˆˆ “hoảng các

e Giảm đê ¿:ễ điề: khiển và giảm độ trễ người sử dụng ( trễ

khoảng . us )

e Có thể mở. +g băng thơng lên tới 20Mhz, hoạt động băng

thông linh hoa: '.25,2.5, 5, 10, 15 và 20Mhz

e Tang cường hỗ trợ cho dich vụ đầu cuối QoS.

e Cai thiện hỗ trợ cho tính di động, thiết bị đầu cuối di chuyển

với vận tốc lên tới 350 km/h hoặc 500 km/h vẫn có thé được

hỗ trợ phụ thuộc vào băng tần

e - Giảm giá thành cho quá trình vận hành và người sử dụng

Trong LTE hỗ trợ chuyển mạch gói, do đó mục tiêu đưa ra ở đây là

tối ưu hóa gói đữ liệu cơ sở trên hệ thống truy nhập vô tuyến với tốc độ dữ liệu cao và độ trễ thấp. Ví dụ dich vụ truyền hình quảng bá HD

(HDVT: Hight Definition Television), nhu cầu xem phim, choi

game, và VoIP(Voice Over Internet Protocol: truyền giọng nói qua

giao thức IP).

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

1.2.2 Giao diện vô tuyến trong LTE

1.2.2.1 Kỹ thuật truyền dẫn đường xuống OFDM 1.2.2.2 Sơ đồ truy nhập đường lên SC-FDMA

1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE

1.3 Khái quát về lập lịch gói tin và thích ứng đường truyền 1.4 Kết Luận.

Trong phan này chúng ta đã giới thiệu tổng qt về UTRAN-LTE, nó được nâng cấp từ cơng nghệ 3GPP với mục đích đề có thê canh tranh với các công nghệ khác về đường dài. Số lượng nút và

tuyến đường truyền được giảm đi, cũng như đồng thời giảm được

thời gian thiết lập cuộc gọi.

Trình bày giao diện vô tuyến trong '..E là công nghệ OFDM là sử dụng các sóng vơ tun có độ lớ:. oa. - nhau song song và trực giao với nhau. Trong trường hop tery nhập da +iền tần số sóng mang tín hiệu(SC-FDMA) đã lựa cho» chu ~uyén dẫn. “dng lên.

Lập lịch gói tin đang @ yc nghie. ¬ứu tìm hiểu cho truy nhập

phan chia theo mã CDM’ vc. ho HSPA. “ong LTE đưa ra lựa trọn

truyền dan dir liệu, lập lịch gói . sử dụng mã khóa trong tồn bộ hệ

thống. Điểm quan“ yu; "1a lập lịc: 61 tin trong LTE là lựa chọn kỹ thuật lập lịch g“ an car cung cap dịch vu mà tổn tại trong độ rộng

tốc độ dit liệu, do 4 wv’ dộ tin cậy thiết bị.

CHUONG 2. QUAN L “NGUỎN VÔ TUYẾN DUONG LÊN

TRONG LTE

2.1 Mở đầu

Trong chương này sẽ trình tổng quát về kiến trúc LTE và đặc tính

đường lên trong RRM( radio resource managements:quan lý tài

ngun vơ tun).Trong phan này ta tìm hiểu về các van dé sau: thiết lập thông số QoS, khái quát về kênh vật lý và kênh truyền dẫn, đặc tính RRM, nhận biết về kênh truyền và chất lượng kênh truyền, HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest), mô tả khái quát về đặc tính LA(Link Adaption:thích ứng đường truyền).

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

2.2 Tóm tắt QoS và thơng số liên quan

2.3 Kênh truyền tải và kênh vật lý, tương tác giao thức eNodeB

và UE

Hình 2.2 minh họa tương tác giữa các lớp giao thức của eNodeB

và UE. Trong đó tập trung lên lớp PHY (Physical: vật lý) và MAC

(Medium Access Control: điều khiến truy nhập môi trường) trong

ngăn xếp giao thức mặt phăng người sử dụng của E-UTRAN. Lớp

PHY thực hiện các chức năng chính sau:

Mã hóa/giải mã FEC (Forward Error Correction: hiệu chỉnh

lỗi trước). Dé đảm bao tính bền vững đối với kênh phadinh

bằng cách thực hiện mã hoá kênh trên cơ sở đưa thêm các bit dư dé sửa lỗi. Mã hóa kênh số liệ" „ược thực hiện trên cơ sở

mã hóa turbo trong phát hanh 1" `AN R6

Mã hóa/giải phát hiện lỗi cựa tre. kỹ thuật CRC (Cyclic

Redundance Check:kiém t.. vòng dư) Hỗ trợ HARQ với kế“. .ợp me.

Điều chế và giải @ . ¬hế

Hình 2.2: Tương tác giữa các lớp giao thức của eNodeB va UE(tập trung lên các lớp PHY và MAC)

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Khung 10 ms (10 khe 1ms, 10 khung con 1ms, 20 khe 0,55)

Khung con (TTI= 1ms)

Hình 2.3: Cau trúc khung chế ở“ #-UTRA FDD

Lớp con RLC (Radio Link Control âu khiến liên kết vô tuyến)

trong L2 thực hiện phân đoạn và tai’ yp ca. DU (Packet Data Unit:

đơn vị số liệu gói) cho lớp cao he citing như, 4t lại dé cải thiện độ

tin cậy liên kết vô tuyến (tron“ ché ¿2ó cơng m,n). Lớp con MAC trong L2 chịu trách nhiệm< 9 biểu gói, ` A (Link Adaptation: thích ứng đường truyền và H* .Q |. “brid Auto. atic Repeat Request: yêu cau phat lai tự động)

BCH (Broade 3t Ch ›nel: kênh ,uảng bá), DL-SCH (Downlink

Shared Channc. kênh ¢’ .a sẻ đường xuống, PCH (Paging Channel:

kênh tìm gọn) và . “© .1 (Multicast Channel: kênh đa phương). Các

kênh vật lý bao gồm. *DSCH (Physical Downlink Shared Channel: kênh chia sẻ đường x.óng vật lý), PBCH (Physical Broadcast

Channel: kênh quảng bá vật lý), PMCH (Physical Multicast Channel:

kênh đa phương vat lý), PCFICH (Physical Control Format Indicator

Channel: kênh chi thị khuôn dang điều khiển vat lý), PDCCH (Physical Downlink Control Channel: kênh đều khiển đường xuống

vật lý, PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel: kênh chỉ thịHARQ vat lý.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

BCH PCH 1

MCH DL-SCH Cac kénh truyen tai

| đường xudng

. Cac kénh vật ly

Th Ả® Ả"_ẲÄ&Ắ&Ắ MS đường ie oly

PECH PMCH PDSCH POCCH PCFICH FHICH

Hình 2.4:Chuyén đổi giữa các kênh truyền tải đường xuống va

các kênh vật

lý đường xuống.

just RACH y SA «(ac kénh truyền tải

đường lên

mm. xem Tam Qe chênh

PUSCH PRACH P!.cH đường lên

Hình 2.5:Chuyền đổi ø`.a “e kênh tru. 4n tải đường lên và các

kê. vat lyđườn, “én

UL-SCH; UV unk Sk ced Channel: kênh chia sẻ đường lên) va

RACH (Rando. ecess Channel:kénh truy nhập ngẫu

nhién).PUSCH (Phy. ¬al Uplink Shared Channel:kénh chia sẻ đường

lên vật ly), PUCCH ( xssical Uplink Control Channel: kênh điêu

khiên đường lên vật lý) và PRACH (Physical Radom Access

Channel: kênh truy nhập ngâu nhiên vật lý). Chuyên đôi giữa các

kênh truyén tải và các kênh vật lý được trình bày trên hình 2.5.

2.4 Lập lịch gói tin

2.5 HARQ đường lên

2.6 Điều khiển AC(Admission Control)

2.7 Thích ứng đường truyền đường lên 2.7.1 Mở đầu

2.7.2 Thích ứng điều chế và mã(AMC)

Thích ứng đường trun vịng ngồi OLLA

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Như đã nói ở trên, AMC có hai nhiệm vụ chính: (1) cung cấp liên kết giữa bộ lập biểu gói và bộ quản lý thơng tin trạng thái kênh, (2) chọn lựa MCS phù hợp nhất cho truyền dẫn trên băng được lên được

chọn bởi bộ lập biểu gói. Dé thực hiện các nhiệm vụ này, chức năng

AMC cần chuyên thông tin trạng thái kênh thành SINR hay MSC.

Mục đích chính của OLLA là bù trừ các sai lỗi hệ thống trong thông

tin trạng thái kênh tại đầu ra của bộ quản lý thông tin trạng thái kênh để bộ lập biểu gói và AMC có thể làm việc đúng.

Cơ chế thích ứng đường truyền dựa trên AMC có thê bị các sai lỗi

khác nhau như:

e Sai lỗi khi kết hợp với lập biểu nhận thức kênh do xu hướng lập biểu lên các PRB có các sai lỗi “ ; dương

e Sai lỗi do dựa khác nhau giữa. -c lần đo CSI (SINR được

ước tinh dựa trên docttong. y Sk ` Và các SINR thực tế

trên kênh số liệu. Lý do se !ỗi như sau

- Sai lỗi do CSI

e_ Mật độ phố cér , sua. ‘PSD: Pow.. Spectral Density) khác

nhau được sử 4ung cho S._ŠS và cho truyền dẫn PUSCH)

e Mức nhjiỄễ. trun, bình trê ›.nh thăm dị và kờnh PUSCH

khỏc ni ơ

duy trỡ BLL > ô1 ln phát đầu gần nhất với BLER đích, cần có

một giải thuật dịch (a. + chỉnh) các kế quả do CSI như trên hình 2. 8 đối với người sử dung 1 và băng thông BW. Giá trị dich O(i) được điều chỉnh theo quy tắc giống như điều khiển công suất vịng ngồi

trong WCDMA.

1. Nếu lần truyền thứ nhất trên kênh PUSCH được thu đúng,

O(i) được giảm một lượng O, = S.BLER,.

2. Nếu một lần truyền thứ nhất trên PUSCH bi thu sai, O(i)

tăng lên một lượng O, =S.d—BLER, ).

Trong đó S là kích thước và BLERT là BLER mà giải thuật sẽ hội tụ

đến néu O(i) thỏa mãn điều kiện On SOW SỞ v.

Tương tác OLLA va AMC được trình bay trên hình 2.9.

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 2.9. Tương “cø: 7» OLLA v. AMC

OLLA: Outer loop link ad? son: BLE. Block Error Rate: tỷ lệ lỗi