Upload
bambang-yuda-tama
View
41
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Modul-2Modul-2
2
CONTENTSCONTENTSCONTENTSCONTENTSModul-2Modul-2
OFDM/OFDMA Concept
LTE DL Physical Layer Design
DL Physical Layer Procedures
Cell Search & Synchronization
Link Adaptation
Scheduling
ARQ/HARQ
DL Physical Channels & Signals
UL Physical Channel & Signals
Random Access Procedures
UL Transmission Procedures
3
• Sinyal OFDM dapat mendukung kondisi NLOS dengan mempertahankan efisiensi spektral yang tinggi dan memaksimalkan spektrum yang tersedia.
• Mendukung lingkungan propagasi multi-path.
• Scalable bandwidth : menyediakan fleksibilitas dan potensial mengurangi capital expense.
OFDM ConceptOFDM Concept
4
OFDM Concept - NLOS PerformanceOFDM Concept - NLOS Performance
5
OFDM Concept - Multipath PropagationOFDM Concept - Multipath Propagation
Sinyal-sinyal multipath datang pada waktu yang berbeda dengan amplitudo dan pergeseran fasa yang berbeda, yang menyebabkan pelemahan dan penguatan daya sinyal yang diterima.
Propagasi multipath berpengaruh terhadap performansi link dan coverage.
Selubung (envelop) sinyal Rx berfluktuasi secara acak.
6
Multi-carrier modulation/multiplexing techniqueAvailable bandwidth is divided into several subchannelsData is serial-to-parallel convertedSymbols are transmitted on different subcarriers
OFDM ConceptOFDM Concept
7
OFDM ConceptOFDM Concept
8
OFDM vs Single-Carrier Mode
OFDM ConceptOFDM Concept
9
OFDM mengatasi delay spread, multipath dan ISI secara efisien sehingga dapat meningkatkan throughput data rate yang lebih tinggi.
Memudahkan ekualisasi kanal terhadap sub-carrier OFDM individual, dibandingkan terhadap sinyal single-carrier yang memerlukan teknik ekualisasi adaptif lebih kompleks.
OFDM vs Single-Carrier Mode
OFDM ConceptOFDM Concept
10
OFDM Concept – Motivation for Multi-carrier ApproachesOFDM Concept – Motivation for Multi-carrier Approaches
11
OFDM Concept – Peak to Average Power Ratio (PAPR)OFDM Concept – Peak to Average Power Ratio (PAPR)
PAPR merupakan ukuran dari fluktuasi tepat sebelum amplifier. PAPR sinyal hasil dari mapping PSK base band sebesar 0 dB karena semua symbol mempunyai daya yang sama. Tetapi setelah dilakukan proses IDFT/IFFT, hasil superposisi dari dua atau lebih subcarrier dapat menghasilkan variasi daya dengan nilai peak yang besar. Hal ini disebabkan oleh modulasi masing-masing subcarrier dengan frekuensi yang berbeda sehingga apabila beberapa subcarrier mempunyai fasa yang koheren, akan muncul amplituda dengan level yang jauh lebih besar dari daya sinyalnya.
12
Nilai PAPR yang besar pada OFDM membutuhkan amplifier dengan dynamic range yang lebar untuk mengakomodasi amplitudo sinyal. Jika hal ini tidak terpenuhi maka akan terjadi distorsi linear yang menyebabkan subcarrier menjadi tidak lagi ortogonal dan pada akhirnya menurunkan performansi OFDM.
OFDM Concept – Peak to Average Power Ratio (PAPR)OFDM Concept – Peak to Average Power Ratio (PAPR)
13
Data Sub-carriersMembawa simbol BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM
Pilot Sub-carriersUntuk memudahkan estimasi kanal dan demodulasi koheren pada receiver.
Null Subcarrier Guard Sub-carriersDC Sub-carrier
Tipe Sub-Carrier OFDMTipe Sub-Carrier OFDM
14
Untuk mengatasi multipath delay spread
Guard Interval (cyclic prefix) : 1/4, 1/8, 1/16 or 1/32
Guard Interval (Cyclic Prefix)Guard Interval (Cyclic Prefix)
15
OFDM TransceiverOFDM Transceiver
16
OFDM dan OFDMA
OFDM & OFDMAOFDM & OFDMA
17
• Semua subcarrier dialokasikan untuk satu user
• Misal : 802.16-2004
• Subcarrier dialokasikan secara fleksibel untuk banyak user tergantung pada kondisi radio.
• Misal : 802.16e-2005 dan 802.16m
OFDM & OFDMAOFDM & OFDMA
18
OFDM Parameters used in WiMAXOFDM Parameters used in WiMAX
19
• Time Division Duplex (TDD) • Frequency Division Duplex (FDD) • Durasi Frame : 2.5 - 20ms
TDD & FDDTDD & FDD
20
OFDMA Frame Structure - TDDOFDMA Frame Structure - TDD
21
LTE Downlink Physical Layer DesignLTE Downlink Physical Layer Design
22
Untuk struktur generik, frame radio 10 ms dibagi dalam 20 slot yang sama berukuran 0.5 ms.
Suatu sub-frame terdiri dari 2 slot berturut-turut, sehingga satu frame radio berisi 10 sub-frame.
Ts menunjukkan unit waktu dasar yang sesuai dengan 30.72 MHz.
Struktur frame tipe-1 dapat digunakan untuk transmisi FDD dan TDD.
Generic Frame Structure in LTE Downlink – Type 1Generic Frame Structure in LTE Downlink – Type 1
Tf = 307200 x Ts = 10 ms
Tslot = 15360 x Ts = 0.5 ms
23
24
Generic Frame Structure in LTE Downlink – Type 2Generic Frame Structure in LTE Downlink – Type 2
Struktur frame tipe-2 hanya digunakan untuk transmisi TDD.
Slot 0 dan DwPTS disediakan untuk transmisi DL, sedangkan slot 1 dan UpPTS disediakan untuk transmisi UL.
25
26
27
28
• Suatu RB (resource block) terdiri dari 12 subcarrier pada suatu durasi slot 0.5 ms.
• Satu subcarrier mempunyai BW 15 kHz, sehingga menjadi 180 kHz per RB.
LTE Downlink Resource GridLTE Downlink Resource Grid
29
Bandwidth (MHz) 1.25 2.5 5.0 10.0 15.0 20.0
Subcarrier bandwidth (kHz) 15
Physical resource block (PRB) bandwidth (kHz)
180
Number of available PRBs 6 12 25 50 75 100
Parameters for DL generic frame structureParameters for DL generic frame structure
30
Transmission BW 1.25 MHz 2.5 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
Sub-frame duration 0.5 ms
Sub-carrier spacing 15 kHz
Sampling frequency1.92 MHz (1/2x3.84
MHz)3.84 MHz
7.68 MHz (2x3.84 MHz)
15.36 MHz (4x3.84 MHz)
23.04 MHz (6x3.84 MHz)
30.72 MHz (8x3.84 MHz)
FFT size 128 256 512 1024 1536 2048
OFDM sym per slot (short/long CP)
7/6
CP length (usec/
samples)
Short(4.69/9) x 6, (5.21/10) x 1
(4.69/18) x 6, (5.21/20) x 1
(4.69/36) x 6, (5.21/40) x 1
(4.69/72) x 6, (5.21/80) x 1
(4.69/108) x 6, (5.21/120) x 1
(4.69/144) x 6, (5.21/160) x 1
Long (16.67/32) (16.67/64) (16.67/128) (16.67/256) (16.67/384) (16.67/512)
Parameters for DL generic frame structureParameters for DL generic frame structure
31
32
LTE Signal Spectrum (20 MHz case) LTE Signal Spectrum (20 MHz case)
33
Cell search and synchronization
Scheduling
Dilakukan di base station (eNodeB)
PDCCH (Phy DL Control Channel) menginformasikan alokasi time/freq resource dan format transmisi yang digunakan kepada user.
Scheduler mengevaluasi berbagai tipe informasi (parameter QoS, pengukuran dari UE, kapabilitas UE, buffer status)
Link Adaptation
Skema modulasi dan coding untuk shared data channel diadaptasi sesuai dengan kualitas link radio.
Untuk tujuan ini, UE secara teratur melaporkan Channel Quality Indicator (CQI) ke eNodeB.
Hybrid ARQ (Automatic Repeat Request)
DL Physical Layer ProceduresDL Physical Layer Procedures
34
Synchronization & Cell SearchSynchronization & Cell Search
UE yang ingin mengakses suatu sel LTE, terlebih dahulu harus melakukan prosedur Cell Search.
Cell Search terdiri dari serangkaian tahapan sinkronisasi, dimana UE menentukan parameter waktu & frekuensi yang diperlukan untuk mendemodulasi sinyal DL dan untuk mengirimkan sinyal UL dengan timing yang tepat.
Tiga kebutuhan sinkronisasi utama :
Symbol timing acquisition
Carrier frequency synchronization
Sampling clock synchronization
35
Cell Search for Multiple Bandwidths - ProblemCell Search for Multiple Bandwidths - Problem
36
Cell Search for Multiple Bandwidths - SolutionCell Search for Multiple Bandwidths - Solution
37
Synchronization SequenceSynchronization Sequence
Dua prosedur cell search dalam LTE :
INITIAL SYNCHRONIZATION
• UE mendeteksi suatu sel LTE dan mendekode semua informasi yang diperlukan untuk registrasi.
• Diperlukan pada saat UE di-ON-kan atau ketika kehilangan koneksi dengan serving cell.
NEW CELL IDENTIFICATION
• Dilakukan ketika UE sudah terhubung ke suatu sel LTE dan sedang dalam proses mendeteksi suatu sel tetangga baru.
• Dalam hal ini UE melaporkan hasil pengukuran yang terkait dengan sel baru ke serving cell, sebagai persiapan untuk handover.
38
Cell Search procedureCell Search procedure
PSS (Primary Synchronization Signal) dan SSS (Secondary Synchronization Signal) adalah kanal-kanal fisik yang di-broadcast dalam setiap sel.
Pendeteksian dua kanal ini :
• memungkinkan dilakukannya sinkronisasi waktu & frekwensi.
• memberikan identitas phy layer dari sel dan panjang cyclic prefix kepada UE.
• memberitahu UE apakah sel menggunakan FDD atau TDD.
RS : Reference Signal
PBCH : Physical Broadcast Channel
PSS : non-coherent detection
SSS : non-coherent/coherent detection
39
PSS and SSS frame and slot structure in FDDPSS and SSS frame and slot structure in FDD
40
PSS and SSS frame and slot structure in TDDPSS and SSS frame and slot structure in TDD
41
Reference Signals & Channel Estimation Reference Signals & Channel Estimation
Berbeda dengan jaringan berorientasi paket, LTE tidak menggunakan PHY Preamble untuk memfasilitasi estimasi carrier offset, estimasi kanal, sinkronisasi waktu, dsb.
Sebaliknya LTE menggunakan sinyal referensi khusus yang disisipkan dalam PRB.
Sinyal referensi tsb dikirimkan selama simbol OFDM pertama dan kelima dari setiap slot untuk short CP, dan simbol OFDM pertama dan ke-empat untuk long CP.
Simbol-simbol referensi dikirimkan setiap selang 6 subcarrier.
Dalam LTE downlink, terdapat 3 tipe RS :
Cell-specific RS
UE-specific RS
MBSFN-specific RS
42
DL Reference Signal Structure for 2 & 4 Antenna TransmissionDL Reference Signal Structure for 2 & 4 Antenna Transmission
43
RS-aided Channel Estimation RS-aided Channel Estimation
Problem estimasi kanal berhubungan dengan model kanal yang diasumsikan, yang ditentukan oleh karakteristik propagasi fisik, termasuk jumlah antena Tx/Rx, bandwidth transmisi, carrier frequency, konfigurasi sel dan kecepatan relatif antara eNodeB dan UE.
Kondisi propagasi mencirikan fungsi korelasi kanal dalam 3-dimensi, yaitu : domain frekwensi, domain waktu dan domain ruang (spatial).
Frequency-Domain Channel Estimation
• menggunakan Linear Interpolation Estimator
• menggunakan IFFT Estimator
Time-Domain Channel Estimation
• menggunakan Finite & Infinite Length MMSE (Min Mean Squared Error)
• menggunakan Normalized Least-Mean-Square
Spatial-Domain Channel Estimation
44
Downlink Physical Channels and SignalsDownlink Physical Channels and Signals
P-SCH and S-SCH
Physical Downlink Shared Channel
Physical Downlink Control Channel
Physical Broadcast Channel
Physical Control Format Indicator Channel
Physical Multicast Channel
Physical Hybrid ARQ Indicator Channel
P-SCH : Primary Synchronization Channel S-SCH : Secondary Synchronization Channel
45
LTE Downlink Physical Channels 1LTE Downlink Physical Channels 1
46
LTE Downlink Physical Channels 2LTE Downlink Physical Channels 2
47
Channel Coding & Link AdaptationChannel Coding & Link Adaptation
Prinsip link adaptation menjadi landasan perancangan suatu interface radio yang efisien untuk trafik data berbasis paket-switched.
Link adaptation dalam LTE dilakukan dengan mengatur laju data informasi yang dikirim (skema modulasi dan channel coding rate) secara dinamis, sesuai dengan kualitas radio link.
Link adaptation mempunyai hubungan yang sangat erat dengan perancangan skema channel coding yang digunakan untuk FEC.
Skema channel coding untuk FEC yang digunakan dalam LTE :
Convolutional Coding
Turbo Coding
LDPC (Low Density Parity Check) coding
Fitur advanced channel coding yang ditambahkan dalam LTE adalah : HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request).
48
Link AdaptationLink Adaptation
49
• Adaptive Modulation & Coding memastikan error rate tetap dibawah limit yang dapat diterima, dengan pengaturan modulasi dan coding rate secara dinamis.
• Level modulasi yang lebih rendah meningkatkan link budget dan fade margin.
• Perubahan lingkungan propagasi menyebabkan perubahan skema modulasi dan coding.
• Dalam perencanaan kapasitas, variasi kanal propagasi jangka-panjang harus diperhitungkan.
Adaptive ModulationAdaptive Modulation
50
Typical SNR Performance of LTE Modulation and CodingTypical SNR Performance of LTE Modulation and Coding
51
Adaptive Modulation & CodingAdaptive Modulation & Coding
52
• Pada dasarnya merupakan kombinasi dari teknik ARQ dan FEC.
• Terdapat dua tipe : Chase Combining (HARQ Type-I) dan Incremental Redundancy (HARQ Type-II).
HARQ (Hybrid ARQ)HARQ (Hybrid ARQ)
53
Four Basic models
Multiple Antenna TechniqueMultiple Antenna Technique
54
Multiple Antenna TechniqueMultiple Antenna Technique
55
Spatial DiversitySpatial Diversity
56
Spatial MultiplexingSpatial Multiplexing
57
MIMO Operation MIMO Operation
58
Diversity & MIMO Diversity & MIMO
59
Multi User Scheduling Multi User Scheduling
Scheduler (untuk transmisi unicast) secara dinamis mengontrol resource waktu dan frekwensi mana yang akan dialokasikan kepada suatu user pada suatu waktu tertentu.
DL control signalling memberitahu UE, resource dan format transmisi seperti apa yang sudah dialokasikan.
Scheduler dapat secara dinamis memilih strategi multiplexing terbaik dari beberapa metode yang ada, misalnya : localized atau distributed allocation.
Scheduling berinteraksi erat dengan link adaptation dan HARQ.
Pertimbangan scheduling antara lain didasarkan pada :
• minimum & maximum data rate
• daya yang tersedia untuk di-share
• Persyaratan target BER
• parameter QoS
• laporan CQI (Channel Quality Indicator)
• kapabilitas UE
60
Channel-Dependent Scheduling Channel-Dependent Scheduling
61
Packet-scheduling frameworkPacket-scheduling framework
• Packet scheduler adalah entitas pengendali untuk seluruh proses scheduling.
• Berkonsultasi dengan modul LA (Link Adaptation) untuk memperoleh estimasi data rate yang dapat disuport untuk user tertentu dalam sel.
• LA dapat menggunakan frequency-selective CQI feedback dari user, untuk memastikan estimasi data rate yang sesuai dengan target BLER tertentu.
• Modul Offset calculation dalam proses link-adaptation dapat digunakan untuk menstabilkan performansi BLER dalam kondisi LA yang tidak pasti.
62
LTE Uplink Transmission SchemeLTE Uplink Transmission Scheme
SC-FDMA
Pemilihan OFDMA dianggap optimum untuk memenuhi persyaratan LTE pada arah downlink, tetapi OFDMA memiliki properti yang kurang menguntungkan pada arah Uplink.
Hal tsb terutama disebabkan oleh lemahnya peak-to-average power ratio (PAPR) dari sinyal OFDMA, yang mengakibatkan buruknya coverage uplink.
Oleh karena itu, skema transmisi Uplink LTE untuk mode FDD maupun TDD didasarkan pada SC-FDMA, yang mempunyai properti PAPR lebih baik.
Pemrosesan sinyal SC-FDMA memiliki beberapa kesamaan dengan pemrosesan sinyal OFDMA, sehingga parameter-parameter DL dan UL dapat diharmonisasi.
Untuk membangkitkan sinyal SC-FDMA, E-UTRA telah memilih DFT-spread-OFDM (DFT-s-OFDM).
63
Single Carrier
Constellation
Mapping
S/P Conve
rt
M-Point DFT
Subcarrier
Mapping
N-Point IDFT
Cyclic Prefix
& Pulse
Shaping
RFEBit
Stream
Channel
Const. De-map
S/P Conve
rt
M-Point IDFT
Freq Domain Equaliz
er
N-Point DFT
Cyclic Prefix Remov
al
RFEBit
Stream
Symbol
Block
Symbol
Block
SC Detect
or
Functions Common to OFDMA and SC-FDMA
SC-FDMA Only
SC-FDMA and OFDMA Signal Chain Have a High Degree of Functional Commonality
SC-FDMA and OFDMA Signal Chain Have a High Degree of Functional Commonality
64
65
Comparison of how OFDMA and SC-FDMA transmit a sequence of QPSK data symbolsComparison of how OFDMA and SC-FDMA transmit a sequence of QPSK data symbols
66
Creating the time-domain waveform of an SC-FDMA symbol
Baseband and shifted frequency domain representations of an SC-FDMA symbol
Comparison of how OFDMA and SC-FDMA transmit a sequence of QPSK data symbolsComparison of how OFDMA and SC-FDMA transmit a sequence of QPSK data symbols
67
Improved UL Performance Improved UL Performance
68
Parameters for UL generic frame structureParameters for UL generic frame structure
SC-FDMA subcarriers can be mapped in either Localized or Distributed mode.
69
LTE Uplink SC-FDMA Physical Layer ParametersLTE Uplink SC-FDMA Physical Layer Parameters
70
Uplink Physical Channels and SignalsUplink Physical Channels and Signals
Physical Random Access Channel
Physical Uplink Shared Channel
Physical Uplink Control Channel
PUSCH : used for uplink shared data transmission.
PUCCH : used to carry ACK/NACK, CQI for downlink transmission and scheduling request for uplink transmission.
71
Uplink Data Transmission Uplink Data Transmission
Pada uplink, data dialokasikan dalam beberapa resource block (RB).
Ukuran RB untuk uplink sama dengan yang digunakan untuk downlink, tetapi untuk menyederhanakan disain DFT dalam pemrosesan sinyal uplink, tidak semua kelipatan bulat digunakan (hanya kelipatan 2, 3 dan 5).
Interval waktu transmisi uplink adalah 1 ms (sama dengan downlink).
User data dibawa pada Physical Uplink Shared Channel (PUSCH), yang ditentukan oleh BW transmisi dan pola frequency hoping.
Physical Uplink Control Channel (PUCCH) membawa informasi kontrol uplink, seperti : laporan CQI dan informasi ACK/NACK, yang terkait dengan paket-paket data yang diterima pada arah downlink.
72
Random Access Random Access
Suatu LTE UE (User Equipment) hanya dapat di-scheduled untuk transmisi uplink, apabila uplink transmission timing-nya sinkron.
Oleh karena itu LTE RACH (Random Access Channel) memainkan peran penting sebagai interface antara non-synchronized UE dan skema transmisi othogonal pada akses radio uplink LTE.
Prosedur LTE random access mempunyai dua bentuk, yaitu : contention-based atau contention-free.
Dalam prosedur contention-based, suatu random access preamble signature dipilih secara acak oleh UE, yang kemungkinan dapat menyebabkan lebih dari satu UE mengirimkan signature yang sama secara simultan.
Dalam prosedur contention-free, eNodeB memiliki opsi untuk mencegah terjadinya contention dengan mengalokasikan suatu dedicated signature kepada UE.
73
Contention-based Random Access Procedure Contention-based Random Access Procedure
Step 1 : Preamble transmission
Step 2 : Random Access Response
Step 3 : L2/L3 message
Step 4 : Contention resolution message
74
Contention-free Random Access Procedure Contention-free Random Access Procedure
Prosedur contention-free random access dapat diterapkan dalam hal diperlukan low latency, seperti handover dan new downlink data.
75
UL Transmission Procedures UL Transmission Procedures
Uplink scheduling
Dilakukan oleh base station (eNodeB)
PDCCH (Phy DL Control Channel) menginformasikan alokasi time/freq resource dan format transmisi yang digunakan kepada user.
Scheduler mengevaluasi berbagai tipe informasi (parameter QoS, pengukuran dari UE, kapabilitas UE, buffer status)
Uplink Adaptation
Untuk keperluan adaptasi uplink, dapat digunakan : transmission power control, adaptive modulation & channel coding rate, serta adaptive transmission BW.
Uplink timing control
Diperlukan untuk menyelaraskan waktu transmisi dari UE-UE yang berbeda, dengan receiver window dari eNodeB.
Hybrid ARQ