HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
*************

TIỂU LUẬN
MÔN: THÔNG TIN DI ĐỘNG
ĐỀ TÀI: KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN
LTE

Giảng viên : Nguyễn Việt Hùng
Thực hiện : Nhóm 1 – D11VT5


Hà Nội, 11/2014
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xã hội ngày nay, nhu cầu về trao đổi thông tin, truyền dữ liệu, đặc biệt trên
các thiết bị di động ngày càng tăng cao. Các hệ thống thông tin di động 3G, 3.5G vẫn
đang hoạt động khá trơn tru, tuy nhiên chúng vẫn chưa thực sự chưa đáp ứng được
mong đợi của nhiều khách hàng, nhất là những khách hàng khó tính và yêu cầu cao về
tốc độ. Trước thực trạng đó, nhiều nhà mạng tại Việt Nam đang có kế hoạch triển khai
hệ thống thông tin di động 4G LTE trong vài năm tiếp theo, một bước đi được kỳ vọng
sẽ làm thay đổi thực sự thị trường viễn thông Việt Nam trong thời gian tới.1
Trong LTE, kiến trúc giao diện vô tuyến là một phần vô cùng quan trọng, nó đã
có những thay đổi bước ngoặt so với phiên bản trước đó. Vì vậy, nhóm em quyết định
làm tiểu luận về đề tài này.
Nhóm rất mong nhận được góp ý từ thầy cô và các bạn để bài tiểu luận được
hoàn thiện hơn.
Xin cảm ơn!

1 />

TÓM TẮT NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN LTE
1.1. LTE release 9
1.1.1. Hỗ trợ multicast và quảng bá
1.1.2. Định vị
1.1.3. Beam-forming lớp kép
1.2. LTE release 10 và IMT-advanced
1.3. Release 11
1.3.1. Truyền và kết hợp đa điểm
1.3.2. Cấu trúc kênh điều khiển nâng cao
1.3.3. Sự tăng cường tập hợp sóng mang
1.3.4. Bộ thu nâng cao
1.3.5. Năng lực của đầu cuối
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE
2.1. Kiến trúc hệ thống tổng quan
2.1.1. Mạng lõi
2.1.2. Mạng truy nhập vô tuyến
2.2. Cấu trúc các giao thức vô tuyến
2.2.1 Radio-link control (RLC)
2.2.2. Medium-access control (MAC)
2.2.3. Lớp vật lý
2.3 Các giao thức mặt bằng điều khiển
2.3.1 Cơ chế trạng thái (State machine)
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN



MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ



TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ TỰ
3GPP

Third Generation Partnership Project

AM

Acknowledged Mode (RLC configuration)

AMC

Adaptive Modulation and Coding

ARQ

Automatic Repeat-reQuest

AS

Access Stratum

AWGN

Additive White Gaussian Noise

BC

Band Category


BCCH

Broadcast Control Channel

BCH

Broadcast Channel

BS

Base Station

BSC

Base Station Controller

BTS

Base Transceiver Station

CA

Carrier Aggregation

CCCH

Common Control Channel

CN


Core Network

DCCH

Dedicated Control Channel

DCH

Dedicated Channel

DCI

Downlink Control Information

DL

Downlink

DL-SCH

Downlink Shared Channel

DTCH

Dedicated Traffic Channel

eNB

eNodeB


eNodeB

E-UTRAN NodeB

EPC

Evolved Packet Core

EPDCCH

Enhanced Physical Downlink Control Channel

EPS

Evolved Packet System


E-UTRA

Evolved UTRA

E-UTRAN

Evolved UTRAN

FACH

Forward Access Channel


FCC

Federal Communications Commission

FDD

Frequency Division Duplex

FDM

Frequency-Division Multiplex

FDMA

Frequency-Division Multiple Access

FEC

Forward Error Correction

GPRS

General Packet Radio Services

GPS

Global Positioning System

GSM


Global System for Mobile Communications

HARQ

Hybrid ARQ

HLR

Home Location Register

HSPA

High-Speed Packet Access

HSS

Home Subscriber Server

ICIC

Inter-Cell Interference Coordination

ICS

In-Channel Selectivity

ICT

Information and Communication Technologies


IMT-2000

International Mobile Telecommunications 2000

IMTAdvanced

International Mobile Telecommunications Advanced

IP

Internet Protocol

IR

Incremental Redundancy

IRC

Interference Rejection Combining

ITU

International Telecommunications Union

LAN

Local Area Network

LCID


Logical Channel Index

LTE

Long-Term Evolution


MAC

Medium Access Control

MBMS

Multimedia Broadcast/Multicast Service

MBMS-GW

MBMS Gateway

MBS

Multicast and Broadcast Service

MBSFN

Multicast-Broadcast Single Frequency Network

MC

Multi-Carrier


MCCH

MBMS Control Channel

MCH

Multicast Channel

MIB

Master Information Block

MIMO

Multiple-Input Multiple-Output

MME

Mobility Management Entity

MUX

Multiplexer or Multiplexing

NAS

Non-Access Stratum

PBCH


Physical Broadcast Channel

PCCH

Paging Control Channel

PCH

Paging Channel

PCRF

Policy and Charging Rules Function

PDCCH

Physical Downlink Control Channel

PDCP

Packet Data Convergence Protocol

PDSCH

Physical Downlink Shared Channel

PDN

Packet Data Network


PDU

Protocol Data Unit

P-GW

Packet-Data Network Gateway (also PDN-GW)

PHICH

Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel

PHY

Physical Layer

PMCH

Physical Multicast Channel

PRACH

Physical Random Access Channel


PS

Packet Switched


PSTN

Public Switched Telephone Networks

PUCCH

Physical Uplink Control Channel

QoS

Quality-of-Service

RAB

Radio Access Bearer

RACH

Random Access Channel

RAN

Radio Access Network

RLC

Radio Link Control

RNC


Radio Network Controller

ROHC

Robust Header Compression

R-PDCCH

Relay Physical Downlink Control Channel

RRC

Radio Resource Control

RRM

Radio Resource Management

RTP

Real Time Protocol

S1

The interface between eNodeB and the Evolved Packet Core.

S1-c

The control-plane part of S1.


S1-u

The user-plane part of S1.

SAE

System Architecture Evolution

SCM

Spatial Channel Model

SDU

Service Data Unit

SGSN

Serving GPRS Support Node

S-GW

Serving Gateway

SI

System Information Message

SIB


System Information Block

TDD

Time-Division Duplex

TDM

Time-Division Multiplexing

TM

Transparent Mode, Transmission Mode


UCI

Uplink Control Information

UE

User Equipment, the 3GPP name for the mobile terminal.

UL

Uplink

UL-SCH

Uplink Shared Channel


UM

Unacknowledged Mode (RLC configuration)

UTRA

Universal Terrestrial Radio Access


CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN LTE
1.1. LTE release 9
Sau khi hoàn thành phiên bản đầu của LTE, 3GPP tiếp tục làm việc và giới thiệu
thêm các tính năng trong phiên bản thứ hai của LTE, release 9. Các tính năng mới
chính được giới thiệu là một phần của release 9, hoàn thành vào cuối năm 2009, được
hỗ trợ cho truyền đa điểm (multicast), hỗ trợ cho các dịch vụ định vị, và tăng cường
tính năng beamforming trong đường xuống.
1.1.1. Hỗ trợ multicast và quảng bá
Quảng bá đa ô (multi-cell) ngụ ý truyền cùng một thông tin từ nhiều ô. Bằng
việc khai thác điều này tại đầu cuối, sử dụng hiệu quả năng lượng tín hiệu từ nhiều ô,
một sự cải thiện đáng kể trong vùng phủ có thể đạt được. Không những truyền tín
hiệu xác định từ các ô mà còn đồng bộ thời gian truyền, tín hiệu tại đầu cuối sẽ xuất
hiện chính xác như tín hiệu được truyền từ một ô và đưa tới quảng bá đa điểm.
1.1.2. Định vị
Định vị, như cái tên của nó, liên quan đến chức năng trong mạng truy nhập vô
tuyến để xác định địa điểm của thiết bị đầu cuối cá nhân. Xác định vị trí của một đầu
cuối, về nguyên tắc, có thể thực hiện bởi bộ thu GPS trong thiết bị đó. Mặc dù đây là
một tính năng phổ biến, nhưng không phải tất cả các đầu cuối đều có sẵn bộ thu GPS
và trong một số trường hợp khi mà dịch vụ GPS không có sẵn. LTE release 9 do đó
giới thiệu khả năng hỗ trợ định vị vốn có trong mạng truy nhập vô tuyến. Bằng việc

đo các tín hiệu đặc biệt truyền đều đặn từ các vị trí ô khác nhau, địa điểm của đầu
cuối có thể được xác định.
1.1.3. Beam-forming lớp kép
Release 9 tăng cường hỗ trợ cho kết hợp ghép kênh không gian (spatial
multiplexing) với beam-forming. Mặc dù sự kết hợp của beam-forming và ghép kênh
không gian đã có trong release 8, nó đã bị giới hạn vào cái gọi là codebook-based
precoding. Trong release 9, sự hỗ trợ cho ghép kênh không gian với non-codebookbased precoding đã được đưa ra, cho phép cải thiện sự linh động trong việc triển khai
các kỹ thuật truyền dẫn đa anten khác nhau.

1.2. LTE release 10 và IMT-advanced
IMT-Advanced là thuật ngữ sử dụng bởi ITU cho các công nghệ truy nhập vô
tuyến ngoài IMT-2000. Để định nghĩa IMT-Advanced, ITU xác định một bộ các yêu
cầu mà bất kỳ công nghệ theo IMT-Advanced nào phải tuân theo.
Một trong những mục tiêu chính của LTE release 10 là để đảm bảo rằng công
nghệ truy nhập vô tuyến LTE sẽ đáp ứng được những yêu cầu của IMT-Advanced, do
đó cái tên LTE-Advanced thường được dùng cho LTE release 10 và sau này. Tuy
nhiên, bổ sung thêm vào yêu cầu của ITU, 3GPP cũng xác định mục tiêu và yêu cầu


riêng cho LTE-Advanced. Những mục tiêu/yêu cầu này mở rộng yêu cầu của ITU cả
ở khoản linh hoạt hơn cũng như kèm theo những yêu cầu thêm nữa. Một yêu cầu quan
trọng là thích ứng lùi. Về cơ bản điều này nghĩa là một đầu cuối chạy LTE release cũ
hơn có thể truy nhập một sóng mang chức năng LTE rel 10, mặc dù không thể dùng
tất cả tính năng rel 10 của sóng mang đó.
LTE release 10 được hoàn thành vào cuối năm 2010 và bao hàm tăng cường sự
linh động phổ LTE thông qua tập hợp sóng mang, thêm nữa là mở rộng truyền dẫn đa
anten, hỗ trợ relay, và cung cấp cải tiến trong khu vực nhiễu xuyên ô (inter-cell
interference).

1.3. Release 11

Release 11 mở rộng hơn nữa hiệu năng và năng lực của LTE. Một trong những
tính năng nổi bật nhất của LTE release 11, hoàn thành vào cuối năm 2012, là chức
năng giao diện vô tuyến cho truyền đa điểm (multi-point). Cải tiến khác là tăng cường
tập hợp sóng mang (carrier-aggregation), một cấu trúc kênh điều khiển mới, và những
yêu cầu hiệu năng cho các bộ thu đầu cuối nâng cao hơn.
Release 11 không chỉ hỗ trợ thêm cho băng tần mới, mà còn xác định yêu cầu cho
tập hợp sóng mang trong và giữa những băng tần cũ và mới. Trong dòng phát triển
của công nghệ RF để hỗ trợ những băng tần phát và thu lớn hơn, ở đây cũng có những
yêu cầu bổ sung cho trạm gốc đa băng, hỗ trợ đồng thời phát và/hoặc nhận các sóng
mang trong nhiều băng tần sử dụng cùng phần cứng RF.
1.3.1. Truyền và kết hợp đa điểm
Release 11 tập trung vào các tính năng giao diện vô tuyến và chức năng đầu cuối
để trợ giúp cho các sự phối hợp khác nhau, bao gồm hỗ trợ cho phản hồi kênh trạng
thái cho nhiều điểm. Những chức năng và tính năng này được gọi dưới cái tên
Coordinated Multi-Point (CoMP).
1.3.2. Cấu trúc kênh điều khiển nâng cao
Trong release 11, một cấu trúc kênh điều khiển mới được giới thiệu để hỗ trợ điều
phối nhiễu xuyên ô và để khai thác sự linh động của cấu trúc tín hiệu chuẩn mới
không chỉ cho truyền dữ liệu mà còn báo hiệu điều khiển. Cấu trúc kênh điều khiển
mới đó do đó có thể coi là điều tiên quyết cho nhiều kỹ thuật CoMP, mặc dù nó cũng
có lợi cho beamforming và điều phối nhiễu dải tần.
1.3.3. Sự tăng cường tập hợp sóng mang
Tập hợp sóng mang được giới thiệu trong release 10, nhưng với TDD nó bị hạn
chế trong trường hợp tất cả các sóng mang hợp thành có cùng sự phân phát downlinkuplink. Trong release 11 giới hạn này bị loại bỏ, và tập hợp nhiều sóng mang TDD với
các phân phát downlink-uplink khác nhau được hỗ trợ. Điều này khiến đầu cuối có thể
cần nhận và phát đồng thời để sử dụng hoàn toàn cả hai sóng mang. Do vậy, không


giống những phiên bản trước, một đầu cuối hỗ trợ TDD có thể tương tự như đầu cuối
FDD, cần một bộ lọc song công.

1.3.4. Bộ thu nâng cao
Về cơ bản, một nhà cung cấp thiết bị đầu cuối tự do thiết kế các bộ thu đầu cuối
theo bất kỳ cách nào miễn là nó hỗ trợ các yêu cầu tối thiểu quy định tại các thông số
kỹ thuật. Các nhà cung cấp được khuyến khích cung cấp các bộ thu tốt hơn, vì điều
này có thể trực tiếp cải thiện tốc độ dữ liệu người dùng cuối. Tuy nhiên, mạng có thể
không có khả năng khai thác các cải tiến bộ thu như vậy đến mức tối đa, vì nó có thể
không biết đầu cuối nào có hiệu năng tốt hơn đáng kể. Do đó, việc triển khai mạng
cần phải dựa trên mức yêu cầu tối thiểu.
1.3.5. Năng lực của đầu cuối
Để hỗ trợ các kịch bản khác nhau, với các đầu cuối khác nhau về tốc độ dữ liệu,
cũng như cho phép sự khác biệt về thiết bị thấp/cao cấp trong giá cả, không phải tất cả
các đầu cuối đều hỗ trợ tất cả các tính năng. Hơn nữa, thiết bị đầu cuối từ một phiên
bản trước đó sẽ không hỗ trợ các tính năng được giới thiệu trong các phiên bản sau
của LTE. Ví dụ, một đầu cuối release 8 sẽ không hỗ trợ tập hợp sóng mang như được
giới thiệu trong release 10. Do đó, thiết bị đầu cuối không chỉ chỉ ra phiên bản LTE
nào nó hỗ trợ, mà còn khả năng của nó với phiên bản đó.
Về nguyên tắc, các thông số khác nhau có thể được xác định một cách riêng biệt,
nhưng để hạn chế số lượng các kết hợp và tránh sự kết hợp vô nghĩa, một bộ các khả
năng lớp vật lý được gộp lại với nhau để tạo thành một hạng mục UE (User
Equipment, thiết bị người dùng, là thuật ngữ được sử dụng trong 3GPP để biểu thị
một thiết bị đầu cuối).
Ngoài những khả năng được đề cập trong các danh mục UE, có một số khả năng
quy định bên ngoài. Kỹ thuật song công là một ví dụ, và việc hỗ trợ tín hiệu chuẩn
quy định UE cho FDD trong release 8 là một ví dụ khác. Nếu đầu cuối có hỗ trợ các
công nghệ truy nhập vô tuyến khác, ví dụ như GSM và WCDMA, thì cũng được khai
báo riêng.

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE



2.1. Kiến trúc hệ thống tổng quan
Cùng với công nghệ truy nhập vô tuyến trong LTE, kiến trúc hệ thống toàn thể
của cả mạng truy nhập vô tuyến (Radio-Access Network – RAN) và mạng lõi (CN)
cũng được xem xét lại, bao gồm cả việc phân chia chức năng giữa hai phần mạng.
Việc này được biết đến là Sự phát triển kiến trúc hệ thống (System Architecture
Evolution – SAE) và dẫn đến kiến trúc RAN phẳng, cũng như một kiến trúc mạng lõi
mới gọi là Evolved Packet Core (EPC). Cùng với nhau, LTE RAN và EPC được gọi là
Evolved Packet System (EPS).
RAN chịu trách nhiệm cho tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến của
mạng, bao gồm, ví dụ lịch trình, xử lý nguồn vô tuyến, các giao thức truyền lại, mã
hóa và các hệ thống đa anten khác nhau.
EPC chịu trách nhiệm cho các chức năng không liên quan đến truy nhập vô
tuyến nhưng cần cho cung cấp một mạng di động băng rộng hoàn chỉnh. Nó bao gồm,
ví dụ, xác thực, chức năng tính tiền, và thiết đặt các kết nối cuối-tới-cuối. Xử lý
những chức năng này riêng biệt, thay vì hợp nhất chúng vào RAN, cho phép nhiều
công nghệ truy nhập vô tuyến được phục vụ bởi cùng một mạng lõi.
2.1.1. Mạng lõi
EPC là một sự tiến triển thực sự từ mạng lõi GSM/GPRS sử dụng cho GSM và
WCDMA/HSPA. EPC chỉ hỗ trợ truy cập tới miền chuyển mạch gói mà không hỗ trợ
truy cập miền chuyển mạch kênh. Nó bao gồm nhiều loại node khác nhau, một số
trong đó mô tả ngắn gọn dưới đây và minh họa trong Hình 1.1.

Hình 2. Kiến trúc mạng lõi


Thực thể quản lý di động (Mobility Management Entity – MME) là node mặt
bằng điều khiển (control-plane node) của EPC. Nhiệm vụ của nó gồm có kết nối/giải
phóng các kênh tải tới thiết bị đầu cuối, xử lý IDLE để kích hoạt chuyển tiếp, và xử lý
các khóa bảo mật. Các chức năng này hoạt động giữa EPC và thiết bị đầu cuối đôi khi
được gọi là Non-Access Stratum (NAS), để tách nó từ Access Stratum (AS) mà xử lý

các chức năng hoạt động giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy nhập vô tuyến.
Cổng phục vụ (Serving Gateway – S-GW) là node mặt bằng người sử dụng (userplane node) kết nối EPC với LTE RAN. S-GW hoạt động như một neo di động khi
thiết bị đầu cuối di chuyển giữa các eNodeB, cũng như neo cho các công nghệ 3GPP
khác (GSM/GPRS và HSPA). Thu thập thông tin và số liệu cần cho tính tiền cũng
được xử lý bởi S-GW.
Cổng mạng dữ liệu gói (Packet Data Network Gateway, PDN Gateway hoặc PGW) kết nối EPC tới internet. Phân bổ địa chỉ IP cho một thiết bị đầu cuối được xử lý
bởi P-GW, cũng như thực thi chất lượng dịch vụ (QoS) theo chính sách kiểm soát bởi
PCRF. P-GW cũng là neo di động cho các công nghệ truy nhập vô tuyến phi 3GPP,
như CDMA2000, kết nối tới EPC.
Thêm nữa, EPC cũng chứa các loại node khác như PCRF (Policy and Charging
Rules Function) chịu trách nhiệm xử lý QoS và tính tiền, và node HSS (Home
Subscriber Service), một cơ sở dữ liệu chứa thông tin thuê bao. Cũng có vài node
khác liên quan đến hỗ trợ mạng cho MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service
Services).

Hình 2.

Các giao diện mạng truy cập vô tuyến


Cần lưu ý rằng các node thảo luận ở trên là node logic. Trong thực tế, vài node
trong số chúng có thể được kết hợp. Ví dụ, MME, P-GW, và S-GW có thể được kết
hợp thành một node vật lý duy nhất.
2.1.2. Mạng truy nhập vô tuyến
Mạng truy nhập vô tuyến LTE sử dụng một kiến trúc phẳng với một loại node
duy nhất – eNodeB. eNodeB chịu trách nhiệm cho tất cả các chức năng liên quan đến
vô tuyến trong một hoặc nhiều ô. Lưu ý quan trọng là eNodeB là node logic và không
phải sự thực thi vật lý. Một sự thực thi chung của eNodeB là một khu vực 3 vùng
(three-sector site), nơi một trạm gốc xử lý chuyển giao trong 3 ô, mặc dù những hoạt
động khác đang diễn ra, như một đơn vị xử lý băng gốc tới nơi một số lượng đài từ xa

đang kết nối. Một ví dụ là một số lượng lớn các ô trong nhà, hoặc nhiều ô dọc đường
cao tốc, thuộc về cùng một eNodeB. Do đó, một trạm gốc là một sự thực thi có thể
của một eNodeB.
Có thể thấy trong Hình 2.2, eNodeB được kết nối đến EPC bằng phương tiện của
giao diện S1, cụ thể hơn tới S-GW bằng phương tiện của phần mặt bằng người dùng
của S1, S1-u, và tới MME bằng phương tiện của phần mặt bằng điều khiển S1, S1-c.
Một eNodeB có thể được kết nối tới nhiều MME/S-GW cho mục đích chia sẻ tải và
dự phòng.
Giao diện X2, kết nối các eNodeB với nhau, chủ yếu sử dụng để hỗ trợ chế độ
hoạt động (active-mode). Giao diện này cũng có thể sử dụng cho những chức năng
quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến đa ô như Inter-Cell Interference Coordination
(ICIC). Giao diện X2 cũng dùng để hỗ trợ di động không tổn hao (lossless mobility)
giữa các ô liền kề bằng cách chuyển tiếp gói tin.

2.2. Cấu trúc các giao thức vô tuyến
Hình 2.3 minh họa cấu trúc giao thức RAN (MME không là một phẩn của RAN
nhưng được bao gồm trong hình cho đầy đủ). Như trong hình, nhiều thực thể giao
thức là chung cho mặt bằng người dùng và điều khiển. Vì vậy, mặc dù phần này chủ
yếu mô tả cấu trúc giao thức từ góc độ mặt bằng người dùng nhưng trong nhiều khía
cạnh cũng áp dụng cho mặt bằng điều khiển. Khía cạnh mặt bằng điều khiển cụ thể sẽ
được thảo luận trong phần 2.3.
Mạng truy nhập vô tuyến LTE cung cấp một hoặc nhiều kênh truyền tải (Radio
Bearer) tới nơi các gói tin IP được ánh xạ theo các yêu cầu QoS. Cái nhìn tổng quan
của cấu trúc giao thức LTE (mặt bằng người dùng) cho đường xuống (downlink) được
minh họa trong Hình 2.4. Cấu trúc giao thức LTE liên quan đến truyền tải đường lên
(uplink) tương tự với đường xuống trong Hình 2.4, mặc dù có vài điểm khác, ví dụ,
lựa chọn dạng truyền tải.


Hình 2.


Cấu trúc giao thức RAN tổng thể

Các thực thể giao thức khác của mạng truy nhập vô tuyến được tổng kết ở dưới
và mô tả chi tiết hơn trong những phần sau.
• Giao thức hội tụ dữ liệu gói (Packet Data Convergence Protocol, PDCP)
thực hiện nén tiêu đề (header) IP để giảm số bit truyền qua giao diện vô
tuyến. Cơ chế nén tiêu đề dựa vào Robust Header Compression (ROHC),
một thuật toán nén tiêu đề chuẩn hóa cũng được dùng cho nhiều công nghệ
truyền thông di động khác. PDCP cũng chịu trách nhiệm mã hóa, bảo vệ
tính toàn vẹn của dữ liệu truyền, cũng như phân phối trình tự và loại bỏ
trùng lặp cho handover. Tại phía thu, giao thức PDCP thực hiện giải mã và
giải nén tương ứng. Có một thực thể PDCP trên kênh tải vô tuyến được
cấu hình cho một thiết bị đầu cuối.


Hình 2.

Cấu trúc giao thức LTE (đường xuống)

Radio-Link Control (RLC) chịu trách nhiệm chia đoạn/nối đoạn, truyền lại, phát
hiện trùng lặp, và phân phát trình tự tới các lớp cao hơn. RLC cung cấp các dịch vụ
tới PDCP. Chỉ có một thực thể RLC trên kênh tải vô tuyến được cấu hình cho một
thiết bị đầu cuối.


Hình 2.

•


•

Một ví dụ của luồng dữ liệu LTE

Medium-Access Control (MAC) xử lý phối hợp các kênh logic, sự truyền lại
hybrid-ARQ, và lịch trình đường lên và đường xuống. Chức năng danh mục
được đặt trong eNodeB cho cả đường lên và đường xuống. Phần giao thức
hybrid-ARQ có mặt trong cả đuôi truyền và nhận của MAC. MAC cung cấp
các dịch vụ tới RLC dưới dạng các kênh logic.
Lớp vật lý (Physical Layer, PHY) xử lý mã hóa/giải mã, điều chế/giải điều
chế, đa anten và các chức năng lớp vật lý khác. Lớp vậy lý cung cấp các
dịch vụ tới lớp MAC dưới dạng các kênh truyền tải.

Để tổng kết luồng dữ liệu đường xuống qua tất cả các lớp, một ví dụ minh họa là
trường hợp với ba gói tin IP, hai trên một kênh tải vô tuyến (radio bearer) và một trên
kênh tải vô tuyến khác, được cho trong Hình 2.5. Luồng dữ liệu đường xuống trường
hợp này cũng tương tự. PDCP thực hiện (không bắt buộc) nén tiêu đề IP, sau đó là mã
hóa. Một tiêu đề PDCP được thêm vào, mang thông tin yêu cầu cho giải mã tại thiết bị
đầu cuối. Đầu ra từ PDCP được chuyển tới RLC.
Giao thức RLC thực hiện ghép nối và/hoặc chia đoạn của PDCP SDU và thêm
một tiêu đề RLC. Tiêu đề này sử dụng cho gửi tin trình tự (trên kênh logic) tại đầu
cuối và để định danh RLC PDU trong trường hợp truyền lại. RLC PDU được chuyển
tới lớp MAC, nơi phối hợp một số lượng PDU và gắn một tiêu đề MAC để tạo thành
một khối truyền tải (transport block). Kích cỡ khối truyền tải phụ thuộc vào tốc độ dữ
liệu tức thời lựa chọn bởi cơ chế thích ứng đường truyền (link-adaptation). Vì vậy,
thích ứng đường truyền gây ảnh hưởng đến cả quá trình MAC và RLC. Cuối cùng,
lớp vậy lý gắn một CRC tới khối truyền tải cho mục đích phát hiện lỗi, thực hiện mã
hóa và điều chế, và truyền tín hiệu đầu ra, có thể sử dụng đa anten.



2.2.1 Radio-link control (RLC)
Giao thức RLC làm nhiệm vụ chia/nối đoạn các gói tin IP (cũng gọi là RLC
SDU) từ PDCP thành RLC PDU kích cỡ thích hợp. Nó cũng xử lý truyền lại các PDU
đã nhận sai, cũng như loại bỏ các PDU trùng lặp. Cuối cùng, RLC đảm bảo gửi theo
trình tự các SDU tới các lớp cao hơn. Phụ thuộc vào loại dịch vụ, RLC có thể được
cấu hình trong các chế độ (mode) khác nhau để thực hiện một vài hoặc tất cả các chức
năng này.

Hình 2.

Chia đoạn và nối đoạn RLC

Chia đoạn và nối đoạn, một trong những chức năng chính của RLC, được minh
họa trong Hình 2.6. Phụ thuộc vào lịch trình, một lượng nhất định dữ liệu được chọn
để truyền từ bộ đệm RLC SDU và những SDU đã chia/ghép đoạn để tạo RLC PDU.
Do vậy, đối với LTE kích cỡ RLC PDU biến đổi linh động. Đối với tốc độ dữ liệu cao,
một kích cỡ PDU lớn dẫn đến một mào đầu (overhead) nhỏ hơn, trong khi với tốc độ
dữ liệu thấp yêu cầu một kích cỡ PDU nhỏ khi mà dung lượng tin có thể quá lớn. Vì
vậy, khi tốc độ dữ liệu LTE có thể biến động từ vài kbit/s lên tới 3 Gbit/s, kích cỡ
PDU linh động được khuyến khích cho LTE ngược lại với các công nghệ truyền thông
di động trước kia khi nó sử dụng một kích cỡ PDU cố định. Vì RLC, các cơ chế lập
lịch và thích ứng tốc độ đều đặt tại eNodeB, kích cỡ PDU linh động dễ dàng hỗ trợ
cho LTE. Trong mỗi PDU RLC, một tiêu đề được kèm theo, giữa những thứ khác,
một số thứ tự (sequence number) được sử dụng cho truyền phát theo thứ tự và bởi cơ
chế truyền lại.
Cơ chế truyền lại RLC cũng chịu trách nhiệm truyền tải dữ liệu không lỗi tới các
lớp cao hơn. Để làm điều này, một giao thức truyền lại hoạt động giữa các thực thể
RLC trong việc nhận và phát bản tin. Bằng cách giám sát các con số thứ tự của các
PDU đến, đầu nhận RLC có thể xác định các PDU bị mất. Các báo cáo trạng thái
được gửi trở lại tới thực thể RLC phát, yêu cầu truyền lại các PDU bị sót. Dựa vào

báo cáo trạng thái nhận được, thực thể RLC tại đầu phát có thể thực hiện hành động
phù hợp và truyền lại các PDU lỗi nếu cần thiết.
Mặc dù RLC có khả năng xử lý truyền lỗi vì tạp âm, sự biến đổi kênh truyền,...,
truyền phát không lỗi trong hầu hết các trường hợp được xử lý bởi giao thức hybridARQ dựa trên MAC. Việc sử dụng cơ chế truyền lại trong RLC do đó có thể cảm thấy
không cần thiết ban đầu. Tuy nhiên, không hoàn toàn như vậy và việc dùng cả RLC


và cơ chế truyền lại dựa trên MAC thực tế được khuyến khích bởi sự khác biệt trong
báo hiệu phản hồi.
2.2.2. Medium-access control (MAC)
Lớp MAC xử lý ghép kênh logic, truyền lại hybrid-ARQ, và lập lịch đường lên
và đường xuống. Nó cũng chịu trách nhiệm cho ghép kênh/giải ghép kênh dữ liệu đi
qua các sóng mang hợp thành khi tập hợp sóng mang được sử dụng.

2.2.2.1. Kênh logic và kênh truyền tải
MAC cung cấp dịch vụ tới RLC dưới dạng kênh logic. Một kênh logic được xác
định bởi loại thông tin nó mang và thường được phân loại là kênh điều khiển, sử dụng
cho truyền thông tin điều khiển và cấu hình cần thiết cho vận hành một hệ thống
LTE, hoặc là kênh lưu lượng, sử dụng cho dữ liệu người dùng. Bộ các loại kênh logic
quy định cho LTE gồm:
• Kênh điều khiển quảng bá (Broadcast Control Channel, BCCH), sử dụng
cho truyền thông tin hệ thống từ mạng tới tất cả đầu cuối trong một ô. Trước
khi truy cập vào hệ thống, một đầu cuối cần yêu cầu thông tin hệ thống để
biết được hệ thống được cấu hình thế nào và, nói chung, làm sao để chạy
hợp lý trong một ô đó.
• Kênh điều khiển tìm gọi (Paging Control Channel, PCCH), sử dụng để tìm
đầu cuối mà địa điểm của nó trong một cấp độ ô không được biết đến trong
mạng. Bản tin tìm gọi do đó cần phải được truyền trong nhiều ô.
• Kênh điều khiển chung (Common Control Channel, CCCH), sử dụng để
truyền thông tin điều khiển trong sự liên kết với truy cập ngẫu nhiên.

• Kênh điều khiển dành riêng (Dedicated Control Channel, DCCH), sử dụng
để truyền thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối. Kênh này sử dụng cho
cấu hình cá nhân của đầu cuối như là các thông báo handover khác.
• Kênh điều khiển multicast (Multicast Control Channel, MCCH), sử dụng để
truyền thông tin điều khiển được yêu cầu cho phía nhận MTCH.
• Kênh lưu lượng dành riêng (Dedicated Traffic Channel, DTCH), sử dụng để
truyền dữ liệu người dùng tới/từ một đầu cuối. Đây là kênh logic sử dụng
cho truyền tất cả dữ liệu người dùng đường lên và đường xuống phiMBSFN.
• Kênh lưu lượng multicast (Multicast Traffic Channel, MTCH), sử dụng cho
truyền đường xuống của dịch vụ MBMS.
Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng dịch vụ dưới dạng kênh truyền tải. Một kênh
truyền tải xác định bởi cách và đặc tính thông tin được truyền đi qua giao diện vô
tuyến. Dữ liệu trên một kênh truyền tải được sắp xếp vào các khối truyền tải
(transport block). Trong mỗi khoảng thời gian truyền (Transmission Time Interval,
TTI), nhiều nhất một khối truyền tải với kích thước động được truyền qua giao diện


vô tuyến tới/từ một đầu cuối nếu không có ghép kênh không gian. Trong trường hợp
ghép kênh không gian (MIMO), có thể có tới 2 khối truyền tải mỗi TTI.
Kết hợp với mỗi khối truyền tải là một dạng truyền tải (Transport Format, TF),
quy định khối truyền tải được truyền thế nào. Dạng truyền tải bao gồm thông tin về
kích cỡ khối truyền tải, kỹ thuật điều chế/mã hóa, và sự sắp đặt anten. Bằng cách biến
đổi dạng truyền tải, lớp MAC có thể thực hiện tốc độ dữ liệu khác nhau. Điều khiển
tốc độ cũng được biết đến là sự chọn lựa dạng truyền tải (transport-format selection).
Những loại kênh truyền tải sau được định nghĩa cho LTE:
• Kênh quảng bá (Broadcast Channel, BCH) có dạng truyền tải cố định,
cung cấp bởi thông số kỹ thuật. Nó sử dụng cho truyền các phần của
thông tin hệ thống BCCH, cụ thể hơn gọi là Master Information Block
(MIB).
• Kênh phân trang (Paging Channel, PCH) sử dụng cho truyền thông tin

phân trang từ kênh logic PCCH. PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX) để
cho phép đầu cuối tiết kiệm pin bằng cách đánh thức để nhận PCH chỉ tại
thời điểm xác định trước.
• Kênh chia sẻ đường xuống (Downlink Shared Channel, DL-SCH) là kênh
truyền tải chính sử dụng cho truyền dữ liệu đường xuống trong LTE. Nó
hỗ trợ các tính năng LTE then chốt như là thích ứng tốc độ linh động và
lập lịch phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số, hybrid ARQ với
kết hợp mềm, và ghép kênh không gian. Nó cũng hỗ trợ DRX để giảm
tiêu thụ năng lượng đầu cuối khi vẫn cung cấp một dịch vụ luôn sẵn sang.
DL-SCH cũng sử dụng cho truyền các phần của thông tin hệ thống BCCH
không ánh xạ tới BCH. Có thể có nhiều DL-SCH trong một ô, một trên
đầu cuối được lập lịch trong TTI này, và, trong một số khung con, một
DL-SCH mang thông tin hệ thống.
• Kênh multicast (MCH) sử dụng để hỗ trợ MBMS. Nó được mô tả bởi một
dạng truyền tải bán tĩnh (semi-static) và lập lịch bán tĩnh. Trong trường
hợp truyền đa ô sử dụng MBSFN, cấu hình dạng truyền tải và lập lịch
được điều phối giữa các điểm truyền liên quan trong truyền dẫn MBSFN.
• Kênh chia sẻ đường lên (Uplink Shared Channel, UL-SCH) là kênh tương
tự đường lên với DL-SCH, nó là kênh truyển tải đường lên sử dụng cho
truyền dữ liệu đường lên.


Hình 2.

Ánh xạ kênh đường xuống

Hình 2.

Ánh xạ kênh đường lên


Thêm nữa, kênh truy cập ngẫu nhiên (Random-Access Channel,RACH) cũng
được định nghĩa như một kênh truyền tải, mặc dù nó không mang khối truyền tải.
Một phần chức năng của MAC là ghép các kênh logic khác nhau và ánh xạ kênh
logic tới kênh truyền tải thích hợp. Ánh xạ giữa kênh logic và kênh truyền tải được
thể hiện trong Hình 2.7 cho đường xuống và Hình 2.8 cho đường lên. Các hình vẽ chỉ
ra DL-SCH và UL_SCH là kênh truyền tải đường xuống và đường lên chính ra sao.
Trong hình, các kênh vật lý tương ứng cũng được bao gồm và ánh xạ giữa kênh
truyền tải và kênh vật lý cũng được minh họa.


Hình 2.

Ghép tiêu đề MAC và SDU

Để hỗ trợ xử lý ưu tiên, nhiều kênh logic với mỗi kênh có một thực thể RLC
riêng, có thể ghép với một kênh truyền tải bởi lớp MAC. Tại phía thu, lớp MAC xử lý
giải ghép kênh tương ứng và truyền tiếp RLC PDUs tới thực thể RLC tương ứng để
truyền phát theo thứ tự và các chức năng khác thực hiện bởi RLC. Để hố trợ giải ghép
kênh ở bộ thu, một tiêu đề MAC, thể hiện trong Hình 2.9, được xử lý. Tới mỗi RLC
PDU, có một tiêu đề con được liên kết trong tiêu đề MAC. Tiêu đề con chứa định
danh của kênh logic (LCID) từ nơi RLC PDU bắt đầu và chiều dài của PDU bằng
byte. Cũng có một cờ chỉ ra đây là tiêu đề con cuối cùng hay chưa. Một hoặc nhiều
RLC PDUs cùng với tiêu đề MAC và đệm (nếu cần thiết) để đáp ứng kích cỡ khối
truyền tải, tạo thành một khối truyền tải mà được truyền đến lớp vật lý.
Lớp MAC còn có thể thêm yếu tố điều khiển MAC (MAC control element) vào
khối truyền tải để truyền qua kênh truyền tải. Một yếu tố điều khiển MAC sử dụng
cho báo hiệu điều khiển trong băng – ví dụ, các lệnh thời gian nâng cao và phản hồi
truy nhập ngẫu nhiên. Yếu tố điều khiển được xác định với giá trị dành riêng trong
trường LCID, nơi mà giá trị LCID chỉ ra loại thông tin điều khiển. Hơn nữa, trường
chiều dài trong tiêu đề con bị loại bỏ vì yếu tố điều khiển với một chiều dài cố định.

Chức năng ghép kênh MAC cũng chịu trách nhiệm xử lý các sóng mang thành
phần trong tập hợp sóng mang. Nguyên tắc cơ bản của tập hợp sóng mang là quá
trình độc lập của sóng mang thành phần trong lớp vật lý, bao gồm báo hiệu điều
khiển, lập lịch và truyền lại hybrid-ARQ, khi mà tập hợp sóng mang bị ẩn với RLC và
PDCP. Tập hợp sóng mang do đó chủ yếu nhìn thấy ở lớp MAC, như được minh họa
trong Hình 2.10, nơi mà kênh logic, bao gồm cả yếu tố điều khiển MAC được ghép
thành một dạng khối truyền tải trên một sóng mang thành phần với mỗi cái có một
thực thể hybrid-ARQ riêng.


Hình 2.

Hoạt động của MAC với các sóng mang thành phần

2.2.2.2 Lập lịch
Một trong những nguyên tắc cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là truyền kênh
chia sẻ, đó là nguồn tài nguyên thời gian-tần số được chia sẻ động giữa người dùng.
Chức năng lập lịch là một phần của lớp MAC và điều khiển nguồn tài nguyên đường
lên và đường xuống trong thuật ngữ resource-block pairs. Resource-block pairs tương
ứng với một đơn vị thời gian-tần số của 1 ms nhân 180 kHz.
Hoạt động cơ bản của bộ lập lịch là lập lịch động, nơi mà eNodeB trong mỗi
khoảng thời gian 1 ms đưa ra quyết định lập lịch và gửi thông tin lập lịch tới bộ được
chọn của đầu cuối. Một mẫu lịch trình bán động (semi-static) được báo hiệu trước để
giảm mào đầu báo hiệu điều khiển.
Lập lịch đường lên và đường xuống được tách riêng trong LTE, và lập lịch có
thể được quyết định độc lập cho mỗi đường (trong giới hạn đặt bởi bộ chia đường
lên/đường xuống trong trường hợp FDD bán song công).
Lập lịch đường xuống là chịu trách nhiệm về (tự động) điều khiển được nhiều
thiết bị đầu cuối để truyền tải đến, và cho từng thiết bị đầu cuối,các thiết lập về khối
tài nguyên khi đó các thiết bị đầu cuối DL-SCH cần được truyền đi. Dạng vận chuyển

chọn lọc (chọn lọc các khối vận chuyển theo kích cỡ, kỹ thuật điều chế và sự sắp đặt
anten) và hợp lý kênh ghép cho truyền dẫn đường xuống được kiểm soát bởi các
eNodeB, như minh họa trong phần bên trái của Hình 2.11. Do hậu quả của việc lịch
trình điều khiển tốc độ dữ liệu, phân đoạn RLC và các MAC ghép cũng sẽ bị ảnh
hưởng bởi quyết định lên lịch trình. Các kết quả đầu ra từ lên lịch trình đường xuống
có thể được thấy trong hình 2.4.