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


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



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



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



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 –



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



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.



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.



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.



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.



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.



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



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.



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.



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



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



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.



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.



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



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,



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.



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.



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.



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



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.



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.



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.



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



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



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



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



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


Documents

Relay Technology in Lte-Advanced