GIÁO TRÌNH LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ Bưu CHÍNH VIỄN THÔNG TS. NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG

GIÁO TRÌNH

LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐÔNG

Lên

NHÀ XUẤT BẢN THÔNG TIN VÀ TRUYẼN THÔNG

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ Bưu CHINH VIỄN THÔNG TS. NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG

GIÁO TRÌNH

LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG

3G Lên 4G

THƯV1ỆH KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN

SỐ:.%:M08 PHỤ BẢN:

NHA XUẤT BẢN THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

I I I

éo 01 HM 10

LỜI NÓI ĐẦU Thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh

nhất với con sổ thuê bao đã đạt đến 3.8 tỷ tính đến cuối năm 2008. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền phục vụ một sổ ít ngưỏi di chuyển, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thế hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao kề cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các dịch vụ đòi hói tốc độ cao ngày càng trở nên phổ biến thì nhu cầu về 3G cùng như phát triển nó lên 4G đang càng trỏ nên cấp thiết. Đế phục vụ nhu câu học tập của sinh viên, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông phối hợp với Nhà xuất bán Thông tin và Truyền thông xuất bán "Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G" do TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng biên soạn.

3G là thuật ngừ dùng để chi các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation). Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba cùa chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cà dữ liệu thoại và dừ liệu ngoài thoại (tài dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ánh...). 3G cung cấp cà hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập vô tuyến hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu. âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ỏ các tốc độ khác nhau. Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail; video streaming; High-ends games;...

Do khuôn khổ có hạn, giáo trình sẽ chì tập trung trình bày hai công nghệ: đỏ là HSPA (sự phát triển tăng cưỏng của WCDMA) và 3GPP LTE. Có thể coi công nghệ HSPA và sự phát triển tiêp theo cùa nó là hậu 3G còn công nghệ LTE là tiền 4G. Đây là các công nghệ dự kiến sẽ rất phát triển trong những thập niên tới. Giáo trình được xây dựng trên cơ sớ sinh viên đã học môn "Đa truy nhập vô tuyển và lý thuyết trái phô".

Vì đây là giáo trình cho môn chuyên đề đòi hỏi sinh viên phái tự đọc nên giáo trình được biên soạn chi tiết với kết cấu hợp lý để sinh viên cỏ thê tự học. Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, có phần tống kết và các câu hoi.

Giáo trình bao gồm 16 chương. Chương đầu giới thiệu tống quan về các hệ thống phát triển của 3G và lộ trình phát triển lên 4G. Chương 2 đề cập đến các vấn đề liên quan đến truyền dỹn vô tuyến băng rộng. Chương 3 nghiên cứu các công nghệ đa truy nhập OFDMA và SC-FDMA ứng dụng cho LTE. Chương 4 trình bày một trong các kỹ thuật quan trọng của 3G phát triển và 4G là đa anten. Chương 5 trình bày một số kỹ thuật then chốt của 3G phát triển và 4G là: thích ứng đường truyền, lập biếu phụ thuộc kênh và HARQ (phát lại lai ghép). Chương 6 và chương 7 trình bày nguyên lý của HSDPA và HSUPA. Chương 8 đề cập đến các vấn đề quản lý tài nguyên vô tuyến cùa HSPA. Chương 9 trình bày dịch vụ VoIP trong HSPA. Chương l o trình bày một số dịch vụ tiên tiến cùa HSPA là MBMS - dịch vụ quáng bá, đa phương da phương tiện và CPC - kết nối gói liên tục. Chương 11 trình bày các mục tiêu LTE. Chương 12 trinh bày các vấn đề chung cùa truy nhập vô tuyến LTE và kiến trúc giao diện vô tuyến LTE. Chương 13 và 14 trình bày lớp vật lý và các thú tục truy nhập LTE. Chương 15 trình bày phát triển kiến trúc hệ thống LTE/SAE. Chương 16, trình bày mô phóng đánh giá hiệu năng HSPA. LTE và tính toán quỹ đường truyền.

Ngoài ra phần Phụ lục của giáo trình, trình bày các yêu cầu đối với phần vô tuyến cùa máy đầu cuối HSPA và có thêm phần Thuật ngữ viết tát, Tài liệu tham kháo đế bạn đọc tiện tra cứu.

Giáo trình có thế là tài liệu tham kháo cho sinh viên các trường đại học, các chuyên gia. các cán bộ quàn lý và kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin di động. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song quá trình biên soạn sẽ khó tránh khói thiếu sót, Học viện rất mong nhận được ý kiến góp ý cùa các bạn đồng nghiệp và bạn đọc gần xa.

Xin trân trạm* cám ơn!

HỌC VIỆN C Ô N G NGHỆ B Ư U CHÍNH VIỄN T H Ô N G

MỤC LỤC Lời nói đầu 5

Chương 1. Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển 3G, LTE trong 3GPP và lộ trình tiến lên 4G 13

1.1. Mở đầu 14 1.2. Quá trình tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP 14 Ì .3. Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE 24 Ì .4. IMT-ADVANCED và lộ trinh tiến lên 4G 27

1.5. Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao (HSPA) 30 1.6. Tổng quan LTE 33 1.7. Kiến trúc mô hình LTE 42 1.8. Tổng kết 45

1.9. Câu hòi 46

Chương 2. Truyền dẫn tốc độ sổ liệu cao trong thông tin không dây băng rộng 47

2. Ì. Các hạn chế cơ bản đối với truyền dẫn tốc độ số liệu cao 48 2.2. Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong băng thông

hạn chế và điều chế bậc cao 54 2.3. Ảnh hưởng của môi trưỏng truyền sóng

lên truyền dẫn không dây bâng rộng 59 2.4. Cần bằng chống phađinh chọn lọc tần số 65 2.5. Truyền dẫn đa sóng mang cho không dây băng rộng 72 2.6. Tổng kết 77

2.7. Câu hỏi 78

Chương 3. OFDMA và SC-FDMA của L T E 79 3.1. M ờ đầu 80 3.2. Tóm tắt nguyên lý OFDM 81 3.3. Ước tính kênh và các ký hiệu tham khảo 91 3.4. M ã hóa kênh và phân tập tần số trong truyền dẫn OFDM 93 3.5. Lựa chọn các thông số OFDM cơ sở 95 3.6. Ảnh hưởng của thay đổi mức công suợt tức thời 98 3.7. Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập 99 3.8. Phát quảng bá và đa phương trong nhiều ô và OFDM 102 3.9. Nguyên lý truyền dẫn DFTS-OFDM 105 3.10. Tổng quan SC-FDMA 114 3.11. sáp xếp sóng mang con SC-FDMA 119

3.12. Trình bày các tín hiệu SC-FDMA trong miền thòi gian 121

3.13. Tổng kết 125

3.14. Câu hòi 125

Chương 4. Kỹ thuật đa anten 127 4. Ì. Các cợu hình đa anten 127 4.2. Các lợi ích của sử dụng các kỹ thuật đa anten 129 4.3. Đa antenthu 129 4.4. Đa anten phát 136 4.5. Ghép kênh không gian 146 4.6. Tổng kết 155

4.7. Câu hỏi , 155

Chương 5. Lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu phát lại tự động lai ghép 157

5.1. Mở đầu „ 157 5.2. Thích ứng đường truyền: điều khiển công suợt

và tốc độ số liệu 159

5.3. Lập biểu phụ thuộc kênh 161 5.4. Các so đồ phát lại tiên tiến 176

5.5. Yêu cầu phát lại tự động lai ghép với kết hợp mềm 177

5.6. Tổng kết Ị32 5.7. Câu hòi Ịg3

Chương 6. HSDPA 185 6.1. Tổng quan 186 6.2. HS-DSCH 191 6.3. MAC-hs và xử lý lớp vật lý 200 6.4. Luồng số liệu 204 6.5. Điều chế bậc cao 206 6.6. Lập biểu và thích ứng đưỏng truyền 208

6.7. HARQ với kết hợp mềm 215

6.8. CQI và các phương tiện đánh giá chất lượng khung khác ....230 6.9. Cấu trúc các kênh báo hiệu của HSDPA 235 6.10. HSDPA MIMO 248 6.11. Các thủ tục lóp vật lý của HSDPA 254 6.12. Di động 257 6.13. Các thể loại ƯE 259 6.14. Tổng kết 261

6.15. Câu hỏi 263

Chương 7. Truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA 265 7. Ì. Tổng quan 266 7.2. E-DCH 272 7.3. MAC-e và xử lý lớp vật lý 281 7.4. Luồng số liệu 286 7.5. Lập biểu 287 7.6. HARQ với kết hợp mềm 298

7.7. Báo hiệu điều khiển 314 7.8. Thủ tục lớp vật lý 327 7.9. Di động 329 7.10. Các thể loại UE 331 7.11. Tổng kết 331

7.12. Câu hỏi 333

Chương 8. Quản lý tài nguyên vô tuyến 335

8.1. Tổng quản quản lý tài nguyên vô tuyến của HSDPA 336 8.2. Các giải thuật RNC cho HSDPA 337 8.3. Các giải thuật nút B cho HSDPA 352 8.4. Tổng quan quàn lý tài nguyên vô tuyến HSUPA 365

8.5. Các giải thuật RNC cho HSUPA 366 8.6. Các giải thuật nút B cho HSUPA 370 8.7. Tổng kết 372

8.8. Câu hỏi 372

Chương 9. VoIP trong HSPA 375 9.1. Động lực VoIP 376 9.2. Nén tiêu đề 378

9.3. VoIP trong HSPA 379

9.4. Tổng kết 388

9.5. Câu hỏi 389

Chương 10. Các dịch vụ quảng bá/đa phương, đa phương tiện và kết nối gói liên tục 391

10.1. Tổng quanMBMS 392 10.2. Các kênh cho MBMS 402 10.3. Kết nối gói liên tục 406 10.4. Tổng kết 417

10.5. Câu hỏi 418

Chương l i . Các mục tiêu thiết kế LTE và SAE 419

11.1. Các mục tiêu thiết kế LTE 420

11.2. Các mục tiêu thiết kế SAE 430

11.3. Tổng kết 434

11.4. Câu hỏi 435

Chương 12. Truy nhập vô tuyến và kiến trúc giao diện vô tuyến LTE 437

12.1 .Tổng quan truy nhập vô tuyến LTE 438

12.2. Kiến trúc giao thức LTE 449 12.3. Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) 451

12.4. Điều khiển truy nhập môi trường (MÁC) 453 12.5. Lớp vật lý (PHY) 465 12.6. Các trạng thái LTE 468 12.7. Luồng số liệu 470 12.8. Tổng kết 471

12.9. Câu hỏi 472 Chương 13. Lớp vật lý LTE 473

13.1. Cấu trúc tổng thể miền thời gian 473 13.2. Sơ đồ truyền dẫn đường xuống 476 13.3. Sơ đồ truyền dẫn đường lên 502 13.4. Tổng kết 521

13.5. Câu hỏi 522

Chương 14. Các thủ tục truy nhập LTE 523 14.1. Tìm ô 523 14.2. Truy nhập ngẫu nhiên 529 14.3. Tìm gọi 539 14.4. Tổng kết 540

14.5. Câu hỏi 541

Chương 15. Phát triển kiến trúc hệ thống, SAE 543 15.1. Phân chia chức năng giữa mạng truy nhập vô tuyến

và mạng lõi 544 15.2. Mạng truy nhập vô tuyến HSPAAVCDMA và LTE 548

15.3. Kiến trúc mạng lõi 558 15.4. Tổng kết 568

15.5. Câu hỏi 568

Chương 16. Hiệu năng và quỹ đường truyền của HSPA và LTE...571 16.1. Đánh giá hiệu năng 571 16.2. Đánh giá hiệu năng của phát triển 3G và LTE dựa trên

mô phỏng tĩnh 573

16.3. Đánh giá LTE trong 3GPP dựa trên mô phỏng động 588 16.4. Quỹ đường truyền HSPA 593

16.5. Quỹ đường truyền LTE 598

16.6. Tổng kết 602

16.7. Câu hỏi 602 Phụ lục 605 Thuật ngữ viết tắt 623 Tài liệu tham khảo 633

Chương Ì

TỔNG QUAN KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 3G, LTE

TRONG 3GPP VÀ LỘ TRÌNH TIÊN LÊN 4G

Các hệ thống thông tin di động 3G (gọi tắt là 3G) đã được triển khai tại nhiều nước trên thế giới. 3G+ đang được triển khai và 4G được nghiên cứu để được một chuẩn chung. Lộ trình phát triển từ 3G lên 4G cùa 3GPP là một lộ trình dài hạn và có vị thế áp đảo trong xu thế cạnh tranh của các công nghệ thông tin di động băng rộng.

Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm: - Quá trinh tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP Kế hoạch

nghiên cứu phát triển LTE - IMT-Advanced là lộ trình tiến lên 4G - Tằng quan truy nhập gói tốc độ cao HSPA - Tằng quan LTE - Kiến trúc mô hình LTE Mục đích chương nhằm cung cấp cho bạn đọc thông tin về cáo hoạt

động nghiên cứu và phát triển (R&D) 3 G và lộ trình lên 4G đang được tiến hành trong 3GPP và biết được một số công nghệ triển vọng cho 4G khác như WiMAX (về WiMAX bạn đọc có thể xem thêm tài liệu tham khàn 'WỈMAX' của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông).

Để hiểu được chương này, bạn đọc cần đọc kỹ nội dung tham khảo thêm các giáo trình [1], [9], [10], [ l i ] , [12], [14], [15], [16] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

14 Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

1.1. MỞ ĐẦU Chương này sẽ trình bày các hoạt động nghiên cứu và phát triển

(R&D) 3G và lộ trình lên 4G đang được tiến hành trong 3GPP - là tổ chức quốc tế chịu trách nhiệm cho việc phát triển và hài hòa các tiêu chuẩn được phát hành của UMTS UTRA (WCDMA và TD-SDMA). Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 3G phát triển và tiến dần đến 4G là việc đưa ra công nghệ HSPA (High Speed Packet Access: đa truy nhập gói tốc độ cao) và LTE (Long Term Evolution: phát triển dài hạn) cho phần vô tuyến và SAE (System Architecture Evolution: phát triển kiến trúc hệ thống) cho phần mạng.

Hiện nay UMTS đã và đang triển khai trên thế giới. 3GPP đã tiến hành nghiên cứu để cải thiện hiệu năng của Ư M T S bàng việc đưa ra các phát hành R5, R6 và R7 với các tính năng như HSDPA, HSUPA và MBMS. Mục tiêu của LTE là nghiên cứu phát triển hiệu năng hệ thống sau Ró RAN để có thể triển khai vào năm 2010. Các nghiên cứu của LTE nhàm giảm giá thành, tăng cưấng hỗ trợ cho các dịch vụ lợi nhuận cao và cài thiện khai thác bảo dưỡng cũng như cung cấp dịch vụ. Để đạt được các mục tiêu này cần đưa ra một công nghệ vô tuyến tiềm năng mới cho phép nâng cao hiệu suất phổ tần, thông lượng ngưấi sử dụng và giảm thấi gian trễ. Ngoài ra cũng cần nghiên cứu để giảm độ phức tạp của hệ thống (nhất là đối với các giao diện) và quàn lý tài nguyên vô tuyến hiện quả để dễ dàng triển khai và khai thác hệ thống.

1.2. QUÁ TRÌNH TIÊU CHUẨN HÓA VVCDMA/HSPA TRONG 3GPP 1.2.1. 3GPP

3GPP được giao trách nhiệm tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa HSPA. Trước đó tổ chức quốc tế này đã được giao nhiệm vụ tiêu chuẩn hóa cho WCDMA. Hoạt động tiêu chuẩn hóa cho WCDMA/HSPA của tổ chức này từ năm 1999 đến năm 2006 được tổng kết theo thấi gian đưa ra các phát hành trên hình 1.1.

Chương Ì ỉ Tổng quan kể hoạch nghiên cứu phát triển 3G, 15

a) Lộ trình đưa ra các phát hành trong 3GPP

Thương mại 3GPPR3 3GPPR5 3GPPR6 3GPPR7

b) Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

3GPPR99(R3) 3GPPR5 3GPPR6 3GPPR7

3GPP R8

3GPP R8

-VỐC

0,4Mbit/s

0,4Mbit/s

14,4Mbit/s

0,4Mbìt/s

14.4Mbit/s 5,7Mbit/s

11MbiƯs

LTE: 100Mbit/s 28,8Mbit/s* É4.HSPA: 42Mbit/s'

LTE: 50MbiƯs ỳ •VÓC dô

' Với giả thiẽt 2x2MIMO củng với 16QAM '* Với giả thiẽt 2x2 MIMO cùng với 64QAM

Hình ỉ. ỉ. Lộ trình nghiên cứu phát triển trũng 3GPP

Mốc phát triển đầu tiên cho WCDMA đã đạt được vào cuối năm 1999 khi phát hành 1999 (R3) được công bố chứa đựng toàn bộ các đặc tả WCDMA. Phát hành R4 được đưa ra sau đó vào đầu năm 2001. Tiếp theo là phát hành R5 được đưa ra vào năm 2002 và Ró vào năm 2004. Phát hành R7 được đưa ra vào nửa cuối của năm 2006. 3GPP lúc đầu có bốn nhóm đặc tả kỹ thuật khác nhau (TSG: Technical Speciíications Group) và sau đó là năm nhóm chuyển từ các hoạt động GSM/EDGE vào 3GPP. Sau khi cơ cẩu lại vào năm 2005, quay lại còn bốn nhóm TSG (hình 1.2) sau đây:

- TSG RAN (Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyển). TSG RAN tập trung lên giao diện vô tuyến và các giao diện bên trong giữa các trạm thu phát gốc (BTS)/các bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) cũng như giao diện giữa RNC và mạng lõi. TSG RAN chịu trách nhiệm cho các tiêu chuẩn HSDPA và HSUPA


- TSG CT (lõi và các đầu cuối). TSG CT tập trung lên các vấn đề mạng lõi cũng như báo hiệu giữa mạng lõi và các đầu cuối

- TSG SA (dịch vụ và kiến trúc hệ thống). TSG SA tập trung lên các dịch vụ và kiến trúc hệ thống tổng thể

- TSG GERAN (GSM/EDGE RAN). TSG RAN tập trung lên các vấn đề về RAN nhưng cho giao diện vô tuyến dựa trên GSM/GPRS/EDGE.

Các đối tác có tố chức

Các thành viên riêng rẽ Cừ đại diện

Nhóm điêu phôi đẽ án

ì

TSG GERAN TSG SA TSG RAN TSG CT

Các nhóm công tác (WG)

Hình 1.2. Cẩu trúc 3GPP

Dưới TSG là các nhóm công tác (WG: Working Group), tại đây công tác nghiên cứu kỹ thuật thực sự được tiến hành. Chng hạn dưới TSG RAN, nơi nghiên cứu HSDPA và HSUPA, cỏ năm nhóm công tác sau đây:

- TS RAN WG1: chịu trách nhiệm cho các khía canh về lớp vật lý - TS RAN WG2: chịu trách nhiệm cho các khía cạnh lớp 2 và lớp 3 - TSG WG3: chịu trách nhiệm cho các giao diện bên trong RAN - TSG RAN WG4: chịu trách nhiệm cho các yêu cầu về hiệu năng

và vô tuyến

- TSG RAN WG5: chịu trách nhiệm cho kiểm tra đầu cuối.

Chương ỉ: Tông quan kê hoạch nghiên cứu phát triển 3G, 17

Các thành viên của 3GPP gồm các đối tác có tổ chức. Các hãng cá nhân phải là thành viên của một trong các đối tác có tổ chức và dựa trên tổ chức này họ có quyền tham gia vào hoạt động của 3GPP. Dưới ây là các đối tác có tổ chức hiện nay:

- Liên minh các giải pháp công nghệ viễn thông í ATIS) từ Mỹ - Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) từ châu Âu - Liên hiệp các tiêu chuẩn thông tin Trung Quốc (CCSA) từ

Trung Quốc - Liên hiệp giới công nghiệp và kinh doanh vô tuyến (ARIB) từ

Nhất Bản - ủy ban công nghệ viễn thông (TTC) từ Nhất Bản - Liên hiệp công nghệ viễn thông (TTA) từ Hàn Quốc 3GPP tạo lấp nội dung kỹ thuất của các đặc tả, nhưng chính các

đối tác có tổ chức sẽ công bố công việc này. Điều này cho phép có được các tấp đặc tả giống nhau tại tất cà các vùng irên thế giới và vì thế đảm bảo phổ biến trên tất cả các lục địa. Ngoài các đối tác có tổ chức, còn có các đối tác được gọi là đại diện thị trường như UMTS Forum, là bộ phấn của 3GPP.

Công tác trong 3GPP được xây dựng xung quanh các danh mục công tác (nghiên cứu), thông qua các thay đổi nhỏ được đưa ra trực tiếp như 'các yêu cầu' thay đổi đối với đặc tả. Đối với các danh mục lớn hơn, thông thường nghiên cứu khả thi được thực hiện trước khi tiến đến các thay đổi thực tế đối với các đặc tả.

1.2.2. Chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP Khi phát hành R3 hoàn thành, HSDPA và HSUPA vẫn chưa được

đưa vào kể hoạch nghiên cứu. Trong năm 2000, khi thực hiện hiệu chỉnh WCDMA và nghiên cứu R4 kể cả TD-SCDMA, người ta nhấn thay rằng cần có một số cải thiện cho truy nhấp gói. Đẻ cho phép phát triển này nghiên cứu khả thi (danh mục nghiên cứu) cho HSDPA đươc khơi đau vào tháng 3 năm 2000. Nghiên cứu nảy dược bắt dầu. a u ợ c KÍ1Ư1 uau vau ì £, Ị THƯ VIỆN KHOA HỌC KÝ THUẬT

BƯU ĐIỆN

PHU BÀN:

18 Giáo trình Lộ trình phát triên thông tin di động 3G lên 4G

theo các nguyên tắc của 3GPP (phải cỏ ít nhất bốn hãng ủng hộ). Các hãng ủng hộ khởi đầu nghiên cứu HSDPA gồm Motorola và Nokia thuộc phía các nhà bán máy và BT/Cellnet, T-Mobile và NTTD0C0M0 thuộc phía các nhà khai thác.

Nghiên cứu khả thi đã kết thúc tại phiên họp toàn thể TSG RAN và kết luận rằng các giải pháp đưẫc nghiên cứu cho thấy có lẫi. Trong danh mục nghiên cứu HSDPA này có các vấn đề đưẫc nghiên cứu để cải thiện truyền dẫn số liệu gói đường xuống so với các đặc tả R3. Các chuyên đề như phát lại lớp vật lý và lập biểu dựa trên BTS đã đưẫc nghiên cứu cùng với m ã hóa và điều chế thích ứng. Nghiên cứu cũng bao hàm cả một sổ nghiên cứu về công nghệ phát thu nhiều anten dưới tiêu đề "Nhiều đầu vào nhiều đầu ra" (MIMO) cùng với chọn ô nhanh (FCS: Fast Cell Selection).

Vì nghiên cứu khả thi cho thấy có thể đạt đưẫc cải thiện đáng kể với mức độ phức tạp hẫp lý, nên rõ ràng là cần tiếp tục danh mục nghiên cứu thực tế để phát triển các đặc tả. Sau khi danh mục công tác này đã đưẫc thiết lập, phạm vi công tác này vẫn tuân theo danh mục nghiên cứu nhưng MIMO đưẫc lấy ra thành một danh mục nghiên cứu riêng và nghiên cứu khả thi FCS cũng đưẫc bắt đầu độc lập. Danh mục nghiên cứu HSDPA đưẫc nhiều nhà bán máy ủng hộ hơn và danh mục nghiên cứu thực tế này đã nhận đưẫc sự ủng hộ từ các nhà bán máy lớn như Motorola, Nokia và Ericsson. Trong quá trình nghiên cứu, tất nhiên con số các hãng đóng góp kỹ thuật cho quá trình này còn lớn hơn nhiều. Một năm sau, đặc tả HSDPA R5 đưẫc phát hành. Tất nhiên vẫn còn có các hiệu chinh cho HSDPA, nhưng những chức năng lõi đã có trong các đặc tả lóp vật lý. Nghiên cứu một phần bị chậm lại do các hoạt động hiệu chinh song song cần thiết cho các đầu cuối và mạng R3 đang đưẫc triển khai. Nhất là đối với các khía cạnh giao thức, các kiểm tra kỹ lường đưẫc thực hiện để phát hiện các chi tiết cần hiệu chỉnh và làm rõ nghĩa các đặc tả và đây là trường hẫp đối với các thiết bị R3 trước khi bắt đầu các hoạt động thương mại tại châu Ẩ u vào nửa cuối của năm 2002. Nghiên cứu các bộ phận của

Chương ỉ: Tông quan kê hoạch nghiên cứu phút trỉến 3G. 19

giao thức HSDPA chiếm nhiều thời gian nhất. trong đó nghiên cứu tương thích ngược được bắt đầu vào tháng 3 năm 2004.

Trong số các chuyên đề khác liên quan đến HSDPA, danh mục nghiên cửu MIMO không hoàn thành trong chương trình khung thời gian của R5 và Ró. Người ta vẫn tranh luận xem có xứng đáng đưa nó vào hệ thống hay không và đây là chuvên đề nằm trong danh sách các chuyên đề của R7. Nghiên cứu khả thi đổi vội FCS đã kết luận rằng lợi ích nhận được từ nó không đáng kế so vội sự tăng thêm độ phức tạp vì thế sau khi nghiên cứu này khép lại không có danh mục nghiên cứu nào được đưa ra cho FCS. Trong khi tập trung lên FDD (ghép song công phân chia theo tần số). TDD (ghép song công phân chia theo thời gian) cũng được đưa vào danh mục nghiên cứu HSDPA kê cả các giải pháp tương tự trong cả hai chế độ TDD (TDD băng hẹp và băng rộng).

1.2.3. Chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP Mặc dù HSUPA là thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trên thị

trường, trong quá trình chuẩn hóa HSUPA thuật ngữ này được sử dụng dưội cái tên "kênh riêng đường lên tâng cường' (E-DCH: Enhanced uplink Dedicated Channel). Nghiên cứu được tiên hành trong giai đoạn hiệu chinh HSDPA và được bắt đầu bàng danh mục nghiên cứu về 'tăng cường đường lên cho các kênh truyền tảV vào tháng 9 năm 2002. Từ phía các nhà bán máy, Motorola, Nokia và Ericsson là các hãng úng hộ khởi xưộng nghiên cứu cho vân đê này trong 3GPP.

Các kỹ thuật được nghiên cứu cho HSUPA (E-DCH) bao gôm (xem hình 1.3):

- HARỌ lộp vật lý nhanh cho đường lên - Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B - Đ ộ dài thời gian truyền dẫn (TTI) đường lên ngắn hơn - Thiết lập TTI nhanh

20 Giáo trình Lộ trình phái (nên thông tin dì động 3G lên 4G

Lập biếu nhanh đường lên dựa trên nút B

Hình 1.3. Cóc kỹ thuật được xem xét nghiên cửu cho HSUPA

Sau một thời gian nghiên cứu dài và chi tiết, báo cáo kết quả nghiên cứu đã làm sáng tỏ các lợi ích của các kỹ thuật được nghiên cứu. Báo cáo cho thấy ràng không cỏ lợi ích tiềm năng khi sứ dụng điều chế bậc cao trên đường lên vì thể điều chế thích ứng đã không được đua vào danh mục nghiên cứu thực tế.

Danh mục nghiên cứu này được kết thúc vào tháng ba năm 2004 với khuyến nghị việc bốt đầu danh mục nghiên cứu trong 3GPP đề đặc tà HARQ lớp vật lý nhanh và cơ chế lập biểu dựa trên nút B cho đường lên cũng như độ dài TTI ngốn hon. Ngoài ra cơ chế thiết lập các kênh DCH nhanh hơn không được đưa vào khuyến nghị này, nhưng các vấn đề này đã được đề cập trong các danh mục nghiên cứu khác đối với phát hành 3GPP Ró dựa trên các kết quả nhận được trong giai đoạn danh mục nghiên cứu này. Hình Ì .4 cho thấy các kỹ thuật được chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA.

3GPP bốt đầu danh mục nghiên cứu 'đường lên tăng cường FDƠ để đặc tả các tính năng của HSUPA theo khuyến nghị cùa báo cáo. Trong thời gian này nghiên cứu TDD chưa được tiến hành, nhung nó sẽ được nghiên cứu trong kế hoạch R7.

Chương ỉ: Tong quan kẻ hoạch nghiên cứu phát triển 3G. 21

Tri ngắn hớn cho đường lẽn

Lập biếu nhanh đường lên dựa trên nút B

HSUPA > HARQ cho dường lên

Hình ỈA. Các kỳ thuật được lựa chọn

cho danh mục nghiên cứu HSUPA

Do nghiên cứu nền táng chi tiết và tốt đã được thực hiện trong thời gian nghiên cứu 18 tháng, cũng như không còn bận với công tác hiệu chình các phát hành trước, các đặc tả được phát triển nhanh và phiên bản tính năng đầu tiên đã được đưa ra cho các đặc tả lõi vào tháng 12 năm 2004. Phiên bản này vần chưa phải là phiên bản hoàn thiện cuối cùng, nhưng nó chứa các chức năng then chốt và trên cơ sờ các chức năng này có thể tiếp tục tiến hành nghiên cứu hiệu chinh và hoàn thiện chi tiết.

9/2002 Bắt đầu nghiên cứu khả thi

10/2002 -2/2004

3/2004

Phân tích ảnh hướng và lợi ích nhóm kinh tẽ

Trinh bày két

quả cho TSG

Tạo lập danh mục nghiên cứu

3/2004 Các thực hiện đễ tiên vào

th trường Ạ

Nghiên cứu chi tiết và đưa ra các yêu

câu thay đối

Hiệu chinh và két thúc các danh mục

nghiên cứu

4-11/2004 2005

Chãp thuận yêu cầu thay dổi

Quyết dinh

tích cực 12/2004

Tạo lập các dặc tả

Hình 1.5. Ví dụ về quả trình tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP

22 Giảo trình Lộ trình phát Hiên ihônịỉ tin di động 3G lèn 4G

Tháng 3 năm 2005. danh mục nghiên cứu này đã chính thức được hoàn thiện cho các đặc tá chức năng. nghĩa là đã có thế chuyến sang hiệu chinh tính năng này. Trong các tháng còn lại cùa năm 2005 các vấn đề

mơ. cũng như các yêu cầu hiệu năng đã được hoàn thiện. Ví dụ về

quá trình tiêu chuẩn hóa cho HSUPA được minh họa trên hình 1.5. Bước cuối cùng cho HSUPA là hoàn thiện tương thích ngược cho giao thức. Điều này sẽ cho phép thiết lập mầu chuẩn cho các thiết bị sẽ được đưa vào thị trường. Theo kế hoạch, quá trình này được tiến hành vào

tháng 3 năm 2005, sau khi việc xem xét ASN.l đã kết thúc (ASN.l là

ngôn ngữ mã hóa bán tin giao thức được sả dụng trong một số giao thức của 3GPP).

1.2.4. Phát triển tăng cuông của HSƯPA và HSDPA

Trong khi HSUPA đang được đặc tả, vần có các nghiên cứu phát triển để cải thiện Ró HSDPA cũng như một số lĩnh vực khác. như:

- Đặc tà hiệu năng cho các đầu cuối tiên tiến hơn sả dụng phân tập thu và (hoặc) các máy thu tiên tiến

- Cải thiện tầm phủ sóng đường lên bằng cách sả dụng báo hiệu phản hồi đường lên

- Các cái thiện trong lĩnh vực di động cùa HSDPA bàng báo hiệu nhanh hơn và thời gian xả lý ngan hơn.

Một danh mục nghiên cứu với tên là 'kết nổi liên tục cho những người sử dụng số liệu gói' đã được định nghĩa cho R7 với mục đích giảm chi phí trong các thời gian phục vụ và duy trì liên kết nhưng không có luồng sổ liệu liên tục cần thiết. Một ví dụ cho kiểu dịch vụ này là dịch vụ thoại trên cơ sớ gói với tên gọi phố biến là VoIP.

Danh mục nghiên cứu MIMO vẫn tiếp tục được tiến hành với nhiều đề xuất. Nguyên lý then chốt là có hai (hay nhiều) anten phát

với các luồng thông tin khác nhau và sau đó sả dụng hai hay nhiều

anten kết hợp với xứ lý tín hiệu tiên tiến tại đầu cuối đề phân tách các luồng này như minh họa trên hình 1.6.

Chương ỉ : Tông quan kê hoạch nghiên cứu phát triên 3G. 23

Thách thức chù yếu là phái chứne minh rằng liệu có nhận đuợc tăng độ lợi đáng kê so độ lợi nhận được từ các cải thiện hiệu năng trong Ró và các giai pháp cải thiện dung lượng hiện có bằng cách bổ sung thèm máy phát - chẳng hạn chuyến từ cấu hình ba đoạn ô sang cấu hình sáu đoạn ô. Các kết luận trong 3GPP cho đến thời điềm này

chỉ là trong môi trường ô vì mô, HSDPA với M I M O có vẻ không mang lại lợi ích về dung lượng so với trường hợp thu phân tập và máy thu tiên t iến tại đụu cuối. Vì thế thách thức này vẫn còn tiếp tục được xem xét trong R7 và các phát hành tiếp theo. Nghiên cứu sẽ hướng đến các ờ nhò hơn (các ô vi mò).

% Y % ầ V

Giải trải phô và giai m ã không gian/thời gian

Các bộ lọc RF và băng góc

Phần phát BTS với khá năng có hai máy phát trên một đoạn ô

Đâu cuối với hai máy thu và khá năng giải m ã MIMO

PA: Bộ khuếch đại cóng suất

Hình 1.6. Nguyên lý MI MO với hai anten phát và hai anten thu

Các danh mục vẫn đang được nghiên cứu cho HSDPA hoặc HSƯPA gồm vấn đề về giám trễ thiết lập cuộc gọi chuyến mạch gói (PS) và chuyến mạch kênh (CS) nhàm rút ngán thời gian cụn thiết đế

chuyển từ trạng thái rồi vào trạng thái tích cực (Ce l lDCH) . Vì hụu hết các bước trong WCDMA sẽ vẫn giũ' nguyên không liên quan đến

cuộc gọi cs hay PS, nên các cải thiện này mang lại lợi ích cho cả HSDPA/HSUPA lụn thiết lập cuộc gọi thoại bình thường. Đụu tiên nghiên cứu đã tập trung lên xác định cách thức cai thiện thiết lập cuộc gọi thoại R3 và đồng thời tiến tới sứ dụng các phương pháp có thể áp dụng được cho các thiết bị hiện có. Sau đó nghiên cứu chuyến sang

24 Giáo trình Lộ trình phát /riêu thông tin di động 3G lên 4G

các cai thiện lớn hơn không sứ dụng được cho các thiết bị hiện có nhưng tiềm năng hơn vì các đầu cuối sẽ thay đối. Nghĩa là các thiết bị có khá năng R7 sẽ nhận được thêm các cái thiện trong hầu hết các trường hợp. Phát triển HSPA trong R7 (còn gọi là HSPA+) đã đưa đến tốc độ 28MbiƯs cục đại đối với đường xuống và Ì lMbit/s cực đại đối với đường lên.

1.3. KÉ HOẠCH NGHIÊN cửu PHÁT TRIỀN LTE Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE được tiến hành trong các

E-UTRAN TSG (Technical Speciíication Group: nhóm đấc tá kỹ thuật). Trong các cuộc họp của RAN TSG chi có một vài vấn đề kỹ thuật là được tán thành. Thậm chí trong các cuộc họp sau các vấn đề này vẫn được xem xét lại. 3GPP đã vạch ra kế hoạch làm việc chi tiết cho các nhóm nghiên cứu TSG RAN. Lộ trình phát triển của LTE gắn liền với lộ trình phát triền cùa 3GPP. Hình 1.7 cho thấy lộ trình phát triển của 3GPP.

R99 (R3) 12/1999

-CSvàPS - Các kênh mang R3 - MMS - Các dịch vụ định vị -v.v ...

R4 3/2001

- Các tâng cưởng -TD-SCDMA - v.v...

R5 3/2002

•HSDPA • IMS • Thoại AMR-VVB •v.v...

R6 5/20005

• Đường lên tàng cường (EDCH)

• MBMS • Tương tác VVLAN-UMTS

• v.v...

R7. R8...

LTE SAE Phát triền HSPA v.v ...

Hình ỉ. 7. Lộ trình phát triền 3GPP Các vấn đề nghiên cứu được thực hiện trong hai TSG: TSG RAN: Nghiên cửu tiêu chuẩn cho giao diện vô tuyến TSG SA: Nghiên cứu kiến trúc mạng.

Ke hoạch nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE được cho trên hình 1.8.

Chương ỉ: Tông quan kế hoạch nghiên cứu phái triền 3G. 25

Hình 1.8. Kê hoạch nghiên cún tiêu chuẩn E-UTRAN

Quá trình nahiên cứu dược tiến hành trong các nhỏm TSG 3GPPLTE/SAE dưới sự điều hành cùa PCG (Proịect Coordination Group: nhóm điều phổi đề án 3GPP) được cho trên hình ] .9.

TSG GERAN (Mạng truy

nhập vô tuyên)

( GERAN WG1 ì (Các vẫn đẽ

L vô tuyên) )

f GERAN WG2 (Các vãn đẽ

V giao thức) )

/ \ GERAN WG3

(Đo ktèm đáu CUÔI) V /

c PCG (Nhòm diêu phối đê án) J

TSG RAN (Mạng truy

nhập vô tuyên)

RAN WG1 (Đặc lá lớp ì v ò tuyên)

RAN WG2 (Đác 13 lớp 2 và RR

lốp 3 vỏ tuyên!

RAN WG3 (Đác ta luB. lur. lu)

RAN WG4 (Hiệu năng võ luyèn)

RAN WG5 (Đo Kiêm hóp

chuán đâu CUÒI)

TSG SA (Các vãn đẽ đích vụ vá hệ thông)

SAWG1 (Các đích vụ)

SA WG2 (Kiên trúc)

SA WG3 (An ninh)

SA WG4 (Codec)

SA WG5 (Quàn lý viên

thông) J

K CTWG1

(MM/CC/SM (lu))

TSG CT (Mang lõi vá

d â u CUỐI)

f CT WG3 "\ (TƯdng lác VỚI

^ mạng ngoài) )

r CT WG4 > (MAP/GTP/

^ BCH/SS) J

" CT WG5 N

{Truy nháp đích vụ t mớ OSA) J

V CT WG6

(Các ván lè úng dụng the Ihông minh)

Hình ỉ. 9. Tó chức cùa nhóm điểu phoi đề án 3GPP


Như trên hình Ì .9 ta thấy PCG điều hành bốn nhóm TSG (nhóm đặc tả kỹ thuật) sau: (Ì) SA (Services and Architecture: dịch vụ và hệ thống), (2) CT (Core Network and Terminals: mạng lõi và các đầu cuối), (3) GERAN (GSM EDGE: mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE), (4) RAN (Radio Access Netvvork: mạng truy nhập vô tuyển).

Hình 1.10 cho thấy các TR (báo cáo kỳ thuật) được thông qua trong 3GPP.

_ <9" 3 « 5 í 3 ™i N C Ò > 00 '<Ị> to • eọ is 9 3 tó c oi. V)

co .c K Ì í

Chương ì: Tông quan ké hoạch nghiên cửu phái triển su. 27

1.4. IMT-ADVANCED V À L ộ TRÌNH TIÊN LÊN 4G Trong ITU. nhóm công tác 8F (1TU-R WP 8F) đang tiến hành

nghiên cứu các hệ thống tiếp sau IMT-2000. Khá năng IMT-2000. các tăng cường cùa nó và các hệ thống bao gồm các giao diện sau IMT-2000 được cho trên hình 1.11. Bang Ì. Ì cho thấy mục tiêu cua 4G.

Bang Lì. Mục tiêu cua 4G

Tốc độ s ố liệu 100MbiƯs cho vùng rộng, 1Gbit/s cho vùng hẹp

Kết nối mạng Hoàn toàn IP

Thông tin Rộng khắp, di đông. liên tục

Trễ Thấp hon 3G

Trễ kết nối Thấp hơn 500ms

Trễ truyền dẫn Thấp hơn 5ms

Giá thành trên một bít 1/10-1/100 thấp hơn 3G

Giá thành cơ sờ hạ tầng Thấp hơn 3G (khoảng 1/10)

í \

Phát triẽn 3G V

-%%

I

IMT-2000

V / >

IMT-2000 Ị T r u y n h p k h ô n g d â y , tàng cưdng \V nội h ạ t ý d j r j ) j mai /

1 Mbĩt/S 10Mbiưs 100Mbiưs 1000Mbiưs

Tốc độ sô liệu đinh

Hình ì. ỉ ỉ. Các kha năng cùa IMT-2000 và các hệ thống sau ỈMT-2000 theo khuyến nghị M. 1654 cua ỈTU-R

28 Giáo lành Lộ trình phát Irién thông tin di động 3G lên 4G

ITU-R WP 8F tuyên bố ràng cần có các công nghệ vô tuyến di động mới cho các khả năng cao hơn IMT-2000, tuy nhiên vẫn chưa chi rõ công nghệ nào. Thuật ngữ IMT-Adv được sứ dụng cho các hệ thống sau IMT-2000. Tuy nhiên IMT-Adv cũng sẽ có các bước phát triển giống như IMT-2000 và chứa các khả năng cùa các hệ thống trước đó. Quá trinh định nghĩa IMT-Adv còn đang được khởi thảo trong WP8F và sẽ hoàn toàn giống như quá trình nghiên cứu các khuyến nghị cho IMT-2000. N ó sẽ dựa trên tập các vêu cầu kử thuật tối thiểu, và các tiêu chí đánh giá và khởi đầu bàng việc mời tất cả các thành viên ITU và các tố chức khác. Các công nghệ được đề cử sẽ được đánh giá dựa trên các tiêu chí đã thỏa thuận. Việc đánh giá sẽ được tiến hành cùng với sự cộng tác của các tố chức bên ngoài ITU như các tổ chức nghiên cứu tiêu chuẩn. Vì quá trình nàv cần sụ đồng thuận nên một sổ công nghệ có thế áp dụng cho IMT-Adv không thế xác định trước. Nỏ phải là sự cân đối giũa: tính kinh tể khi mở rộng, hỗ trợ các môi trường của những người sử dụng khác nhau và khá năng của các công nghệ khác nhau. Ngoài ra khá năng sù dụng máy đầu cuối trên toàn cầu cũng sẽ là một tiêu chí quan trọng.

Một hoạt động chính trong ITU-R nữa liên quan đến IMT-2000 Adv là vấn đề xác định phố tần SỪ dụng. Điều này sẽ được tiến hành trong WRC"07 (World Radio Congress: Hội nghị vô tuyến thế giới).

Trong giới nghiên cứu. một số đề án nghiên cứu đang được tiến hành trong IMT-2000 Adv và thể hệ sau cùa truy nhập vô tuyến. Chăng hạn đề án Winner được hỗ trợ một phần kinh phí từ Liên minh châu Âu, là đề án dành cho nghiên cứu về vấn đề này. Khái niệm Winner có rất nhiều các phần tử rất gần với LTE. Tuy nhiên Winner đặt mục tiêu cho tốc độ số liệu cao hơn và vì thế được thiết kế cho bàng thông rộng hơn 20MHz. Một điếm khác nữa là Winner sẽ sử dụng các chế độ chuyển tiếp và đa chặng.

Chương ì: Tổng quan kẻ hoạch nghiên cứu phát triền 3G, 29

Một đề án khác giống như đề án của châu Âu nói trên là đề án "Tương lai " (Future) của Trung Quốc tập trung lên đề xuất giao diện vô tuyên cho IMT-Adv. Tuy nhiên lựa chọn các đề xuất cuối cùng cho IMT-Adv sẽ là các tổ chức phát triển tiêu chuẩn như: ETSI. ARIB. CWTS... Cơ quan tiêu chuẩn toàn cầu như 3GPP tất nhiên sẽ có vai trò quan trọng trong vấn đề hài hòa các dề xuất từ các tố chức tiêu chuân cũng như từ các vùng khác nhau.

Mặc dù 3GPP hiện nay chưa tiến hành nghiên cứu trực tiếp IMT-2000 Adv. tuy nhiên 3GPP sẽ đề xuất lẻn ITU-R. IEEE 802.16 (WiMAX) cũng đang hoàn thiện khái niệm cua mình và hưạng đến đề xuất cho IMT-Adv trong 802.lòm. Tươní" tự 3GPP2 cũng đang tiến tại đề xuất IMT-Adv.

LTE là một trong số các con đường tiến tại 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu cùa 4G. tiếp theo nó sẽ là IMT Adv. LTE cho

phép chuyển đối dần tù 3G UMTS sang eiai đoạn đầu 4G sau đó sang IMT Adv. Chuyền đồi dần từ LTE sang IMT Adv là chia khóa của thành công trên thị trường. Ngoài LTE của 3GPP ta cũng cần nghiên cứu các hưạng chuyến đối khác sang 4G. 3GPP2 cũng đã và đang thực hiện kế hoạch nghiên cứu LTE cho mình, hệ thống do 3GPP2 đề xuất là UMB (Ultra Mobile Band). Chương trình khung cùa kế hoạch này bắt đầu từ năm 2000 và theo dự kiến thì các đặc tả tiêu chuẩn sẽ được công bổ vào tháng 12 năm 2007. Ngoài ra WiMAX cũng có kế hoạch tiến tại 4G. Ta có the mô tá quá trình tiến tại 4G cùa các công nghệ hiện có như trên hình 1.12.

30 Giáo trình Lộ trình phái triển thông tin di động 3G lên 4G

Khá năng di động

Tháp

1985 1995 2000 2005 2010 2015 Thời gian

ỉ HSPA ị Ị HxEVDO LTE \

GSM ị Ị cdmaOne\

J[ 3G- 2

\WCDMA\

ìz. ,.J?>E3G V * Triển khai ỳ

\IMT-Advanced4G;

\ 1 G ỉ f 2G j\

J[ 3G- 2

\WCDMA\ AMPâ, TACS \

cdiọa20001x - (WiMAX/IEEEỶ"— Vj02.i6a^ /

/ WFLT I^ỊEEE802.1W

Tốc độ so liêu Tốc độ so liêu

<10kbit/s <200kbit/s 300kbit/s-10Mbit/s <100MbiVs 100Mbit/s-1Gbit/s

E3G: 3G tăng cường

Hình ỉ. 12. Quá trình phát mến các công nghệ thông tin di động đến 4G

1.5. TỎNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC Độ CAO (HSPA)

1.5.1 Mở đầu Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed

Down link Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa ra trong R5 v ớ i phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên v à o năm 2002. Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSƯPA: High Speed Uplink Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa trong Ró vào tháng 12 năm 2004. Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA. Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vào thương mại vào năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại vào năm 2007.

Tốc độ sổ liệu đnh cùa HSDPA lúc đầu là 1,8Mbit/s và tăng đ ế n 3,6MbiƯs và 7,2Mbit/s vào năm 2006 và 2007. tiềm năng có thề đạt đến trên 14,4Mbit/s năm 2008. Trong giai đoạn đầu tốc đ ộ đinh HSUPA là Ì - 2Mbit/s. trong giai đoạn hai tốc độ này có thể đ ạ t đ ế n 4 - 5,7Mbit/s vào năm 2008.

Chương ỉ : Tông quan kê hoạch nghiên cứu phút trién so, 31

HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng mang hoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao (xem hình 1.13).

f2

Nút B RNC SGSN GGSN

Hình ì. li. Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với WCDMA (fl)

HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA. Đề nâng cấp WCDMA lên HSPA chi cần bố sung phần mềm và một vài phần cứng trong BSC và RNC.

Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ tốc độ cao phi thời gian thực, tuy nhiên Ró và R7 cái thiản hiảu suất cùa HSPA cho VoIP và các ứng dụng tương tự khác.

R5 HSDPA

Số liệu từ GGSN

Đâu cuối

Tốc độ HS-DSCH đinh 14,4MbiƯs trên 2ms

Thông số QoS: tốc độ bít cực đại: 3Mbit/s

Hình ỉ. 14. Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA)

Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liảu trên các giao diản như nhau (chẳng hạn 384kbit/s cho tốc độ cực đại), tốc độ số liảu HSPA trên các giao diản khác nhau. Hình 1.14 minh họa điều này cho HSDPA. Tốc độ đinh (14.4Mbit/s trên 2ms) tại đầu cuối chi xảy ra

32 Giáo trình Lộ trình phái triẻn thông tin di động 3G lén 4G

trong thời điềm điều kiện kênh truyền tốt vi thế tốc độ trung binh có thế không quá 3Mbit/s. Đế đám báo truyền lưu lượng mang tính cụm này, BTS cần có bộ đệm đế lun lại lưu lượng và bộ lập biểu đế truyền

lưu lượng này trên hạ tầng mạng.

1.5.2. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng

Hình 1.15 cho thấy kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và

HSUPA cho số liệu người sứ dụng. Mặt phang báo hiệu không được thể hiện trên hình 1.3 (trong mặt phảng này báo hiệu được nối đến

RLC sau đó được đưa lên DCH hay HSDPA hoặc HSUPA). số liệu từ các dch vụ khác nhau được nén tiêu đề IP tại PDCP (Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ dữ liệu gói). MAC-hs (High Speed: tốc độ cao) thực hiện chức nâng lập biếu nhanh dựa trên BTS.

Nén tiêu đề IP (PDCP)

Các dịch vụ c s như: tiếng thoại AMR, video

Phàn đoạn và lặp (RLC) 1

Ghép kênh (MAC-d) ì

Sắp đặt toi (MAC-es)

Kênh riêng (DCH) Phát lặp HARQ nhanh (MAC-hs)

Phát lặp HARQ nhanh (MAC-e)

Lớp vặt lý

MAC-hs: High Speed MÁC: MÁC tốc độ cao MAC-e: E-DCH MÁC: M Á C kênh E-DCH

MAC-es: thực thẻ M Á C kênh E-DCH để sắp đặt lại thứ tự

Hình ỉ. 15. Kiến trúc giao diện vô tuyển HSDPA và HSUPA

cho sô liệu nguôi sử dụng

Chương Ị: Tông quan kế hoạch nghiên cứu phái Iriên 3G. 33

1.6. TỎNG QUAN LTE Có thề tóm tắt các nhiệm vụ nghiên cứu cùa LTE và SAE như sau: /. về phần vó tuyến (LTE):

- Cải thiện hiệu suất phố tần. thông lượng người sứ dụng, trễ - Đơn gián hóa mạng. vô tuyến - Hỗ trợ hiệu quá các dịch vụ gói như: MBMS. IMS ĩ. về phần mạng (SAE):

- Cải thiện trễ. dung lượne và thông lượng - Đơn gián mạng lõi - Tối un hóa lưu lượng IP và các dịch vụ - Đơn giàn hóa việc hỗ trợ và chuyền giao đến các công nghệ

không phải 3GPP Kết quả nghiên cứu cùa LTE là đưa ra được chuẩn mạng truy

nhặp vô tuyến với tên gọi là E-UTRAN (Enhanceđ Universal Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhặp vô tuyến mặt đất toàn cầu tăng cuông), để đơn gián trong giáo trình này ta sẽ gọi chung là LTE. Trong các phần dưới đây ta sẽ xét tống quan kiên trúc LTE và kế hoạch nghiên cứu nó trong 3GPP.

1.6.1. Tốc độ số liệu đỉnh LTE sẽ hỗ trợ tốc độ đinh tức thời tăng đáng kể. Tốc độ này được

đinh cỡ tùy '.heo kích thước của phố được ấn định. LTE sẽ đảm bảo tốc độ số liệu đinh tức thời đường xuống lên đến

lOOMbit/s khi băng thông được cấp phát cực đại là 20MHz (5bit/s/Hz) và tốc độ đỉnh đường lên 50Mbit/s khi băng thông được cấp phát cực đại là 20MHz (2,5bit/s/Hz). Băng thông LTE được cấp phát linh hoạt từ 1,25MHz lên đến 20MHz (gấp bốn lần băng thông 3G-UMTS).

Lưu ý rằng tốc độ đỉnh có thế phụ thuộc vào số lượng anten phát và anten thu tại UE. Các mục tiêu về tốc độ số liệu đỉnh nói trên được

34 Giáo trình Lộ trình phút Hiên thông Un di động 3G lùn 4G

đặc tả trong UE tham chuẩn gồm: (Ì) khá năng đường xuống với hai anten tại UE, (2) khá nâng đường lên với một anten tại UE. Trong trường hợp phổ được dùng chung cho cả đường lên và đường xuống. LTE không phái hỗ trợ tốc độ số liệu đinh đường xuống và đường lên nói trên đồng thời.

1.6.2. Trễ mặt phang c và mặt phang Ư Cần giám đáng kế trễ mặt phảng điều khiên (mặt phang C) (chẳng

hạn bao gồm trễ chuyến đối tự trạng thái rồi sang trạng thái trao đối số liệu không kế trễ tìm gọi là Ì OOms) (hình 1.16).

ị <100ms

Hình Ị. ló. Ví dụ về chuyến đói trạng thái trong kiến trúc E-UTRAN

LTE phải có thời gian chuvến đối trạng thái nhó hơn lOOms (như trong chế độ rỗi của Ró) vào trạng thái tích cực (như trong Ró Cell_DCH). N ó cũng cần đảm báo thời gian chuyển đối nhỏ hơn 50ms tự trạng thái ngủ (như trong Ró Cell_PCH) vào trạng thái tích cực (như trong Ró Cell_DCH).

Cần đảm báo trễ trong mặt phang u nhỏ hem lOms. Trễ mặt

phàng u được định nghĩa là trễ một chiều giữa một gói tại lớp IP trong UE (hoặc nút biên cùa UTRAN) đến lớp IP trong nút biên cùa UTRAN (hoặc UE). Nút biên của UTRAN là nút giao diện UTRAN với mạng lõi. Chuẩn phái đám báo trễ mặt phang u cùa LTE nhò hơn 5ms (hình 1.17) trong điều kiện không tải (nghĩa là một người sử dụng với một luồng số liệu) đổi với gói nhò (chẳng hạn tài tin bàng không

Chương ỉ: Tông quan kể hoạch nghiên cứu phát triển 3G, 35

cộng với tiêu đề). Rõ ràng rằng các chế độ ấn định bâng thông cùa LTE có thể ảnh hưởng đáng kế lên trễ.

eNodeB: Nút B có thêm các tinh chức năng bổ sung so với nút B cùa VVCDMA/HSPA

Hình 1.17. Trễ mặt phang u

1.6.3. Thông lu o ng số liệu Thông lượng đường xuống trong LTE sẽ gấp ba đến bốn lần

thông lượng đường xuống trong Ró HSDPA tính trung bình trên 1MHz. Cần lưu ý ràng thông lượng HSDPA trong Ró được xét cho trường hợp một anten tựi nút B với tính năng tăng cường và một máy thu trong UE; trong khi đó LTE sử dụng cực đựi hai anten tựi nút B và hai anten tựi ƯE. Ngoài ra cũng cần lưu ý rằng khi băng thông cấp phát tăng, thông lượng cũng tăng.

Mặt khác thông lượng đường lên trong LTE cũng gấp hai đến ba lần thông lượng đường lên cùa Ró HSUPA tính trung bình trên 1MHz. Trong đo giả thiết rằng Ró HSUPA sử dụng một anten phát tựi UE và hai anten thu tựi nút B; còn đường lên trong LTE sử dụng cực đựi hai anten phát tựi UE và hai anten thu tựi nút B.

1.6.4. Hiệu suất phổ tần LTE phải đảm bảo tâng đáng kể hiệu suất phổ tần và tăng tốc độ

bít tựi biên ô trong khi vẫn đảm bảo duy trì các vị trí đặt trựm hiện có của UTRAN và EDGE.

Trong mựng có tải, hiệu suất phổ tần kênh đường xuống của LTE phải gấp 3 đến bốn lần Ró HSDPA tính theo bit/s/Hz/trựm. Trong đó giả thiết rằng Ró HSDPA sử dụng một anten tựi nút B và một máy thu, còn LTE sử dụng 2 anten tựi nút B và một anten tựi UE.

36 Giáo trình Lộ trình phái triên thông Un di động 3G lên 4U

Hiệu suất phố tần kênh đường lên trong E-UTRAN phái gấp ba đến bốn lần Ró HSUPA tính theo bit/s/Hz/trạm với giá thiết HSUPA sứ dụng hai anten tại nút B và một anten tại UE còn LTE sứ dụng hai anten tại nút B và hai anten tại UE.

Cần lưu ý rằng sự khác biệt về hiệu suất phố tần trên dường xuống và đường lên là do môi trường khai thác khác nhau giữa đường xuống và đường lên. Thông thường đường lên rất nhạy cảm với giảm cấp kênh như nhiễu đa đường v.v... vì thế giá thành để đảm bao hiệu quả tách sóng trong đường lẽn cao hơn trong đường xuống.

LTE cần hỡ trạ sơ đồ ấn định băng thông khá định cỡ. chẳng hạn 5, 10. 20 và có thế cả 15MHz. Cũng cần xem xét cà việc định cỡ băng thông 1,25 hay 2.5MHz đế triển khai trong các vùng băng thông được cấp phát hẹp.

Bảng Ì .2 va Ì .3 so sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa LTE và HSPA trên đường xuống và đường lên.

Báng 1.2. So sánh thông sổ tốc độ và hiệu suôi sử dụng phô tán

giữa L TE trên đường xuống và HSDPA

HSDPA (R6) LTE Đích LTE/Đã dạt

Tốc độ đình (Mbit/s) 14,4 144 100/đã đạt

Hiệu suất phổ tần (bit/Hz/s) 0,75 1,84 3-4 lẩn HSDPA/đạt2,5

Thông lượng người sử dụng biên ố 0,006 0,0148 2-3 lằn HSDPA/đạt2,5

Bàng 1.3. So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phô tần

giữa LTE (rên đường lên và HSDPA

HSUPA (R6) LTE Đích LTE/Đã đạt

Tốc độ đình (MbiƯs) 5,7 57 50/đã đạt

Hiệu suất phô tần (bit/Hz/s) 0,26 0,67 2-3 lần HSUPA/đạt2.6

Thông lượng người sử dụng biên ô 0,006 0,015 2-3 lần HSDPA/đạt 2,5

Chương ỉ: Tống quan kế hoạch nghiên cửu phát triển 3G, 37

1.6.5. Hỗ trợ di động

Hiệu nâng LTE cần được tối ưu hóa cho những người sử dụng di động tại các tốc độ thấp từ 0 đến 15kmph (kmph:km/giờ). Những người di động tại các tốc độ cao từ 15 đến 120kmph cần được đảm bào hiệu năng cao thỏa mãn. Cũng cần hỗ trợ di động tại các tốc độ từ 120kmph đến 350kmph (thậm chí đến 500kmph phụ thuộc vào băng tần được cấp phát). Việc đảm bảo tốc độ 350kmph cần thiết đớ duy trì chất lượng dịch vụ chấp nhận được cho những người sử dụng cần được cung cấp dịch vụ trong các hệ thống xe lửa tốc độ cao. Trong trường hợp này cần sử dụng các giải pháp và mô hình kênh đặc biệt. Khi thiết lập các thông số lớp vật lý, LTE cần có khả nâng duy trì kết nối tại tốc độ lên đến 350kmph thậm chí lên đến SOOkmph, phụ thuộc băng tần được cấp phát.

LTE cũng cần hỗ trợ các kỹ thuật cũng như các cơ chế đớ tối ưu hóa trễ và mất gói khi chuyớn giao trong hệ thống. Các dịch vụ thời gian thực như tiếng được hỗ trợ trong miền chuyớn mạch kênh trước đây phải được E-UTRAN hồ trợ trong miền chuyớn mạch gói với chất lượng tối thiớu phải bàng với chất lượng được hỗ trợ bởi UTRAN (chẳng hạn tốc độ bít đảm bảo) trên toàn bộ dải tốc độ. Ảnh hưởng cùa chuyớn giao trong hệ thống lên chất lượng (thời gian ngát) phải nhỏ hơn hay bằng chất lượng được cung cấp trong miền chuyớn mạch kênh cua GERAN.

1.6.6. Vùng phủ LTE phải hồ trợ linh hoạt các kịch bản phù sóng khác nhau trong

khi vẫn đảm bảo các mục tiêu đã nêu trong các phần trên với giả thiết sử dụng lại các đài trạm Ư T R A N và tần số sóng mang hiện có.

Thông lượng, hiệu suất sử dụng phổ tần và hồ trợ di động nói trên phải đáp ứng các ô có bán kính 5km và giảm nhẹ chất lượng đổi với các ô có bán kính 30km.

38 Giáo trình Lộ trình phát Iriên thông tin di động 3G lên 4G

Như đã nói ở trên LTE. phải hoạt động trong các băng thông 1,25MHz: 2 5MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz; và 20MHz trên ca đường xuống lẫn đường lên. cần đảm bảo làm việc cả chế độ đơn băng lẫn song băng.

Hệ thống phải hồ trợ truyền nội dung trên toàn thể các tài n g u y ê n bao gồm cả các tài nguyên khá dụng đối với nhà khai thác (được g ọ i là Radio Band Resources) trong cùng một băng tần hoặc trong các bàng tần khác nhau trên cả đường lên lẫn đường xuống. Hệ thống phái hỗ trợ lập biểu công suất, lập biểu thích ổng...

1.6.7. MBMS tăng cường MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service: Dịch v ụ đa

phương quảng bá đa phương tiện) được đưa vào các dịch vụ cùa L T E . Các hệ thống LTE phải đảm bảo hỗ trợ tăng cường cho MBMS. LTE phải hỗ trợ các chế độ MBMS tăng cường so với hoạt động cùa UTRA. Đổi với trường hợp đơn phương, LTE phải có khả năng đạt được các mục tiêu chất lượng như hệ thống các hệ thống UTRA khi làm việc trên cùng một đài trạm.

Hỗ trợ MBMS của LTE cần đàm bảo các yêu cầu sau: (Ì) Tái sù dụng các phần tổ lớp vật lý: đế giảm độ phổc tạp đầu cuối, sử dụng các phương pháp đa truy nhập. mã hóa. điều chế cơ bản áp dụng cho đom phương cho các dịch vụ MBMS và cũng sử dụng tập chế độ bâng thông của ƯE cho các khai thác đơn phương cho MBMS, (2) Thoại và MBMS: giải pháp LTE cho MBMS phải cho phép tích hợp đồng t h ờ i và cung cấp hiệu quả thoại dành riêng và các dịch vụ MBMS cho người sử dụng; (3) Khai thác MBMS đơn băng: phải hỗ trợ triển khai các sóng mang LTE mang các dịch vụ MBMS trong phổ tần đơn băng.

1.6.8. Triền khai phổ tần Yêu cầu LTE làm việc với các kịch bản triển khai phổ tần sau đây: - Đồng tồn tại trên cùng vùng địa lý hoặc cùng đài t r ạ m với

GERAN/ƯTRAN trên các kênh lân cận

Chuông ỉ: Tông quan ké hoạch nghiên cứu phút /riêu 3tì, 39

- Đồng tồn tại trên các kênh lân cận hoặc chồng lấn tại biên giới các nước

- LTE phái có khá năng hoạt động độc lập (không cần sóng mana khác)

- Tất cà các băng tần đều được cho phép tuân theo phát hành về các nguyên tấc băng tần độc lập

Cần lưu ý rằng trong trường hợp các yêu cầu điều phối biên giới. các vấn đề khác như các giai pháp lập biếu cần được xem xét cùng với các hoạt độne khác cùa lớp vật lý.

1.6.9. Đồng tồn tại và tương tác vói các 3GPP RÁT

LTE phai hồ trợ tương tác với các hệ thống 3G hiện có và với các hệ không theo chuẩn 3GPP. LTE phai đám báo kha năng đồng tồn tại giữa các nhà khai thác trong các băng liền kề và trên biên.

Tất cá các đầu cuối LTE hỗ trợ khai thác Ư T R A N / G E R A N phái có khứ năng hỗ trợ đo. chuyến giao đến/từ cá hai hệ thống UTRAN và GERAN. Ngoài ra LTE cần phứi hỗ trợ đo giữa các R Á T (Radio Access Technology: công nghệ truy nhập vô tuyến) với ứnh hướng chấp nhận được lên sự phức tạp đầu cuối và hiệu năng mạng, chăng hạn bằng cách cung cấp cho các UE các cơ hội đo trên đường lên và đường xuống thông qua lập biêu.

Vì thế vấn đề đặt ra ớ dây không chi là việc tương thích ngược mà cả việc hỗ trợ cơ chế chuyến giao giữa các mạng 3GPP khác nhau. Ngoài ra cũng cần nhẩn mạnh ràng HSDPA vẫn là một giãi pháp 3G từ 3GPP và nó hoàn toàn tương thích ngược với các mạng W-CDMA. Tương thích ngược là hết sức cần thiết trong LTE. nhưng cũng cần xem xét cẩn thận trong mối tương quan với các tăng cường về hiệu năng và khứ năng. vắn đề tương thích gặp phái ở đây cũng giống nhu các vấn đề tương thích đã được giứi quyết giữa UTRAN và GERAN (dựa trên GSM).


Dưới đây là các yêu cầu cho tương tác mạng:

- Thời gian ngất để chuyển giao các dịch vụ thời gian thực giữa LTE và UTRAN/GERAN không được quá 300ms

- Thời gian ngắt để chuyển giao các dịch vụ phi thời gian thực giữa LTE và UTRAN/GERAN không được quá 500ms

- Các thiết bị đầu cuối không tích cực (chẳng hạn tại trạng thái Ró Cell_PCH) hỗ trợ UTRAN/GERAN có bổ sung thêm LTE không nhất thiết chi giám sát các bán tin tìm gọi tồ một trong số UTRAN, GERAN va LTE

Các yêu cầu trên được đặt ra cho các trường hợp trong đó các mạng UTRAN và/hoặc GERAN cung cấp hồ trợ các chuyển giao LTE. Thời gian chuyển giao nói trên được coi là giá trị các tối thiêu, các giá trị này có thế thay đổi khi kiến trúc tổng thế và lớp vật lý được định nghĩa chi tiết.

1.6.10. Kiến trúc và quá trình chuyển đổi

Kiến trúc của LTE phải được sự đồng ý trong TSG (Technical Speciíication Group: nhóm đặc tà kỹ thuật). Kiến trúc E-UTRAN phải được xây dựng trên cơ sở chuyển mạch gỏi mặc dù phải hỗ trợ các dịch vụ thời gian thực và lưu lượng loại hội thoại. Kiến trúc

E-ƯTRAN phải đơn giản hóa và giảm thiểu số lượng các giao diện.

LTE phải đảm bảo chuyển đổi kinh tế tồ kiến trúc và giao diện vô tuyến UTRA của Ró. Thiết kế mạng LTE phái được thực hiện theo một kiến trúc LTE duy nhất dựa trên gói (kiến trúc không dây toàn IP sẽ ngự trị trong các mạng LTE).

Kiến trúc LTE phải giảm thiểu xảy ra "một điểm của nhiều sự cố" và vì thế phải có các biện pháp dự phòng. Kiến trúc LTE phải hỗ trợ các yêu cầu QoS đầu cuối đầu cuối. Ngoài ra các giao thức thông tin đường trục phải được tối ưu hóa trong LTE. Các cơ chế QoS phải xét đến cho các kiểu lưu lượng khác nhau để sù dụng hiệu quà băng thông.

Chương ỉ : Tông quan kê hoạch nghiên cứu phát n iên 3G. 41

L T E p h ả i h ồ t r ợ các k i ề u dịch v ụ khác nhau nhất là t r o n g m i ề n PS (chẳng h ạ n V o I P , h i ệ n d i ệ n ) . E - U T R A N ( h a y v i ế t g ọ n là E-RAN) p h ả i được t h i ế t k ế để g i ả m t h i ể u các th a y đ ố i t r ễ ( J i t t e r ) c h o thông t i n gói TCP/IP.

1.6.11. Quản lý tài nguyên vô tuyến N h ư đã đề c ấ p ờ trên. quán lý tài nguyên vô t u y ế n đòi h ỏ i : (Ì) h ỗ

tr ợ tăng c ư ờ n g Q o S đậu c u ố i đậu c u ố i : ( 2 ) H ồ t r ợ h i ệ u quá t r u y ề n các lớp cao; ( 3 ) H ồ t r ạ c h i a sẻ tái và quán lý chính sách trên các công nghệ t r u y n h ậ p vô t u y ế n ( R Á T ) khác nhau.

1.6.12. Các vấn đề về múc độ phức tạp L T E p h ả i t h o a m ã n h i ệ u năng v ẻ u cậu. Ngoài r a m ứ c độ phức tạp

cũng phái đ ư ợ c giám t h i ế u đế ồ n định hệ t h ố n g và tương tác v ớ i các gi a i đoạn trước. Đ i ề u này cũne c h o phép giám giá thành t h i ế t bị đau c u ố i và U T R A N . Đ ể t h ự c h i ệ n các yêu cậu trên t a cận lưu ý các v ấ n đề sau.

Đ ề giám p h ứ c t ạ p t r o n g quá trình th ự c h i ệ n cả về phận c ứ n g l ẫ n phận mềm. t h i ế t k ế L T E phái g i a m thiêu số lượng các tùy c h ọ n và đám bảo l o ạ i bó các tính năng bắt buộc thừa. M ộ t v ấ n đề quan t r ọ n g nữa là phái giám t h i ế u số lượng các trường h ợ p k i ế m t r a cận t h i ế t .

chẳng h ạ n g i ả m số lượng các t r ạ n g thái cùa các g i a o thức. giám t h i ế u

<sn lirome các t h ủ t ụ c . các thông số và tính hạt. Các yêu c ậ u đ ố i v ớ i L T E p h ả i giám t h i ế u m ứ c độ p h ứ c tạp cùa

UE liên q u a n đến kích thước, t r ọ n g lượng và d u n g lượng ac q u i ( c h ế độ c h ờ và c h ế độ tích c ự c ) nhưng v ẫ n đ á m báo các dịch v ụ tiên t i ế n

của L T E . Đ ế t h ỏ a m ã n các yêu c ậ u nói trên cận lưu ý các y ế u t ổ sau: - C ậ n x e m xét m ứ c độ liên quan đến khá năng h ồ t r ợ n h i ề u R Á T

( G E R A N / U T R A N / L T E ) k h i x e m xét độ phức tạp cùa các tính năng L T E - C ậ n g i ả m t h i ế u các tính năng bắt b u ộ c - K h ô n g đ ư ợ c có các đặc tá kép hoặc t h ừ a c h o các tính năng bắt

buộc k h i t h ự c h i ệ n cùng m ộ t n h i ệ m v ụ


- Phải giảm thiểu số lượng các tùy chọn. Tập các tùy chọn phái khả thi cho các kiểu UE và các khá nâng khác nhau. Các kiểu UE/các khả năng khác nhau được sử dụng để đáp ứng mức độ phức tạp phụ thuộc vào hiệu năng. chẳng hạn việc sử dụng nhiều anten.

1.7. KIẾN TRÚC MÔ HÌNH LTE Hai kiến trúc mô hình được các 3GPP WG (nhóm công tác cùa

3GPP) đề xuất cho kiến trúc LTE được cho trên các hình 1.18. 1.19 và 1.20.

Hình ỉ. 18. Kiến trúc mỏ hình BI cùa E-ƯTRAN cho trường hợp không chuyên mạng

Chương ì: Tông quan kê hoạch nghiên cứu phái triền 30. 43

Trên mô hình kiến trúc hình 1.18 các ký hiệu được sử dụng như sau. R I . R2 và R3 là tên cùa các điểm tham kháo. Gx+ ký hiệu cho Gx

phát triển hay mở rộng. PCRF1 (PCRF: Policy and Charging Rules Function: chức năng các quy tắc tính cước và chính sách) thế hiện chức năng các quy tắc tính cước và chính sách phát triển. Các đường nổi và các vòng tròn không liên tục thề hiện các phần tứ và các giao diện mới cùa kiến trúc LTE.

Hình 1.19. Kiến trúc mô hình BI của E-UTRAN trong đó Ri, đảm bão

chức năng chuẩn bị chuyến giao đê giảm thời gian ngắt

Trên mô hình kiến trúc hình Ì .20 các ký hiệu được sử dụng như sau. R|, thể hiện chức nâng chuấn bị chuyến giao để giảm thời gian ngắt. Dọ kiến giao diện này sẽ tương đối tồng quát đề đám bảo các tổ họp khác nhau cùa RÁT. Gx+ thế hiện Gv có thêm hồ trợ di động giữa

44 Giáo trình Lộ n inh phái Iriên thông tin di động 3G lên 4G

các hệ thống truy nhập (Inter AS). W x + ký hiệu cho W x có thêm hỗ trợ di động giũa các hệ thống, lnter AS M M (Inter Access System

Mobility Management) ký hiệu cho quán lý di động giữa các hệ thống

truy nhập. PCRF2 thế hiện chức năng quy tắc tính cước và chính sách. trên hình vẽ chức năng này được thế hiện hai lần chi đê thê hiện cầu hình. Các đường tròn và các đường nối không liên tục thể hiện các phần tứ/giao diện mới cùa kiến trúc E-UTRAN.

MME: Mobility Management Entity: Thực thê quán lý ứ' 'lông UPE: User Plane Entity: Thực thế mặt phang người sứ dụng 3GPP Anchor: Neo 3GPP SAE Anchor: Neo di động giữa các hệ thống truy nhập 3GPP (2G/3G/LTE)

và các hệ thống truy nhập không phái 3GPP (WLAN, WiMAX) SAE: System Architecture Evolution: Phát triển kiên trúc hệ thống

Hình 1.20. Kiến trúc mô hình LTE theo TR 23.822

Mô hình 1.20 thể hiện kiến trúc theo TR 23.882 trong đỏ các giao

diện được đặc t chi tiết.

Chương 1: Tông quan ké hoạch nghiên cứu phủi triển 30, 45

1.8. TỐNG KẾT Chương này đã xét tống quan các quá trình phát triển từ 3G

WCDMA lên 3G HSPA (3G+) và LTE (E3G/4G ). Các công nghệ truy nhập HSPA vẫn còn dựa trên còng nghệ truy nhập vô tuyến CDMA của WCDMA, tuy nhiên các còng nghệ truy nhập vỏ tuyên của LTE sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA). sẽ được xét cụ thê trong các chương sau cùa giáo trình. Có thề nói HSPA là hậu 3G còn LTE là tiền 4G. Trong chương này ta cũng đã xét lộ trình tiến lên 4G. Công nghệ truy nhập vô tuyến cho 4G sẽ có thể gọi là IMT2000 Adv (IMT2000 tiên tiến). Hiện nay đã có nhiều dự án và đề xuất nghiên cớu để tìm công nghệ thích hợp cho 4G, tuy nhiên chưa có đề xuất nào được chấp nhận vi thế chua có chuẩn cho 4G. Hy vọng trong thời gian gần nhất các tố chớc quốc tế lớn như 3GPP, 3GPP2 hoặc WiMAX tập trung lên nghiên cớu công nghệ cụ thể cho 4G đe đạt được các tiêu chuẩn cho 4G. Chương này cũng xét tổng quan quá trình xây dựng chuẩn cho HSPA và LTE cũng như các công nghệ này. Nhìn chung mục tiêu của các công nghệ mới này đều nhàm cải thiện các thông số hiệu năng và giảm giá thành so với công nghệ trước nó:

- Tăng tốc độ số liệu đinh

- Tăng tốc độ bít tại biên ô - Cải thiện hiệu năng suất sử dụng phố tần

- Giảm trễ vòng - Sử dụng bâng thông linh hoạt

- Giảm chi phí đầu tư mạng - Giảm mớc độ phớc tạp. giá thành cũng như tiêu thụ công suất

của đầu cuối

46 Giáo trình Lộ trình phái Iriẽn thông liu di động 3G lên 4Q

- Tương thích với các phát hành trước và với các công nghệ vô tuyến khác

- Tối un hóa cho tốc độ di dộng thấp đồng thời hỗ trợ tốc độ di động cao.

Chương này cũng đã xét tống quan nguyên lý hoạt động. mô hình

giao thức. mô hình mạng cũng như một số tính nâng đặc thù cùa HSPA và LTE.

1.9. CÂU HỒI

Ì. Trinh bày quá trình tiêu chuấn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP

2. Trình bày kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE trong 3GPP

3. Trình bày khái niệm IMT-Advanced là lộ trình tiến lên 4G

4. Trinh bày tông quan nauvên lý hoạt dộng. mô hình giao thức. mô hình mạng cũng như một số tính nâng đặc thù cùa HSPA

5. Trình bày tông quan nguyên lý hoạt động. mô hình giao thức cũng

như một số tính năng đặc thù của LTE

6. Trình bày tổng quan kiến trúc mô hình mạng cua LTE

Chuông 2

TRUYỀN DẨN TỐC ĐỘ số LIỆU CAO TRONG THÔNG TIN KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG

Mục đích chính cùa phát triền 3G và tiến đến 4G là cung cấp các

tốc độ số l iệu cao hơn cho nhũng người sứ dụng đầu cuối so vái 3G hiện tại . Điều này không chi bao hàm khả năng các tốc độ đinh cao

hơn mà còn đàm bảo tốc độ cao hon này trên toàn bộ ô kê cả tại biên ô.

Các chủ đề được trình bày trong chương này sẽ bao gồm:

- Các hạn chế cơ bản đối với truyền dẫn tốc độ cao

- Các hạn chế cơ bản đối với truyền dẫn tốc độ số liệu cao

- Truyền dẫn tốc độ sổ liệu cao trong băng thông hạn chế và điều

chế bọc cao

- Ảnh hường cua môi trường truyền sóng lên truyền dẫn không

dây băng rộng

- Cân hẩng chổng phađinh chọn lọc tần sổ

- Tỉ uyên dẫn đa sóng mang cho không dây bâng rộng

Mục đích chương này nhàm giúp cho bạn đọc hiểu được các hạn

chê cơ bản liên quan đến vấn đề: các tốc độ số liệu nào thực tế đạt được trong các kịch bản khác nhau. Đây là các hiểu biết nền tảng cho

các phần sau cùa chương cũng như các chương khác liên quan đến các

phương t iện khác nhau để tăng các tốc độ số liệu khả dụng trong các kịch bản thông tin di động khác nhau.

8 Giáo trình Lộ trình phái triền thông tin di động 3G lên 4G

Để hiếu được chương này bạn đọc cần học kỹ các tư liệu được trình bày trong chương và tham kháo thêm các tài liệu [9], [10], [11] [14], [15].

2.1. CÁC HẠN CHÉ co BẢN ĐÓI VỚI TRUYỀN DẦN TÓC Độ SÒ LIỆU C A O

Shannon đã đưa ra công cụ lý thuyết để xác định tốc độ cực đại được gọi là dung lượng cực đại mà thông tin có thể được truyền trên

một kênh thông tin cho trước. Mặc dù trong truồng hợp tổng quát, công cụ này khá phảc tạp, tuy nhiên trong trường hợp đặc biệt khi thông tin được truyền trên một kênh (hay một đường truyền vô tuyến)

chỉ bị ảnh hưởng cùa tạp âm Gauss trắng cộng, dung lượng kênh c được xác định bởi một biểu thảc khá đơn giãn sau:

N) (2.1)

Trong đó:

+ B w là băng thông khả dụng cho truyền tin

+ s ký hiệu cho công suất tín hiệu thu

+ N ký hiệu cho công suất tạp âm trắng ảnh hưởng xấu lên tín hiệu thu.

Từ (2.1) ta thấy ràng các yếu tố căn bản hạn chế tốc độ số liệu khả dụng là công suất thu khả dụng, hay tổng quát hơn là tỳ số tín hiệu trên tạp âm S/N khá dụng và băng thông khả dụng B w . Đe làm rõ hơn cách thảc mà các nhân tố trên hạn chế tốc độ sổ liệu khả dụng, ta già thiết rằng thông tin sử dụng một tốc độ truyền tin R nào đó. Công suất tín hiệu thu được khi này có thể được biểu diễn là: s = Eb.R, trong đó E b là năng lượng tín hiệu thu trên bít. Ngoài ra công suất tạp âm có thể được biểu diễn là N = N 0 .B„, trong đó N n là mật đọ phổ cong suất tạp âm đo bằng W/Hz.

Chương ĩ: Truyền dẫn tốc độ sổ liệu cao. 49

Rõ ràng ràng tốc độ thông tin không bao giờ vượt quá dung lượng kênh. Dựa trên điều này và kết hợp với biếu thức (2.1) ta được bát đắng thức sau:

(2.2) r

V A J V

Hay. nếu định nghĩa hiệu suất sư dụng bâng thông (mức độ sử dụng băng thông) ỵ = R/Bw,tà được:

ĩ l o

8 : \ + ỵ. V (2.3)

Ta có thể viết lại bất đãng thức trên đế nhận được biên dưới cho năng lượng thu cua một bít thông tin được chuổn hóa theo mật độ phố công suất tạp âm khi mức độ sứ dụng băng thông "ì cho trước như sau:

Ậ > m i n | ^ K K i r

-ì (2.4)

Biểu thức ngoài cùng bên phái. tỷ sổ Eb/N0 yêu cầu tại máy thu, là một hàm phụ thuộc vào mức độ sứ dụng băng thông (hình 2.1). Từ hình 2.1 ta thấy, đối với mức độ sử dụng băng thông nhỏ hơn Ì, nghĩa là các tốc độ thông tin nhỏ hơn nhiều so với băng thông được sử dụng,

Eb/N0 yêu cầu ít thay đổi theo 7. Đ ố i với mật độ phổ công suất tạp âm

cho trước, mọi sự tăng tốc độ thông tin đều tương ứng với tăng tương đối côn* suất thu yêu cầu s = Eb/R tại máy thu. Mặt khác, đối với các mức độ sử dụng băng thông lớn hơn một. E(/N0 yêu cầu tăng nhanh

theo 7. Vì thế trong trường hợp các tốc độ số liệu có cùng giá trị hoặc

lớn hơn băng thông, mọi sự tăng tốc độ thông tin không kèm theo tăng băng thông khả dụng sẽ dẫn đến tăng tương đối khá lớn công suất tín hiệu thu yêu cầu cực tiểu.

50 Giáo trình Lộ trình phái Hiên thông tin di động 3G lên 4G

0.1 . _ , "1 : 10 Mức độ sử dụng bâng thông, ỵ

Hình 2. ỉ. EỰNo vén cầu toi thiêu tại máv thu

phụ thuộc vào mức độ sử dụng băng thông

2.1.1. Truyền dẫn tốc độ số liệu cao mức độ cao trong các kịch bán giới hạn bời tạp âm

Từ phân tích trên, ta có thể rút ra một sổ kết luận liên quan đến việc đảm bảo tốc độ số liệu cao trong các hệ thống thông tin di động khi tạp âm là nguồn giảm chởt lượng đường truyền vô tuyến chính (kịch bản bị giới hạn bởi tạp âm).

- Trong các kịch bản này, tốc độ số liệu được cung cởp sẽ luôn luôn bị giới hạn bởi công suởt thu khá dụng hay trong trường họp tổng quát là tỳ số tín hiệu thu trên tạp âm. Ngoài ra mọi sự tăng tốc độ sổ liệu khá dụng trong một băng thông cho trước đều đòi hỏi ít nhởt là tâng cùng một lượng tương đối công suởt tín hiệu thu. Đồng thời nếu có thể đảm bảo đù công suởt thu khả dụng, thì (ít nhởt là theo lý thuyết) có thể đảm báo mọi tốc độ số liệu trong một băng thông hạn chế khá dụng.

- Trong trường hợp mức độ sử dụng băng thông thởp, nghĩa là chừng nào tốc độ số liệu của đường truyền vô tuyển còn thởp hơn băng thông khả dụng, mọi sự tăng tốc độ số liệu đòi hòi tăng

Chương 2: Truyền dẫn tốc độ sổ liệu cao. 51

tương đối gần như cùng một lượng công suất thu. Trường hợp này được gọi là hoạt động bị giới hạn bời công suất (ngược với hoạt động bị giới hạn bởi băng thông sẽ xét dưới đây), vì (rong trường hợp này, tăng băng thông khả dụng không ảnh hưởng đáng kể lên việc công suất thu cần thiết đổi với một tốc độ số liệu cho trước.

- Trái lại, trong trường hợp mừc độ sử dụng băng thông cao, nghĩa là trong trường hợp các tốc độ số liệu có cùng giá trị hay lớn hơn băng thông khả dụng, mọi sự tăng thêm tốc độ số liệu đều đòi hòi tăng tương đối khá lớn công suất tín hiệu thu trừ phi băng thông được tăng tỷ lệ với tăng tốc độ sổ liệu. Trường hợp này được gọi là hoạt động bị giới hạn bởi băng thông vì trong trường hợp này mọi sự tăng băng thông sẽ giảm công suất tín hiệu thu yêu cầu cho một tốc độ số liệu cho trước. Vì thế để sử dụng hiệu quả công suất tín hiệu thu hay trong

trường hợp tổng quát tỷ số tín hiệu trên tạp âm khả dụng, băng thông truyền dẫn ít nhất phải có cùng giá trị như tốc độ sổ liệu cần đảm bảo.

Giả thiết rằng công suất phát không đối, công suất tín hiệu thu có thể được tăng lên bàng cách giảm khoảng cách giữa máy phát và máy thu, hay giảm suy hao tín hiệu trên đường truyền từ máy phát đến máy thu. Khi này trong kịch bàn bị giới hạn bời công suất, ít nhất về mặt lý thuyết ta có thể tăng tốc độ số liệu khả dụng bàng cách giảm khoảng cách nghĩa là vùng phủ. Trong hệ thống thông tin di động điều này tương ừng với giảm kích thước ồ và vì thế cần nhiều trạm hơn để bao phủ cùng một diện tích. Đặc biệt, việc đảm bào các tốc độ số liệu với cùng giá trị hay lớn hơn băng thông khả dụng (mừc độ sử dụng băng thông cao) sẽ đòi hỏi giảm kích thước ô rất lớn. Một cách khác là chi chấp nhận tốc độ số liệu cao cho các đầu cuối tại tâm ô chừ không phải trên toàn bộ ô.

Cách Khác, để tăng tổng công suất tín hiệu thu cho một công suất phát cho trước là sử dụng nhiều anten tại phía thu (phân tập anten

52 Giáo trình Lộ trình phái triển thông Un di động 3G lên 4(J

thu). Cỏ thế sứ dụng nhiều anten thu tại trạm gốc (cho đường lên) hay nhiều anten thu tại đầu cuối di dộng (cho đường xuống). Bằng cách kết hợp các tín hiệu thu một cách hợp lý. tý số tín hiệu trên tạp âm có thể được tăng tý lệ v ớ i số anten thu vì thế cho phép đạt được các tốc độ số liệu cao hơn đối v ớ i một khoáng cách phát thu cho trước.

Đ a anten cũng có thể được áp dụng tại đầu phát. thường tại trạm gốc, và được sứ dụng đế tập trung toàn bộ công suất phát về phía anten thu (đến đầu cuối di động đích). Giải pháp này cũng tăng công suất tín hiệu thu và cho phép đạt được các tốc độ số liệu cao đối với một khoảng cách thu phát cho trước.

Tuy nhiên việc cung cấp các tốc độ số liệu cao bàng cách sở dụng nhiều anten phát và anten thu chi hiệu quá đến một mức độ nhất định, nghĩa là chừng nào các tốc độ số liệu này còn bị g i ớ i hạn bởi công suất chứ không phái bâng thông. Bên ngoài điếm nàv, các tốc độ số liệu bắt đầu bị bão hòa và mọi sự tăng tiếp sổ lượng anten phát hay anten thu mặc dù có cải thiện tỷ số tín hiệu trên tạp â m nhưng sẽ không đảm bào tăng các tốc độ số liệu. Tuy nhiên tình trạng bão hòa tốc độ số l i ệ u này có thế tránh được bàng cách sở dụng đồng thời nhiều anten tại phía phát và phía thu bàng sơ dồ ghép kênh không gian hav còn được gọi là M1MO ( M u l t i Input M u l t i Ouput - Đ a đầu vào đa đầu ra). Các kỹ thuật đa anten bao gồm cả ghép kênh không gian sẽ được xét chi tiết trong chương "Các kỹ thuật đa anten".

M ộ t giải pháp khác để tăng tỳ số tín hiệu trên tạp â m là giảm công suất tạp â m hay giảm mật độ phố công suất tạp â m tại máy thu. Phương pháp này có thể đạt được bàng cách thiết kế máy thu tiên tiến để giảm hệ số tạp âm.

2.1.2.Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong các kịch bản bị giói hạn bói n h i ễ u

Các phân tích trên chi xét cho môi trường thông t i n vô tuyến bị ảnh hường cứa tạp âm. Tuy nhiên trong các kịch bán thông t i n di động


thực tế. nhiều từ các ô lân cận (được gọi là nhiễu giữa các ờ) thường gây giảm cấp đường truyền vô tuyến lớn hom tạp âm. nhất là trong trường hợp ô nho và tái lưu lượng cao. Ngoài nhiễu giữa các ô, còn xây ra nhiễu t ừ các truyền dẫn khác trong ô được xét (được gọi là nhiều nội ô).

Xét về nhiều mặt. ánh hướng nhiễu lên đường truyền vô tuyến cũng tương tự như ánh hưởng cùa tạp âm. Các nguyên tịc được xét trong các phần trên cũng áp dụng được cho kịch bản trong đó nhiễu là nguồn gây giảm cấp đường truyền vô tuyến chính:

- Khi cho trước băng thône. tốc độ số liệu cực đại có thế đạt được bị giới hạn bới ty số tín hiệu trên nhiễu.

- V i ệ c cung cấp các tốc độ số liệu lớn hơn băng thông khá dụng (mức độ sử dụng băng thông cao) sẽ tốn kém từ quan điểm cần đảm bảo tỷ sổ tín hiệu trên nhiễu cao một cách không tương xứng. Tương tự như các kịch bàn đổi với tạp âm, giám kích thước ô

cũng như các kỹ thuật đa anten là các biện pháp then chốt đẽ tăng các tốc độ số liệu trong kịch bản bị giới hạn bởi nhiễu:

- Giảm kích thước ó sẽ giảm sổ người sử dụng và vi thế sẽ giảm lưu lượng trên một ô. Nhờ vậy giảm mức nhiễu tương đối và vì thế cho phép đạt được các tốc độ số liệu cao hơn

- Kết hợp hợp lý các tín hiệu thu tại nhiều anten sẽ tăng tý số tín hiệu trên nhiễu sau kết hợp anten

- Sử dụng tạo búp bàng nhiều anten phát sẽ tập trung công suất phát về phía máy thu đích và dẫn đến giảm nhiễu lên các đường truyện vô tuyến khác và vì thế cải thiện tổng tỷ số tín hiệu trên nhiêu trone hê thống. Một điểm khác biệt quan trọng giữa nhiều và tạp âm là khác với

tạp âm, nhiễu thường có cấu trúc nhất định vì thế ớ một mức độ nhất

54 Giáo trình Lộ trình phát triển thông Un di động 3G lên 4G

định có thể dự báo được nhiễu và có thể loại bỏ một phần hay toàn bộ nó. Chẳng hạn một tín hiệu nhiễu lớn có thể đến từ một phương xác

định vì vậy nếu sử dụng xử lý không gian bàng nhiều anten tại phía thu ta có thể loại bỏ nó một phần hay toàn bộ (sẽ xét trong chương kấ thuật đa anten). Ngoài ra cũng có thế sử dụng các khác biệt về

phổ giữa tín hiệu đích và tín hiệu nhiễu để loại nhiễu và giám tổng nhiễu.

2.2. TRUYỀN DẦN TÓC Độ SÒ LIỆU CAO TRONG BĂNG THÔNG HẠN CHÉ VÀ ĐIÊU CHÉ BẬC CAO Như phân tích trong phần trước, cung cấp các tốc độ số liệu cao

hom băng thông khả dụng là không kinh tế, từ quan điểm là nó đòi hỏi tỷ số tín hiệu trên tạp âm và tỷ số tín hiệu trên nhiễu cao một cách không tương xứng tại máy thu. Tuy vậy băng thông thường là một tài

nguyên khan hiếm và đắt tiền và trong một số trường hợp có thể đảm bào tỷ sổ tín hiệu trên tạp âm hay tín hiệu trên nhiễu cao, chẳng hạn trong các môi trường ô nhỏ với lun lượng thấp. Các hệ thống thông tin

di động tương lai (phát triển của 3G và 4G) phải được thiết kế để tận

dụng được các kịch bản này, nghĩa là phải có khả năng cung cấp sô liệu cao trong một băng thông cỏ hạn khi các điều kiện vô tuyến

cho phép.

Giải pháp đơn giản nhất để cung cấp các tốc độ số liệu cao trong băng thông truyền dẫn cho trước là sử dụng điều chế bậc cao, nghĩa là

mở rộng bảng chữ cái điều chế để bao gồm nhiều cách truyền tín hiệu

hơn nhàm cho phép truyền nhiều bít thông tin hon trên một ký hiệu điều chế.

Trong trường họp điều chế QPSK (sơ đồ điều chế này được sử

dụng cho đường xuống của WCDMA và cdma2000), bảng chữ cái điều chế bao gồm bốn cách truyền tín hiệu khác nhau. Bốn cách

Chương 2: Truyền dẫn lốc độ sổ liệu cao. 55

truyền tín hiệu này được mô tả bằng bổn điếm khác nhau trên một mặt phang hai chiều (hình 2.2a). Bằng bốn cách truyền tín hiệu khác nhau, QPSK cho phép truyền 2 bít thòng tin trên một ký hiệu điều chế. Nếu mở rộng đến điều chế 16QAM (hình 2.2b) 4 bít thông tin có thể được truyền trên một ký hiệu điều chế. Mở rộng tiếp đến 64QAM, 6 bít thông tin có thể được truyền trên một ký hiệu điều chế (hình 2.2c). Đồng thời, băng thông của tín hiệu được phát không phụ thuộc vào kích thước của bảng chữ cái điều chế mà chự phụ thuộc vào tốc độ điều chế nghĩa là vào số ký hiệu điều chế được truyền trong một giây. Như vậy mức độ sư dụng băng thông cực đại (đo bàng bit/s/Hz) cùa 16QAM và 64QAM gấp hai và ba lần mức độ sử dụng băng thông cùa QPSK. Cần nhấn mạnh ràng có rất nhiều sơ đồ điều chế có thể sử dụng được khác so với các sơ đồ trên hình 2.2. Chẳng hạn sơ đồ 8PSK bao gồm 8 cách truyền tin và cho phép 3 bít thông tin truyền đồng thời trên một ký hiệu điều chế.

QPSK 16QAM OĂM

(a) (b) (c)

Hình 2.2. Các chùm tín hiệu đối với: (a) QPSK, (b) 16QAM và (c) 64QAM

Việc sử dụng sơ đồ điều chế bậc cao cung cấp khả năng đạt được mức độ sử dụng băng thông cao hơn, nghĩa là cung cấp các tốc độ số liệu cao hơn trong một băng thông cho trước. Tuy nhiên mức độ sử dụng băng thông cao hơn phải trả giá bằng khả năng chịu tạp âm và

56 Giáo trình Lộ trình phái triền ihông tin di động 3G lên 4G

nhiều kém hơn. Nói một cách khác. các sơ đồ điều chế 16QAM và

64QAM đòi hỏi E b / N 0 tại máy thu cao hơn so với ỌPSK đối với xác

suất lỗi bít cho trước. Điều nàv hoàn toàn phù hợp với phân tích trong phần trước, trong đó đã kết luận ràng mức độ sử dụng băng thông cao

hơn đòi hỏi Eb/N„ thu cao hơn.

2.2.1. Điều chế bậc cao kết họp với mã hóa kênh

Các sơ đồ điều chế bậc cao như 16QAM và 64ỌAM đòi hỏi tỳ lờ E b /N 0 cao hơn so với QPSK đối với một tỳ số lỗi cho trước. Tuy nhiên khi kết hợp với mã hóa kênh, viờc sử dụng sơ đồ điều chế bậc cao sẽ

trở nên hiờu quả hơn trong một số trường hợp. nghĩa là nó đòi hòi E h /N n thu thấp hơn so với sơ đồ điều chế bậc thấp ỌPSK đối với một tỳ số lồi cho trước. Chang hạn điều này có thể xảy ra khi mức độ sù dụng băng thông yêu cầu cỏ thế đạt được bằng điều chế bậc thấp với không sử dụng hoặc sử dụng mã hóa kênh rất ít. Trong trường hợp này mã hóa kênh bố sung có thề áp dụng bằng cách sứ dụng sơ đồ điều chê

bậc cao như 16QAM có thể cho phép đạt được tông độ lợi hiờu suất SŨ dụng công suất so với sử dụng QPSK.

Ta xét ví dụ sau. nếu yêu cầu mức độ sù dụng băng thông gân bằng 2 bít thông tin trên một ký hiờu, thì sơ đồ QPSK chỉ cho phép mã hóa kênh rát hạn chê (tý lờ mã gần bàng một). Mặt khác, sử dụng điêu chế 16QAM cho phép sử dụng tỷ lờ mã vào khoáng một phần hai. Tương tự nếu đòi mức độ sứ dụng băng tần bằng 4 bít thông tin trên một ký hiờu, thì viờc sư dụng 64QAM có thể hiờu quá hơn 16QAM vỉ nó cho phép sù dụng tỷ lờ mã hóa kênh thấp hơn và vì thế nhận được độ lợi mã hóa bổ sung.

Từ phân tích trên ta thấy rằng đổi với một tỷ số tín hiờu trên tạp âm/nhiễu cho trước, tồn tại một sự kết hợp tối ưu giữa sơ đồ điều chê

và tỷ lờ mã hóa kênh theo đó thông tin được truyền với mức độ sử dụng bâng thông cao nhất (tốc độ số liờu cao nhất đối với bâng thông cho trước).

Chương 2: Truyền dẫn lốc độ sổ liệu cao. 57

2.2.2. Thay đổi của công suất phát túc thòi Nhược điểm chung cùa các sơ đồ điều chế bậc cao như 16ỌAM

và 64QAM là thông tin không chi được mang bởi pha mà còn cá bởi biên độ của sóng mang (xem hình 2.2b và 2.2c) dẫn đến tín hiệu sau điều ché cố các thay đổi rất lớn và các giá trị đinh lớn trong công suất tức thầi.

p 1

om

1

Miền tuyến tinh Miên bão hòa

Ạ •ế

OBO

í 1 Ì p

mu Ỷ.

1 1 IBO

r

Ì Ì Ì Ì Ì

-H — 1 —

• insal in

IBO: khoảng lủi đầu váo OBO: Khoảng lùi đầu ra

Hình 2.3. Đặc tuyến bộ khuếch đại công suất điển hình

Các giá trị đinh lớn trong công suất tín hiệu tức thầi đòi hỏi phải tăng khoảng lùi trong bộ khuếch đại công suất để dịch chuyển điểm công tác vào vùng tuyến tính dẫn đến hiệu suất nguồn của bộ khuếch đại công suất thấp và làm tâng công tiêu thụ công suất (hình 2.3). Ngoài ra do phải sử dụng các bộ khuếch đại công suất mạnh hon nên giá thành bộ khuếch đại công suất cũng cao hơn. Một giải pháp khấc phục yếu điểm này là giảm công suất phát trung bình, nghĩa là giám dải động đổi với một tốc độ số liệu cho trước. Hiệu suất cùa bộ khuếch đại công suất đặc biệt quan trọng đối với đầu cuối di động (đưầng lên) do đầu cuối di động phải tiêu thụ công suất thấp và có giá


rẻ. Đ ố i với máy phát trạm gốc (đường xuống) điều này ít quan trọng hơn vì thế điều chế bậc cao thích hợp hơn đối với đường xuống so với đường lên.

Như phân tích trong mục 2.1 cho thấy truyền dẫn với mức độ sử dụng băng tần cao là không hiệu quễ về mặt công suất vì nó đòi hòi phễi tăng một cách không tương xứng tỷ số tín hiệu trên tạp âm và tỷ số tín hiệu trên nhiễu đối với một tốc độ số liệu cho trước. Chì có thể SỪ dụng các sơ đồ điều chế bậc cao để cung cấp các tốc độ số liệu cao trong một băng thông hạn chế khi các tý số tín hiệu trên tạp âm và tín hiệu trên nhiễu khá cao, chàng hạn trong các môi trường ô nhỏ với tễi lưu lượng thấp hay đối với các đầu cuối gần trạm gốc.

Ngoài ra để cung cấp các tốc độ số liệu cao một cách hiệu quà nhất xét từ quan điểm tỷ số tín hiệu trẽn tạp âm và tỳ số tín hiệu trên nhiễu (hay vùng phù tốt nhất), ta cần đễm bễo băng thông tối thiểu phễi bằng tốc độ số liệu.

Tuy nhiên tồn tại nhiều vấn đề quan trọng liên quan đến việc sù dụng băng thông rộng hơn trong các hệ thống thông tin di động:

- Phổ tần thường là tài nguyên khan hiếm và đắt tiền và thường rát khó tìm được các cấp phát phổ đủ lớn để đễm báo truyền dẫn băng lộng, đặc biệt là tại các băng tần thấp

- Sử dụng các băng thông phát và thu rộng hơn gây ánh hưởng lên độ phức tạp của thiết bị vô tuyến kề cễ ở trạm gốc lần ờ đầu cuôi di động. Chẳng hạn, băng thông truyền dẫn rộng hơn sẽ ễnh hưởng lên tốc độ lấy mẫu tại máy phát và tại máy thu và vì thê ễnh hưởng lên độ phức tạp và tiêu thụ nguồn của các bộ biến đỏi số vào tương tự và tương tự vào số cũng như xử lý số của tầng đầu. Ngoài ra các phần tử vô tuyến cũng có thiết kế phức tạp hơn và đắt tiền hơn khi truyền dẫn băng rộng.

Chương 2: Truyền dần tốc độ số liệu cao. 59

2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG TRUYỀN SÓNG LÊN TRUYỀN DẪN KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG Ngoài hai vấn đề trên, một vấn đề rất quan trọng ảnh hường lên

truyền dần không dây băng rộng là môi trường truyền sóng hay kênh vô tuyến (trong chương này ta chi xét vấn đề này). Phađinh đa đường trên kênh vô tuyến dẫn đến tán thời và chọn lọc tần số làm hỏng tín hiệu thu. Tán thời và chọn lọc tần số xảy ra khi tín hiệu phát truyền đến máy thu qua nhiều đường truyền với trễ khác nhau (hình 2.4a).

b) Tàn thời

Hình 2.4. Truyền sóng đa đường (a)

gâv ra tán thời (b) và chọn lọc tần sổ (c)

Cần lưu ý rằng các hình 2.4b và 2.4c chi thế hiện một lần "chớp chụp" đáp ứng miền thời gian và miền tần số của kênh vô tuyến tán thời. Khi đầu cuối di động di chuyợn, cấu trúc truyền sóng đa đường thay đổi và cấu trúc của các đáp ứng này cũng sẽ thay đổi.

Trong miền thời gian khi trạm gốc (đầu vào kênh vô tuyến tán thời) phát đi một xung kim thì đầu ra là một dãy xung có trễ và biên độ khác nhau (hình 2.4b) được đặc trung bàng ba thông số: (1) trải trễ trung bình quân phương (RDS: Root Mean Squared Delay Spread):

ơ (2) trễ trội trung bình ĩ và (3) trễ trội max xm n x.


Trễ t r ộ i là một khái niệm được sử dụng đê biểu thị trễ cùa một đường truyền so v ớ i đường truyền đến sớm nhất (thường là LOS: đường truyền trực tiếp). Một thônsĩ số thời gian quan trọng cùa tán thời là trái trễ trung bình quản phương (RDS: Root Mean Squared Delav Spread): căn bậc hai m ô m e n trung tâm cùa lý lịch trễ công suất. RDS là một số do thích hợp cho trái đa đường cùa kênh. Ta có thể sạ dụng nó đế đánh giá ánh hướng của nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu (I S I ) .

Ơ T = V i - ĩ2

(2.5)

Zp(Tk)Tk

Zp(tk)

k

(2.7)

k

trong đó P(x k) là cône suất trung bình đa đườne tại thời diêm Tk. Trong miền tần số kênh vỏ tuyến tán thời tương ạng với đáp ạng

kênh tần số thay đối theo tần số (2.4c). Tán thời trong miền thời gian và tính chọn lọc trong miền tần số cua kênh sẽ làm hòng cấu trúc tín hiệu phát trong miền thời gian và miền tần số dẫn đến tý số lỗi cao hơn. Tất cả các kênh vô tuyển đều bị chọn lọc tần sổ ở một mạc độ nhất định. Tuy nhiên mạc độ anh hưởng này càng lớn khi băng thông truyền dẫn càng lớn. Ngoài ra mạc độ chọn lọc tằn số cũng phụ thuộc vào môi trường, chăng hạn chọn lọc tần số ít hơn trong môi trường ô nhó (ít tán thời hơn) và các mòi trường có ít vật tán xạ và phán xạ sóng hơn như môi trường nông thôn. Tương tự như các thông số trài trễ trong miền thời gian. ta có thế sư dụng băng thông nhất quán đẻ

Chmmg 2: Truyền dẫn tốc độ sổ liệu cao. 61

đặc trưng kênh trong miền tần số. Trái trề trung bình quân phương tỷ lệ nghịch với băng thông nhất quán và ngược lại, mặc dù quan hệ chính xác của chúng là một hàm phụ thuộc vào cấu trúc đa đường. Ta ký hiệu băng thông nhất quán là Be và trải trễ trung bình quân phương là aT. Khi hàm tương quan tần số lớn hơn 0.90 băng thông nhất quán có quan hệ sau đây với trái trề truna bình quân phương:

B< * — (2.8) 50ơ,

Một đánh giá gẫn đúng Bc cũng thường được sư dụng là độ rộng băng với tương quan ít nhất bàng 0.5 là:

Bc=— (2.9)

Vì hai thông số trên liên quan chặt chẽ với nhau nên ta có thề chỉ xét một thòng số trong quá trình thiết kế hệ thống.

Ngoài ra, hiệu ứng Doppler cũng ảnh hường xấu lên các đặc tính truyền dẫn của kênh vô tuyến di động. Do chuyển động của máy di động, hiệu úng Doppler gây ra dịch tần số đối với từng sóng mang thành phần. Nếu ta định nghĩa góc tới ctn là góc hợp bởi phương tới của sóng tới thứ n và phương chuyến động cùa máy di động như ở hình 2.10. thì góc này sẽ xác định tần số Doppler (dịch Doppler) cùa sóng tới theo biểu thức sau:

f c = f D c o s a (2.10)

Tốc độ thay đổi cùa các đáp ứng kênh phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của đầu cuối di động và liên quan đến trải Doppler f D

được định nghĩa là: f D = fc. v/c, trong đó f c là tần số sóng mang (2GHz chẳng hạn), V là tốc độ chuyển động cùa đầu cuối và c là tốc độ ánh sáng (hình 2.5).

62 Giáo trình Lộ trình phái triên thông tin di động 3G lên 4G

s A

Ả Ả

Ì A O V v.f„ => 1, = = — c o s ơ = — - c o s a

In ất Ả c Hình 2.5. Góc tới a cùa sóng tới minh họa hiệu ứng Doppỉer

T h ờ i g i a n nhất quán chịu ảnh h ư ớ n g t r ự c t i ế p c ủ a dịch Doppler, nó là thông số kênh t r o n g m i ề n t h ờ i g i a n đ ố i n g ẫ u v ớ i t r ả i Doppler. T r ả i D o p p l e r và t h ờ i g i a n nhất quán là h a i thông số tỳ l ệ nghịch với nhau. Nghĩa là

Tc*- (2.11)

Khi thiết kế hệ thống ta chi cần xét một trong hai thông số nói trên. P h ụ t h u ộ c vào q u a n hệ g i ữ a các thông số tín h i ệ u (độ r ộ n g băng

t ầ n , c h u k ỳ ký hiệu,...) và các thông số kênh (trài t r ễ t r u n g bình quân phương, t r ả i Doppler....). t a có t h ặ phân l o ạ i phađinh p h ạ m v i hẹp dựa trên h a i đặc tính: t r ả i t r ễ đa đ ư ờ n g và phađinh c h ọ n l ọ c t ầ n sổ. T r ả i trễ đa đ ư ờ n g là m ộ t thông số t r o n g m i ề n t h ờ i g i a n , t r o n g k h i đó v i ệ c kênh


là phađinh phang hay chọn lọc tần số lại tương ứng với miền tần số. Vì thế thông số miền thời gian, trái trễ đa đường, ảnh hưởng lên đặc tính kênh trong miền tần số. Trái Doppler dẫn đến tán tần và phađinh chọn lọc thời gian, vì thế liên quan đến trải Doppler ta có thể phân loại phađinh phạm v i hẹp thành phađinh nhanh và phađinh chậm. Trải Doppler là một thông số trong miền tần số trong khi đó hiỗn tượng kênh thay đổi nhanh hay chậm lại thuộc miền thời gian. Vậy trong trường họp này, trài Doppler, thông sổ trong miền tần số, ảnh hưởng lên đặc tính kênh trong miền thời gian. Hiểu biết được các quan hỗ này sẽ hỗ trợ ta trong quá trình thiết kế hỗ thống.

Báng 2. ỉ. Các loại phađinh phạm vi hẹp

Cơ sờ phân loại Loại phađinh Điều kiỗn

Trải trễ đa đường Phađinh phảng B«B C ; T>10o, Trải trễ đa đường Phađinh chọn lọc tần số B>BC; T<l0<7t

Trải Doppler Phađinh nhanh T>TC; B<fD

Trải Doppler Phađinh chậm T«T C ; B»fũ

Các ký hiỗu được sử dụng trong bảng 2.1 như sau: B ký hiỗu cho độ rộng báng tần tín hiỗu, Be ký hiỗu cho băng thông nhất quán, f D ký hiỗu cho trải Doppliir. T ký hiỗu cho chu kỳ ký hiỗu và ơ t trải trễ trung bình quân phương.

Nếu băng thông nhất quán kênh lớn hơn rất nhiều so với độ rộng băng tần tin hiỗu phát, tín hiỗu thu sẽ bị phađinh phang. Khi này chu kỳ ký hiỗu lớn hơn nhiều so với trải trễ đa đường cùa kênh. Ngược lại, nếu băng thông nhất quán kênh nhỏ hơn độ rộng băng tần tín hiỗu phát, tín hiỗu thu sẽ bị phađinh chọn lọc tần số. Trong trường hợp này chu kỳ tín hiỗu nhỏ hơn trải trễ đa đường kênh. Khi xảy ra trường hợp này, tín hiỗu thu bị méo dạng dẫn đến nhiễu giao thoa giữa các ký hiỗu (ISI). Ngoài ra viỗc lập m ô hình các kênh phađinh chọn lọc tần số phức tạp hơn nhiều so với lập m ô hình kênh phađinh phảng, vì để lập


mô hình cho kênh phađinh chọn lọc tần số ta phải sử dụng bộ l ọ c tuyến tính. Do đó ta cần cố gắng chuyến vào kênh phađinh phang cho tín hiệu truyền dẫn. Tuy nhiên do không thể thay đổi trải trễ đa đường và băng thông nhất quán, nên ta chi có thể thiết kế chu kỳ ký hiệu và độ rộng băng tần tín hiệu đề địt được kênh phađinh phang. Vì thế nếu

cho trước trái trễ. đế cái thiện hiệu năng truyền dẫn. ta chọn giá trị chu kỳ ký hiệu trong giải thuật điều chế thích ứng đế địt được kênh phađinh phảng thay vì kênh phađinh chọn lọc.

Dựa trên trải Doppler, ta có thể phân loịi kênh thành phađinh nhanh và phađinh chậm. Nếu đáp ứng xung kim kênh (trong miền thời gian) thay đối nhanh trong chu kỳ ký hiệu, nghĩa là nếu thời gian nhất quán kênh nhỏ hơn chu kỳ ký hiệu của tín hiệu phát, kênh sẽ gây ra

phađinh nhanh đổi với tín hiệu thu. Điều này sẽ dẫn đến méo dịng tín hiệu. Nếu đáp ứng xung kim kênh thay đổi với tốc độ chậm hơn nhiều

so với kí hiệu băng gốc phát, kênh sẽ gây ra phađinh chậm đổi với tín hiệu thu. Trong trường họp này kênh tỏ ra tĩnh đổi với một số chu kỳ ký hiệu. Tất nhiên ta muốn có phađinh chậm vi nó hỗ trợ chất lượng truyền dẫn ổn định hom. Ta không thể xác định Doppler khi thiết kế hệ thống. Vì thế, khi cho trước trải Doppler, ta cần chọn độ rộng băng tần tín hiệu (băng thông sóng mang con) trong giải thuật điều chế thích

ứng để nhận được kênh phađinh chậm thay vì kênh phađinh nhanh. Như vậy ta sẽ địt được chất lượng truyền dẫn tốt hơn.

Các bộ cân bằng miền thời gian và miền tần số đã được sử dụng từ lâu để chống tán thời trong miền thời gian và chọn lọc tần số trong miền tần số. Các bộ cân bàng này đảm báo hiệu năng thỏa mãn với độ phức tịp họp lý cho các băng thông tương ứng với băng thông 5MHz của WCDMA. Tuy nhiên nếu tăng băng thông truyền dẫn lớn hơn nữa chẳng hịn 20MHz nhu mục tiêu của 3GPP LTE thì độ phức

tịp cùa các bộ cân bằng hiệu năng cao trở thành một vấn đề

nghiêm trọng.

Chương 2: Truyền dần tốc độ số liệu cao. 65

Cách tiếp cận khác là nghiên cứu các sơ đồ truyền dẫn và thiết kế tín hiệu đê đạt được hiệu nâng truyền dẫn tốt ngay cả khi độ chọn lọc tần số kênh vô tuyến cao mà vần đám báo độ phức tạp cùa máy thu ở mức độ cho phép. Dưới đây là hai giải pháp cho truyền dẫn băng rộng đạt tiêu chí nói trên:

Ì. Sử dụng các kiờu truyền dẫn đa sóng mang khác nhau đờ phát tín hiệu băng rộng tổng bàng nhiều tín hiệu băng hẹp ghép kênh theo tần số. Trường hợp đặc biệt của truyền dẫn đa sóng mang là truyền dẫn OFDM sẽ được xét chi tiết trong chương 3.

2. Sừ dụng các sơ đồ truyền dẫn đơn sóng mang được thiết kờ đặc biệt đờ có thờ cân bằng hiệu quả nhưng với độ phức tạp hợp lý. Giải pháp này sẽ được xét trong chương 3.

2.4 CÂN BẢNG CHÓNG PHAĐINH CHỌN LỌC TẦN SỐ Trước đây phương pháp chù yếu đế xử lý sự giảm cấp tín hiệu do

phađinh chọn lọc tần số của kênh vô tuyến là áp dụng các dạng cân bằng khác nhau tại phía thu cho truyền dẫn đon sóng mang. Mục đích của cân bàng sửa méo rtặc tuyến tần số (cân bằng miền tần số) hoặc dạng xung tín hiệu (cân bằng miền thời gian) do phađinh chọn lọc tần số gây ra và ở mức độ nhất định khôi phục lại dạng tín hiệu ban đầu. Truyền dẫn đơn sóng mang sẽ được sử dụng cho đường lên của LTE vì thế trong phần này ta sẽ xét các giải pháp cân bằng chống phađinh cho truyền dẫn đơn sóng mang.

2.4.1. Cân bằng tuyến tính miền thòi gian Phương pháp cân bằng căn bán nhất là bộ cân bằng tuyến tính

miên t h ờ i gian cấu tạo từ một bộ lọc tuyến tính có đáp ứng xung kim W(T) (hình 2.6).

Bằng cách chọn các đáp ứng xung kim khác nhau, ta có thờ thực hiện các chiến lược cân bằng (máy thu) khác nhau. Chẳng hạn, trong

66 Giáo trình Lộ trình phát Irièn thông Un di động 3G lên 40

các hệ thống DS-CDMA cấu trúc máy thu gốc thường được sử dụng. Máy thu RAKE là một cấu trúc máy thu đơn giản của hình 2.6. trong đó đáp ứng xung kim của bộ lọc được chọn để đàm bào lọc

phối hợp kênh

w(x) = h*(-t) (2.12)

trong đó đáp ứng bộ lọc được chọn là phức liên hợp của đáp ứng xung kim kênh đào. Bộ lọc này cũng thường được gọi là bộ lọc kết hợp

cực đại. Máy phát Ị f— Mô hình kênh -Ị Máy thu

sít)

nơ)

rít) W(T) ì'/)

Hình 2.6. Cân bằng cơ bản trong miền thời gian

Lựa chọn bộ lọc máy thu theo tiêu chuẩn MRC (bộ lọc phối hợp kênh) cho phép đạt được tỉ số tín hiệu trên tạp âm sau bộ lọc cực đại (vì thế bộ lọc này có tên là kết hợp tỉ lệ cực đại). Tuy nhiên lọc dựa trên MRC không cung cấp bất kỳ sứa méo tín hiệu nào do tính chát chọn lọc tần số của kênh vô tuyến gây ra. Vì thế lọc máy thu dựa trên MRC chỉ phù họp khi tín hiệu thu bị giám cấp chù yếu do tạp âm hoặc nhiễu từ các nguồn phát khác chứ không cho các trường hợp giâm cáp

tín hiệu do chọn lọc tần số của kênh vô tuyến.

Một giải pháp khác là chọn lựa bộ lọc máy thu bù trừ toàn bộ đối với chọn lọc tần số kênh vô tuyến. Điều này có thể đạt được bằng cách chọn đáp ứng xung kim bộ lọc máy thu theo quan hệ sau:

h(T)®w(x) = Ì (2.13)

trong đó -®' ký hiệu cho tích chập tuyến tính. Cách chọn bộ lọc này còn được gọi là cân bằng ép buộc về không (ZF: Zero Forcing). Cán băng ZF cho phép bù trừ toàn bộ chọn lọc tần số kênh vô tuyến (cân


bằng hoàn toàn) và vì thể hoàn toàn triệt được mọi giảm cấp tín hiệu liên quan. Tuy nhiên cân bàng ZF có thể dần đến tỷ số tín hiệu trên tạp âm sau cân bằng rất lớn và vì thế giám hiệu năng đường truyền tổng thể, đặc biệt khi kênh có đáp ứng tần sổ biến đỗng nhanh.

Giải pháp thứ ba và là giai pháp cho phép chọn được bỗ lọc cân xứng giữa giảm cấp tín hiệu do chọn lọc tần số và tạp âm/nhiễu được gọi là cân bàng MMSE (Minimum Mean Square Error: sai lỗi trung bình nhỏ nhất). Bỗ lọc trong trường hợp này được lựa chọn phải đảm bảo giảm thiểu sai lồi trung bình bình phương giữa tín hiệu đầu ra bỗ cân bàng và tín hiệu được phát:

e = E{\m-sự)f} (2.14)

Trong thực tế bỗ lọc cân bàng tuyến tính thường được thực hiện ở dạng bỗ lọc FIR rời rạc theo thời gian với L nhánh trễ nhận các mẫu tín hiệu thu như minh họa trên hình 2.7.

r Máy thu ;

: nT Ị rít) / r . , w — • w * w

<ỳ r n

<

—> D Ị r

-ỳi 'Un w0 w -1

1 ' ì r

Hình 2.7. Cân bằng tuyển tính được thực hiện

theo bộ lọc FIR rời rạc thời gian

68 Giảo trình Lộ trình phái triển thông tin di động 3G lên 4G

Có thể chứng minh rằng bộ cân bằng MMSE rời rạc thời gian v ớ i w = [wn.w, WM] được xác định theo biểu thức sau:

w = R"'p (2.15)

Trong đó R là ma trận tự tương quan đầu ra của kênh có kích thước LxL. Ma trận này phụ thuộc vào đáp ứng xung kim cùa kênh v à p là véctơ tương quan chéo đầu ra/đầu vào cùa kênh với kích thước L x l , phụ thuộc vào đáp ứng xung kim cùa kênh.

Trong trường hợp dải cân bàng lớn (L lớn), bộ cân bằng MMSE miền thời gian có thể rất phức tạp vì hai lý do sau:

- Bản thân bộ cân bằng (bộ lừc) có thể rất phức tạp

- Tính toán thiết lập bộ lừc MMSE nhất là tính toán đảo của tương quan R kích thước L x L có thể rất phức tạp

2.4.2. Cân bằng miền tần số

Một cách khác để giảm độ phức tạp của cân bàng tuyến tính là thục hiện cân bàng trong miền tần số như minh hừa trên hình 2.8. Trong cân bằng tuyến tính miền tần số, cân bằng được thực hiện theo từng khối kích thước N. Trước tiên tín hiệu thu sau lấy mẫu được chuyển đối vào miền tần số bởi DFT kích thước N (DFT: Discrete Fourier Transíbrm: biến đổi Fourier rời rạc). Sau đó cân bàng được thục hiện bàng lừc trong miền tần số với các nhánh lừc trong miền tân số là w0, W|...., WN.Ị chẳng hạn bàng DFT cho các nhánh lừc miền thời gian w0, W| W[ .| của hình 2.7. Sau cùng tín hiệu miên tân sô nhận được sau cân bàng được chuyển đổi ngược vào miền thời gian bằng IDFT (Inverse Discrete Fourier Transíbrm: biến đổi Fourier ngược rời rạc) kích thước N. Nên chừn kích thước N của khối là hai lũy thừa của một số nguyên: N = 2" với n là một số nguyên để có thể thực hiện tính toán FFT/IFFT theo cơ số hai cho xử lý DFT/IDFT.

Chương 2: Truyền dẫn tốc độ số liệu cao. 69

Đ ố i với mỗi lần xử lý khối kích thước N. cân bằng miền tần sổ cơ bản bao gồm:

- Một DFT/FFT kích thước N

- N lần nhân phức (bộ lọc miền tần sổ)

- Một biến đổi ngược IDFT/IFFT kích thước N

Đặc biệt trong trường hợp các kênh bự chọn lọc tần số nặng (độ dài cân bằng L lớn), cân bằng miền tần số theo hình 2.8 ít phức tạp hơn nhiều so với cân bàng miền thời gian theo hình 2.7.

r(t)

Máy thu Xử lý theo khối

(kích thước khối = N) nT

DFT w 5 < » IDFT DFT * w IDFT

•*ề>-u Ki

Hình 2.8. Cân bằng tuyến tinh miền tần sô

Tuy nhiên có hai vấn đề gặp phải đối với cân bàng miền tần sổ:

- Lọc miền thời gian trên hình 2.7 thực hiện tích chập tuyến tính rời rạc thời gian. Trái lại lọc miền tần số theo hình 2.8 tương ứng với tích chập vòng trong miền thời gian. Nếu giả thiết bộ cân bằng miền thời gian có độ dài L, thì L-l mẫu đầu tiên tại đầu ra của bộ cân bàng miền tần số sẽ không giống như đầu ra tương ứng của bộ cân bằng miền thời gian.


- Các nhánh của bộ lọc miền tần số W(), W| W N . | có thể được xác định như sau, trước hết xác định đáp ứng xung của bộ lọc miền thời gian tương ứng sau đó chuyển đổi bộ lọc này vào miền

tần số bang DFT. Tuy nhiên như đã nói ở trên, việc xác định bộ lọc miền thời gian (chẳng hạn MMSE) có thể khá phức tạp trong trường họp độ dài L của bộ cân bàng lớn.

Một cách đế giồi quyết vấn đề thứ nhất là thực hiện chồng lấn quá trình xử lý từng khối của bộ lọc cân bàng miền tần số như minh họa trên hình 2.9, trong đó chồng lấn được thực hiện ít nhất là L - l mẫu. Với chồng lấn này. L - l mầu (không chính xác) đầu tiên tại đầu ra cùa bộ cân bằng miền tần sổ có thế được loại vì các mẫu tương ứng này (các mẫu đúng) cũng đã được cung cấp tại phần cuối của khối thu/được cân bàng trước đó. Nhược điểm của kiểu "chồng lấn và loại bỏ này" là chi phí tính toán và vì thế máy thu sẽ phần nào phức tạp hơn.

Xử lý khối (N mẫu) 1< • *».

Chồng lấn ( > L-1 mẫu)

Hình 2.9. Xù lý chồng lẩn và loại bỏ

Máy phát •»•

Tạo khối Tạo tín hiệu đơn Chèn Tạo tín hiệu đơn Chèn

Biến đổi D/A sóng mang CP Biến đổi D/A sóng mang 1 1 CP Y//A 1 4 • N mẫu < •

N+V mau

Hình 2. lo. Chèn CP trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang

Một cách để giồi quyết cồ hai vấn đề nói trên là chèn tiền tổ chu trình (CP: Cyclic-preíìc) tại phía phát (hình 2.10), tương tự như


OFDM chèn CP trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang có nghĩa là chèn V mâu cùa CP vào từng khối tại phía phát. Kích thước khối phát phải bằng kích thước khối N sứ dụng cho cân bàng miền tần số phía thu.

V ớ i việc dựa CP vào, từ quan điểm máy thu kênh sẽ thể hiện như là tích chập vòng trên khối xủ lý kích thước N tại máy thu. Vì thế không cần xủ lý chồng lấn và loại bò. Ngoài ra bây giờ các nhánh của bộ lọc miền tần số có thế được tính toán trực tiếp từ ước tính đáp ứng tần số kênh được lấy mẫu m à không cần phải tính trước bộ lọc cân băng miền thời gian. Chảng hạn, trong trường họp bộ cân bằng MMSE các nhánh lọc miền tần sổ có thể được tính theo biểu thức sau:

wk=- f (2.16)

Trong đó PN là công suất tạp âm và Hk là đáp ứng tần số kênh được lấy mẫu. Đ ố i với các độ dài của bộ cân bằng lớn. tính toán này đỡ phức tạp hon nhiều so với tính toán miền thời gian như đã xét trong phần trước.

Nhược điểm của chèn CP trong trường họp truyền dẫn đơn sóng mang cũng giống như đối với OFDM, nghĩa là mất thêm chi phí cho cả công suất và băng thông. Một phương pháp đế giám chi phí CP là tăng kích thước N của bộ cân bằng miền tần số. Tuy nhiên đế cân bằng theo khối được chính xác, kênh phải hầu như không thay đổi trong đoạn thời gian tương ứng với kích thước khối xủ lý. Hạn chế này đảm báo giớ i hạn trên đổi với kích thước khối N, trong đó kích thước này phụ thuộc vào tốc độ thay đổi kênh. Lưu ý ràng giống như hạn chế đối với khoảng cách giữa sóng mang con của OFDM

A f = 1/TFKT, khoảng cách này phụ thuộc vào tốc độ thay đối kênh

(xem chương 3).

72 Giáo trình Lộ trình phủi triền thông tin di động 3G lên 4G

2.5. T R U Y Ề N Đ Ả N Đ A S Ó N G MANG CHO K H Ô N G D Â Y B Ă N G R Ộ N G

Một cách để tăng tổng băng thông truyền dẫn mà không làm hại tín hiệu do chọn lọc tần số kênh vô tuyến là sử dụng truyền dẫn đa sóng mang. Như được m ô tả trên hình 2.11, trong truyền dẫn đa sóng mang, thay vì truyền một tín hiệu băng rộng. nhiều tín hiệu băng hẹp (thưởng được gọi là các sóng mang con) được ghép kênh theo tần số và được truyền đồng thởi trên cùng một đưởng truyền vô tuyến đến cùng một máy thu. Bằng cách phát N tín hiệu song song trên cùng một đưởng truyền vô tuyến, có thể tăng tốc độ số liệu tổng lên N lần. Khi này ảnh hưởng gây hại đối tín hiệu do chọn lọc tần số kênh vô tuyến phụ thuộc vào băng thông khá hẹp của từng sóng mang con. Ảnh hưởng này không khác gì ảnh hưởng đối với sơ đồ truyền dẫn băng hẹp có băng thông tương đương với băng thông của từng sóng mang con.

Truyền dần băng hẹp

Mã hóa kênh.

điêu ché

Điêu chế tần số vô

_ tuyên Tạo ị. dạng - — » 0 — * • ! = = > -Phổ ỉ t

te

Truyền dãn báng rộng đa sóng mang Điêu ché tản si

vố tuyến

Mã hóa kênh. điều

ché phố

Tạo dạng — * phổ Ị t

— - — . ÍC-3/2AI' dạng —

ÍC-1/2AÍ —*&-*

í . fc-1/2Af

— * ® - * ị .

fc+3/2Af

Tạo dạng phổ

Tạo dạng phổ

ruQOOO fc fc

Hình 2.1 ỉ. Mờ rộng đến truyền dẫn băng thông rộng hơn bằng đa sóng mang


Nhược điểm cùa kiều phát triển truyền dẫn đa sóng mang trên hình 2.11 là khi mở rộng một công nghệ truy nhập vô tuyến băng hẹp hiện có vào một băng thông truyền dẫn rộng hơn bằng cách truyền dẫn song song N sóng mang băng hẹp là phái ghép các băng thông sóng mang con này phân cách nhau để chúng không gây nhiễu cho nhau. Điều này ảnh hưởng tiêu cực lên hiệu suất sử dụng băng thông.

30,0 20,0 10,0 -••

0,0 -10,0

° -20,0

1-30.0 s

-40,0

_ I — — — ỉ

-2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0;5 to 1,5 ì Tần số, MHz

0 2,5

<Wf) = ị ì ị fx{\f\-ý V — 1 +COS

fx{\f\-ý 2 ) > ũ

. 0-«)

/!>./;

(1 + a)

2 2

fi„ =2.f2=fcr.ạ-a) = 4JMHz

Hình ĩ. 12. Phổ của WCDMA, khuôn dạng cosin tăng với a=0,22

Ví dụ ta xét sự phát triển đa sóng mang cho WCDMA (sơ đ này được gọi là MC-WCDMA) cho việc truyền dẫn băng thông rộng hơn.

74 Giáo trình Lộ trình phái ỉrién thông tin di động 3G lên 4G

WCDMA có tốc độ chip Rc = 3,84Mchip/s tương đương với tần số f c r = 3,84MHz. Tuy nhiên do việc tạo dạng phổ, thậm chí phổ lý thuyết của WCDMA (không kể sự mở rộng phố do sự không hoàn thiện của máy phát) có độ rộng lớn hơn 3.84MHz. Chẳng hạn như trên hình 2.12. nếu phố WCDMA có dạng cosin tăng với độ dốc Oi = 0,22,

thì độ rộng băng tần của nó cũng bằng B w = (Ì +0,22)3,84MHz = 4,7MHz.

Đ ố i với MC-WCDMA. khoảng cách giữa các sóng mang con phải bằng 4,7MHz đề tránh nhiỏu giữa các sóng mang con. cần lưu ý ràng cũng có thể sử dụng khoảng cách giữa các sóng mang con nhỏ hơn với điều kiện nhiỏu giữa các sóng mang con phải giới hạn.

Nhược điểm thứ hai của truyền dẫn đa sóng mang là tương tự như điều chế bậc cao. truyền dẫn song song nhiều sóng mang con sẽ dẫn đến các thay đồi công suất tức thời lớn hơn. Vì thế truyền dẫn đa sóng mang cũng sẽ dẫn đến ảnh hướng tiêu cực lên hiệu suất của bộ khuếch đại công suất. Một giải pháp cho vấn đề này là giảm công suất trung bình, nghĩa là giảm dài động tín hiệu đối với một tốc độ số liệu cho trước. Vì thế tương tự như việc sử dụng điều chế bậc cao. truyền dần đa sóng mang thích hợp hơn đối với đường xuống (truyền dẫn đẩu cuối di động) do tầm quan trọng cùa việc đảm báo hiệu suất bộ khuếch đại công suất tại đầu cuối di động cao hơn.

Ư u điểm chính của kiểu phát triển đa sóng mang như hình 2.11 là đảm bào sự phát triển rất từ từ về cà thiết bị lẫn phổ tần của các công nghệ truy nhập vô tuyến đến băng thông truyền dẫn rộng hơn nhất là đối với đường xuống. Điều quan trọng là có thể thiết kế đa sóng mang theo hướng phát triển lên truyền dẫn băng rộng nói trên m à vẫn cho phép sử dụng các thiết bị hiện có không có khả năng thu đa sóng mang với điều kiện mồi sóng mang con đường xuống thể hiện như một sóng mang băng hẹp, trong khi đó đổi với các đầu cuối di động đa sóng mang, mạng có thể cung cấp cho nó toàn bộ băng thông đa sóng mang để truyền tốc độ số liệu cao hơn.

Chưcmg 2: Truyền dẫn tốc độ số liệu cao. 75

Máy phát

Chuyển đồi luồng bít vảo các ký hiệu điêu chế

IFFT và

chèn CP

Tần số

Đèn 20MHz

Máy thu

Luồng bít • « —

Chuyền đồi các ký hiệu và luồng bít

FFT và loai CP

Hình 2.13. Nguyên lý OFDM áp dụng cho đường xuông của LTE

Ký hiệu váo

Ã Á — Ả-ỉ À-,

A i ì IA í AAA Mơ V

A-

Láy mẫu

IFFT FFT

Kênh

W\A/\AA/V mMAAAA/vm. Ả

Máy phát

Láy mâu

'VXAAAAA/V Máy thu

2.74. ộwá /rà/; biển đôi IFFTphía phát và FFTphía thu


Một giải pháp sử dụng truyền đa sóng mang cho phép tiết kiệm băng thông là OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex: ghép kênh phân chia theo tần sổ trực giao). LTE sử dụng giải pháp

này cho đường xuống. Nguyên lý tổng quát OFDM trong trường hợp này được minh họa trên hình 2.13. Quá trình biến đối IFFT và FFT được tóm tất trên hình 2.14.

Đối với đường lên đế giám ánh hưởng của tồ số công suất đinh trên công suất trung bình (PAPR: Peak to Average Power) lớn ở OFDM, đường lẻn sử dụng một phương án cải tiến cùa OFDM cho phép truyền tín hiệu giống như đon sóng mang với tên gọi DFTS OFDM (OFDM Sread DFT: OFDM trải phố bàng DFT) hay còn được gọi là SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang) được minh họa trên hình 2.15.

Máy phát /~| Ả . ãĩi I..À I Ì 1 .

Luồng bít Chuyển đổi luồng bít vào các ký hiệu điều ché

* DFT Sắp xếp các sóng mang con

IFFT và

chèn CP

Tằn số

Luồng bít Chuyên

đổi các ký Chuyên

đổi các ký Giai sáp xép các sóng mang con

Máy thu

hiệu vào vào luông

bít « IDFT < —

Giai sáp xép các sóng mang con 4 Bộ cân bằng

MMSE hiệu vào vào luông

bít FFT và loại CP

DFT: Biến đổi Fourier rời rạc IDFT: Biến đổi Fourier rời rạc ngược FFT: Biến đổi Fourier nhanh IFFT: Biến đổi Fourier nhanh ngược CP: Tiên tố chu trình MMSE: Sai lỗi trunng bình binh phương cực tiếu

Hình 2.15. Nguyên lý DFTS OFDM hay SC-FDMA

Trong chương 3 ta sẽ xét chi tiết về việc sử dụng truyền dẫn đa sóng mang dựa trên OFDM cho đường xuống và đơn sóng mang SC-FDMA cho đường lên.


2.6. TỎNG KÉT Chương này đã xét các nguyên nhân hạn chế truyền dẫn băng

rộng trong các hệ thống thông tin vô tuyến và các giải pháp khắc phục. Truyền dần tốc độ cao (băng rộng) có thế bị giới hạn bởi các yếu tố sau:

- Băng thông hạn chế

- Tạp âm

- Nhiễu

- M é o dạng tín hiệu do ảnh hướng phađinh chọn lọc tần số của đường truyền

Đ ố i với trường họp thử nhất khi công suất tín hiệu thu còn đủ lớn ta có thể:

- Sử dụng điều chế bậc cao

- Các sơ đồ đa anten dựa trên ghép kênh không gian.

Đ ố i v ớ i trường hợp thử hai ta có thể:

- Giảm kích thước ô để giảm cự ly phủ sóng dẫn đến tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm vì thế cho phép đạt được các tốc độ số liệu cao hơn

- Kết hợp hợp lý các tín hiệu thu tại nhiều anten sẽ tăng tỳ sổ tín hiệu trên tạp âm sau kết hợp anten

- Sử dụng tạo búp bàng nhiều anten phát sẽ tập trung công suất phát về phía máy thu đích và vì thế tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm.

Đ ổ i v ớ i trường hợp thử ba ta có thế sử dụng các biện pháp sau:

- Giảm kích thước ô sẽ giảm số người sử dụng và vi thế sẽ giảm lưu lượng trên một ô. Nhờ vậy giảm mửc nhiễu tương đối và vì thế cho phép đạt được các tốc độ số liệu cao hơn


- Kết hợp họp lý các tín hiệu thu tại nhiều anten sẽ tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu sau kết hợp anten

- Sử dụng tạo búp bàng nhiều anten phát sẽ tập trung công suất phát về phía máy thu đích và dẫn đến giảm nhiễu lên các đường truvền vô tuvển khác. do đó cái thiện tông tý số tín hiệu trên nhiễu trong hệ thống.

Đ ố i với trường hợp thặ tư ta có thể:

- Sừ dụng truyền dẫn đơn sóng mang kết họp với bộ cân bàng tại máy thu

- Sử dụng truyền dẫn đa sóng mang đặc biệt là OFDM

2.7. C Â U H Ỏ I

Ì. Trình bày các hạn chế cơ bán đối với truvền dẫn tốc độ số liệu cao.

2. Trình bày truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong băng thông hạn chế và điều chế bậc cao.

3. Trình bày các ảnh hướng cùa môi trường truyền sóng lên truyền đẫn không dây băng rộng.

4. Trình bày nguyên lý cân bàng chổng phađinh chọn lọc tần số.

5. Trình bày nguyên lý truyền dẫn đa sóng mang cho không dây băng rộng.

6. Khi đầu cuối di động ở gần trạm gốc nên sặ dụng sơ đồ điều chê bậc cao hay bậc thấp. tại sao?

7. Có nên sặ dụng ghép kênh không gian khi đầu cuối ở xa trạm góc hay không, tại sao?

8. Khi tạp âm cao để vẫn đàm báo truyền dần tốc độ số liệu cao ta cân làm gì?

9. Khi nhiễu cao để vẫn đảm báo truyền dẫn tốc độ cao ta cần làm gì?

10. Đ ể giảm ảnh hướng phađinh chọn lọc tần số dẫn đến nhiều giữa các ký hiệu ta có thề sử dụng các giải pháp gì?

Chương 3

OFDMA VÀ SC-FDMA CỦA LTE

)FDM là công nghệ truyền dẫn đa sóng mang tiết kiệm băng tần sẽ được sử dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng. OFDMA là phương pháp đa truy nhập dựa trên OFDM được sử dụng trong các hệ thống tin di động băng rộng thay thế cho CDMA.

Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm: - Tóm tắt nguyên lý OFDM - Ước tính kênh và các ký hiệu tham khảo - M ã hóa kênh và phân tập tần sổ trong truyền dẫn OFDM - Lựa chứn băng thông cho OFDM cơ sờ - Ảnh hướng của thay đổi mức công suất tức thời - Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập - Phát quảng bá và đa phương trong nhiều ô và OFDMA - Nguyên lý truyền dẫn DFTS-OFDM - Nguyên lý SC-FDMA, sắp xếp sóng mang con SC-FDMA và

trình bày các tín hiệu SC-FDMA trong miền thời gian Mục đích chương nhàm cung cấp cho bạn đức các kiến thức về

nguyên lý của các kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến OFDMA và SC-FDMA va ly do sử dụng các kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến này trong LTE.

Để hiểu được chương này bạn đức cần đức kỳ nội dung được trình bày trong chương, tham khảo thêm các giáo trình [1], [TỊ, [8], [9], [10] [14], [15] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

80 Giáo trình Lộ (rình phát triên thông Un di động 3G lên 4G

3.1. M Ở Đ À U Trong chương này trước hết ta sẽ xét nguyên lý OFDM và ứng

dụng của nó trong mô hình lớp vật lý OFDMA đường xuống của LTE. OFDM đã được tiếp nhận là sơ đồ truyền dẫn đường xuống cho LTE và cũng được sử dụng cho các công nghệ không dây băng rộng khác như WiMAX và các công nghệ truyền hình quảng bá DVB.

Nhược điểm của điều chế OFDM và các phương pháp truyền dẫn đa sóng mang khác là sữ thay đối công suất tức thời của tín hiệu phát rất lớn dẫn đến tỷ số giữa công suất đình và công suất trung bình (PAPR: Peak to Average Power Ratio) rất lớn. Điều này làm giảm hiệu suất của bộ khuếch đại công suất và tăng giá thành bộ khuếch đại công suất. Nhược điếm này rất quan trọng đối với đường lên vì các MS phải tiêu thụ công suất thấp và có giá thành hạ.

Nhiều phương pháp đã được đề xuất để giảm PAPR của tín hiệu OFDM. Tuy nhiên hầu hết các phương pháp này chỉ đảm bảo giảm PAPR ở mức độ không cao. Ngoài ra các phương pháp này đòi hỏi tính toán phức tạp và giảm hiệu năng đường truyền. Truyền dẫn đa sóng mang băng rộng là một giải pháp truyền dẫn đa sóng mang phù họp cho đường lên nghĩa là cho máy phát của MS. Tuy nhiên cần nghiên cứu xử lý méo dạng sóng tín hiệu xảy ra trong môi trường thông tin di động do phađinh chọn lọc tần sổ. LTE sử dụng một dạng điều chế cài tiến của OFDM có tên gọi là DFTS-OFDM (DFT Spread OFDM: OFDM trải phổ bàng DFT). Đây một công nghệ đầy hứa hẹn cho thông tin đường lên tốc độ cao trong các hệ thống thông tin di động tương lai. DFTS-OFDM có hiệu quả thông lượng và độ phức tạp tương tữ như OFDM. Ưu điểm chính của DFTS-OFDM là tỷ số công suất đinh trên công suất trung bình (PAPR: Peak to Average Povver Ratio) thấp hom OFDM. DFTS-OFDM. LTE sử dụng DFTS-OFDM cho đa truy nhập đường lên với tên gọi là SC-FDMA. Chương này xét nguyên lý của DFTS-OFDM và SC-FDMA ứng dụng trong LTẼ.

Chương 3: OFDMA và SC-FDMA cùa LTE 81

3.2. TÓM TẮT NGUYÊN LÝ OFDM Truyền dẫn OFDM là một kiểu truyền dẫn đa sóng mang. Sau đây

là một số đặc trung quan trọng cùa OFDM:

- Sử dụng nhiều sóng mang băng hẹp. Chẳng hạn nếu một hệ thống MC-WCDMA (WCDMA đa sóng mang) băng thông 20MHz sử dụng 4 sóng mang với mỗi sóng mang có băng tần là 5MHz, thì với băng thông nhu vậy OFDM có thể sù dụng 2048 sóng mang với băng thông sóng mang con 15 MHz.

- Các sóng mang con trằc giao với nhau và khoảng cách giữa hai sóng mang con liền kề bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian ký hiệu điều chế sóng mang con (hình 3.1). Vì thế các sóng mang con của OFDM được đặt gần nhau hem so với FDMA.

T F F T = 1/AI"

• Thời gian

• Tằn số

a) Ký hiệu điêu chế b) sắp xép các sóng mang con

Hình 3. ỉ. Kỷ hiệu điều chế và phổ của tín hiệu OFDM

Ta ký hiệu N là tổng số sóng mang con của hệ thống truyền dẫn OFDM và p là số sóng mang con mà một máy phát trong hệ thống có thể sử dụng. Sơ đồ khối phát thu cùa hệ thống OFDM được cho trên hình 3.2. Hoạt động cùa hệ thống OFDM trên hình 3.2 như sau.

82 Giáo trình Lộ trình phủi triển thông tin di động 3G lên 4G


3.2.1. Máy phát

Các khối ký hiệu điều chế thông thường (QPSK hay 16QAM chẳng hạn) gồm p ký hiệu điều chế (ký hiệu là X^.Xị xr_ị) được đưa qua bộ biến đổi nối tiếp vào song song (S/P) để được p luồn? song song với độ dài ký hiệu cùa mỗi luồng bằng TpFTi trong đó TFFT được gọi là độ dài hiệu dụng của một ký hiệu OFDM. Mồi ký hiệu điều chế Xi (i = 0,1,—P-l) có giá trầ phức thể hiện phổ rời rạc của sóng mang con thứ i trong số N sóng mang con cùa hệ thống. Các sóng mang con được điều chế Xmxr...,x,,_] được kết hợp với N-P sóng mang con rỗng (bàng không) để tạo nên tập {Xi} (i = 0,1,..., N-l) giá trầ phức và được đưa lên N đầu vào của bộ biến đổi Fourier nhanh ngược (IFFT). IFFT cho ra N sóng mang con trong miền thời gian {Xi} (i = 0,1,..., N-l). Các sóng mang con trong miền thời gian này được

thể hiện ở các mẫu rời rạc với tần sổ lẩy mẫu ft = NẠf = N.——, im

Ị 7*... trong đó Af là khoảng cách giữa các sóng mang con và T s ~ ỳ = ~t^~

là chu kỳ lẩy mẫu. Tín hiệu đầu ra IFFT được biểu diễn ở dạng các mẫu rời rạc. Sóng mang con thứ i tại thời điểm k trong miền thời gian được xác đầnh nhu sau:

xu, - ẸX,/'»" (3.1) m=0

trong đỏ i ( i = 0,1 N-l), k (k là một sổ nguyên nằm trong khoảng từ -00 đến 00 ký hiệu cho sóng mang con thứ i của ký hiệu OFDM thứ k tương ứng; Xj,k giá trầ phức của tín hiệu được điều chế thông thường thứ i tại thời điểm k; m (m = 0,1 N) là mẫu thứ m của tín hiệu được lấy mẫu với thời gian lấy mẫu Ts = TFFT/N tương ứng với tần sổ lấy mẫu f s = N/TFFT.


Tín hiệu đầu ra bộ biến đổi song song thành nối tiếp (P/S) trong miền thời gian tại thời điếm k được xác định như sau:

N - I N ' 1 x k = EEX,/"^EV"T (3.2) i^o m i-0 m

Đối với OFDM ta có thể biểu diễn tín hiệu phát trong miền tần s ố như sau:

xk =[x0k x, k ••• Xp_l kO...O]1, trong đó [.]"' là phép chuyển vị, p là số ký hiệu điều chế thông thường trong khối k và số số "0" bằng N-P. Tín hiệu trong miền thời gian nhận được bằng cách nhân tín hiệu trong miền tần số với ma trận sau:

P-1 N Ì j2 n — m

j8n

J6n

Ì e j2(N - D i j4( N - í) ũ |()IN Da

N o N « N

Ì

j2( N - l )ĩ.

e N

j4<N-l|r,

N

j2(N IXN-I)r.

(3.3)

trong đó hàng của ma trận trong (3.3) thể hiện các sóng mang con tại thòi điểm lấy mảu m.

Bộ chèn CP (Cyclic Preíĩx) thực hiện chèn V mảu (độ dài TCp) của ký hiệu OFDM vào đầu ký hiệu này để được độ dài ký hiệu bàng: T = Tppj+Tcp, trong đó Tppx là độ dài hiệu dụng còn TCp là khoảng thời gian bảo vệ để chống ISI (nhiễu giữa các ký hiệu) gây ra do phađinh đa đường và V mảu được chèn là V mảu được copy từ các mảu cuối cùng của tín hiệu xk. Thông thường TCp được chọn bằng thời gian trễ trội cực đại (trễ của đường truyền đến muộn nhất còn được xét so với trễ của đường đến sớm nhất). Khi này m trong phương trình (3.3) sẽ là: m = 0,1,..., N-l,..., N+V-l và tổng sổ mầu đầu ra bộ CP sẽ


bằng N+V. Ta có thể biểu diễn tín hiệu sau chèn CP trong miền thời gian và miền tần sổ như hình 3.3.

T (Thời gian ký hiệu OFDM)

V điểm CP Cửa số quan trác N điểm

Khoang cách sóng mang con 1/TFFT

Băng thông tín hiệu: 1/TS

Thời gian (các mẫu)

Tân sô (các sóng mang con)

Hình 3.3. Trình bày OFDM (sau chèn CP) trong miền thời gian và tần số

Bộ biến đổi số vào tương tự (DÁC) cho ta tín hiệu tương tự có dạng sau:

Xk(t) =

Hay:

Xk(t) =

N-l

i=0

0

j2a TFFT )

(t-kT) , kT-Tcp < t < k T + T FFT

nếu khác

(3.4)

P-I

i = 0

j27t ' n ^

TFFT

(t-kT) , kT - TCp < t < kT + T F F T

nếu khác

(3.5)

Ý nghĩa của việc chèn CP được giải thích trên hình 3.4. Trong trường hợp kênh tán thời do b phađinh đa đường một phần tính trực giao giữa các sóng mang con sẽ b mất đi: phần cuối cùa ký hiệu


OFDM phát trước do đến trễ ĩ sẽ chồng lấn lên phần đầu của ký hiệu OFDM phát sau. Trong trường hợp này khoảng thời gian tương quan của bộ giải điều chế cho ký hiệu được xét sẽ chồng lẩn một phần lên ký hiệu trước đó (hình 3.4a). Vì thế tích phân tín hiệu đi thảng sẽ chúa nhiễu của tín hiệu phản xạ từ ký hiệu trước đó. Hậu quả là không chi xảy ra nhiễu giữa các ký hiệu (ISể) mà còn cả nhiễu giữa các sóng mang con (ICI: Inter Channel Interference). a) Khùng chèn CP T

b) Chèn CP

Tin hiệu đi thẳng

Tin hiệu phán xạ 5F J

Copy và chèn

Khoáng thời gian đẽ lây tích phân tin hiệu di tháng

cho biên dõi Pourier

b) Chèn CP

1 ị IFFT Ị (N điếm)

I \w: ?*>>f7ầ 1 ị IFFT Ị (N điếm)

Chèn CP

1

ị IFFT Ị (N điếm)

Chèn CP

i T

/ / v(N mẫu)

Tín hiệu đi thẳng

Tin hiệu phán xạ

I U T//-7 * T,ii,(N+L mẫu)

lư' ì///

Khoáng thời gian dể lẫy tích phân tin hiệu di thắng cho

biên dõi Fourier Hình 3.4. Giải thích ý nghĩa chèn CP

Một cách khác để giải thích nhiễu giữa các sóng mang con trong kênh vô tuyến phađinh tán thời như sau. Nguyên nhân tán thời của kênh là do đáp ứng tần số của kênh phađinh chọn lọc tần số. Vì thế tính trực giao giữa các sóng mang không chỉ được đảm bảo bời phân cách giữa chúng trong miền tần số mà còn bởi cấu trúc đặc thù miền


tần số của từng sóng mang: thậm chí nếu kênh miền tần số không đổi đối với búp phổ chính của một sóng mang con OFDM và chỉ có các búp phô bên bị hỏng do tính chọn lọc tần sổ cùa kênh vô tuyến, thì điều này cũng dẫn đến mất tính trực giao giữa các sóng con cùng với nhiờu giữa các sóng mang con. Do các búp bên cùa mỗi sóng mang con OFDM lớn. nên dù lượng tán thời đã bị hạn chế (tương ứng với tính chọn lọc tần số cùa kênh vô tuyến thấp) vẫn có thể xảy ra nhiờu giữa các sóng mang con.

Để giải quyết vấn đề này và làm cho OFDM có khả năng thực sự chống tán thời trên kênh vô tuyến, chèn CP (Cyclic Preíìx: tiền tố chu trình) được thực hiện. Chèn CP tăng độ dài ký hiệu OFDM từ TVFT lên TFFT+TCP> trong đó Tép là độ dài cùa CP tương ứng với việc giảm tốc độ ký hiệu OFDM. Từ hình 3.4b ta thấy tuông quan vẫn được thực hiện trên đoạn thời gian Tppx = 1/Af và tính trực giao sóng mang con sẽ được đảm bảo ngay cả trong trường hợp kênh tán thời chừng nào đoạn tán thời còn ngắn hơn độ dài CP.

Nhược điểm của chèn tiền tố CP là chi một phầnTFF T/(T FFT +Tcp) của công suất tín hiệu thu là phần thực tế được bộ giải điều chế OFDM sử dụng và điều này có nghĩa là mất một phần công suất khi giải điều chế OFDM. Ngoài việc mất công suất, chèn CP còn gây ra mất băng thông vì tốc độ ký hiệu OFDM giảm trong khi độ rộng băng tần của tín hiệu không giám.

Một cách khác để giám CP là giảm khoảng cách giữa các sóng mang A f tương ứng với tăng Tppj. Tuy nhiên cách này làm tăng độ nhạy cảm của truyền dẫn OFDM với sự thay đổi nhanh của kênh kho trải Doppler cao và các kiểu sai số tần số khác.

Cần lưu ý ràng CP không thể bao phủ toàn bộ độ dài của tán thời kênh. Nói chung cần có một sự cân nhấc giữa mất công suất do CP và hỏng tín hiệu (do ISI và ICI) mà phần dư tán thời do CP không phủ hết gây ra. Điều này có nghĩa ràng tồn tại một điểm tối ưu cho độ dài

88 Giáo trình Lộ trình phút triển thông tin di động 3G lên 4G

CP mà việc tăng nó không ảnh hưởng xấu đến mất công suất dẫn đến giảm kích thước ô và ngược lại việc giảm nó không làm ảnh hường xấu đến hỏng tín hiệu.

3.2.2. Máy thu Tín hiệu đầu vào máy thu (đầu ra kênh) có dạng sau:

y(t) = x(t)®h(t)+ĩi(t) (3.6)

trong đó h(t) là độ lợi kênh và T|(t) là tạp âm Gauss trắng cộng và ® ký hiệu cho tích chập. Bộ biến đổi từ tuông tể vào sổ (ADC) sẽ biến đổi y(t) vào số, bộ loại bỏ CP sẽ loại CP. Qua trình loại CP được thểc hiện bằng tích chập vòng. Dưới đây ta sẽ giải thích nguyên lý tích chập vòng.

Ta có thể biểu diễn ký hiệu OFDM bao gồm CP rời rạc trong miền thời gian ở dạng véctơ sau:

* = [XN-V-I'*\-V">*V-l *0>"*I'""*V-I ] 0.7) 1 - V - " V '

CP sỏ liệu gốc trong đó x m ký hiệu cho mẫu m của tín hiệu OFDM trong miền thời gian.

Nếu không xét tạp âm, tín hiệu đầu ra cùa kênh sẽ là ỹ = x®E, trong đó h là véctơ có độ dài v+1 để biểu thị đáp ứng kênh xung kim trong thời gian ký hiệu OFDM. Hình 3.5 giải thích quá trình tích chập dịch vòng giữa đáp ứng kênh xung kim h và X đầu vào cho hai mẫu đầu tiên cùa y.

a) Mỉu đau tiên cùa Un hiệu đâu ra kênh b) Mâu thử hai cùa tin hiệu dâu ra kênh

Hình 3.5. Minh họa quá trình tích chập quay vòng

giữa đáp ứng kênh xung kim h và Xép


Dựa trên các phân tích trên, ta có thể biểu diễn tín hiệu đầu ra kênh sau tích chập vòng cho các mẫu hữu ích như sau:

y ữ = K x ữ + h\xK-\+- + K x N - r

y< = Vi + Mo +•••+M.v-V*, (3-8)

y K - \ = V.v-I + V.v-2 +- + M.V-,-!

Sau tích chập vòng nếu chi giữ lại các thành phần đầu tiên ở vế trái của hệ phương trình (3.8) ta sẽ loại bó được CP.

Ta có thể biểu diễn lại phương trình (3.8) ở dạng ma trận quay vòng như sau:

\V-2

(3.9)

= Xh + ĩi

Sau bộ loại bỏ CP, V mẫu của CP bị loại bỏ và N mẫu còn lại là các mẫu của tín hiệu hữu ích. Bộ biến đổi nới tiếp vào song song cho ra N luồng song song ứng với N sóng mang con thu của tín hiệu thu trong miền thời gian: ịy'(m)} ( i = 0.1 N-l) ơ dạng các mẫu rời rạc

m (m = 0 1....N-1). Các sóng mang này được đưa lên bộ biến đổi FFT để chuyển đổi từ miền thời gian vào miền tần sớ. Sau FFT máy thu lấy ra p sóng mang con cần thu trong miền tần sớ ị Ã', Ị ( i = 0,1 P-l),

mỗi sóng mang con được xác định như sau:

p - l NI- Ị (3.10) .0 m-ũ

90 Giáo trình Lộ trình phái ỉriên thông tin di động 3G lên 4G

trong đó i (Ì = 0,1 ,P-1), y,k(m) ký hiệu cho mẫu m trong miền thời

gian của ký hiệu điều chế thông thường thứ i trong khối p ký hiệu được phát tại đầu ra của kênh k (k là một số nguyên nằm trong khoảng từ -QO đến 00 ) là khối thứ k tuông ứng; là Xk giá trị phức của tín hiệu

thu trong miền tần số trong khối ký hiệu k; m (m = 0,1,...,N-1) là mẫu thứ m của tín hiệu được lấy mẫu trong miền thời gian với thời gian lấy mẫu Ts = TF F T/N tương ứng với tần số lấy mẫu f s = N/TFF r.

Tín hiệu đầu ra bộ biến đễi nối tiếp vào song song sẽ là chuỗi nối tiếp các ký hiệu thu của khối k có thể được biểu diễn ở dạng véctơ sau:

X k -*V-l.í] (3.11)

Tễng quát ta có thể biểu diễn toàn bộ các bước xử lý tín hiệu của một hệ thống thông tin OFDM với các tín hiệu ớ dạng véctơ như hình 3.6.

Miên thời gian h" 1 1

X 1 p/s Công h(n) * » m ì

Loai SÍP Ì y FFT X, FEQ p/s CP h(n) CP SÍP FFT FEQ 1

Tích chặp vòng: ỹ = X ® h + TI

Miên tân sô FEQ: Bộ cân bằng miên tăn số

Hình 3.6. Hệ thống thông tin OFDM băng gốc

với các tín hiệu ở dạng vẻctơ

Truyền dẫn OFDM có thể được biểu diễn trong không gian hai chiều: tần số - thời gian như hình 3.7.


•;,:.;f- i ééếế.. ...... K-2 K-1 k K+1 K+2

• Thời gian (sô thứ tự ký hiệu OFDM)

Hình 3.7. Biếu diễn tín hiệu truyền dẫn OFDM

trong không gian hai chiểu (tằn số-thời gian)

3.3. ƯỚC TÍNH KÊNH VÀ CÁC KÝ HIỆU THAM KHẢO Kênh OFDM bao gồm tổ hợp điều chế OFDM (xử lý IFFT), kênh

vô tuyến tán thời và giải điều chế OFDM (xử lý FFT) được mô tả ở dạng kênh miền tần sổ trên hình 3.8. Nêu coi rằng CP đấ lớn (khi này tích chập kênh vô tuyến tán thời trong khoảng thời gian lấy tích phân T F F T cùa bộ giải điều chế có thể coi là tích chập dịch vòng tuyến tính), thì các nhánh kênh miền tần sổ Ho Hp.| có thế được rút ra trực tiếp từ các đáp ứng kênh xung kim như hình 3.8.

Để khôi phục lại ký hiệu phát cho quá trình xử lý tiếp theo (chẳng hạn tách ký hiệu số liệu và giải mã kênh), máy thu phái nhân X, với

phức liên hợp cấa Hj.- H' (hình 3.9). Quá trình này thường được gọi là cân bằng một nhánh và được áp dụng cho từng sóng mang con được thu. Để có thể thực hiện điều này, máy thu phải ước tính các nhánh kênh miền tần số Ho, Hi,..., Hp.Ị.

92 Giáo trình Lộ trình phát trién thông tin di động 3G lên 4G

Máy phát -

- V i

IFFT (N điềm)

Chèn

CP

Kênh

hít)

Hi, Mu

ề »ế-

" V "

Tạp âm I 1 kĩ I

-4 >MJ

Máy thu

Ã',, .

Loại bỏ CP

FFT (N điểm)

ĩ

A', = W,A; + 11,

H„: Đáp ứng kênh đối với x„

rịt. Tạp â m tác động lên x„

Hình 3.8. Mô hình kênh OFDM trong miền tần số

Xo-

Xi,

Ho %

-MỄ) Ậ-H'ĩ n''"'

+ề -ế-

— Máy thu -

-><§> >*«

Hình 3.9. Mô hình kênh phái thu OFDM miền tần sổ với bộ cán bằng một nhánh

Các nhánh kênh miền tần số có thể được ước tính gián tiếp bàng

cách trước hết ước tính đáp ứng kênh xung kim sau đó tính toán Hk.

Tuy nhiên phương pháp nhanh hon là ước tính các nhánh kênh miền

tần số trực tiếp. Trong trường hợp này hệ thống chèn các ký hiệu tham

khảo (còn được gọi là các ký hiệu hoa tiêu) tại các khoảng thời gian

quy định trong lưới thời gian tần số của OFDM (hình 3.10). Do biết

trước được các ký hiệu tham khảo này nên máy thu có thể ước tính


kênh miền tần số xung quanh vị trí ký hiệu tham khảo. Các ký hiệu tham khảo phải có mật độ đủ lớn cả trong miền thời gian và miền tần số đê có thể đảm bảo các ước tính kênh cho toàn bộ lưới thời gian tần số ngay cả trong trường hợp các kênh vô tuyến bị phađinh chọn lọc tần số và thời gian cao.

/ / / / / / / / / 1 Ký hiệu tham kháo

Thời gian

Hình 3. ỉ0. Các ký hiệu tham kháo trên trục thời gian tần sổ

3.4. MẢ HÓA KÊNH VÀ PHÂN TẬP TẦN SÒ TRONG TRUYỀN ĐẢN OFDM Chất lượng kênh vô tuyến bị phađinh chọn lọc tần sổ luôn luôn

thay đổi trong miền tần số. Hình 3.1 la và b cho thấy sự phạ thuộc của chất lượng kênh vô tuyến (công suất tín hiệu thu hoặc tỷ số tín hiệu trên tạp âm) vào tần số cho trường hợp đơn sóng mang băng rộng (WCDMA chẳng hạn) (hình 3.1 la) và đa sóng mang (OFDM) (hình 3.1 lò). Trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang, mồi ký hiệu điều chế được truyền trên một băng thông rộng, trong đó do ánh hường cùa phađinh chọn lọc tần số băng thông này có thể bao gồm cả vùng tần số có chất lượng truyền dẫn cao và vùng tần số có chất lượng truyền dẫn thấp. Việc truyền dẫn thông tin trên một băng tần rộng gồm nhiều dải băng với chất lượng khác nhau này được gọi là phân tập tần số.

94 Giáo (rình Lộ trình phái triền thông tin di động 3G lẽn 4G

Trái lại trong trường hợp OFDM. mỗi ký hiệu chi được truyền

trên một băng thông hẹp. Vi thế một sổ ký hiệu có thế rơi vào vùng

tần số có chất lượng kênh rất thấp. Vì thế từng ký hiệu riêng le thông

thường sẽ không nhận được phân tập tần số ngay cả khi kênh mang tính chọn lọc tần số cao. Kết quá là tý lệ lồi bít cơ sỷ cùa truyền dẫn

OFDM trên kênh chọn lọc tần số tuông đối kém và kém hơn nhiều so

với tỷ số lỗi bít cơ sỷ trong trường họp truvền dẫn đơn sóng mang băng rộng.

Tuv nhiên trong thực tế mã hóa kênh được sứ dụng trong hầu hết

các hệ thống thông tin số nhất là trong trường hợp thông tin di động. Trong mã hóa kênh mồi bít thông tin được truyền phân tán trên nhiều

bít mã. Nếu sau đó các bít mã này thông qua các ký hiệu điều chế

được sáp xếp lên các sóng mang con và các sóng mang con này được phân bố họp lý trên toàn bộ băng thông truyền dẫn cùa tín hiệu OFDM (hình 3.1 le), thì mồi bít thông tin sẽ nhận được phân tập tần số (nghĩa

là mồi bít này được truyền trên các băng tần có chất lượng khác nhau

của kênh) mặc dù các sóng mang con và cá các bít mã không nhận

được phân tập tần số. Phân bố các bít mã trong miền tần số như

hình 3.1 le đôi khi được gọi là đan xen tần số. Đan xen tần số trong

trường hợp này giống như đan xen trong miền thời gian được sử dụng

kết họp với mã hóa kênh đế chóng phađinh thay đổi theo thời gian.

Như vậy, tương phản với truyền dẫn đơn sóng mang băng rộng, mã hóa kênh (kết hợp với đan xen tần số) là khâu quan trọng để truyền

dẫn OFDM nhận được ích lợi từ phân tập tần số trong kênh chọn lọc

tần số. Vì mã hóa kênh thường được sứ dụng trong thông tin di động

nên đây không phải là nhược điếm quá nghiêm trọng của OFDM,

ngoài ra cũng cần nhấn mạnh ràng ngay cá khi tỷ lệ mã khá cao hệ

thống vẫn nhận được một lượng phân tập tần số sẵn có.


a) Đơn sóng mang băng rộng

1(0 I L

3

b) Tin hiệu OFDM Các sóng mang con bị chát

lượng kênh rát xâu

•ro 3 Ư)

9> c •ộ Ũ

Tăn sô c) Mã hóa kênh két hợp với đan xen tân sô để cung cáp

phân tập tân sỗ cho truyẽn dẫn OFDM Mã hóa kênh

Tân số

b bít thông tin

Mã hóa Đan xen Điêu chẽ kênh —• tân số OFDM

c, c, c, ct Các bít mã Đan xen tăn số (sắp xép lẽn các sóng mang con)

Hình 3.11. Giải thích vai trò cùa mã hóa kênh trung OFDM

(Mã hóa kênh kết họp với đan xen tần số đế cung cấp

phân tập tần số cho truyền dẩn OFDM)

3.5. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ OFDM cơ SỞ Để sử dụng OFDM cho truyền dẫn trong thông tin di dộng, cần lựa chọn các thông sả cơ sở dưới đây:

- Khoáng cách giữa các sóng mang con Ai"

- Sả sóng mang con N cùng với khoảng cách giữa sóng mang con quyết định toàn bộ băng thông truyền dẫn của tín hiệu OFDM

- Độ dài CP: TCp. Cùng với khoảng cách giữa các sóng mang Af = l/TFfT, TCp quyết định độ dài ký hiệu OFDM: T = TCp+TFFT, hay

tốc độ ký hiệu OFDM.


3.5.1. Khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM Tồn tại hai tiêu chí cần cân nhắc trong việc chọn sóng mang con:

- Khoảng cách giữa các sóng mang con càng nhỏ càng tót ( T F F T

càng lớn càng tốt) để giảm thiểu tỷ lệ chi phí cho CP: T Cp/(T F F T +T C p)

- Khoảng cách giữa các sóng mang con quá nhỏ sẽ tăng sự nhạy cảm của truyền dẫn OFDM đối với trải Doppler

Khi truyền qua kênh phađinh vô tuyến, do trải Doppler lớn, kênh có thể thay đễi đáng kể trong đoạn lấy tương quan TFPT dẫn đến trực giao giữa các sóng mang bị mất và nhiễu giữa các sóng mang.

Trong thực tế, đại lượng nhiễu giữa các sóng mang có thể chấp nhận rất lớn tùy thuộc vào dịch vụ cần cung cấp và mức độ tín hiệu thu chịu được tạp âm và các nhân tố gây giảm cấp khác. Chẳng hạn tại biên của một ô lớn tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu có thể khá thấp khi tốc độ số liệu thấp. Vì thế một lượng nhỏ nhiễu bễ sung giữa các sóng mang con do trải Doppler có thể bỏ qua. Tuy nhiên trong các trường hợp tỷ số tạp âm cộng nhiễu cao chẳng hạn trong các ô nhỏ hay tại vị trí gần BS, khi cần cung cấp các tốc độ số liệu cao, cùng một lượng nhiễu giữa các sóng mang con như trên cũng có thể gây ảnh hưởng xẩu hơn nhiều.

Cần lưu ý rằng ngoài trải Doppler. nhiễu giữa các sóng mang con cũng xảy ra do hoạt động không chính xác của máy phát và máy thu như: các sai số tần số và tạp âm pha.

3.5.2. Số lượng các sóng mang con Sau khi đã chọn được khoáng cách giữa các sóng mang con theo

môi trường (dựa trên cân nhắc giữa trải Doppler và tán thời), số lượng các sóng mang con được xác định dựa trên băng thông khả dụng và phát xạ ngoài băng.

Chương 3: OFDMA và SC-FDMA CHU LTE 97

Độ rộng bâng tần cơ sở cùa tín hiệu OFDM bàng P.Af, nghĩa là số sóng mang con nhàn với khoảng cách giữa các sóng mang con. Tuy nhiên phổ của tín hiệu OFDM cơ sờ giám rất chậm bên ngoài độ rộng băng tần OFDM cơ sờ (hình 3.12). Lý do gây ra phát xạ ngoài băng lớn là việc sử dụng tạo dạng xung chữ nhật dợn đến các búp sóng bên giảm tương đối chậm. Tuy nhiên trong thục tế lọc hoặc tạo cửa sổ miền thời gian được sử dụng đế loại bỏ phần lớn các phát xạ ngoài băng cùa OFDM. Trong thực tế cần dành 10% băng tần cho băng bảo vệ đối với tín hiệu OFDM. Chẳng hạn nếu băng thông khả dụng là 5MHz thì độ rộng băng tần OFDM P.Af chi có thể vào khoảng 4,5MHz. Giả sử LTE sứ dụng khoáng cách giữa các sóng mang là 15kHz, thì điều này tương đương với vào khoảng 300 sóng mang con trong 5MHz.

30,0

Tân sô (MHz)

Hình 3.12. Phổ cùa tín hiệu OFDM cơ sở 5MHz

3.5.3. Độ dài CP về nguyên tắc, độ dài CP TCp phải bao phủ được độ dài cực đại

của tán thời dự tính có thể xảy ra. Tuy nhiên tăng độ dài CP mà không

98 Giảo trình Lộ trình phát triền thông tin di động 3G lên 4G

giảm A f dẫn đến tăng chi phí công suất cũng như băng thông. Mất

công suất dẫn đến kích thước ô giảm và hệ thống bị hạn chế nhiều hơn bởi công suất, vì thế cần có sự cân đổi giữa mất công suất cho CP và thiệt hại tín hiệu do tán thời không được CP bao phủ hết. Ngoài ra khi kích thước ô tăng tán thời tăng, nhưng khi kích thước ô vượt quá mụt giá trị nào đó cũng không nên tăng Tt-p. vì mất công suất có thể gây ảnh hưởng xấu lên tín hiệu nhiều hơn ảnh hướng của tán thời do không được phủ hết bởi CP.

Mụt lý do đế có thể phải sử dụng Ten dài hơn liên quan đến trường hợp truyền dẫn đa ô với việc sử dụng SFN (Single-Frequency Network: Mạng đơn tần) sẽ xét trong mục sau.

Như vậy để tối ưu hiệu năng đối với các môi trường khác nhau, mụt sổ hệ thống OFDM hỗ trợ nhiều đụ dài CP. Các đụ dài CP khác nhau này có thể được sử dụng trong các trường hợp sau:

- CP ngắn hơn trong các môi trường ô nhở đề giảm thiểu chi phí cho CP

- CP dài hơn trong các môi trường có tán thời rất lòn và đặc biệt trong trường hợp SFN

3.6. ẢNH HƯỞNG CỦA THAY ĐÓI MỨC CÔNG SUẤT TỨC THỜI

Mụt trong số các nhược điềm của truyền dẫn OFDM là sự biến đụng lớn trong công suất phát tức thời dẫn đến giảm hiệu suất bụ khuếch đại công suất và tiêu thụ công suất cùa đầu cuối di đụng cao hơn hoặc phải giảm công suất phát ra dẫn đến giảm cự ly phù sóng.

Nhiều phương pháp đã được đề xuất để giám giá trị đỉnh của tín hiệu OFDM:

- Dành trước tông. Dành trước mụt tập sóng mang con không sù dụng cho truyền dẫn số liệu. Các sóng mang con này được điều chế đê có thế triệt bó các giá trị đình lớn cùa toàn bụ tín hiệu OFDM và vì thế


có thể giảm khoảng lùi cùa bộ khuếch đại công suất. Nhược điểm của phương pháp dành trước tông là mất bâng thông do không thể sử dụng một số sóng mang con cho truyền dẫn số liệu. Ngoài ra tính toán phương pháp điều chế cho dành trước tông cũng rất phức tạp

- Xáo trộn chọn lọc. Chuồi bít sau mã hóa kênh được xáo trộn với các mã ngờu nhiên hóa. Sau đó mỗi chuồi được xáo trộn được điều chế OFDM, và tín hiệu có công suất đĩnh thấp nhất được chọn để phát. Sau giải điều chế OFDM tại phía thu, giải ngẫu nhiên (giải xáo trộn) và giải mã kênh được thực hiện cho tất cà các chuỗi ngẫu nhiên có thể có. Nhược điểm cùa phương pháp này là tăng độ phức tạp của máy thu vì phải thực hiện nhiều giải mã đồng thời.

3.7. SỬ DỤNG OFDM CHO GHÉP KÊNH VÀ ĐA TRUY NHẬP Hình 3.13 mô tả sử dụng OFDM cho đa truy nhập OFDM để có

thể truyền dẫn đồng thời các đến/từ các máy đờu cuối bằng phân chia tờn số. Phương pháp này được gọi là ghép kênh những người sử dụng cho đường xuống (từ trạm gốc đến các máy đờu cuối di động) và đa truy nhập cho đường lên (từ các máy đờu cuối di động đến trạm gốc).

Hình 3.13. OFDM được sử dụng cho sơ đồ ghép kênh/đa truy nhập

Trên đường xuống, OFDM được sử dụng làm sơ đồ ghép kênh những người sử dụng. Trong khoảng thời gian một ký hiệu OFDM, toàn bộ các sóng mang con khả dụng được chia thành các tập con khác

100 Giáo trình Lộ trình phái ỉriên thông tin di động 3G lên 4G

nhau và được gán cho những người sử dụng khác nhau đê truyên đến các đầu cuối khác nhau (hình 3.14.a).

Tuông tự trên đường lên, OFDM được sử dụng làm sơ đồ đa truy nhập. Trong khoảng thời gian một ký hiệu OFDM toàn bộ các sóng mang con khả dụng được chia thành các tập con khác nhau và được gán cho những người sử dụng khác nhau để truyền từ các đầu cuối khác nhau đến trạm gốc (hình 3.14b). Sơ đồ đa truy nhập đường lên sử dụng OFDM được gủi là đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) đối với đường từ MS đến BS.

Thông thường thuật ngữ OFDMA được sử dụng cho cả đường xuống và đường lên vì thế trong giáo trình này để đơn giản ta sẽ chi sử dụng thuật ngữ này cho hai đường.

Hình 3.13 giả thiết ràng các sóng mang con liên tiếp được sù dụng để truyền đến/từ máy di động đầu cuối. Tuy nhiên các tập con, sóng mang con được phân bố trên toàn bộ các sóng mang con khả dụng cũng được sứ dụng để truyền đến/từ các máy đầu cuối di động (hình 3.14). Lợi ích của các sơ đồ OFDM phân bổ là có thể nhận được phân tập tần số bổ sung trải rộng trên toàn băng thông rộng hơn cho từng đường truyền. a) Đường xuống b) Đường lẽn

Hình 3.14. Ghép kênh người sử dụng/OFDMA phân bố

Chương 3: OFDMA và SC-FDMA cua LTE 101

Trong trường hợp OFDMA được sử dụng cho đường lên. tín hiệu OFDM phát đi từ các đầu cuối di động khác nhau được ghép kênh theo tần số, điều quan trọng là các truyền dẫn từ các đầu cuối ở các vị trí khác nhau so với trạm gốc phải đến trạm gốc một cách đấng bộ theo thời gian. Đặc biệt là sự mất đấng bộ giữa các truyền dẫn từ các đầu cuối di động khác nhau tại trạm gốc phải nhỏ hơn độ dài CP để đảm bảo tính trực giao giữa các sóng mang con thu được từ các đầu cuối di động khác nhau để tránh nhiễu giữa những người sử dụng.

Do khác nhau về khoảng cách từ các đầu cuối di động đến trạm gốc và vì thế dẫn đến khác nhau về thời gian truyền lan (sự khác nhau có thể vượt xa độ dài CP), nên cần phải điều khiển định thời phát của từng đầu cuối (hình 3.15). Điều khiến định thời phát nhằm điều chinh định thời phát của từng đầu cuối di động để đảm bảo ràng các truyền dẫn đường lên được đấng bộ tại trạm gốc. Do thời gian truyền lan thay đổi khi đầu cuối di động chuyển động trong ô, điều khiển định thời phát phải là một quá trình tích cực, liên tục điều chỉnh định thời phát cho từng đầu cuối di động.

Hình 3.15. Điều khiển định thời phát đường lên

Ngay cả khi điều khiển định thời phát hoàn hào, vẫn luôn có một lượng nhiễu giữa các sóng mang con do sai số tần số. Trong trường hợp sai số tần số họp lý và trải Doppler nhỏ, nhiễu này thuấng tương đối nhỏ. Tuy nhiên điều này chi xảy ra khi coi ràng các sóng mang con khác nhau được thu tại trạm gốc với công suất gần như nhau. Trên

102 Giáo trình Lộ trình phái íriên thông tin di động 3G lên 4G

đường lên do khoảng cách giữa các đầu cuối di động đến trạm gốc khác nhau vì thế suy hao đường truyền của các đường truyền này cũng có thế rất khác nhau. Nếu hai đầu cuối phát cùng một công suất thì do khoảng cách khác nhau công suất tín hiệu thu tại trạm gốc từ hai đầu cuối này có thể rất khác nhau và vì thế tín hiệu thu từ trạm đầu cuối mạnh hem sẽ gây nhiễu đối với tín hiệu thu yếu hơn cho dù vẫn duy trì được trịc giao hoàn hảo giữa các sóng mang con. Đ ể tránh điều này cần phải thịc hiện điều khiển công suất phát của các đầu cuối ở một mức độ nhất định đối với OFDMA đường lên bàng cách giảm công suất của đầu cuối ở gần trạm gốc để đảm bảo công suất của các tín hiệu thu gần nhu nhau.

3.8. PHÁT QUẢNG BÁ VÀ ĐA PHƯƠNG TRONG NHIÊU ô V À OFDM Các dịch vụ quảng bá/đa phương trong hệ thống thông tin di động

cho phép cung cấp đồng thời thông tin cho nhiều đầu cuối di động. Các dịch vụ này thường được trải rộng trên một vùng rộng lớn chúa nhiều ô như hình 3.lóa. Thông tin quảng bá/đa phương có thể là một Video clip mới, thông tin về tình hình thời tiết địa phương, thông tin về thị trường chứng khoán tại một thời điểm cho trước và được nhiều người quan tâm.

Khi cần cung cấp cùng một thông tin cho nhiều đầu cuối di động trong cùng một ô, tiện lợi nhất là cung cấp thông tin này bằng cách sù dụng một đường truyền dẫn vô tuyến quảng bá cho toàn ô đồng thời đến tất cả các đầu cuối di động liên quan (hình 3.16b), chứ không nên phát thông tin này bằng các đường truyền dẫn riêng cho từng đầu cuối di động (truyền đơn phương, hình 3. Ì óc).

Phát quảng bá trên hình 3.16b phải được định cỡ để có thể đạt đến các đầu cuối di động thu yếu nhất bao gồm cả các đầu cuối tại biên ô.


Điều này dẫn đến chi phí tài nguyên khá cao (công suất máy phát trạm gốc đế có thế đạt được tốc độ số liệu dịch vụ cho trước). Một giải pháp cho vấn đề này là hạn chế tốc độ số liệu quáng bá để đảm bảo tỳ số tín hiệu trên tạp âm giới hạn chẳng hạn đổi với biên ô và đặc biệt là đối với các ô kích thước lớn. Một giải pháp khác cho phép duy trì tốc độ sổ liệu quàng bá cao là giám kích thước ô để tăng công suất thu tại biên ô. Nhưng điều này dẫn đến tăng sổ lượng ô để đám bảo vùng quảng bá cho trước và làm tăng giá thành triển khai hệ thống.

Hình 3.16. Phát quàng ba đa ó (a), đom ó (b) và phát đơn phương (c)

Trong trưừng hợp phát quảng bá đa ô, có thể tiết kiệm tài nguyên mà vẫn đảm bảo tốc độ số liệu nếu các đầu cuối di động tại biên ô sử dụng công suất thu từ truyền dẫn quảng bá của nhiều ô khi tách sỏng/giải m ã số liệu quảng bá. Vì thế có thế đạt được độ lợi công suất lớn, nếu các đầu cuối có thể thu đồng thừi và kết hợp các truyền dẫn quảng bá từ nhiều ô trước khi tách tín hiệu và giải mã. Phương pháp này


được gọi là kết hợp mềm các truyền dẫn quảng bá/đa phương từ nhiều ô và đã được ứng dụng cho MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service: dịch vụ quàng bá/đa phương đa phương tiện) trong WCDMA.

Trong trường hợp WCDMA. mỗi ô phát quảng bá trên đường xuống sù dụng một mã ngẫu nhiên riêng vi thế đầu cuối có thể nhận biết tín hiệu từng ô trong quá trình kết hợp mềm. Mễc dù kết hợp mềm

tăng đáng kể công suất thu cho các đầu cuối tại biên ô, tuy nhiên truyền dẫn quàng bá từ các ô khác nhau vẫn gây nhiễu cho nhau. Điều

này làm hạn chế tỳ số tín hiệu trên nhiễu và vì thế giới hạn tốc độ số liệu.

Một giải pháp để loại bỏ nhược điểm nói trên và cải thiện hơn nữa các dịch vụ quảng bá/đa phương trên mạng thông tin di động là đảm bào ràng các truyền dẫn quảng bá từ các ô khác nhau hoàn toàn giống

nhau và được phát đồng bộ theo thời gian. Trong trường hợp này các

truyền dẫn thu được từ các ô khác nhau nhìn tù đầu cuối di động thể hiện như một truyền dẫn duy nhất bị ảnh hường cùa truyền sóng đa đường (hình 3.17). Phát các tín hiệu giống nhau được đồng bộ theo

thời gian, đễc biệt là trong trường hợp cung cấp các dịch vụ quàng

bá/đa phương đôi khi được gọi là khai thác mạng đơn tần số (SFN: Single Frequency Network).

Nhìn tù dâu cuối di động: Tương đương nhau I 1

CỶB^) CZzZề LE Hình 3. ỉ 7. Tương đương giữa phát quàng bá đa ó

được đồng bộ và truyền sóng đa đường

Trong trường hợp truyền dẫn từ nhiều ô giống nhau và được đồng

bộ thời gian, "nhiễu giữa các ô" do các truyền dẫn trong các ô lân cận


xét từ đầu cuối sẽ được thay thế bằng tín hiệu bị hỏng do tán thời. Nếu truyền dẫn quảng bá sử dụng OFDM với CP bao phủ phần chính của tán thời, thì các tốc độ số liệu quảng bá chể bị giới hạn bởi tạp âm và điều này có nghĩa có thể đạt được tốc độ số liệu quảng bá rất cao đặc biệt là trong các ô nhó hơn. Ngoài ra khác với kết hợp mềm đa ô của WCDMA MBMS, máy thu OFDM không cần nhận dạng các ô khi kết hợp mềm, vì tất cả các truyền dẫn nằm trong giới hạn của CP sẽ được máy thu 'tự động' thu nhận (giống như trường hợp truyền sóng đa đường của một tín hiệu).

3.9. NGUYÊN LÝ TRUYỀN DÃN DFTS-OFDM

3.9.1. Sơ đồ khối hệ thống DFTS-OFDM Hình 3.18 cho thấy sơ đồ khối của hệ thống DFTS-OFDM và

OFDM tương ứng. Trên hình 3.18 và trong các phần sau ta sử dụng các ký hiệu sau đây:

X/. ký hiệu số liệu thứ p (p = 0,1 P-l) trong khối số liệu tại đầu vào bộ DFT của DFTS-OFDM

X : Mầu lĩ (n = 0,1,...,P-1) trong miền tần số cùa tín hiệu tại đầu ra của DFT

Xi: Sóng mang con thứ i (i = 0.1 N-Ị) được điều chế trong miền tần số tại đầu vào của bộ IFFT

X j : Sóng mang con thứ i (i = 0.1 N-l) của tín hiệu OFDM trong miền thời gian tại đầu ra cùa IFFT

Xj.It (m): Mầu m (m = 0,1 N-l) cùa tín hiệu OFDM tại đầu ra của bộ biến đổi từ song song vào nối tiếp (PS) tại thời điểm k (k là một số nguyên nằm trong khoảng từ -00 đến 00).

http://Xj.It


2 Q LỊ.

ỉ ừ) t 5

c o o •to o ũ ra

CL c m (5 X E

Sáp

song

OI

c O) .ra

c JD •o to â

n

Q. ũ l ũ

X và

í sắp

con

•ro OI 3

man

ị I — E

'•cu

9 •o Q_

^3.

>ỉ úi Q Ì 1

Cộng

CP

và p/

s Ì

IFFT

N di

êm

í Ì

c o 5 •rô o ũ ra Q. c

1» ro >< E

Sắp

sóng

Ì Q ụ. o s

o. rr Ì s h-i -I Ị > 5 o i> V _ c iQJ Oi

9 z Ì Ui o <0

~ Ì I § ề Ì Ui

ũ. á.

±- ũ)

•>> ai

c

ỊP 'O

Ị ỉ

00

-5 s

3.9.2. Máy phát DFTS-OFDM Máy phát DFTS-0FDM biến đổi tín hiệu nhị phân thành một dãy sóng mang được điều chế. Để vậy nó thực hiện các thao tác xử lý tín hiệu như hình 3.18. Xử lý tín hiệu được thực hiện theo từng khối ký


hiệu điều chế. M ỗ i khối bao gồm p ký hiệu trong đó mỗi ký hiệu có độ dài T s m o d . Vậy một khối là một khoảng thời gian Ts n l 0 I j .P. Tại đầu vào cùa máy phát, bộ điều chế băng gốc biến đối đầu vào nhị phân thành một chuồi nhiều mức các số phức và nhóm chủng thành các

khối ký hiệu ịxr} (p = 0,1 P-l) có khuôn dạng cùa một trong số

các sơ đồ điều chế sau: BIT/SK. ỌPSK. 16QAM hoặc 6 4 Ọ A M trong đó p là số sóng mang con mà hệ thống OFDM dành cho máy đầu cuối. Hệ thống thực hiện thích ứng điều chế và vì thế tốc độ bít truyền dấn sẽ phù hợp với điều kiện kênh hiện thời cùa máy đầu cuối. Bước thứ nhất trong quá trình điều chế DSTF-OFDM là thực hiện biến đối Fourier rời rạc (DFT: Discrete Fourier Transíbrm) kích thước p đế tạo

ra thể hiện miền tần sổ Ịx n | của các ký hiệu đầu vào. trong đó

n = 0,1, . . . , P-l và P<N. Sau đó tập sóng mang con được điều chế

đuợc kết hợp với N-P sóng mang con rồng (bằng không) để được tập

sóng mang con được điều chế miền tần số { x , } ( i = 0,1 N - l ) đưa

lên đầu vào bộ IFFT. Sau IFFT ta được tập các sóng mang con được điều chế |Xj} trong miền thời gian tại đầu ra cùa IFFT. Khi này mồi X, (i = 0,1 N - l ) điều chế một tần sổ. Sau bộ biến đối nối tiếp thành

song song (S/P) ta được các mấu cua tín hiệu OFDM x(m). Sau đó tín hiệu OFDM sẽ điều chế một sóng mang và tất cả các ký hiệu được điều chế sẽ được truyền lần lượt. Giống như OFDM, giá trị của N là một sổ lũy thừa hai (N = 2k trong đó k là một số nguyên) để có thể xử lý FFT theo cơ số hai với độ phức tạp thấp và p = N/Q là một ước số nguyên cùa N . Q được gọi là thừa số trải rộng băng tần của chuồi ký hiệu. Nếu tất cá các đầu cuối đều phát p ký hiệu trên một khối, thì hệ thống có thể xử lý đồng thời ọ cuộc truyền dấn đồng thời mà không bị nhiễu đồng kênh (CCI: Co-Channel Interíerence). Máy phát thực. hiện hai quá trình xử lý tín hiệu nữa trước khi phát. N ỏ chèn một tập ký hiệu với tên gọi là CP (Cyclic Preíix) đóng vai trò thời gian bảo vệ để

ngăn chặn nhiễu giữa các khối ( IBI : Inter-block Interíerence) do


truyền đa đường. Máy phát cũng thực hiện lọc tuyến tính (được gọi là tạo dạng xung) đế giám nâng lượng ngoài băng. Tống quát, CP là copy phần cuối cùa khối và đặt vào phần đầu của khối. Việc sử dụng nó cỏ hai lý do. Trước hết nó đóng vai trò khoảng bảo vệ giữa hai khối liền kề. Nếu để dài của CP lớn hon trải trễ cực đại của kênh, thì sẽ

không có IBI . Thứ hai nó cho phép chuyển đối tích chập tuyến tính rời rạc thời gian vào tích chập dịch vòng rời rạc thời gian. Vì thế sổ liệu phát qua kênh có thể được mô hình như tích chập vòng giữa đáp ứng xung kim và khối số liệu được truyền, mà trong miền tần số là nhân theo từng điểm của các mẫu DFT. Khi này để loại bỏ méo kênh, tại máy thu ta chỉ cần chia DFT cùa tín hiệu thu cho DFT của đáp ứng xung kim theo từng điểm hoặc có thể sù dụng kỹ thuật cân bằng miền tần số phức tạp hơn.

Trên hình 3.18 ta thấy sự khác nhau giữa DFTS-OFDM (hình 3.18a) và OFDM (hình 3.18b) chỉ ở chỗ DFTS-OFDM sử dụng thêm DFT tại phía phát và IDFT tại phía thu. Chính vì thế đôi khi DFTS-OFDM có tên gọi là DFT spread OFDM (OFDM được trải phổ bằng DTF) hay điều chế OFDM được mã hóa trước.

Nếu kích thước p của DFT bàng kích thước N cùa IFFT thì các khối DFT và IFFT trên hình 3.18a sẽ loại trừ nhau. Tuy nhiên nếu

P<N và các đầu vào IFFT còn lại được đặt vào không thì tín hiệu đầu ra IFFT sẽ là mểt tín hiệu có thuểc tính "đơn sóng mang", nghĩa là

mểt tín hiệu có thay đổi công suất ít và băng thông phụ thuểc vào p. Nếu ta coi rằng tần số lấy mẫu tại đầu ra của ÍFFT là f s thì băng thông

chuẩn cùa tín hiệu phát sẽ bàng B = P/Nxf s . Vì thế nếu thay đổi kích

thước p của khối, thì băng thông tức thời của tín hiệu phát sẽ thay đổi. Điều này cho phép ấn định băng thông linh hoạt. Ngoài ra bằng cách chuyển dịch các đầu vào IFFT theo cách sắp xếp đầu ra DFT, ta có thê dịch tín hiệu phát trong miền tần số. Đẻ nhận được mức để linh hoạt cao theo băng thông tức thời được xác định theo kích thước p cùa


DTF. thông thường ta không thể đám bảo p = 2k với k là một số nguyên. Tuy nhiên chừng nào còn có thể biếu diễn p như là tích của các số nguyên tố nhỏ. DFT vẫn có thể xử lý FFT không theo cơ số 2 với độ phức tạp thấp. Chẳng hạn DFT kích thước p = 144 cỏ thế đưằc thực hiện bằng cách kết hằp xử lý FFT theo cơ số 2 và cơ số 3 (32.24).

Lằi ích trước hết của DFTS-OFDM so với sơ đồ truyền dần đa sóng mang như OFDM là giám mức độ thay đối còng suất phát tức thời hay PAPR và nhờ thế tăng hiệu suất bộ khuếch đại công suất. Lằi ích này đưằc mô tả trên hình 3.19. Hình 3.19 cho thấy phân bố PAPR của DFTS-OFDM và OFDM thông thường. PAPR đưằc định nghĩa như là tỷ số giữa công suất tín hiệu đỉnh trong một khối IFFT (một ký hiệu OFDM) và công suất tín hiệu trung bình.

1

Ít 0,1

•V ỉ X ỉ

>. V X ỉ N \ í N

\ ỉ x

\ ! n

\ ĩ v

\L *

\ s

-V»DF-\

rs-OFD * \ OFDM

I \ 1 \

\

V

1 \

\

V

V \\ \\

\\

V 5 6 7 5 9 1 0 1 1

X, dB

Sô đo thành phân lập phường (CM: Cubic Metric): - OFDM: 3,4dB - DFTS-OFDM (QPSK): 1,0dB - DFTS-OFDM (16QAM): 1,8dB

Hình 3.19. Phán bố PAPR đối với OFDM và DFTS-OFDM (Đường liền nét: QPSK; đường đứt nét: I6QAM)


Từ hình 3.19 ta thấy PAPR của DFTS-OFDM thấp hơn nhiều so

với OFDM thông thường. Trong trường hợp điều chế 16QAM, PAPR

của DFTS-OFDM hơi tăng. Trái lại đối với OFDM PAPR ít phụ thuộc vào sơ đồ điều chế hơn. Ta có thể giải thích điều này như sau: Tín hiệu OFDM phát là tống cùa rất nhiều sóng mang con được điều chế

độc lập, vì thế công suất tức thời có phân bử gần như hàm mũ không

phụ thuộc vào sơ đồ điều chế áp dụng cho các sóng mang con khác nhau.

Mặc dù PAPR có thể được sử dụng để mô tả định tính sự khác nhau về biến động công suất giữa các sơ đồ truyền dẫn khác nhau, nhưng nó chưa phái là số đo tốt đế đánh giá định lượng ảnh hưởng cùa sụ biến động công suất lên độ lùi cần thiết cùa bộ khuếch đại công suất. Số đo tốt hơn về ảnh hướng này cũng như ảnh hưởng lên hiệu suất cùa bộ khuếch đại công suất là số đo thành phần lập phương (CM: Cubic Metric). CM là số đo về đại lượng lùi cần thiết đối với một dạng sóng của tín hiệu cho trước so với lượng lùi cần thiết cùa

dạng sóng tín hiệu chuẩn. Hình 3.19 cho thấy CM (được cho bên phải hình vẽ) có cùng xu thế như PAPR. Tuy nhiên sự khác nhau về CM

nhỏ hơn sụ khác nhau về PAPR.

3.9.3. Máy thu DFTS-OFDM

Nguyên lý hoạt động của máy thu DFTS-OFDM được cho ớ phần dưới của hình 3.18a. về cơ bán, máy thu thực hiện các xử lý tín hiệu ngược so với máy phát. Trước hết xử lý FFT kích thước N được thực hiện. tiếp theo loại bỏ các mẫu tần sử không liên quan đến tín hiệu cần thu, cuối cùng xù lý DTF ngược kích thước p.

Trong trường họp lý tưởng nếu không xảy ra hỏng tín hiệu do kênh vô tuyến, giải điều chế DFTS-OFDM sẽ khôi phục lại hoàn hảo khối các ký hiệu được truyền. Tuy nhiên trong trường hợp tán thời gây ra do kênh vô tuyến bị phađinh chọn lọc tần số, tín hiệu DFTS-OFDM sẽ bị hóng bới "tự nhiễu". Ta có thể hiểu điều này như sau:


Vì là tín hiệu đơn sóng mang băng rộng. tín hiệu trải phổ cùa DFTS-OFDM sẽ bị hóng trong trường hợp kênh tán thời.

Nếu kênh là chọn lọc tần số trên băng tần cùa DFT. thì DFT đảo tại máy thu không thề khôi phục đúng khối các ký hiệu phát gốc.

Vì thế đối với DFTS ta cần sử dụng bộ cân bàng để bù trừ tính chọn lọc tần số cùa kênh. Máy thu DFTS-OFDM sẫ dụng bộ cân bằng miền tần sổ tuyến tính ít phẫc tạp hơn để bù trừ tính chọn lọc tần số của kênh. Nguyên lý bộ cân bàng miền tần số được cho trên hình 3.20.

Sau FFT, trong N mẫu tần số của tín hiệu sẽ chỉ có p sóng mang con cần thu được lấy ra và được đưa lên đầu vào của bộ cân bàng miền tần số. Sau đó các mẫu này được cân bang bởi bộ lọc miền lần sổ có nhiều nhánh lọc có các trọng số w0, W| Wp tương ẫng như hình 3.20. Sau đó tín hiệu sau cân bàng được chuyến ngược lại miền thời gian bởi IDTF kích thước p (xem hình 3.18a).

w ± Ã

w,

f,_ w N..-I

Y,.

Ì Ỷ,

Hình 3.20. Bộ cán bằng miền tần số tuyến tinh cho DFTS-OFDM

Các trọng số của các nhánh lọc w0, W|,...,Wp.| có thế được xác định trước hết bởi các đáp ẫng xung kim của bộ lọc miền thời gian MMSE tương ẫng sau đó chuyển vào miền tần số bằng DFT. Tuy

112 Giáo trình Lộ trình phái Irién thông Un di động 3G lên 4G

nhiên bộ lọc miền thời gian MMSE có thể rất phức tạp nhất là khi số nhánh trễ cần lớn do tín hiệu truyền dẫn băng rộng. Tuy nhiên việc chèn CP cho phép loại bỏ ngay từ đầu nhiễu ISI do chồng lấn giảa hai ký hiệu và vì thế trọng số nhánh lọc có thể được tính như sau:

w,=- f (3.12) \fỉ,\+p»

trong đó Hi là mẫu cùa đáp ứng tần số tại fj và PN là công suất tạp âm. So với bộ cân bằng miền thời gian thi bộ cân bằng miền tần số

đơn giản hơn nhiều nhất là khi độ dài bộ cân bàng lớn. Đây chính là lý do mà bộ cân bằng miền tần số được chọn cho DFTS-OFDM.

Nhược điểm chính của chèn CP là phải chi phí thêm băng thông và công suất không cần thiết cho CP.

3.9.4. DFTS-OFDM vói tạo dạng phổ Tín hiệu DFTS-OFDM được tạo ra trong các phần trước đây là tín

hiệu có phổ dạng hình chả nhật. Để giảm hơn nảa sự biến thiên của tín hiệu DFTS-OFDM, ta có thể thực hiện tạo dạng phổ thích hợp cho tín hiệu này. Sơ đồ tạo dạng phổ cho DFTS-OFDM được mô tả trên hình 3.21. Sau xử lý DFT kích thước p cho các ký hiệu điều chế, tín hiệu được định kỳ trải rộng trong miền tần số. Sau đó quá trình tạo dạng phổ được thực hiện bằng cách nhân các mẫu tần số với hàm tạo dạng phổ, chẳng hạn hàm cosin tăng căn bậc hai (mật độ phổ công suất có dạng cosin tăng) được biểu diễn như sau:

ị 7tai\

ÍT /(Ó-án cos :

71 — Ì _4« ' (3.13)

r trong đó T là thời gian ký hiệu và thông số a (0 < oe < 1) là hệ sổ độ dốc.

Chương 3: OFDMA và SC-PDMA cua LTE 113

Sau đó tín hiệu này được đưa lên bộ IFFT.

DFT (P)

Trài rộng băng thông

IFFT (N) CP DÁC _xịt)

Trải rộng băng thông Tạo dạng phổ

Hình 3.21. DFTS-OFDM với tạo dạng phổ miền tần số

1

0,1

0.01

0,001

V

DFT 3-OFDÍ/l \

\/ ị \ c FDM

Ị ị \ c FDM

<x=0|2 -ị Ịot=o,i; V

0 ị

8 X, dB

10 11 12

Số đo thành phần lặp phương (CM: Cubic Metric): - OFDM: 3,4 dB - DFTS-OFDM (a=0): 1,0dB - DFTS-OFDM (ct=0,l5): 0,8đB - DFTS-OFDM (a=0,22): 0.45dB

Hình 3.22. Phân bo PAPR và sô đo thành phần lập phương

đoi với DFTS-OFDM có tạo dạng phô


Hình 3.22 cho thấy tạo dạng phổ cho phép giảm hơn nữa sự biến

đối công suất của tín hiệu phát nhờ vậy đạt được hiệu suất bộ khuếch

đại công suất cao hơn. Tuy nhiên cái giá phái trả cho tạo dạng phổ là

việc giảm hiệu suất sử dụng phố tần do phố trị nên rộng hon. Chẳng

hạn khi hệ số dốc của bộ lọc cosin tăng (V = 0.22 có nghĩa là băng

thông tăng thêm 22% so vịi không tạo dạng phố. Vì thế tạo dạng phổ

chi áp dụng cho các trường hợp bị hạn chế công suất khi công suất

phát chứ không phải phổ là tài nguyên quý hiếm. Khi này việc giảm

thay đổi công suất phát nhờ tạo dạng phổ cho phép cải thiện cự ly

đường lên.

3.10. TỎNG QUAN SC-FDMA

Trong các ứng dụng thông tin di động, OFDMA có un điểm rất

lịn về khả năng đề kháng đối vịi ảnh hường cùa truyền tín hiệu đa

đường. Khả năng đề kháng này đạt được nhờ việc hệ thống OFDM

phát thông tin trên N sóng mang con băng hẹp trực giao vịi mỗi sóng

mang con hoạt động tại tốc độ bít chỉ bằng Ì ỈN tốc độ bít cùa thông tin

cần truyền. Tuy nhiên dạng sóng OFDM thể hiện sự thăng giáng

đường bao rất lịn dẫn đến PAPR cao. Tín hiệu vịi PAPR cao đòi hỏi

các bộ khuếch đại công suất cỏ tính tuyển tính cao để tránh làm méo

tín hiệu. Đẻ đạt được mức độ tuyến tính này, bộ khuếch đại phải làm

việc ở chế độ công tác vịi độ lùi (so vịi điểm bão hòa) cao. Điều này

dẫn đến hiệu suất sử dụng công suất (tỷ số công suất phát vịi công

suất tiêu thụ một chiều) thấp vì thế đặc biệt ánh hưởng đối vịi các

thiết bị cầm tay. Một vấn đề khác gặp phải ở OFDMA trong các hệ

thống thông tin di động là cần dịch các tần số tham khảo đối vịi các

đầu cuối phát đồng thời. Dịch tần phá hỏng tính trực giao cùa các cuộc

truyền dẫn đến nhiễu đa truy nhập.


Để khắc phục nhược điểm này. 3GPP đã nghiên cứu sử dụng phương pháp đa truy nhập đường lên sử dụng DFTS-OFDM với tên gọi là SC-FDMA và áp dụng cho LTE. Giống như trong OFDMA, các máy phát trong hệ thống SC-FDMA sử dụng các tần sổ trực giao khác nhau (các sóng mang con) để phát đi các ký hiệu thông tin. Tuy nhiên các ký hiệu này được phát đi lần lượt chứ không phải song song. Vì thế không như OFDMA, cách sắp xếp này làm giảm đáng kể sự thăng giáng cộa đường bao tín hiệu cộa dạng sóng phát. Vì thế các tín hiệu SC-FDMA có PAPR thấp hơn các tín hiệu OFDMA. Tuy nhiên trong các hệ thống thông tin di động bị ảnh hưởng cùa truyền dẫn đa đường, SC-FDMA được thu tại BTS bị nhiễu giữa các ký hiệu khá lớn. BTS sử dụng bộ cân bàng thích ứng miền tần số để loại bỏ nhiễu này. Cách tổ chức này phù hợp cho các hệ thống thông tin di động, nó cho phép giảm yêu cầu đối với khuếch đại tuyến tính trong máy cầm tay với trả giá bàng bộ cân bàng thích ứng miền tần số phức tạp trong BTS. Hình 3.23 mô tả nguyên lý SC-FDMA.

Hình 3.23a mô tả trường hợp đa truy nhập cộa hai đầu cuối được ấn định băng thông bàng nhau (có cùng P), còn hình 3.23b mô tả trường hợp đa truy nhập cùa hai đầu cuối được ấn định băng thông khác nhau.

Bằng cách dịch các đầu ra cùa DFT đến các đầu vào thích họp cộa IFFT, hệ thống có thể phát tín hiệu vào đúng vị trí miền tần số được quy định theo lập biểu.


Hình 3.24 cho thấy sự khác nhau trong quá trình truyền các ký hiệu số liệu theo thời gian. Trên hình này ta coi mồi người sử dụng được phân 4 sóng mang con (P = 4) với băng thông con bàng 15kHz, trong đó mồi ký hiệu OFDMA hoặc SC-FDMA truyền 4 ký hiệu số liệu được điều chế QPSK cho mồi người sử dụng. Hình 3.24 bên trái cho thấy đối với OFDMA 4 ký hiệu sổ liệu này được truyền đồng thời với băng tần con cho mỗi ký hiệu là 15kHz trong khoảng thời gian hiệu dụng TPFT của mẹt ký hiệu OFDMA, trong khi đó đổi với SC-FDMA, 4 ký hiệu sổ liệu này được truyền lần lượt trong khoảng thời gian bàng l/p (P = 4) thời gian hiệu dụng ký hiệu SC-FDMA với băng tần con bàng Pxl5kHz (4x15 Hz) cho mỗi ký hiệu.

OFDMA SC-RỌMA Môi ký hiệu số liệu chiêm 15kHz trong toàn Môi ký hiệu sô liệu chiêm Px15kHz trọng thời

bẹ thời gian hiẹu dụng ký hiệu OFDMA gian bằng 1/P thời gian hiệu dụng ký hiệu SC-FDMA (P=4)

PSD: Mật đẹ phố công suãt CP: Tiên tô chu trình TFFT: Thời gian hiệu dụng ký hiệu OFDMA

Hình 3.24. Ví dụ minh họa sự khác nhau trong việc truyền

các ký hiệu số liệu theo thời gian đối với OFMA và SC-FDMA:

OFDMA truyền các ký hiệu sổ liệu đồng thời còn SC-FDMA truyền các ký hiệu so liệu lân lượt


Giống như OFDMA, thông lượng SC-FDMA phụ thuộc vào cách sắp đặt các ký hiệu thông tin lên các sóng mang con. Có hai cách phân lô các sóng mang con giữa các máy đầu cuối. Trong SC-FDMA nội vùng (LFDMA: Locallized SC-FDMA) hay còn được gọi là DFTS-OFDM nội vùng (Locallized DTFS-OFDM), mồi đầu cuối sử dụng một tập sóng mang con liền kề để phát đi ký hiệu của mình. Vì thế băng thông truyền dẫn LFDMA bàng một phần băng thông hệ thống. Trong SC-FDMA phân bỗ (DFDMA: Distributed FDMA) hay còn gọi là DTFS-OFDM phân bố (Distributed DFTS-OFDM), các sóng mang dành cho một đầu cuối được phân bố trên toàn bộ bâng tần tín hiệu. Một phương án của SC-FDMA phân bố được gọi là SC-FDMA đan xen (IFDMA: Interleaved SC-FDMA), trong đó các sóng mang con được chiếm bởi một đầu cuối cách đều nhau và các sóng mang con giữa chúng để rồng dành cho các đầu cuối khác. Hình 3.25 cho thấy hai cách sắp xếp nói trên, trong đó có ba đầu cuối, mỗi đầu cuối phát đi các ký hiệu trên bốn sóng mang con trong một hệ thống có 12 sóng mang con. Trên hình 3.25a, trong cách sắp xếp IFDMA đầu cuối Ì sử dụng các sóng mang con 0, 3, 6 và 9 còn trong các sắp xếp LFDMA (hình 3.25b) đầu cuối Ì sử dụng các sóng mang con 0, 1,2, 3.

a) Chế độ phân bố (IFDMA)

Các sóng mang con

Đầu cuối 1 Đàu cuối 2

b) Chế độ khoanh vùng (LFDMA) VTTV

Các sóng mang con

Đầu cuối 3

Hình 3.25. Các phương pháp ấn định sóng mang con cho nhiều người sử dụng

Hình 3.26 cho thấy sơ đồ thực hiện sắp xếp LFDMA và IFDMA.


a) LFDMA b) IFDMA

DFI (P)

p=5

0 <

DFI (P)

p=5

IFFT (N)

oa —

-¥

oe -3

IFFT (N)

Hình 3.26. Sơ đồ sắp xếp: a) LFDMA và b) IFDMA

Xét về khả nâng đề kháng đối với lỗi truyền dẫn (điều này ảnh hưởng lên thông lượng). SC-FDMA phân bố có khả năng đề kháng phađinh chọn lọc tần số tốt hơn SC-FDMA nội vùng vì thông tin cần truyền được trải rộng trên toàn bộ băng tần tín hiệu. Do vậy nó sẽ cung cấp khả năng phân tập tần số. Trái lại LFDMA cho phép đạt được phân tập đa người sử dừng khi xảy ra phađinh chọn lọc tần sổ nếu nó ấn định cho từng người sử dừng phần băng tần trong đó người sử dừng này có đặc trưng truyền dẫn tốt nhất (độ lợi kênh cao). Phân tập đa người sứ dừng dựa trên việc phađinh độc lập đối với các máy phát khác nhau. Hệ thống cũng cẩn có bộ lập biểu theo kênh (CDS: Channel Dependent Scheduler) cho các sóng mang. CDS đòi hỏi hệ thống giám sát chất lượng kênh truyền phừ thuộc tần số cho từng đầu cuối và thích ứng ấn định sóng mang con để thay đổi đáp ứng tần số kênh của tất cả các đầu cuối.

3.11. SẮP XÉP SÓNG MANG CON SC-FDMA Một sổ phương pháp được sử dừng để sắp xếp các ký hiệu truyền

dẫn Xp lên các sóng mang con của SC-FDMA có thể được sử dừng. Các phương pháp này được chia thành phân bố và nội vùng như đã minh họa trên hình 3.26. Trong chế độ sấp xếp sóng mang con phân


bố, các đầu ra của DFT được đặt trên toàn bộ băng thông với 0 được chèn vào vị trí các sóng mang con không được sử dụng. Như đã nói ở trên, IFDMA (SC-FDMA đan xen) là một trường hợp đặc biệt quan trọng cùa SC-FDMA phân bổ (DFDMA). Trái với IFDMA, trong LFDMA (SC-FDMA nội vùng) đầu ra của DFT được đặt lên các sóng mang con liên tục, vì thế nó sẽ chiếm một đoạn cùa toàr bộ băng thông. Các phương pháp sấp xếp còn được chia thành tĩnh và lập biểu theo kênh (CDS: Channel Dependent Scheduling). CDS ấn định các sóng mang con cho người sử dụng tùy thuộc vào đáp ứng kê.ih đối với người sử dụng. Đối với phuơng pháp thứ nhất, sấp xếp sóng mang con phân bố cung cấp phân tập tần số, bởi vì phổ cùa tín hiệu cần truyền được trải rộng trên toàn bộ băng thông. Với sấp xép phân bố, CDS cài thiện thêm hiệu năng. Trái lại CDS rất quan trọng đối với sấp xếp sóng mang con nội vùng vì nỏ cải thiện đáng kể phân tập đa người sử dụng như đã nói ở trên.

Xo Xi Xỉ *3

r DFT

X, * *

X " = Ị Ị X

p=0

e p ,p = 4

N=QxP 12=3x4

N=QxP

^1 IFDMA} Xo 0 0 Xi 0 ũ X2 ũ 0 0 0

\.LFPMA } Xo X i Xa 0 0 0 0 0 0 0 0

—•

N: Tống số sóng mang con; P: Kích thước khối số liệu; Q: Thửa số trái rộng bâng thông.

Hình 3.27. ví dụ về các ký hiệu truyền dẫn cùa SC-FDMA trong miền tần sổ đối với p = 4, Q = 3,N = 12


Cho đến nay ta chi đề cập tổng quát việc sắp xếp p ký hiệu trong mồi khối lên N>p các sóng mang con truyền dẫn. Tuy nhiên với N = 256 trong các hệ thống thực tế. số khá năng sắp xếp có thể có quá lớn đổi với các giải thuật lập biếu thực tế. Để giảm mức độ phức tạp sắp xếp, các sóng mang con được nhóm thành các ctnmk (khúc) và tất cả các sóng mang con trong cùng một chunk được ấn đỗnh đồng thời. Chẳng hạn 256 sóng mang con có thể chia thành 32 chunk, trong đó mỗi chunk có 8 sóng mang con hay 16 chunk với mỗi chunk có 16 sóng mang con. Hình 3.27 cho thấy một ví dụ về quá trình xử lý số cho các ký hiệu truyền dẫn của SC-FDMA trong miền tần sổ đối với P = 4,Q = 3 v à N = 12.

3.12. TRÌNH BÀY TÍN HIỆU TRONG MIÊN THỜI GIAN

3.12.1. Trình bày tín hiệu IFDMA trong miền thòi gian Ta có thể biểu diễn tín hiệu IFDMA trong miền thời gian nhu sau:

N-l J - " 7 r m

x(m) = xx,e N (3.14) 1=0

trong đó: ÍXn ,i = Q.n ( 0 < n < P - l ) ( 3 1 5 )

' [0 , nếu khác

m = p.q+p; N = Q.p ; 0 < q < Q-l; 0 < p < P-l (3.16)

Để hiểu được ba phương trình trên, ta xét ví dụ trong đó N = 12, Q = 3 p = 4. Đây là ví dụ trong dó kích thước FFT là 12 với tông sô sóng mang con bàng 12. có ba người sử dụng với mồi người sử dụng được cấp phát bốn sóng mang con cho bốn ký hiệu điều chế đầu vào (xem hình 3.27). Từ phương trình (3.15):

Xi = o = X n=o, Xi=3 = X„=hXi= 6 = X n = 2 và Xj=9 = xn= 3;


Sừ dụng (3.16), ta có thể biến đổi phương trình (3.14) như sau:

N-l i2»—m P-Ị |2»-%I £4 j2n£<Pi|+pl

x(m) = XX.e =sv - Z v í3-17) 1=0 11=0 n-0

Với q = 0 ta được:

x(m)= = XP í3-18)

Từ phương trình (3.17) và (3.18) ta thấy sự phụ thuộc của tín hiệu sau biến đổi IFFT theo thời gian không khác gì tín hiệu đầu vào (Xp). Hình 3.28 minh họa truyền dẫn các ký hiệu IFDMA theo thời gian. Từ hình này ta thấy các ký hiệu được truyền lần lượt theo thời gian. khác với OFDM các ký hiệu được truyền đồng thời theo thời gian.

3.12.2. Trình bày tín hiệu LFDMA trong miền thòi gian Tương tự nhu trên ta có thể biểu diằn tín hiệu LFDMA trong

miền thời gian như sau: , j_

(3.19)

(3.20) 0 , nếu khác

m = Q.p+q; N = Q.P; 0<q<Ọ-l;0<p<P-l (3.21)

Để hiểu được ba phương trình trên. ta xét ví dụ trong đó N = 12, Q = 3, p = 4. Đây là ví dụ trong dó kích thước FFT là 12 với tổng số sóng mang con bằng 12. có ba nguôi sử dụng với mỗi người sử dụng được cấp phát bốn sóng mang con cho bổn ký hiệu điều chế đầu vào (xem hình 3.27). Ta xét ví dụ cho người sử dụng thứ nhất với q = 0. Từ phương trình (3.19) và (3.20):

Xj=o = Xn = 0, Xj= I = x„= I, Xj = 2 = x„ = 2 và Xj = 3 = Xn = 3; m = Q.p

Chương 3: OFDMA và SC-FDMA cua LTE 1 2 3

Sử dụng (3.21). ta cỏ thể viết lại phương trình (3.19) như sau:

t h i J-"T7ln l ĩ * — ni

X(m)-£x,e " = £x„e 1=0 n.1)

11=0 n=0

= Xp (3.22)

Từ phương trinh (3.21) ta thấy trong trường hợp q = 0. tín hiệu đầu ra L FDMA giống như tín hiệu đầu vào.

Đ ổ i với trường hợp q*0 ta nhận được phương trình biểu diễn tín hiệu đầu ra IFFT trong miền thời gian như sau:

*« = ẳc^Jfr (3-23)

trong đó *m là giá trứ xen giữa các ký hiệu Xp (xem hình 3.28), Cp.m là trọng số phức.

Như vậy trong trường hợp LFDMA các ký hiệu cũng được truyền lân lượt. Đây chính là lý do tại sao ở SC-FDMA PAPR thấp hơn ờ OFDM.

Hình 3.28 cho thấy truyền dẫn ký hiệu SC-FDMA trong miền thời gian cho trường hợp N = 12, Q = 3 và p = 4. Đ ổ i với IFDMA, các ký hiệu thời gian chi là lặp lại của các ký hiệu đầu vào gốc với quay pha hệ thống được áp dụng cho từng ký hiệu trong miền thời gian. Vì thế PAPR cùa tín hiệu SC-FDMA giống như truờng hợp tín hiệu đơn sóng mang thông thường. Trong trường hợp LFDMA, tín hiệu thời gian là các bản sao chính xác cùa các ký hiệu thời gian đầu vào trong p vứ trí lấy mẫu. N-P mẫu còn lại là tống có trọng số cùa tất cá các ký hiệu trong khối vào. Hình 3.28 cho thấy ví dụ của các tín hiệu chiếm chunk bao gồm cả sóng mang không.


(vi Xo Xi x 2 x 3

I Ì {*< m)|FDMA} Xo Xi x 2 x 3 Xo Xi X2 X3 Xo Xi X2 X3

Ị x ( m ) L F D M A Ị Xo *0 *1 Xi *2 * 3 Xỉ *4 * 5

x3 *7

*m = £ c „ „ .xp, c p „, là trọng số phức T h ở i 9i a n

Hình 3.28. Ví dụ về các ký hiệu truyền dẫn SC-FDMA trong miền thời gian

Hình 3.29 cho thấy biên độ của các ký hiệu SC-FDMA cho trường hợp N = 64. p = 16, Q = 4 và ỌPSK.

Thời gian (số mẫu)

Hình 3.29. Biên độ cùa các ký hiệu SC-FDMA cho trưcmg hợp

N = 64, p = /ố, Ọ = 4 và QPSK

Chương 3: OFDMA và SC-PDMA cùa LTE 125

3.13. TỐNG KẾT Trong chương này ta đã xét nguyên lý chung của OFDM và

DFTS-OFDM. OFDM là phương pháp truyền dẫn đa sóng mang cho phép truyền dẫn vô tuyến bâng rộng với tiết kiệm băng thông nhất. Vì thế nó đuợc sử dụng cho mô hình lớp vật lý OFDMA đường xuống cùa LTE. Tuy nhiên do nhược điểm cùa OFDM là nó có PAPR cao, nên DFTS-OFDM được sử dụng cho mô hình lớp vật lý SC-FDMA đường lên. DFTS-OFDM là dạng cái tiến cùa OFDM trong đó các ký hiệu trước khi đưa lên IFFT được trái phố nhờ DFT. Trong khi các ký hiệu điều chế được truyền song song trong OFDM. thì trong DFTS-OFDM (SC-FDMA) các ký hiệu này được truyền nối tiếp và đây chính là lý do tại sao PAPR cùa SC-FDMA thấp hom của OFDM.

3.14. CÂU HỎI Ì. Trình bày nguyên lý ước tính kênh và các ký hiệu tham khảo.

ĩ. Trình bày vai trò cùa mã hóa kênh trong phân tập tần số khi truyền dẫn OFDM.

3. Trình bày phương pháp lổa chọn băng thông cho OFDM cơ sở.

4. Trình bày ảnh hưởng của thay đổi mức công suất tức thời lên chất lượng truyền dẫn.

5. Trình bày sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập.

6. Trình bày phát quáng bá và đa phương trong nhiều ó và OFDMA.

7. Trình bày nguyên lý truyền dẫn DFTS-OFDM.

8. Trình bày nguyên lý SC-FDMA. 9. Trình bày các phương pháp sắp xếp sóng mang con SC-FDMA.

lo. Trình bày các tín hiệu SC-FDMA trong miền thời gian.


ì 1. Nêu ý nghĩa của chèn CP. độ dài của thời gian CP phụ thuộc vào yếu tố gì?

12. Đ ộ dài chèn CP ánh hưởng như thế nào lên công suất phát và băng thông.

13. Tại sao sơ đồ truyền dẫn DFTS-OFDM lại cho phép giảm PAPR.

14. Nếu trong sơ đồ hình 3. ] , p = N thì ta được truyền dẫn kiểu gì?

Chương 4

KỸ THUẬT ĐA ANTEN

Các kỹ thuật đa anten được sử dụng để cái thiện hiệu năng hệ thống bao gồm: cài thiện dung lượng hệ thống (nhiều người sử dụng hơn trên một ô) và vùng phủ (ô lớn hơn) cũng như cung cấp dịch vụ tốt hơn nhu tốc độ số liệu trên một người sử dụng cao hơn. Các kỹ thuật này bao gồm việc sử dụng nhiều anten tại máy phát và máy thu kết hợp với xù lý số tiên tiến.

Các chù đề được trình bày trong chương này bao gồm: - Các cấu hình đa anten - Các lợi ích của sử dụng các kỹ thuật đa anten - Đa an ten thu - Đa anten phát - Ghép kênh không gian Mục đích cùa chương này nhổm cung cấp cho bạn đọc các kiến

thức tổng quan các kỳ thuật đa anten được sử dụng đế phát triển 3G đặc biệt là cho HSPA và LTE.

Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỳ nội dung trong chương, tham khảo thêm các giáo trình [9], [10], [Ì 1], [14] , [15] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

4.1. CÁC CÁU HÌNH ĐA ANTEN Một đặc trưng quan trọng của mọi cấu hình đa anten là khoảng

cách giữa các phần tử anten do quan hệ giữa khoảng cách anten và


tương quan tương hỗ giữa phađinh kênh vô tuyến tại các anten khác nhau.

Các anten trong cấu hình đa anten có thế được đặt khá cách xa nhau để đạt được tương quan tương hỗ thấp. Tuy nhiên trong các cấu hình khác. các anten cỏ thế được đặt khá gần nhau đề tăng tương quan tương hỗ, khi này tín hiệu các anten khác nhau sẽ bị phađinh tức thời gần giống nhau. Các cấu hình đa anten này được phân loại thành phân tập, tạo búp và ghép kênh không gian sẽ được xét ở các phần dưội đây.

Khoảng cách anten thục tế cần thiết để đạt được tương quan thấp hoặc cao phụ thuộc vào bưộc sóng hay tần số sóng mang sử dụng cho thông tin vô tuyến. Ngoài ra nó cũng phụ thuộc vào kịch bán triển khai.

Trong trường hợp các anten trạm gốc trong các môi trường thường gặp là các ô vĩ mô (các ô khá lộn, vị trí đặt anten khá cao...), khoảng cách giữa các anten thường là vài chục bưộc sóng để đàm bảo tương quan phađinh tương hỗ thấp. Nhưng đổi vội các đầu cuối di động trong môi trường tương tự, khoảng cách giữa các anten chi cần nửa bưộc sóng (0,5A.) là đủ để đám bảo tương quan tuông hỗ khá thấp. Lý do khoảng cách anten khác nhau giữa trạm gốc và đầu cuối di động trong môi trường các ô vĩ mô là các phản xạ đa đường gây ra phađinh chù yếu xảy ra ở vùng gần đầu cuối di động. Vì thế nhìn từ đầu cuối di động, các đường truyền khác nhau thường đến vội góc rộng và điều

này có nghĩa là tương quan phađinh thấp ngay cả khi khoảng cách giữa các anten nhỏ.

Trái lại , trong các kịch bản triển khai khác, như triển khai ô vi mô vội các anten trạm gốc được đặt thấp hom mái nhà hay triển khai trong nhà, môi trường nhìn từ phía trạm gốc rất giống vội môi trường nhìn từ phía đầu cuối di động. Trong các kịch bàn này khoảng cách anten trạm gốc nhỏ hơn cũng đủ đảm bảo tương quan phađinh thấp.

Các phân tích ở trên tương ứng vội giả thiết ràng các anten có

cùng phân cực. Một giải pháp khác để đạt được tương quan phađinh tương hỗ thấp là sử dụng phân cực khác nhau cho các anten khác

Chương 4: Kỹ thuật đa anten 129

nhau. Khi này có thể đặt cách anten rất gần nhau đế nhận được một kết cấu anten nhỏ gọn m à vẫn đám bào tương quan giữa chúng thấp.

4.2. CÁC LỢI ÍCH CỦA VIỆC sử DỤNG CÁC KỸ THUẬT ĐA ANTEN Các kỳ thuật đa anten tại máy phát và tại máy thu có thể được sử

dụng theo các cách khác nhau đế đạt được các mục đích khác nhau:

- Nhiều anten tại máy phát và (hoặc) tại máy thu có thề được sứ dụng đề đồm bồo phân tập chống phađinh trên kênh vô tuyến. Trong trường hợp này, các kênh truyền do các anten này tạo ra phồi có tương quan phađinh tương hồ thấp, hay nói một cách khác cần có khoồng cách giữa các anten đù lớn (phân tập không gian), hoặc sử dụng các anten có phân cực khác nhau (phân tập phân cực).

- Nhiều anten tại máy phát và (hoặc) tại máy thu có thể được sử dụng để '"tạo" dạng búp anten tồng hợp (búp phát và búp thu) chăng hạn để đạt được tăng ích cực đại trong phương đến may phát hoặc đến máy thu hoặc để triệt các tín hiệu nhiều chính. Quá trình tạo búp này có thể được thực hiện dựa trên tương quan phađinh tương hỗ cao hoặc thấp giữa các anten.

- Sự có mặt đồng thời nhiều anten tại máy phát và máy thu có thế được sử dụng để tạo ra nhiều kênh thông tin song song trên giao diện vô tuyến. Điều này đồm bồo khá năng sử dụng băng thông cao mà không gây giồm hiệu suất sử dụng công suất hay nói cách khác cho phép tốc độ truyền dẫn cao m à không gây ồnh hường lớn đến phù sóng. Giồi pháp này được gọi là ghép kênh không gian.

4.3. ĐA ANTEN THU Xét về mặt lịch sử cũng như sự phổ biến, cấu hình thường gặp và

được biết từ lâu đó là cấu hình sử dụng nhiều anten tại máy thu. Phương pháp này thường được gọi là phân tập thu hay phân tập RX, mặc dù mục đích cùa nó không phồi luôn luôn chỉ để nhận được phân tập chống phađinh.


Hình 4.1 mô tả nguyên lý kết hợp tuyến tính các tín hiệu thu y , y N r từ N r anten thu bàng cách nhân tín hiệu thu này với các thừa

sổ trọng số phức w|.wj, . . . .w* N trước khi cộng chúng với nhau. Véctơ

nhận được sau kết hợp anten thu tuyến tính này có thể được biểu diễn như sau:

* = [ w i W * N r ] = W H ỹ (4.1)

trong đó chi số H kí hiệu cho chuyển vị Hermitian

Máy thu

Hình 4. ỉ. Kết hợp anten thu tuyến tính

Nếu coi ràng tín hiệu phát không bị phađinh chọn lọc (không có tán thời) và tạp âm là tạp âm Gauss trng cộng, tín hiệu thu tại các anten khác nhau trên hình 4. Ì có thể được biểu diễn như sau:

~y\ ' \ '

y=. _>v_ .V

.x +

•n.v.

Chương 4: Kỹ thuật đa unten 131

trong đó X là tín hiệu phát. véctơ h bao gồm Nr độ lợi kênh phức và véctơ ĩĩ bao gồm tạp âm trắng tại Nr nhánh thu từ các anten khác nhau (xem hình 4.2).

Mảy thu

E

Hình 4.2. Các kênh truyền trong két hợp anten thu tuyến tính

Có thể dễ dàng chứng minh rằng để đạt được tỷ sổ tín hiệu trên tạp âm cực đại sau kết hợp tuyến tính, cần chọn véctơ trọng sả w nhu sau:

W M R C = Ã (4.3)

Kết hợp này còn được gọi là kết hợp tỷ lệ cực đại (MRC: Maximum Ratio Combining). Các trọng sả MRC thực hiện hai mục đích:

- Quay pha tín hiệu thu được tại các anten khác nhau đế bù trừ pha của kênh tương ứng và đảm bào rằng các tín hiệu đồng pha khi cộng với nhau (kết hợp nhất quán)

- Đánh trọng sả các tín hiệu tỷ lệ với các độ lợi kênh tương ứng, nghĩa là sử dụng trọng sả cao cho các tín hiệu thu mạnh hơn.

Trong trường hợp các anten không tuông quan với nhau, nghĩa là khoảng cách giữa các anten đủ lớn hay các anten có phân cực khác nhau, thì các độ lợi kênh hi. h2,..., h N r sẽ không tương quan nhau và kết hợp phân tập tuyến tính cung cấp phân tập bậc Nr. Đải với tạo búp

132 Giảo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

phía thu. việc chọn các trọng lượng anten theo công thức (4.3) tương ứng với búp thu có độ lợi cực đại N r trong phương hướng đến máy

phát đích. Vì thế việc sứ dụng nhiều anten thu có thê tàng tỷ số tín hiệu trên tạp âm sau kết họp tỷ lệ với số lượng các anten thu.

MRC là một chiến lược kết họp anten khi tín hiệu thu chủ yếu bị phá hủy bởi tạp âm. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp cùa thông tin di động, tín hiệu thu chù yếu bị phá hủy bới nhiễu tẫ các máy phát khác trong hệ thống chứ không phải tạp âm. Trong truồng họp số lượng các tín hiệu nhiễu khá lớn, kết hợp tỷ lệ cực đại vẫn là lựa chọn tốt chẳng hạn trong trường hợp tổng nhiễu thể hiện giống như tạp âm và không có hướng đến đặc thù. Tuy nhiên trong trường hợp chi có một nguồn nhiễu lòn (hoặc trong trường số nguồn nhiễu lớn có hạn) như mô tá trên hình 4.3, hiệu năng chi có thể được cải thiện nếu thay vì chọn các trọng số anten để đạt được tỷ số tín hiệu trên tạp âm cực đại sau kết

hợp anten (MRC), các trọng số anten được chọn sao cho các nguồn nhiễu này bị triệt tiêu. Đối với tạo búp phía thu, điều này tương ứng với búp thu có suy hao cao tại hướng đến nguồn nhiễu chứ không tương ứng với búp thu có độ lợi cực đại theo hướng đến tín hiệu đích. Việc sử dụng kết họp anten với mục đích triệt tiêu các nguồn nhiễu đặc thù thường được gọi là kết hợp loại bỏ nhiễu (IRC: Interíerence Rẹịection Combining).

Hình 4.3. Kịch bàn đirờng xuống với một nguồn nhiễu vượt trội chỉ cỏ hai anten thu

Chương 4: Kỳ thuật đa anten 133

Trong trường hợp chì có một nguồn nhiễu vượt trội như hình 4.3, ta có thế biểu diễn công thức (4.2) như sau:

V i ni y =

ý*. Av. A.*>J = h.x + h/ .Xi +1] (4.4)

trong đó Xi là tín hiệu nhiễu và véctơ /í, gồm các độ lợi kênh phức từ

nguồn nhiễu đến N r anten thu. Áp dụng các biếu thức từ (4. Ì) đến (4.4) ta thấy ràng tín hiệu nhiễu hoàn toàn bị triệt tiêu nếu véctơ trọng số w được chọn để thực hiện biểu thúc sau:

w"./7, = 0 (4.5)

trong đó (.) là chuyến vị Hermitian.

Trong trường hợp tổng quát, công thức (4.5) có Nr lời giữi khác không cho phép linh hoạt chọn trọng số. Tính linh hoạt này có thể được sứ dụng để triệt các nguồn nhiễu chính khác. Đặc biệt hơn nữa trong trường hợp tổng quát với N r anten thu, về mặt lý thuyết có thể hoàn toàn triệt tiêu Nr-1 nguồn nhiễu tách biệt. Tuy nhiên việc lựa chọn các trọng số anten đế triệt tiêu hoàn toàn một số các nguồn nhiễu lớn có thể dẫn đến tăng mức tạp âm sau khi kết hợp anten. Điều này tương ứng với tăng mức tạp âm trong trường hợp bộ cân bằng cưỡng bức về không.

Vì thể giống như trường hợp cân bằng tuyến tính. phương pháp tốt hom là chọn véctơ trọng số anten w đế đạt được sai số trung bình bình phương cực tiểu:

= E[\X-X\2] (4.6)

Phương pháp này thường được gọi là kết hợp sai sổ bình phương trung bình cực tiểu (MMSE: Minimum Mean Square Error).


Mặc dù hình 4.3 chỉ minh họa kịch bản đường xuống với một trạm gốc gây nhiễu chù yếu, IRC cũng có thế được áp dụng cho đường lên để triệt tiêu nhiễu từ các đồu cuối di động đặc thù. Trong trường hợp này. đồu cuối di động gây nhiễu có thế nam trong cùng ô như đồu cuối di động đích (nhiễu nội ô) hoặc trong ô bên cạnh (nhiễu giữa các ô) (hình 4.4). Triệt nhiễu nội ô liên quan đến trường họp đường lên không trực giao, nghĩa là khi nhiều đồu cuối di động phát đồng thời bằng cách sử dụng cùng một tài nguyên thời gian - tồn số. Việc triệt nhiễu nội ô bàng IRC đôi khi còn được gọi là đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA: Space Division Multiple Access).

a) Nhiễu nội ô b) Nhiễu giữa các ô

gây nhiêu gãy nhiêu

Hình 4.4. Kịch bản máy thu bị một máy

đâu cuối di động gây nhiêu mạnh

Trong thực tế kênh vô tuyến luôn luôn bị tán thời ở một mức độ nhất định hay nói một cách khác có tính chọn lọc tồn số và điều này dẫn đến phá hủy tín hiệu băng rộng. Một biện pháp để chổng lại sự phá hủy tín hiệu kiểu này là áp dụng cân bàng tuyến tính miền thời gian hay miền tồn số. Cũng cồn nhấn mạnh rằng việc kết hợp anten thu tuyến tính nói trên có rất nhiều điểm tương đồng với cân bang tuyến tính:

- Lọc/cân băng tuyên tính miên thời gian thực chát là áp dụng xu lý tuyến tính cho tín hiệu thu tại các thời điểm khác nhau (hay các tân số khác nhau) để đạt được SNR sau cân bằng cực đại (cân bằng dựa trên MRC). cũng là một sự lựa chọn để loại bở sự phá hủy tín hiệu do


tính chọn lọc tần số cùa kênh vô tuyến (cân bàng cưỡng bức không, cân bàng MMSE...)

- Kết hợp anten thu tuyến tính là quá trình xử lý tuyến tính áp dụng cho các tín hiệu thu từ các anten khác nhau chẳng hạn xử lý trong miền thời gian nhàm đạt được SNR sau kết hợp cực đại (kết hợp dựa trên MRC), cũng là một sụ lựa chọn để triệt các nguận nhiễu đặc thù (dựa trên IRC, MMSE)

Vậy, trong trường hợp tổng quát kênh chọn lục tần số và nhiều anten thu, ta có thể áp dụng lọc/xử lý không gian thời gian hai chiều như hình 4.5. trong đó lọc tuyến tính được nhìn nhận như là tổng quát hóa cùa đánh trọng số anten trên hình 4. Ì. Các bộ lọc phải được lựa chọn kết hợp đế giảm thiểu tổng ánh hường cùa tạp âm. nhiễu và các phá hủy tín hiệu khác do chọn tạc tần số của kênh.

Hình 4.5. Xử lý tuyến tính không gian thòi gian hai chiều (hai anten thu)

Một cách khác, đặc biệt là trong trường hợp chèn CP được áp dụng tại phía phát, có thể áp dụng xử lý tuyến tính tần số/không gian như hình 4.6. Các trọng số tần số không gian cần được chọn kết hợp để giảm thiểu tống ảnh hường cùa tạp âm, nhiễu và phá hủy tín hiệu do tính chọn lọc tần số cùa kênh vô tuyến.

Xử lý tần số/không gian trên hình 4.6 không dùng IDFT cũng có thể được áp dụng nếu phân tập thu được áp dụng cho truyền dẫn OFDM. Trong trường hợp truyền dẫn OFDM không có phá hủy tín


hiệu đo tính chọn lọc tần số cùa kênh vô tuyến. Vì thế. các trọng số trên hình 4.6 được chọn với mục đích chi để giảm nhiễu và tạp âm. về nguyên lý, sơ đồ này giống như các sơ đồ kết hợp anten đã nói ở trên (MRC và IRC) được áp dụng cho từng sóng mang.

Lưu ý rằng mặc dù trên các sơ đồ hình 4.5 và hình 4.6 ta chi xét hai anten, nhưng có thể mở rờng cho các sơ đồ nhiều hơn hai anten.

Máy thu -

Hình 4.6. Xứ lý tuyến tỉnh tần số/không gian hai chiểu (hai anten)

4.4. ĐA ANTEN PHÁT Mờt giải pháp khác hoặc để bổ sung cho nhiều anten thu, phàn tập

và tạo búp cũng có thể đạt được bằng cách áp dụng nhiều anten tại phía phát. Sừ dụng nhiều anten phát thường được quan tâm cho đường xuống, nghĩa là tại trạm gốc vi khi này có nhiều không gian hơn để lấp đặt kết cấu anten. Trong trường hợp này việc sử dụng nhiều anten phát

đảm bảo khả năng phân tập và tạo búp không cần các anten thu bô sung và chuồi máy thu tương ứng tại đầu cuối di đờng. Mặt khác, do phức tạp nên việc sử dụng nhiều anten phát cho đường lên (tại máy đầu cuối di đờng) ít hấp dẫn hơn. Trong trường hợp này, thông thường hệ thống sử dụng thêm các anten thu và dãy các máy thu tương ứng tại trạm gốc.


4.4.1. Phân tập anten phát Nếu không biết rõ các kênh đường xuống cùa các anten khác

nhau tại máy phát, các anten phát không thế đảm bào tạo búp mà chí đảm bảo phân tập. Đ ố i với phân tập cần đảm báo tương quan tương hỗ giữa các kênh của các anten khác nhau thấp. Như đã xét ở trên, điều này có thể đạt được bàng cách chọn khoảng cách giữa các anten đủ lớn. hay một giải pháp khác là sệ dụng các hướng phân cực anten khác nhau. Có rất nhiều cách tiếp cận khác nhau để thực hiện phân tập bàng nhiều anten phát.

4.4.2. Phân tập trễ Do kênh phađinh bị tán thời, nên sẽ cỏ nhiều đường truyền

phađinh độc lập với trễ khác nhau đến máy thu và điều này cung cấp phân tập đa đường hay phân tập tần số. Nếu lượng truyền sóng đa đường không quá lớn và sơ đồ truyền dẫn sử dụng các công cụ để chống lại phá hủy tín hiệu do tính chọn lọc tần sổ của kênh vô tuyến (chẳng hạn truyền OFDM hay cân bằng tiên tiến tại phía thu) thì hệ thống có thể lợi dụng được truyền đa đường.

Nếu kênh không bị tán thời, nhiều anten phát có thể được sử dụng để tạo ra tán thời nhân tạo hay tương đương chọn lọc tần số nhân tạo bàng cách phát đi các tín hiệu như nhau với trễ tương đổi khác nhau từ các anten khác nhau với tương quan tương hỗ thấp giữa các anten này. Kiểu phân tập trễ này được minh họa trên hình 4.7 cho trường hợp hai anten phát. Trễ tương đối T phải được chọn để đảm bảo lượng phân tập tần sổ phù hợp trên độ rộng băng tần của tín hiệu được truyền. Phân tập tre trên hình 4.7 cũng có thể được mở rộng cho cấu hình có nhiều anten hơn.

Đầu cuối di dộng không nhận biết được trễ phân tập, nó đơn giản coi đây là một kênh vô tuyến bị tán thời. Trễ phân tập có thể được đưa vào các hệ thống thống tin di động hiện có mà không cần bất kỳ một hỗ trợ đặc biệt trong tiêu chuẩn giao diện vô tuyến. Trễ phân tập cũng có thể áp dụng cho mọi sơ đồ truyền dẫn được thiết kế để xử lý cũng

138 Giáo trình Lộ trình phái triển thông Un di động 3G lén 4G

như lợi dụng phân tập phađinh chọn lọc tần số (WCDMA và cdma2000).

Máy phát trạm góc

Đâu cuối dí động

Hình 4.7. Hai anten phân tập trễ

4.4.3. Phân tập trễ vòng Phân tập trễ vòng (CDD: Cyclic Delay Diversity) cũng giống như

phân tập trễ chi khác một điếm là phân tập trễ vòng hoạt động theo từng khối và áp dụng dịch vòng chứ không áp dụng trễ tuyến tính đ ố i với các anten khác nhau (hình 4.8). Như vậy phân tập trễ vòng có thề

áp dụng dược cho các sơ đồ truyền dẫn theo khối như OFDM và DFTS-OFDM.

— Máy phát trạm gốc - - -

- Máy phát trạm gốc X^mt - I Xít***-*

A V 2 T V 3 r r

Đâu cuối di động

w (b) Hình 4.8. Phân tập trễ vòng (CDD) hai an ten phát


Trong trường hợp truyền dẫn OFDM, dịch vòng tín hiệu trong miền thời gian tương ứng với dịch pha phụ thuộc vào tần số và điều này tạo nên tính chọn lọc tần số nhân tạo từ góc độ máy thu. CDD hai anten phát có thề mờ rộng cho cấu hình nhiều anten phát hơn.

4.4.4. Phân tập theo mã không gian thòi gian M ã không gian thời gian là một thuật ngắ được sử dụng cho các

sơ đồ phát nhiều anten trong đó các ký hiệu điều chế được sắp xếp vào miền không gian và thời gian lên các anten phát đế nhận được phân tập nhiều anten phát. M ã hoa khối không gian thời gian (STBC: Space Time Block Code) với hai anten phát đã được sứ dụng trong 3G WCDMA với tên gọi STTD (Space-Time Transmit Diversity: Phân tập phát không gian thời gian).

Hình 4.9 m ô tả hoạt động cùa STTD cho các cặp ký hiệu điều chế. Anten thứ nhất phát trực tiếp các ký hiệu điều chế. còn anten thứ hai phát các cặp ký hiệu điều chế theo thứ tự ngược lại, ngoài ra các ký hiệu này còn được đảo dấu và chuyến thành liên hợp phức.

•Máy phát trạm gõc-

Đầu cuối di động

-*„„,*„....

Hình 4.9. Phán tập phát không gian thời gian (STTD)

M ã hóa không gian thời gian hai anten trên hình 4.9 có thế được coi là có tỷ lệ m ã bằng một. Điều này có nghĩa rang tốc độ ký hiệu đầu vào có cùng tốc độ ký hiệu tại từng anten tuông úng với sự sử dụng băng thông bàng một. Cũng có thể mở rộng m ã hóa không gian thời

140 Giáo trình Lộ trình phái triển thông Un dì động 3G lên 4G

gian cho nhiều anten hơn. Tuy nhiên trong trường hợp điều chế phức như QPSK hay 16/64ỌAM. các mã có tỷ lệ một mà không gây nhiễu cho nhau (các mã không gian thời gian trực giao) chi tồn tại cho hai anten. Nếu cần tránh nhiều giữa các ký hiệu trong trường hợp sứ dụng nhiêu hem hai anten, phái sử dụng các mã có tý lệ nhỏ hơn một và điều này dặn đến giám sự sử dụng băng thông.

Véctơ thu cùa truyền dặn STTD có thể được biếu diễn như sau:

y„ "Aj -h2~

_•>','.! _ Á K. / V i . Trong đó y n và y n + | là các ký hiệu thu trong khoảng thời gian phát

cặp ký hiệu. Cần lưu ý rằng biểu thức trên được rút ra với giả thiết các độ lợi kênh h| và h 2 không thay đổi trong thời gian phát cặp ký hiệu. V i ma trận h được định cỡ ma trận nhất phân nên có thế khôi phục được các ký hiệu phát x„ và X n + | từ các ký hiệu thu y„. y n + i m à không xảy ra nhiễu giữa chúng bàng cách nhân ma trận w = ế" = Ã"' với véctơ ỹ (lưu ý: chi số - Ì ký hiệu cho ma trận dáo).

4.4.5. Phân tập theo mã không gian tần số

M ã khối không gian tần số (SFBC: Space Frequency Block Code) cũng giống như mã STBC chi khác là mã hóa được thực hiện trong miền không gian (anten)/tần số chứ không trong miền không gian (anten)/thời gian. Vì thế SFBC có thể được áp dụng cho các sơ đồ OFDM và các sơ đồ truyền dặn miền tần số khác. Tương tự như STTD, SFTD được sử dụng cho SFBC (hình 4.10). Từ hình 4.10 ta thấy các ký hiệu điều chế (miền tần số) X0, A',.A\. A',.... được sắp xếp

trực tiếp lên các sóng mang con OFDM của anten thứ nhất, còn khối các ký hiệu -XỊ, A','.-A':\...được sắp xếp lên các sóng mang con OFDM của anten thứ hai.


Hình 4. lũ. Phân tập phát không gian - tần sổ với hai anten phát

Cũng giống nhu mã hóa không gian thời gian, nhược điểm cùa mã hóa không gian tần số là không thế tâng số anten lớn hơn hai mà không làm giám tý lệ mã.

So sánh hình 4.10 với hình 4.8b. ta có thế nhận thấy sự khác nhau

giữa SFBC và phản tập trễ vòng chù yếu ở cách sắp xếp các ký hiệu

điều chế miền tần số lên anten thứ hai. Ưu điểm cùa SFBC so với

CDD là SFBC cung cấp phân tập từi mức ký hiệu diều chế trong khi

đó CDD trong trường hợp OFDM phải dựa trên mã hóa kênh kết hợp

với đan xen miền tần số đế cung cấp phân tập.

4.4.6. Tạo búp tại phía phát

Nếu có được một số hiếu biết và các kênh đường xuống cùa các

anten phát khác nhau và nhất là một sổ hiểu biết về pha kênh tương

đối từi phía phát, các anten phát ngoài phân tập còn có thế đám bảo từo

búp, nghĩa là từo dừng cho toàn bộ búp anten theo phương đến máy

thu đích. Nói chung từo búp có thế tăng cường độ tín hiệu từi anten thu

lên đến thừa số N„ nghĩa là tý lệ với số anten phát. Khi nói về các sơ

142 Giáo trình Lộ trình phút (nên thông tin di động 3G lên 4G

đồ truyền dẫn dựa trên nhiều anten phát đế cung cấp tạo búp, ta cần phân biệt giữa các trường hợp tương quan anten tuông hô cao và tháp.

Tương quan anten tương hỗ cao liên quan đến cấu hình anten với

khoáng cách giữa anten nhó như hình 4.1 la. Trong trường hợp này, các kênh giữa các anten khác nhau và máy thu đặc thù hầu như giống nhau kế cá phađinh kênh vô tuyến ngoại trừ sự khác nhau về pha phụ thuịc vào phương. Khi này có thế lái búp truyền dần tống đến các

phương khác nhau bằng cách sứ dụng các dịch pha khác nhau đối với

các tín hiệu phát trên các anten khác nhau như hình 4.11 b.

Một phân của bước sóng

Tín hiệu được phát (a) Cáu hình anten (b) Câu trúc búp

Hình 4. ì ì. Tạo búp kinh điếu với tương quan anten tirơng ho cao

Phương pháp tạo búp phía phát bàng cách sử dụng các dịch pha

khác nhau cho các anten có tương quan cao đôi khi được gọi là tạo búp kinh điển. Do khoáng cách giữa các anten nhó, búp phát tổng khá

rịng và các điều chinh phương búp sóng (trong thực tế là điều chỉnh

các dịch pha anten) thông thường được thực hiện khá chậm. Điều

chinh có thế được thực hiện trên cơ sớ đánh giá phương đến đầu cuối

di địng đích được rút ra từ đo đạc trên đường lên. Ngoài ra do giá

thiết tương quan cao giữa các anten phát khác nhau. tạo búp kinh điển

không thế đám báo phân tập chống phađinh kênh vô tuyến ngoài việc chi tăng cường đị tín hiệu thu.


Tuông quan anten tương hồ thấp liên quan đến khoảng cách giữa các anten đủ lớn (hình 4.12) hay các phương phân cực anten khác nhau. V ớ i tương quan anten tương hồ thấp. nguyên lý tạo búp cơ sở cũng giống như sơ đồ trên hình 4.11. Tuy nhiên khác với tạo búp kinh điển, các trọng số anten phải có giá trị phức nghĩa là phải cỏ thể điều chỉnh cả pha và biên của tín hiợu phát trên các anten khác nhau. Điều này phản ánh thực tế là do tương quan anten tương hỗ thấp, cả pha và độ lợi tức thời cùa các kênh anten có thế khác nhau.

Vài bước sóng •

w„ ! Bộ tiên mã hỏa

Tín hiợu căn phát

Hình 4.12. Tạo búp dựa trên bộ tiền mã hóa trong trường hợp íirơng quan anten tương ho thấp

Khi sử dụng các trọng số phức khác nhau cho các tín hiợu cần phát trên các anten khác nhau, ta có thế biểu diễn véctơ tín hiợu cho các anten phát như sau:

X -

X. "w, "

_ W N t _

.X = w.x (4.8)

Cần iưu ý ràng tạo búp kinh điển trên hình 4.11 cũng có thể được m ô tả theo phương trình (4.8), có nghĩa rằng tiền m ã hóa anten với hạn chế độ l ợ i bằng một và chỉ đảm bảo các dịch pha cho các anten phát khác nhau.

Già thiết ràng các tín hiợu phát đi từ các anten khác nhau chi bị phađinh phang (phađinh không chọn lọc tần số) và tạp âm trắng, nghía là không có tán thời, để đạt được công suất tín hiợu thu cực đại, cần chọn các trọng số tiền m ã hóa như sau:


w j= 1=L= r (4.9) ẾM

Nghĩa là trọng số phải bằng liên hiệp phức cùa độ lợi kênh h, được chuẩn hóa đế đảm bảo tổng công suất phát cổ định. Véctơ tiền mã hỏa phải đảm bảo:

- Quay pha tín hiệu phát để bù trừ pha tức thời cùa kênh và đảm bảo các tín hiệu thu được đỳng bộ pha

- Án định công suất cho các anten khác nhau theo nguyên tắc công suất lớn hơn được ấn định cho các anten có điều kiện kênh tức thời tốt hơn (độ lợi kênh |hj| cao)

- Đ á m bão tổng công suất phát bằng một (hay một hằng sổ bất kỳ) Điếm khác nhau căn bản giữa tạo búp kinh điển trên hình 4.11 với

giả thiết tương quan tương hỳ giữa các anten cao và tạo búp trên hình 4.12 với giá thiết tuông quan tương hỗ giữa các anten thấp là ờ chỗ trong trường hợp thứ hai hệ thống cần biết kênh chi tiết để đánh giá phađinh tức thời của kênh. Các giá trị mới của véctơ tiền m ã hỏa phải đirợc tính trong một khoảng thời gian ngắn để bắt kịp các thay đổi cùa phađinh. Do các điều chinh cho các trọng số bộ tiền khuếch đại cỏ xét đến phađinh tức thời (bao gỳm độ lợi kênh tức thời), nên tạo búp trên hình 4.12 cũng cung cấp phân tập chống phađinh kênh vô tuyến.

Ngoài ra trong trường hợp thông tin dựa trên ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) trong đó truyền dẫn đường lên và đường xuống sứ dụng các băng tần khác nhau, nên thông thường phađinh giữa đường lên và đường xuống không tương quan với nhau. Vì thế trong trường hợp FDD chi đầu cuối di động là có thể đánh giá được phađinh kênh đường xuống. Nên đầu cuối di động phải báo cáo ước tính kênh đường xuống cho trạm gốc thông qua báo hiệu đường lên. Một cách khác, đầu cuối di động có thể tự mình lựa chọn véctơ tiền m ã hóa từ một tập hữu hạn các

Chương 4: Kỹ thuật đa anlen 145

véctơ tiền m ã hóa có thề có (được gọi là bảng m ã tiền mã hóa) và báo cáo véctơ này cho trạm gốc.

Mặt khác trong trường hợp ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex). trong đó truyền dẫn đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần nhưng trong các khe thời gian cách biệt nhau, nên thông thường tồn tại tương quan phađinh cao giữa đường lên và đường xuống. Trong trường họp này trạm gốc (ít nhất là về mặt lý thuyết) có thậ xác định phađinh đường xuống từ đo đạc trên đường lên. nhờ vậy tránh được việc phán hồi thông tin. Tuy nhiên điều này chỉ đảm bảo khi coi ràng đầu cuối di động thường xuyên phát trên đường lên.

Các phân tích trên đây được đưa ra với già thiết là kênh không thay đổi trong miền tần số. Trong trường họp kênh chọn lọc tần số, rõ ràng ràng không thậ chi có một hệ số kênh trên một anten được tính toán theo (4.9). Tuy nhiên trong trường hợp OFDM, mồi sóng mang con thường trải qua một kênh không chọn lọc tần số. Vì thế trong trường hợp truyền dẫn OFDM, tiền mã hóa trên hình 4.12 có thậ được thực hiện trên cơ sở từng sóng mang con như hình 4.13, trong đó các trọng số của bộ tiền m ã hóa cùa từng sóng mang con được chọn theo (4.9).

s/p

YV " 2.N-I

IFFT

IFFT

Hình 4.13. Tiền mã hóa cho từng sóng mang con

trong trường hợp OFDM (hai anten phát)


Cần lưu ý ràng trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang như trong WCDMA. phương pháp một trọng số trên một anten như hình 4.12 có thế được mở rộng đế xét đến cá kênh tán thời/tán tần.

4.5. GHÉP KÊNH KHÔNG GIAN Từ trước đến nay ta chì xem xét việc sử dụng nhiều anten tại cả

đầu phát và đầu thu chi đế cái thiện tỳ số tín hiệu trên tạp âm/nhiặu và đe đạt được độ lợi phân tập chống phađinh so với việc chỉ sử dụng nhiều anten tại đầu phát hoặc sử dụng nhiều anten tại đầu thu. Tuy nhiên sử dụng nhiều anten tại cả đầu phát và đầu thu còn cho phép ghép kênh không gian để đạt được hiệu suất sử dụng phố tần cao hơn trong trường hợp tỷ số tín hiệu trên tạp âm/nhiặu cao và tốc độ số liệu cao trên giao diện vô tuyến.

4.5.1. Nguyên lý CO" sở Từ các nghiên cứu trong các phần trước ta hiểu rằng việc sử dụng

nhiều anten tại máy phát và máy thu cho phép cải thiện tỷ số tín hiệu trên tạp âm tỷ lệ với số lượng anten khi áp dụng tạo búp tại cả máy thu và máy phát. Trường họp tổng quát với N, anten phát và N r anten thu, hệ thống đa anten có thế tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm N,xNr lần. Như xét trong chương 2, việc tăng tý số tín hiệu trên tạp âm này trong máy thu cho phép tăng tốc độ số liệu trong trường hợp tốc độ số liệu bị giới hạn bời công suất chứ không bị giới hạn bởi băng thông. Tuy nhiên một khi đã đạt đến vùng hoạt động bị giới hạn bởi băng thông các tốc độ số liệu sẽ bắt đầu bão hòa nếu không thể tăng băng thông.

Đ ể giải thích sự bão hòa tốc độ số liệu ta xét biếu thức cơ sở cho dung lượng kênh chuẩn hóa sau đây:

_c_ Bw

= l o g 3 N) (4.10)

Trong đó bàng cách sử dụng tạo búp, tỷ số tín hiệu trên tạp âm S/N có thể tăng tỷ lệ với NtxNr. Tổng quát, l o g 2 ( l + x ) tỳ lệ với X khi X


nhỏ. nghĩa là khi tỷ số tín hiệu trên tạp âm nhó. khi này dung lượng gần như tỷ lệ với tỷ sổ tín hiệu trên tạp âm. Tuy nhiên khi X lớn, log2(l+x)«log2(x). nghĩa là khi tỷ số tín hiệu trên tạp âm lớn hơn, dung lượng chi tỷ lệ với logarit của tỷ số tín hiệu trên tạp âm.

Tuy nhiên trong trường hợp nhiều anten phát và nhiều anten thu, trong một số điều kiện nhất định. có thể tạo lập N A = minữN,, Nr} kênh song song, trong đó mồi kênh có tỷ số tín hiệu trên tạp âm giảm N A

lần (công suất tín hiệu được phân chia giữa các kênh), nghĩa là với dung kênh như sau:

= log : 1 + ỈL1 N4 N

(4.11)

Vì bây giờ ta có N A kênh song song trong đó mồi kênh có dung lượng xác định theo công thức (4.11), tồng dung lượng kênh cho cấu hình đa anten khi này được xác định như sau:

c

= NAìog2

N. N

— - = min Ị N,. Nr}. log, ổ, w 1 + N.

min{yv,.jv,.} N (4.12)

Như vậy trong một số điều kiện nhất định, có thế làm cho dung lượng kênh tăng gần như tuyến tính với số lượng anten và tránh được bão hòa tốc độ số liệu. Ta sẽ gọi phương pháp này là ghép kênh

không gian. Thuật ngữ xử lý anten MIMO cũng thường được sử dụng. tuy nhiên thuật ngữ chính xác cho tất cả các trường hợp là đa anten phát và đa anten thu bao hàm cá trường họp phân tập phát thu kết hợp.

Để hiểu được nguyên lý cơ sở về cách tạo lập các kênh song song trong trường hợp nhiều anten tại máy phát và nhiều anten tại máy thu, ta xét cấu hình anten 2x2, nghĩa là có hai anten phát và hai anten thu như hình 4.14. Ngoài ra ta giả thiết ràng các tín hiệu phát chỉ bị


phađinh không chọn lọc tần số và tạp âm trắng, nghĩa là không xảy ra tán thời kênh.

Hình 4.14. Cấu hình anten 2x2

Từ hình 4.14 ta có thể biếu diễn các tín hiệu thu như sau:

y = y\~ Xi K\ ' ~X\~ + •Hi

Ki Ki x2

= h .X + Tì (4.13)

trong đó h là ma trận kênh 2x2. Có thể coi biếu thức này là sự tổng quát hóa của biểu thức (4.2) cho nhiều anten phát v i nhiều tín hiệu khác nhau được phát trên các anten phát khác nhau.

X '1,

: í Y ' TX

Ti

V " n2

N

Y

— Máy thu

w

X,

Hình 4. ì5. Thu tuyến tính/giải điều chế các tín hiệu ghép kênh không gian

Nếu coi ràng ma trận h là khả đảo, thì máy thu có thể hoàn toàn khôi phục được véctơ X và cả hai tín hiệu X| và X i mà không còn


nhiễu giữa chúng bằng cách nhân véctơ thu ỹ với ma trận w=/j"' (hình 4.15):

+ ĩiH

.T] (4.14)

Mặc dù có thế khôi phục hoàn hảo véctơ X trong trường hợp không có tạp âm chừng nào ma trận kênh còn khả đáo h , biểu thức (4.14) cũng cho thấy ràng các thuộc tính cệa h sẽ xác định mức độ giải mã/giài điều chế liên họp sẽ tăng mức tạp âm. Đặc biệt, ma trận kênh càng gần với ma trận đơn nhất (singular matrix, ma trận đơn nhất là ma trận không khả đảo), mức độ tăng tạp âm sẽ càng lớn hơn.

Đ ể giải thích ma trận w, ta cần hiểu rằng các tín hiệu phát từ hai anten phát là các tín hiệu gây nhiễu cho nhau. Khi này các anten thu được sử dụng để thực hiện IRC, mà thực chất là triệt bỏ hoàn toàn nhiễu từ tín hiệu phát trên anten thứ hai khi tách tín hiệu phát từ anten thú nhất và ngược lại. Các hàng cệa ma trận w chi đom thuần thực hiện IRC.

Trong trường hợp tổng quát, một cấu hình đa anten sẽ gồm N, anten phát và N r anten thu. Như đã nói ở trên, trong trường hợp này, sô lượng các tín hiệu song song có thể được ghép không gian trong thực tế bị giới hạn bới biên trên N A = min{N„Nr}. Ta có thể hiểu điều này nhu sau:

- Không thể phát nhiều hon N, tín hiệu, nghĩa là cực đại chì có thể ghép không gian Nỉ, tín hiệu

- Với N r anten thu, cực đại chi có thể triệt Nr-1 tín hiệu gây nhiễu, nghĩa là cục đại chì có thể ghép không gian N r tín hiệu

Tuy nhiên trong nhiều trường họp, số lượng các tín hiệu được ghép không gian, hay bậc ghép kênh không gian sẽ ít hơn N A nói trên:

- Trong trường hợp điều kênh rất kém (tỷ số tín hiệu trên tạp âm thấp) sẽ không còn độ lợi ghép kênh không gian vì dung lượng kênh là

= w.v+ = X,


một hàm phụ thuộc gần nhu tuyến tính vào tỳ số tín hiệu trên tạp âm. Trong các trường họp này, cấu hình đa anten phát và thu phải là tạo búp để cải thiện tỷ số tín hiệu trên tạp âm chứ không phải ghép kênh không gian.

- Trong trường hợp tổng quát hơn, bủc cùa ghép kênh không gian phải được xác định dựa trên các thuộc tính của ma trủn kênh N|XNr. Khi này các anten bổ sung cần được sử dụng để đảm bảo tạo búp. Tổ hợp tạo búp và ghép kênh không gian có thể đạt được bàng ghép kênh không gian dựa trên bộ tiền mã hóa sẽ được xét đuôi đây.

4.5.2. Ghép kênh không gian dựa trên bộ tiền mã hóa Tiền mã hoa tuyến tính trong trường họp ghép kênh không gian

được áp dụng tại phía phát để xử lý tuyến tính bằng một ma trủn tiền mã hóa kích thước N,xNr (hình 4.16). Như đã nói ờ trẽn, trong trường hợp tổng quát, NẠ bàng hoặc nhò hon N(, nghĩa là N A tín hiệu được ghép không gian và được phát đi bằng cách sử dụng N, anten.

Máy phát .

ĩ Ly 3 ly

ĩ 1

ì

I I N, anten phát

l i

I I

I

Sa i v I

I

— I

Hình 4.16. Ghép kênh không gian dựa trên bộ tiền mã hỏa Lưu ý rằng như đã nói ở trên, tổng quát hóa có thể coi ghép kênh

không gian như tạo búp dựa trên bộ tiền mã hóa có véctơ tiền mã hóa kích thước N txl được thay bằng ma trủn tiền mã hóa có kích thước N,xNr.

NA tin hiệu

x' *ì

x'2

1 1 1

V

ỉ r . •NI w


Bộ tiền mã hóa trên hình 4.16 thực hiện hai mục đích:

- Trong trường hợp khi số lượng các tín hiệu được ghép không gian bàng với số lượng anten phát (NẠ = NT), bộ tiền mã hóa được sử dụng để "trực giao" hóa các truyền dẫn song song nhàm cải thiện sự cách ly tín hiệu tại phía thu.

- Trong trường họp khi số lượng các tín hiệu được ghép song song nhò hơn sổ lượng anten phát (NA<N(), bộ tiền mã hịa ngoài việc kết hợp ghép kênh không gian và tạo búp còn đảm nhiệm thêm việc sắp xếp NA tín hiệu được ghép song song lẽn N, anten phát.

Đế khẳng định tiền mã hóa có thể cải thiện sự cách ly giữa các tín hiệu được ghép không gian. ta biểu diễn ma trận kênh Ã = H vào dạng phân tách giá trị đon:

H=UDV" (4.15)

trong đó các cột của V và u tạo thành một tập trực giao giữa chúng với nhau và D là một ma trận đường chéo có N A giá trị căn hai eigen mạnh nhất của HH M. Sừ dụng ma trận V làm ma trận tiền mã hóa tại phía phát và ma trận U H tại phía thu, ta nhận được ma trân kênh tương đương H' = D (xem hình 4.17). Vì H' là một ma trận đường chéo nên sẽ không có nhiễu giữa các tín hiệu được ghép không gian tại phía thu. Đồng thời vì cả hai V và u đều có các cột trực giao, nên công suất phát cũng như mức tạp âm cùa bộ giải điều chế (giả thiết tạp âm trắng ghép không gian) sẽ không thay đổi.

Rõ ràng rằng trong trường họp thực hiện tiền mã hóa, mỗi tín hiệu sẽ có một "chất lượng" phụ thuộc vào các giá trị eigen của ma trận kênh (xem phẩn bên phải của hình 4.17). Vì thế rất có lợi khi sử dụng thích ứng đường truyền động trong miền không gian bằng cách chọn tỷ lệ mã và (hoặc) sơ đồ điều chế cho từng đường truyền thích ứng với chất lượng kênh.

152 Giáo trình Lộ trình phát triện thông tin di động 3G lên 4G

Máy phát

N,

-V*

y -

y

Y

Y

Máythu —-

tị J- • NA

U H

Ì "2

¥4 ỈU"

A."2: Là căn hai giá trị eigen trên đương chéo cùa ma trận D

Hình 4. ỉ 7. Trực giao hóa các tín hiệu ghép không gian bảng cách tiên mỡ hóa

Trong thực tế ma trận tiền mã hóa sẽ không bao g i ờ phù hợp hoàn toàn với ma trận kênh, vì thế luôn có một lượng nhiễu dư giữa các tín hiệu ghép không gian. Có thể xử lý nhiễu này bàng cách xử lý tuyến tính bổ sung tại phía thu như hình 4.15 hoặc xử lý phi tuyến m à ta sẽ xét dưới đây.

Đ ể xác định ma trận V, hệ thừng cần biết được ma trận kênh H. Tương tự như tạo búp dựa trên tiền mã hóa, cách tiếp cận chung là máy thu phải ước tính kênh và quyết định ma trận tiền m ã hóa phù hợp từ một tập ma trận tiền mã hóa khả dụng (bàng mã tiền mã hóa). Sau đó máy thu phản hồi thông tin về ma trận tiền m ã hóa về máy phát.

4.5.3. Xử lý thu không tuyến tính Trong các phần trước xử lý thu tuyến tính được sử dụng kết hợp

với quá trình khôi phục tín hiệu ghép không gian. Tuy nhiên, hệ thừng có thể đạt được hiệu năng giải điều chế từt hơn nếu áp dụng xử lý thu phi tuyến trong trường hợp ghép kênh không gian.

Giải pháp máy thu từi ưu cho các tín hiệu ghép không gian là áp dụng tách tín hiệu khả giừng cực đại (ML: Maximum-Likelihood). Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, tách tín hiệu M L quá phúc tạp. Vì thê đã có một sừ đề xuất để giảm độ phức tạp cho hầu hết các sơ đồ ML.

Chương 4: KỸ thuật đa anten 153

Một giải pháp khác, xử lý phi tuyến để giải điều chế các tín hiệu ghép không gian được gọi là khử nhiễu lần lượt (SIC: Successive lnterferrence Cancellation). SIC dựa trên giả thiết là các tín hiệu đã được mã hỏa riêng biệt trước khi ghép không gian. Quá trình này thường được gọi là truyền dẫn nhiều từ m ã (Multi-Codevvord), đối lứp với truyền dẫn một từ m ã (Single-Codeword), trong đó các tín hiệu được giả thiết là được m ã hóa kết hợp (hình 4.18). cần hiểu ràng ngay cả trong trường hợp truyền dẫn nhiều từ mã, số liệu có thể được bắt nguồn từ cùng một nguồn nhưng sau đó được phân thành các tín hiệu khác nhau để được ghép không gian trước khi thực hiện m ã hóa kênh.

NA tin hiệu

Tin hiệu Mã hóa và điêu chẽ

Phân

luông

Sắp xép

Sắp xép lên các anten

(a)

Tín hiệu thứ nhất

Tín hiệu thứ hai

Tin hiệu thứ NA

Mã hóa và điêu chẽ Mã hóa và

điêu chẽ

Mã hóa và

điều chẽ

N, anten

y

Sắp xép

(b) Hình 4.18. Truyền dẫn một từ mõ (a) và truyền dẫn nhiều từ mã (b)

Từ hình 4.19 ta thấy trong trường hợp khử nhiễu lần lượt, trước hết máy thu giải điều chế và giải m ã một trong số các tín hiệu được ghép không gian. Sau đó số liệu sau giải mã, nếu giải m ã đúng, được

154 Giáo trình Lộ trình phái triển thông tin di động 3G lèn 4G

mã hóa lại và các tín hiệu thu sẽ trừ số liệu này đế loại bỏ nó. Sau đó tín hiệu ghép không gian thứ hai sẽ được giải điều chế và giải mã mà

không bị nhiễu (ít nhất là trong trường hợp lý tường) bời tín hiệu thứ nhát và nếu được giải mã đúng. nó được mã hóa lại và được loại bò khỏi các tín hiệu thu còn lại trước khi thực hiện giải điều chế và giải mã tín hiệu thứ ba. Quá trình này được lặp lại nhiều lần cho đến khi

tất cả các tín hiệu ghép không gian được giải điều chế và giải mã.

ĩ.

ĩ. y ,

Giai điêu chẽ/giái mã tín hiệu thứ nhát

635 Giải điều chẽ Giải mã Giải điều chẽ Giải mã

Mã hóa lại

Giai diêu chẽ/giái mã tin hiệu thứ hai

Giái điêu chẽ Giải mà Giái điêu chẽ Giải mà

Mã hóa lại |<t-

Giái điêu chẽ/giài mã tin hiệu thứ NA

Giãi điêu chẽ Giải mã Giãi điêu chẽ Giải mã

Tín hiệu được giai mã thứ nhất

_^.Tin hiệu được giải mã thứ hai

Tin hiệu được giải mã thứ NA

Hình 4.19. Giãi điều chế/giải mã các tín hiệu ghép không gian dựa trên khử nhiễu lần lượt (SỈC)

Rõ ràng rủng trong trường hợp khù nhiễu lần lượt. các tín hiệu đầu tiên được giải điều chế và giải mã là các tín hiệu bị mức nhiễu cao hơn các tín hiệu được giải điều chế muộn hơn. Vì thế để SIC hoạt động tốt. cần phân loại khả năng chịu nhiễu của các tín hiệu khác nhau, ít nhất theo nguyên tắc, tín hiệu được giải điều chế đầu tiên phải chịu nhiễu tốt hơn tín hiệu thứ hai, tín hiệu thứ hai phải chịu nhiễu tốt hơn thứ ba... Giả thiết truyền dần nhiều từ mã như hình 4.18b. nguyên tắc trên có thể đạt được bủng cách áp dụng các sơ đồ điều' chế và tỷ lệ

Chương 4: Kỹ thuật đa unten 155

mã hóa khác nhau cho các tín hiệu khác nhau. chẳng hạn điều chế bậc thấp và tỷ lệ mã hóa cao cho tín hiệu được giải điều chế/giải mã đầu tiên. Phương pháp này thường được gọi là PARC (Per-Antenna Rate Control).

4.6. TỐNG KẾT

Chương này đã trình bày các kỹ thuật đa anten khác nhau áp dụng cho thông tin không dây nói chung và cho WCDMA/HSPA cũng như LTE nói riêng. Có thề tổng kết các lợi ích nhận được từ áp dụng kỹ thuật đa anten như sau:

- Phân tập không gian cài thiện đáng kể đặ tin cậy nhờ tâng tỷ sổ tín hiệu trên tạp âm nhiều lần.

- Các đặ lợi phân tập nói trên có thể nhận được bằng các sử dụng đa anten thu hoặc đa anten phát hay kết hợp cà hai.

- Các kỳ thuật tạo búp là giải pháp để trực tiếp tăng năng lượng tín hiệu hữu ích nhưng đồng thời nén hoặc loại bó các tín hiệu nhiễu.

- Khác với phân tập và tạo búp, ghép kênh không gian cho phép truyền đồng thời nhiều luồng sổ bằng cách xử lý tín hiệu phức tạp.

- Cỏ thể chuyển mạch giữa các chế đặ phân tập và ghép kênh không gian khác nhau để đạt được điếm có thông lượng và đặ tin cậy

tối ưu.

4.7. CÂU HỎI

1. Trình bày các khái niệm tương quan và không tương quan trong các

cấu hình đa anten

2. Trình bày các lợi ích cùa sử dụng các kỳ thuật đa anten.

3. Trình bày các kỹ thuật đa anten thu.

4. Trình bày nguyên lý phân tập anten phát.


5. Trình bày nguyên lý phân tập trễ và phân tập trê vòng.

6. Trình bày nguyên lý phân tập theo m ã không gian thời gian.

7. Trình bày nguyên lý phân tập thèo mã không gian tẩn số.

8. Trình bày nguyên lý cơ sở của ghép kênh không gian.

9. Trình bày nguyên lý ghép kênh không gian dựa trên bộ tiền m ã hóa.

10. Trình bày nguyên lý xử lý thu không tuyến tính.

11. Nên sử dụng sơ đồ ghép kênh không gian khi máy di động ờ xa hay ở gần trạm gốc, vì sao?

12. Nên sử dụng sơ đồ phân tập khi máy di động ở xa hay ớ gần trạm gốc, vì sao?

13. Vì sao để đ m bào phân tập tốt ph i đặt các anten phát hoặc thu cách xa nhau?

Chương 5

LẬP BIỂU, THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ YÊU CẦU PHÁT LẠI TỤ ĐỘNG LAI GHÉP

Lập biểu. thích ứng đường truyền và yêu cầu phát lại tự động lai ghép (HARQ: Hybrid Automatic Repeat reQuest) là các công nghệ then chốt cho thông t i n vô tuyến băng rộng.

Các chủ đề được trình bày trong chuông này bao gồm:

- Thích ứng đường truyền: điều khiển công suất và tốc độ số liệu

- Lập biểu phụ thuộc kênh

- Các sơ đồ phát lại tiên tiến

- Yêu cầu phát lại tự động lai ghép với kết hảp mềm

Mục đích chương nhàm cung cấp cho bạn đảc các kiến thức chung về các kỹ thuật thay đối tức thời cấu hình kênh truyền dẫn vô tuyến phụ thuộc vào chất lượng đường truyền đế đạt được dung lượng truyền dẫn cao nhất.

Đ ể hiểu được chương này bạn đảc cần đảc kỹ nội dung được trình bày trong chương, tham khảo thêm các giáo trình [1], [5], [9], [10], [ l i ] , [ 1 4 ] , [15] và trả l ờ i các câu hỏi cuối chương.

5.1. MỞ ĐÀU Một trong các đặc tính quan trảng cùa thông tin vô tuyến di động

là sự thay đổi nhanh và lớn của các điều kiện kênh tức thời. Tồn tại một số nguyên nhân đối với các thay đổi này. Phađinh chản lảc tàn số

158 Giáo trình Lộ trình phái triển thông Un di động 3G lên 4Q

dần đến các thay đối nhanh và ngẫu nhiên đối với suy hao đường truyền. Phađinh che tối và tổn hao đường truyền phụ thuộc khoảng cách cũng ánh hướng đáng kế lên cường độ tín hiệu thu. Cuối cùng nhiễu tại máy thu do truyền dẫn từ các ỏ khác và các đầu cuối di động khác cũng ánh hường lên mức nhiễu. Tóm lại có nhiều thay đổi nhanh và ngẫu nhiên trong chất lưửng cùa từng đường truyền vô tuyến trong

một ô và các thay đổi này cần đưửc xem xét cũng như khai thác một cách có lửi.

Chương này sẽ xét một số kỳ thuật xử lý các thay đổi chất lưửng đường truyền vô tuyến tức thời. Lập biểu phụ thuộc kênh trong các hệ thống thông tin di động giải quyết vấn đề về cách thức chia sẻ các tài nguyên vô tuyến giữa những người sứ dụng (các đầu cuối di động) khác nhau trong hệ thống, để đạt đưửc hiệu suất sử dụng tài nguyên tót nhất. Điều này có nghĩa là giảm thiểu lưửng tài nguyên cần thiết

cho một người sử dụng vì thế cho phép nhiều người sử dụng hơn trong hệ thong trong khi vần đáp ứng đưửc các yêu cầu chất lưửng dịch vụ. Liên quan mật thiết với lập biếu là thích ứng đường truyền. Thích ứng đường truyền giải quyết vấn đề liên quan đến cách thiết lập các thông số truyền dẫn cùa đường truyền vô tuyến để xử lý các thay đổi chất lưửng đường truyền vô tuyến.

Lập biểu phụ thuộc kênh và thích ứng đường truyền đều nhằm khai thác tốt nhất các thay đối kênh thông qua các quá trình xử lý thích hửp trước khi truyền dẫn số liệu. Tuy nhiên do tính chất ngẫu nhiên cùa các thay đối chất lưửng đường truyền vô tuyến không bao giờ có thế đạt đưửc thích ứng chất lưửng kênh vô tuyến tức thời một hoàn cách háo. HARQ (Hybrid ARỌ: ARỌ lai ghép) vì thế rất hữu ích. HARỌ đòi hỏi phát lại các gói thu bị lồi . Có thề coi đây như là một cơ chế xử lý chất lưửng kênh vô tuyến tức thời sau truyền dẫn và bổ sung rất tốt cho lập biểu phụ thuộc chất lưửng kênh và thích ứng đường truyền. HARQ cũng phục vụ cho việc xử lý các lỗi ngẫu nhiên do tạp âm trong máy thu.

Chương 5: Lập biếu, thích ứng đirờng truyền 159

5.2. THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN: ĐIÊU KHIÊN CÔNG SUẤT VÀ TỐC Độ SÒ LIỆU Điều khiển công suất động đã được sử dụng trong các hệ thống

thông tin di động dựa trên CDMA như WCDMA và cdma2000 đế bù trừ các thay đổi điều kiện kênh tức thời. Đúng như tên gọi, điều khiến công suất động thực hiện điều chỉnh công suất phát của đường truyền vô tuyến đế bù trừ các thay đổi và các sự khác nhau cùa các điều kiện kênh tức thời. Mục đích của điều chinh này là để duy trì Eh/N(i không đổi tồi máy thu để truyền thành công số liệu m à không bị xác suất lỗi quá cao. về nguyên lý, điều khiến công suất phát tăng công suất tồi máy phát khi các điều kiện kênh vô tuyến tồi (và ngược lồi). Như vậy về bản chất công suất phát tỳ lệ nghịch với chất lượng kênh (hình 5.la). Kết quả điều khiên công suất cho phép đảm báo tốc độ số liệu không đồi không phụ thuộc vào các thay đổi kênh. Đ ố i với rác dịch vụ như thoồi chuyển mồch kênh điều này rất cần thiết. Có thế coi điều khiển công suất là một loồi thích ứng đường truyền trong đó điều khiển các thông số truyền dẫn được thực hiện đế thích ứng với các điều kiện kênh tức thời khác nhau nhàm duy trì mức Eh/Nf) yêu cầu.

Tuy nhiên trong nhiều trường họp cùa thông tin di động, đặc biệt là trong trường hợp lưu lượng gói. không nhất thiết phái đám báo tốc độ sổ liệu không đổi trên kênh vò tuyến. Trong các trường hợp này điều quan trọng đối với người sử dụng là đàm bảo tốc độ sổ liệu cao tới mức có thể. Trong thực tế, ngay cả trong các trường hợp của các dịch vụ "tốc độ không đổi" thông thường như thoồi và video, các thay đổi (ngằn hồn) trong tốc độ số liệu cũng không quan trọng chừng nào tốc độ số liệu trung bình vẫn được duy trì không đổi (với giả thiết là trung bình được lấy trong một khoảng thời gian khá ngắn). Trong các trường hợp này khi không cần tốc độ dữ liệu không đổi, thì một giải pháp thay thế cho điều khiển công suất là thích úng đường truyền bàng cách điều khiển tốc độ động. Điểu khiến tốc độ động không


hướng đến duy trì tốc độ số liệu tức thời của đường truyền vô tuyến

không đối trong mọi điều kiện kênh tức thời. Trái lạ i . với điều khiển tốc độ số liệu được điều chính để bù trừ sự thay đổi điều kiện kênh tức thời. Trong trường hợp các điều kiện kênh thuận lợi . tốc độ số liệu được tâng và ngược lại . Như vậy điều khiển tốc độ duy trì E b / N 0 = P/(R.N0) tại mức yêu cầu không phửi bằng cách thay đổi công suất p mà bằng cách thay đổi tốc độ số liệu R. Điều này được minh họa trên hình 5-1 b.

Hình 5. ỉ. (a) Điều khiến công suất, (b) Điểu khiến tốc độ

Các nghiên cửu cho thấy ràng điều khiển tốc độ hiệu suất hơn

điều khiển công suất. v ề nguyên lý. điều khiến tốc độ vẫn cho phép

bộ khuếch đại phát toàn bộ công suất và vì thế được sử dụng hiệu suất.

Chương 5: Lập hiên, thích ứng đường truyền 161

Mặt khác điều khiến công suất dẫn đến trong nhiều trường hợp bộ khuếch đại công suất không được sử dụng hiệu quả vì công suất truyền dần thấp hơn công suất cực đại.

Trong thực tế tốc độ số liệu của đường truyền vô tuyến được điều chinh bằng cách điều chổnh sơ đồ điều chế và (hoặc) tý lệ m ã hóa kênh. Trong các điều kiện đường truyền vô tuyến thuận l ợ i , Eh/N0 tại máy thu cao và hạn chế tốc độ sổ liệu chủ yếu là băng thông. Vì thế trong các điều kiện như vậy. sơ đồ điều chế bậc cao (16QAM hoặc 64QAM) cùng với tỷ lệ m ã cao được sứ dụng. Trái lại trong các điều kiện đường truyền vô tuyến xấu, sơ đồ điều chế bậc thấp (QPSK chẳng hạn) cùng với tý lệ m ã thấp được sử dụng. Chính vì thế, thích ứng đường truyền bàng điều khiến tốc độ còn được gọi là điều chế và mã hóa thích ứng (AMC: Adaptive Modulation and Coding).

5.3. LẬP BIỂU PHỤ THUỘC KÊNH Lập biểu điều khiển việc ấn định các tài nguyên chia sẻ giữa

những người sù dụng tại từng thời điểm. N ó liên quan mật thiết với thích ứng đường truyền, thường thì lập biểu và thích ứng đường truyền được coi như là một chức năng liên kết. Nguyên lý lập biểu cũng như việc chia sẻ các tài nguyên giữa những người sứ dụng, ít nhất về mặt lý thuyết, phụ thuộc vào các đặc tính của giao diện vô tuyến, vào việc đường truyền là đường lên hay đường xuống và vào việc truyền dẫn cùa những nguôi sử dụng khác nhau có trực giao hay không.

5.3.1. Lập biểu đường xuống Trên đường xuống, thông thường truyền dẫn đến các đầu cuối di

động khác nhau trực giao với nhau, nghĩa là về lý thuyết, không xảy ra nhiễu giữa các truyền dẫn (không có nhiễu nội ô). Trực giao nội ô đường xuống có thể đạt được trong miền thời gian bàng T D M (ghép

162 Giáo (rình Lộ trình phát Iriên thông tin di động 3G lên 4G

kênh phân chia theo thời gian); trong miền tần số bàng FDM (ghép kênh phân chia theo tần số), trong miền mã bằng C D M (ghép kênh phân chia theo mã). Ngoài ra miền không gian cũng có thể được sù dụng để phân tách những người sử dụng bàng cách sắp xếp các anten.

Cách này thường được gọi là ghép kênh không gian (SDM: Spatial Division Multiplexing), mặc dù trong nhiều trường họp nó được sử dụng kết họp với một hay một trong số các phương pháp ghép kênh nói trên.

Đối với số liệu gói, trong đó lưu lượng thường mang tính cụm, về

lý thuyết có thể chỉ ra rằng TDM là thích họp hơn cạ và vì thế thông thường đây là phần tử chính trên đường xuống. Tuv nhiên TDM thường được kết họp với việc chia sẻ tài nguyên vô tuyến trong miền

tần số (FDM) hoặc trong miền mã (CDM). Chẳng hạn trong trường hợp HSDPA, ghép kênh đường xuống là kết hợp T D M và CDM. Trái lại trong LTE. ghép kênh đường xuống là kết hợp T D M và FDM. Lý do chia sẻ tài nguyên không chì được thực hiện trong một mình miền

thời gian sẽ được xét muộn hơn sau mục này.

Khi xạy ra truyền dẫn đồng thời đến những người sử dụng khác

nhau hoặc bàng FDM hoặc bằng CDM. cũng xạy ra việc chia sẻ toàn

bộ công suất phát của ô. Nói một cách khác, không chỉ có các tài

nguyên thời gian/tần sổ/mã được chia sẻ mà còn cạ tài nguyên công suất trong trạm gốc. Trái lại trong trường hợp chỉ chia sẻ tài nguyên thời gian, sẽ chi có một truyền dẫn tại một thời điểm và vì thế sẽ

không xạy ra chia sẻ tức thời tổng công suất phát khạ dụng của ô.

Trong phân tích dưới đây, ta già thiết rằng lúc đầu đường xuống

sử dụng T D M với lập biểu cho một người sử dụng tại một thời diêm.

Trong trường hợp này, mức độ sử dụng kênh vô tuyến sẽ cực đại nêu

tại một thời điểm, toàn bộ tài nguyên sẽ được ấn định cho người sử

dụng này với điều kiện kênh tức thời tốt nhất:

Chương 5: Lập biểu, thích ứng đường truyền. 163

- Trong trường hợp thích ứng đường truyền dựa trên điều khiển công suất, điều này có nghĩa là đổi với tốc độ số liệu cho trước công suất phát có thể thấp nhất và vì thế giảm thiểu nhiễu truyền dẫn đến các ô khác khi mức độ sử dụng đường truyền cho trước.

- Trong trường hợp thích ứng đường truyền dựa trên điều khiển tốc độ, điều này có nghĩa là đối với công suất phát cho trước, hay nói một cách khác đối với nhiễu đến các ô khác cho trước, mức độ sử dụng đường truyền đởt được cao nhất.

Tuy nhiên, nếu áp dụng cho đường xuống, điều khiển công suất phát kết hợp với lập biểu TDM có nghĩa là toàn bộ công suất phát khả dụng trong hầu hết các trường hợp sẽ không được sử dụng hết. Chính vì lý do này điều khiển tốc độ được ưa dùng hon.

Chiến lược được phác thảo ở trên là một ví dụ về lập biểu phụ thuộc kênh trong đó bộ lập biểu xét các điều kiện đường truyền vô tuyến tức thời. Lập biểu người sử dụng theo các điều kiện đường truyền vô tuyến tức thời tốt nhất thường được gọi là lập biểu tỷ số tín hiệu trên nhiễu cực đởi (Max-C/I) hay tốc độ cực đởi. Vì trong một ô, các điều kiện của các đường truyền vô tuyến khác nhau thường thay đổi độc lập, tởi mỗi thời điểm hầu như luôn có một đường truyền vô tuyển với chất lượng gần như cực đởi (hình 5.2). Vì thế kênh được sử dụng cho truyền dẫn sẽ có chất lượng cao nhất và với điều khiển tốc độ, tốc độ số liệu cao nhất có thể được sử dụng. Điều này dẫn đến dung lượng hệ thống cao. Phương pháp để nhận được độ lợi trong đó truyền dẫn được thực hiện đối với những người sử dụng có điều kiện đường truyền vô tuyến thuận lợi thường được gọi là phân tập người sử dụng; thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng càng lớn thì độ lợi càng lớn. Vì thế trái ngược với quan điểm truyền thống rằng phađinh nhanh (nghĩa là thay đổi chất lương kênh vô tuyến nhanh) gây ảnh hường tiêu cực và cần phải chổng, trong thực tế với lập biểu kênh phađinh lởi có lợi và cần khai thác nó.


Thay đối kênh hiệu dụng nhìn

tử trạm gốc

#2 #3 Thời gian

— — Người sử dụng #1 - . . . Người SỬ dụng #2 — — Người sử dụng #3

Hình 5.2. Lập biểu phụ thuộc kênh

về mặt toán học, bộ lập biểu Max-C/I (tốc độ cực đại) có thể được biểu diễn như là quá trình lập biểu người sử dụng k như sau:

fc = argmax/ỉ, (5.1) ì

trong đó Rị là tốc độ số liệu tằc thời cực đại đối với người sử dụng i. Mặc dù từ quan điểm dung lượng hệ thống, lập biểu max-C/I là có lợi, tuy nhiên nguyên lý lập biểu này không công bằng trong tất cả các điều kiện và các thay đổi lớn trong các điều kiện kênh tằc thời chỉ xảy ra do phađinh nhanh, chi khi này những người sử dụng mới nhận được tốc độ số liệu trung bình như nhau. Thông thường người sử dụng không thể nhận biết được các thay đổi tốc độ tằc thời và nhanh. Tuy nhiên trong thực tế các đầu cuối di động sè trải nghiệm cả các khác biệt trong các điều kiện kênh trung bình (ngắn hạn) chẳng hạn do khoảng cách khác nhau và do phađinh che t ố i giữa trạm gốc và đầu cuối di động. Trong trường hợp này các điều kiện kênh mà một đầu cuối di động phải trải nghiệm (trong một thời gian dài) có thể tồi hơn các điều kiện kênh m à các đầu cuối khác phải trải nghiệm. Vì thê chiến lược Max-C/I thuần túy có thể làm "chết đói" đầu cuối di động cỏ các điều kiện kênh t ồ i , và đầu cuối cỏ các điều kiện kênh tồi này sẽ

Chương 5: Lập biếu, thích ứng đường truyền. 165

không bao giờ được lập biểu. Điều này được minh họa trên hình 5.3a, trong đó bộ lập biểu Max-C/I được sù dụng để lập biểu giữa hai người sử dụng khác nhau có chất lượng kênh trung bình khác nhau. Hầu như toàn bộ thời gian chỉ có một người sử dụng được lập biểu. Mặc dù cho phép nhận được dung lượng hệ thống cao, nhưng tình trạng này không thể chấp nhận được tẻ quan điểm chất lượng dịch vụ.

Một giải pháp khác cho chiến lược lập biếu Max-C/I được gọi là lập biểu quay vòng được mô tả trên hình 5.3b. Chiến lược lập biểu này cho phép những người sử dụng chia sẻ tài nguyên mà không xét đến các điều kiện kênh tức thời. Lập biểu quay vòng có thể được coi là lập biểu công bằng, trong đó khối lượng tài nguyên như nhau (khoảng thời gian như nhau) được phân cho mọi đường truyền thông tin. Tuy nhiên lập biểu quay vòng không công bằng về mặt đàm bảo chất lượng kênh giống nhau cho tất cả các đường truyền tin. Trong trường hợp này cần dành nhiều tài nguyên vô tuyến (thời gian) hơn cho các đường truyền tin có điều kiện kênh tồi hom. Ngoài ra lập biểu quay vòng không xét đến đế các điều kiện kênh tức thời trong quá trình lập biểu và điều này dẫn đến tổng hiệu năng hệ thống thấp hơn nhung chất lượng dịch vụ giữa các đường truyền tin khác nhau cân bàng hơn so với lập biểu Max-C/I.

Thời gian Thời gian Thời gian (a) (b) (c)

Hình 5.3. Ví dụ về ba hành vi lập biếu khác nhau

(a) Max-C/1, (b) quay vòng, (c) công bằng tỳ lệ. Người sử dụng được chọn được thể hiện bằng hình đậm nét


Chiến lược lập biểu phải có khả năng tận dụng được các thay đồi nhanh cùa kênh để cải thiện thông lượng ô trong khi vẫn đảm bảo thông lượng trung bình cùa từng người sử dụng như nhau cho tất cả những người sử dụng hay ít nhất là đám bảo được một thông lượng người sứ dụng tối thiếu cho tất cả những người sử dụng. Khi phân tích và so sánh các giải thuật lập biếu khác nhau. điều quan trớng là phải phân biệt các kiểu thay đối chất lượng dịch vụ khác nhau:

- Thay đổi nhanh chất lượng dịch vụ tương ứng với, chẳng hạn, phađinh đa đường nhanh hay thay đổi nhanh mức nhiễu. Đ ố i với nhiều ứng dụng sổ liệu gói, các thay đổi ngán hạn khá lớn cùa chất lượng dịch vụ thường có thể chấp nhận hoặc thậm chí không phát hiện được đổi với người sử dụng.

- Các khác biệt dài hạn trong chất lượng dịch vụ giữa các đường truyền tin khác nhau tương ứng với, chẳng hạn, các khác nhau về khoảng cách đến trạm gốc và phađinh che tối. Trong nhiều trường hợp cần hạn chế các khác biệt này trong chất lượng dịch vụ

Vì thế một bộ lập biểu thực tế phái làm việc tại một vị trí nào đó giữa bộ lập biểu Max-C/I và bộ lập biểu quay vòng để tận dụng nhiều nhất các thay đổi trong các điều kiện kênh mà vẫn thỏa mân ở một mức độ nào đó sự công bằng giữa những người sử dụng.

Một ví dụ về bộ lập biểu kiểu này là bộ lập biếu công bang tỷ lệ được minh hớa trên hình 5.3c. Trong chiến lược này, các tài nguyên chia sẻ được ấn định cho người sử dụng có điều kiện kênh vô tuyến tót nhất một cách tương đối, nghĩa là tại mỗi thời điếm, người sử dụng k được chớn cho truyền dẫn theo điều kiện sau:

k = arg max TẸT- (5.2)

trong đó Rị là tốc độ số liệu tức ti ơi đối với người sử dụng i và R, là tốc độ số liệu trung bình đổi với người sử dụng i. Tốc độ trung bình được tính trên một chu kỳ lấy trung bình cho trước TpF. Đ ể đàm bào

Chương 5: Lập biếu, thích ứng đường truyền . 167

việc sử dụng hiệu quả các thay đổi kênh ngắn hạn và đồng thời giới hạn các khác biệt dài hạn đến một mức chấp nhận, hằng số thời gian Tpp phải đưịc đặt lớn hon hằng số thời gian đối với các thay đổi ngắn hạn. Đồng thời TPH phải đù ngắn để các thay đổi chất lưịng dịch vụ trong khoảng TpF không bị người sử dụng nhận quá rõ. Thông thường TpF có thể đưịc đặt vài giây.

Trong các phân tích trên, ta giả thiết là các tài nguyên vô tuyến trên đường xuống đưịc ấn định cho một người sử dụng tại một thời điểm, nghĩa là quá trình lập biểu chi đưịc thực hiện thuần túy trong miền thời gian bằng cách sử dụng TDM. Tuy nhiên trong một số trường hịp, TDM đưịc kết hịp với CDM và FDM. về nguyên tắc, có hai lý do để không chỉ sử dụng một mình TDM cho đường xuống:

- Trong trường hịp không đù tải, nghĩa là khối lưịng số liệu cần truyền đến một người sử dụng không đù lớn để tận dụng toàn bộ dung lưịng kênh và một phần tài nguyên có thể ấn định cho người sử dụng khác hoặc bàng CDM hoặc bàng FDM

- Trong trường hịp các thay đổi kênh trong miền tần số đưịc khai thác bằng cách sử dụng FDM mà ta sẽ xét dưới đây.

Các chiến lưịc lập biểu trong các trường hịp này có thể đưịc coi là tổng quát hóa của các sơ đồ đã xét cho các trường hịp chỉ sử dụng TDM. Chẳng hạn, để xử lý các tải tin nhô, có thể sử dụng phương pháp "làm no sự thèm ăn", trong đó người sử dụng đưịc lập biểu đưịc chọn theo Max-C/I (hay một sơ đồ lập biểu khác bất kỳ). Sau khi người sử dụng này đã đưịc ấn định tài nguyên phù họp với khối lưịng số liệu đang địi truyền dẫn, người sử dụng tốt nhất thứ hai đưịc chọn (theo chiến lưịc lập biểu này) và đưịc ấn định (một phân) tài nguyên dư và cứ tiếp tục như vậy.

Cuối cùng cũng cần lưu ý ràng thông thường giải thuật lập biểu là vấn đề của việc thực hiện trạm gốc chứ không phải là vân đê đưịc đặc tả trong mọi tiêu chuẩn. Điều cần đưịc đặc tả trong tiêu chuẩn để hồ

168 Giáo trình Lộ trĩnh phát triển thông tin di động 3G lên 4G

trợ lập biểu phụ thuộc kênh là đo đạc/báo cáo chất lượng kênh và báo hiệu cần thiết cho việc cấp phát tài nguyên động.

5.3.2. Lập biểu đường lên Phần trước đã xem xét quá trình lập biếu liên quan đến đường

xuống. Tuy nhiên lập biểu cũng được áp dụng cho các truyền dẫn đường lên và phần lớn các nguyên lý xét ở trên cũng có thể sử dụng cho đường lên mặc dù có một số điểm khác biệt giựa hai đường này.

về cơ bản, tài nguyên công suất đường lên được phân bố giựa nhựng người sứ dụng, trong khi trên đường xuống tài nguyên công suất được tập trung tại trạm gốc. Ngoài ra, công suất truyền dẫn cực đại đường lên cùa một đầu cuối thường thấp hơn nhiều so với công suất phát ra của trạm gốc. Điều này ảnh hường đáng kể lên chiến lược lập biểu. Không giống như đuờng xuống trong đó T D M A thuần túy thường được sử dụng, lập biểu đường lên thường dựa trên việc chia sẻ trong miền tần số và (hoặc) miền mã kết hợp với miền thời gian vì một đầu cuối không thể có đù công suất đế tận dụng hiệu quả dung lượng đuờng truyền.

Tương tự như trường họp đường xuống, lập biểu phụ thuộc kênh cũng có lợi trong trường hợp đường lên. Tuy nhiên các đặc tính của giao diện vô tuyến được xét liên quan nhiều đến việc đường lên dựa trên đa truy nhập trực giao hay không trực giao và kiểu sơ đồ thích ứng đường truyền được sù dụng, ngoài ra cũng ảnh hường đáng kể lên chiến lược lập biểu đường lên.

Trong trường hợp sơ đồ đa truy nhập không trực giao như CDMA, điều khiển công suất thường đỏng vai trò quan trọng cho hoạt động bình thường. Như đã xét ở trên, mục đích của điều khiển công suất là để điều khiển Eb/No thu để có thể phục hồi được thông tin thu. Tuy nhiên trong các sơ đồ không trực giao, điều khiển công suất cũng có mục đích đế khống chế nhiễu tác động đến nhựng người sử dụng khác. Có thể biếu diễn điều này bằng việc coi rằng mức nhiễu cho

Chương 5: Lập biêu, thích ứng đường truyền 169

phép cực đại tại trạm gốc là một tài nguyên được chia sẻ. Thậm chí nếu xét từ quan điểm một người sử dụng, việc phát toàn bộ công suất để đạt được tốc độ sổ liệu cực đại là có lợi , thì điều này cũng không thể chấp nhận được từ quan điếm nhiễu vì các đồu cuối khác trong trường hợp này có thể không truyền số liệu thành công. Vì thể với đa truy nhập không trực giao, quá trình lập biểu cho một đồu cuối khi các điều kiện kênh thuận l ợ i có thể không phải là trực tiếp chuyển sang tốc độ số liệu cao vì cồn xét đến nhiễu do các đồu cuối phát đồng thời khác gây ra. Nói một cách khác, công suất thu (và vì thế tốc độ sổ liệu) nhờ điều khiển công suất sẽ không đổi. không phụ thuộc vào điều kiện kênh tại thời điếm truyền dẫn, trong khi công suất phát phụ thuộc vào điều kiện kênh tại thời điểm truyền dẫn. Vì thế, thậm chí lập biểu phụ thuộc kênh trong ví dụ này không cho trực tiếp độ lợi liên quan đến việc đồu cuối phát tốc độ số liệu cao hom. tuy vậy nó vẫn cung cấp độ lợ i cho hệ thống liên quan đến nhiễu nội ô thấp hem.

Phân tích trên về đa truy nhập không trực giao đã được đơn giản hóa vì không đưa ra các giới hạn đối với công suất phát. Trong thục tế công suất phát cùa một đồu cuối được giới hạn trên vì vấn đề thực hiện cũng như quy định luật và quá trình lập biếu cho một đồu cuối để truyền dẫn trong các điều kiện thuận lợi sẽ giảm xác suất m à đồu cuối không có đủ công suất để tận dụng dung lượng.

Trong trường hợp sơ đồ đa truy nhập trực giao, điều khiển công suât không cồn thiết và các lợi ích mà lập biểu phụ thuộc kênh mang lại tương tự như trong trường hợp đường xuống, về nguyên tắc, từ quan điểm nhiễu nội ô, đồu cuối có thể phát toàn bộ công suất và bộ lập biểu ấn định một phồn tài nguyên trực giao thích hợp (trong thực tê là một phồn của toàn bộ băng thông) cho đồu cuối này để truyền dẫn. Tuy nhiên các hạn chế về thực hiện như dò rĩ giữa các tín hiệu thu hay dải động bị giới hạn trong mạch điện của máy thu có thể đặt ra các giới hạn lên sự khác nhau về công suất cực đại được phép giữa các tín hiệu từ các đồu cuối phát đồng thời. Vì thế vẫn cồn điều khiển công

170 Giáo trình Lộ trình phát triền {hông tin di động 3G lên 4G

suất ở một mức độ nào đó dẫn đến tính trạng gần giống như trường hợp không trực giao.

Các phân tích về đa truy nhập trực giao và không trực giao chủ yếu chỉ xét đến truy nhập nội ô. Tuy nhiên trong nhiều hệ thống thực tế, tái sử dớng tần số giữa các ô được sử dớng. Trong trường hợp này đa truy nhập giữa các ô sẽ không trực giao không phớ thuộc vào đa truy nhập nội ô và nó ốẽ đặt ra các giới hạn cho công suất phát được phép từ một đầu cuối.

Không liên quan đến việc đa truy nhập trực giao hay không trực giao được ạử đớng, các nguyên lý lập biểu cơ sở được sử dớng cho đường lên cũng giống như cho đường xuống. Bộ lập biểu Max-C/I sê ấn định tất cả các tài nguyên đường lên cho đầu cuối có các điều kiện kênh đường lên tốt nhất. Bỏ qua tất cả các giới hạn công suất trong đầu cuối, điều này cho phép đạt được dung lượng cao nhất (trong một ô cách ly).

Trong trường họp sơ đồ không trực giao, làm no sự thèm ăn là một chiến lược lập biểu có thể sử dớng. Bằng cách làm no sự thèm ăn, đầu cuối có các điều kiện kênh tốt nhất được ấn định tốc độ cao nhất. Nêu mức nhiễu tại máy thu nhỏ hơn mức cho phép cực đại, đầu cuối có các điều kiện kênh thứ hai cũng được phép phát và quá trình tiếp diễn như vậy cho càng nhiều đầu cuối hon cho đến khi đạt đến mức nhiễu cực đại cho phép tại máy thu. Chiến lược này cho phép đạt được mức độ sử dớng giao diện vô tuyến cực đại nhưng với trả giá là tốc độ số liệu giữa những người sử dớng rất khác nhau. Trong trường hợp cực đoan, người sử dớng tại biên ô với các điều kiện kênh xấu có thẻ hoàn toàn không được phát.

Ta có thể mường tượng rằng các chiến lược giữa làm no sự thèm ăn và Max-C/I là các chiến lược công bàng tỳ lệ khác nhau. Trong trường họp này giải thuật làm no sự thèm ăn đưa ra các thừa số trọng số cho từng người sử dớng. Các trọng số này tỷ lệ với tỷ số giữa tóc độ số liệu tức thời và tốc độ số liệu trung bình.

Chương 5: Lập biểu, thích ứng đường truyền 171

Các bộ lập biếu nói trên đều giả thiết ràng hiểu rõ các điều kiện đường truyền vô tuyến tức thời, tuy nhiên việc nhận được hiểu biết này trên đường lên rất khó (ta sẽ bàn về vấn đề này trong mục 5.3.4). Trong các trường hợp không có thông tin về kênh đường lên tại bộ lập biểu, có thể sứ dụng lập biếu quay vòng. Tương tự như đối với đường xuống, lập biểu quay vòng có nghĩa là các đầu cuối được phát lần lượt, vì thế tạo nên một hoạt động giống như TDMA với tính trực giao giữa những người sị dụng trong miền thời gian. Mặc dù lập biểu quay vòng đơn giàn nhưng nó kém xa chiến lược lập biểu tối ưu.

Tuy nhiên như đã nói ở trên, công suất phát trong một đầu cuối bị hạn chế và vì thế cần chia sẻ tài nguyên đường lên trong miền tần sổ và (hoặc) miền mã. Điều này cũng ảnh hưởng lên các quyết định lập biểu. Chẳng hạn, các đầu cuối ở xa trạm gốc thường hoạt động trong vùng bị giới hạn bởi công suất, trái lại các đầu cuối ờ gần trạm gốc thường hoạt động trong vùng bị giới hạn bời băng thông. Vì thế đổi với đầu cuối xa trạm gốc, tăng băng thông không dẫn đến tăng tốc độ số liệu, do đó tốt nhất là ấn định một lượng băng thông nhỏ cho đầu cuối này và ấn định băng thông còn lại cho các đầu cuối khác. Trái lại, đổi với các đầu cuối gần trạm gốc, ấn định băng thông cao hơn sẽ dẫn đến tốc độ số liệu cao hơn.

5.3.3. Thích ứng đường truyền và lập biểu phụ thuộc kênh trong miền tần số

Trong phần trước ta giả thiết rằng lập biểu dựa trên TDM và đã giải thích trong trường hợp này là làm cách nào có thể tận dụng được các thay đổi kênh để cải thiện hiệu năng hệ thống bàng cách áp dụng lập biểu phụ thuộc kênh, nhất là kết hợp với điều khiển tốc độ động. Tuy nhiên khi có truy nhập trong miền tần số, chẳng hạn thông qua việc sị dụng OFDM, lập biểu và thích ứng đường truyền cũng có thể được thực hiện trong miền tần số.

Thích ứng đường truyền trong miền tần số có nghĩa là dựa trên hiểu biết về các điều kiện kênh tức thời trong miền tần sổ (hiểu biết về


suy giám cũng như mức nhiễu/tạp âm cùa tùng sóng mang con) có thể điều chỉnh công suất và (hoặc) tốc độ số liệu của từng sóng mang con đề đạt được mức độ sử dụng tối ưu.

Tương tự, lẫp biểu phụ thuộc kênh trong miền tần số có nghĩa là dựa trên hiểu biết và các điều kiện tức thời của kênh trong miền tần số, các sóng mang con khác nhau được sử dụng cho các đường truyền dẫn đến/từ các đầu cuối di động khác nhau. Các độ lợi lẫp biểu nhẫn được từ việc khai thác các thay đổi trong miền tần số cũng giống như nhẫn được từ các thay đổi trong miền thời gian. Rõ ràng ràng trong các tình trạng khi m à chất lượng kênh thay đối đáng kể theo tần số, trong khi chất lượng kênh thay đổi chẫm theo thời gian, lẫp biểu phụ thuộc kênh trong miền tần số có thể tăng dung lượng hệ thống. Một ví dụ của tình trạng này là hệ thống băng rộng trong nhà với mức độ di động thấp trong đó chất lượng thay đối theo thời gian chẫm.

5.3.4. Thu nhẫn thông tin trạng thái kênh Đ ể chọn ra tốc độ số liệu phù họp (trong thực tế là sơ đồ điều chế

và tỷ lệ m ã hóa kênh thích hợp), máy phát cần có thông t i n về các điều kiện kênh truyền vô tuyến. Thông tin này cũng cần cho quá trình lẫp biểu phụ thuộc kênh. Trong trường họp hệ thống dựa trên ghép song công theo tần sổ (FDD), chỉ máy thu là có thể đánh giá chính xác các điều kiện kênh truyền vô tuyến.

Đ ố i với đường xuống, hầu hết các hệ thống cung cấp một tín hiệu đường xuống có cấu trúc quy định trước, được gọi là hoa tiêu đường xuống hay tín hiệu tham khảo đường xuống. Tin hiệu tham khảo này được phát từ trạm gốc với công suất không đổi và có thể được đầu cuối di động sử dụng để ước tính các điều kiện kênh đường xuống. Thông tin về các điều kiện kênh đường xuống sau đó được báo cáo lại cho trạm gốc.

về cơ bản, máy phát cần có đánh giá phản ảnh các tình trạng kênh tại thời điểm truyền dẫn. Vì thế về nguyên tắc, đầu cuối có thể sử


dụng một bộ dự báo để dự báo các điều kiện kênh tương lai và báo cáo giá trị dự báo này cho trạm gốc. Tuy nhiên do điều này đòi hôi phải đặc tả các giải thuật dự báo và cách thức hoạt động của các giải thuật này khi đầu cuối di động đến các vị trí khác nhau. nên hầu hết các hệ thống thực tế chỉ đơn gián báo cáo các điều kiện kênh đo được cho trạm gốc. Có thể coi đây là một bộ dự báo rờt đơn giản với giả thiết rằng các điều kiện kênh trong tương lai gần cũng giống như các điều kiện hiện thời. Vì thế sự biến động kênh theo thời gian càng nhanh thì thích ứng đường truyền càng kém hiệu quả.

Vì không thể tránh trễ giữa thời điểm đầu cuối đo các điều kiện kênh và thời điểm áp dụng các giá trị được báo cáo tại máy phát, nên lập biểu phụ •thuộc kênh và thích ứng đường truyền thông thường làm việc tốt nhờt tại mức độ di động đầu cuối thờp. Nếu đầu cuối di động bắt đầu chuyển động nhanh, các báo cáo kết quả đo sẽ bị lạc hậu khi trạm gốc (BS) áp dụng nó. Trong các trường hợp này tốt nhờt là thực hiện thích ứng đường truyền dựa trên chờt lượng kênh trung bình dài hạn và sử dụng yêu cầu phát lại tự động lai ghép (HARQ) bằng kết hợp mềm cho thích ứng nhanh.

Đ ố i với đường lên không thể thực hiện ước tính các điều kiện kênh một cách trực tiếp vì không có tín hiệu tham khảo được phát với công suờt không đổi dầnng đầu cuối di động. Bàn luận về ước tính kênh đường lên sẽ được xét trong chương sau.

Trong trường hợp một hệ thống sử dụng TDD (ghép song công phân chia theo thời gian), trong đó truyền dẫn đường lên và đường xuống được ghép chung theo thời gian trên cùng một bâng tần, suy hao tín hiệu đường lên có thể được ước tính từ các đo đạc đường xuống của đầu cuối di động do tính đổi lẫn của phađinh đa đường trong trường hợp TDD. Tuy nhiên cần lun ý rằng cách này không cung cờp đầy đủ thông t i n về các điều kiện đường xuống. Chẳng hạn các tình trạng nhiễu tại đầu cuối đường xuống và các trạm gốc khác nhau trong trường hợp TDD.


5.3.5. Hành vi lưu lượng và lập biếu Cần lưu ý rằng khi tải hệ thống thấp các giải thuật lập biểu khác

nhau ít khác nhau (trường hợp chì một hay một số ít người sử dụng có số liệu đợi truyền dẫn tại trạm gốc tại thời điểm lập biểu). Các khác biệt này chỉ rõ rệt khi tải cao. Tuy nhiên không chỉ tái m à cả hành vi cắa lưu lượng cũng ảnh hường lên hoạt động tổng thể cùa lập biểu.

Như đã nói ở trên, lập biểu phụ thuộc kênh tìm cách khai thác các thay đổi ngắn hạn trong chất lượng vô tuyến. Nói một cách tổng quát, một mức độ công hàng dài hạn nhất định trong chất lượng kênh cần được tính đến khi thiết kế bộ lập biểu. Tuy nhiên khi áp đặt công bàng cao hơn, thông lượng sẽ giảm, nên cần phải cân nhắc giữa công bàng và thông lượng. Trong quá trình cân nhắc này, điều quan trong là phải xét đến các đặc tính lưu lượng vì nó ảnh hưởng lớn lên việc cân nhấc giữa thông lượng hệ thống và chất lượng dịch vụ.

Đ ẻ minh họa ta xét ba bộ lập biểu đường xuống khác nhau:

Ì. Bộ lập biểu quay vòng (RR: Round-Robin), trong đó các điều kiện kênh không được xét

2. Bộ lập biểu công bằng tỷ lệ (PR: Proportional Fair), trong đó các thay đổi ngắn hạn được khai thác trong khi vẫn duy trì tốc độ số liệu trung bình dài hạn cắa ngưài raCr dụng

3. Bộ lập biểu Max-C/I, trong đó người sử dụng có chất lượng kênh tức thời tốt nhất được lập biểu

Đ ố i với kịch bản bộ đệm đầy, khi luôn có số liệu sẵn sàng tại BS cho tất cả các đầu cuối trong ô, bộ lập biểu Max-C/I sẽ dẫn đến những người sử dụng tại biên ô không có hoặc chi có thông lượng rất thấp. Lý do vì chiến lược căn bản cắa bộ lập biểu Max-C/I là tất cà tài nguyên đều được cấp phát cho đầu cuối có chất lượng kênh đảm bảo tốc độ số liệu cao nhất. Rất hiếm khi hoặc hầu như không bao giờ người sử dụng tại biên ô có được các điều kiện kênh tốt hơn những

Chương 5: Lập biêu. thích ứng đường truyền 175

người sử dụng tại tâm ô (trừ trường hợp xảy ra phađinh sâu tại tâm ô) vì thế rất hiếm khi hoặc hầu như không bao giờ những người sử dụng tại biên ô được lập biểu. Trái lại bộ lập biểu công bằng tỷ lọ sẽ đảm bảo một mức độ công bằng nhất định bàng cách chọn lựa những người sử dụng đế lập biếu nếu họ đảm bảo tốc độ số liọu cao tương đối so với tốc độ số liọu trung bình. Vì thế có xu thế là những người sử dụng được lập biếu theo đinh phađinh của họ chứ không theo chất lượng tuyọt đối. Vì thế ngay cà những người sử dụng tại biên ô cũng sẽ được lập biểu và điều này đàm bảo sự công bằng (ở một mức độ nhất định) giữa những người sử dụng.

Đ ố i với trường hợp số liọu gói mang tính cụm (bùng nổ), tình trạng khác hẳn. Trong trường hợp này, các bộ đọm cùa những người sử dụng sẽ có hạn và trong nhiều trường hợp thậm chí rỗng. Chẳng hạn một trang web có kích thước nhất định và sau khi phát đi trang web này, sẽ không còn số liọu để phát đến đầu cuối liên quan cho đến khi người sử dụng ẩn phím yêu cầu một trang mới. Trong trường hợp này bộ lập biểu Max-C/I vẫn đảm bảo một mức độ công bằng nhất định. Sau khi bộ đọm cùa người sứ dụng có C/I cao nhất đã rồng, một người sử dụng khác có bộ đọm không rồng và có C/I cao nhất sẽ được lập biểu và tiếp tục như vậy. Nguyên nhân khác nhau giữa bộ đọm đầy và lưu lượng trình duyọt vveb được minh họa trên hình 5.4. Bộ lập biểu tỷ lọ công bàng có hiọu năng như nhau trong cả hai trường hợp.

Rõ ràng rằng mức độ công bằng do các tính chất lưu lượng đem lại phụ thuộc rất nhiều vào lưu lượng thực tế; vì thế trong mạng thực tế không nên đưa ra một số giả thiết nhất định cho thiết kế khi mẫu lưu lượng có thể khác với các giả thiết này. Vì thế nếu chỉ dựa trên các tính chất lưu lượng đối với công bằng thì sẽ không có chiến lược tốt, nhưng các phân tích trên nhấn mạnh rằng cần thiết kế bộ lập biểu không chi riêng cho trường hợp bộ đọm đầy.

176 Giáo trình Lộ trình phát triển í hóng tin di động 3G lên4G

Bộ đệm đay Duyệt web

Thông lượng người sử dụng Thông lượng người sử dụng a) Đối với các bộ đệm đầy b) Đỗi với mô hình lưu lượng duyệt web

CDF: Comutative Distribution Function: hàm phản bố tích lũy

Hình 5.4. Minh họa hành vi cùa các chiến lược lập biếu khác nhau

5.4. CÁC Sơ ĐÒ PHÁT LẠI TIÊN TIÊN Do sự thay đổi chất lượng tín hiệu thu, truyền dẫn trên các kênh

không dây bứ mắc lỗi. Ở mức độ nhất đứnh có thể chống lại ảnh hường cùa các thay đổi này bằng cách sử dụng thích ứng đường truyền như đã xét ở trên. Tuy nhiên không thể loại bỏ được các thay đổi không thể dự báo được của nhiễu và tạp âm. Vì thế hầu hết các hệ thống thông tin không dây đều sử dụng mã hóa sửa lỗi trước (FEC). Nguyên lý cơ sở cùa mã sửa lỗi trước là đưa các bít dư vào tín hiệu cần phát. Điều này đạt được bằng cách cộng các bít chẵn lẻ vào các bít thông tin trước khi truyền dẫn. Các bít chẵn lẻ được tính toán từ các bít thông tin tùy theo cấu trúc mã hóa được sử dụng. Vì thế số bít được phát trên kênh lớn hơn sổ bít thông tin gốc và một lượng dư đã được đưa vào tín hiệu phát.

Chương 5: Lập hiểu, thích ứng đường truyền 177

Một cách khác đế xử lý các lồi truyền dẫn là sử dụng yêu cầu phát lại tự động (ARQ: Automatic Repeat Request). Trong sơ đồ ARQ, máy thu sử dụng mã phát hiện lồi, thường là CRC (Cyclic Redundance Check: kiểm tra vòng dư) để phát hiện xem gói thu có bị mắc lồi hay không. Nếu không phát hiện được lồi trong gói số liệu thu, số liệu thu đuợc thông báo là không mắc lỗi và máy thu thông báo điều này cho máy phát bảng cách phát đi công nhận (ACK). Trái lại nếu lỗi bị phát hiện máy thu sẽ loại bỏ số liệu thu và thông báo cho máy bàng cách gửi đi phù nhận (NAK). Đáp lại NAK, máy phát lại thông tin giống như đã gửi.

Hầu hết các hệ thống thông tin hiện đại kể cả WCDMA và cdma2000 đều sứ dụng kết hợp mã hóa sửa lỗi trước và ARQ, kết hợp này được gọi là ARQ lai ghép (HARQ). HARQ sử dụng các mã sửa lồi trước để hiệu chinh một tập con cùa tất cà các lỗi và dựa trên phát hiện lỗi để phát hiện các lỗi không thể sửa. Các gói số liệu thu lồi bị loại bỏ và máy thu yêu cầu phát lại các gói hỏng. Hầu hết các sơ đồ HARQ sử dụng mã CRC để phát hiện lồi, các mã Turbo và xoắn để sửa lỗi, nhưng về nguyên tắc có thể sử dụng mã sửa lồi và hiệu chỉnh lỗi bất kỳ.

55. YÊU CÀU PHÁT LẠI Tự ĐỘNG LAI GHÉP VỚI KẾT HỢP MÈM Hoạt động KARQ mô tả ờ trên thực hiện xóa các gói bị lỗi và yêu

cầu phát lại chúng. Tuy nhiên mặc dù không thể giải mã các gói này, tín hiệu thu được này vẫn chứa thông tin và thông tin này sẽ mất nếu xóa các gói thu mắc lỗi. Nhược điểm này được khắc phục bảng cách sử dụng HARQ với kết họp mềm. Trong sơ đồ HARQ với kết hợp mềm, gói mắc lỗi được lưu lại trong bộ nhớ đệm và sau đó được kết hợp với gói được phát lại để nhận được một gói duy nhất tin cậy hơn các gói thành phần. Giải mã sửa lỗi được thực hiện trên tín hiệu kết hợp. Nếu giải mã thất bại (CRC được sử dụng để phát hiện điều này), phát lại được yêu cầu.


Theo quy định, phát lại trong mọi sơ đồ HARQ phải thể hiện cùng tập bít thông tin như truyền dẫn gốc. Tuy nhiên tập các bít được mã hóa và được phát trong mỗi lẫn phát lại có thể được lựa chọn theo cách khác nhau chừng nào chúng vẫn còn thể hiện cùng tập bít thông tin. Vì thế HARQ với kết hợp mềm được chia thành loại săn bắt (Chase Combining) và phỏn dư tăng (Incremental Redundancy) phụ thuộc vào việc có đòi hỏi phát lại tương tự như lỏn phát ban đỏu hay không (hay chi phát phỏn dư tăng).

Kết hợp săn bắt được thực hiện với việc phát lại cùng tập các bít được mã hóa giống như lỏn truyền đỏu tiên. Sau mỗi lỏn phát lại, máy thu sử dụng kết hợp tỷ lệ cực đại để kết hợp từng bít thu được với các bít của các lỏn truyền dẫn trước và tín hiệu sau kết hợp được đưa đến bộ giải mã. Vì phát lại là bản sao cùa lỏn phát đỏu tiên nên có thể coi phát lại với kết hợp săn bắt là một dạng mã hóa lặp. Vì thế không có phỏn dư mới được phát. Kết họp săn bắt không cho thêm độ lợi mã hóa mà chỉ tăng tỳ số Eh/N0 tích lũy cho mồi lỏn phát lại (xem hình 5.5).

[các bít thông tin I _ Các bít được ' — ' Chèn CRC.

ma hóa V V Ma hóa sửa lõi tỳ lệ 3/4

Các bít được phát

Phát lằn đàu Phát lỏn hai

Năng lượng pu 2Ẽh Tssssssa , .

được tích lũy 3Eb 4Eb

Tỷ lệ ma tỏng hợp r=3/4 r=3/4 r=3/4 r=3M Hình 5.5. Vỉ dụ kết hợp săn bắt

VỚI kết hợp phần dư tăng (IR), mỗi lỏn phát lại không giống như lỏn phát đỏu tiên. Thay vào đó, nhiều tập các bít được mã hóa được thành lập trong đó mồi tập thể hiện cùng một tập các bít thông tin. Mỗi khi cỏn phát lại, phát lại sẽ sử dụng một tập các bít được mã hóa khác với lỏn phát trước đó. Máy thu kết hợp phát lại này với các lân


phát trước của cùng một gói. Vì phát lại này có thể chứa các bít chẵn lẻ bổ sung không có trong các lần phát lại trước nên tỳ lệ mã tồng hợp sẽ được giảm sau mỗi lần phát lại. Ngoài ra mỗi phát lại không nhờt thiết phải chứa cùng số bít được m ã hóa như phát gốc và tổng quát sơ đồ điều chế có thể khác nhau cho các lần phát lại khác nhau. Vì thế có thể coi kết hợp phần dư tăng như là tổng quát hóa của kết họp săn bờt hay ngược lại kết họp săn bờt như là trường hợp đặc biệt của kết hợp phần dư tăng.

Thông thường kết hợp phần dư tăng được xây dựng trên một mã tỷ lệ thờp và các phiên bàn dư khác nhau được tạo ra bàng cách chích bỏ một số bít đầu ra của bộ m ã hóa. Trong lần phát đầu. chi một số có hạn các bít được m ã hoa là được phát vì thế tỷ lệ mã cao. Trong lần phát lại, các bít được m ã hóa bổ sung được phát. Chẳng hạn giá thiêt rằng m ã cơ sở có tỷ lệ m ã 1/4 (cứ một bít thông tin thì có ba bít được mã hóa). Trong lần phát đầu một phần ba số bít được mã hóa được phát vì thế tỷ lệ m ã là 3/4 (hình 5.6). Trong trường họp giải m ã bị lỗi và có yêu cầu phát lại tiếp theo, các bít được m ã hóa bô sung được phát dẫn đến tỷ lệ m ã tổng họp 3/8. Sau lần phát lại thứ hai tỷ lệ mã tổng hợp sẽ là 1/4. Trong trường hợp phát lại nhiều hơn hai lần các bít mã hóa đã phát sẽ lặp lại vì thể tỷ lệ m ã vẫn là 1/4.

Ị Các bít thõng tin] Cái: hi! Í O < \ ^

mã hóa

Chèn CRC. Mã hóa sứa lỗi lý lệ 1/4

t? Ạ <fc Các bít

được phát

Năng lượng dược tích lũy

Tỷ lệ mã

tổng hợp

Phiên bán dư 1 Phát lạn dâu

Phiên bán do 1

Eb

r=3/4

Phiên bán dư 1

Phát lẫn ba

3Eb

=1/4

Phiên bán dư 1

Phátlăn bôn

4Eb r=1/4

Hình 5.6. Ví dụ về kết hợp độ dư tăng


Với phần dư tăng, mã được sử dụng cho lần phát đầu phải đàm bảo hiệu năng tốt không chi khi sử dụng độc lập m à cả khi được sử dụng kết hợp với m ã được phát lần hai. Tương tụ như vậy đối với các lần phát sau. Vì thế các phiên bản dư thường đuợc tạo ra bằng cách chích bỏ một số bít của một mã tỷ lệ thổp, các mẫu chích bỏ phải được quy định sao cho một mã tỷ lệ cao phải là một bộ phận của các mã tỷ lệ thổp. Nói một cách khác, tỷ lệ m ã tổng hợp r, sau lần phát thứ i bao gồm các bít được m ã hóa cùa các phiên bản dư RV k (trong đó k = Ì,...ì) phải có hiệu năng như một mã tốt được thiết kế trực tiếp đối với tỷ lệ rị. Các loại m ã xoắn này được gọi là các m ã xoắn tương thích tỷ l ệ .

Các hình 5.7 và 5.8 cho thổy ví dụ về sử dụng HARQ sử dụng mã Turbo cơ sở tỷ lệ m ã r = 1/3 cho kết hợp săn bắt và kết hợp phần dư tăng. Trên hình 5.7 các phát lại đều giống nhau và giống phát lần đầu. Trên hình 5.8 các phát lại chi phát phần dư (các bít chẵn lẻ) với số bít tăng.

Bộ mã hóa Turbo ị

Hệ thõng Chẵn lé ĩ Chẵn lẻ 2 r=1/3

Phối hợp tốc độ (chích bò) Phát lăn thứ nhổt Ị ị Phát lại

Hệ thõng Chẵn lẻ 1 Chẵn lè 2

Ị i — Ị 7T. -

ề Ú r=3/4 r=3/4

Két hợp m é m (tại máy thu) ị

Hệ thõng Chẵn lẻ 1 Chẵn lè 2

r=3/4

Hình 5.7. HARQ kết hợp săn bắt sử dụng mã Turbo

Chương 5: Lập biêu, thích ứng đường truyền. 181

Bộ mã hóa Turbo

I Hệ thõng Chẵn lẻ 1 Chẵn lé 2

Phôi hợp tóc độ (chích bó) Phát lăn thứ nhất Ị ị

r=1/3

Phát lại Hệ thõng Chẵn lè 1 Chằn lẻ 2

ị ị • •

....

r=3/4 I Chi phát các bít chẵn lé Két hợp phân dư tăng (tại máy thu)

I Hệ thõng Chẵn lé 1 Chẵn lé 2

mi ., .. ; í- i •:• í

Ví

r=3/8

Hình 5.8. HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã Turbo

Trong các phần trình bày trên đây, ta đã giả thiết là máy thu thu được tất cả các phiên bản dư trước. Nếu tất cả các phiên bản dư đều cung cấp cùng một lượng tin về gói số liệu, thì thứ tự các phiên bản dư không quan trặng. Tuy nhiên đối với một số cấu trúc, các phiên bàn dư có tầm quan trặng khác nhau. Chẳng dạn đối với các m ã Turbo, trong đó các bít hệ thống có tầm quan trặng hem các bít chẵn lẻ, vì thế lần phát đầu tiên phải ít nhất là chúa các bít hệ thống và một số bít chẵn lẻ. Trong các lần phát lại có thể có các bít hệ thống không phải các bít được phát lần đầu. Tuy nhiên nếu lần phát đầu được thu với chất lượng kém hoặc hoàn toàn không thu được, thì việc chỉ phát lại các bít chẵn lẻ là không thích hợp vì các bít hệ thống cung cấp chất lượng tốt hom. Vì thế tăng độ dư với sử dụng các m ã Turbo có lợi khi sử dụng nhiều mức phản hồi, chẳng hạn sử dụng hai phù nhận khác nhau: N A K để yêu cầu các bít chẵn lè bổ sung và LOST để yêu cầu


phát lại các bít hệ thống. Tổng quát, việc xác định số lượng các bít hệ thống và các bít chẵn lè khi phát lại dựa trên chất lượng tín hiệu của các lần phát trước không phải đơn giản.

HARQ với kết hợp mềm, bất kể sơ đồ kết hợp săn bắt hay phần dư tăng, dần đến giảm tốc đỉ số liệu do các lần phát lại và có thể coi là thích ứng đường truyền ngầm. Tuy nhiên khác với thích ứng đường truyền dựa trên các ước tính điều kiện kênh tức thời tường minh, HARQ với kết hợp mềm điều chỉnh ngầm tốc đỉ số liệu dựa trên kết quả giải mã. Xét về tổng thông lượng, kiểu thích ứng đường truyền ngầm này có ưu điểm hơn thích ứng đường truyền tường minh vì đỉ dư bổ sung chỉ cần thiết khi các lần truyền dẫn trước không cho phép giải mã đúng. Ngoài ra nó không phải dự báo các thay đổi của kênh nên nó có thể hoạt đỉng tốt không phụ thuỉc vào tốc đỉ chuyển đỉng của đầu cuối. Vì thích ứng đường truyền ngầm có thể cung cấp đỉ lợi thông lượng hệ thống, vấn đề đặt ra là vì sao thích ứng đường truyền tường minh vẫn cần thiết. Lý do chính cùa việc sử dụng thích ứng đường truyền tường minh là giảm trễ. Mặc dù xét từ quan điểm thông lượng hệ thống chi cần sử dụng thích ứng đường truyền ngầm là đù, nhưng chất lượng dịch vụ của người sử dụng đầu cuối có thể không đảm bảo xét về quan điểm trễ.

5.6. TỎNG KÉT

Chuông này đã xét mỉt số công nghệ được sử dụng như là các công nghệ then chốt trong các hệ thống thông tin di đỉng 3G tăng cường và 4G: lập biểu, thích ứng đường truyền và HARQ.

Lập biểu phụ thuỉc kênh trong các hệ thống thông tin di đỉng giải quyết vấn đề về cách thức chia sẻ các tài nguyên vô tuyến giữa những người sử dụng (các đầu cuối di di đỉng) khác nhau trong hệ thống đê đạt được hiệu suất sử dụng tài nguyên tốt nhất. Lập biểu phụ thuỉc

Chương 5: Lập biếu, thích ứng đường truyền 183

kênh cho phép giảm thiểu lượng tài nguyên cần thiết cho một người sử dụng vì thể cho phép nhiều người sử dụng hơn trong hệ thống trong khi vẫn đáp ứng được các yêu cầu chất lượng dịch vụ. Thích ứng đường truyền giải quyết vấn đề liên quan đến cách thiết lập các thông số truyền dẫn của đường truyền vô tuyến để xứ lý các thay đữi chất lượng đường truyền vô tuyến. Thích ứng đường truyền và lập biểu liên quan mật thiết với nhau.

Tuy nhiên do tính chất ngẫu nhiên cùa các thay đữi chất lượng đường truyền vô tuyến, không bao giờ có thể đạt được thích ứng chất lượng kênh vô tuyến tức thời một cách hoàn hảo. HARQ (Hybrid ARQ: ARQ lai ghép) vì thế rất hữu ích. HARQ đòi hỏi phát lại các gói thu bị l ỗ i . Có thể coi đày như là một cơ chế xử lý chất lượng kênh vô tuyến tức thời sau truyền dẫn và bữ sung rất tốt cho lập biểu phụ thuộc chất lượng kênh và thích ứng đường truyền. HARQ cũng phục vụ cho việc xử lý các l ồ i ngẫu nhiên do tạp âm trong máy thu. Trong sơ đồ HARQ với kết hợp mềm, gói mắc lỗi được lưu lại trong bộ nhớ đệm và sau đó được kết hợp với gói được phát lại để nhận được một gói duy nhất tin cậy hơn các gói thành phần. Giải m ã sửa lỗi được thực hiện trên tín hiệu kết họp.

5.7. CÂU HỎI 1. Trình bày nguyên lý thích ứng đường truyền dựa trên điều khiển

công suất.

2. Trình bày nguyên lý thích ứng đường truyền dựa trên tốc độ số liệu.

3. Trình bày nguyên lý lập biểu phụ thuộc kênh.

4. Trình bày các sơ đồ phát lại tiên tiến.

5. Trình bày yêu cầu phát lại tự động lai ghép với kết hợp mềm kiểu săn bắt (Chase Combining).

184 Giáo trình Lộ trình phát triền thông tin di động 3G lên 4G

6. Trình bày yêu cầu phát lại tự động lai ghép với kết hợp mềm kiểu phần dư tăng (Incremental Redundancy Combining).

7. Hãy sử dụng khái niệm tỷ sổ tín hiệu trên tạp âm E(/N0 = (P/Rb)/N0 đề giải thích ý nghĩa của hai sơ đồ thích ứng đư ng truyền trên hình 5.1?

8. Tiêu chí cơ bản của lập biểu phụ thuộc kênh là gi?

9. Tại sao lập biểu kênh lại cho phép tăng dung lượng?

10. Tại sao nói HARQ là một dạng thích ứng đư ng truyền?

11. So sánh các sơ đồ kết hợp mềm săn bắt và phần dư tăng trong HARQ?

Chương 6

HSDPA

Mục tiêu của HSDPA là mở rộng giao diện vô tuyến của WCDMA, tăng cường hiệu năng và dung lượng (tốc độ số liệu đỉnh cao) của WCDMA. Để đạt được mục tiêu này, HSDPA sử dụng một số kỹ thuật như: điều chế bậc cao, lập biểu phụ thuộc kênh và HARQ với kết hợp mềm.

Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm:

- HS-DSCH - MAC-hs và xử lý lớp vật lý

- Luồng số liệu - Điều chế bậc cao - Lập biểu và thích ng đường truyền

- HARQ với kết hợp mềm - CQI và các phương tiện đánh giá chất lượng khung khác

- Cấu trúc các kênh báo hiệu cùa HSDPA

- HSDPA MIMO - Các thủ tục lớp vật lý của HSDPA

- Di động - Các thể loại UE

186 Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G len 4G

Mục đích chương nhàm cung cấp cho bạn đọc các kiến thức khá đầy đù về công nghệ đa truy nhập HSDPA được sứ dụng trong 3G+

của3GPP.

Đe hiếu được chương này bạn đọc cần đọc kỳ tư liệu được trình bày trong chương, tham kháo thêm các tài liệu [ì], [9]. [10]. [ l i ] , [14] và trà lời các câu hói cuối chương.

6.1 TÔNG QUAN

6.1.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ

Đặc điếm chủ yếu cùa HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ. Trong truyền dẫn kênh chia sẻ. mữt bữ phận cùa tổng tài nguyên vô tuyến

đường xuống khá dụng trong ô (công suất phát và mã định kênh trong WCDMA) được coi là tài nguyên chung được chia sẻ đững theo thời gian giữa những người sứ dụng. Truyền dẫn kênh chia sè được thực hiện thông qua kênh chia sè đường xuống tốc đữ cao (HS-DSCH: High-Speed Dovvlink Shared Channel). HS-DSCH cho phép cấp phát nhanh mữt bữ phận tài nguyên đường xuống đê truyền số liệu cho mữt nguôi sứ dụng đặc thù. Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng số liệu gói thường được truyền theo dạng cụm và vì thế có các yêu cầu về tài nguyên thay đổi nhanh.

Cấu trúc cơ sờ thời gian và mã của HS-DSCH được cho trên hình 6.1. Tài nguyên mã cho HS-DSCH bao gồm mữt tập mã định kênh có hệ số trải phố 16 (xem phần trên cùa hình 6.1). trong đó số mã có thê sử dụng để lập cấu hình cho HS-DSCH nằm trong khoáng từ Ì đến 15.

Các mã không dành cho HS-DSCH được sử dụng cho mục đích khác, chảng hạn cho báo hiệu điều khiển, các dịch vụ MBMS hay các dịch vụ chuyến mạch kênh.

Phần dưới cùa hình 6.1 mô tá ẩn định tài nguyên mã HS-DSCH cho từng người sử dụng trên cờ sớ TT1 = 2ms (TTI: Transmit Time Interval: Khoáng thời gian truyền dẫn). HSPDA sử dụng TTI ngăn đê

Chương 6: HSDPA 187

giảm trễ và cải thiện quá trình bám theo các thay đổi của kênh cho mục đích điều khiển tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh (sẽ xét trong phần dưới).

HS-ỮSCH TTI 2ms

•*

Các mã định kênh được sử dụng cho truyền dấn HS-DSCH (10 trong thi dụ này)

CH Người sứ dụng 1 en Người sử dụng 2 ỵsì Người sử dụng 3 E3 Người sử dụng 4

Thời gian Hình 6. ì. Cẩu trúc thời gian-mã của HS-DSCH

Ngoài việc được ấn định một bộ phận của tổng tài nguyên mã khả dụng, một phần tổng công suất khả dụng của ô phải được ấn định cho truyền dấn HS-DSCH. Lun ý ràng HS-DSCH không được điều khiển công suất mà được điều khiển tốc độ. Sau khi phục vụ các kênh khác, phần công suất còn lại có thể được sử dụng cho HS-DSCH, điều này cho phép khai thác hiệu quả tổng tài nguyên công suất khả dụng.

6.1.2. Lập biểu phụ thuộc kênh Lập biểu điều khiển việc dành kênh chia sẻ cho người sử dụng

nào tại một thời điểm cho trước. Bộ lập biểu này là một phần tử then chốt và quyết định rất lớn đến tổng hiệu năng của hệ thống, đặc biệt khi mạng có tải cao. Trong mỗi TTI, bộ lập biểu quyết định HS-DSCH sẽ được phát đến người (hoặc những người) sử dụng nào kết hợp chặt chẽ với cơ chế điều khiển tốc độ (tại tốc độ số liệu nào).

Như đã xét trong chương trước, dung lượng hệ thống có thể được tăng đáng kể khi có xét đến các điều kiện kênh trong quyết định lập


biểu: lập biểu phụ thuộc kênh. Vì trong một ô, các điều kiện của các đường truyền vô tuyến đối với các UE khác nhau thay đổi độc lập, nên tại từng thời điểm luôn luôn tồn tại một đường truyền vô tuyến có chất lượng kênh gần với đữnh của nó (hình 6.2). Vì thế có thể truyền tốc độ số liệu cao đối với đường truyền vô tuyến này. Giải pháp này cho phép hệ thống đạt được dung lượng cao. Đ ộ lợi nhận được khi truyền dẫn dành cho những người sử dụng có các điều kiện đường truyền vô tuyến thuận lợi thường được gọi là phân tập đa người sử dụng và độ lợi này càng lớn khi thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng trong một ô càng lớn. Vì thế trái với quan điểm truyền thống rằng phađinh nhanh là hiệu ứng không mong muốn và rằng cần chống lại nó, bàng cách lập biểu phụ thuộc kênh phađinh có l ợ i và cần khai thác nó.

Một số chiến lược lập biểu khác nhau đã được xét trong chương trước. Chiến lược của bộ lập biểu thực tế là khai thác các thay đổi ngắn hạn (do phađinh đa đường) và các thay đổi nhiễu nhanh nhưng vẫn duy trì được tính công bằng dài hạn giữa những người sử dụng. về nguyên tắc, sụ mất công bằng dài hạn càng lớn thì dung lượng càng cao. Vì thế cần cân đối giữa tính công bàng và dung lượng.

Các thay đỗi kênh hiệu dụng ỵ nhìn từ nút B

- - —— Người sử dụng #1 - - - * Người sử dụng #2 ~" — Người sử dụng #3

#3 #2 #3 #1 Hĩnh 6.2. Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA

Ngoài các điều kiện kênh, bộ lập biểu cũng cần xét đến các điêu kiện lưu lượng. Chẳng hạn, sẽ vô nghĩa nếu lập biểu cho một người sử dụng không có số liệu đợi truyền dẫn cho dù điều kiện kênh của người


sử dụng này tốt. Ngoài ra một số dịch vụ cần được cho mức ưu tiên cao hơn. Chăng hạn các dịch vụ luồng đòi hòi được đảm bảo tốc độ số liệu tương đối không đổi dài hạn, trong khi các dịch vụ nền như tải xuống không có yêu cầu cao về tốc độ sổ liệu không đổi dài hạn.

6.1.3. Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao Trong chương trước, điều khiển tốc độ đã được coi là phương tiện

thích ứng đưựng truyền cho các dịch vụ truyền số liệu hiệu quả hơn so với điều khiển công suất thưựng được sử dụng trong CDMA, đặc biệt là khi nó được sử dụng cùng với lập biểu phụ thuộc kênh.

Đối với HSDPA, điều khiển tốc độ được thực hiện bằng cách điều chỉnh động tỷ lệ mã hóa kênh và chọn lựa động giữa điều chế QPSK và 16QAM. Điều chế bậc cao như 16QAM cho phép đạt được mức độ sử dụng băng thông cao hơn QPSK nhưng đòi hôi Eh/N0 cao hơn. Vì thế 16 QAM chủ yếu chỉ hữu ích trong các điều kiện kênh thuận lợi. Nút B lựa chọn tốc độ số liệu độc lập cho từng TTI 2ms và cơ chế điều khiển tốc độ có thể bám các thay đổi kênh nhanh.

6.1.4. HARQ vói kết hợp mềm HARQ với kết hợp mềm cho phép đầu cuối yêu cầu phát lại các

khối thu mắc lỗi, đồng thựi điều chình mịn tỷ lệ mã hiệu dụng và bù trừ các lỗi gây ra do cơ chế thích ứng đưựng truyền. Đầu cuối giải mã từng khối truyền tải mã nó nhận được rồi báo cáo về nút B về việc giải mã thành công hay thất bại cứ 5ms một lần sau khi thu được khối này. Cách làm này cho phép phát lại nhanh chóng các khối số liệu thu không thành công và giảm đáng kể trễ liên quan để phát lại so với phát hànhR3.

Không như HARQ truyền thống, trong kết hợp mềm, đầu cuối không loại bỏ thông tin mềm trong trưựng hợp nó không thể giải mã được khối truyền tải mà kết hợp thông tin mềm từ các lần phát trước đó với phát lại hiện thựi để tăng xác suất giải mã thành công. Tăng


phần dư (IR) được sử dụng làm cơ sở cho két hợp mềm trong HSDPA, nghĩa là các lần phát lại cỏ thể chứa các bít chẵn lẻ không có trong các lần phát trước. Từ chương 5 ta đã biết ràng IR có thể cung cấp độ lợi đáng kể khi tỷ lả mã đối với lần phát đầu cao vì các bít chẵn lẻ bồ sung làm giảm tổng tỷ lả mã. Vì thế IR chủ yếu hoai ích trong tình trạng giới hạn băng thông khi đầu cuối ở gần trạm gốc và số lượng các mã định kênh chứ không phải công suất hạn chế tốc độ số liảu khả dụng. Nút B điều khiển tập các bít được mã hóa sẽ sử dụng để phát lại có xét đến dung lượng nhớ khả dụng của UE.

6.1.5. Kiến trúc Từ các phần trên ta thấy ràng các kỳ thuật HSDPA dựa trên thích

ứng nhanh đối với các thay đổi nhanh trong các điều kiản kênh. Vì thế các kỹ thuật này phải được đặt gần với giao diản vô tuyến tại phía mạng, nghĩa là tại nút B. Ngoài ra một mục tiêu quan trọng cùa HSDPA là duy trì tối đa sự phân chia chức năng giữa các lớp và các nút của R3. cần giảm thiểu sự thay đổi kiến trúc, vì điều này sẽ đon giản hóa viảc đưa HSDPA vào các mạng đã triển khai cũng như đảm bảo hoạt động trong các môi trường mà ở đó không phải tất cả các ô đều được nâng cấp bằng chức năng HSDPA. Vì thế HSDPA đưa vào nút B một lớp con M Á C mới, MAC-hs, chịu trách nhiảm cho lập biểu, điều khiển tốc độ và khai thác giao thức HARQ. Do vậy ngoại trừ các tăng cường cho RNC như điều khiên cho phép HSDPA đối với những người sử dụng, HSDPA chủ yếu tác động lên nút B (hình 6.3).

Mỗi UE sử dụng HSDPA sẽ thu truyền dẫn HS-DSCH từ một ô (ô phục vụ). Ô phục vụ chịu trách nhiảm lập biểu, điều khiển tốc độ, HARQ và các chức năng MAC-hs khác cho HSDPA. Chuyển giao mềm đường lên được hồ trợ trong đó truyền dẫn số liảu đường lên sẽ thu được từ nhiều ô và UE sẽ nhận được các lảnh điều khiển công suât từ nhiều ô.

Di động từ một ô hỗ trợ HSDPA đến một ô không hỗ trợ HSDPA được xử lý dễ dàng. Có thể đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn cho


người sử dụng (mặc dù tại tốc độ sổ liệu thấp hơn) bằng chuyển mạch kênh trong RNC trong đó người sử dụng được chuyển mạch đến kênh dành riêng (DCH) trong ô không cỏ HSDPA. Tuông tự, một người sử dụng được trang bị đậu cuối có HSDPA có thể chuyển mạch từ kênh riêng sang HSDPA khi người này chuyển vào ô co hỗ trợ HSDPA.

Đ ế n mạng lõi

RNC RNC

Chức năng MAC-hs Lập biểu

- Thích ứng tốc độ ,- HARQ

ô phục vụ

Hình 6.3. Kiến trúc HSDPA

ổ không phục vụ

6.2.HS-DSCH

6.2.1. HS-DSCH và các kênh báo hiệu Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH: High-speed

Downlink Shared Channel) là kênh truyền tải được sử dụng để hỗ trợ truyền dẫn kênh chia sẻ và các công nghệ khác trong HSDPA như lập biểu phụ thuộc kênh, điều khiển tốc độ (gồm cả điều chế tốc độ cao) và HARQ với kết hợp mềm. Như đã xét trong phận tổng quan và hình 6.1, HS-DSCH tương ứng với một tập mã định kênh có hệ số trải phổ 16. Mỗi mã định kênh này còn được gọi là HS-PDSCH (High Speed


Physical Downlink Shared Channel: kênh chia sẻ vật lý đường xuống tốc độ cao).

Để hiểu rõ được kênh HS-DSCH ta so sánh tính năng kênh DCH và HS DSCH. Trước hết ta cần lưu ý một số điểm khác nhau giữa WCDMA và HSDPA. WCDMA sử dụng các kênh FACH, DCH và DSCH để truyền số liệu gói, trong đó FACH để truyền các gói nhỏ, DCH là kênh chính còn DSCH để truyền các gói có tốc độ cao hơn. HSPA thực chất thay thế kênh WCDMA DSCH bạng kênh HSDPA DSCH (trong R5 vẫn còn sử dụng WCDMA DSCH nhưng trong R6 kênh này không còn được sử dụng nữa). Trong R5, kênh DCH luôn đi cùng với kênh HSDPA DSCH (hình 6.4). Nếu số liệu không được truyền thì DCH là kênh mang vô tuyến báo hiệu (SRB: Signalling Radio Bearer). Trong trường hợp dịch vụ chuyển mạch kênh (AMR hoặc video) được truyền song song với số liệu PS, thì các dịch vụ cs được mang trên kênh này. Trong Ró báo hiệu có thể được truyền trên kênh F-DCH (Fractional DCH: DCH một phần). Trong R5, số liệu người sử dụng đường lên luôn được truyền trên DCH (khi HSDPA

tích cực), trong khi đó Ró sử dụng E-DCH (Enhanced DCH: DCH tăng cường) cho HSUPA. Bảng 6. Ì so sánh các tính năng kênh DCH và HS-DSCH.

UE

Hình 6.4. Các kênh cần cho hoạt động HSDPA trong R5


Bảng 6. ỉ. So sánh các tính năng kênh DCH và HS-DSCH

Tính năng DCH HS-DSCH

Hệ số trải phổ khả biến có không Điều khiển công suất nhanh có không

Điều chế và mã hóa thích ứng không có

Khai thác nhiều mã có có, được mờ rộng

Phát lại lớp vật lý không có

Thích ứng đường truyền và lập biểu theo BTS

không có

Ngoài HS-DSCH còn cần có các kênh khác như các kênh cho các dịch vụ chuyển mạch kênh và cho báo hiệu điều khiển. Đẫ có thể cân đối giữa khối lượng tài nguyên mã dành cho HS-DSCH và khối lượng tài nguyên mã dành cho các mục đích khác, có thể lập cấu hình cho số mã định kênh khả dụng cho HS-DSCH trong dải tư Ì đến 15. Các mã không dành cho HS-DSCH được sử dụng cho các mục đích khác như cho báo hiệu điều khiển và các dịch vụ chuyển mạch kênh. Nút mã đầu tiên trong cây mã không bao giờ được sử dụng cho truyền dẫn HS-DSCH bời vì nút này chứa các kênh vật lý bắt buộc như kênh hoa tiêu chẳng hạn.

Có thể tổng kết các khác biệt quan trọng giữa khai thác số liệu gói dựa HSDPA so với trên R3 DCH như sau:

- Không có điều khiển công suất nhanh, thay vào đó là thích ứng đường truyền bằng cách chọn tổ hợp các mã định kênh, tỷ lệ mã hóa kênh và điều chế thích hợp.

- Hỗ trợ điều chế bậc cao hom DCH. Với sử dụng điều chế biên độ 16QAM, số bít mang trên một ký hiệu tăng gấp đôi so với điều chế QPSK của R3.


- Nút B lập biểu cho người sử dụng (ấn định tài nguyên vô tuyến) trong từng TTI = 2ms và thông báo kết quả lập biểu bằng báo hiệu nhanh lớp vật lý. Với DCH báo hiệu lớp cao hơn từ RNC ấn định mã bán cố định (SF tương ứng). TTI của DCH cũng lâu hem (10, 20, 40 hoặc 80ms).

- Sử dụng phát lợi lóp vật lý và kết họp mềm phát lợi, trong khi với DCH nếu có sử dụng phát lợi thì sử dụng phát lợi mức RLC.

- Không có chuyển giao mềm. số liệu chỉ được phát từ ô phục vụ. - Hoợt động đa mã với một SF cố định. Chỉ SF = 16 là được sử dụng, trong khi với DCH, hệ số trải phổ có thể là từ 4 đến 512. Với HSDPA chỉ có mã Turbo được sử dụng, trong khi với DCH cả mã xoắn cũng có thể được sử dụng.

- Không có phát không liên tục (DTX) tợi mức khe. HS-PDSCH hoặc được phát toàn bộ hoặc hoàn toàn không được phát trong 2ms Tri.

Chia sẻ tài nguyên mã HS-DSCH trước hết cần thực hiện trong miền thời gian. Lý do là để khai thác tối đa các ưu điểm của lập biểu phụ thuộc kênh và điều khiển tốc độ, vì chất lượng tợi đầu cuối thay đổi trong miền thời gian nhưng (hầu như) độc lập với tập mã (các kênh vật lý) được sử dụng để truyền dẫn. Tuy nhiên chia sẻ tài nguyên mã HS-DSCH trong miền mã cũng được hỗ trợ như trên hình 6.1. Với chia sẻ mã-thời gian, hai hay nhiều UE có thể được lập biểu đồng thời bàng cách sử dụng các phần khác nhau của tài nguyên mã chung (các tập khác nhau của các kênh vật lý). Có hai lý do cho chia sè trong miền mã: (1) hỗ trợ các đàu cuối không thể trải phổ tập mã đầy đủ (vì phức tợp) và (2) hỗ trợ các tài nhỏ khi số liệu được phát không yêu cầu tập đầy đủ các mã HS-DSCH được cấp phát. Trong cả hai trường hợp nói trên, sẽ lãng phí tài nguyên khi ấn định toàn bộ tài nguyên mã cho một đầu cuối.


Ngoài việc được cấp phát một phần trong số tổng tài nguyên mã, một phần trong số tống công suất ô khá dụng cũng được sứ dụng cho truyền dẫn HS-DSCH.

Đe đạt được mức độ sử dụng tài nguyên công suất cực đại trong trạm gốc. phần công suất còn lại sau khi đã phục vụ các kênh khác (các kênh được điều khiển công suất) phái được uu tiên dành cho HS-DSCH như mô tả trên hình 6.5. về nguyên tấc. điều này dẫn đến công suất phát không đổi (hay ớ mức độ nhất đờnh không đổi) trong một ô. Vì HS-DSCH được điều khiển tốc độ, nên tốc độ số liệu của HS-DSCH có thể được lựa chọn để phù hợp với các điều kiện kênh vô tuyến và lượng công suất tức thời khả dụng cho truyền dẫn HS-DSCH.

Cõng suất Còng suất ì í k

Công suất không SỪ dụng \ t

•o -án

HS-DSCH

Các kênh riêng (được diều khiển cõng suất)

ng cõng S

UI

" ^'^Các^ienh^riêríg^^ (được diều khiển công suất)

Các kênh chung "O

Các kênh chung Sừ dụng cõng suất khi chi Thời gian HS-DSCH VỚI cáp phát Thời gian

có các kênh riêng cõng suất đỏng

Hình 6.5. Sừ dụng công suất động với HS-DSCH

Để đạt được ấn đờnh các tài nguyên chia sẻ nhanh và đạt được trễ người sử dụng đầu cuối thấp, TTI phải được lựa chọn nhỏ nhất. Tuy nhiên nếu TTI quá nhò sẽ dẫn đến chi phí bổ sung cho báo hiệu đối với từng cuộc truyền dẫn quá lớn. Để cân đối giữa hai tiêu chí đối lập nhau nói trên TTI được chọn bằng 2ms cho HSDPA.

Cần phải có báo hiệu điều khiển đường xuống cho hoạt động cùa HS-DSCH trong từng TTI. số nhận dạng của UE (hoặc các UE) hiện thời đang được lập biểu phải được thông báo cùng với tài nguyên vật lý (các mã đờnh kênh) được sử dụng để phát đến UE này. UE cũng cần

196 Giáo trình Lộ (rình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

được thông báo về khuôn dạng truyền tải được sử dụng cho truyền dẫn cùng với thông tin liên quan đến HARQ. Tài nguyên và thông tin về khuôn dạng truyền tải bao gồm bộ phận cây mã được sù dụng cho truyền dẫn, sơ đồ điều chế được sử dụng và kích thước khối truyền tải. Báo hiệu điều khiển đường xuống được mang trên kênh HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel: kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao); kênh này được phát đồng thời với HS-DSCH bàng cách sử dụng một mã định kênh riêng. HS-SCCH là kênh chia sẻ để thông báo về việc HS-DSCH được lập cầu hình cho UE nào. Tầt cả các UE đều thu kênh này để tìm xem nó có được lập biểu hay không.

Trong một ô có thể nhiều kênh HS-SCCH được lập cầu hình, nhưng vì HS-DSCH chủ yếu được chia sẻ theo thời gian và chỉ có đầu cuối hiện đang được lập biểu là cần thu kênh HS-SCCH, vì thế thông thường chi có một, hay nếu chia sẻ trong miền mã được hỗ trợ trong ô, thì có thể có một số HS-SCCH là được lập cầu hình trong ô. Tuy nhiên mỗi đầu cuối có khả năng HS-DSCH phải có khả năng giám sát tới 4 HS-SCCH. Bốn HS-SCCH được chọn đền có thể đảm bảo đù tính linh hoạt trong quá trình lập biểu cho nhiều UE; nếu con số này nhỏ hơn thì bộ lập biểu sẽ chi hạn chế đến các UE cần lập biểu đồng thời trong trường họp chia sẻ miền mã.

Truyền dẫn HSDPA cũng đòi hỏi báo hiệu điều khiển đường lên cho HARQ để thông báo cho nút B về việc thu truyền dẫn đường xuống có thành công hay không. Trong mỗi TTI mà UE được lập biểu, các báo hiệu ACK và NAK được gửi trên đường lên để thông báo kết quả của giải mã HS-DSCH. Thông tin này được mang trên kênh HS-DPCCH: High Speed Dedicated Physical Control Channel: kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao). Mỗi UE được thiết lập một kênh HS-DPCCH cùng với cầu hình HS-DSCH. Ngoài ra nút B cũng cần biết thông tin về các điều kiện kênh đường lên tức thời tại UE để thực hiện lập biểu phụ thuộc kênh và điều khiển tốc độ. Vì thế mỗi UE phải đo


các điều kiện tức thời đường xuống và phát chi thị chất lượng kênh (CQI: Channel Quality Indicator) trên kênh HS-DPCCH.

Ngoài các kênh HS-DSCH và HS-SCCH, đầu cuối HSDPA cần nhận được các lệnh điều khiển công suất để hồ trợ điều khiển công suất vòng kín đường lên giống như đối với đầu cuối WCDMA. Điều này đạt được thông qua kênh DPCH (Dovvnlink Dedicated Physical Channel: kênh vật lý riêng đường xuống) đối với từng UE. Ngoài lệnh điều khiển công suất, kênh này còn được sử dụng cho số liệu cùa người sử dụng không được truyền trên kênh HS-DSCH, chỉng hạn cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.

Kênh chia sẻ, cho một ó Kênh riêng, cho một UE

/* \

HS-DSCH SỐ liệu người

sử dụng đường xuống

HS-SCCH (F-)DPCH Báo hiệu Các lệnh

điều khiển cho điều khiển HS-DSCH công suất

DPDCH DPCCH Số liệu người Báo hiệu

sử dụng điều khiển cho đường lên DPDCH

HS-DPCCH Báo hiệu điều khiển

liên quan đến HS-DSCH

Hình 6.6. Cẩu trúc kênh cỏ HSDPA

Phát hành Ró hỗ trợ kênh DPCH phân đoạn, F-DPCH (Fractional DPCH) để giảm việc sử dụng các mã định kênh đường xuống, về nguyên lý, kênh dành riêng đường xuống chỉ được sử dụng để mang các lệnh điều khiển công suất cho UE để điều khiển công suất đường lên. Nếu tất cả các cuộc truyền dẫn số liệu bao gồm cả các kênh mang vô tuyển báo hiệu lóp cao đều được sắp xếp lên HS-DSCH, thì sẽ lãng phí các tài nguyên mã quý hiếm nếu sử dụng một kênh riêng với hệ số ữải phổ 256 cho một UE để chỉ điều khiển công suất. F-DCH giải quyết điều này bằng cách cho phép nhiều UE chia sẻ một mã định kênh đường xuống duy nhất.


Để tống kết, ta xét cấu trúc kênh tống thế có HSDPA trên hình 6.6. Từ hình 6.6, ta thấy các kênh cần thiết cho hoạt động HSDPA bao

gồm: /. Đổi với R5

- HS-DSCH (Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao): Mang số liệu gói tốc độ cao

HS-SCCH (Kênh điểu khiển chia sè đường xuống tốc độ cao): Mang thông tin về số mã trải phố và phương pháp điều chế được sử dụng cho đầu cuối để đầu cuối có thể giải trải phổ và giãi điều chế đúng

- HS-DPCCH (Kênh điều khiến vật lý dành riêng đường lén tốc độ cao): Mang thông tin hồi tiếp đế BTS có thể thích ứng đường truyền và phát lại

- Kênh DCH (DPDCH/DPCCH) đường lên: Giống như WCDMA

2. Đổi với Ró

- Bổ sung thêm kênh đường lên F-DCH (kênh DCH một đoạn): Chi nang thông tin về điều khiển công suất cho đường lên cho trường hợp chi truyền số liệu gói

Cả kênh HS-PDSCH và HS-SCCH đều không có phân tữp vĩ mô đường xuống hay chuyển mạch mềm. Lý do vì việc đặt lữp biếu HS-DSCH trong nút B. Vì thế không thể đồng thời phát HS-DSCH đến một UE tù nhiều nút B và điều này dẫn đến không thể sử dụng chuyển giao mềm giữa các nút B. Ngoài ra cũng cần lưu ý ràng trong mỗi ô, phân tữp đa người sử dụng được thực hiện bởi bộ lữp biểu phụ thuộc kênh. Bộ lữp biểu chỉ cho phép phát đến một người sử dụng khi người này có các điều kiện kênh vô tuyến tức thời thuữn lợi và vì thê độ lợi nhữn được từ phân tữp vĩ mô sẽ giảm.


6.2.2. Điều khiển tài nguyên cho HS-DSCH

Khi đưa vào HSDPA, một số phần quản lý tài nguyên vô tuyến được xử lý tại nút B thay vì tại RNC. Lý do vì áp dụng lập biểu phụ thuộc kênh và điều khiển tốc độ được đặt trong nút B để khai thác các thay đổi nhanh của kênh. Tuy nhiên RNC vẫn chịu trách nhiệm tổng thể cho quản lý tài nguyên bao gờm cà điều khiển cho phép và xử lý nhiễu giữa các ô. Vì thế các báo cáo về kết quả đo lường mới từ nút B đến RNC được đưa vào hệ thống cùng với các cơ chế cho RNC để thiết lập các giới hạn mà nút B được phép xử lý các tài nguyên HSDPA trong ô.

Để giới hạn công suất sử dụng cho HSDPA, RNC có thể thiết lập đại lượng công suất cực đại mà nút B được phép sử dụng để phát đường xuống cho HSDPA. Điều này cho phép RNC điều khiển đại lượng nhiều cục đại mà một ô có thể gây ra đối với các ô lân cận. Trong giới hạn mà RNC thiết lập, nút B có thể tự do quản lý công suất chi phí cho HSDPA trên đường xuống. Nếu đại lượng này không có (hay lớn hơn tổng công suất của nút B), nút B có thể sử dụng toàn bộ công suất khả dụng cho truyền dẫn đường xuống trên HS-DSCH và HS-SCCH.

Điều khiển cho phép trong RNC cần xét đến đại lượng công suất khả dụng trong nút B. Chì khi có đủ khối lượng công suất khả dụng trong nút B, một người sử dụng mới mới được phép vào ô. Vì thế cần đo công suất sóng mang đang phát. Tuy nhiên, cùng với việc đưa vào HSDPA, nút B có thể phát toàn bộ công suất thậm chí khi chỉ có một nguôi trong ô để đạt được tốc độ số liệu cực đại. Đối với điều khiển cho ohéD trong RNC, điều này thể hiện như là ô đầy tải và không thể cho phép thêm người sử dụng nữa. Vì thế cần đưa vào việc báo cáo kết quả đo mới về công suất sóng mang đang phát của tất cả các mã không đưẹc sử dụng cho HS-PDSCH hay HS-SCCH. Điều khiển cho


phép sẽ sử dụng thông tin này để quyết định có cho phép những người sử dụng mới vào ô hay không (hình 6.7).

RNC

Điều khiển cho phép Điều khiển nghẽn

Hình ố. 7. Đo đạc và giới hạn tài nguyên đổi với HSDPA

Ngoài báo hiệu liên quan đến công suất như đã xét ờ trên, cũng cần có báo hiệu cho các dịch vụ luồng. Đ ể hỗ trợ hiệu quả dịch vụ luồng, cần đảm bảo một tốc độ trung bình tối thiểu. Đ ể vựy RNC có thể thông báo tốc độ bít cần đảm bảo. Bộ lựp biểu có thể sử dụng thông tin này để đảm bảo cung cấp tốc độ sổ liệu đủ cao trung bình trong thời gian dài hơn cho một hàng đợi ưu tiên nào đó của MAC-d. Đ ể giám sát sự thực hiện này và để có thể quan trắc tải trong ô do các quy định này, nút B có thể báo cáo công suất cần thiết cho từng loại ưu tiên do RNC lựp cấu hình để nhựn dạng các UE đòi hỏi chi phí cao (đòi hỏi nhiều công suất). Nút B cũng có thể báo cáo tốc độ số liệu lấy trung bình trên lOOms m à thực tế nó cung cấp cho từng loại ưu tiên.

6.3 MAC-hs VÀ XỬ LÝ LỚP VẬT LÝ

6.3.1. Cấu trúc MAC-hs và lóp vật lý Như đã xét trong phần tổng quan, MAC-hs là một lớp con mới

được đặt trong nút B chịu trách nhiệm để lựp biểu DS-DSCH, điều khiển tốc độ và hoạt động của giao thức HARQ. Đ ể hồ trợ các tính năng này, lớp vựt lý cũng đã được tăng cường bằng các tính năng

Nút B

Bộ lựp biểu

Cống suát sóng mang đang phát của tát cả các mã không sử dụng cho HS-DSCH hay HS-SCCH

Giói hạn tổng cõng suất HSDPA

Giá trị đo 'tóc độ bít HS-DSCH cung cáp

Giá trị đo cõng suất HS-DSCH yêu cầu

Tốc độ bít cần đảm bảo


tương ứng chẳng hạn hỗ trợ kết hợp mềm trong HARQ. Hình 6.8 mô tả MAC-hs và quá trình xử lý lóp vật lý. Các luồng MAC-d

Mẫm Xử lý ưu tiên

Lặp biêu và thích ứng tốc độ

(cho một ỏ)

Thực thể HARQ (cho một người

sử dớng)

HS-DSCH

Gắn CRC

Ngẫu nhiên hóa bít

Mã hóa Turbo

Phối hợp tốc độ HĂRQ

MAC-hs Lớp 2

Lớp 1

Phân đoạn kênh vật lý

Đan xen

sắp xép chùm tin niệu

-ỊT~ Hình 6.8. MAC-hs và quá trình xử lý lớp vật lý

MAC-hs bao gồm lập biểu, xử lý ưu tiên, chọn khuôn dạng truyền tải (điều khiển tốc độ) và các bộ phận cùa HARQ. số liệu có dạng một khối truyền tải với kích thước động được đưa từ MAC-hs thông qua kênh truyền tải HS-DSCH đến xử lý lớp vật lý HS-DSCH.


Quá trình xử lý lớp vật lý HS-DSCH như sau. 24bit CRC được gắn vào từng khối truyền tải. CRC được ƯE sử dụng để phát hiện lỗi trong khối truyền tải thu. Để giải điều chế 16QAM (một kiểu sơ đồ điều chế được hỗ trợ bởi HS-DSCH), máy thu cần biết được biên độ để tứo ra giá trị mềm chính xác trước khi giải mã Turbo. Điều này khác với QPSK, trong đó không cần biết biên độ vì tất cả thông tin được chứa trong pha cùa tín hiệu thu. Để dễ dàng đánh giá tham chuẩn biên độ, sau khi gắn CRC các bít được ngẫu nhiên hóa. Kết quả là chuồi ra của bộ mã hóa Turbo được ngẫu nhiên trước khi đưa lên điều chế 16QAM và điều này hỗ trợ cho UE để ước tính chuẩn biên độ. Lun ý ràng ngẫu nhiên hóa được thực hiện cho tất cả các sơ đồ điều chế, mặc dù nói một cách chặt chẽ nó chỉ cần thiết cho 16QAM.

Sơ đồ mã hỏa căn bản trong HSDPA là mã hóa Turbo tỷ lệ 1/3. Để đứt được tỷ lệ mã hóa do quá trình điều khiển tốc độ lựa chọn, đục lỗ và lặp được sử dụng để phổi hợp số bít được mã hóa với số bít khả dụng của kênh vật lý. Cơ chế phối họp tốc độ cũng là một bộ phận của HARQ lớp vật lý và nó được sử dụng để tứo ra các phiên bản dư khác nhau cho sơ đồ dư tăng. Điều này được thực hiện thông qua các mẫu đục lồ (chích bỏ) khác nhau; các bít khác nhau được đục lỗ cho lần phát đầu và các lần phát lứi.

Phân đoứn kênh vật lý thực hiện phân bố các bít đến các mã định kênh khác nhau được sử dụng cho truyền dẫn, sau đó là đan xen.

Sắp xếp chùm tín hiệu chỉ được sử dụng cho 16QAM. Nếu kết hợp săn bắt được sử dụng cùng với 16QAM, thì có thể tăng được hiệu năng nếu chùm tín hiệu thay đổi giữa các lần phát lứi. Chi tiết về điều này sẽ được xét dưới đây.

6.3.2. Tiêu đề MAC-hs Để hỗ trợ việc sắp đặt lứi thứ tự và phân chia các MAC-d PDƯ

trong UE như đã trình bày ở trên, cần có báo hiệu thông tin cần thiêt


cho UE. Vì thông tin này chỉ cần thiết sau khi đã giải mã thành công một khối truyền tải, nên có thể sử dụng báo hiệu trong băng ở dạng tiêu đề MAC-hs.

Tiêu đề M Á C chứa: - Nhận dạng hàng đợi sắp đặt lại thứ tấ - Sổ trình tấ phát (TSN) - Số lượng và kích thước MAC-d PDU Cấu trúc tiêu đề MAC-hs được cho trên hình 6.9. Cờ phiên bản

(VF) bằng 0 và được dấ trữ cho các mở rộng tương lai của tiêu đề MAC-hs. Nhận dạng hàng đợi (Queue ID) 3 bít nhận dạng hàng đợi sắp đặt lại thứ tấ cần được sử dụng trong máy thu. Tất cả các MAC-d PDU trong một MAC-hs PDU trấc thuộc cùng một hàng đợi sắp đặt lại thứ tấ. Trường TSN 6 bít nhận dạng sổ trình tấ phát cùa khối số liệu MAC-hs. TSN là số duy nhất trong một bộ đệm sắp xếp lại nhưng không duy nhất giữa các bộ đệm sắp xếp lại khác nhau. Cùng với Queue ID, TSN đảm bảo hỗ trợ chuyển theo thú tấ như đã xét trong phần trước.

VF QueueID T S N SID, N, Fi

Tiêu đè MAC-hs Các MAC-d p Kĩ _u

Cáp MAC-d p

! _ _ L

Đệm

Các M Á C PDU có kícti thước N, SID| Các M Á C PDU có kích thước NkSIDk

Khối truyền tải (MAC-hs PDU)

Hình 6.9. Cấu trúc tiêu đề MAC-hs

Tải tin MAC-hs bao gồm một hay nhiều MAC-d PDU. SID 3 bít, nhận dạng chi số kích thước cung cấp kích thước MAC-d PDU và trường N 7 bít xác định số lượng MAC-d PDU. Cờ F được sử dụng để

204 Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin dì động 3G lên 4G

chi thị kết thúc tiêu đề MAC-hs. Tập SID, N và F được sử dụng cho từng tập các MAC-PDU liền kề và nhiều kích thước khác nhau của MAC-d PDU được hồ trợ bàng cách tạo ra các nhóm MAC-PDU có kích thước giống nhau. Lưu ý ràng tất cả các MAC-d PDU của một khối số liệu phải được đặt theo thở tự liên tục vì đánh số số trình tự được thực hiện theo từng khối. Vì thế nếu chuỗi các MAC-d PDU vói kích thước được xác định bởi SID1, SID2, SID1 được phát, thì ba nhóm phải được tạo ra mặc dù chỉ có hai kích thuớc MAC-d PDU. Cuối cùng, MAC-hs PDU được đệm thêm (nếu cần) sao cho kích thước của MAC-hs PDU bằng một kích thước khối phù hợp. cần lưu ý ràng trong hầu hết các trường hợp, chỉ có một kích thước MAC-d PDU, vì thế chỉ có một tập SID, N và F.

6.4. L U Ô N G SÔ LIỆ U Để mô tả luồng sổ liệu của người sử dụng qua các lớp khác nhau

ta xét cấu hình giao diện vô tuyến trên hình 6.10 làm ví dụ. Trong ví dụ này ta giả thiết UE sử dụng dịch vụ dựa trên IP trong đó số liệu của người sử dụng được sắp xếp lên kênh HS-DSCH.

Ì RRC

Ũ

SRBs

RBs

RLC

DCCHs

PDCP

©

® RLC

DTCHs (D

MAC-d

Ì DCH(S)

SRBs: Các khói nguồn báo hiệu RBs. Các khối nguồn DCCHs: Các kênh điều khiển riêng DTCHs: Các kênh lưu lượng riêng DCH (s): Kênh (các kênh) riêng HS-DSCH: Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao DPCr: Kênh vật lý riêng HS-DPSCH: Kênh vật lý chia sẻ riêng LI: Lớp 1

MAC-hs Các luồng 0 MÁC d

rít ị (DPCH)

Tí (HS-DPSCH)

HS-DSCH (5)

© Hình 6.10. Cẩu hình giao thức khi HS-DSCH được ẩn định


Đe truyền báo hiệu trong mạng vô tuyến, một số kênh mang vô tuyến được lập cấu hình trong mặt phang điều khiển. Trong Ri, không thể sắp xếp các kênh mang báo hiệu vô tuyến lên HS-DSCH vì thế phải sử dụng các kênh truyền tải riêng, nhưng trong Ró hạn chế này được loại bỏ để HSDPA có thể hoạt động hoàn toàn không cần các kênh truyền tải dành riêng trên đường xuống.

40 byte (IPv4) Thõng thưồng tồi 1460 byte

Ị Tiêu đè IP Ị Tài tin (sò liêu c ủ a ứng dụng) "Ị Ị Tiêu đè IP ì IP

L2 PDCP

L2RLC

L2 MAC-d

2 hay 3 byte Tiêu đề PDCP

PDCP SDU Tiêu đè P D C P

Thòng thường 40 byte

2-4 byte

PDCP PDU RLC SDU

Tiêu đẻ R L C

Ì j RỤC SOI) -1 Tiêu đi

RLC RLC PDU

0 hay 4 bít Tiêu đi MĂC-d

MAC-d SDU liêu đè MĂC-d MAC-d SDU 0 hay 4 bít

Thõng thương 21 bít

L2 MAC-hs Thông tin * HAR Q

LI

MAC-hs V

Khối truyền tải

[ CRC D Ị TFCI |HARQ| CRC j Sắp xếp lén HS-PDSCH

®

CD

0

© ©

sắp xếp len HS-SCCH

TFCI: Transport Format Combination Indicator:

chì thị tổ hợp khuôn dạng truyền tải

Hình 6.1 ỉ. Luồng số liệu tại UTRAN

Hình 6.11 mô tả luồng sổ liệu tại các điếm tham khảo được cho trên hỉnh 6.10. Trong ví dụ này giả sử dịch vụ IP được cung cấp cho UE. PDCP thực hiện (tùy chọn) nén tiêu đề IP. Đầu ra của PDCP được đưa đến thực thể giao thức RLC. Sau khi thực hiện móc nổi (nếu có), các RLC SDƯ được phân đoạn vào các khối nhỏ hơn thường là 40byte.


Một RLC-PDU gồm một đoạn số liệu và tiêu đề RLC. Nếu ghép kênh logic được thực hiện trong MAC-d, thì một tiêu đề 4 bít được bổ sung để tạo nên một MAC-d PDU. Trong MAC-hs, một số MAC-d PDU (các PDU này có thể có kích thước thay đối) được lắp ráp lại và một tiêu đề MAC-hs được gắn thêm đế tạo thành một khối truyền tải, sau đó khối này được mã hóa và được lớp vật lý phát đi.

6.5. ĐIÊU CHÉ BẬC CAO

6.5.1. Điều chế bậc cao Việc đưa ra M I M O như đã xét trong chương trước cho phép tăng

đáng kể tốc độ số liệu đinh. Sự tâng này đạt được nhờ khai thác các điều kiện truyền sóng trong kênh vô tuyến thông qua truyền dẫn nhiều luồng. Tuy nhiên, trong một số tình trạng, UE có thế nhận được tỷ số tín hiệu trên nhiụu cao nhung không hồ trợ truyền dẫn nhiều luồng, chẳng hạn trong trường hợp truyền sóng trực xạ. Như đã xét trong chương 5, điều chế bậc cao sẽ hữu dụng trong các trường hợp này. Điều chế bậc cao cũng sẽ hữu ích vì nó đảm báo tốc độ số liệu cao khi UE hay nút B không được trang bị nhiều anten. Vì thế R7 tăng bậc điều chế đến 64QAM trên đường xuống và 16QAM trên đường lên. Các tốc độ đỉnh khi sử dụng điều chế bậc cao được cho trong bảng 6.2.

Hỗ trợ 64QAM trên đường xuống và 16ỌAM trên đường lẽn cũng dựa trên cùng một nguyên ly như đã đặc tả trong Ró. Tuy nhiên để thực hiện các yêu cầu phần vô tuyến của máy phát, cần đật một khoảng lùi lớn hơn tại bộ khuếch đại công suất cho các sơ đồ điều chế này.

Bâng 6.2. Tóc độ số liệu đỉnh trên đường tên và dường xuống khi sử dụng sơ đồ điều chế bậc cao

Tốc độ số liệu đinh dường xuống (Mbit/S)

Tốc độ số liệu đình đường lên (Mbit/S)

16QAM 64QAM 64QAM và MIMO BPSK/QPSK 16QAM

14 21 42 5,7 11


6.5.2. Đan xen và sắp đặt lại chùm tín hiệu Đối với 16QAM. hai trong sổ bốn bít được mang bởi ký hiệu điều

chế sẽ tin cậy hơn tại máy thu do sự khác nhau cùa các bít lân cận gần nhất trong chùm tín hiệu. Điều này khác với điều chế QPSK trong đó cả hai bít đều có độ tin cậy như nhau. Ngoài ra đổi với các mã Turbo, các bít hệ thống có tầm quan trọng cao hom trong quá trình giải mã so với các bít chồn lẻ. Vì thế cần sấp xếp càng nhiều càng tốt các bít hệ thống vào các vị trí bít tin cậy hơn trong một ký hiệu 16QAM. Sơ đồ của bộ đan xen được cho trên hình 6.12 được tiếp nhận cho HS-DSCH để điều khiển quá trình sắp xếp các bít hệ thống và các bít chồn lẻ lên các ký hiệu điều chế 16QAM.

Đối với QPSK chỉ bộ đan xen trên trong hình 6.11 là được sử dụng, trong khi đối với 16QAM hai bộ đan xen giống nhau được sử dụng đồng thời. Trước hết các bít hệ thống được đưa vào bộ đan xen trên, còn các bít chồn lẻ được đưa vào bộ đan xen dưới, Chùm tín hiệu 16QAM được quy định sao cho đầu ra của bộ đan xen trên được sắp xếp lên các vị trí bít tin cậy còn đầu ra của bộ đan xen dưới được sắp xếp vào các vị trí ít tin cậy hon.

Nếu 16QAM được sử dụng kết hợp với HARQ sử dụng kết hợp săn bắt, việc sắp xép lại các ký hiệu 16QAM giữa các lần phát khác nhau sẽ có lợi về mặt hiệu năng vì nó làm trung bình hóa ảnh hưởng độ tin cậy của các bít. Tuy nhiên cần lưu ý rằng độ lợi này chỉ có được đối với phát lại chứ không đối với phát lần đầu. Ngoài ra độ lợi nhận được từ sắp xếp lại chùm tín hiệu không đáng kể khi sử dụng HARQ độ du tăng. Vì thế sắp xếp lại chi áp dụng chủ yếu cho kết hợp săn bắt.

Sắp xếp lại chùm tín hiệu được thực hiện bằng cách hoán vị bít trong khối chọn bít và được điều khiển bởi một thông số sắp xếp bốn bít thông qua điều khiển hai thao tác độc lập. Trước hết, đầu ra của hai bộ đan xen có thể được trao đổi. Thứ hai đầu ra của bộ đan xen dưới (hay bộ đan xen trên nếu trao đổi được sử dụng) có thể được đảo. Kết


quả hệ thống chọn ra được một trong số bốn chùm tín hiệu khác nhau cho 16QAM.

m I

Từ phân đoạn kênh vặn lý

Các bít hệ thống "í

Bộ đan xen R3 À Si s

(32x30 .tí

•« a. c Ch

ọnb

1= CL Bộ đan xen R3

Chọn

b (32x30

/b=o|M3Ị3\ Ị b.1 mm \ b=3 |3|4Ị-r|2| /

b=0

OGOO X

00*0 ocoo X X

oooo acao

n ,_1A ĩ ^ „ _

Các bít chẵn lẻ Ị ỊãỊTi ) Thông số sấp Ị v"

T7r-' xếp bít b

Các phần tô dặm của các khối chỉ được sứ dụng cho 16QAM. Các tông màu khác nhau cho các chữ số minh họa thứ tự sắp xếp cho chuỗi 4 bít trong đó gạch ngang trên chữ số biểu thị đảo bít.

Hình 6.12. Đan xen kênh cho HS-DSCH

6.6. LẬP BIẾU VÀ THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN

6.6.1. Lập biểu Một trong số các nguyên lý cơ sở của HSDPA là lập biểu phụ

thuộc kênh. Bộ lập biểu trong MAC-hs điều khiển việc sẽ sứ dụng phần mã chia sẻ nào và tài nguyên công suất nào cho người sù dụng nào trong một TTI cho trước. Đây là phần tứ quan trọng và cũng là một phần tứ quyết định ở một mức độ rất lớn tổng hiệu năng của hệ thống HSDPA, đặc biệt là trong một mạng có tải lớn. Khi tài thấp, chỉ có một hoặc một ít người sứ dụng được lập biểu và sự khác biệt giữa các chiến lược lập biểu khác nhau là không rõ ràng.

Nguyên lý lập biểu được mô tả trên hình 6.13. Nút B đánh giá chất lượng kênh của từng máy di động HSDPA dựa trên hồi tiếp lớp vật lý nhận được từ đường lên. Sau đó lập biểu và thích ứng đường


truyền được thực hiện nhanh tùy thuộc vào giải thuật lập biểu và sơ đồ ưu tiên người sử dụng.

Lập biểu nhanh nút B dựa trên: 1. Phàn hồi chát lượng

UE2

Hình 6.13. Nguyên lý lập biểu của nút B HSDPA

Mặc dù 3GPP không đặc tả việc thực hiện bộ lập biếu, nhưng mục đích tổng thể của hầu hết các bộ lập biểu là lợi dụng các thay đổi của kênh giữa các người sử dụng và lập biểu truyền dạn ưu tiên cho người sử dụng có các điều kiện kênh tốt nhất. Như đã xét trong chương 5, tồn tại một sổ chiến lược lập biểu. Tuy nhiên các chiến lược lập biểu hiệu quả yêu cầu tối thiểu:

- Thông tin vè các điều kiện kênh tức thời tại UE - Thông tin về trạng thái bộ đệm và mức un tiên cùa các luồng số liệu

Thông tin về trạng thái tức thời của kênh tại ƯE thường nhận được thông qua 5 bít chỉ thị chất lượng kênh (CQI) mà tùng UE định kỳ phản hồi lại cho nút B. UE tính toán CQI dựa trên tỳ số tín hiệu trên tạp âm cùa hoa tiêu chung thu được. Thay vì biểu diễn CQI ở dạng chất lượng tín hiệu thu, CQI được biểu diễn ở dạng kích thước khối truyền tải nên dùng có xét đến hiệu năng thu. Cách biểu diễn này tương đương với tốc độ số liệu tức thời mà một đầu cuối có thể hỗ trợ


chú không chỉ một mình chất lượng kênh. Vì thế một đầu cuối được trang bị máy thu tiên tiến hơn có thể thu số liệu tại tốc độ cao hơn tại cùng một chất lượng kênh sẽ báo cáo CQI lớn hơn so với một đầu cuối có máy thu kém tiên tiến hơn mặc dù chất lượng kênh tương đương.

UE#i UE#j

Phân bố theo mức ưu tiên

Ố <=

ì 3

Ồ = • O i * 3

«5 2 Ế <=

l i

I Ì

Trạng thái bộ đậm #j

S i Lổp ráp khối truyền tải

Hà x±ế

ĩ

Bộ lập biểu

X

Khối truyền tải HS-DSCH CÕI

Hình 6.14. Xử lý ưu tiên trong bộ lập biểu

Ngoài chất lượng kênh tức thời, bộ lập biểu cũng cần phải xem xét trạng thái bộ đệm và mức ưu tiên. Rõ ràng là không thể lập biểu cho UE không có số liệu đợi phát. Cũng cần lưu ý ràng có các loại sổ liệu cần được phát trong một thời hạn trễ cho phép không phụ thuộc vào điều kiện kênh. Chẳng hạn báo hiệu RRC liên quan đến chuyển ô để hỗ trợ di động và số liệu này cần được chuyển đến UE nhanh nhất. Một ví dụ khác (mặc dù không quan trọng về thời gian như báo hiệu RRC) là các dịch vụ luồng đòi hỏi tốc độ số liệu trung bình không đổi. Các dịch vụ này có giới hạn trên về trễ cho phép của một gói. Đe hô trợ xử lý ưu tiên trong quyết định lập biểu, một tập hàng đợi ưu tiên


được định nghĩa để có thể chèn số liệu vào theo mức độ ưu tiên như mô tả trên hình 6.14.

Bộ lập biểu chọn số liệu từ các hàng đợi ưu tiên cho truyền dẫn dựa trên các điều kiện kênh, mức độ ưu tiên của hàng đợi và các thông tin liên quan khác. Để hồ trợ hiệu quả các ứng dụng luồng đòi hửi tốc độ trung bình tối thiểu, RNC có thể "đảm bảo" tốc độ số liệu này bằng cách cung cấp thông tin về tốc độ trung bình này cho bộ lập biểu trong nút B. Bộ lập biểu cử thể xét đến quy định này trong quá trình lập biểu.

6.6.2. Thích ứng đường truyền

HS-DSCH sử dụng thích ứng đường truyền theo 2ms. Ngoài quyết định lập biểu, MAC-hs trong nút B cũng quyết định tổ hợp mã hóa và điều chế sẽ sử dụng theo từng 2ms. Thích ứng đường truyền dựa trên CQI của lớp vật lý được phát đi từ đầu cuối. Thích ứng đường truyền là một hàm của tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) như minh họa trên hình 6.15.

Như đã trình bày trong chương 5, điều khiển tốc độ là quá trình điều chinh tốc độ để thích ứng với các điều kiện vô tuyến tức thời. Tốc độ số liệu được điều chỉnh bằng cách thay đổi sơ đồ điều chế và tỷ lệ mã. Đổi với từng TTI, cơ chế điều chỉnh tốc độ trong bộ lập biểu sẽ chọn cho một (hoặc nhiều người sử dụng) một (hoặc nhiều) khuôn dạng truyền tải và các tài nguyên mã định kênh để sử dụng. Khuôn dạng truyền tải bao gồm sơ đồ điều chế (QPSK hay 16QAM) và kích thước khối truyền tải.

Tỷ lệ mã cuối cùng sau mã hóa Turbo và phổi hợp tốc độ được xác định bời sơ đồ điều chế, kích thước khối truyền tải và tập mã định kênh được ấn định cho người sử dụng trong TTI cho trước, số các bít được mã hóa sau phối hợp tốc độ được xác định bời sơ đồ điều chế và số mã định kênh, còn các bít thông tin trước mã hóa được xác định bởi


kích thước khối truyền tải. Vì thế bàng cách điều chinh một s ố hay tất cả các thông số nói trên, tỷ lệ m ã tổng có thể được điều chỉnh.

i Cũ

"Ọ

LŨ

60 80

Thời gian, T r i 160

BTS điều chình chế độ thích ứng đường truyền dựa trẽn các báo cáo chát lượng kênh từ UE với trậ vài ms

Es: năng lượng ký hiệu lor: mặt độ phổ công suất nhiậu cộng tạp âm

Hình 6.15. Thích ứng đường truyền

MAC-hs thực hiện điều khiển tốc độ bàng cách thiết lập khuôn dạng truyền tải độc lập cho từng T T I 2ms của HS-DSCH. Vì thế cả sơ đồ điều chế và tỷ lệ m ã tức thời đều có thể được điều chinh để nhận được tốc độ số liệu thích họp với các điều kiện vô tuyến hiện thời. TTI 2ms khá ngắn vì thế đảm bảo điều khiển tốc độ bám được sự thay đổi nhanh chất lượng kênh tức thời.

Kích thước khối truyền tải có thể nhận một trong số 254 giá trị. Các giá trị này được lưu trong nút B và UE (hình 6.16). Vì thế không cần lập cấu hình kích thước khối truyền tải khi thiết lập kênh hoặc khi chuyển ô phục vụ, nhờ vậy giảm bớt khối lượng báo hiệu bổ sung liên quan đến di động. M ỗ i tổ hợp m ã định kênh cùa HS-DSCH và sơ đồ


điều chế định nghĩa một tập con chứa 63 trong số 254 kích thước khối Huyên tải và 6 bít "thông tin kích thước khối truyền tải của HS-DSCH" chi thị một trong sổ 63 kích thước khối truyền tải có thể có đối với tập con này. Bằng sơ đồ này, các kích thước khối truyền tài trong dải 137-27952 bít có thể được thông báo cùng với các tỷ lệ m ã hóa kênh trong dải từ 1/3 đến 1.

16QAM

16

15-

14-

113 - .' Ị. Ị —-» m 1? ĩ ' - ỉ K h ° ' t r u

y ề n tài

9 „ j ý Ị ị lớn nhất 27952 cọ 110 2

Ễ 7 4 ? é! IU c

"0 4 . 3. cô

QPSK, tỷ lệ 1/3

Báo cáo COI

Khối truyền tải nhò nhữt 137 bít \ X i • j ' 7* 16QAM, tỷ lệ 1

Ả s ^ 1 - • I • • • • Ị

I 1 r 100 1000 10000 100000

Kích thước khối truyền tải, bít

Các kích thước khối truyền tải sử dụng cho báo cáo COI cũng được minh họa trẽn hình vẽ.

Hình 6.16. Kích thước khối truyền tải phụ thuộc vào sổ ma định kênh cho QPSK và 16QAM

Đ ố i với phát lạ i , tỷ lệ m ã tức thời có thể >1. Điều này xảy ra vì không thể thay đổi kích thước khối truyền tải giữa lần phát đầu và lần phát lại. Vì thế thay vì thông báo kích thước khối truyền tải cho lần phát lại, có thể sử dụng một giá trị dành trước để chỉ thị rằng HS-DSCH không cung cữp thông tin về kích thước khối truyền tải và cần sử dụng giá trị từ lần phát đầu. Cách làm này tăng thêm tính linh


hoạt cho lập biểu, chẳng hạn khi chỉ cần phát một lượng nhỏ các bít chẵn lẻ trong trường hợp báo cáo CQI chi thị rằng UE "hầu nhu" có thể giải mã thông tin gốc.

Như đã nói trong phần tấng quan, cách đầu tiên để thích ứng sụ thay đấi nhanh trong chất lượng kênh tức thời là điều khiển tốc độ vỉ chuẩn HS-DSCH không đặc tả điều khiển công suất nhanh. Điều này không có nghĩa là công suất truyền dẫn HS-DSCH không thể thay đồi do các lý do khác, chẳng hạn do sự thay đấi công suất cẩn thiết cho các kênh đường xuống. Hình 6.5 đã mô tả ví dụ về một sơ đồ ấn định động công suất HS-DSCH trong đó HS-DSCH sử dụng toàn bộ công suất còn lại sau khi công suất cho các kênh khác đã được ấn định. Tất nhiên cũng cần xét đến tấng nhiễu trong quá trình ấn định khối lượng công suất cho HS-DSCH. Chức năng điều khiển tài nguyên công suất trong RNC chịu trách nhiệm cho công việc này. Nó thiết lập giới hạn trên của công suất mà nút B được sử dụng cho các HS-DSCH và tất cả HS-SCCH. Chừng nào nút B còn nằm trong giới hạn này, ấn định công suất được thực hiện bởi nút B. Nút B sử dụng các kết quả đo lường (thông sấ đo được quy định trong chuẩn) để báo cáo việc sử dụng công suất hiện thời cho RNC. Thông tin về lượng công suất được sử dụng cho các kênh không phải HSDPA được chức năng điều khiển cho phép trong RNC sử dụng. Không có thông tin này, RNC không thể quyết định có còn tài nguyên cho những người sử dụng không có HSDPA đang tìm cách vào ô hay không.

Khác với QPSK, giải điều chế 16QAM đòi hỏi chuẩn biên độ tại UE. Cách đạt được điều này phụ thuộc vào thực hiện cụ thể. Một cánh làm là sử dụng ước tính kênh từ hoa tiêu chung và tính tỷ số giữa các công suất thu của HS-DSCH và hoa tiêu lấy trung bình trong khoảng thời gian 2ms. Khi này ước tính biên độ tức thời cần thiết cho giải điều chế 15QAM có thể nhận được từ hoa tiêu chung và khoảng dịch được ước tính. Đây là lý do cần sử dụng ngẫu nhiên hóa bít trước khi


mã hóa Turbo trên hình 6.8. Với ngẫu nhiên hóa, cả các điểm tín hiệu trong và ngoài của chùm tín hiệu 16QAM đều sẽ được sử dụng với xác suất cao và có thể thực hiện ước tính công suất HS-DSCH thu chính xác.

Tiêu chí sử dụng để điều khiển công suất (quá trình lựa chọn khuôn dạng truyền tài trong MAC-hs) phụ thuộc vào thực hiện cụ thể và không được định nghĩa trong tiêu chuẩn, về nguyên lý, mục tiêu của điều khiển công suất là để chọn ra một khuôn dạng truyền tải để có thể phát một khời truyền tải lớn nhất m à vẫn đảm bảo xác suất lồi hợp lý trong các điều kiện kênh tức thời cho trước. Tuy nhiên, chọn kích khời truyền tải lớn hơn khời lượng sờ liệu cần truyền trong một TTI cho trước là vô ích cho dù điều kiện kênh cho phép. Vì thế việc chọn khuôn dạng truyền tải không chỉ phụ thuộc vào điều kiện kênh tức thời m à còn cả vào tình trạng lưu lượng tức thời của nguồn phát.

Vì điều khiển tờc độ thường phụ thuộc vào các điều kiện kênh tức thời, nên nó dựa trên các đánh giá chất lượng kênh tức thời tại UE và bộ lập biểu. N h ư đã nói, thông tin về kênh thường nhận được từ CQI mặc dù các đại lượng khác cũng cần thiết.

6.7. HARQ VỚI KÉT HỢP MÉM

6.7.1. Tổng quan hoạt động HARQ của HSDPA Chức năng HARQ được đặt cả trong MAC-hs và lớp vật lý. Vì

MAC-hs được đặt trong nút B, nên các khời truyền tải bị mắc lỗ i có thể được phát lại nhanh. Các phát lại HARQ vì thế ít trễ hom so với các phát lại dựa trên RLC. Có hai lý do cho khác biệt này:

1. Không cần báo hiệu giữa nút B và RNC cho phát lại HARQ. Vì thế tránh được các trễ Iub/Iur cho các lần phát lại. X ử lý phát lại trong nút B cũng có lợi từ quan điểm dung lượng Iub/Iur: các phát lại HARQ không tiêu phí dung lượng truyền tải-mạng.


2. Giao thức RLC thường được lập cấu hình dựa trên các báo cáo trạng thái không thường xuyên về các khối số liệu bị lỗi (một lần trên vài TTI) để giảm tải báo hiệu, trong khi đó giao thức HARQ của HSDPA cho phép báo cáo trạng thái này thường xuyên (một lần trên một TTI) vì thế giảm thiểu thời gian quay vòng.

Hình 6.17. Nguyên lý tổng quát HARQ tại nút B

Trong HSDPA, HARQ làm việc theo tớng khối truyền tải hay theo tớng T T I , nghĩa là mỗi khi HS-DSCH CRC chi thị l ỗ i , sẽ yêu cầu phát lại thông t i n giống như khối truyền tải gốc. Vì chỉ có một khối truyền tải trên một TTI, nên nội dung cùa toàn bộ T U sẽ được phát lại khi xảy ra l ỗ i . Điều này cho phép giảm khối lượng báo hiệu đường lên vì chi cần một bít ACK/NAK trên một T T I là đủ. Ngoài ra các nghiên cứu trong thời gian thiết kế cho thấy rằng lợi ích cùa việc phát nhiều khối truyền tải trên một T T I với khả năng phát lại riêng lẻ là rất nhỏ. Nguồn l ỗ i truyền dẫn chủ yếu là các thay đổi nhiễu đột ngột trong kênh và các l ồ i trong hoạt động thích ứng kênh. Vì T T I ngắn, nên kênh ít thay đổi trong thời gian truyền dẫn một khối truyền tải và trong hầu hết các trường họp các lỗi được phân bố đều trong thời gian TTI. Điều này hạn chế các lợi ích tiềm năng của các phát lại riêng lè.


Nguyên lý chung của HARQ trong HSDPA được minh họa trên hình 6.17. Trước hết gói cần phát được nạp vào bộ đệm của nút B. Trong trường hợp giải mã phía thu thất bại, nút thực hiện phát lại mà không cần RNC tham gia. Máy di động thực hiện kết hợp các phát lại. Phát theo RNC chi thực hiện khi xảy ra sự cố hoạt động lớp vật lý (lỗi báo hiệu chẳng hạn). Phát lại theo RNC sở dụng chế độ công nhận RLC, phát lại RLC không thường xuyên xảy ra.

Tăng phần dư là sơ đồ cơ sở cho kết hợp mềm, trong đó các lần phát lại chởa các tập bít được mã hóa khác với lần phát đầu. Các phiên bản dư khác nhau, hay các tập bít được mã hóa khác nhau, được tạo ra như một bộ phận của cơ chế thích ởng tốc độ. Bộ thích ởng tốc độ sử dụng đục lỗ (hay lặp) để thích ởng số bít được mã hóa với sổ bít kênh vật lý khả dụng. Các mẫu đục lồ khác nhau cho phép nhận được các tập bít được mã hóa khác nhau hay các phiên bản dư khác nhau. Hình 6.18 mô tà điều này. Lưu ý ràng kết hợp săn bắt là trường hợp đặc biệt của kết hợp phần dư tăng. Nút B quyết định sử dụng phần dư tăng hay kết hợp săn bắt bàng cách chọn mẫu đục lỗ tương ởng cho phát lại.

Chèn CRC, Mã hóa turbo tỷ lệ 1/3 Đục lỗ • đẻ tạo ra các phiên bản

dư khác nhau • đề thích ởng số bít được

với kênh „. . , •__ , r^mtt TrBlk: khối truyền tải Các bít 4——T -, I ; . . : • <

được phát

Phát lần đầu Phát lại lần đầu Phát lại lần hai

I

Hình 6.18. Tạo ra các phiên bàn dư

218 Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lèn 4G

UE nhận được các bít được mã hóa và tìm cách giải mã chúng. Trong trường hợp giải mã thất bại, các bộ đệm của UE nhận các bít mềm và yêu cầu phát lại bàng cách gửi NAK. Sau khi xảy ra phát lại UE kết hợp các bít mềm được nhớ đệm với các bít mềm thu được từ phát lại và tìm cách giải mã tổ hợp này.

Để thực hiện kết hứp mềm đúng, UE cần biết rằng phát lần này là phát lại cùa sổ liệu được phát trước đó hay là phát số liệu mới. Để vậy, báo hiệu điều khiển đường xuống chứa chi thị sổ liệu mới và UE sẽ sử dụng nó để quyết định xóa bộ đệm mềm (truyền dẫn hiện thời là cho số liệu mới) hay cần thực hiện kết hợp bộ đệm mềm và các bít mềm thu được (phát lại).

số liệu từ các bộ đệm phát

TrBlkl TrBlk2 TrBlk3 TrBlk4 TrBlk5 TrBlk6 TrBlk7 TrBlk8

7 T ĩ ĩ ĩ ĩ ỉ ị Phát lèn đầu TrBlk 1 Phát lại TrBlk 1

trong xử lý HARQ 1 T

TrBlk9

í TrBlklO TrBlk11

ĩ ị trong xử lý HARQ 1

Quan hệ thời gian cổ đinh (-- 5ms) S i . ZXAT3ZXVX//.Ị.'-"?.V Ị 2 [ 3 Ị A3 Ị l ị M, D

4 \

Xử lý cùa máy thu hyù.y1"'- .":./ ị XỊ Ị x ử lý cùa mảy thu

Ã thu ĩ ca

ri TrBlk2 TrBlk3 TrBlk5 TrBlk6 TrBlkl TrBlk7 TrBlkB

TrBlk: khối truyền tài Đèn chức năng sắp xếp lại

Hình 6.19. Nhiều xử lý HARQ (sáu trong vỉ dụ này)

Để giảm thiểu trễ liên quan đến phát lại, kết quả giải mã phải được báo cáo sớm nhất cho nút B. Đồng thời cần giảm thiểu thông tin cho báo hiệu phản hồi này. Để vậy cần chứn cấu trúc dừng và đợi cho HSDPA, trong đó một bít được phát từ UE đến HSDPA trong một khoảng thời gian quy định trước (khoảng 5ms) sau khi nhận được khôi truyền tải. Để đảm bảo truyền dẫn liên tục đến UE, cần thực hiện nhiều cấu trúc dừng và đợi (hay các quá trình xử lý HARQ) song song


như mô tả trên hình 6.19. Như vậy mỗi người sử dụng sẽ có một thực thể HARQ và mỗi thực thể gồm nhiều quá trình xử lý HARQ.

Số lần xử lý HARQ phải phù hợp với thời gian quay vòng giữa UE và nút B bao gồm cả thời gian xử lý tương ứng để đàm bảo truyền dấn liên tục đến UE. Sử dụng số lần xử lý nhiều hơn so với tính toán từ thời gian quay vòng sẽ không đạt được bất kể lợi ích gì trái lại gây thêm trễ phát lại.

Vì thời gian xử lý của nút B có thể khác nhau giữa các thực hiện khác nhàu, nên số lần xử lý HARQ có thể khác nhau tùy thuộc vào việc lập cấu hình. Có thể lập cấu hình lên đến 8 lần xử lý cho một người sử dụng, tuy nhiên thông thường số lần được sử dụng là sáu. Điều này đảm bảo khoảng 2,8ms xử lý trong nút B từ khi thu ACK/NAK cho đến khi nút B có thể lập biểu phát (hoặc phát lại) cho UE trong; cùng một xử lý HARQ.

Báo hiệu điều khiển đường xuống được sử dụng để thống báo cho UE về việc xử lý HARQ nào sẽ được sử dụng cho TTI hiện thời. Đây là thông tin quan trọng đối với UE vì nó cần thiết để thực hiện kết hợp mềm với bộ đệm mềm; mỗi xử lý HARQ có bộ đệm mềm riêng của minh.

Hậu quà của việc thực hiện nhiều xử lý HARQ độc lập song song là các khối truyền tải sau giải mã có thể không đúng thứ tự. Chẳng hạn có thể phải phát lại trong xử lý HARQ số một, trong khi đó xử lý sổ hai lại thành công ngay sau lần phát đầu. Vì thế khối truyền tải được phát trong xử lý số hai sẽ được chuyển đến các lớp cao hơn tại đầu thu trước khối truyền tải trong xử lý số một dấn đếtì khối truyền tải hai có thể đến trước khối truyền tải một (hình 6.19). Vì thế cần phải thực hiện sắp xếp lại thứ tự các khối truyền tải nhận được từ các xử lý HARQ trước khi đưa chúng lên lớp RLC cao hơn. Hoạt động sắp xếp lại sẽ được xét trong phần sau.

220 Giáo trình Lộ trình phủi Hiên thông tin di động 3G lén 4G

6.7.2. Quá trình xử lý HARQ tại lớp vật lý

Trong các trình bày trước đây về HARQ với kết hợp mềm, để đơn gián ta đã bỏ qua một số chi tiết về hoạt động của lớp vật lý và giao thức. Trong phần này ta sẽ xét chi tiết hơn về quá trình xử lý HARQ.

Như đã nói. HARỌ tác động lên tùng khối truvền tái đơn lé, vi thế mỗi khi HS-DSCH CRC chi thị lỗ i , phát lại sẽ thể hiện thông tin như là yêu cầu khối truyền tài gốc. Vì chi có một khối truyền tái trên

một TTI , nên không thề trộn phát và phát lại trong cùng một TTI.

Vì sơ đẫ phần dư tăng là sơ đẫ kết hợp mềm HARQ cơ sở, nên tống quát phát lại sẽ gẫm một tập khác của các bít được mã hóa. Ngoài sơ đẫ điều chế, tập mã định kênh và công suất truyền dẫn có thể khác so với lần phát gốc. Nói chung sơ đẫ phần dư tăng cho hiệu năng tốt hơn, đặc biệt là đối với các tý lệ mã ban đầu cao nhưng đòi hỏi các yêu cầu cao hơn đối với đệm mềm trong UE vì các bít mềm từ tất cà các lần phát phải được nhớ đệm trước khi giải mã. Vì thế nút B cần biết được kích thước bộ nhớ đệm mềm trong UE (cho từng xử lý HARQ tích cực). Các bít được mã hóa không vừa với bộ nhớ đệm sẽ

không được phát. Đối với HSDPA, vấn đề này được giải quyết bàng

cách sứ dụng quá trình phối hợp tốc độ hai tầng. Tầng phối hợp tốc độ đầu thực hiện giới hạn số bít được mã hóa có thế đặt vừa vào bộ nhớ đệm mềm, còn tầng phối hợp tốc đọ thứ hai tạo ra các phiên bản dư khác nhau.

M ỗ i tầng phổi hợp tốc độ sứ dụng một sổ khối phối hợp tốc độ khác nhau được ký hiệu là RM (hình 6.20). Một RM có thể được lập cấu hình đế đục lẫ hoặc lặp một bít trong sổ n bít.

Tầng đầu được sử dụng dể giới hạn các bít được mã hóa cho phù họp với khả năng bộ đệm nhớ cùa UE đối với xử lý HARQ hiện thời. Một số bít mã hóa bị đục lẫ (chích bỏ) để đảm bảo rằng tất cả các bít được mã hóa tại đầu ra cùa tầng phối hợp tốc độ đầu sẽ đặt vừa vào bộ


đệm mềm (được gọi là bộ đệm IR ảo tại phía phát). Vì thế tùy thuộc vào kích thước bộ đệm mềm trong UE, tỷ lệ m ã thấp nhất có thế cao hơn tỷ lệ m ã mẹ 1/3 trong bộ m ã hỏa Turbo. Lưu ý rằng nếu số bít nhận được từ m ã hóa kênh không vượt quá khả năng nhớ đệm của UE, thì tứng phối hợp tốc độ đứu sẽ trong suốt và không xảy ra đục lỗ.

Tứng RM đứu Bộ đệm IR áo Tứng RM thứ hai

Các bít hệ thòng

Chẵn lẻ 1 RM_P1_ 1

Chân lẻ 2 RM_P2 1

Nsys

Np1

NP2

RM X

RM_P1_2

RM_P2_2 í

Ntsys

Jt,p1

"t.p2

Đến phân đoạn

\Ị kênh vật lý và đan xen

RM: phối hợp tốc độ r s IR: phứn dư tăng

Hình 6.20. Nguyên lý phối hợp tốc độ hai tầng

Tứng thứ hai thực hiện hai mục đích:

- Phối hợp số bít trong bộ nhớ ảo với số bít kênh khả dụng. số bít kênh khả dụng được xác định bởi kích thước của tập m ã định kênh và sơ đồ điều chế được chọn cho T T I hiện xét

- Tạo ra các tập bít được m ã hóa khác nhau dưới sự điều khiển cùa hai thông số phiên bản dư r và s mà ta sẽ xét dưới đây.

Lặp đều cho tất cả ba luồng được áp dụng nếu số bít khả dụng lớn hơn số bít trong bộ nhớ ảo IR, trái lại đục lỗ được áp dụng.

Đ ể hồ trợ tăng phứn dư đứy đù, nghĩa là để có khả năng chỉ phát hoặc phát chủ yếu các bít chằn lẻ trong lứn phát lại, có thể sử dụng thông sổ s để điều khiển quá trình đục lồ các bít hệ thống. Nếu đặt s = Ì, thì các bít hệ thống được ưu tiên và đục lỗ trước hết đối với hai luồng bít chẵn lẻ v ớ i số lượng bàng nhau. Trái lại, nếu đặt s = 0 thi các bít chẵn lẻ được ưu tiên và áp dụng đục lỗ trước hết đối với các bít hệ thống. Nếu trong trường hợp ưu tiên các bít hệ thống m à số các bít sau


mã hóa lòn hơn số các bít của kênh vật lý, mặc dù tất cả các bít chằn lẻ đã bị đục lỗ, đục lỗ sẽ thực hiện thêm đối với các bít hệ thống. Tuông tự trong trường hợp phát ưu tiên cho các bít chần lẻ, m à đục lỗ các bít hệ thống chưa đủ thì đục lỗ được áp dụng thêm cho các bít chần lẻ.

Đ ể đạt được hiệu năng tốt, các bít hệ thống phải được phát trong lần phát đầu, nghĩa là s = Ì và tỷ lệ m ã phải được đặt thấp hơn Ì. Đối với lần phát lại (giả thiết rằng truyền dẫn lần đầu không thành công), có thể áp dụng các chiến lược khác nhau. Nếu nút không nhận được cả ACK lẫn N A K để trả l ờ i cho lần phát đầu, UE có thể để mất phát lần đầu. Vì thế đặt s - Ì cũng thích hợp cho lần phát lại này. Đây cũng là trường hợp trong đó thu được N A K và kết hợp săn bắt được sử dụng cho các lần phát lại. Tuy nhiên nếu thu được N A K và tăng phần dư được sử dụng, nghĩa là cần ưu tiên các bít chần lẻ, thì s = 0 là thích hợp.

Thông sổ r điều khiển mẫu đục lỗ trong từng khối phối họp tốc độ và quyết định bít nào bị đục lỗ (hình 6.20). Thông thường r = 0 được sử dụng cho phát lần đầu. Đ ố i với các lần phát lạ i , r thường được tăng để được một mẫu khác. Vì thế bàng cách thay đổi r, có thể tạo ra nhiều tập các bít được m ã hóa thể hiện cùng một tập bít thông tin (các tập này có thể chồng lần một phần lên nhau), c ầ n lưu ý rằng việc thay đổi số bít kênh bàng cách thay đổi sơ đồ điều chế hay sổ m ã định kênh cũng ảnh hường lên việc các bít được mã hóa nào sẽ được phát thậm chí khi các thông số r và s không thay đổi giữa các lần phát.

V ớ i việc sử dụng sơ đồ phối hợp tốc độ hai tầng, ta có thể dê dàng hỗ trợ kết hợp phần dư tăng và săn bắt. Bằng cách đặt s = Ì và r = 0 cho tất cả các lần phát, tập bít được sử dụng cho các lần phát lại sẽ giống như tập bít của lần phát đầu, ta được kết hợp săn bắt. Nếu đặt s = Ì và r = 0 cho lần phát đầu và đặt s - 0 và r > 0 cho các lần phát lại ta được sơ đồ kết hợp phần dư tăng. Nếu đặt s = Ì cho tất cả các lần


phát lại và cả lần phát đầu thì ta được sơ đồ IR một phần, trong đó phần dư tăng cùng với các bít hệ thống được phát trong tất cả các lần phát.

2404 Khối truyền tải n Chèn CKC, ngẫu nhiên hóa, mã hóa V 1 turbo tỳ lệ 1/3, gồm cà các bít đuôi

^Bmn Các bít hệ thống Các bít chẵn lẻ

Phối hợp tốc độ lằn đàu

|"W1 ra

Bộ đệm IR ảo

lì Phối hợp tốc độ làn hai Phát làn đàu Kết hợp mềm trong UE

Phối hợp tốc độ làn hai Phát lại

Đến bộ giải mã Turbo

Nhiều bản sao thu được của các bít được má hóa như nhau được cộng lại trước khi giải mã turbo (giống như

trưậng hợp kết hợp săn bất)

Hình 6.21. Vỉ dụ về quá trình tạo ra các phiên bản dư khác nhau trong IR.

Ví dụ với các con số trong hình 6.21 mô tả rõ hơn hoạt động cùa quá trình xử lý số liệu của HARQ lớp vật lý. Trong ví dụ này, ta giả thiết rằng một khối truyền tải 2404 bít sẽ được phát bàng cách sử dụng một trong số các xử lý HARQ. Ngoài ra giả thiết ràng xử lý HARQ trong trưậng hợp này có khả năng nhớ đệm tối đa 7000 giá trị mềm do giới hạn của bộ nhớ trong UE và cấu hình bộ nhớ mềm được thiết lập


bởi các lớp cao hơn. Cuối cùng, kênh có thể mang được 3840 bít được mã hóa (điều chế QPSK, 4 mã định kênh).

24 bít CRC được gắn vào khối truyền tải, mã hỏa Turbo tỳ lệ 1/3 được thực hiện và 12 bít đuôi được gắn thêm, kết quả cho ra 7296 bít. Các bít sau mã hóa được đưa đến tầng phối hợp tốc độ đầu, tại đây các bít hệ thống được giữ nguyên 2432 bít còn hai luụng bít chẵn lẻ được đục lỗ như nhau để cho ra 2x2284 bít, kết quả cho ra 7000 bít và các bít này được đưa đến tầng phối hợp tốc độ thứ hai. Vì chỉ có thể truyền nhiều nhất là 7000 bít nên tỷ lệ mã thấp nhất có thể có là 2432/7000 = 0,35, tỷ lệ này cao hơn tỷ lệ mã mẹ một chút do hạn chế của bộ đệm mềm trong UE.

Đối với lần phát đầu, tầng phối hợp tốc độ thứ hai phối hợp 7000 bít sau mã hóa với 3840 bít kênh bằng cách chì đục lỗ các bít chẵn lẻ. Điều này đạt được bằng cách sử dụng r = 0 và s = Ì (truyền dẫn có khả năng tự giải mã) và kết quả cho tỷ lệ mã 2432/3840 = 0,63.

Đe phát lại nút B có thể sử dụng sơ đụ săn bắt hoặc phần dư tăng. Nếu sơ đụ săn bắt được sử dụng bằng cách đặt s = Ì và r = 0, thì 3840 bít được sử dụng cho lần phát đầu cũng được sử dụng cho lần phát lại (giả thiết sơ đụ điều chế và tập mã hóa kênh không đổi). Kết quả tỷ lệ mã hiệu dụng giữ nguyên bàng 0,63 vì chẵn lè không được phát bổ sung, nhưng nhận được tăng năng lượng cho từng bít. Lưu ý rằng ví dụ này giả thiết là khuôn dạng truyền tải cho lần phát đầu và lần phát lại là như nhau.

Nếu sử dụng phần dư tăng bằng cách đặt s = 0 và r = Ì, các bít hệ thống bị đục lụ và chỉ có các bít chẵn lẻ là được phát lại và 3840 bít chẵn lẻ trong tổng số 4568 bít chẵn lẻ khả dụng được lấy ra sau lần phối họp tốc độ ở tầng đầu để đặt vừa vào kênh vật lý. Lưu ý rằng một số trong số bít chẵn lẻ này đã có trong lần phát đầu vì số các bít chẵn lẻ duy nhất không đủ lớn để vừa lấp đầy lần phát đầu và lần phát lại.


Sau phát lại, ta được tỷ lệ là 2432/7000 = 0,35. Như vậy trái với kết hợp săn bắt, kết hợp phần dư tăng cho phép tăng độ lợi mã hóa bổ sung thêm cho độ lợi năng lượng.

6.7.3. Hoạt động của giao thức HARQ Như đã nói ở trên. mỗi thực thể HARQ có thể hỗ trợ nhiều (đến 8)

xử lý HARQ kiểu dừng và đợi. Lý do sử dống cơ chế này là để đảm bảo truyền dẫn liên tốc đến một UE. số lần xử lý HARQ có thể được lập cấu hình bởi báo hiệu lớp cao hơn. sổ lần HARQ cần được chọn cho phù hợp với thời gian quay vòng bao gồm TTI, trễ giao diện vô tuyến đường xuống và đường lên, thời gian xử lý trong UE và thời gian xử lý trong nút B.

Thiết kế giao thức giả thiết là thời gian giữa kết thúc khối truyền tải thu được và phát ACK/NAK được định nghĩa rõ ràng như đã xét trong phần 6.7. Thực chất đây chính là thời gian mà UE có thể giải mã số liệu thu. Từ quan điểm trễ, thời gian này càng nhỏ càng tốt, nhưng quá nhỏ sẽ không đáp ứng được tốc độ xứ lý của UE. Mặc dù về mặt nguyên tắc, thời gian này phố thuộc vào khả năng xử lý cùa UE, nhưng giá trị 5ms cho thời gian này đã được thỏa thuận dựa trên cân đối giữa hiệu năng và mức độ phức tạp. Giá trị này ảnh hưởng lên số xử lý HARQ cần thiết. Thông thường tổng sổ xử lý được đặt cấu hình bằng 6 dẫn đến 2,8ms cho xử lý các phát lại trong nút B.

Bộ lập biêu điều hành việc xử lý HARQ nào sẽ sử dống cho lần phát hiện thời và thông báo điều này cho UE. Lưu ý ràng các xử lý HARQ có thể được thực hiện theo thứ tự bất kỳ. Khối lượng nhớ đệm mềm khả dống trong UE được phân chia bán cố định cho các xử lý khác nhau. Vì thế số xử lý HARQ càng lớn thì khối lượng nhớ khả dống cho một xử lý HARQ đối với phần dư tăng càng nhỏ. Việc phân chia tổng dung lượng nhớ đệm mềm giữa các xử lý HARQ được điều hành bởi RNC và không nhất thiết phải đảm bảo dung lượng nhớ cho từng xử lý HARQ phải bằng nhau. Một số xử lý HARQ có thể được

226 Giáo trình Lộ trình phát triển thông Ún di động 3G lên 4G

lập cấu hình với dung lượng nhớ đệm mềm lớn hơn so với các xử lý khác, mặc dù thông thường tổng dung lượng nhớ đệm mềm được chia đều cho các xử lý.

Nêu phát hiện thời không phải là phát lại, thì MAC-hs cùa nút B sẽ tăng chi thị số liệu mới (chỉ thị chứa một bít). Vì thế đối với mầi khối truyền tải mới bít này được bật. Chi thị này được sử dụng để UE xóa bộ nhớ đệm mềm cho các phát lần đầu, vì theo quy định kết hợp mềm không được thực hiện cho phát lần đầu. Chi thị này cũng được sử dụng để phát hiện các trường họp lầi trong báo hiệu trạng thái, chẳng hạn, nếu chi thị "số liệu mới" không được bật cho dù số liệu lần phát trước đổi với xử lý HARQ đang xét đã được giải mã thành công và được công nhận, thì chắc chắn đã xảy ra một lầi trong báo hiệu đường lên. Tương tự nếu chi thị không được bật nhưng số liệu lần phát trước đối với xử lý HARQ đang xét được giải mã sai, thì UE sẽ thay thế số liệu trước đó trong các bộ nhớ đệm mềm bàng số liệu thu được mới.

Các sai lầi trong báo hiệu trạng thái (ACK/NAK) sẽ ảnh hưởng lên tổng hiệu năng. Nếu ACK bị hiểu nhầm là NAK, thì sẽ xảy ra một phát lại HARQ không cần thiết dẫn đến giảm (một lượng nhỏ) thông lượng. Mặt khác, hiểu lầm NAK là ACK sẽ dẫn đến mất số liệu vì nút B sẽ không phát lại HARQ cho dù UE giải mã thất bại số liệu này. Ngoài ra số liệu bị mất lại phải được giao thức RLC phát lại và đây là một thử tục tiêu tốn nhiều thời gian hơn phát lại HARQ. Vì thế các yêu cầu về sai lồi ACK/NAK thường không đối xứng với xác suất lầi thông thường là: Pr(NAK|ACK) = lố" 2 và Pr(ACK|NAK) = lơ"3. Với các xác suất lầi này, ảnh hưởng của sai lầi báo hiệu HARQ lên hiệu năng TCP của người sử dụng đầu cuối là nhò.

6.7.4. Chuyển theo thứ tự Bản thân các xử lý HARQ không thể đảm bảo chuyển theo thủ tự

vì không có sự tương tác giữa các xử lý. Vì thế, cần thực hiện chuyển


theo thứ tự cho các xù lý HARQ và cần thực hiện một hàng sắp xếp sắp đặt lại thứ tự lại trong UE MAC-hs cho mục đích này. Các hàng đợi ưu tiên trong nút B sử dụng để xử lý ưu tiên trong quá trình lập biểu và tương ứng với chúng là các hàng đợi sắp xếp lại tại UE.

MAC-hs tại nút B nhận các MAC-d PDU từ một hay nhiều luồng MAC-d. Mồi MAC-d PDU được ổn định một mức độ ưu tiên và các MAC-d PDU với các mức ưu tiên khác nhau có thể được trộn vào cùng một luồng MAC-d. Các luồng MAC-d được phân loại vào các hàng đợi ưu tiên như trên hình 6.22. Mỗi hàng đợi ưu tiên tương ứng với một luồng MAC-d có một mức ưu tiên MAC-d nhổt định, trong đó báo hiệu RRC được sử dụng để thiết lập chuyển đổi giữa các hàng đợi ưu tiên và các luồng MAC-d. Vì thế bộ lập biểu trong MAC-hs có thể xét các mức ưu tiên khi đưa ra quyết định.

Một hay một số MAC-PDU từ các hàng đợi ưu tiên sẽ được lắp ráp vào một khối số liệu, trong đó bộ lập biểu sẽ điều khiển số lượng các M Á C PDU và chọn lựa hàng đợi ưu tiên. Tiêu đề MAC-hs chứa nhận dạng hàng đợi, số trình tự phát và một số thông tin khác. Tiêu đề này được gắn vào khối truyền tải. Khối truyền tải được chuyển đến lớp vật lý để tiếp tục xử lý. Vì chỉ có một nhận dạng hàng đợi và số trình tự phát trong khối truyền tải, nên tổt cả các MAC-d PDU trong cùng một khối truyền tải đều đến từ cùng một hàng đợi ưu tiên. Vì thế trong cùng một TTI không thể trộn các MAC-PDU từ các hàng đợi khác nhau.

Trong ƯE, thực thể sắp đặt lại thứ tự được sử dụng để đặt khối thu chứa các MAC-d PDU vào đúng hàng đợi sắp đặt lại thứ tự (hình 6.22). Mỗi hàng đợi sắp đặt lại thứ tự tương ứng với một hàng đợi ưu tiên trong nút B, mặc dù các hàng đợi ưu tiên nhớ đệm MAC-d PDU ừong khi các hàng đợi sắp đặt lại thứ tự nhớ đệm các khối sổ liệu. Bên ừong mỗi hàng đợi sắp đặt lại, số trình tự phát (được phát trong tiêu

228 Giáo (rình Lộ (rình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

đề MAC-hs) được sử dụng để đảm bảo chuyển các MAC-d PDU theo trình tự. Số trình tự phát là duy nhất trong hàng đợi sắp đặt lại nhung không duy nhất giữa các hàng đợi sắp đặt lại.

Nút B Các luồng MAC-d

Các MAC-d PDU Các MAC-d PDU

UE Các luồng MAC-d

1 Các MAC-d PDU ' Các MAC-d PDU

Phân bố hàng đợi ưu tiên

Phân bố hàng đợi ƯU tiên

Ẽ c

Ề = ì

3

Ồ- s OI £ 3 -r a * J

r ố <= ra —

ì

Ố •=

ế 3

Lắp ráp khối số liệu Chèn tiêu đề MAC-hs

Tháo gở khối số liệu

Tháo gứ khối số liệu

l i ỈA

ĩ? -

1

- to * (Ã

t i

ít £"8

Láy ra tiêu đè MẠC-hs Phân bố hàng đợi sắp xép lại

Khối truyền tải HS-DSCH Khối truyền tải HS-DSCH

Hình 6.22. Các hàng đợi mi tiên trong MAC-hs của nút B (hình trải)

và các hàng đợi sắp xếp lại

Ý tưởng cơ bản cho sắp đặt lại thứ tự (được minh họa trên hình 6.23) là lưu g i ữ khối sổ liệu trong hàng đợi sắp đặt lại thứ tự cho đến khi tất cả các khối số liệu có số trình tự thấp hơn đã được chuyển hết. Tại thời điểm to trên hình 6.23, nút B đã truyền xong các khối số liệu với các số trình tự từ 0 đến 3. Tuy nhiên khối số liệu với số trình tự Ì vẫn chưa đến được hàng đợi sắp đặt lại của MAC-hs trong UE, có thể là do các phát lại HARQ hay các sai l ồ i của báo hiệu đường lên HARQ. Kh ố i sổ liệu 0 được tháo gứ thành các MAC-d PDU và được truyền lên các lớp trên bởi UE MAC-hs, trong khi đó các khối 2 và 3 được nhớ đệm trong hàng đợi sắp đặt lại thứ tự vì khối số liệu Ì bị mất.


to Nút B UE

"7"

•"2 £ 3 -

ĩ/

Nút B

Cửa sỏ thu

Lưu trong » hàng đợi < sắp đặt lại

Được chuyển lèn lớp các lớp

cao hon

UE —

Nút B

Ì/ Cửa sỏ

thu — Được chuyển Ị>iên lớp các lớp

cao hơn

UE

Cửa sổ thu LƯU trong hàng đợi sắp đặt lại Được chuyển lèn lớp các lớp

cạo hơn • Thiêu (mất)

Hình 6.23. Minh họa nguyên tắc của các hàng đợi sắp đặt lại thứ tự

Rõ ràng ràng có thể xảy ra sự trì hoãn hàng đợi sắp đặt lại thứ tự nếu các khối số liệu thiếu (khối số liệu Ì trong trưỗng hợp này) không được thu thành công trong một thỗi gian nhất định. Vì thế một cơ chế tránh sự trì hoãn dựa trên bộ định thỗi được định nghĩa cho MAC-hs. Mỗi khi một khối số liệu được thu thành công nhưng không thể chuyển lên lớp trên, bộ định thỗi được khởi động. Trên hình 6.23 điều này xảy ra khi khối số liệu 2 được thu thành công, nhưng thiếu khối số liệu Ì trong hàng đợi sắp đặt lại thứ tự. Lưu ý rằng cực đại chỉ có một đồng hồ tránh trì hoãn được tích cực. Vì thế không bộ định thỗi nào được khởi động khi thu được khối số liệu 3, vì đã có một bộ định thỗi tích cực được khởi động cho khối số liệu 2. Khi đồng hồ này đã chạy hết (thỗi điểm ti trên hình 6.23), khối số liệu Ì được coi là bị mất. Tất cả các khối số liệu cho đến khối số liệu thiếu đầu tiên sẽ được tháo gỡ thành các MAC-PDU và được chuyển lên các lớp cao hơn. Trên hình 6 y%„ CÁC. khối số liêu 2 và 3 được chuyển lên lớp cao hơn.

Nếu chi sử dụng cơ chế dựa trên bộ định thỗi sẽ hạn chế các giá ừị có thể có của bộ định thỗi và hạn chế hoạt động nếu các số trình tự


được duy trì là các số duy nhất. Vì thế, cơ chế tránh trì hoãn dựa trên cửa sổ được định nghĩa bổ sung cho cơ chế dựa trên định thời để đảm bảo hành vi nhất quán của UE. Nếu chức nâng sắp đặt lại thứ tự thu được một khối số liởu có sổ trình tự cao hơn so với cuối cửa sổ, thì khối số liởu này được chèn vào bộ nhớ đởm sắp đặt lại thứ tự tại vị trí được chỉ ra bởi số trình tự này. Đồng thời cửa sổ thu được dịch lên sao cho khối số liởu được thu này trờ thành khối số liởu cuối cùng trong cửa sổ. Mọi khối số liởu không nằm trong cửa sổ sau khi cửa sổ được dịch lên sẽ được chuyển lên lớp cao hơn. Trong ví dụ trên hình 6.23, kích thước cửa sổ được sử dụng là 4, nhưng kích thước cửa sổ của MAC-hs có the được lập câu hình bởi RNC. Trên hình 6.23, khối số liởu với số trình tự Ì được thu tại thời điểm t 2 , vì thế cửa sổ phải dịch chuyển để chứa các số trình tự từ 6 đến Ì. Khối trình tự 4 bị coi là mất, vì thế nó nằm ngoài cửa sổ trong khi khối số liởu 5 được tháo gỡ và được chuyển lên các lớp trên. Đẻ chức năng sắp đặt lại thứ tự trong UE hoạt động đúng, Nút B không được phép phát các MAC-d PDU có các số trình tự cao hem hiởu số của số trình tự phát và kích thước cửa sổ thu của UE.

6.7.5. HARQ kết họp mềm cho HSDPA-MIMO

Đối với từng luồng, xử lý HARQ lớp vật lý và sử dụng nhiều xù lý HARQ cũng giống như trong trường hợp một luồng. Tuy nhiên, vì nhiều luồng được truyền trên các anten khác nhau, nên một luồng có thể được thu đúng trong khi luồng khác có thể phải phát lại tải tin. Vì thế mỗi luồng sẽ được phát một ACK/NAK từ Ư E đến nút B.

6.8. CQI VÀ CÁC PHƯƠNG TIỆN ĐÁNH GIÁ CHÁT LƯỢNG KHUNG K H Á C Ta thấy rằng một trong số các chức năng then chốt của HSDPA,

mà trước hết là lập biểu và điều khiển tốc độ, đều dựa trên viởc thích


ứng nhanh các thông số truyền dẫn với các điều kiện kênh tức thời của đường truyền đến UE. Nút B có thể tự do tạo ra ước tính kênh dựa trên mọi thông tin khả dụng, nhưng như đã xét, báo hiệu điều khiển đường lên từ các UE ờ dạng chi thị chất lưộng đường truyền (CQI: Channel Quality Indicator) thường đưộc sử dụng.

CQI không chỉ thị một cách cụ thể chất lưộng kênh, mà chỉ chi thị tốc độ số liệu nào UE cần hỗ trộ trong các điều kiện kênh hiện hữu. Nói một cách cụ thể hơn, CQI là khuyến nghị về kích thước khối truyền tải (tương đương với khuyến nghị về tốc độ số liệu).

Lý do không báo cáo kết quả đo chất lưộng kênh cụ thể vì các UE khác nhau có thể hỗ trộ các tốc độ số liệu khác nhau trong các môi trường giống nhau tùy theo thực hiện cụ thể của máy thu. Với việc báo cáo tốc độ số liệu chứ không phải kết quả đo chất lưộng kênh cụ thể, UE có máy thu tốt hơn có thể cung cấp dịch vụ tốt hơn và điều này rất có lội khi sử dụng cấu trúc máy thu tiên tiến cho người sử dụng đầu cuối. Đối với kênh đưộc điều khiển công suất, độ lội nhận đưộc từ một máy thu tiên tiến là nút B có thể sử dụng công suất thấp hơn, và điều này có lội cho mạng chứ không phải cho người sử dụng đầu cuối. Cách nhìn này hoàn toàn trái ngưộc với HS-DSCH sử dụng điều khiển tốc độ, trong đó một UE có máy thu tiên tiến có thể thu đưộc HS-DSCH với tốc độ sổ liệu cao hơn so với máy thu bình thường.

Mỗi giá trị CQI 5 bít tương ứng với kích thước của một khối truyền tải, sơ đồ điều chế và số lưộng các mã định kênh. Các giá trị này đưộc cho trên hình 6.16 (giả thiết ràng đầu cuối tốc độ cao có khả năng thu đưộc 15 mã). Một số bảng khác nhau đưộc sử dụng cho các loại UE khác nhau vỉ UE không thể báo cáo CQI vưột quá khả năng của mình. Chẳng hạn CQI chỉ hỗ trộ 5 mã định kênh không thể báo cáo CQI tương ứng với 15 mã, trong khi đó ƯE 15 mã có thể làm điều này. Vì thế các khoảng dịch công suất đưộc sử dụng cho các chất lưộng kênh vưột quá khả năng ƯE. Dịch công suất xdB chi thị ràng


UE có thể thu một kích thước khối truyền tải nhất định, nhưng tại công suất phát thấp hơn đánh giá từ báo cáo CQI một lượng là X dB. Điều này được minh họa trong bảng 6.3 cho một số thể loại UE.

ƯE thuộc loại 1-6 chỉ có thể thu đến 5 mã định kênh HS-DSCH và vì thế phải sử dụng dịch công suất cho các giá trị CQI cao nhất, trong khi đó UE loại 10 có thể thu 15 mã.

Bảng 6.3. Vỉ dụ về báo cáo CQI cho các loại VE khác nhau

Giá trị COI

Kích thước khối truyền tải

Sơ đồ điều chế

Sổ lượng mã định kênh HS-DSCH

Dịch công suất [dB]

Giá trị COI

Loại 1-6 Loại 10 Loại 1-6 Loại 10 Loại 1-6 Loại 10

0 Không áp dụng Ngoài dải 1 137 QPSK 1 0 2 173 QPSK 1 ũ

3 233 QPSK 1 0

4 317 QPSK 1 0

5 377 QPSK 1 0

6 461 QPSK 1 0

•7 650 QPSK 2 0

8 792 QPSK 2 0

9 931 QPSK 2 ũ

10 1262 QPSK 3 ũ

11 1483 QPSK 3 0

12 1742 QPSK 3 0

13 2279 QPSK 4 0

14 2583 QPSK 4 0

15 3319 QPSK 5 0

16 3565 16QAM 5 0

17 4189 16QAM 5 0

18 4664 16QAM 5 0

Chương 6: HSDPA 2 3 3

19 5287 16QAM 5 0 20 5887 16QAM 5 0 21 6554 16QAM 5 0 22 7168 16QAM 5 0 23 7168 9719 16QAM 5 7 -1 0 24 7168 11418 16QAM 5 8 -2 0 25 7168 14411 16QAM 5 10 -3 0 26 7168 17237 16QAM 5 12 -4 0 27 7168 21754 16QAM 5 15 -5 0 28 7168 23370 16QAM 5 15 -6 0 29 7168 24222 16QAM 5 15 -7 0

30 7168 25558 16QAM 5 15 -8 0

Các giá trị CQI trong bàng trên phân loại theo thú tự tăng và UE sẽ báo cáo giá trị CQI cao nhất theo đó truyền dẫn với các thông số tương ứng với giá trị này sẽ chỉ gây ra xác suất lồi khối không quá 10%. Các giá trị CQI được chọn sao cho tăng CQI một nấc tương ứng với tăng Ì dB trong tỷ số sóng mang trên tạp âm trong kênh AWGN.

(' Quyẽt định lập biểu ;

Bát dâu truyẽn dằn

HS-srrn 1 1 1 1 1 Ì S J I I I I HS-Pn<5CH I - í í i ì 1 1 í 1/ 1 l i I I I

/ ~2,s khe

HS-DPCCH l i ị A/Nị COI 1 I í I i ị *

CPICH ! í. ị Đ o Vị' I

Chu k tham chuẩn

1 khe ~7,5khe

A/N=ACK/NAK Chu k tham chuẩn A/N=ACK/NAK

Hình 6.24. Tương quan định thời cho các báo cáo CQI


Cơ sở để tạo ra CQI là đo đạc trên kênh hoa tiêu chung. CQI biểu thị các điều kiện tức thời của kênh trong khoảng thời gian ba khe với kết thúc một khe trước khi phát CQI. Việc quy định CQI báo cáo trong khoảng thời gian nào để nút B bám kịp các thay đổi trong chất lượng kênh giữa các báo cáo CQI được thực hiên bậng cách sử dụng các lệnh điều khiển công suất sẽ xét dưới đây. Định thời các báo cáo CQI và thời gian sớm nhất có thể sử dụng báo cáo này cho mục đích lập biểu đuợc minh họa trên hình 6.24.

Tốc độ báo cáo chất lượng kênh có thể được lập cấu hình cho một báo cáo trong dải 2-160ms. CQI cũng có thể bị tắt hoàn toàn.

Vì các giải thuật lập biểu và thích ứng tốc độ là đặc thù cùa từng nhà cung cấp thiết bị, điều khiển tốc độ có thể được thực hiện theo các tiêu chí khác với các báo cáo của UE (hoặc độc lập hoặc kết hợp). Sừ dụng mức công suất phát cùa kênh DPCH liên kết cũng là một khả năng cho tiêu chí nói trên, trong đó công suất phát DPCH cao chỉ thị các điều kiện kênh không thuận lợi và công suất phát DPCH thấp chỉ thị điều kiện kênh thuận lợi. Vì mức công suất là số đo tương đối của chất lượng kênh và không phản ánh chất lượng kênh khách quan tuyệt đối, nên kỳ thuật này chỉ có ưu điểm khi kết hợp với các báo cáo chát lượng kênh không thường xuyên. Các báo cáo UE cung cấp chất lượng kênh tuyệt đối và công suất phát của kênh DPCH được điều khiển theo công suất có thể được sử dụng để cập nhật báo cáo chát lượng kênh này giữa các thời điểm báo cáo. Sơ đồ kết hợp này hoạt động khá tốt và có thể giảm đáng kể tần suất báo cáo CQI của UE chừng nào DPCH không nậm trong chuyển giao mềm. Trong chuyên giao mềm, công suất phát cùa các đường truyền vô tuyến khác nhau tham gia và chuyển giao mềm được điều khiển công suất vì thê tín hiệu thu kết hợp cỏ đủ chất lượng. Hậu quả là công suất phát cùa DPCH tại ô HS-DSCH không chắc chắn phản ảnh chất lượng kênh mà UE cảm nhận được. Vì thế khi xảy ra chuyển giao mềm cần báo cáo chất lượng thường xuyên hơn từ UE.


6.9.CẤU T R Ú C C Á C K Ê N H BÁO HIỆU CỦA HSDPA

6.9.1. Báo hiệu điều khiển đường xuống: HS-SCCH HS-SCCH (đôi khi được gọi là kênh điều khiển chia sẻ) là kênh

vật lý đường xuống chia sẻ mang thông tin báo hiệu điều khiển cần thiết để UE có thế giải trải phổ. giải điều chế và giải mã kênh HS-DSCH.

Trong tùng khoảng thời gian 2ms tương ứng với một HS-DSCH TTI, một kênh HS-SCCH mang thông tin báo hiệu lóp vật lý đến một UE. Vì HSDPA hỗ trợ truyền dẫn HS-DSCH đến nhiều người sẩ dụng đồng thời bàng cách ghép mã (xem mục 6. Ì) nên cần có nhiều kênh HS-SCCH trong một ô. Theo tiêu chuẩn, một UE phải có thế giải mã bốn kênh HS-SCCH đồng thời. Tuy nhiên có thể lập cấu hình nhiều kênh HS-SCCH hơn trong một ô, mặc dù ít khi cần đến điều này.

HS-SCCH sứ dụng hệ sổ trài phố 128 và có cấu trúc thời gian dựa trên một khung con có độ dài 2ms bàng độ dài của HS-DSCH. Các thông tin sau đây được mang trên HS-SCCH:

- Khuôn dạng truyền tái bao gồm: + Tập mã định kênh HS-DSCH [7bit] + Sơ đồ điều chế HS-DSCH. QPSK/16QAM [Ì bít]

- Thông tin liên quan đến HARQ bao gồm:

+ Số lượng xẩ lý HARỌ [3bit]

+ Phiên bản dư [3bit] + Chỉ thi số liệu mới [Ìbít] + ƯE ID để nhận dạng UE mà thông tin HS-SCCH cần chuyển đến [lóbit]. Như sẽ trình bày dưới đây, UE ID không được phát tường minh mà được chứa ẩn trong tính toán CRC và mã hóa kênh DS-SCCH.

236 Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lén 4G

Như đã trình bày trong mục 6.6.2, khối truyền tải HS-DSCH có thể nhận từ Ì đến 254 kích thước khác nhau. Mỗi tổ hợp giữa tập mã định kênh và sơ đồ điều chế tương ứng với một tập con trong số các kích thước khối truyền tải nói trên, trong đó mỗi tập con bao gồm 63 khả năng có thể có của kích thước khối truyền tải. Thông tin về kích thước khối truyền tải của HS-DSCH 6 bít chệ thị kích thước nào trong số 63 kích thước khối truyền tài có thể có đã được định nghĩa để sử dụng toàn bộ tỷ lệ mã trong dải từ 1/3 đến Ì cho lần phát đầu. Đối với phát lại, các tỷ lệ mã tức thời lòn hơn Ì có thể đạt được bằng chệ thị rằng "kích thước khối truyền tải giống như lần phát trước trong xử lý HARQ này". Điều này được chệ thị bằng cách đặt trường "thông tin kích thước khối truyền tải HS-DSCH" vào 111111. Cách làm này có lợi để bổ sung tính linh hoạt cùa lập biểu chẳng hạn để chì phát lại một số lượng bít chẵn lẻ trong trường hợp báo cáo CQI cho thấy rằng UE "hầu như" đã có khả năng giải mã truyền dẫn gốc.

Các yêu cầu về việc các phần thông tin khác nhau của HS-SCCH cần có mặt tại UE lúc nào ảnh hưởng lên cấu trúc chi tiết của quá trình mã hóa kênh HS-SCCH và sắp xếp kênh vật lý. Do độ phức tạp của các UE khác nhau, UE cần biết tập mã định kênh trước khi bắt đầu phát HS-DSCH. Nếu không biết trước điều này, UE sẽ phải nhớ đệm tín hiệu thu được để giải trải phố tất cà các mã cùa HS-DSCH cực đại đến 15 mã. Cũng nên biết được sơ đồ điều chế trước khung con HS-DSCH vì điều này cho phép giải điều chế kịp thời. Mặt khác kích thước khối truyền tải và thông tin liên quan đến HARQ cũng cần thiết khi giải mã HS-DSCH/kết hợp mềm. Thường quá trình này chi bắt đầu ở cuối HS-DSCH. Vì thế, thông tin cùa HS-SCCH được chia thành hai phần:

Ì. Phàn Ì bao gồm tập mã định kênh và sơ đồ điều chế [tổng cộng 8bit]. Điều này cho phép đầu cuối hỗ trợ 5 hoặc l o mã, thậm chí có thể đến 15 mã. Vì thế với một đầu cuối hỗ trợ số mã nhỏ


hơn, các mã sử dụng được giải mã từ HS-SCCH và giãi trải phổ chỉ cần giới hạn ở các mã dự định cho đầu cuối. Bộ lập biẳu sẽ không vượt quá các giới hạn được thiết lập bởi khả năng của đầu cuối này.

2. Phần 2 bao gồm kích thước khối truyền tải và các thông số liên quan đến HARQ (chẳng hạn xử lý HARQ nào đang được phát). Chỉ thị phát là mới hay liên quan đến gói được phát trước đó. Ngay cả khi các phát trước đó cùa một gói không được thu đúng, chỉ thị số liệu mới vẫn thông báo cho đầu cuối là có thẳ loại các truyền dẫn cũ khỏi bộ đêm. Nghĩa là tùy theo dịch vụ, hoặc sẽ có một phát lại mức RLC muộn hơn (chế độ RLC có công nhận) hoặc chỉ đơn giản là hủy số liệu và ứng dụng sẽ phải chấp nhận lỗi (chế độ RLC không công nhận). Ngoài ra thông tin về phiên bản dư và chùm tín hiệu cũng được truyền trong phần hai.

Định thời giữa HS-SCCH và HS-DSCH cho phép đầu cuối có thời gian một khe đế chỉ ra các mã nào sử dụng đẳ giải trải phổ và xác định sơ đồ điều chế. Đối với các thông số còn lại, thời gian xử lý khe cần được xét trước khi phát kết thúc và có thẳ bắt đầu một 2ms TTI mới.

Mã hóa HS-SCCH, sắp xếp kênh vật lý và tương quan định thời cho truyền dẫn HS-DSCH được minh họa trên hình 6.25. M ã hóa kênh HS-DSCH dựa trên mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 được thực hiện riêng cho phần Ì và phần 2. Phần Ì được mã hóa và được phối hợp tốc độ đến 40 bít đẳ đặt vừa khe thứ nhất của bán khung HS-SCCH. Trước khi sắp xếp lên kênh vật lý, phần một được ngẫu nhiên hóa bời một chuỗi 40 bít đặc thù cùa ƯE. Chuỗi này được rút ra từ 16 bít UE ID sử dụng mã hóa xoắn tý lệ Vi sau đó được đục lỗ. Với sơ đồ trên hình 6.25 thông tin phần Ì có thẳ được giải mã sau một khe của bán khung


HS-SCCH. Ngoài ra trong trường họp có nhiều kênh HS-SCCH, UE có thể tìm được đúng HS-SCCH từ sổ đo mềm của bộ giải mã kênh ngay sau khe thứ nhất. Một cách để UE sử dụng sổ đo mềm để xác định (nếu có) kênh nào trong số nhiều kênh HS-SCCH mang thông tin điều khiển cho nó là tạo ra tỳ lệ log khả giống giữa từ mã khả giống nhất và từ mã khả giống thứ hai cho từng HS-SCCH. HS-SCCH có tỳ lệ này lớn nhất sẽ có xác suất cao là kênh cần truyền cho ƯE và có thể được chọn để giải mã tiếp theo cho thông tin phần 2.

Phần 1 Các mã, điều ché Nhận

dạng UE

Mã hóa xoan tỳ lệ 1/3 ị

Đục lỗ

Ngảu nhiên hóa đặc thù UE

Phần 2 Kích thước thuê bao,

thông tin HARQ ị

CRC đặc thù UE

ị Mã hóa xoắn tỳ

lệ 1/3

Đục lỗ

HS-SCCH Phẩn 1 Phân 2 i^Thời gian >

HS-PDSCH .AĩaiM. phần 1

ni ệỹr g rân gĩầl"" Sô liệu

HS-DSCH

mẽ phản 2

Hình 6.25. Mã hóa kênh HS-SCCH

Phần hai được mã hóa và được phối hợp tốc độ đến 80 bít để đặt vừa vào khe thú hai và thứ ba của HS-SCCH. Phần hai chứa cả CRC đặc thù UE để phát hiện lỗi. CRC này được tính toán trên tất cả các bít thông tin gồm cả phần Ì và phần Ì kết hợp cùng với nhận dạng UE. Nhận dạng này không được phát một cách tường minh mà chỉ chứa ID


của UE khi tính toán CRC tại máy thu, UE có thể quyết định đây nó có phải là đối tượng thu hay không. Nếu đầy là thông tin cho UE khác, CRC sẽ không được kiểm tra.

Trong trường hợp phát HS-DSCH đến một UE trong nhiều TTI liên tiếp, UE phải giải trải phổ HS-SCCH đồng thời với các mã định kênh HS-DSCH. Để giảm sổ lượng bộ giải trải phổ cần thiết, cùng một kênh HS-SCCH sẽ được sử dụng khi truyền dẫn HS-DSCH được thấc hiện trong nhiều TTI liên tiếp. Nghĩa là, UE chỉ cần giải trải phổ một HS-SCCH khi đồng thời thu được HS-DSCH.

Để tránh lãng phí dung lượng, công suất phát HS-SCCH chỉ được điều chinh đủ để đạt đến UE cần thu. Thông tin tương tấ sử dụng cho điều khiển tốc độ, chẳng hạn các báo cáo cố CQI có thể được sử dụng cho điều khiển công suất HS-SCCH.

6.9.2. Báo hiệu điều khiển đường xuống: F-DPCĨĨ Như đã trình bày trong mục 6.2.1, đổi với mỗi UE được phục vụ

bời kênh HS-DSCH, cần có một kênh DPCH liên kết. về nguyên tắc, nếu toàn bộ truyền dẫn số liệu bao gồm cả báo hiệu RRC được sắp xếp trên HS-DSCH, thì không cần mang bất cứ thông tin nào trên DPCH. Vì thể không cần các thông tin như chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI: Transport Format Combination Indicator) hay các hoa tiêu riêng trên kênh DPCH như vậy. Trong trường hợp này DPCH chỉ được sử dụng cho HS-DSCH để mang các lệnh điều khiển công suất đến UE để nó điều chỉnh công suất đường lên. Vì thế Ró đã đưa ra kênh F-DPCH (Tructional DPCH: DPCH một phần) nhờ vậy giảm sổ lượng các mã định kênh cần sử dụng cho các kênh dành riêng. Thay vì cấp phát một kênh DPCH với hệ số trải phổ 256 chi cho mục đích phát một lệnh điều khiển công suất trên một khe, F-DPCH cho phép đến 10 UE chia sẻ một mã định kênh cho mục đích này. Vê bản chất F-DPCH có khuôn dạng khe chỉ hỗ trợ bít TPC (điều khiển công


suất phát). Hai bít TPC (một ký hiệu QPSK) được phát trong một phần mười khe sử dụng hệ số trải phổ 256, phần còn lại không được sử dụng. Bằng cách thiết lập định thời đường xuống cho nhiều UE như trên hình 6.26, 10 UE có thể chia sớ mã định kênh này. Hình 6.26 cũng cho thấy cách ghép theo thời gian các lệnh điều khiển công suất cho nhiều người sử dụng trên một mã định kênh.

MỘI khe

UE#1

UE#2

U E # 1 0

• • DTX ĨPC DTX

DTX ĨPC DTX

•XI

re D T X Ị T P C Ị DTX

•Cưng mội mã định kềnh

Hình 6.26. DPCH một phần (F-DPCH) được đưa vào Ró

Khi so sánh với R3 DPDCH, F-DPDCH chi truyền trường điều khiển công suất phát (TPC) như minh họa trên hình 6.27. Ngoài ra định thời gốc vẫn được duy trì để tránh phải điều chinh các định thời dựa trên các thực hiện vòng điều khiển công suất cùa R3.

Khe DPCH

số liệu TPC Trói SỐ liệu Hoa tiêu

DPDCH

Tắt phát

DP

TPC

ÍCH DPOCH DPCCH

Tắt phát

DPCCH Khe dài 0,667ms=2/3ms

Hình 6.27. cấu trúc F-DCCHso với R3 DPCH

Đối với một số người sử dụng, mạng lập cấu hình sao cho môi người sử dụng có cùng một mã nhưng định thời khung khác nhau, vì thế có thể phát cho những người sử dụng trên cùng một nguồn mã.


Nguyên lý hoạt động F-DCCH được minh họa trên hình 6.28 cho trường hợp hai người sử dụng chia sẻ chung không gian mã.

256 chip

, T,+256chip Khung 10ms ĩ ... I I I I

TRhe Ọ Ị Khe Ị Ị Đầu cuối 1 / —•

/Tầtphát lTCP Ị Tắt phát 256 chip

'hát từ Nút B Tắtphátl TCP ITCP Ị Tá phát

Hình 6.28. Nguyên lý hoạt động F-DPCH

6.9.3. Báo hiệu điều khiển đường lên: HS-DPCCH

Để đàm bảo hoạt động của HARQ và cung cấp trạng thái tức thời của kênh đường xuống cho nút B, cớn có báo hiệu điều khiển đường lên. Báo hiệu này được mang trên một kênh vật lý mới bổ sung, HS-DPCCH sử dụng mã định kênh tách biệt với DPCCH đường lên thông thường. Việc sử dụng mã định kênh riêng cho HS-DPCCH làm cho các trạm gốc không có khả năng HSDPA "không thể nhìn thấy" kênh này và cho phép chuyển giao mềm đường lên ngay cả khi không phải tất cả các nút B trong tập tích cực hỗ trợ HSDPA.

HS-DPCCH sử dụng hệ số trải phổ 256 và được phát song song với các kênh đường lên khác (hình 6.29). Để giảm PAPR đường lên, mã định kênh sử dụng cho HS-DPCCH và HS-DPCCH được sắp xếp lên nhánh ì hay Q của mã này phụ thuộc vào số lượng cực đại các

IKhe 14 Ị


kênh DPDCH mà tập tổ hợp khuôn dạng truyền tải sử dụng trong cấu hình do UE thiết lập.

"* *•

ACK/NAK Phản hồi COI

DPDCH 2560 chip 2560 chip 2560 chip

SỐ liệu SỐ liệu SỐ liệu

DPCCH Hoa tiêu TFCI FBI TPC Hoa tiêu TFCI FBI TPC Hoa tiêu TFCI FBI TPC

Hình 6.29. cấu trúc HS-DPCCH

Vì hệ sổ trải phổ của HS-DPCCH là 256, HS-DPCCH cho phép 30 bít kênh trong bán khung 2ms (3 khe). Thông tin HS-DPCCH được phân chia sao cho công nhận HARQ được phát trong khe thời gian thứ nhất, còn chỉ thị chất lượng khung được phát trong khe thời gian thứ hai và thứ ba (hình 6.30).

Thời gian xứ lý: HS-DSCH Tri • 5ms —>1

ACK/NAK c a i Không đồng bớ khe

1 bân khung (3 khe)

HS-DPCCH DPCCH DPDCH

• i - ' .-••**

Ì I mmimmimmmằ 1 1 í Ị Ị Ị ỉ Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị ' ' ' Ị'

Hĩnh 6.30. cấu trúc báo hiệu cơ sở đường lên sử dụng HS-DPCCH ghép mã I/Q

Để giảm thiểu thời gian quay vòng HARQ, thời gian phát HS-DPCCH không đồng bớ khe với các kênh đường lên khác. Định thời HS-DPCCH quy định theo kết thúc bán khung mang số liệu HS-DSCH như trên hình 6.30. Định thời được thực hiện sao cho


khoảng thời gian xử lý của UE tính từ thời điểm kết thúc HS-DSCH TTI cho đến khi phát công nhận ARQ là vào khoảng 7,5 khe (19200 chip) tương đương với gần 5ms. Nếu HS-DPCCH đồng bộ khe với các kênh DPCCH đường lên, thì sẽ xảy ra sự không rõ ràng một khe trong quá trình định thời HS-DSCH/HS-DPCCH. Sự không rõ ràng này sẽ giảm thời gian xử lý khả dụng đổi với UE/nút B một khe.

Nhờ đồng bộ giữa HS-DPCCH đường lên và HS-DSCH đường xuởng, HS-DPCCH sẽ không nhất thiết phải đồng bộ khe với DPDCH/DPCCH đường lên. Tuy nhiên cần lưu ý ràng HS-DPCCH luôn luôn được đồng bộ với DPCCH/DPDCH đường lên trên cơ sở 256 chip để đảm bảo tính trực giao đường lên. Vì thế HS-DPCCH không thể có định thời cở định so với HS-DSCH thu. Thay vào đó, định thời HS-DPCCH thay đồi trong khoảng từ 19200 chip đến 19200 + 252 chip. Lưu ý rằng CQI và ACK/NAK hay CQI được phát độc lập với nhau. Trong các bán khung mà ở đó ACK/NACK hay CQI không được phát, không thông tin nào được phát trong trường tương ứng cua HS-DPCCH.

Công nhận HARQ bao gồm một bít thông tin, ACK hay NAK chỉ thị ràng HS-DSCH được giải mã (được kiểm tra CRC) đúng hay sai. ACK hay NAK chỉ được phát trong trường hợp UE thu đúng báo hiệu điều khiển HS-SCCH. Nếu không phát hiện được báo hiệu HS-SCCH gửi cho UE, không thông tin nào được truyền trong trường ACK/NAK (DTX). Cách làm này cho phép giảm tải đường lên, vì chi các UE được nhận HS-DSCH trong ra là được phát ACK/NAK trên đường lên. ACK một bít được mã hóa lặp đến 10 bít để đặt vừa vào khe thứ nhất của bán khung HS-DPCCH.

Phát lặp tin cậy ACK/NAK đòi hỏi đù khởi lượng năng lượng. Trong một sở trường hợp khi công suất bị hạn chế, có thể không đủ năng lượng để phát ACK/NAK trên một khe thời gian. Vì thế cỏ thể lập cấu hình Ư E để phát lặp ACK/NAK trong N khe ACK/NAK tiếp

244 Giáo trình Lộ trình phát triển {hông tin di động 3G lên 4G

theo. Tất nhiên, khi UE được lập cấu hình để phát các công nhận lặp nhiều lần, nó không thể nhận số liệu HS-DSCH trong các TTI liên tiếp, vì khi này UE không thể công nhận tất cả các số liệu HS-DSCH. Thay vào đó sẽ có ít nhất N-l bán khung 2ms rỗng giữa mồi HS-DSCH TTI mà ờ đó số liệu cần được thu. Các phát lặp nhiều lần công nhận có thể hữu ích đôi với các ô lớn hay trong một sô trường hợp chuyên giao mềm. Trong chuyển giao mềm, đường lên có thể được điều khiển công suất bởi nhiều nút B. Nếu bất cạ nút B nào trong số các nút B không phục vụ cỏ đường lên tốt nhất, chất lượng HS-PDCCH tại nút B phục vụ có thể không đủ và vì thế phát lặp có thể cần thiết.

Như đã nói ở trên, ảnh hưởng cùa các lồi ACK nhầm thành NAK và NAK nhầm thành ACK là khác nhau, dẫn đến các yêu cầu khác nhau. Ngoài ra cũng cần xử lý lỗi DTX nhầm thành ACK. Nêu UE mất thông tin lập biểu và nút B tưởng nhầm DTX là ACK, sẽ xảy ra mất số liệu trong HARQ. Vì thế cần sử dụng một ngưỡng quyết định trong bộ phát hiện ACK/NAK như trên hình 6.31. Dựa trên phương sai tạp âm tại bộ phát hiện ACK/NAK, có thể tính toán ngưỡng này để đáp ạng một xác suất nhất định về nhận nhầm DTX là ACK, chẳng hạn bằng lơ"2. Sau đó có thể thiết lập công suất ACK và NAK để đáp ạng các yêu cầu đổi với lỗi còn lại (ACK nhầm là NAK và NAK nhầm là ACK).

NAK

Pr(NAK^ACK) = 10"

Pr(DTX-ACK) = 10 •

Pr(ACK-NAK) = 10 •

DTX

-ì

ACK

Ngưởng thu

Hĩnh 6.31. Ngưỡng phát hiện trường ACK/NAK của HS-DPCCH


Ró đưa ra một tăng cường cho báo hiệu ACK/NAK. Ngoài ACK và NAK, UE cũng có thể phát hai từ mã bổ sung, PRE và POST trên HS-DCCH. UE được lập cấu hình để sử dụng tăng cường này sẽ phát PRE và POST trong bán khung trước và sau ACK/NAK (trừ phi các bán khung này được sử dụng bời ACK/NAK cho các khối truyền tải khác). Vì thế một ACK có thể gây ra truyền dẫn trải dài trên nhiều khung và nhờ vậy có thể giảm công suất trong khi vẫn duy trì tỷ lệ lỊi nhầm ACK thành NAK (hình 6.32).

[""Khổng sổ"l'iệũ" ịsố liệu HS-DSCH [sổ liệu HS-DSCH Ị '"'Khổng sổ" liệu""ị

Hình 6.32. ACK/NAK tăng cường bằng cách sử dụng PRE và POST

CQI bao gồm 5 bít thông tin. M ã khối (20,5) được sử dụng để mã hóa thông tin này thành 20 bít tương ứng hai khe trên HS-DCCH. Tương tự ACK/NAK, cũng có thể phát lặp nhiều lần trường CQI trên nhiều khung và có thể sử dụng phát lặp này để cải thiện vùng phủ. Giá trị CQI không tương ứng với Ec/N0 hay tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR tại đầu cuối. Thay vào đó giá trị được báo cáo này là một hàm phụ thuộc vào môi trường đa đường, kiểu máy thu đầu cuối và tỷ số nhiễu của chính trạm gốc so với các trạm gốc khác và độ khả dụng-công suất của BTS HSDPA. Ưu điểm của cách định nghĩa này là nó bao hàm các thực hiện máy thu cỏ thể có và các thay đổi của môi trường và vì thế giá trị này thể hiện được tốc độ tốt nhất mà đầu cuối có.

6.9.4. Báo hiệu điều khiển cho HSDPA-MIMO Để hỊ trợ MIMO, báo hiệu điều khiển ngoài băng được cải tiến

cho phù hợp. Báo hiệu trong băng ờ dạng tiêu đề MAC-es không cần thay đổi vì sắp đặt lại thứ tự và chọn hàng đợi ưu tiên không bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng MIMO. Tuy nhiên để hỊ trợ hiệu quả các tốc


độ số liệu cao do MIMO cung cấp, các lớp M Á C và RLC cũng được cập nhật bằng phân đoạn linh hoạt.

Báo hiệu điều khiển ngoài băng đường xuống được mang trên HS-SCCH, Trong trường hợp UE có khả năng hỗ trợ MIMO, một khuôn dạng cải tiến của HS-SCCH được sử dụng để có thể chẫa thông tin bổ sung cần thiết (hình 6.33). Phân chia HS-SCCH thành hai phần vẫn được giữ nguyên. Phần một được mở rộng để chẫa cả thông tin về số lượng luồng sẽ phát đến UE (một hay hai) và sơ đồ điều chế tương ẫng cùng với thông tin về ma trận tiền mã hóa nào trong số bốn ma trận mà nút B sẽ sử dụng để phát. Liên quan đến phần hai cùa HS-SCCH, khuôn dạng được sử dụng phụ thuộc vào việc một hay hai luồng được lập biểu phát đến UE. Trong trường hợp hai luồng, các bít bổ sung sẽ được phát trên phần hai để mang thông tin về kích thước khối truyền tải cho luồng thẫ hai. Mặc dù sổ bít trên kênh HS-SCCH trong trường hợp MIMO tăng, hệ số trải phổ của HS-SCCH vẫn là 128. Các bít bổ sung được đặt lên kênh vật lý bằng cách điều chỉnh phối hợp tốc độ cho hai phần một cách phù hợp.

Phần 1 Phẩn 2 •

- Các mã định kênh - UE ID - Sơ đồ điều chế - Kích thước khối truyền tải - Số lượng luồng 'ti - Thông tin HARQ _ ì Ma trận tiền mã hóa -Kích thước khối truyền tài, luồng 2 ,

Ị - Thông tin HARQ, luồng 2 '

7 Chỉ trong trường hợp truyền dẫn nhiều luồng

Vùng tô xám là thông tin bổ sung so với R5

Hình 6.33. Thông tin HS-SCCH trong trường hợp hỗ trợ MIMO

Báo hiệu điều khiển đường lên bao gồm ACK/NAK, PCI, CQI và được phát trên HS-DPCCH. Trong trường hợp truyền dẫn một luồng, chỉ một bít ACK/NAK được phát và khuôn dạng giống nhu R5. Trong


trường hợp phát hai luồng, hai bit ACK/NAK được mã hóa kết hợp thành ] 0 bít và được phát trên một khe thời gian trên HS-DPCCH.

Thông tin tiền mã hóa (PCI: Precoding Control Indication) bao gồm 2 bít để chỉ thị ma trận nào trong số bốn ma trận tiền mã hóa là phù hợp nhất với các điều kiện kênh tại UE.

Chỉ thị chất lượng kênh (CQI: Channel Quality Indicator) chi thị tóc độ số liệu mà UE khuyến nghị trong trường hợp truyền dẫn được thực hiện bằng cách sầ dụng PCI được khuyến nghị. Cả thông báo CQI luông đơn và luồng kép đều cần thiết vì bộ lập biểu có thể quyết định chỉ phát một luồng ngay cả khi điều kiện kênh cho phép hai luông, chăng hạn nếu khối lượng sổ liệu cần phát nhỏ. Vì không thể rút ra chất lượng luồng đơn từ bảo cáo luồng kép, nên hai kiểu CQI được định nghĩa:

1. Báo cáo kiểu A, chứa PCI và số luồng khuyến nghị (một hoặc hai) cùng với CQI cho mỗi luồng trong số hai luồng này

2. Báo cáo kiểu B, chứa PCI và CQI trong trường hợp phát một luồng

N/M= 3/4, chu kỷ báo cáo 2ms, không lặp Khung con 2ms

4——» A A A B A A A B A A A e

N/M= 2/3, chu kỳ báo cáo 8ms. hệ số lặp 2 Khung con 2ms •*—-*•

A A A A B B

Chu kỳ báo cáo 8 ms \./* * *• Lặp Hình 6.34. Ví dụ báo cáo PCI/CQI kiểu A và kiểu B cho VE

được lập cấu hình đê ho trợ MI MO

Đối với báo cáo kiểu B. báo cáo CQI 5 bít giống như trong các phát hành trước được sầ dụng, còn đối với báo cáo kiểu A, CQI bao


gồm 8 bít. Trong cả hai trường hợp, các báo cáo PCI và CQI được móc nối và được mã hóa thành 20 bít bằng cách sử dụng mã khối.

Tương tự nhu đối với trường hợp không MIMO, các báo cáo PCI/CQI được phát trong hai khe thời gian trên HS-DPCCH. Để đảm bảo thích ứng linh hoạt với các môi trường truyền sóng khác nhau, N báo cáo đầu trong số M PCI/CQI báo cáo có kiểu A và M-N báo cáo còn lại có kiểu B. Tỷ số N/M được lập cộu hình thông qua báo hiệu từ RNC. Hình 6.34 mô tả hai ví dụ.

6.10. HSDPA MIMO MIMO là một trong tính năng mới được đưa vào R7 để tăng các

tốc độ sổ liệu đinh thông qua truyền dẫn luồng. Nói một cách chặt chẽ, MIMO (Multiple Input Multiple Output) là một cách thể hiện tổng quát sự sử dụng nhiều anten ở các phía phát và phía thu. Nhiều anten có thể được sử dụng để tăng độ lợi phân tập và vì thế tăng tỷ số sóng mang trên nhiễu tại máy thu. Tuy nhiên thuật ngữ này thường được sử dụng để biểu thị truyền dẫn nhiều lớp hay nhiều luồng như là một phương tiện để tăng tốc độ số liệu đến mức cực đại có thể trong một kênh cho trước. Vì thế MIMO hay ghép kênh không gian có thể nhìn nhận nhu là một công cụ để cải thiện thông lượng của người sử dụng đầu cuối giống như một "bộ khuếch đại tốc độ sổ liệu", về bàn chột, cải thiện thông lượng của người sử dụng đầu cuối ở một mức độ nhột định sẽ dẫn đến tăng thông lượng hệ thống.

Như đã xét trong chương 4, các sơ đồ MIMO được thiết kế để khai thác một số thuộc tính của môi trường truyền sóng vô tuyến nhàm đạt được các tốc độ số liệu cao bàng cách phát đi nhiều luồng số liệu song song. Tuy nhiên để đạt được các tốc độ số liệu cao như vậy, cần đảm bảo tỷ sổ tín hiệu trên nhiễu cao tương ứng tại máy thu. Vì thế ghép kênh không gian chù yếu được áp dụng cho các ô nhỏ hơn hay vùng gần với nút B, nơi mà thông thường tỷ số tín hiệu trên nhiễu


cao. Trong trường hợp không thể đảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiễu đủ cao, nhiều anten thu mà UE có năng lục MIMO được trang bị có thể được sử dụng cho phân tập thu cho một luồng phát đơn. Vì thế một UE có năng lực MIMO sẽ đảm bào tốc độ sứ liệu cao hơn tại biên ô trong các ô lớn so với một UE tương ứng chi có một anten.

HSDPA MIMO hồ trợ truyền dẫn hai luồng. Mỗi luồng được xử lý lớp vật lý như nhau (mã hóa, trải phứ và điều chế giống như trường hợp HSDPA một lớp). Sau mã hóa, trải phứ và điều chế, tiền mã hóa tuyến tính được sử dụng trước khi luồng sứ được sắp xếp lên hai anten. Như đã đề cập trong chương 4, có nhiều lý do cho việc sử dụng bộ tiền mã hóa này. Ngay cả khi chi phát một luồng, nó cũng có lợi khi sử dụng phát phân tập bằng hai anten phát. Vì thế tiền mã hóa trong trường hợp một luồng cũng giống như phân tập phát vòng kín chế độ Ì (điểm khác nhau chủ yếu ở chi tiết báo hiệu và cập nhật tốc độ sẽ được xét trong phần sau), về bản chất, có thể nhìn nhận cấu hình này như một dạng tạo búp. Ngoài ra, quá trình tiền mã hóa còn có mục đích làm méo trước tín hiệu để đàm bảo hai luồng trực giao (hay gần trực giao) tại máy thu. Điều này cho phép giảm nhiễu giữa hai luồng và giảm nhẹ quá trình xử lý của máy thu.

Việc đưa vào MIMO sẽ ảnh hưởng chủ yếu lên quá trình xử lý lớp vật lý; ảnh hưởng lên lớp giao thức là nhỏ và các lớp trên chù yếu nhìn MIMO như là một tốc độ số liệu cao hơn.

6.10.1. Truyền dẫn số liệu HSDPA-MIMO

Để hồ trợ truyền dẫn hai luồng, HS-DSCH được cải tiến để hỗ trợ hai khối truyền tải trên một TO. Mồi khối truyền tải thể hiện một luồng. CRC được gắn vào từng khối truyền tải và mỗi khối truyền tài được mã hóa riêng. Quá trình này được minh họa trên hình 6.35. Vì hai khối truyền tải được sử dụng trong trường họp truyền dẫn nhiều


luồng, HSDPA-MIMO là một sơ đồ nhiều từ mã (xem chương 4 cho các sơ đồ một từ mã và đa từ mã) và cho phép sử dụng máy- thu triệt nhiễu lần lượt trong UE.

nHÉÉ Xử lý ưu tiên

m

Lập biểu và thích ứng tốc độ

(cho một ô)

Thực thệ HARQ (cho mót người

' dụng) sư ( MỊ y -TTrBlk2

MAC-hs Lớp 2

HS-DSCH T r B l k l

Gịn CRC Mã hóa turbo

Phối hợp tốc độ HARQ

4?

Lớp ì

Đan xen

Luồng 1 đến điều chế cho anten ảo 1

Luồng 2 đến điều chế cho anten ảo 2

Hình 6.35. Xử lý HS-DSCH trong trường hợp truyền dẫn MIMO

Xử lý lớp vật lý cho từng luồng hoàn toàn giống như cho trường hợp một luồng đơn cho đến phần trải phổ. Để tránh lãng phí tài nguyên mã định kênh, cùng một tập mã định kênh phải được sử dụng cho hai luồng. Tại máy thu, hai luồng được phân tách, chẳng hạn băng bộ triệt nhiễu (chương 4).

Tín hiệu sau trải phổ cho mỗi luồng có thể được coi như tín hiệu trên một anten ảo. Trước khi cấp các tín hiệu của các anten ảo này cho các anten vật lý, tiền mã hóa tuyến tính được sử dụng như trên


hình 6.36. Đ ố i với mỗi luồng, bộ tiền mã hóa chì đơn giàn là một cặp trọng số. Luồng i được nhân với trọng số phức Wjj trước khi cấp cho anten vật lý j.

Luồng 1 <.. Luồng 2

Các mã định kênh SF = 16

Tiền mã hóa Xi W l . w u

- X 2 . .W2. I w2.2. «2

Các anten ảo

Hoa tiêu chung 1

_ _ Hoa tiêu chung 2

*f'""' • Ỵ x 2 - " " Anten vật lý 1 Anten vật lý 2

Hình 6.36. Điều chế, trài phổ, ngấu nhiên hóa

và tiền mã hóa cho MI MO hai luồng

Sử dụng tiền mã hóa mang lệi nhiều lợi ích, nhất là trong trường hợp truyền dẫn luồng đem. Trong trường hợp này tiền mã hóa cung cấp độ lợi phân tập và độ lợi dàn vì cả hai anten phát đêu được sử dụng và các trọng số được chọn sao cho tín hiệu từ hai anten cộng


nhất quán tại máy thu. Kết quả là tỷ số tín hiệu trên nhiễu cao hơn so với khi không có tiền mã hóa, nhờ vậy tăng được vùng phủ đối với một tốc độ số liệu cho trước. Ngoài ra, nếu sử dụng riêng bộ khuếch đại công suất cho từng anten vật lý, tiền m ã hóa đảm bảo sử dụng cả hai bộ khuếch đại trong trường hợp truyền dọn một luồng, nhờ vậy tăng tổng công suất phát. Các trọng số tiền mã hóa trong trường hợp truyền dọn đem luồng được chọn giống như các trọng số được sử dụng trong R3 cho phân tập phát vòng kín:

W,,=l/V2, .

w JÍLLữ ÍW) £±Lữ tlbữỊ (61)

21 Ị 2 ' 2 ' 2 ' 2 Ị Trong trường họp truyền dọn hai luồng, tiền mã hóa có thể được sử dụng để hỗ trợ máy thu trong quá trình phân tách hai luồng. Nếu các trọng số cho luồng 2 được chọn là các véctơ eigen (trực giao) của ma trận đồng phương sai tại máy thu, thì hai luồng sẽ không gây nhiễu lọn nhau. Vì thế, sau khi đã chọn song trọng số cho luồng Ị, các trọng số W| 2, w2,2 được sử dụng cho luồng 2 được xác định theo yêu cầu đảm bảo các cột của ma trận tiền m ã hóa trực giao.

w= w 2 , l w2,2

(6.2)

Vì có thể xảy ra bốn giá trị cho w21, nên sẽ có thể có bốn ma trận tiền mã hóa w khác nhau. Thiết lập các trọng số phụ thuộc vào thực hiện của nút B, nhưng thông thường dựa trên chỉ uiị điều khiển tiền mã hóa (PCI: Pre-coding Control Indicator) phát phản hồi tù ƯE.

Đ ể giải điều chế sổ liệu thu, UE phải ước tính được các kênh giữa từng anten ảo của trạm gốc và từng an ten vật lý của UE. Vì thế cần ước tính tổng số bốn kênh. Một giải pháp là truyền một tín hiệu hoa tiêu chung trên từng anten ảo. Tuy nhiên điều này sẽ không đảm bảo tương thích ngược vì các UE coi rằng hoa tiêu chung sơ cấp phải được


phát từ anten sơ cấp. Ngoài ra cũng không thể giải điều chế cho các kênh không phải MIMO (các kênh điều khiển chẳng hạn) vì các kênh này được phát không sử dụng tiền mã hóa. Vì thế các kênh hoa tiêu chung được phát giống như trường hợp phân tập phát. Trên mỗi anten vật lý, một hoa tiêu chung được phát. Hoặc hoa tiêu chung sơ cấp được lập cấu hình trên từng anten sử dụng cùng mã định kênh và mã ngựu nhiên hóa trên tất cả các anten, hoặc hoa tiêu chung sơ cấp được lập cấu hình trên một anten và hoa tiêu chung thứ cấp được lập cấu hình trên anten còn lại. Trong trường họp hoa tiêu chung sơ cấp được lập cấu hình trên hai anten, các mựu hoa tiêu trực giao tương hỗ được sử dụng trên các hoa tiêu chung khác nhau (tất cả bàng không cho anten thứ nhất như trong trường hợp một anten và chuỗi không và một cho anten vật lý thứ hai). Cả hai sơ đồ này đều cho phép UE ước tính kênh từ từng anten phát vật lý đến từng anten thu. Biết được ma trận tiền mã hóa mà nút B sử dụng, UE có thể tạo ra một ước tính kênh hiệu dụng từ từng anten ảo đến từng anten thu vật lý, như là HW, trong đó:

"Xi Kĩ 4.1 Kĩ

và Â, là ước tính kênh giữa anten vật lý i tại trạm gốc và anten vật lý j tại UE. Vì thế ma trận tiền mã hóa được thông báo cho UE trên kênh HS-SCCH. Thông báo tường minh ma trận tiền mã hóa đom giản hóa đáng kể việc thực hiện ƯE so với ước tính các trọng số như trường hợp phân tập phát vòng kín trong R3.

6.10.2. Điều khiển tốc độ cho HSDPA-MIMO

Điều khiển tốc độ cho từng luồng cũng giống như trong trường hợp một luồng. Tuy nhiên cơ chế điều khiển tốc độ này cũng cần xác định số luồng phát và ma trận tiền mã hóa sẽ sử dụng. Vì thế đối với

H = (6.3)


mỗi T r i , phải xác định số luồng sẽ phát, kích thước các khối truyền tải cho mồi luồng, số lượng các mã định kênh, sơ đồ điều chế và ma trận tiền mã hóa. Thông tin này được cung cấp cho UE trên kênh HS-SCCH giống như trong trường hợp không MIMO. Vì bộ lập biểu điều khiển kích thước các khối truyền tải trong trường hợp truyền dẫn đa đường, tốc độ số liệu cùa hai luồng có thể được điều khiển riêng rẽ.

Truyền dẫn đa luồng chi có lợi khi các tỷ số tín hiệu trên nhiễu cao và vì thế nó sẽ chổ được sử dụng cho các tốc độ số liệu cao nhất. Đối với các tốc độ sổ liệu thấp hơn, cần sử dụng truyền dẫn một luồng. Trong trường hợp này, hai anten vật lý được sử dụng cho phát phân tập và chổ có một anten ảo mang thông tin số liệu của người sử dụng.

6.10.3. Các khả năng của UE hỗ trợ MIMO Để cho phép nhiều loại thực hiện UE khác nhau, hỗ trợ MIMO

không bắt buộc cho tất cả các UE. Ngoài ra truyền dẫn đa luồng chổ là một công cụ để tăng các tốc độ số liệu đổnh, nên MIMO chủ yếu chi liên quan đến các loại UE hạng cao. Vì thế, một Ư E hỗ trợ MIMO là UE loại 9 hoặc loại lo. Một UE cụ thể có năng lực MIMO hay không phải được thông báo ở dạng khả năng UE; chẳng hạn một UE loại 9 có thể làm việc trong chế độ MIMO trong khi đó UE loại l o có thể không. Nếu MIMO không được lập cấu hình trong một đầu cuối có năng lực MIMO, thì hoạt động của nó giống như trong Ró.

6.11. THỦ TỤC LỚP VẬT LÝ CỦA HSDPA Giả thiết ràng đã có một hay nhiều người sử dụng được lập cấu

hình sử dụng kênh HS-DSCH và số liệu đã đến bộ đệm trong nút B, thủ tục làm việc lóp vật lý HSDPA bao gồm các bước sau:

- Bộ lập biểu trong nút B đánh giá (2ms một lần) cho từng người sử dụng đã có số liệu trong bộ đệm: điều kiện kênh, trạng thái bộ đệm, thời gian từ lần truyền dẫn trước, các phát lại chưa


xử lý... Tiêu chí chính xác cùa bộ lập biểu phụ thuộc vào thực hiện đặc thù nhà bán máy chứ không được đặc tả trong 3GPP.

- Sau khi đã xác định đầu cuối sẽ được phục vụ trong một TTI cụ thể, nút B định nghĩa các thòng số cần thiết của HS-DSCH gồm: số lượng các mã. khả năng sử dụng 16QAM và các quy định về khả năng của đầu cuối.

- Nút B bổt đầu phát hai khe HS-DSCH trước HS-DSCH TTI tuông ứng. Giả sử trong khung HS-DSCH trước không số Liệu không được truyền cho đầu cuối, HS-SCCH được chọn tự do (trong tập bốn kênh). Nếu trong khung trước đã có sổ liệu, thì cần sử dụng HS-SCCH như cũ.

- Đầu cuối giám sát tập bốn kênh HS-SCCH. Sau khi đầu cuối giải mã phần Ì của HS-SCCH dự định cho nó, nó bổt đầu giải mã phần còn lại của HS-SCCH này và nhớ đệm các mã cần thiết cho HS-DSCH.

- Sau khi giải mã các thông số HS-SCCH từ phần 2, đầu cuối có thể xác định được số liệu thuộc xử lý HARQ nào và có cần kết họp chủng với số liệu đã có trong bộ đệm mềm hay không.

- Trong Ró, tiền tố được phát trong trường ACK/NAK nếu tính năng này được mang lập cấu hình (và không cỏ gói trong T r i trước). Việc phát tiền tố phụ thuộc vào giải mã HS-SCCH chứ không phụ thuộc vào HS-DSCH.

- Sau khi giải mã số liệu được kết hợp, đầu cuối phát chi thị ACK/NAK trên đường lên phụ thuộc vào kết quả CRC trên số liệu HS-DSCH (nếu kết quả CRC đúng, ACK được phát).

- Nếu mạng tiếp tục phát số liệu đến cùng một đầu cuối trong nhiều T r i liên tiếp, đầu cuối sẽ vẫn thu cùng một HS-SCCH như đã được sử dụng trong TTI trước


- Trong Ró, khi các luồng số liệu kết thúc, đầu cuối phát đi một hậu tố trong trường ACK/NAK nếu tính năng này được tích cực

Xét từ đáp ứng đầu cuối đối với từng gói, hoạt động HSDPA là đồng bộ trên đường xuống. Xét từ phía mạng, hoạt động này là không đồng bộ khi một gói hay một phát lại cho lần phát trước đó được phát.

Định thời hoạt động đầu cuối giữa các sự kiện khác nhau được đặc tằ chính xác từ thời điểm thu HS-SCCH, sau đỏ là giằi mã HS-DSCH và kết thúc bằng phát ACK/NAK lên đường lên. Như minh họa trên hình 6.37, thời gian phằn ứng là 7,5 khe từ lúc kết thúc HS-DSCH T r i đến khi bắt đầu phát ACK/NAK lên đường lên.

Truyền đằn dường lèn HS-DPCCH (ACK/NAK+ phản hồi)

Hình 6.37. Định thời đầu cuối liên quan đến một xử lý HARQ

Truyền dẫn điffrf»9 lén nin tổ HS-DPCCH (ACK/NAK+ c a i )

Hình 6.38. Hoạt động với tiền/hậu tố của Ró


Trong Ró với sử dụng tiền/hậu tổ định thời không thay đổi nhưng đối với gói đầu tiên khe ACK/NAK trước đó được sử dụng cho tiền tố (hình 6.38) Khi truyền dẫn kết thúc (đầu cuối không phát hiện HS-SCCH) hậu tố được phát trong vị trí mà bình thường ACK/NAK được phát.

6.12. DI ĐỘNG Khác với DCH, HSDPA không sử dụng chuyển giao mềm. Vì thế

trong khi chỉ có một ô phục vụ cho HS-DSCH, thì DCH có một tập tích cỏc gồm nhiều ô. Theo quy định trong R3 đầu cuối phải cỏ khả năng xử lý đến 6 ô trong tập tích cỏc. Khi làm việc trong chuyển giao mềm với sử dụng HSDPA, cần thay đổi các sỏ kiện đo để nhận được thông tin về thay đổi cường độ tương đối trong các ô của tập tích cỏc (hình 6.39). Thông tin này (khi vẫn nằm trong cửa sổ tập tích cỏc) không khởi động các hành động cho SCH nhưng có thể khởi động sỏ thay đổi ô phục vụ HS-DSCH cho hoạt động của HSDPA.

CPICH: h o i tiêu chung

Hình 6.39. Hoạt động HSDPA cùng với tập tích cực DCH gồm ba ó

RNC điều khiển di động của HSDPA (thay đổi ô phục vụ) thông qua các thủ tục báo hiệu giống nhu đối với các kênh riêng. Cơ sở để thỏc hiện di động là chuyển giao dưới sỏ điều khiển của mạng và báo các các kết quả đo từ ƯE. Dỏa trên các kết quả đo này, RNC lập lại cấu hình UE và các nút B tham gia vào quá trình thay đổi ô phục vụ.


Một số cơ chế đo được đặc tả ngay trong phát hành đầu tiên của WCDMA và được sử dụng để cập nhật tập tích cục, chuyển giao cứng và đo trong cùng một tần số. Ví dụ, UE báo cáo về nhận dạng sự kiện đo, "thay đổi ô tốt nhớt", mỗi khi cường độ hoa tiêu chung của một ô lân cận lớn hơn ô hiện thời. Báo cáo này có thể được sử dụng để quyết định khi nào thì chuyển mạch ô đang phục vụ HS-DSCH sang ô mới như trên hình 6.40. Trong ví dụ này ta không xét đến cập nhật tập tích cực và giả thiết là cả ô đang phục vụ gốc lẫn ô phục vụ đích đều là một bộ phận của tập tích cực. Sự kiện 1D được xét trên hình 6.40 là sự kiện ' Thay đổi ô tốt nhất', trong đó sự kiện báo cáo được phát động khi P-CPICH trong dải báo cáo trở nên tốt hem P-CPICH hiện thời tốt nhớt cộng thêm giá trị trễ tùy chọn.

Việc lập lại cớu hình UE và các nút B liên quan có thể được thực hiện đồng bộ hoặc không đồng bộ. V ớ i lập lại cớu hình đồng bộ, thời gian tích cực được quy định trong bản tin lập lại cớu hình để đảm bảo ràng tớt cả các bên tham gia đều đồng thời lập lại cớu hình của mình. Vì không biết được trễ giữa nút B và RNC cũng như các trễ xử lý và giao thức, nên khi lựa chọn thời gian tích cực cần lưu ý đến độ dự trữ thích họp. Trong lập lại cớu hình không đồng bộ các nút tham gia phải tuân theo bản tin lập lại cớu hình ngay sau khi nhận được nó. Tuy nhiên trong trường hợp này truyền dẫn số liệu từ ô mới có thể bắt đầu trước khi UE chuyển mạch từ ô cũ vào ô mới và điều này dẫn đến giao thức RLC phải thực hiện phát lại một bộ phận số liệu bị mớt. Vì thế lập lại cớu hình đồng bộ thường được sử dụng để thay đổi ô phục vụ cho HS-DSCH. K h i chuyển từ một nút B này sang một nút B khác, giao thức MSC-hs được khởi động lại. Vì thế trạng thái của giao thức HARQ không được chuyển giao giữa hai nút B. Thay vào đó mọi sự mớt gói trong thời gian chuyển ô đều được xử lý bởi giao thức RLC.

Một vớn đề liên quan đến di động là điều khiển luồng giữa nút B và RNC. Điều khiển luồng được sử dụng để điều khiển khối lượng sô


liệu được nhớ đệm trong MAC-hs tại nút B và để tránh tràn các bộ đệm. Các yêu cầu đổi với điều khiển luồng ở một mức độ nhất định đối lập nhau. Vì một mặt cần đờm bờo các bộ đệm MAC-hs đủ lớn để chứa được hết khối lượng số liệu khi tận dụng hết tài nguyên vô tuyến (trường hợp các kênh cỏ điều kiện thuận lợi) mặt khác các bộ đệm của MAC-hs phời đù nhỏ để giờm thiểu số lượng gói cần chuyển đến nút B mới khi chuyển giao giữa các nút B.

UE Nút B Nút B UE gốc đích

1D sự kiện đo

Lặp lại cầu hình kênh mang võ tuyên

RNC

— Chuẳn bi lập lại cáu hình RL — — sân sáng lặp lai cáu hình R I •

- Cam kết lập lai cáu hình R I ỉ) Lập lại cáu hình kênh mang vo tuyến hoàn thành

Luống sổ liêu

Đưa ra quyết định thay đổi ữ phục vụ

> Thiết lập nút B đích

Hưởng dẫn UE thay đồi ố phục vụ

ID: Nhận dạng

RL: Liên két vô tuyến

Hình 6.40. Thay đỗi ó phục vụ cho HS-DSCH. Giả thiết rằng cả nút gốc lẫn nút đích đều nằm trong tập tích cực

6.13. CÁC THÊ LOẠI UE Để đa dạng hóa thực hiện UE, các khờ năng khác nhau của UE

được đặc tờ. Các khờ năng của UE được phân chia thành một số thông số và các thông số này được phát đi từ UE khi thiết lập kết nối và khi các khờ năng này thay đổi trong quá trình xờy ra kết nối. Mạng sẽ sử dụng các khờ năng này của UE để chọn cấu hình phù hợp với UE. Một số khờ năng UE được áp dụng cho các kênh khác cũng có thể sử dụng cho HA-DSCH, nhưng cũng có một số khờ năng đặc thù riêng cho HS-DSCH.


về căn bản, các khả năng UE lớp vật lý được sử dụng để hạn chế các yêu cầu đối với ba tài nguyên UE khác nhau: (1) tài nguyên trải phổ, (2) bộ đệm mềm được sử dụng cho chức năng HARQ và (3) bộ giải m ã Turbo. Tài nguyên trải phổ được hạn chế bởi số mã HS-PDSCH cực đại m à UE cần giải trải phổ đằng thời. Tằn tại ba khả năng khác nhau liên quan đến tài nguyên trải phổ: khả năng giải trải phổ cực đại có thể là 5, 10 hoặc 15 kênh vật lý (HS-PDSCH).

Khối lượng nhớ đệm mềm nằm trong dải từ 14400 - 172800 bít mềm tùy thuộc vào thể loại UE. Lưu ý rằng đây là toàn bộ khối lượng nhớ mềm cho tất cả các xử lý HARQ chứ không phải cho một xử lý. Khối lượng nhớ này được chia cho các xử lý HARQ thường là bằng nhau cho mỗi xử lý mặc dù cũng có thể phân chia không bàng nhau.

Các yêu cầu về tài nguyên giải m ã Turbo được định nghĩa thông qua hai thông số: số bít truyền tải cực đại m à UE có thể thu được trong một HS-DSCH T T I và khoảng thời gian tố i thiểu giữa hai TO, nghĩa là khoảng cách thời gian giữa hai lần truyền các khối truyền tải liền kề. Thời gian giải m ã trong một bộ giải m ã Turbo tỷ lệ một cách gần đúng đối với số bít thông tin, vì thế giá trị này cung' cấp giới hạn cho tốc độ xử lý được yêu cầu. Ngoài ra đối với các Ư E tốc độ chậm, có thể tránh việc phát số liệu liên tục bằng cách đặc tả thời gian giữa các T r i lớn hơn Ì.

Đ ể giới hạn số tổ hợp các khả năng UE có thể có và để tránh các tổ hợp thông số vô nghĩa, các thông số về khả năng UE liên quan đèn lớp vật lý được nhóm thành 12 thể loại và được liệt kê trong bảng 6.4.


Bảng 6.4. Các thể loại HS-DSCH

Thể loại HS-

DSCH

Sổ mã HS-

DSCH cực đại có thể

thu

Khoảng thời gian

cực tiểu giữa

các Tri

Kích thước khôi truyền tải

cực đại

SỐ bít mềm

cực đại

Sơ đồ điều chế

có thể hỗ trợ

1 5 3 7298 (3,6MbiƯs) 19200 16QAM, QPSK

2 5 3 7298 (3,6Mbit/s) 28800 16QAM, QPSK

3 5 2 7298 (3,6Mbit/s) 28800 16QAM, QPSK

4 5 2 7298 (3,6Mbit/s) 38400 16QAM, QPSK

5 5 1 7298 (3,6MbiƯs) 57600 16QAM, QPSK

6 5 1 7298 (3,6Mbit/s) 67200 16QAM,QPSK

7 10 1 14411 (7,2Mbit/s) 115200 16QAM,QPSK

8 10 1 14411 (7,2Mbit/s) 134400 16QAM, QPSK

9 15 1 20251 (10,1Mps) 172800 16QAM, QPSK

10 15 1 27952 (14Mbit/s) 172800 16QAM, QPSK

11 5 2 3630 (1,8Mbit/s) 14400 QPSK

12 5 1 3630(1,8MbiƯs) 28800 QPSK

6.14. TỔNG KÉT Chương này. trình bày cấu trúc các kênh số liệu và báo hiệu sử

dụng cho HSDPA.


HS-DSCH là kênh chia sẻ được sử dụng để truyền sổ liệu cho những người sử dụng khác nhau. HS-DSCH sử dụng từ Ì đến 15 mã định kênh với hệ số trải phổ SF = 16 tùy theo cấu hình. Những người sử dụng chia sẻ kênh này theo thời gian. HS-DSCH cho phép cấp phát nhanh một bộ phạn tài nguyên đường xuống để truyền số liệu cho một người sử dụng đặc thù. Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng số liệu gói trường được truyền theo dạng cụm và vì thế có các yêu cầu về tài nguyên thay đổi nhanh.

Ngoài kênh số liệu HSDPA hỗ trợ các kênh báo hiệu như HS-SCCH (đường xuống), F-DPCH đường xuống và HS-DPCCH đường lên.

HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel: kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao) mang báo hiệu điều khiển đường xuống, nó được phát đồng thời với HS-DSCH bằng cách sử dụng một mã định kênh riêng. HS-SCCH là kênh chia sẻ để thông báo về việc HS-DSCH được lạp cấu hình cho UE nào. Tất cả các UE đều thu kênh này để tìm xem nó có được lạp biểu hay không. HS-SCCH mang thông tin báo hiệu điều khiển cần thiết để UE có thể giải trải phổ, giải điều chế và giải mã kênh HS-DSCH.

F-DPCH (Fractional DPCH) được sử dụng để mang các lệnh điều khiển công suất cho ƯE để điều khiển công suất đường lên.

HS-DPCCH mang thông tin báo hiệu cho nút B để đảm bảo hoạt động của HARQ và cung cấp trạng thái tức thời của kênh đường xuống. HS-DPCCH sử dụng mã định kênh tách biệt với DPCCH đường lên thông thường.

Chương này cũng xét chi tiết việc áp dụng các công nghệ tiên tiến cho HSDPA để nó đạt được dung lượng cao như:

- Lạp biểu kênh và thích ứng đường truyền

Chương ố. HSDPA 263

- Điều khiến tốc độ và điểu chế bậc cao - HARQ -MIMO Cuối cùng các vấn đề liên quan đến di động và thể loại UE cũng

được xét trong chương này.

6.15. C Â U HỎI 1. Trình bày cấu trúc kênh HS-DSCH 2. Trình bày cấu trúc MAC-hs

3. Trình bày xử lý lớp vật lý của HSDPA

4. Trình bày tổ chức luồng số liệu trong HSDPA 5. Trình bày áp dụng điều chế bậc cao trong HSDPA 6. Trình bày nguyên lý lập biểu và thích ứng đường truyền trong

HSDPA

7. Trình bày nguyên lý HARQ với kết hợp mềm trong HSDPA 8. Trình bày CQI và các phương tiện đánh giá chất lượng khung khác 9. Trình bày cấu trúc các kênh báo hiệu của HSDPA

10. Trình bày nguyên lý MIMO trong HSDPA li. Trình bày các thủ tục lớp vật lý cùa HSDPA 12. Trình bày qun lý di động trong HSDPA

13. Trình bày các thể loại HSDPA UE

Chương 7

TRUY NHẬP GÓI ĐƯỜNG LÊN TỐC ĐỘ CAO, HSUPA

HSUPA (High Speed Uplink Packet Access; hay còn gọi tăng cường đường lên) được đưa vào WCDMA Ró. HSUPA đảm bảo cài thiện dung lượng và hiệu năng đường lên: Tốc độ số liệu cao hơn, trễ giảm và dung lượng hệ thống tăng. HSUPA bổ sung cho HSDPA và kết hợp hai thuật ngữ này được gọi là HSPA.

Các chù đề được trình bày trong chương này bao gồm: - E-DCH - MAC-e và xử lý lớp vật lý - Luồng số liệu - Lập biểu - HARQ với kết hợp mềm - Báo hiệu điều khiến - Thủ tấc lóp vật lý - Di động - Các thể loại UE Mấc đích chương nhằm cung cấp cho bạn đọc các kiến thức khá

đầy đù về công nghệ đa truy nhập HSUPA được sử dấng trong 3G+

của3GPP.


Đ ể hiểu được chương này, bạn dọc cần đọc kỹ tư liệu được trình bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [1], [ 9 ] , [10], [ l i ] , [14] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

7.1. TỎNG QUAN Cốt lõi cùa HSUPA cũng sử dụng hai công nghệ cơ sở như

HSDPA: Lập biểu nhanh và HARQ nhanh với kết hợp mềm. Cũng giống như HSDPA, H S Ư P A sử dụng khoảng thời gian ngặn 2ms cho TT I đường lên. Các tăng cường này được thực hiện trong WCDMA thông qua một kênh truyền tải mới, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel: Kênh riêng tăng cường).

Mặc dù sử dụng các công nghệ giống HSDPA, HSUPA cũng có một số khác biệt căn bàn so với HSDPA và các khác biệt này ảnh hường lên việc thực hiện chi tiết các tính năng:

- Trên đường xuống, các tài nguyên chia sẻ là công suất và mã đều được đặt trong một nút trung tâm (nút B). Trên đường lên, tài nguyên chia sẻ là đại lượng nhiễu đường lên cho phép, đại lượng này phụ thuộc vào công suất của nhiều nút nằm phân tán (các nút ƯE).

- Trên đường xuống bộ lập biểu và các bộ đệm phát được đặt trong cùng một nút, còn trên đường lên bộ lập biểu được đặt trong nút B trong khi đó các bộ đệm số liệu được phân tán trong các ƯE. Vì thế các UE phải thông báo thông tin về tình trạng bộ đệm cho bộ lập biểu.

- Đường lên WCDMA và HSUPA không trực giao và vì thế xảy ra nhiễu giữa các truyền dẫn trong cùng một ô. Trái lại trên đường xuống các kênh được phát trực giao. Vì thế điều khiển công suất quan trọng đối với đường lên để xử lý vấn đề gần xa. E-DCH được phát với khoảng dịch công suất tương đổi so với kênh điều khiển đường lên được điều khiển công suất và bàng cách điều chinh dịch công suất cho phép cực đại, bộ lập biểu có thể điều khiển tốc độ số liệu E-DCH. Trái lại đối với HSDPA, công suất phát không đổi (ở mức độ nhất định) cùng với sử dụng thích ứng tốc độ số liệu.

Chương 7: Truy nhập gói đường lên tốc độ cao, HSUPA 267

- Chuyển giao được E-DCH hỗ trợ. Việc thu số liệu từ đầu cuối tại nhiều ô là có lợi vì nó đảm bảo tính phân tập, trong khi đó phát số liệu từ nhiều ô trong HSDPA là phức tạp và chưa chắc có lợi lắm. Chuyển giao mềm còn có nghĩa là điều khiển công suất bởi nhiều ô để giảm nhiễu gây ra trong các ô lân cận và duy trì tương tích ngược với ƯE không sộ dụng E-DCH.

- Trên đường xuống, điều chế bậc cao hơn (có xét đến hiệu quả công suất đối với hiệu quá bâng thông) được sộ dụng để cung cấp các tốc độ số liệu cao trong một số trường hợp, chẳng hạn khi bộ lập biểu ấn định số lượng mã định kênh ít cho truyền dẫn nhưng đại lượng công suất truyền dẫn khả dụng lại khá cao. Đối với đường lên tình hình lại khác; không cần thiết phải chia sẻ các mã định kênh đổi với những người sộ dụng khác và vì thế thông thường tỷ lệ mã hóa kênh thấp hơn đối với đường lên. Như vậy khác với đường xuống, điều chế bậc cao ít hữu ích hơn trên đường lên trong các ô vĩ mô và vì thế không được xem xét trong phát hành đầu cùa HSUPA.

7.1.1. Lập biểu Đổi với HSUPA, bộ lập biểu là phần tộ then chốt để điểu khiển

việc khi nào và tại tốc độ số liệu nào một UE được phép phát. Đầu cuối sộ dụng tốc độ càng cao thì công suất thu từ đầu cuối tại nút B cùng phải càng cao để đảm bảo tỷ số Et/N„ cần thiết cho giải điều chế. Bằng cách tăng công suất phát, UE có thể phát tốc độ số liệu cao hơn. Tuy nhiên do đường lên không trực giao, nên công suất thu tù một ƯE sẽ gây nhiễu đối với các đầu cuối khác. Vì thế tài nguyên chia sẻ đối với HSUPA là đại lượng công suất nhiễu cho phép trong ô. Nếu nhiễu quá cao, một số truyền dẫn trong ô, các kênh điều khiển và các truyền dẫn đường lên không được lập biểu có thể bị thu sai. Trái lại mức nhiễu quá thấp cho thấy ràng các ƯE đã bị điều chỉnh thái quá và không khai thác hết toàn bộ dung lượng hệ thống. Vỉ thế HSUPA sộ dụng bộ lập biểu để cho phép những người sộ dụng có số liệu cần phát

268 Giáo trình Lộ trình phát Irién thông tin di động 3G lên 4Q

được phép sử dụng tốc độ số liệu cao đến mức có thể nhưng vẫn đảm báo không vượt quá mức nhiễu cực đại cho phép trong ô.

Khác với HSDPA, bộ lập biểu và các bộ đệm phát đều được đặt tại nút B. số liệu cịn phát được đặt tại các Ư E đối với đường lên. Tại cùng một thời điểm bộ lập biểu đặt tại nút B điều phối các tích cực phát của các UE trong ô. Vì thế cịn có một cơ chế để thông báo các quyết định lập biểu cho các UE và cung cấp thông tin về bộ đệm tù các UE đến bộ lập biểu. Chương trình khung H S Ư P A sử dụng các cho phép lập biểu phát đi từ bộ lập biểu cùa nút B để điều khiển tích cực phát cùa UE và các yêu cịu lập biểu phát đi từ UE để yêu cịu tài nguyên. Các cho phép lập biểu điều khiến tý số công suất giữa E-DCH và hoa tiêu được phép mà địu cuối có thể sử dụng; cho phép lớn hơn có nghĩa là địu cuối có thể sử dụng tốc độ số liệu cao hon nhưng cũng gây nhiễu nhiều hơn trong ô. Dựa trên các kết quả đo đạc mức nhiễu tức thời, bộ lập biểu điều khiến cho phép lập biếu trong từng địu cuối đế duy trì mức nhiễu trong ỏ tại mức quy định (hình 7. Ì).

Hình 7. Ị. Chương trình khung lập biêu cùa HSUPA

Trong HSDPA, thông thường một người sử dụng được xử lý trong một TTI. Đ ố i với HSUPA, trong hịu hết các trường hợp chiến lược lập biểu đường lên đặc thù thực hiện lập biểu đồng thời cho nhiều người sử dụng. Lý do vì một địu cuối có công suất nhỏ hơn nhiều so với công suất nút B: một địu cuối không thế sử dụng toàn bộ dung lượng ô một mình.


Nhiễu giữa các ô cũng cần được điều khiển. Thậm chí nếu bộ lập biểu đã cho phép một UE phát tại tốc độ số liệu cao trên cơ sở mức nhiễu nội ô chấp thuận được, nhưng vẫn có thể gây nhiễu không chấp nhận được đối với các ô lân cận. Vì thế trong chuyển giao mềm, ô phục vụ chằu trách nhiệm chính cho hoạt động lập biểu, nhưng UE giám sát thông tin lập biểu từ tất cả các ô mà UE nằm trong chuyến giao mềm. Các ô không phục vụ yêu cầu tất cá những người sử dụng mà nó không phục vụ giam tốc độ số liệu E-DCH bằng cách phát đi chi thằ quá tải trên đường xuống. Cơ chế này đảm bảo hoạt động ổn đằnh cho mạng.

Lập biểu nhanh cung cấp một chiến lược cho phép kết nối mềm dẻo hơn. Vì cơ chế lập biểu cho phép xử lý tình trạng trong đó nhiều người sử dụng cần phát đồng thời, nên số người sử dụng số liệu gói tốc độ cao mang tính cụm được cho phép lớn hơn. Nếu điều này gây ra mức nhiễu cao không thể chấp nhận được trong hệ thống, thì bộ lập biểu cỏ thể phản ứng nhanh chóng để hạn chế các tốc độ sổ liệu mà các UE có thể sử dụng. Không có lập biểu nhanh, điều khiển cho phép có thể chậm trễ hơn và phải dành một dự trữ nhiễu trong hệ thống trong trường hợp nhiều người sử dụng hoạt động đồng thời.

7.1.2. HARQ vói kết họp mềm HARỌ nhanh với kết hợp mềm được HSUPA sử dụng với mục

đích cơ bản giống như HSDPA: Để đảm bảo tính bền vững chống lại các sai lỗi truyền dẫn ngẫu nhiên. Sơ đồ được sứ dụng giống như đối với HSDPA. Đối với từng khối truyền tải được phát trên đường lên, một bít được phát từ nút B đến UE để thông báo giải mã thành công (ACK) hay yêu cầu phát lại khối truyền tái thu bằ mắc lỗi (NAK).

Điểm khác biệt chính so với HSDPA bắt nguồn từ việc sử dụng chuyển giao mềm trên đường lên. Khi UE nằm trong chuyển giao mềm, nghĩa là giao thức HARQ kết cuối tại nhiều ô. Vì thế trong nhiều trường hợp số liệu truyền dẫn có thể được thu thành công tại


một số nút B nhưng lại thất bại tại các nút B khác. Nhìn từ phía UE điều này là đủ. vì ít nhất một nút B thu thành công số liệu. Vì thế trong chuyển giao mềm, tất cả các nút B liên quan đều giải m ã số liệu và phát ACK hoặc NAK. Nếu UE nhận được ACK ít nhất từ một nút B. UE coi rằng số liệu đã được thu thành công.

HARQ với kết hợp mềm có thể được khai thác không chi để đảm bào tính bền vũng chống lại nhiễu không dự báo được mà còn cải thiện hiệu suất đưổng truvền đế tăng dung lượng và (hoặc) vùng phù. Một khả năng để cung cấp tốc độ số liệu xMbit/s là phát tại xMbit/s và đặt công suất phát đế đạt được một xác suất lỗi thấp (vài phần trăm) trong lần phát đầu tiên. Một cách khác là đàm bảo cùng tốc độ số liệu tổng bàng cách phát tốc độ sổ liệu n lần cao hơn tại công suất phát không đồi và sử dụng các phát lại HARQ nhiều lần. Từ chương 5 ta thấy ràng phương pháp này phải trả giá thấp hơn cho một bít (E(/N0) so với phương pháp thứ nhất. Lý do vì tính trung bình chỉ cần phát ít hon n lần. Điều này đôi khi được gọi là độ lợi kết cuối sớm và có thể nhìn nhận nó như thích ứng tốc độ tiềm ẩn. Các bít được mã hóa bổ sung chi được phát khi cần thiết. Vì thế tỷ lệ m ã sau các lần phát lại được xác định theo tý lệ m ã cần thiết cho điều kiện kênh tức thổi. Đây cũng chính là mục tiêu m à thích ứng tốc độ cổ gắng đạt được. điểm khác chính là thích ứng tốc độ cố gắng tìm ra tỷ lệ mã phù hợp trước khi phát. Nguyên tắc thích ứng tốc độ ẩn tàng tương tự cũng có thế sử dụng cho HS-DSCH trên đưổng xuống để cải thiện hiệu suất đưổng truyền.

7.1.3. Kiến trúc

Đ ế hoạt động hiệu quả, bộ lập biểu phái có khả năng khai thác các thay đổi nhanh theo mức nhiễu và các điều kiện đưổng truyền. HARQ với kết họp mềm cũng cho lợi từ các phát lại nhanh và điều này giảm chi phí cho các phát lại. Vì thế hai chức năng này phải được đặt gân giao diện vò tuyến. Do đó cũng giống như HSDPA, các chức năng lập


biếu và H A R Ọ của HSUPA được đặt tại nút B. Ngoài ra cũng giống như đối với HSDPA. cũng cần đám bào giữ nguyên các lớp cao hơn lớp M Á C . Vì thế mật mã. điều khiển cho phép... vẫn đặt dưới quyền điều khiến của RNC. Điều này cho phép đua HSUPA vào các vùng được chọn lựa: trong các ô khône. hỗ trợ truyền dẫn E-DCH. có thế sử dờng chuyến mạch kênh đế sáp xếp luồng số cứa người sử dờng lên DCH.

Giống như triết lý thiết kế HSDPA, một thực thế M Á C mới (MAC-e) được đưa vào UE và nút B. Trong nút B, MAC-e chịu trách nhiệm truvền tải các phát lại HARQ và lập biếu, còn trong UE chịu trách nhiệm chọn lựa tốc độ số liệu trong các giới hạn do bộ lập biếu trong MAC-e cùa nút B đặt ra.

,Đén mạng lõi

Chức nâng MAC-es • Sắp đặt lai thứ tự

RNC RNC

Chức năng MAC-e • Lặp biểu •HARQ

Chức nâng MAC-e "HARQ

Nút B I

. .. Ổ (các ô) không phục vụ khi UE năm Ố P h ụ c v ụ trong chuyển giáo mèm

Hình 7.2. Kiến trúc mạng đitợc lập cẩu hình E-DCH (và HS-DSCH)

Khi UE nằm trong chuyển giao mềm với nhiều nút B, các khối truyền tải khác nhau có thế được giai m ã đúng tại các nút B khác nhau. Kết quả là một khối truyền tải có thể được thu đúng tại một nút B, trong khi đó một nút B khác vẫn tham gia và các phát lại cùa một khối truyền tải được phát sớm hơn. Vì thế đế đảm bảo chuyến các khối truyền tải đúng trình tự đến giao thức R L C cần có chức năng sắp xếp lại thú tự trong RNC ớ dạng một thực thể mới: MAC-es. Trong


chuyển giao mềm, nhiều thực thể MAC-e được sử dụng cho một UE vì số liệu được thu từ nhiều ô. Tuy nhiên MAC-e trong ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho lập biểu; MAC-e trong ô không phục vụ chù yếu xử lý giao thức HARQ (hình 7.2).

7.2. E-DCH

7.2.1. E-DCH và các kênh báo hiệu Để hỗ trợ lập biểu và HARỌ với kết hợp mềm trong WCDMA,

một kiểu kênh truyền tải mới, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) được đưa ra trong Ró. E-DCH được lập cẫu hình đồng thời với một hay nhiều kênh DCH khác. Như vậy, truyền dẫn số liệu gói tốc độ cao trên kênh E-DCH có thể xảy ra đồng thời với các dịch vụ sử dụng DCH từ cùng một UE. Các kênh truyền tải E-DCH hồ trợ lập biểu nhanh dựa trên nút B, HARQ nhanh với tăng phần dư và tùy chọn TO ngắn hơn (bằng 2ms). Tuy nhiên khác với HSDPA, E-DCH cùa HSUPA không phải là kênh chia sè mà là kênh riêng và theo cẫu trúc thì nó rẫt giống R3 DCH hom, nhưng khác với DCH, E-DCH có lập biểu nhanh và HARQ. Bảng 7. Ì tổng kết các khả năng áp dụng các tính năng của DCH, HSDPA và HSUPA.

Bảng 7. ỉ. Bảng so sảnh HSDPA, HSUPA và DCH

Tính năng DCH HSDPA

(HS-DSCH)

HSUPA (D-DCH)

Hệ sổ trải phổ khả biến Có Khống Có Điều khiển công suất nhanh Có Không Có Điều chế thích ứng Không Có Không Lập biểu dựa trên nút B Khống Có Có HARQ lớp 1 nhanh Không Có Có Chuyển giao mềm Có Không Có Độ dài T r i (ms) 80,40. 20,10 2 10,2

Chương 7: Truy nhập gói đường lên tốc độ cao, HSƯPA 273

Hình 7.3 cho thấy các kênh cần thiết cho HSUPA. Ngoài kênh số liệu E-DCH còn có các kênh báo hiệu cho nỏ như sau. Các kênh E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối của E-DCH) và E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối của E-DCH) là các kênh hồ trợ cho điều khiển lập biểu. Kênh E-H1CH (EDCH HARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ của E-DCH) là kênh hỗ trợ cho phát lại sử dụng cơ chế HARQ. về các kênh này ta sẽ xét cụ thể trong mục 7.7.

Hình 7.3. Các kênh cần thiết cho một VE có khả năng HSUPA

Không như HSDPA, HSUPA không hỗ trợ điều chế thích úng vì nó không hỗ trợ các sơ đồ điều chế bậc cao. Lý do là các sơ đồ điều chế bậc cao phờc tạp hơn và đòi hỏi phát nhiều năng lượng trên một bít hơn, vì thế để đơn giản đường lên sử dụng sơ đồ điều chế BPSK kết họp với truyền dẫn nhiều mã định kênh song song.

Một trong các đặc tính then chốt của HSUPA để hỗ trợ số liệu gói hiệu quả là trễ thấp. Vì thế HSUPA hỗ trợ TTI ngắn 2ms để đàm bảo thích ờng nhanh các thông số truyền dẫn và giảm các trễ người sử dụng đầu cuối liên quan đến truyền dẫn gói. Điều này không chỉ giảm chi phí phát lại mà còn giảm thời gian phát lần đầu. Trễ xử lý lớp vật lý thường tỷ lệ với khối lượng sổ liệu cần xử lý và TTI càng ngắn thì khối lượng số liệu cần xử lý trong từng TTI càng nhỏ đổi với một tốc độ số liệu cho trước. Tuy nhiên khi triển khai với các tốc độ sổ liệu


nhỏ (trong các ô lớn chẳng hạn) cỏ thể cần cỏ TTI dài hơn vì T r i 2ms trở nên quá nhỏ không cần thiết dẫn đến chi phí tương đối cho thông tin bồ sung quá lớn. Vì thế E-DCH hỗ trợ hai độ dài Tri: 2 và lOms và mạng có thể lập cấu hình cho giá trị phù hợp. về nguyên tọc, các UE khác nhau có thể được lập cấu hình với các TTI khác nhau.

E-DCH được sọp xếp ỉên một tập các mã định kênh đường lên được gọi là các kênh số liệu vật lý riêng của E-DCH (E-DPDCH). Phụ thuộc vào tốc độ số liệu tức thời, số các E-DPDCH và các hệ số trải phổ có thể thay đổi.

Các kênh logic ị ị l i ị i

MAC-d

DCH

Cáciuổr j"lỉíÃ'c-d Bổ sung trong R6

Ghép

Giao thức HARQ

E-DCH

Mà hóa

Chọn E-TFC

L2 LI

Mã hóa Turbo

Ghép TrCH ĩ

HARQ

Đan xen Đan xen

Sắp xếp lên DPDCH sắp xếp lên E-DPDCH

Hình 7.4. Tách riêng xử lý E-DCH và DCH

Như đã nói ở trên, E-DCH và DCH có thể được phát đồng thời. Tương thích ngược đòi hỏi nút B không hỗ trợ HSUPA đường lên

Chương 7: Truy nhập gỏi đường lên tốc độ cao, HSUPA 275

không thể nhìn thấy E-DCH. Điều này được giải quyết bằng cách tách riêng xử lý DCH và E-DCH và sắp xếp các tập mã định kênh khác nhau như hình 7.4. Nếu UE nằm trong chuyển giao mềm với nhiều ô, thì các ô không hỗ trợ E-DCH không thể nhìn thấy nó. Điều này cho phép nâng cấp dần mạng hiện có. Một lợi ích nữa cờa cấu trúc này là nó đơn giản hóa việc đưa ra T r i 2ms và cũng cho phép tự do hơn trong việc lựa chọn xử lý HARQ.

Báo hiệu điều khiển đường xuống cần thiết cho hoạt động cờa E-DCH. Các kênh điều khiển đường xuống cũng như đường lên cần thiết cho hoạt động cờa E-DCH được minh họa trên hình 7.5 cùng với các kênh sử dụng cho HSDPA.

Chia sẻ, 6 phục vu _J\

Riêng, trên một UE t\

± ±

UE HS-DSCH HS-SCCH E-AGCH E-RGCH E-HICH (F-)DPCH E-DPDCH E-DPDCH DPDCH Sò liêu Báo hiệu Cho phép Cho phép HARQ Các lệnh SỐIỊỘụ Báo hiệu B á o hiệu Báo hiệu

SSiSt2f*WỈĨI* AcívNAK(3ièu khiển noư*»ừ điêu khiển ẵèu khiển

T i úc lu'ví""' eônasuất đ u n g cho liên quan t%™r 9 sường lên (E^DPDCH đèn D S C M HS-OSCH

người SỪ dụng đường xuống r.Ar kênh mới đươc đưa vào cho HSUPA được thể hiện bằng các đường đứt nét

Hình 7.5. Cẩu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA

Trong cơ chế HARQ, nút B phải có khả năng yêu cầu UE phát lại. Thông tin này (ACK/NAK) được phát trên kênh vật lý riêng đường xuống: E-HICH (E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel: Kênh chi thị HARQ cờa E-DCH). Mỗi ƯE được lập cấu hình E-DCH sẽ thu E-HICH cờa mình từ từng ô tham gia vào chuyển giao mềm với nó.

Các cho phép lập biểu (được phát đi từ bộ lập biểu đến UE để điều khiển cho phép khi nào và tại tốc độ nào UE được phát) có thể được phát đến UE trên kênh cho phép tuyệt đổi E-DCH chia sẻ: E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối


E-DCH). E-AGCH chỉ được phát từ ô phục vụ vì đây là ô chịu trách nhiệm chính cho hoạt động lập biểu và chỉ các UE được lập cấu hình E-DCH là có thể thu được. Ngoài ra thông tin cho phép lập biểu cùng có thể được truyền đến UE thông qua kênh E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: Kênh cho phép tương đối cùa E-DCH). E-RGCH được sử dụng cho các điều chình nhỏ trong khi đang xảy ra truyền sổ liệu. Dưựi đây ta sẽ khảo sát kỹ hơn hoạt động lập biểu.

Vì đường lên không trực giao theo thiết kế, nên cần thiết điều khiển công suất nhanh để xử lý vấn đề gần xa. E-DCH không khác vựi mọi kênh đường lên khác và vì thế công suất được điều khiển theo cách giống như các kênh đường lên khác. Nút B đo tỷ số tín hiệu trên nhiễu và phát đi các lệnh điều khiển công suất trên đường xuống đến UE để điều chỉnh công suất phát của ƯE. Các lệnh điều khiển công suất có thể được phát bằng cách sử dụng DPCH hay để tiết kiệm các mã định kênh bàng F-DPCH.

Trên đường lên, cần có báo hiệu điều khiển để cung cấp cho nút B thông tin cần thiết cho giải điều chế và giải m ã truyền dẫn số liệu. Sở dĩ như vậy vì, về mặt nguyên lý, ô phục vụ trong chuyển giao mềm đã có thông tin này và nó đã phát đi các cho phép lập biểu, nhưng các ó không phục vụ trong chuyển giao mềm không có thông tin này. Ngoài ra E-DCH cũng hỗ trợ các truyền dẫn không được lập biểu (sẽ xét dưựi đây). Vì thế cần có báo hiệu điều khiển ngoài băng trên đường lên và kênh E-DPCCH (E-DCH Dedicated Physical Control Channel) được sử dụng oho mục đích này.

Tương tác giữa DCH và E-DCH trong truyền dẫn đồng thời từ một UE rất đon giản. Trưực hết chọn TFC (kết hợp khuôn dạng truyền tài) được thực hiện cho DCH và công suất được sử dụng cho quá trinh này tất nhiên không còn khả dụng cho quá trình chọn E-TFC. Điêu này có nghĩa là DCH có quyền tuyệt đối trưực tiên đối vựi tài nguyên công suất, hay nói một cách khác DCH có ưu tiên tuyệt đối so vựi


E-DCH. Lý do là vì E-DCH được thiết kế cho truy nhập gói đường lên và vì thế nếu có bất kỳ dịch vụ chuyến mạch kênh nào thì các dịch vụ này phải được sắp xếp lên DCH. Vì các dịch vụ chuyển mạch kênh chịu đựng rất kém đối với các thay đổi tốc độ số liầu thường xuyên và đột biến, vì thế có thể nói rằng cuộc thoại AMR thông thường sẽ nhận công suất mà nỏ cần và phát công suất này trên DCH và chi công suất còn lại là được sử dụng cho E-DCH. Án định công suất của quá trình chọn TFC và E-TFC của UE được minh họa trên hình 7.6. cần lưu ý rằng tốc độ DCH cho phép cực đại khi được lập cấu hình song song với E-DCH là 64kbit/s. Chọn E-TFC có thè sử dụng cõng suất còn lại sau khi chọn TFC, bị giới hạn bời công suất khả dụng và cống suất cực đại được lặp biêu

Cống suất phát UE

Cống suất khả dụng cho truyền đản DCH+E-DCH J

Chọn TFC án định toàn bộ cống suất cần thiết để phát DPDCH tại tốc độ số liầu được chọn

Công suất phát UE cực đại

Công suất khả dụng cho

E-DPCCH/E-DPDCH

Cống suất DPCCH+DPDCH

Bộ lập biểu nút B điều khiên công suất tương đối cực đại mà lựa chọn E-TFC có thề sử dụng

Cõng suất phát DPDCCH ước tinh

Hình 7.6. Chia sẻ tài nguyên công suất E-DCH và DCH

7.2.2. Cấp phát kênh vật lý Quá trình sắp xếp kênh E-DCH sao cho mã hóa kênh lên các kênh

vật lý khá đơn giản. Như mô tả trên hình 7.7, E-DCH được sáp xếp lên một trong số các kênh E-DPDCH tách biầt so với kênh DPDCH. Phụ thuộc vào E-TFC được chọn, số lượng các kênh E-DPDCH được sử dụng sẽ khác nhau. Đối với các tốc độ số liầu thấp, một kênh E-DPDCH với hầ số trải phổ tỳ lầ nghịch với tốc độ số liầu là đủ.

Để duy trì tương thích ngược, viầc sắp xếp DPCCH, DPDCH và HS-DPCCH được giữ nguyên so với các phát hành trước.


Thứ tự cấp phát các kênh E-DPDCH được chọn lựa để giảm thiểu tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR: Peak to Average Power Ratio) trong UE và nó cũng phụ thuộc vào việc có mặt các kênh HS-DGCH và DPDCH hay không. PAPR càng cao thì khoảng lùi cần thiết trong bộ khuếch đại công suất càng lịn và vùng phủ đường lên càng bị giảm. Vì thế rất cần PAPR thấp. PAPR cũng là nguyên nhân vi sao SF2 được sử dụng vì có thể chứng minh rằng SF2 có PAPR thấp hom SF4. Đ ổ i vịi các tốc độ bít cao hơn, hỗn họp các hệ số trải phổ 2xSF2+2xSF4 được sử dụng. Các cấu hình kênh vật lý có thể có khác nhau được liệt kê trong bảng 7.2 và hình 7.7 minh họa ấn định kênh vật lý đồng thời vịi HS-DPCCH.

Không có DCH trong cáu hình

. e-DPCCH , E-DPDCH,

.E-DPCCH H Í ° ^ C H -E-DPCCH, E-DPDCH2

E-DPCCH

E-DPDCH,

HS-DPCCH

E-DPCCH2 «

ỵ^t E-DPDCH, E-OPDCH. « - ^ \

Co i z 7 * E-DPDCH, E-DPDCH2*

Có DCH trong cấu hình

> E-DPCCH DPCCH DPDCH HS-OPCCH 1

' E-OPCCHi E-DPDCH2*

* E-DPCCH DPCCH « ^ ỵ^* DPDCH HS-DPCCH •^N.

* c.nimru c.norCHi • E-DPOCH, E-DPCCH2

Minh họa cho nhánh SF = 4 vịi các kênh vịi SF>4. Hình 7.7. Cấp phát mã trong trương hợp khai thác đồng thời E-DCH

và HS-DCCH (Trường hợp HS-DCCH không được

lập cẩu hình cấp phát mã sẽ hơi khác)


Bảng 7.2. Các cẩu hình kênh vật lý có thể có

#DPCCH #DPDCH #HS-DPCCh #E-DPCCH #E-DPDCH Chú thích

1 1-6 0 hay 1 - -Các cấu hình R5

1 0 hay 1 0 hay 1 1 1xSF>4 Tốc độ thô E-DPDCH 0,96Mbiưs

1 0 hay 1 0 hay 1 1 2xSF4 Tốc độ thô E-DPDCH 1,92Mbiưs

1 0 hay 1 0 hay 1 1 2xSF4 Tốc độ thô E-DPDCH 3.84Mbit/s

1 0 0 hay 1 1 2xSF2+2xSF4 Tốc độ thô E-DPDCH 5,76Mbiưs

rốc độ số liệu của E-DCH là tốc độ số liệu thô, tốc độ số liệu của E-DCH cực đại có thể. thấp hơn do mã hóa và các hạn chế quy định bởi các loại UE.

7.2.3. Điều khiển công suất

Điều khiển công suất làm việc tương tự như đối với DCH và việc đưa vào E-DCH sẽ không làm thay đổi kiến trúc điều khiển công suất tổng thể. Điều khiển công suất vòng trong điều chỉnh công suất phát của DPCCH. Công suất phát E-DPDCH được thiết lập bởi E-TFC tương đổi so với DPCCH theo cách tương tự như việc thiết lập công suất phát DPDCH bới chọn lựa TFC. Điều khiển công suất vòng ngoài được đặt trong nút B đưa ra quyết định dựa trên SIR đích được thiết lập v>ủi đicu khiển công suất vòng ngoài đặt tai RNC.

Vòng ngoài trong các phát hành đầu tiên chủ yếu được điều khiển bởi DCH BLER (tộ lệ lỗi khối) tại RNC. Nếu DCH được lập cấu hình, vòng ngoài (thực hiện theo một giải thuật đặc thù) có thể chi tác động lên DCH. Giải pháp này hoạt động tốt chùng nào có đủ các lần phát ừên kênh DCH, nhưng hiệu năng sẽ bị giảm nếu số lần phát DCH thưa hơn.


Nếu không có DCH nào được lập cấu hình, và nếu số lần phát xảy ra trên DCH thưa. cần xét đến thông tin về các lần phát E-DCH. Tuy nhiên do việc đưa ra HARQ cho E-DCH, E-DCH BLER có thể không thích hợp là đầu vào cho điều khiển công suất vòng ngoài. Trong phần lớn các trường hợp, E-DCH BLER tại RNC gần bằng không dẫn đến việc vòng ngoài hạ thấp SIR đích và dẫn đến mất DPCCH đường lên nếu chỉ sử dụng E-DCH làm đầu vào cho cơ chế vòng ngoài. Vì thế để hủ trợ điều khiển công suất vòng ngoài, số lần phát lại thực tể được sử dụng để phát một khối truyền tái được nút thông báo cho RNC. RNC có thể sử dụng thông tin này như là một bộ phận của vòng ngoài để thiết lập SIR đích trong vòng trong.

7.2.4. Điều khiển tài nguyên cho E-DCH

Tương tự như HSDPA. một bộ phận quản lý tài nguyên cho HSUPA được xử lý bời nút B chứ không phải RNC. Tuy nhiên RNC vẫn chịu trách nhiệm tổng thể cho quản lý tài nguyên bao gồm điều khiển cho phép và xử lý nhiễu giữa các ô. Vì thế cần phải giám sát và điều khiển mức độ sử dụng tài nguyên của các kênh E-DCH để đạt được sự cân đối tốt giữa những người sử dụng E-DCH và không sử dụng E-DCH. Hình 7.8 mô tả điều này.

Nút B RNC

RTWP đích • RTVVP . báo cáo

Không sử dụng

Tạp âm nén — •

Những người sử dụng E-DCH nội ô

Những người sự dụngDCH nội 6

Nhiễu giữa các ủ Tạp ảm nhiệt

Khả dụng cho E-DCH

RTWPđO

ĩ

RTWP báo cáo Điêu khiên cho phép Điêu khiên nghẽn

RTWPđO

ĩ RTWP đích

Điêu khiên cho phép Điêu khiên nghẽn

Bộ lập biêu RTWP đích

T Tạp âm nền được ưức tinh

< • RTWP tham khảo

T Tạp âm nền được ưức tinh

RTWP: Received Total VVideband Power: tổng công suất thu băng rộng

Hình 7.8. Minh họa chia sẻ tài nguyên giữa các kênh E-DCH và DCH


Để điều khiển cho phép, RNC sử dụng tông công suất thu băng rộng (RTWP: Received Total VVideband Power), RTWP chỉ thị tổng mức độ sử dụng tài nguyên trong ô. Điều khiển cho phép cũng có thể sử dụng tốc độ bu được E-DCH cung cấp. Cùng với việc đo RTWP, có thể thiết kế giải thuật cho phép để đánh giá khoảng còn để trống của bộ lập biểu cho một loại ưu tiên cụ thể.

Để điều khiển tải trong ô, RNC có thế thông báo RTWP đích cho nút B trong trường hẩp nút B phải lập biếu các cuộc truyền dẫn E-DCH để duy trì RTWP trong giới hạn này. RNC cũng có thể thông báo RTWP tham khảo để nút B cỏ thề cải thiện ước tính tải đường lên trong ô. Lưu ý ràng chuẩn không quy định việc bộ lập biểu phải sử dụng kết quả đo tuyệt đổi (RTWP) hay tương đối (tăng tạp âm, đưẩc xác định bằng tỷ số giữa tồng công suất thu chia cho công suất tạp âm: PP/PN)- Bản thân nút B thực hiện mọi phép đo cần thiết cho một thiết kế bộ lập biểu cụ thể.

Đẻ RNC có thể điều khiển tỷ số nhiễu giữa các ô và nhiễu nội ô, RNC có thể thông báo cho nút B về tỷ số đích giữa công suất không phục vụ E-DCH và tổng công suất E-DCH. Bộ lập biểu phái tuân thủ giới hạn này khi thiết lập chi thị quá tải và không đưẩc phép chặn các UE không phục vụ E-DCH nếu giới hạn này không bị vưẩt quá. Giải pháp này nhầm phòng ngừa việc một ô làm "chết đói" các UE trong các ô lân cận. Nếu không sử dụng giải pháp này, bộ lập biểu về nguyên tác có thế thường xuyên thiết lập chi thị quá tải để "ăn cắp" tài nguyên từ các ô lân cận; đây là tình trạng không thể chấp nhận đưẩc.

7.3. MAC-e VÀ xử LÝ LỚP VẬT LÝ Giống như HSDPA, trễ nhỏ và thích ứng nhanh là các nét quan

ừọng của HSUPA. Để thực hiện điều này một thục thể mới chịu trách nhiệm lập biểu và khai thác giao thức HARQ đưẩc đưa vào nút B, đó


là MAC-e. Lớp vật lý cũng được tăng cường để đám bảo hỗ trợ cần thiết cho TTI ngắn và cho kết hợp mềm trong HARQ.

Để thực hiện xử lý HSUPA trong UE, cũng cần có thực thể MAC-e trong UE.

Như đã nói trong phần trước, HSUPA sư dụng một kênh truyền tải đường lên mới E-DCH để hồ trợ các tính năng tăng cường cho các kênh truyền tải đường lên của R3. Xử lý kênh truyền tải đường lên cho E-DCH cũng giổng như xử lý DCH đường lên cùa R3 ngoại trù hai điểm sau (hình 7.9). Chỉ có một kênh truyền tài E-DCH trong UE, trong khi đó có thể có nhiều kênh DCH đồng thời được ghép chung đến một kênh truyền tải tổng hợp được mã hóa (CCTrCH: Coded Composite Transport Channel). Tuy nhiên lớp M Á C có thể ghép đồng thời nhiều dịch vụ vào một kênh E-DCH. Một điểm khác biệt nữa là HARQ được hỗ trợ cho E-DCH.

Lớp M Á C

—nmr J ( Xử ly DCH TrCH )

CCtrCH kiêu E-DCH CCtrCH kiểu DCH

"ị ỉ t í Sắp xếp các CCTrCH lẽn các kênh vật lý ì

E-DPDCH DPDCH Hình 7.9. So sánh quá trình xù lý kênh truyền tải

của HSUPA và R3DCH Sau xử lý kênh truyền tải, E-DCH được sắp xếp lên một hay

nhiều kênh sổ liệu riêng (E-DPDCH) song song cho truyền dẫn lớp


vật lý. Quá trình này được thực hiện song song với xử lý kênh truyền tải DCH và các kênh vật lý DPDCH đường lên. Như vậy cá hai kênh E-DCH và DCH đều có thể đồng tồn tại trong cùng một UE tuy nhiên tốc độ số liệu cực đại của DCH bị giới hạn bàng 64kbit/s còn tốc độ cực đại của E-DCH được thiết lập tùy theo cấu hình.

Hình 7.10 cho thấy quá trình xử lý cắ thế HSUPA trong UE. MAC-e trong UE bao gồm ghép kênh MAC-e, chọn khuôn dạng truyền tải và các bộ phận của cơ chế HARQ.

Các luồng MAC-d

um Ghép kênh

ì Chọn TFC

Giao thức HĂRQ

E-DCH

Gắn CRC

Mã hóa Turbo

Phối hợp tốc độ HĂRÒ

«

MAC-e Lớp 2

Lớp 1

Phân đoạn kênh vật lý

Đan xen

Sắp xếp chùm tin niệu

ÍT Hình 7. lũ. MAC-e và xử lý lớp vật lý


Hồn họp các dịch vụ như tải file đường lên đồng thời với VoIP cũng được hỗ trợ. Vì chỉ có một kênh truyền tải E-DCH, nên số liệu từ nhiều luồng MAC-d có thế được ghép chung thông qua ghép kênh MAC-e. Trong trường hợp này các dịch vụ khác nhau thường được phát trên các luồng MAC-d khác nhau vì chúng có thể có các yêu cầu chặt lượng phục vụ khác nhau.

Chi có UE là có thông tin chính xác về tình trạng bộ đệm và công suặt trong UE tại thời điểm phát một khối truyền tải trên đường lên. Vì thế UE được phép tự động chọn tốc độ số liệu hay nói một cách chặt chẽ là chọn E-TFC (E-DCH Transport Format Combination: Tổ hợp khuôn dạng truyền tải E-DCH). Tặt nhiên, UE cần xem xét các quyết định lập biểu khi lựa chọn khuôn dạng truyền tải; quyết định truyền tài thể hiện giới hạn trên của tốc độ số liệu mà UE không được phép vượt quá. Tuy nhiên cũng có thể sử dụng tốc độ số liệu thặp hơn chẳng hạn nếu công suặt truyền dẫn không đảm bảo được tốc độ sổ liệu theo lập biểu. Chọn lựa E-TFC và ghép kênh MAC-e sẽ được xét cùng với lập biểu.

Giao thức HARQ cùng giống như giao thức được sử dụng cho HSDPA, gồm nhiều xử lý HARQ dừng và đợi hoạt động song song. Điểm khác chính ở đây là khi UE trong chuyển giao mềm cùng với nhiều nút B, giao thức HARQ được kết cuối tại nhiều nút B.

Xử lý lóp vật lý không phức tạp và có nhiều điểm tương đồng với xử lý lớp vật lý của HS-DSCH. Từ MAC-e trong UE, số liệu được chuyển từ lóp vật lý trong dạng một khối truyền tải trên một TTI trên kênh E-DCH. So sánh với chuỗi mã hóa và ghép kênh của DCH, cặu trúc xử lý lớp vật lý của E-DCH đơn giản hơn vì chi có một kênh E-DCH nên không có ghép kênh truyền tải.

24 bít CRC được gắn đến khối truyền tải để cho phép cơ chế HARQ trong nút B phát hiện mọi lỗi trong khối truyền tải. Mã hóa được thực hiện bời cùng một loại mã hóa Turbo tỷ lệ 1/3 như đối với HSDPA.


Chức năng HARQ lớp vật lý được thực hiện theo cách giống như đối với HSDPA. Lặp và đục lỗ các bít nhận được từ bộ mã hóa Turbo được sù dụng để điều chinh số lượng các bít được mã hóa, các phiên bản dư khác nhau có thể được tạo ra.

Phân đoạn kênh vật lý phân phối các bít sau mã hóa đến các mã định kênh khác nhau, tiếp sau là đan xen và điều chế.

Các nửc hồ trợ tốc độ số liệu đối với DPDCH và E-DPDCH khác nhau và phụ thuộc vào hệ số trài phổ SF. Bảng 7.3 cho thửy các nửc tốc độ tốc độ bít kênh đổi với hai loại kênh này.

Bảng 7.3. Các nấc tốc độ bít kênh vật lý

đối với DPDCH và E-DPDCH

Các tốc độ bít kênh DPDCH E-DPDCH

15-960 kbit/s SF266-SF4 SF256-SF4 1,92 Mbit/S 2xSF4 2xSF4 2,880 MbiƯs 3xSF4 -

3,840 Mbit/s 4xSF4 2xSF2 4,800 Mbit/S 5xSF4 -

5,760 Mbit/S 6xSF4 2xSF4+2xSF2

E-DPDCH Sổ liệu: 2560/SF bít

Khe#0 Khen Khe #2 ~ —_ \

1 khe, 2560 chip, 2560/SF bít

"Khe#i í Khe #14

Khung con 2ms

Khung vô tuyến 10 ms

Hình 7.11. Cấu trúc khung vô tuyến của E-DPDCH

Khi TTI lOms được sử dụng, tửt cả 15 khe của khung E-DPDCH đều được sử dụng để truyền khối truyền tải nhận được sau chuồi xử lý


kênh truyền tải E-DCH. Trong trường họp TTI 2ms được sử dụng mỗi khung con 2ms truyền một khối truyền tải. Hình 7.11 mô tả cấu trúc khung của E-DPDCH.

7.4. LUỒNG SỐ LIỆU 40byte(IPv4) Thông thường đèn 1460 byte

TCP/IP

L2 PDCP

Tiều đè IP Ị Tài Un (sò liệu ừng dụng) Tiêu đè IP

2hoặc3byte m r PDCP PDU

L2 RLC Thống thường 40 byte Ị

1hay2byte RLC ÊDU

m.

L2 MAC-d

MAC-d PDU ồ MAC-<f PDU ;

L2 MAC-es 6 bít

Thõng thường 12 bít

L2 MAC-e

r * •-MAC-e MAC-es tái tin ì

HARQ thõng ùn

LI

MAC-es PDU

|MAC-«j MAC-esPDU Ị MAC-es PDU f MAC-es ppũ~|

Khối truyền tải (MAC-e POU)

ỉ — Khổ! t r u y i n tải |CRC| «- :—: \ Được sắp xếp lèn E-OPDCH

Được sắp xếp lên E-PDCCH

Hỉnh 7.12. Luồng sổ liệu

Hình 7.12 cho thấy quá trình chuyến dồch luồng số liệu từ ứng dụng qua tất cả các lớp cùa giao thức cũng giống như đối với HSDPA. Trong ví dụ này, dồch vụ IP được sử dụng. PDCP tùy chọn thực hiện nén tiêu đề IP. Đầu ra cùa PDCP được cấp cho RLC. Sau móc nổi có


thể có, các RLC SDU được phân đoạn thành các khối nhỏ hơn (thường dài 40 byte) và tiêu đề RLC được gắn thêm. RLC PDU được đưa qua lớp MAC-d (trong suốt đối với HSUPA) đến MAC-e. MAC-e móc nối một hay nhiều MAC-d PDU từ một hay nhiều luồng MAC-d và chèn các tiêu đề MAC-es và MAC-e để tạo thành một khối truyền tải. Khối này được chuyển trên kênh E-DCH đến lớp vật lý để xử lý tiếp trước khi được phát.

7.5. LẬP BIỂU Lập biểu là một trong số các công nghệ cơ bản của HSUPA. về

nguyên tắc, lập biểu đã có trong phiên bản đổu cùa WCDMA, nhưng HSƯPA hỗ trợ khai thác lập biểu nhanh hơn nhiều nhờ việc đặt bộ lập biểu tại nút B.

Trách nhiệm của bộ lập biểu là điều khiển khi nào và tốc độ sổ liệu nào UE được quyền phát, vì thế điều khiển đại lượng nhiễu tác động lên những người sử dụng khác tại nút B. Có thể hiểu đây là quá trình điều khiển tiêu thụ tài nguyên chung của tùng nút UE (trong trường hợp HSUPA là đại lượng nhiễu cho phép) và cũng chính là điều khiển tổng công suất thu tại nút B. Đại lượng tài nguyên đường lên chung mà một đổu cuối sẽ sử dụng phụ thuộc vào tốc độ sổ liệu được sử dụng. Nói chung, tốc độ số liệu càng cao, thì công suất phát yêu cẩu càng lớn và vì thế tiêu thụ tài nguyên càng cao.

Thuật tigữ độ tăng tạp âm hay độ tăng trên nhiệt (rise-over-thermal) thường được xem xét cho hoạt động đường lên. Độ tăng tạp âm (được định nghĩa là (I0+No)/N0, trong đó No và lo là mật độ phổ công suất nhiệt và nhiễu với tổng lo + No là tổng công suất thu tại nút B) là một số đo về sự tăng nhiễu trong ô do hoạt động phát. Chẳng hạn, tăng tạp âm OdB chỉ thị hệ thống không tải và tâng tạp âm 3dB chỉ thị mật độ phổ công suất nhiễu do phát đường lên bằng mật độ phổ công suất tạp âm. Mặc dù sự tăng tạp âm như vậy không là mối quan tâm chính, nhưng nó lại có quan hệ mật thiết với tải đường lên. Tăng tạp


âm quá lớn sẽ dẫn đến mất phù sóng đối với một số kênh (do tải đường lên lớn) - đầu cuối không có đủ công suất phát khả dụng để đạt được Eb/N0 tại trạm gốc. Vì thế bộ lập biểu đường lên phải duy trì tăng tạp âm trong các giới hạn cho phép.

Lập biểu phụ thuộc kênh được sử dụng trong HSDPA cũng có thể sử dụng cho HSUPA nhưng cần lưu ý rằng lợi ích đạt được là khác nhau. Vì điều khiển công suất nhanh được sử dụng cho đường lên, nên khi một đầu cuối phát khi có điều kiứn kênh thuận lợi sẽ tạo ra cùng lượng nhiễu trong ô giống như đầu cuối phát trong tình trạng điều kiứn kênh không thuận lợi khi cả hai đầu cuối đều phát cùng tốc độ số liứu. Điều này hoàn toàn trái ngược với HSDPA, tại đây công suất không đổi được sử dụng và các tốc độ số liứu thích ứng với điều kiứn kênh, vì thế những nguôi sử dụng có điều kiứn kênh thuận l ợ i hơn sẽ có tốc độ cao hơn. Tuy nhiên đổi với đường lên công suất phát sẽ khác nhau đối với hai đầu cuối. Vì thế lượng nhiễu gây ra trong các ô lân cận sẽ khác nhau. Bộ lập biểu phụ thuộc kênh vì thế sẽ giảm độ tăng tạp âm nhờ vậy cải thiứn dung lượng và (hoặc) vùng phủ.

Trong các trường hợp thực tế, công suất phát UE bị giới hạn bời hai yếu tố, các quy định và các hạn chế thực hiứn bộ khuếch đại công suất. Đ ố i với WCDMA, các loại công suất khác nhau được đặc tả để hạn chế công suất cực đại của UE, trong đó 21 dBm là giá trị công suất cực đại thường gặp. Điều này ảnh hường lên thiết kế lập biểu đường lên và làm cho lập biểu phụ thuộc kênh có lợi ngay cả khi xuất phát từ quan điểm nội ô. Một UE được lập biểu khi điều kiứn kênh thuận lợi sẽ giảm được rủi do khi phát công suất hết giới hạn. Điều này có nghĩa là UE có thể phát tốc độ số liứu cao hơn nếu được lập biểu tại các điều kiứn kênh thuận lợi. Vì thế viức xem xét các điứu kiứn kênh thuận lợi trong các quyết định lập biểu sẽ cải thiứn dung lượng mặc dù trong phần lớn các trường hợp sự khác biứt giữa lập biểu không phụ thuộc kênh và lập biểu phụ thuộc kênh không lớn nhu trong trường hợp đường xuống.


Lập biểu quay vòng là một ví dụ về chiến lược lập biểu trong đó các đầu cuối lần lượt phát trên đường lên. Tương tự như lập biểu quay vòng trong HSDPA, điều này dẫn đến hoạt động giống như TDMA và tránh được nhiễu nội ô do đường lên không trực giao. Tuy nhiên, vì công suất phát cực đại của các đầu cuối bị giới hạn, nên một đầu cuối không thể sệ dụng hết dung lượng đường lên vì thế giải pháp này giảm dung lượng đường lên trong ô. Các ô càng lớn, xác suất mà UE không có đủ công suất phát khả dụng càng cao.

Để khắc phục nhược điểm này, một giải pháp khác là ấn định tốc độ số liệu như nhau cho tất cả những người sệ dụng có sổ liệu cần phát và chọn tốc độ số liệu tuân theo quy định tải ô cực đại. Điều này dẫn đến sự công bàng cực đại xét về tốc độ số liệu như nhau, nhưng không đạt được dung lượng trong ô cực đại. Lợi ích của phương pháp này là hoạt động của bộ lập biểu đơn giản - không cần ươi* tính kênh đường lèn và trạng thái công suất phát đổi với từng HE. Chỉ có trạng thái bộ đệm của từng UE và tổng mức nhiễu trong ô là cần thiết.

Với phương pháp làm no kẻ thèm ăn, đầu cuối có các điều kiện vô tuyến tốt nhất sẽ được ấn định tốc độ số liệu cao nhất tới mức có thể. Nếu mức nhiễu tại máy thu nhỏ hon mức cho phép cực đại, đầu cuối với các điều kiện '.vênh tốt nhất thứ hai sẽ được phép phát và tiếp tục như vậy đối với đầu cuối khác cho đến khi đạt được mức nhiễu cho phép tại máy thu.

Các chiến lược nằm giữa hai chiến lược trẽn cũng cò thè được xem xét, chẳng hạn các chiến lược cân bàng tỷ lệ. Chiến lược này đưa vào giải thuật lập biểu một hệ số trọng lượng cho từng người sệ dụng, hệ số này tỷ lệ với tỷ số giữa tốc độ số liệu túc thời và giá trị trung bình của các tốc độ số liệu. Trong kịch bản thực tế, cũng cần xét đến dung lượng mạng truyền tải, tài nguyên xệ lý trong nút B và mức độ ưu tiên của các luồng số liệu khác nhau khi đưa ra quyết định lập biểu.


Các chiến lược lập biểu khác nhau được trình bày trên đây đều giả thiết là khối lượng số liệu cần phát là vô tận (các bộ đệm đầy). Tương tự giống như đổi với HSDPA, cũng cần xem xét đến hành vi lưu lượng khi so sánh các chiến lược lập biểu khác nhau. Các ứng dụng số liệu gói thường mang tính cụm với các yêu cầu tài nguyên thay đổi rất lớn và nhanh. Vì thế mục tiêu tổng thể cùa bộ lập biểu là ấn định phần lớn tài nguyên chia sè cho nhồng người sử dụng tức thời đòi hỏi các tốc độ số liệu cao, trong khi đồng thời vẫn đảm bào hoạt động của hệ thống trong giới hạn quy định của tăng tạp âm.

Một lợi ích đặc biệt của lập biểu nhanh là nó cho phép giảm nhẹ chiến lược cho phép kết nối. Đ ố i với DCH, điều khiển cho phép thường phải dành trước tài nguyên liên quan đến tốc độ đinh vi có ít giải pháp để hồi phục từ sự kiện trong đó nhiều người hay tất cả nhồng người sử dụng đồng thời yêu cầu phát với tốc độ cực đại.

7.5.1. Chương trình khung lập biểu đối vói HSUPA

Chương trình khung lập biểu cho HSUPA chì tổng quát ở chỗ nó chỉ đưa ra quy định báo hiệu điều khiển cho các thực hiện lập biểu khác nhau. Điểm khác biệt chính giồa lập biểu đường lên và đường xuống là vị trí đặt bộ lập biểu và thông tin cần thiết cho các quyết định lập biểu.

Trong HSDPA, bộ lập biểu và trạng thái bộ đệm đều nằm ờ cùng một nút, nút B. Vì thế chiến lược lập biểu hoàn toàn phụ thuộc vào thực hiện và không cần tiêu chuẩn báo hiệu trạng thái để hỗ trợ các quyết định lập biểu.

Trong HSUPA, bộ lập biểu vẫn được đặt tại nút B để điều khiển hoạt động phát của các UE, nhưng thông tin trạng thái bộ đệm lại phân tán trong các nút UE. Ngoài trạng thái bộ đệm, bộ lập biểu cũng cân thông tin về công suất khả dụng trong UE; nếu UE đã phát gần với công suất phát cực đại thì việc lập biểu tốc độ cao là không cần thiêt.


Vì thế cần phải đặc tá báo hiệu mang thông tin trạng thái bộ đệm và công suất phát khả dụng từ UE đến nút B.

Cơ sở cho chương trình khung lập biểu là các cho phép được phát đi từ nút B đến các UE cùng với giới hạn tốc độ số liệu E-DCH và các yêu cầu lập biểu được phát đi từ UE đến nút B để yêu cầu cho phép phát (tại tốc độ cao hơn tốc độ hiện được phép). Các quyết định lập biểu được đưa ra bủi ô phục vụ, ô này chịu trách nhiệm chính cho lập biểu như minh họa trên hình 7.13 (trong trưủng hợp đồng thủi có cà HSDPA và HSUPA, cùng một ô phục vụ cho cả hai đưủng xuống và đưủng lên). Tuy nhiên trong trưủng hợp chuyển giao mềm, các ô không phục vụ cũng thể tác động lên hành vi của UE để điều khiển nhiễu giữa các ô.

ô phục vụ

Hình 7.13. Tống quan hoạt động lập biếu

Cung cấp cho bộ lập biểu thông tin cần thiết về tình trạng ƯE, đưa ra quyết định lập biểu dựa trên thông tin này và thông báo quyết định ngược trở lại cho Ư E đòi hỏi một khoảng thủi gian nhất định. Tình trạng UE (trạng thái bộ đệm và công suất phát khả dụng) có thể khác nhau tại thủi điểm phát so với thủi điểm mà thông tin này được


cung cấp cho nút B. Chẳng hạn UE cỏ thể có số liệu được truyền ít

hơn tính toán của bộ lập biểu do số liệu ưu tiên hơn đã nhập vào bộ đệm truyền dẫn hoặc các điều kiện kênh trở nên tồi hơn dẫn đến ƯE có công suất khả dớng cho truyền dẫn số liệu thấp hơn. Để xử lý các tình trạng này và khai thác các giảm nhiễu do tốc độ số liệu thấp hơn, cho phép lập biểu không thiết lập tốc độ số liệu mà chi đưa ra giới hạn trên của mức độ sử dớng tài nguyên. UE sẽ chọn tốc độ số liệu, hay chính xác hơn, chọn tổ hợp khuôn dạng truyền tải E-DCH (E-TFC) trong các giới hạn do bộ lập biểu thiết lập.

Cho phép phục vụ (Serving Grant) là một biến nội bộ trong từng UE, nó được sử dớng để theo dõi khối lượng tài nguyên cực đại mà UE được phép sử dớng. Nó được biểu diễn như là tỷ số giữa công suất cực đại E-DPDCH trên DPCCH và UE được phép phát tù một luồng MAC-d bất kỳ và sù dớng một kích thước khối truyền tải bất kỳ chùng nào không vượt quá cho phép phớc vớ. Vì thế, bộ lập biểu chịu trách nhiệm cho lập biểu giữa các UE, còn các UE tự chịu trách nhiệm để lập biểu các luồng MAC-d theo các quy định trong đặc tà. về cơ bản luồng un tiên cao phải được phớc vớ trước luồng ưu tiên thấp.

Lý do biểu diễn cho phép phớc vớ bàng tỷ số công suất cực đại xuất phát từ việc chất lượng cơ bản mà bộ lập biểu cố găng điều khiến là nhiễu đường lên. Nhiễu này tỳ lệ thuận với công suât phát. Công suất phát E-DPCH được định nghĩa tương đối so với DPCCH để đảm bảo rằng E-DPDCH phải chịu tác động của các lệnh điều khiển công suất. Vì công suất phát E-DPDCH thường lớn hơn nhiều so với công suất phát DPCCH, nên một cách gần đủng, tỳ sô

công suất E-DPCH trên DPCCH tỷ lệ thuận với tổng công suất phát,

(PE-DPCH+PDPCCH)/PDPCCH ~ PE-DPCH/PDPCCH, và vì thế việc thiết lập giới

hạn cho. tỷ số công suất E-DPCH với DPCCH tương ứng với điều

khiển công suất phát cực đại cùa UE.


Nút B có thế cập nhật cho phép phục vụ trong UE bằng cách phát đi cho phép tuyệt đoi (Absolute Grant) hay cho phép tương đôi (Reỉaíive Grant) đến UE (hình 7.14). Các cho phép tuyệt đối được phát trên kênh E-AGCH chia sẻ và được sử dụng cho các thay đổi cho phép phục vụ tuyệt đối. Thông thường các thay đổi này khá lớn chẳng hạn để ấn định mừt tốc đừ số liệu cao cho UE để truyền dẫn gói đường lên.

Các cho phép tương đối được phát trên E-RGCH và được sử dụng để thay đổi tương đối cho phép phục vụ. Không như các cho phép tuyệt đối, các thay đổi này chi nhò; thay đổi do cho phép tuyệt đổi thường chi vào khoảng Ì dB. Trong chuyển giao mềm, các thay đổi tương đối có thế được phát từ cà ô phục vụ lẫn ô không phục vụ. Tuy nhiên tồn tại khác biệt rất lớn giữa hai trường hợp này và chúng được xử lý tách riêng.

Cho phép tuyệt đối Cho phép tương đối I Báo hiệu từ nút B

Cho phép phục vụ

Tỳ số công suất E < ỉ

Chọn E :-TFC

Ị Biế

lén nừi bừ được duy tri trong UE

Xác định tốc đừ số liệu đường lên

Tốc đừ số liệu đường lên

Hình 7.14. Quan hệ giữa cho phép tuyệt đổi,

cho phép tương đổi và cho phép phục vụ

Các thay đổi tương đối từ ô phục vụ được dành cho mừt UE, nghĩa là mỗi UE thu cho phép tương đối riêng để có thể điêu chỉnh các cho phép phục vụ riêng trong các UE khác nhau. Thay đổi tương đối này thường được sử dụng cho các cập nhật nhỏ tốc đừ số liệu, có thể xảy ra thường xuyên trong mừt truyền dẫn gói đang diễn ra. Cho phép


tuông đối từ ô phục vụ có thể có ba giá trị: 'ÚP', 'HOLD' hoặc 'DOWN\ Lệnh 'ÚP' ('DOWN') chi thị UE tăng (giảm) cho phép phục vụ, nghĩa là tăng (giảm) tỷ sổ công suất E-DPCH trên DPCCH so với tỷ số công suất được sù dụng cuối cùng trong T T I trước trong cùng một xử lý HARQ. Lệnh 'HOLD' chì thị UE không thay đổi cho phép tương đối. Hoạt động này được m ô tả trên hình 7.15.

0 10 10 10 10 10 11 11 11 11 12 12 12 12 12 1'2 12 7 7 7 7 8 8 8 8

*r ĩ Cho phi tương đối

ỉ

I

10 8 8 8

0 0 o ro Ít à %

Cho phép phục vụ (tỷ số cồng suất E-DPCH/

/ DPCCHcựcđại) Tỷ số công suất E-DPCH/DPCCHthực

tí t ế íđược sử dụng)

• T h ờ i gian Thu dược cho phép tuyệt dối

Hình 7.15. Mô tà sử dụng cho phép tương đối

Các cho phép tương đối từ các ô không phục vụ được sử dụng để điều khiển nhiẳu giũa các ô. Bộ lập biểu trong ô phục vụ không cỏ thông tin về nhiẳu gây ra đổi với các ô lân cận cho các quyết định lập biểu. Chẳng hạn tải trong ô phục vụ có thể thấp và từ cách nhìn này, nó có thể lập biểu truyền dẫn tốc độ cao. Tuy nhiên ô lân cận có thề không chịu được nhiẳu bổ sung do tốc độ truyền dần cao này gây ra. Vì thế ô lân cận phải có thể tác động lên các tốc độ số liệu được sử dụng. Thực ra, có thể nhìn nhận điều này nhu là một "chỉ thị quá tải" để ra lệnh cho các UE không được ô này phục vụ phải hạ thấp tốc độ số liệu của mình.

Mặc dù tên gọi 'cho phép tương đối' được sử dụng cho chi thị quá tải, nhưng hoạt động này hoàn toàn khác với hoạt động cho phép tương đối từ ô phục vụ. Trước hết, chỉ thị quá tải là một tín hiệu chung m à tất cả các UE thu được. Vì chỉ có ô không phục vụ là liên quan đến mức nhiẳu tổng từ ô lân cận chứ không phải UE gây ra nhiẳu này, vì


thế một báo hiệu chung là đù. Ngoài ra vì ô không phục vụ không biết được các mức ưu tiên lưu lượng của các UE mà nó không phục vụ, nên không cần thiết phải có báo hiệu riêng từ ô không phục vụ. Thứ hai, chi thị quá tải chi nhận hai chứ không phải ba giá trị: 'DTX' và 'DOWN\ trong đỏ giá trị thứ nhất không ảnh hưởng lên hoạt động của UE. Tất cả các UE nhận được 'DOWN' từ bất kỳ một ô không phục vụ nào sẽ phải giảm cho phép phục vụ tương đỌi so với Tri trước trong cùng một xử lý ARỌ.

7.5.2. Thống tin lập biểu

Để lập biểu hiệu quả, bộ lập biểu cần có thông tin về tình trạng của ƯE liên quan đến trạng thái bộ đệm và công suất phát khả dụng. Tất nhiên thông tin này càng chi tiết thì càng tỌt cho bộ lập biểu để nó đưa ra các quyết định chính xác và hiệu quà. Tuy nhiên đồng thời cũng phải duy trì lượng tin phát trên đường lên càng nhỏ càng tỌt để không tiêu thụ thái quá dung lượng đường lên. Ở một mức độ nhất định các yêu cầu này đỌi lập nhau và chúng được giải quyết trong HSUPA bằng hai cơ chế hỗ trợ nhau: 'bít hạnh phúc' ngoài băng được phát trên E-DPCCH và thông tin lập biêu trong băng được phát trên E-DCH.

Báo hiệu ngoài băng được thực hiện bàng một bít trên E-DPCCH: 'bít hạnh phúc'. Mỗi khi UE có công suất khả dụng cho E-DCH để phát tỌc độ sỌ liệu cao hon so với được cho phép bởi cho phép phục vụ và sỌ bít trong bộ đệm đỏi hỏi nhiều TTI hơn so với một sỌ lượng TO nhất định, UE sẽ đặt bít này vào 'bất hạnh' để chỉ thị ràng nó muỌn nhận được cho phép phục vụ cao hơn. Trái lại, UE sẽ thông báo

'hạnh phúc'. Lưu ý răng 'bít hạnh phúc' chỉ được phát cùng với truyền dẫn sỌ liệu đang được thục hiện vì E-DPCCH chi được phát cùng với E-DPDCH.

Báo hiệu trong băng cung cấp thông tin chi tiết về mức độ chiếm bộ đệm bao gồm cả thông tin mức ưu tiên và công suất phát khả dụng


cho E-DCH. Báo hiệu trong băng được phát đi theo cách giống như số liệu của người sử dụng, hoặc một mình hoặc là bộ phận cùa truyền

dẫn số liệu. Vì thế thông tin này có lợi cho HARQ với kết hợp mềm.

Vì thông tin lập biếu trong băng chỉ là cơ chế dành cho UE không được lập biếu để nó yêu cầu tài nguyên, thông tin lập biếu này có thể được phát không theo lập biểu và vì thế nó được phát không phụ thuộc vào cho phép phục vụ. Không chỉ các truyền dẫn không lập biểu không chịu quy định cùa thông tin lập biếu; mựng cũng có thế lập cấu hình truyền dẫn không theo lập biểu cho các số liệu khác.

7.5.3. Chọn E-TFC

Chọn E-TFC chịu trách nhiệm lựa chọn khuôn dựng truyền tải E-DCH liên quan đến quyết định tốc độ số liệu sẽ được sử dụng cho phát đường lên và điều khiển ghép kênh MAC-e. Rõ ràng rằng việc lựa chọn này cần xem xét đến quyết định lập biểu mà nút B đưa ra, lựa chọn được thực hiện thông qua cho phép phục vụ như đã xét trong phần trước. Mặt khác ghép MAC-e được UE xử lý tự quyết. Vì thế,

trong khi bộ lập biểu xử lý việc cấp phát tài nguyên giữa các UE, thì lựa chọn E-TFC điều khiển cấp phát tài nguyên giữa các luồng trong một UE. Quy tắc ghép các luồng được quy định trong chuẩn; về

nguyên tắc, số liệu có un tiên cao được phát trước số liệu có ưu tiên thấp.

Việc đưa ra HSUPA phải xét đến việc đồng tồn tựi với các DCH. Nêu việc này không được thực hiện thì các dịch vụ được sắp xếp lên

các DCH sẽ bị ảnh hưởng. Điều này có thể dẫn đến phải lập lựi các cấu hình cho truyền dẫn DCH. Vì thế yêu cầu cơ bản là trước hết phục vụ lưu lượng DCH và chi chi phí tài nguyên công suất không được SỪ dụng cho E-DCH. Ta có thế so sánh điều này với HSDPA, trong đó các kênh riêng đuợc phục vụ trước tiên và HS-DSCH sử dụng công suất truyền dẫn chưa được sử dụng. Vì thế chọn TFC được thực hiện theo hai bước. Trước hết chọn DCH TFC được thực hiện như trong


các phát hành trước của WCDMA. Sau đó UE ước tính công suất còn lại và bước chọn TFC thứ hai được thực hiện trong đó E-DCH sử dụng công suất còn lại. Thu tục chọn E-TFC được minh họa trên hình 7.16.

Cho phép Cho phép tuyệt đối lương đối Cổng suắt

Tốc độ khả dụng

Cho phép phục vụ

Công suất khả đụn

E-TFC 6 (kích thước TB, giá tri lị

E-TFC 5 (kích (hước TB. giá ty (Ị

E-TFC 4 (kích thước TE. giả tri p

E-TFC 3 (kích thước TB. giá trị p

E-TFC 2 (kích thước T8. giá tri p

E-TFC 1 (kích thước TB. giá trị ĩ

u J Cho phép phục vụ Chọn TFC •TFCchocâc DCH

Cống suảt dư

TFC cno các

ChonTFC Ỷ* E-OCH

Hình 7.16. Minh họa quá trình chọn chọn E-TFC

Mỗi E-TFC liên quan đến một khoảng dịch công suất E-DPDCH so với DPCCH. Tểc độ càng cao thì khoảng dịch công suất này càng lớn. Sau khi đã tính toán song công suất phát cần thiết cho các E-TFC khác nhau, từ quan điểm công suất ƯE có thể tính toán các E-TFC có thể được sử dụng. Sau đó UE chọn E-TFC dựa trên hai tiêu chí: Đảm bảo phát khểi lượng sổ liệu cực đại khi cho trước giới hạn công suất và cho phép lập biểu.

Các kích thước khểi truyền tải được phép là một bộ phận của E-TFC được định nghĩa trước trong tiêu chuẩn giểng như đểi với HS-DSCH. Điều này giảm bớt khểi lượng báo hiệu (chẳng hạn tại chuyển giao giữa các ô), vì không cần lập cấu hình tập E-TFC mới tại mỗi lần thay đổi ô. Nói chung các kiểm tra hợp chuẩn để đảm bào UE tuân thủ tiêu chuẩn cũng đơn giản hơn khi khểi lượng lập cấu hình trong đầu cuểi nhỏ hơn.


Đ ể đàm bảo tính linh hoạt trong các kích thước khối truyền tải bốn bảng E-TFC được đặc tả trong chuẩn; mỗi T T I trong số hai Tri được đặc tả có một bảng được tối ưu hóa cho các kích thước R L C P D Ư chung này một bảng tổng quát có chí phí báo hiệu tuông đối cực đại không đổi. Việc UE sẽ sử dụng bảng nào trong các bảng được định nghĩa trước nói trên được quyết định bỉi T T I và báo hiệu RRC.

7.6. HARQ VỚI KÉT HỢP MÈM

7.6.1. Tổng quan hoạt động HARQ của HSUPA Trong HSUPA, HARQ với kết hợp mềm có mục đích giống như

HARQ trong HSDPA - đế đảm bảo bền vững chống lại các lỗi truyền dẫn. Tuy nhiên HARQ với kết hợp mềm không chỉ là công cụ để đảm bảo bền vững chổng lại các lỗi ngẫu nhiên, m à nó có thể được sử dụng để tăng dung lượng như đã xét trong phần tổng quan. Vì các phát lại HARQ xảy ra nhanh, nhiều dịch vụ cho phép một hoặc hai phát lại. Cùng với kết hợp phần dư tăng, H A R Ọ hình thành một cơ chế điều khiển tốc độ ẩn tàng. Vì thế HARQ với kết hợp mềm có thể được sù dụng theo một số cách:

- Đ ể đảm bào tính bền vững chống lại các thay đổi trong chất lượng tín hiệu thu

- Tăng hiệu quả đường truyền bằng tìm cách phát lại nhiều lần chảng hạn ấn định sổ lần phát lại cực đại và khai thác điều khiển vòng ngoài dựa trên lỗi dư sau kết hợp mềm.

Ở mức độ lớn, các yêu cầu đối với HARQ giống như trong HSDPA vì thế thiết kế HARQ cho HSUPA khá giống thiết kế được sử dụng cho HSDPA, mặc dù vẫn có một số điểm khác biệt chù yếu bắt nguồn từ việc hỗ trợ chuyển giao mềm trên đường lên.

Giống như HSDPA, HSUPA, HARQ nằm cả ỉ lớp M Á C và lớp vật lý. Việc sử dụng song song các xử lý dừng và đợi cho HARQ đã được chứng minh là hiệu quả đổi với HSDPA và nó cũng được sử


dụng cho HSUPA vì các lý do giống nhau - phát lại nhanh và thông lượng cao cùng với chi phí cho báo hiệu ACK/NAK thấp. Khi nhận được một khối truyền tải trong một TT I đối với một xù lý HARQ nào đó, nút B sẽ giải m ã tập bít và kết quả giải mã (ACK/NAK) được thông báo cho UE. Đ ẻ giám thiểu chi phí cho ACK/NAK, chỉ một bít được sử dụng. Rõ ràng ràng UE cần phải biết bít ACK/NAK thu được liên quan đến xử lý HARQ nào. vấn đề này được giải quyết giống như trong HSDPA, nghĩa là định thọi ACK/NAK được sử dụng để liên kết ACK/NAK với một xù lý HARQ. Sau một khoảng thọi được quy định rõ ràng sau khi thu được khối truyền tải đưọng lên, nút B sẽ tạo ra ACK/NAK. Kh i nhận được NAK, UE thực hiện phát lại và nút B thực hiện kết hợp mềm với phần dư tăng.

Quá trình xử lý phát lại (hay chính xác hơn là khi thực hiện phát lại) là một trong các khác biệt giữa HARQ trên đưọng lên và đưọng xuống (hình 7.17). Đ ố i với HSDPA, các phát lại được lập biểu giống như mọi số liệu khác và nút B tự do lập biểu phát lại cho UE tại mọi thọi điểm và sử dụng một phiên bản dư theo lựa chọn cùa nút B. Nút B cũng có thể tiến hành các xử lý HARQ theo thứ tự bất kỳ, nghĩa là nó có thể quyết định thực hiện các phát lại cho một xử lý này chứ không cho xử lý khác trong cùng một UE. Kiểu khai thác này thưọng được gọi là HARQ không đồng bộ thích ứng. Thích ứng vì nút B có thể thay đổi khuôn dạng truyền dẫn và không đồng bộ vì các phát lại có thể xảy ra tại mọi thọi điểm sau khi thu được ACK/NAK.

Trái l ạ i , đối với đưọng lên khai thác HARQ đồng bộ không thích ứng được sứ dụng. Nhọ có hoạt động đồng bộ, các phát lại xảy ra tại một thọi điểm định trước sau phát lần đầu, nghĩa là chúng không được lập biểu rõ ràng. Khai thác không thích ứng nghĩa là khuôn dạng truyền dẫn và phiên bản dư sù dụng cho mỗi lần phát lại đã biêt ngay từ thọi điểm phát lần đầu. Vì thế không cần lập biểu rõ ràng cho các phát lại và cũng không cần báo hiệu về phiên bản dư mà UE sẽ sử dụng. Đây chính là ưu điểm chính của khai thác HARQ đồng


bộ - giảm thiểu chi phí cho báo hiệu. Tất nhiên, khả năng thích ứng khuôn dạng truyền dẫn của các phát lại đối với mọi thay đổi điều kiện kênh sẽ bị mất, nhưng vì bộ lập biểu đường lên tại nút B có ít thông tin về trạng thái máy phát (thông tin này nừm tại UE và chi được cung cấp cho nút B thông qua báo hiệu trong băng sau khi số liệu thu đã được HARQ giải mã thành công) so với bộ lập biểu đường xuống, vỉ thế tổn thất này ít hơn độ lợi nhận được từ việc giảm chi phí cho báo hiệu điều khiển đường lên.

Thời gian giữa phát vá phát lại lá cố định và biết trước đối với cả UE vả Nút B -» Khống càn thông báo số thứ tự xử lý HARQ

3 Ị 0 Ị 1 Ị 2 I 3 í 0 1 1 1 2 1 3

Sổ thử tự xử lý HARQ HARQ đồng bộ

Phát lại cố thẻ xẩy ra tại mọi thời điểm -> Cần thông báo rõ ràng số thứ tự xử lý HARQ

'"••A ""•••i

3 Ị 0 | 1 I 2 I 3 I ? ị ? Ị ? Ị ? HARQ khống đòng bộ

Hình 7.17, HARQ đồng bộ và HARQ không đồng bộ

Ngoài sự khác nhau về hoạt động đồng bộ và không đồng bộ của giao thức HARQ, một khác biệt chính giữa HARQ đường lên và đường xuống là việc sử dụng chuyển giao mềm cho đường lên. Trong chuyển giao mềm giữa các nút B, giao thức HARQ kết cuối tại nhiều nút B tham gia và chuyển giao mềm. Đe: với HSDPA, chi có một điểm kết cuối giao thức HARQ - UE. Trong IISUPA, UE thu ACK/NAK từ tất cả các nút B tham gia vào chuyển giao mềm. Vì thê tù quan điểm của UE, chỉ cần một trong số các nút B này thu đúng khối truyền tài là đủ và nó coi rừng sổ liệu đã được truyền thành công đến mạng khi nhận được ít nhất là một ACK từ một nút B nói trên. Quy tấc này đôi khi được gọi là 'or-of-ACKs' (hoặc một trong số các ACK). Phát lại chi xảy ra khi tất cả các nút B liên quan đều phát NAK

Chương 7: Truy nhập gói đường lên tốc độ cao, HSUPA 3 0 1

để chì thị là không nút nào trong số chúng có thể giải m ã được số liệu đã phát.

Như đã biết từ phần trình bày HSDPA, việc sử dụng song song nhiều xử lý HARQ không thể đàm bảo chuyến đúng trình tự và cần có một cơ chế sắp đật lại thứ tự (hình 7.18). Đ ố i vời HSDPA, rõ ràng rằng sắp đặt lại thứ tự được đặt tại L E. Tình trạng truyền không theo thứ tự cũng xảy ra đối vời đường lên, vì thể trong trường hợp này cũng cần có một cơ chế sắp đặt lại t h ứ tự. Tuy nhiên do hỗ trợ chuyển giao mềm, sắp đặt lại thứ tự không thế đặt tại nút B. số liệu được phát trong một xử lý HARQ có thể được giải m ã thành công tại một nút B, trong khi đó sổ liệu được phát trong xử lý HARQ tiếp sau lại cỏ thể được giải m ã đủng trong một nút B khác. Ngoài ra trong một số tình trạng, một số nút B liên quan lại cỏ thể đồng thời thành công trong giải mã cùng một khối truyền tải. Vì các lý do này, cơ chế sấp đặt lại thứ tự cần có thể truy nhập đến các khối truyền tải được truyền đi từ tất cả các nút B đến RNC và vì thế nó phải được đặt tại RNC. sắp đặt lại cũng sẽ loại bỏ mọi phát đúp các khối truyền tải được phát hiện trong nhiều nút B.

Đến chức nâng sắp xép lại trong RNC

TrBlkl TrBlk2 TrẸlkS TrBlkl

Nút B Ị mrt^Ể^ặ-ĩỉtjỂíỄzs&ÊWặ^^£ ị Ị ị % ỷ%ẹụ Ậ\* Ị V* Ị _* H

UE Ị !EÍzr"izózĩ™fc3ZÌi3rizr//.f.!:r.::ízxiizo Được thông báo Ị R S N D ị RSN-0 RSN-0 RSlỊ-0 RSN-1 RSN-0 RSN-0 RSN-1 RSN-2 RSN-0

Buọc fịproc=0 ị Proc>1 Prec-2 Pro<=3 Proc-0 Proc-1 Proe-2 Proc-3 Proc=0 Proc=1

lã rã ÌỈRV-Ó í RV-0 RV-0 RV=Ọ RV=1 RV-0 RV«0 RV=1 RV=2 RV=0 ịipms r n :Ti><ỳng quan định thở! ti àịíỹị

TrBlk: khối truyền t ả i Hình 7.18. Nhiều xử lý HARQ cho HSUPA

Sự tồn tại của chuyển giao mềm trên đường lên cũng ảnh hưởng đến việc thiết kế báo hiệu. Tương tự vời HSDPA, cần chỉ thị cho đầu


cuối thu rằng có cần xóa bộ đệm mềm hay không (nếu đây là lần phát đầu) hoặc cần thực hiện kết hợp mềm với thông tin được lưu trong các lần phát trước trong xử lý HARQ này. HSDPA sử dụng chỉ thị số liệu mới một bít. Nếu nút B hiểu nhầm N A K là A CK và phát gói tiếp theo UE có thể hóa giải sự kiện lỗi này bằng cách quan sát "chì thị số liệu mới' một bít (chi thị này tăng đối với mại lần phát gói mới).

Nếu chỉ thị số liệu mới một bít tăng, UE sẽ xóa bộ đệm mềm, cho dù nội dung của nó không được giải m ã thành công và giải mã lần phát mới. Mặc dù khối truyền tải bị mất và phải được phát lại bởi giao thức RLC, UE cũng không thực hiện kết hợp mềm các bít được mã hóa từ các khối truyền tải khác nhau và vì thế bộ đệm mềm không bị sửa đổi sai. Nếu cả N A K và chỉ thị số liệu mới đều bị hiểu nhầm (trường hợp này ít khi xảy ra) thì bộ đệm mềm sẽ bị sửa đổi sai.

Đ ố i với HSUPA, chỉ thị sổ liệu mới một bít cũng có thể hoạt động khi có chuyển giao mềm. Chỉ khi cả N A K và báo hiệu điều khiển đường lên đều bị hiểu sai thì bộ đệm mềm trong nút B mới bị sửa đổi sai. Tuy nhiên khi cỏ chuyển giao mềm, phương pháp đơn giàn này là chưa đủ. Thay vào đó, một số trình tự phát lại hai bít (RSN: Retransmission Sequence Number) được sử dụng cho HSƯPA. Truyền dẫn lần đầu đặt RSN vào không và sau mỗi lần phát lại RSN tăng thêm một. Ngay cả khi RSN chi nhận giá trị trong dải tù 0 đến 3, vẫn có thể đáp ứng cho mọi số lần phát lại; chỉ cần duy trì RSN bàng 3 cho lần phát lại thứ ba và sau đó. Cùng với khai thác giao thức đạng bộ, nút B biết được khi nào xảy ra phát lại nhờ RSN. Hình 7.19 cho thấy một ví dụ đơn giản về khai thác; này. Vì nút B thử nhất công nhận gói A, nên UE phát tiếp gói B mặc dù nút B thứ hai không giải mã đúng gói này. Tại thời điểm phát gói B, nút B thứ hai đợi phát lại gói A nhưng do các điều kiện kênh tại thời điểm này, nút B thậm chí không phát hiện được một phát mới. Nút B thứ nhất lại công nhận phát và UE phát tiếp gói c. K h i này nút B thứ hai nhận được phát mới và nhờ khai thác HARQ đạng bộ nó hiểu ràng đây là phát gói mới.


NủtB2

Thu được phát, giai m ã thất bại mi NAK, lưu các bít

m è m cho gói A

Đ ợ i phát lại gói A vói RSN-1 nhưng không nhận được phát mới ^ Không phàn hồi

ACK/NAK Hai trướng hợp có thể xây ra: - Phát lại gói Á với RSN=2 hay - Phát gói mới với RSN=0 Vi nhận được RSN=0. nên sự không rõ ràng được giải quyết •» Tránh được sưa bộ đạm sai

Hình 7.19. Các phát lại trong chuyên giao mèm

Nêu đây là phát lại gói A, RSN sẽ phái bàng 2. Ví dụ này minh họa việc cải thiện tính chắc chắn khi sử dụng RSN2 bít cùng với khai thác HARQ đồng bộ. Sơ đồ sử dụng 'chi thặ số liệu mới' (có thể coi như RSN một bít) sẽ không có khả năng xử lý trường họp thường gặp khi nút B thứ hai không nhận được phát mới. Chỉ thặ số liệu mới trong trường họp này sẽ bằng không, cả trong trường họp phát lại gói A và trường họp phát lần đầu gói c vì thế dẫn đến sửa đổi bộ đệm mềm sai.

Kết hợp mềm trong cơ chế HARQ đối với HSUPA được xây dựng theo tăng phần dư. Việc tạo ra các phiên bản tăng phần dư được thực hiện theo cách tương tự nhu đổi với HSDPA bằng các sử dụng các mẫu đục lỗ cho các phiên bản dư khác nhau. Phiên bản dư được điều khiển bời RSN theo quy tắc được đặc tả trong chuẩn sẽ được xét trong mục 7.6.2.

Đối với các mã Turbo, các bít hệ thống có tầm quan trọng cao hom các bít chẵn lẻ như đã xét trong chương 5. Vì thế các bít hệ thống bắt buộc phải có trong lần phát đầu để tăng khả năng giải mã ngay trong lần phát đầu. Ngoài ra để nhận được độ lợi tốt nhất với tăng


phần dư, các phát lại phải chứa các chẵn lẻ bổ sung. Vì thế thiết kế phải cho phép tự giải mã ngay lần phát đầu, nghĩa là lần phát đầu phải chứa tất cà các bít hệ thống cũng như một số bít chẵn lẻ, còn các lần phát lại chủ yếu sẽ chi chứa các bít chằn lẻ không được phát trong các lần trước.

Tuy nhiên trong chuyẫn giao mềm, không phải tất cả các nút B đều có thẫ thu tất cả các lần phát. Có thẫ xảy ra trường hợp trong đó một nút B không thu được phát lần đầu có chứa các bít hệ thống, mà chỉ thu được các bít chẵn lé trong các lần phát lại. Điều này sẽ dẫn đến giảm hiệu năng, vì thế nên đảm bào ràng tất cà các phiên bản dư được sử dụng trong chuyẫn giao mềm đều có thẫ tự giải mã và chứa các bít hệ thống. Quy tấc được sử dụng đẫ chuyẫn RSN vào các phiên dư nói trên dẫn đến việc sử dụng tất cả các phiên bản dư có khả năng tự giải mã cho các tốc độ số liệu thấp (thường được sử dụng trong chuyẫn giao mềm tại biên ô), trong khi chỉ sử dụng tăng phần dư đầy đủ cho các tốc độ cao (không giống như được sử dụng trong chuyẫn giao mềm).

7.6.2. Quá trình xử lý HARQ tại lóp vật lý Xử lý lớp vật lý hồ trợ khai thác HARQ giống như đối với

HS-DSCH, tuy nhiên chi sử dụng một tầng phối hợp tốc độ. Lý do đối với HS-DSCH phải sử dụng hai tầng phối họp tốc độ là đẫ xử lý các giới hạn bộ nhớ đệm trong UE, nhưng đối với E-DCH, giới hạn bộ nhớ trong nút B có thẫ được lập cấu hình bởi mạng. Chẳng hạn mạng có thẫ giới hạn số lượng các E-TFC trong UE sao cho nó không thẫ phát nhiều bít hơn khả năng nhớ đệm của Nút B.

Phối hợp tốc độ đối với E-DCH (hình 7.20) nhàm hai mục đích: - Đẫ phối hợp số bít được mã hóa với số bít khả dụng trên kênh vật lý E-DPDCH đối với khuôn dạng truyền tải E-DCH được chọn

Chương 7: Truy nhập gói đường lên lốc độ cao, HSƯPA 305

- Để tạo ra các tập bít được mã hóa khác nhau cho tăng phần dư theo điều khiển của hai thông sổ r và s sẽ xét dưới đây.

Mã hóa turbo tỳ lệ 1/3

Các bít hệ thống

Chẵn lẻ 1

Chẵn lẻ 2

RM: phối hợp tốc độ

+| RM_S —Ị—

-H RM_P1_2

-Ị— RM_P2 2 —T~

Chon bít Đến phân đoạn

kênh vặt lý và đan xen

Hình 7.20. Phối hợp tốc độ E-DCH và các thông số r, s. Thù tục chọn

bít cũng giống như chọn bít QPSK cho HS-DSCH

Số lượng các bít kênh phụ thuộc vào hệ số trọi phổ và số lượng các kênh E-DPDCH được ấn định cho một khuôn dạng kênh truyền tọi E-DCH. Nói một cách khác, bộ phận chọn E-TFC sẽ quyết định số lượng kênh E-DPDCH và các hệ số trọi phổ của chúng. Từ quan điểm hiệu năng, mã hóa kênh luôn tốt hơn trọi phổ và nên chọn số mã định kênh càng nhiều càng tốt và hệ số trọi phổ tương ứng của chúng càng nhỏ càng tốt. Điều này cho phép tránh được việc đục lỗ và vì thế sử dụng đưực hết khọ năng của mã Turbo mẹ tốc độ 1/3. Tuy nhiên cũng không nên chọn hệ số trọi phổ quá thấp, vì khi này để phối hợp tốc độ phọi lặp quá nhiều trong khối phối hợp tốc độ. Ngoài ra từ quan điểm thực hiện, số lượng E-DPDCH càng ít càng tốt để giọm thiểu chi phí trong máy thu nút B vì mỗi kênh E-DPDCH cần một tập bộ giọi trọi phổ. Để thực hiện điều này cần đưa ra quy định về giới hạn đục lỗ (PL: Punturing Limit). PL được sù dụng để điều khiển số lượng đục lồ cực đại mà UE được phép thực hiện. UE sẽ chọn một số lượng các mã định kênh nhỏ với hệ số trọi phổ cao tới mức có thể mà không vuợt quá các giới hạn đục lỗ, nghĩa là không được đục lỗ lớn hơn một phần (1-PL) của các bít được mã hóa. Điều này được minh họa trên hình 7.21, trong đó đục lỗ được phép tăng cho đến khi phọi sử dụng các


kênh E-DPDCH bổ sung. Hai giới hạn đục lỗ được định nghĩa: PLm a x

và PLnon.max- Giới hạn P L m a x được xác định bời thể loại UE và nó được sử dụng nếu số lượng kênh E-DPDCH và hệ số trải phổ của chúng bằng khả năng UE và vì thế UE không thể tăng số kênh E-DPDCH. Trái lại PLn o n. m a x được mạng thông báo cho UE khi thiết lập kết nối. Việc sử dụng các giới hạn đục lỗ khác nhau thay vì sử dụng mựt tỳ lệ đục lồ như đối với trường hợp DCH, cho phép đạt được tốc đự số liệu cực đại cao hơn vì càng đục lỗ nhiều tốc đự số liệu càng cao. Thông thường, các kênh E-DPDCH bổ sung được sử dụng khi tỷ lệ mã lớn hơn khoảng 0,5. Tuy nhiên, đổi với các tốc đự số liệu cao nhất cần thực hiện đục lỗ khá nhiều vì không thể tăng thêm số mã.

Xác định bởi PLmax

Xác dinh bởi PL non-max

Ị ế »

ị 0 0 / *

0 / ụ ề s

1/3 0*

rì.."'!."" * i r

1xSFi6 1xSF8 1xSF4 2xSF4

,ị..x* m í IM T77»,« T*,

2xSF2 2xSF2+2xSF4 »,*„,,*, Ị

Q. í?

»0 o KI

"8 «0 E

co c OI o m N o 5Ị Ọ t ^ s to (Ó « o d ụ) T~ oo ỊO N n ^ K as Si £» «8 s 5? 2 * 0 3 í- U i n a r ặ ^ - S o ói p- 5 m s T- IN [\ ri ự t á N ổ o CN ^ K. ọ in 2 Ịg rì V- di *r ò> $ T- T- ^ ri !\ n s ?

Kích thước khối truyền tải

Hình 7.21. Khối lượng đục lỗ phụ thuộc vào kích thước khối truyền tải

Đục lồ (hay lặp) được điều khiển bởi hai thông số r và s theo cách giống như đối với tầng phối hợp tốc thứ hai của HS-DSCH (hình 7.20). Nếu s = Ì, các bít hệ thống được ưu tiên và khối lượng đục lỗ nhu nhau đối với hai luồng bít chẵn lẻ. Nếu s = 0, trước hết đục lỗ được áp dụng cho các bít hệ thống. Mầu đục lồ được điều khiển bởi thông số r. Đối với truyền dẫn thử lần đầu, r được đặt bàng không và nó được tăng dần trong các lần phát lại. Vì thể bằng cách thay đổi r, nhiều lần


và phần nào chống lấn lên nhau, có thể tạo ra các tập bít được m ã hóa thể hiện các bít thông tin. Lưu ý ràng thay đổi s cũng ảnh hưởng đến mẫu đục lỗ ngay cả khi r không thay đổi, vì các khối lượng các bít hệ thống và các bít chẵn lẻ khác nhau sẽ được đục lủ đối với hai giá trị của s.

Lặp được áp dụng như nhau cho cả ba luủng, nếu sổ lượng bít kênh khả dụng lớn hon số lượng- các bít nhận được từ bộ m ã hóa Turbo, ngược lại đục lỗ được áp dụng. Khác với DCH, nhung giống như HS-DSCH, quá trình phối hợp tốc độ của E-DCH đục lủ có thể áp dụng cho cả các bít hệ thống chứ không phải chỉ cho các bít chẵn lẻ. Điều này được sử dụng để tăng phần dư, khi một số phát lại chúa chủ yếu các bít chẵn lẻ.

Các giá trị s và r được xác định từ phiên bản phần dư (RV: Redundancy Version), đến lượt minh RV lại liên kết với số thứ tự phát lại (RSN: Retransmission Sequence Number). RSN được đặt bằng không cho lần phát đầu và tâng thêm một cho mủi lần phát lại.

So với HS-DSCH, điểm khác biệt chính là sự hỗ trợ chuyền giao mềm trên kênh E-DCH. Vì không phải tất cả các ô liên quan đều có thê thu được truyền dẫn trong chuyển giao mềm. Nên trong trường hợp này truyền dẫn với khả năng tự giải m ã (s = Ì) lợi hơn vì các bít hệ thông quan trọng hơn các bít chẵn lẻ đề đạt được giải m ã thành công. Nếu phần dư tăng toàn bộ được sử dụng trong chuyển giao mềm, thì có thể xảy ra rằng truyền dẫn lần đầu chứa các bít hệ thống (s = 1) không được thu t i n cậy trong một ô, trong khi đó truyền dẫn lần hai chứa hầu hết các bít chằn lè (s = 0) được thu. Điều này có thể dẫn đến giảm cấp chất lượng. Tuy nhiên tốc độ số liệu trong chuyển giao mềm thường phần nào thấp hơn (tỷ lệ m ã thấp hơn) vì trong hầu hết các trường hợp UE ở xa nút B khi chuyển vào chuyển giao mềm. Vì thế các phiên bản dư được định nghĩa sao cho tất cả các truyền dẫn đều có khả năng tự giải m ã (s = Ì) cho các khuôn dạng truyền tải trong đó tỳ


lệ mã ban đầu thấp hơn 0,5, trong khi các khuôn dạng truyền tải còn lại kể cà phát lại đều không thể tự giải mã. Bằng cách thiết kế này, khi chuyển giao mềm, khả năng tự giải mã được tự do hem. Thiết kế này cũng phù họp với thực tế là phần du tăng (s = 0 cho một số phát lại) cho độ lợi nhất khi tỷ lệ mã ban đầu cao.

Chuyển đổi từ RSN thông qua RV vào các thông số r và s được minh họa trên hình 7.22. Đây là chuyển đổi bụt buộc không thể lập cấu hình ngoại trừ việc báo hiệu lóp cao hơn có thể được sử dụng để bụt buộc ƯE luôn sử dụng RV = 0 không lệ thuộc vào RSN. Nghĩa là các phát lại có cùng các bít được mã hóa như lần phát đầu (kết hợp săn bụt). RV = 0 được sử dụng khi khả năng nhớ của nút B bị hạn chế. Lưu ý rằng đối với RSN = 3, RV liên kết với số khung (khung con). Lý do là để cho phép thay đổi các mẫu đục lồ ngay cả trong các tình trạng khi số lần phát lại lớn hơn ba được sử dụng.

RSN

RV

RSN Tỷ lệ m ã ban đau <0,5

Tỳ lệ ma cao > 0,5

0 0 0

1 2 3

2 0 2

3 0 hoặc 2, liên

kết với số khung 0,1,2 hoặc 3, liên kết V Ớ I số khung

RV

RV s r

0 1 0

1 0 0

2 1 1

3 0 1

—v~ s = 0

Các truyền dân có khả nàng tự giải m ã

~w~ s = 0 hay s = 1

Hình 7.22. Chuyền đôi RSN qua R V vào s, r

7.6.3. Hoạt động của giao thức HARQ Giao thức HARQ sử dụng nhiều xử lý HARQ dừng - đợi giống

như HS-DSCH. Cách làm này cho phép phát liên tục (điều này không thể đạt được bàng sơ đồ dìrng-đợi một lần phát) với việc sử dụng một giao thức dừng - đợi đơn giản.


Nhu đã nói ở trên, hồ trợ chuyển giao mềm là sự khác biệt chính giữa đường lên và đường xuống. Điều này cũng ảnh hưởng lên số lượng các xử lý HARQ. Đối với HSDPA, số lượng này được lập cấu hình phù hợp cho các thực hiện nút B khác nhau. Mặc dù có thể sử dụng cùng mạt cách tiếp cận như vậy cho HSUPA, nhưng chuyển giao mềm giữa hai nút B của hai nhà bán máy khác nhau sẽ rất phức tạp. Trong chuyển giao mềm tất cả các nút B liên quan đều phải sử dụng cùng mạt sổ lượng các xù lý HARQ như nhau, điều này phần nào làm mất tính linh hoạt đối với lập cấu hình số lượng xử lý, vì tất cả các nút B bắt buạc phải có ít nhất là mạt cấu hình chung. Để đom giản hỏa cấu trúc tổng thể, số lượng xử lý HARQ của tất cả các nút B được quy định cố định. sổ lượng xử lý HARQ phụ thuạc rất nhiều vào việc định thời phát ACK/NAK trên đường xuống. Đối với các T r i có đạ dài 10 hoặc 2ms, số lượng xử lý (NHARQ) tương ứng sẽ là 4 và 8. Kết quả là thời gian truyền vòng HARQ là 4x10 = 40 và 8x2 = 16ms. Sử dụng HARQ đồng bạ cũng là điểm khác biệt với HSDPA. Trong sơ đồ đồng bạ, số lượng xử lý HARQ được rút ra từ số khung (khung con) và không cần thông báo. Điều này có nghĩa là các truyền dẫn trong mạt xử lý HARQ có thể được thực hiện mạt lần trong khoảng thời gian NHARQTTI. Điều này cùng có nghĩa là phát lại (nếu cần) luôn xảy ra trong các khoảng NHARỌTTI sau lần phát trước. Lưu ý rằng điều này không ảnh hưởng lên trễ cho đến khi phát lần đầu có thể được thực hiện vì phát số liệu có thể khởi đầu tại mọi xử lý khả dụng. Sau khi phát số liệu trong mạt xử lý đã bắt đầu, các phát lại sẽ được thực hiện cho đến khi thu được ACK hoặc số lần phát lại cực đại (số lần phát lại cực đại được lập cấu hình bời RRC thông qua báo hiệu RRC). Các phát lại được thực hiện mà không cần các cho phép lập biểu; chỉ cần lập biểu cho lần phát đầu. Vì bạ lập biểu trong nút B biết rõ sẽ có phát

lại hay không, nên nó có thể dự tính được nhiễu từ các phát lại (không được lập biểu) khi đưa ra quyết định lập biểu cho những người sử dụng khác.

310 Giáo trình Lộ lành phát triển thông tin di động 3G lên 4G

7.6.4. Lý do sử dụng hai độ dài T T I Trong khi HSDPA chi hồ trợ một TTI (2ms), thì HSUPA có thể

hỗ trợ hai độ dài TTI (2ms và Ì Oms). TTI 2ms được hỗ trợ để giảm trễ còn TTI lOms được hỗ trợ để đảm bảo hoạt động tại biên ô.

Đổi với số liệu có tốc độ thấp hơn 2Mbit/s, dung lượng không phụ thuộc vào TTI. Tuy nhiên khi tốc độ số liệu cao hơn 2MbiƯs, kích thước khối sử dụng độ dài Ì Oms quá lòn và vì thế chi có thể đảm bảo các tốc độ sổ liệu cao hơn 2Mbit/s bằng cách sử dụng TTI 2ms. Đổi với các ô vĩ mô, các tốc độ bít trên đưởng lên cũng bị giới hạn do hạn chế công suất phát. Điều này có nghĩa là TTI lOms sẽ là giá trị ban đầu khi mới triển khai hệ thống, điều này cũng được thể hiện ở các khả năng của UE (2ms TTI là tùy chọn cho hầu hết các loại UE).

Nếu không xảy ra quá nhiều phát lại thì việc sử dụng 2ms TTI rất có lợi vì trễ giữa các phát lại sẽ ngắn hơn so với trưởng họp lOms. Tuy nhiên sẽ gặp phải vấn đề khi tiến đến gần biên ô, khi này báo hiệu sử dụng chu kỳ 2ms bắt đầu tiêu thụ nhiều công suất đặc biệt là tại nút B. Điều này được minh họa trên hình 7.23. Khác với HSDPA, số ngưởi sử dụng có thể tích cực đồng thởi lớn hơn nhiều vì thế để đàm bảo báo hiệu đưởng xuống cho số lượng lớn những ngưởi sử dụng với việc sử dụng chu kỳ 2ms là không thể.

I . 1 ổ phục vụ E-DCH/HSDPA

2ms Tri lẫn 10ms TTI

Hình 7.23. Áp dụng 2ms TTI và lOms TT1 trong một ó


7.6.5. Chuyển theo t h ứ t ự

Giống như trường hợp HS-DSCH, các xử lý HARQ cùa E-DCH tự mình không thể đảm bảo chuyển theo thứ tự vì không có tương tác giữa các xử lý này. Ngoài ra, trong các tình trạng chuyển giao mềm, sổ liệu được thu từ các nút B một cách độc lập và vì thế được thu tại RNC theo thứ tự khác với khi phát. Ngoài ra các khác nhau trong trấ truyền tải Iub/Iur có thể dẫn đến việc chuyển không đúng thứ tự đến RLC. Vì thế cần thực hiện chuyển theo thứ tự tại lớp trên lớp MAC-e và một thực thể sấp đặt lại (thực thể M Á C riêng biệt) đã được định nghĩa tại RNC cho mục đích này: MAC-es. Trong E-DCH, sắp đặt lại luôn luôn được thực hiện cho từng kênh logic để đảm bảo tất cả số liệu đối với một kênh logic phải được truyền theo thứ tự đến thực thể RLC tương ứng. Có thể so sánh điều này với HS-DSCH trong đó sắp xếp lại được thực hiện trong các hàng đợi sắp đặt lại khả lập cấu hình.

Cơ chế thực tế để thực hiện sắp xếp lại trong RNC là thực hiện đặc thù và không được chuẩn hóa, nhưng sử dụng các nguyên lý giống như được đặc tả cho HS-DSCH. Vì thế mỗi MAC-es PDU phát từ UE chứa một so trình tự phát (TSN: Transmit Sequence Number), số này được tăng đối với mồi lần phát trên một kênh logic. Bằng cách sáp đặt theo thứ tụ các MAC-es P D Ư dựa trên TSN, chuyển theo thứ tự đến các thực thể RLC được đảm bào.

Thiếu do mất trên lub hay lỗi trong báo hiệu HARQ

Trấ do số lần phát lại PDU 1 lớn

Hình 7.24. Cơ chế sắp đặt lại

Để minh họa cơ chế sắp đặt lại, ta xét tình huống trên hình 7.24. RNC nhận được các MAC-es PDU 0, 2, 3 và 4, tuy nhiên các MAC-es

£ _3 2_ 1


PDU Ì và 4 vẫn chưa nhận được. Trong trường hợp này RNC không thể biết được ràng vì sao các PDU Ì và 4 lại thiếu và nó cần lưu lại các PDU 2, 3 và 5 trong bộ đệm sắp đặt lại. Ngay khi nhận được PDU Ì, các PDƯ Ì, 2,3 được chuyển đến RLC.

Cơ chế sắp đặt lại cùng cần xử lý tình trạng trong đó các PDU bị mất vĩnh viễn, chẳng hạn mất trên Iub, các sai lải trong báo hiệu HARQ hoặc trong trường hợp số lần phát lại đã đạt đến giá trị cực đại mà vẫn không giải mã thành công. Trong các tình huống này, cần có cơ chế tránh ngưng trệ, nghĩa là cơ chế phòng ngừa việc sơ đồ sắp đặt lại đợi các gói PDU không bao giờ đến. Nếu không, PDU 5 trên hình 7.24 sẽ không bao giờ được chuyển đến RLC.

Cơ chế tránh ngưng trệ có thể đạt được bàng cách sử dụng một bộ định thời giống như những gì được đặc tà cho UE trong HS-DSCH. Đồng bộ tránh ngưng trệ chuyển các gói đến thực thể RLC nếu một PDU đã bị thiếu trong một khoảng thời gian nhất định. Nếu cơ chế tránh ngưng trệ chuyển các gói đến thực thể RLC quá sớm, thì có thể dẫn đến các phát lại RLC không cần thiết khi PDU này chi bị trễ, chẳng hạn do có quá nhiều phát lại HARQ. Trái lại nếu các PDU bị giữ quá lâu trong bộ đệm sắp xếp lại, hiệu năng sẽ bị giảm cấp do trễ tăng.

Để cải thiện cơ chế tránh ngưng trệ, nút B thông báo thời gian (số khung hay khung con) cho RNC khi một PDU được giải mã đúng, cũng như số lần phải phát lại trước khi PDU này được giải mã đúng. RNC có thể sử dụng thông tin này để tối ưu hóa chức năng sắp đặt lại. Ta xét ví dụ trên hình 7.23. Nếu PDU 5 trong ví dụ trên cần 4 lần phát lại và số lần phát lại cực đại được lập cấu hình bàng 5, RNC biết răng PDU 4 chua đến trong khoảng thời gian truyền vòng của HARQ (cộng thêm một khoảng dự trữ do trê Iub) sau PDU 5, thì nó cỏ nghĩa bị mát vĩnh viễn. Trong trường hợp này, RNC chi phải đợi một khoảng thời gian truyền vòng trước khi chuyển PDU 5 đến RLC.

Chương 7: Truy nhập gói đường lên tốc độ cao, HSUPA 3 1 3

7.6.6. Các tiêu đê của MAC-e và MAC-hs

Để hỗ trợ sấp đặt lại và phân kênh các PDU từ các luồng MAC-d khác nhau. cần có báo hiệu tương ứng trong băng ở dạng các tiêu đề MAC-d và MAC-es. cẩu trúc của các tiêu đề MAC-e/es được minh họa trên hình 7.25.

Chi thị sổ lượng MAC-d POU vả chủng thuỏc

kênh logic nào

Sổ lượng

MAC-d PDU

Sổ trình tự

\ / N, MAC-d PDU

Tiêu đè MAC-e

I TSN| MAC-đ PDU -|MAC-d PDU DOI 2 N 2

MAC-Ờ PDU Ị

PD'i\ Ni Ịppi;| Ị — - - [ D D I n | NnỊDDIoỊ Nọ |MAC-esPDU Ị MAC-e5PDU2 Ị- -Ị MAC-esPDUn Ị Đ ệ m

Tiêu đè M Á C H

Khổi truyền tài

Hình 7.25. cẩu trúc khuôn dạng của MAC-e/es PDƯ

Một sổ MAC-d PDU có cùng kích thước và đến từ cùng một kênh logic được móc nổi với nhau. Chỉ thị mô tả số liệu (DDI: Data Description Indicator) cung cấp thông tin về việc các PDƯ này thuộc kênh logic nào cũng như kích thước các PDU cùa chúng, s ố lượng các PDU được chì thị bời N. s ố trình tự phát (TSN) được sử dụng để hồ trợ sắp đặt lại thứ tự nhu đã trình bày trong phần trước, TSN được gắn vào một tập MAC-d PDU.

Tiêu đề MAC-e bao gồm một sổ cặp DDI và N. RRC thực hiện chuyển đổi trường DDI vào kích thước MAC-d PDU, nhận dạng kênh logic và nhận dạng luồng MAC-d. Kênh logic cũng nhận dạng duy nhấp hàng đợi sắp đặt lại thứ tự vì sắp đặt lại thứ tự trong E-DCH được thực hiện cho từng kênh logic.

Chuồi các trường DDI và N được kết thúc bằng một giá trị quy định trước của DDI để chỉ thị kết thúc tiêu đề MAC-e. Sau tiêu đề

314 Giáo trình Lộ trình phái Iriẽn thông tin di động 3G lên 4G

MAC-e là một số MAC-es PDU, trong đó số lượng các MAC-es PDƯ bằng số lượng các cặp DDI và N trong tiêu đề MAC-e (không kể giá trị DDI quy định trước để chỉ thị kết thúc tiêu đề MAC-e). Sau MAC-es PDU cuối cùng có thể là phần đệm để lấp vừa vào kích thước khối truyền tải.

Trong một số trường hợp, tiêu đề MAC-e có thể chứa 18 bít thông tin lồp biểu bằng cách sử dụng một giá trị DDI đặc biệt.

7.7. BÁO HIỆU ĐIÊU KHIẾN Để hồ trợ truyền dẫn E-DCH trên đường lên, ba kênh đường

xuống mang thông tin báo hiệu điều khiển ngoài băng dưới đây được định nghĩa:

Ì. E-HICH là kênh vồt lý được phát từ từng ộ trong tồp tích cực và được sử dụng để mang các công nhồn HARQ.

2. E-AGCH là kênh vồt lý chia sẻ chỉ được phát từ ô phục vụ và được sử dụng để mang các cho phép tuyệt đối.

3. E-RGCH mang các cho phép tương đối. Trong ô phục vụ, E-RGCH là kênh vồt lý riêng mang các cho phép tương đối. Trong ô không phục vụ, E-RGCH là kênh vồt lý chung mang chỉ thị quá tải

Như vồy một UE sẽ nhồn được nhiều kênh điều khiển vồt lý đường xuống. Từ ô phục vụ, UE nhồn E-HICH, E-AGCH và E-RGCH. Từ từng ô không phục vụ UE nhồn E-HICH và E-RGCH.

Báo hiệu điều khiển đường lên ngoài băng cũng cần thiết đê chỉ thị E-TFC mà UE lựa chọn, RSN và bít hạnh phúc. Thông tin này được mang trên E-DPCCH đường lên.

Ngoài báo hiệu điều khiển ngoài băng liên quan đến E-DCH, cũng cần có báo hiệu điều khiển đường xuống để truyền các bít điều

Chương 7: Truy nhập gói đường lên tốc độ cao. HSUPA 315

khiển công suất. Nói chung không khác gì với WCDMA, báo hiệu này được mang trên (F-) DPCH. Tương tự. DPCCH có mặt trên đường lên để cung cấp tần số sóng mang tham khảo cho giải điều chế nhất quán. Tổng kết các báo hiệu điều khiến ngoài băng liên quan đến E-DCH được cho trên hình 7.26.

ô phục vụ ô không phục vụ

Hình 7.26. Báo hiệu ngoài băng liên quan đến E-DCH

7.7.1. E-HÍCH

E-HICH là một kênh vật lý dành riêng mang các công nhận HARQ để thông báo cho UE về kết quả tách tín hiệu E-DCH tại nút B. Nút B phát hoặc ACK hoặc NAK tùy thuộc và việc giải mã khối truyền tải E-DCH thành công hay thất bại. NAK địng thời cũng là yêu cầu phát lại. Để không lãng phí công suất phát đường xuống nút B chỉ phát E-HICH khi nó phát hiện có phát từ ƯE, nghĩa là phát hiện có nâng lượng trên E-DCCH hoặc E-DPDCH.

ACK/NAK được chuyển đổi vào các giá trị của kênh E-HICH theo bảng 7.4.

Mặc dù ACK/NAK chi mang thông tin một bít, nhưng chúng được phát trong thời gian 2 hoặc 8ms tùy thuộc vào cấu hình TTI. Điều này đảm bảo ràng năng lượng nhận được đủ lớn đế thỏa mãn các yêu cầu lỗi khá chặt chẽ cùa báo hiệu ACK/NAK mà không cần công suất đinh cao đối với E-HICH.


Bảng 7.4. Chuyên đôi ACK/NAK vào giá trị kênh

Thu E-OCH Tri Đáp ứng logic

Truyền dân trên E-HICH

Thu E-OCH Tri Đáp ứng logic

Các ô trong cùng một RLS với ô phục vụ HSUPA

Các ố khác

Thu TTI đúng ACK +1 +7 Thu TTI sai NAK -1 O(DTX)

Không thu được T r i 0 (DTX) 0 (DTX)

Để tiết kiệm mã định kênh đường xuống, nhiều ACK/NAK được phát trên cùng một mã định kênh với hệ số trải phổ 128 (hình 7.27). ACK/NAK một bít được nhân với chuỗi chữ ký dài 40 bít (có độ dài bàng một khe) tại hệ số trải phổ quy định 128. Thù tục tương tự được sậ dụng cho 3 hoặc 12 khe thời gian tùy thuộc vào E-DCH TTI để đạt được khoảng thời gian báo hiệu 2ms hoặc 8ms. Điều này cho phép các UE chia sẻ một mã định kênh và nhờ vậy giảm đáng kể khối lượng mã cần dùng cho E-HICH.

Chuỗi 1 bít trực giao 3 khe (I20bit)

/ UE, I ACK/NAK 1 bi

Cho phép tương , <>>*v->

đối 1 bít

UỊpl. Ị 0ẳc4íần

Chuỗi trực giao

Cho phép tương • đối ì bít

^ hoặc 12 khe

7680 chip/2ms

Mã định kênh SF=128

Khung con 2ms

Chuỗi bực giao

Hình 7.27. cấu trúc E-HICH và E-RGCH (từ ô phục vụ)

Tuông quan tương hỗ giữa các chuồi chữ ký khác nhau thay đổi theo chỉ số chuỗi, nhảy chuỗi chữ ký được sậ dụng để trung bình hóa các khác biệt này. Sậ dụng nhảy cho phép chuồi chữ ký cùa một UE


thay đổi từ khe này sang khe khác theo mẫu nhảy như minh họa trên hình 7.28.

Cả E-HICH và E-RGCH đều sử dụng cùng một cấu trúc và để đem giàn hóa thực hiện UE, E-RGCH và E-HICH đối với một UE sẽ được ấn định cùng một mã định kênh và cùng một mã ngẫu nhiên hóa. Vì thế Với 40 chuẻi chữ ký. 20 người sử dụng, mẻi người có Ì E-RGCH và Ì E-HICH có thể chia sẻ một mã định kênh. Lưu ý rằng công suất cho E-HICH và E-RGCH của những người sử dụng khác nhau có thể khác nhau mặc dù họ chia sẻ cùng một mã định kênh. số thử tự

chuỗi chữ ký Lặp lại chuỗi

* • Số thứ tự khe 0 1 2 3 4 5

Hình 7.28. Minh họa nhảy chữ ký

Khi một nút B xử lý nhiều ô (đoạn ó) và một UE được nối đèn các ô này, nghĩa là UE đang ờ chuyển giao mềm hơn giũa các ô này, hợp lý hơn cả là nút B này phát cùng một thông tin ACK/NAK đến UE trong tất cả các ô này. Vỉ thế ƯE sẽ thực hiện kết hợp mềm E-HICH trong trường hợp này và báo hiệu nhận được trên từng E-HICH (thu được từ cùng một nút B) sẽ được cộng nhất quán với nhau trước khi giải mã. Phương pháp này giống như phương pháp kết hợp bít điều khiển công suất đã được sử dụng trong phát hành đầu tiên của WCDMA.

Sơ đồ điều chế sử dụng cho E-HICH khác nhau đối với ô phục vụ và các ô không phục vụ. Trong tập các đường truyền vô tuyến phục vụ,

318 Giáo trình Lộ trình phút triên thông tin di động 3G lên 4G

BPSK được sử dụng, còn trong các tập đường truyền vô tuyến không phục vụ, OOK (On-Off Keying: khóa bật tắt) được sử dụng sao cho NAK được đặt và DTX (không có năng lượng phát). Lý do sử dụng các sắp xếp khác nhau là để giảm thiểu tiêu thụ công suất đường xuống. Nói chung, BPSK nên dùng hơn nếu ACK được phát cho hầu hết các trường hợp, trong khi tiêu thụ công suất trung bình thấp hơn đổi với OOK khi NAK được phát nhiều hơn 7 5 % thời gian vì không có năng lượng cho phát NAK. Khi UE không nằm trong chuyển giao mềm, chỉ có ô phục vụ nằm trong tập tích cạc và ô này sẽ phát hiện sạ có mặt của phát đường lên trong hầu hết thời gian.Vì thế BPSK nên dùng cho các ô phục vụ. Trái lại trong chuyển giao mềm, thông thường nhiều nhất chi có một ô là có khả năng giải mã được phát đường lên, vì thế hầu hết các ô sẽ phát NAK dẫn đến OOK hấp dẫn hon. Ngay cả khi có phát lên, nếu không phát hiện được sạ phát này tại nút B, sẽ không có năng lượng được phát xuống (DTX) như đã nói ở trên. Vì thế máy thu E-HICH trong ƯE phải có khả năng xử lý cả trường hợp DTX, mặc dù từ quan điềm giao thức chỉ có các giá trị ACK và NAK là được đặc tả.

Cấu trúc khung vô tuyến của E-HICH được cho trên hình 7.29.

Ị Ị bít thông tin ~ ~ l E-HICH/E-RGCH

3 khe, 7680 chip, 120 bít kênh ị

Chuỗi chữ kỷ dài 40 bít

*••;•... 1 khe, 2560 chip, 40 bít

Khe#0 Ị Khe#1 Khe #2 Khe#0 Ị Khe#1 Khe #2 si I Khe #i I |Khe#14| si I Khe #i I |Khe#14| ;

Khung con 2ms

Khung vô tuyến 10ms

Hình 7.29. cẩu trúc khung vô tuyến E-HICH

Chương 7: Truy nhập gói đường lên tắc độ cao, HSUPA 319

7.7.2. E-AGCH E-AGCH là một kênh chia sẻ mang thông tin cho phép lập biểu

tuyệt đổi bao gồm:

- Tỳ số công suất E-DPDCH/DPCCH cực đại mà UE được phép sử dụng cho E-DCH (5 bít)

- Cờ tích cực (Ì bít) được sử dụng để tích cục (hoọc không tích cực) các xử lý HARQ

- Một sổ nhận dạng để nhận dạng UE (hay nhóm ƯE) mà thông tin E-AGCH cần chuyển đến (16 bít). số nhận dạng này không được phát tường minh mà ẩn tàng trong tính toán CRC. UE phát hiện nhận dạng bàng cách lọc CRC cùa P-AGCH bàng một mọt nạ để lấy ra số nhận dạng, nếu trùng nhau thì có nghĩa là đủng là nhận dạng cùa nó. Mồi UE có thể có đến hai nhận dạng, UE-id sơ cấp/thứ cấp hay nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến E-DCH sơ cấp/thứ cấp (E-RNTI), nếu nó phát hiện đirợc một trong hai nhận dạng này thì có nghĩa là truyền dẫn dành cho nó.

Cấu trúc cùa E-AGCH rất giống với cấu trúc cùa HS-SCCH của HSDPA. 16 bít CRC được tính toán dựa trên 6 bít thông tin và được lọc qua một mọt nạ (thao tác and theo từng bít) là ƯE-id sơ cấp hay thứ cấp. Với các nhận dạng này, UE biết được truyền dẫn E-AGCH có dành cho nó hay không.

Mã hóa xoắn tỳ lệ 1/3 được sử dụng cho E-AGCH và các bít được mã hoa được phối họp tốc độ để đạt đến 60 bít tương ứng với thời gian 2ms tại hệ số trải phổ 256 (hình 7.30). Trong trường hợp lOms E-DCH TTI, cấu trúc 2ms được láp 5 |lần. Lưu ý rằng một mã định kênh có thể xử lý một ô với cà hai TTĨ vì thế không cần dành hai mã định kênh trong một ô để trộn các TTI. Các ƯE có 2ms TTI sẽ giải mã từng khung con lOms E-AGCH mà không cần tìm số nhận dạng của nó. Tương tự lOms TTI UE sẽ kết hợp năm khung con trước khi giải mã và kiểm tra CRC sẽ thất bại nếu cho phép không dài lOms. Đối với


lập biểu theo nhóm, có lẽ rằng cùng một cho phép sẽ không phát cho cả hai loại 2ms UE và lOms UE (mặc dù có thể sử dụng) mà cho phép tuyệt đối cho hai nhóm UE này có thể được gửi tách riêng theo thời gian trên cùng một mã định kênh.

số nhận dạng (16 bít)

_£_ Zờ tích cực 1 bít

"ỳ số công • suỗt 5 bít

Ghép kênh Gắn CRC chứa ID

M ã hóa xoắn r=1/3 Đục lỗ ị Lặp năm lằn Ị

H(chìcho 10msTTI)ị"*

Hình 7.30. cấu trúc mã hóa E-AGCH

Mỗi UE có năng lực E-DCH sẽ thu một E-AGCH (mặc dù có thể có một hay nhiều E-AGCH được lập cỗu hình trong một ô) từ ô phục vụ. Mặc dù yêu cầu UE phải giám sát E-AGCH cho thông tin hợp lệ đối với từng TTI, nhưng thông thường giải thuật lập biểu chi thinh thoảng gửi E-AGCH đến UE. ƯE có thể phát hiện thông tin này có hợp lệ hay không (có gửi cho nó hay không) bằng cách kiểm tra ID cài trong CRC.

Hình 7.31 cho thỗy cỗu trúc khung vô tuyến của E-AGCH

6 bít thông tin + 16 bít CRC được lọc mặt nạ bời 16 bít id và được mà hóa thành 60 bít kênh E-AGCH

3 khe, 7680 bít thõng tin

Khe#0 K h e n Khe #2 s . •—. 5 — V ị "•—J kị I Khe #i I Ị Khe #14|

Khung con 2ms


Hình 7.3Ị. cẩu trúc khung vô tuyến của E-AGCH

7.7.3. E-RGCH

Các cho phép tương đối được phát trên E-RGCH và cỗu trúc truyền dẫn cho E-RGCH giống như E-HICH. UE đợi nhận một cho phép tương đối từ từng ô trong tập tích cực trong từng T r i . Vì thế các


cho phép tương đối có thế được phát từ cà ô phục vụ lẫn các ô không phục vụ.

Từ ô phục vụ, E-RGCH là một kênh vật lý dành riêng và giá trị báo hiệu có thể là một trong ba giá trị sau: +1, DTX và - Ì tương ứng với ÚP (tăng), HOLD (giữ nguyên) và DOWN (giảm). Giống như E-HICH, thời gian của E-RGCH bàng 2 hoỉc 8ms phụ thuộc vào cấu hình E-DCH T r i .

Từ các ô không phục vụ, E-RGCH là kênh vật lý chung, thực chất 'chỉ thị quá tải' chung được sử dụng để hạn chế lượng công suất giữa các ô. Giá trị trên kênh E-RGCH từ các ô không phục vụ chi có thể là: DTX và - Ì, tương ứng với không quá tải và DOWN. E-RGCH từ các ô không phục vụ cỏ thời gian là lOms không phụ thuộc vào cấu hình E-DCH TTI. Lưu ý ràng hình 7.27 thể hiện cho ô phục vụ vì mồi UE được ấn định một cho phép tương đối riêng (từ các ô không phục vụ, E-RGCH chung cho nhiều UE).

Bảng 7.5 cho thấy chuyến đổi bản tin điều khiển công suất tương đối vào giá trị truyền dẫn E-RGCH.

Bảng 7.5. Chuyển đỏi bàn tin điều khiển công suất tương đối

vào giá trị truyền dẫn E-RGCH

Quyết định của bộ lỉp biểu Bảng tin

cần phát

Truyền dẫn trên E-RGCH

Quyết định của bộ lỉp biểu Bảng tin

cần phát Các ô trong cùng một RLS* với ô phục vụ HSUPA

Các ô khác

Cấp thêm cho UE Giám cấp cho UE Giữ nguyên như đã cấp

ÚP DOWN HOLD

+1 -1

0 (DTX)

Không cho phép 1

0 (DTX)

RLS: Radio Link Sét: tập đường truyền vô tuyến; tập đường truyền phát từ cùng một nút B và củng một lệnh điêu khiển công suất (cùng một nội dung) đẻ cho phép UE thực hiện kết hợp mềm các kênh này.


Mỗi ô có thể sử dụng 40 chữ ký (20 cho E-HICH và 20 cho E-RGCH) để ghép chung các kênh này lên cùng một mã định kênh. Hình 7.32 cho thấy ghép các kênh E-HICH và E-RGCH trên cùng một mã.

Chuỗi trực giao dài 40 bít

Mã hóa kênh bằng mà có SF=128

E-HICH (+1,0,-1)

ị —<ẳ>-

ị E-RGCH __ k A ? V —*

(+1,0,-1) n

ị , E- H | C H J (+1,0,-1) * v y w

_^ Đến bộ kết hợp với các kênh đường xuống khác

Hình 7.32. Ghép các kênh E-HỈCH và E-RGCH

7.7.4. Định thòi Cấu trúc định thời đối với các kênh điều khiển đường xuống

(E-AGCH, E-RGCH, E-HICH) được thiết kế để đáp ứng một số yêu cầu. Tở quan điểm mức độ phức tạp, việc sử dụng các cơ sở định thời bổ sung trong UE là không nên và vì thế tương quan định thời có thể dựa trên hoa tiêu chung hay DPCH đường xuống vì định thời của các kênh này cũng cần được ƯE xử lý.

Các kênh chung, E-RGCH tở ô không phục vụ và E-AGCH, được nhiều UE giám sát và phải có định thời chung. Vì thế tương quan định thời của các kênh này được định nghĩa như là khoảng dịch so với hoa tiêu. Thời gian cùa E-AGCH bàng E-DCH Tri tùy theo cấu hình của UE. Đối với E-RGCH tở ô không phục vụ, thời gian này luôn bằng lOms không phụ thuộc và TTI. Cách làm này đem giàn hóa việc cho phép các UE với các TTI khác nhau hoạt động trong cùng một ô mà vẫn đảm bảo kiểm soát nhiễu giũa các ô khá nhanh.


Các kênh riêng, E-RGCH từ ô phục vụ và E-HICH, là duy nhất đối với từng UE. Để duy trì trễ xử lý như nhau trong UE và trong nút B không phụ thuộc vào khoảng dịch định thời UE so với hoa tiêu chung, định thời của chúng đuợc quy định tương đối so với DPCH đường xuống.

Cấu trúc cùa E-HICH trong đó nhiều E-HICH chia sẻ cùng một mã định kênh chung, gây ảnh hường lên thiết kế các quan hệ định thời. Đe duy trì tính trầc giao giữa những người sử dụng dùng chung một mã định kênh, cấu trúc khung (khung con) cùa các E-HICH phải được đồng bộ, Vì thế định thời E-HICH được rút ra từ định thời DPCH, được điều chinh đến khung con 2ms gần nhất mà không vi phạm yêu cầu nhỏ nhất của quá trình xử lý cùa ƯE.

I0ms

Hoa têu chung

E-AGCH

E-RGCH (các UE má đòi với chúng ô náy không phái ố — phục vụ) E-HICH@NutB In E-RGCH@NútB

E-HICH@UE E-RGCH@UE

0PCH@NứtB

0PCH@UE

E-DCH@UE

E-DCH@NÚIB,

Khung ì l i Ị Ị Ị Ị Ị Ị • Ị • l i . Prop: Iruyèn lan

m\ i

lu Ị

Liên két với

Liên kê) với khung ì Ị Ị , 5129 chip N.TTI =40ms

M I I U

• • • • •

tn.DPCH Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị É Ị

1024 chip. H-1

Ị m u m m i u

Hình 7.33. Tương quan thời gian đoi với các kênh đường xuống, ỈOms Tri


Hoa tiêu chung

E-AGCH

E-RGCH (Các UE má đối với chúng ó này không phải ố phục vụ)

E-HICH@NútB E-RGCH@Nút B

E-HICH@UE E-RGCH@UE

DPCH@NútB

DPCH@UE

E-DCH@UE

10 ms Ị >

Khung i Ị L U

1024

Ị prop: truyền lan

Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị

5120 chip N-TTI

Tn.HIXH i+1

prap_ ụ

' U E T NùtB -*! ft — •

tn.lpPCH

prop

I Ị Ị i+1

•4-

chip

E-DCH@NủtB prop

ị 1 1 ' • ' • 1

1 Ị i+1

í*—

• • Ị—ả—Ị

Hình 7.34. Tương quan định thời cho 2ms Tri

Sổ xử lý HARQ ảnh hưởng trực tiếp lên quỹ trễ trong UE và nút B. Số xử lý HARQ càng nhỏ, thời gian quay vòng càng tốt nhưng các yêu cầu thực hiằn càng chặt chẽ hơn. s ố xử lý HARQ cho E-DCH được quy định bằng bốn trong trường hợp lOms và l o trong trường hợp 2ms. Tổng quỹ trễ được phân chia giữa UE và nút B và được cho bởi các biểu thức liên hằ giữa định thời DPCH đường xuống với bán khung E-DCH tương ứng. Đẻ giảm nhẹ yêu cầu đối với UE, để cho phép tăng thời gian xử lý của nút B thêm 2ms mà không tăng thêm các yêu cầu đối với UE, thời gian E-HICH bàng được quy định 8ms thay vì lOms trong trường họp lOms E-DCH TTI. Lưu ý ràng các trễ xử lý cho phép trong UE và nút B thay đổi trong khoảng thời gian 2ms phụ


thuộc vào cấu hình định thời của DPCH đường xuống. UE không thể khai thác được dự trữ này vì nó không thể điều khiển cấu hình mạng vì thế thiết kế UE phải xét đến trường hợp tồi nhất. Trái lại nút B có thể khai thác được dự trữ này nếu mạng được lập cấu hình để nhận được thời gian xử lý lớn nhất.

Để đơn giản, định thời E-RGCH tọ ô phục vụ cũng giống như định thời của E-HICH. Điều này cũng cho phép đồng bộ việc giải nghĩa cho phép tương đổi trong UE so với TTI trước trong cùng một xử lý HARQ, nghĩa là quan hệ này cùng đúng đối với ACK/NAK.

Các quan hệ định thời đường xuống được minh họa trên hình 7.33 cho lOms E-DCH TTI và hình 7.34 cho 2ms Tri. Bảng 7.6 cho thấy tồng quan về các giá trị gần đúng cùa trễ xử lý trong UE và nút B.

Bảng 7.6. Thời gian xử lý tối thiểu của VE và nút B.

Lưu ý rằng trễ truyền lan phải được đưa vào quỹ định thời cùa nút B 10ms E-DCH Tri 2ms E-DCH TTI

Sổ lượng xử lý HARQ 4 8

Thời gian xử lý tối thiểu của UE 5,56ms 3,56ms

Thời gian xử lý tối thiểu của nút B 14,1ms 6,1 ms

7.7.5. Báo hiệu điều khiển đường lên, E-DPCCH

Báo hiệu điều khiển ngoài băng đường lên liên quan đến E-DCH (được phát trên kênh E-DPCCH) chứa:

- RSN 2 bít. - E-TFCI 7 bít để chỉ thị khuôn dạng truyền tải. E-TCFI thông báo cho máy thu về kích thước khối truyền tải được mã hóa trên E-DPDCH. Tọ thông tin này máy thu rút ra số kênh E-DPDCH được phát đồng thời và hệ số trải phổ được sử dụng.

- Yêu cầu tốc độ Ì bít ('bít hạnh phúc').


E-DPCCH được phát đồng thời với DPCCH đường lên trên một mã định kênh riêng có hệ số trải phổ 256. Cách này đảm bảo tương thích ngược với WCDMA theo đó DPCCH đường lên giữ nguyên cấu trúc như trong các phát hành trước đây của WCDMA. Một lợi ích khác của việc phát song song DPCCH và E-DPCCH là không cần ghép chúng theo thời gian vì thế có thế thiết lập công suất độc lập cho hai kênh này. Điều này rất hữu ích vì hiệu năng hoạt động của nút B có thử khác nhau giữa các thực hiện.

Toàn bộ tập các bít thông tin của E-DPCCH được mã hóa bằng mã Reed-Muller bậc hai vào 30 bít (giống như mã khối được sử dụng đử mã hóa thông tin điều khiửn trên DPCCH). 30 bít này được phát trên ba khe E-DPCCH cho trường hợp 2ms E-DCH TTI (hình 7.35). Trong trường hợp lOms E-DCH TTI, cấu trúc 2ms được lặp 5 lần. Định thời E-DPCCH được đồng bộ với DPCCH (và vì thế đồng bộ với DPDCH và E-DPDCH).

RSN 2bil -E-TPCI 7bit -

1 bít 'hạnh phúc' •

Ghép kênh Mã hóa Reed Ghép kênh Muller (30,10) i Lặp 5 lân Ị (chi chó 10msTTI) í

E-DPCCH, SF256

l í Ị 30 bít, 2ms J

Hình 7.35. Mã hóa E-DPCCH

ị 10 bít thông tin được mã hóa thành 30 bít kênh Ạ •

3 khe, 7680 chip

E-DPCCH

I Khe#0 Khe #1 Khe #2 Khe #2 si I Khe #i I Khe #14 -—- — >í si I Khe #i I Khe #14

Khung con 2ms


Hĩnh 7.36. cấu trúc khung vô tuyến E-DPCCH


Để giảm thiểu nhiễu tạo ra trong ô, E-DPCCH chì được phát khi E-DPDCH phát. Vì thế, nút B phải phát hiện được E-DPCCH có hay không có trong một khung con (phát hiện DTX) và nếu có, nó giải mã thông tin E-DPCCH. Tồn tại một số giải thuật phát hiện DTX, chẳng hạn giải thuật so sánh năng lượng E-DPCCH với một ngưỡng được thiết lập theo phương sai tạp âm.

Bảng 7.7 cho thấy khuôn dạng khe của E-DPCCH Bàng 7.7. Khuôn dạng khe cùa E-DPCCH

Hệ sổ trài phổ

Tốc độ bít (kbit/s) Số bit/khe số bit/khung vô tuyến Số bit/khung con

256 15 10 150 30

Hình 7.36 mô tả cấu trúc khung của kênh E-DPCCH.

7.8. THỦ TỤC LỚP VẬT LÝ Thủ tầc hoạt động lóp vật lý của HSUPA đơn giản hơn HSDPA.

7.8.1. Thủ tục lớp vật lý cho HARQ Hình 7.37 và 7.38 cho thấy thủ tầc lớp vật lý và định thời

đầu cuối liên quan đến một xử lý HSUPA HARQ cho trường hợp TTI=10msvàTTI = 2ms.

Đường xuống E-HICH

14-16ms 1 1 5,5-7.5ms > 1 4 •

E-DPCCH

Dường lên

8ms . ACK/NAK

E-DPCCH 3

E-DCH

E-DCH 30ms (3TTI) Phát lại lần thứ nhắt (nếu NAK)

Hình 7.37. Định thời xử lý HSUPA với ni = ỈOms

328 Giáo trình Lộ trình phái trién thông tin di động 3G lên 4G

Đường xuống 6,1-8,1ms E-HICH

3,5-5,5ms

Đường lên

2ms 14ms (7TT1) Phát lại làn thứ nhất (nêu NAK)

Hình 7.38. Định thời xử lý HSUPA với ni = 2ms

7.8.2. Thủ tục lớp vật lý cho HARQ và chuyển giao mềm Hoạt động lớp vật lý với tập tích cực có số ô lớn hơn Ì đặt ra

những yêu cầu bổ sung cho HARQ. Với HSDPA chì một nút B tham gia xử lý HARQ, với HSƯPA tất cả các nút B trong tập tích cực đều liên quan. Hoạt động HARQ được thực hiện bằng cách sử dờng các quy tắc giống như các quy tắc điều khiển công suất đường lên. Nếu một nút B của tập tích cực phát ACK, thì thông tin mà lớp M Á C nhận được là đã thu được ACK và lớp M Á C sẽ coi rằng truyền dẫn đã thành công và chuyển sang gói sau. Nguyên lý hoạt động HARQ trong chuyển giao mềm được minh họa trên hình 7.39. Vì các nút B xử lý quá trình này một cách độc lập, nên thứ tự gói không được đảm bảo và thứ tự này phải được điều chỉnh tại RNC. Đây cũng chính là lý do mà kiến trúc giao thức phải có thêm một thực thể MAC-hs.

Đối với NAK từ các ô không phờc vờ, giá trị truyền dẫn là chuỗi số không yà vì thế thực chất NAK chi được truyền dẫn từ ô phờc vờ. Nếu ô phờc vờ trong chuyển giao mềm hơn với các ô khác được định nghĩa là thuộc cùng một tập đường truyền vô tuyến, thì các NAK được phát từ tất cả các ô này để có thể kết hợp mềm trong máy thu giống như kết hợp các lệnh điều khiển công suất trong trường hợp chuyển giao mềm hơn.


Hình 7.39. Hoạt động HARQ trong chuyển giao mềm

7.9. DI ĐỘNG HSUPA có thể hoạt động trong chuyển giao mềm. Quản lý tập

tích cực cho E-DCH sử dụng cơ chế giống như R3 cho DCH, nghĩa là UE đo chất lượng đường truyền từ các ô lân cận và thông báo cho RNC. Sau đó RNC có thể thực hiện quyết định cập nhật tập tích cực. Lưu ý ràng tập tích cực cùa E-DCH là một tập con cỉa tập tích cực DCH. Trong phần lớn các trường hợp, hai tập tích cực giống nhau, nhưng trong trường hợp chỉ một bộ phận mạng hỗ trợ E-DCH, tập tích cực E-DCH có thể nhỏ hơn tập tích cực DCH vì tập thứ nhất chỉ chứa các ô có khả năng thu E-DCH.

Nút B cỉa tập tích cực E-DCH

Hình 7.40. Các tập tích cực của DCH và E-DCH


Thay đổi ô phục vụ được thực hiện theo cách giống như đối với HSDPA vì cùng một ô có nhiệm vụ ô phục vụ cho cả E-DCH và HS-DSCH.

Ví dụ về chuyển giao mềm hồn hợp cho DCH và E-DCH được minh họa trên hình 7.40.

Đổi với HSUPA, chuyển giao mềm đường lên ảnh hưởng lên hoạt động lập biểu. Trong khi HSDPA chị phát số liệu từ một nút B, thì với HSUPA tất cả các trạm gốc trong tập tích cực cùa E-DCH đều thu sổ liệu từ UE. Vì thế tất cả các nút B này đều bị ảnh hưởng của truyền dẫn này (tăng tạp âm) xét từ quan điểm máy thu. Ngay cả khi có nhiều nút B thu số liệu, cũng chị có một nút B đóng vai trò ô phục vụ E-DCH. Ô phục vụ E-DCH sử dụng tất cà các phương pháp lập biểu khả dụng bao gồm cả cho phép tương đối lẫn tuyệt đối. Các nút B khác thuộc tập tích cực chị sử dụng cho phép tương đối nghĩa là chị phát các lệnh hoặc 'HOLD' hoặc *DOWN' (hình 7.41).

Nút B trong tập tích cực

Hình 7.4ỉ. Lập biếu HSƯPA trong chuyến giao mềm

Hoạt động lập biểu của các ô không phải ô phục vụ có thể được coi như là cơ chế điều khiển quá tải đối với hệ thống. Vì việc phát các lệnh đường xuống cần tiêu thụ tài nguyên, nên hệ thống có thể lập cấu hình cho các đầu cuối để chủng 'nghe' cùng một chuỗi từ các ô không phục vụ HSUPA. Điều này cho phép giảm chi phí báo hiệu và phản


ứng nhanh hơn trong điều kiện quá tải. Đầu cuối chi có thể tăng tốc độ số liệu khi có lệnh 'ÚP' tù ô phục vụ HSUPA và không có lệnh 'DOWN' từ các ô khác trong tập tích cực E-DCH.

7.10. CÁC THÈ LOẠI UE Tương tự như HSDPA, các khả năng lớp vật lý của UE được phân

nhóm thành sáu loại. về căn bàn, sổ hạng thể loại được xác đấnh bởi hai thông sổ lớp vật lý chính: số mã đấnh kênh và giá trấ T T I có thể hỗ trợ. Các thể loại E-DCH UE được cho trong bảng 7.8. Hỗ trợ E-DCH lOms TT I là bất buộc cho cho tất cả các loại UE, trong khi đó chỉ có một tập con cùa các thể loại là hỗ trợ 2ms TTI. Ngoài ra, cần lưu ý rằng tốc độ số liệu cao nhất có thể hỗ trợ được với lOms TO là 2MbiƯs. Lý do vì giới hạn dung lượng nhớ đệm trong nút B cho kết hợp mềm; kích thước khối truyền tài càng lớn thì càng cần dung lượng nhớ đệm lớn cho các phát lại. Một UE hồ trợ HSUPA bắt buộc phải hỗ trợ HS-DSCH.

Bàng 7.8. Các loại E-DCH VE

Thể loại E-DCH

Max #E-DPDCH, min SF

HỖ trợ 2ms Tri

Kích thước khối truyền tải cực đại Thể loại E-DCH

Max #E-DPDCH, min SF

HỖ trợ 2ms Tri 10ms Tri 2ms Tri

ì 1xSF4 - 7110(0,7Mbit/s) -

2 2xSF4 Có 14484 (1,4Mbit/s) 2798 (1,4Mbit/s) 3 2xSF4 - 14484 (1,4Mbit/s) -

4 2xSF2 Có 20000 (2Mbit/s) 5772 (2.8Mbit/s)

5 2xSF2 - 20000 (2Mbit/s) -

6 2xSF4+2xSF2 Có 20000 (2Mbit/s) 11484(5,74Mbit/s)

7.11. TÒNG KÉT Chương này trình bày cấu trúc các kênh số liệu và báo hiệu sử

dụng cho H S Ư P A .


E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) là một kiểu kênh truyền tải mới, được đưa ra trong Ró truyền dẫn số liệu gói tốc độ cao cho HSUPA. E-DCH được lập cấu hình đồng thời với một hay nhiều kênh DCH khác.

Ngoài kênh số liệu, HSUPA còn hỗ trợ các kênh báo hiệu như: E-AGCH, E-RGCH, E-HICH, E-DCCH.

E-AGCH là một kênh chia sẻ mang thông tin cho phép lập biểu tuyệt đối bao gồm:

- Tý số công suất E-DPDCH/DPCCH cực đại mà UE được phép sầ dụng cho E-DCH (5 bít).

- Cờ tích cực (Ì bít) được sầ dụng để tích cực (hoặc thôi tích cực) các xầ lý HARQ.

- Một số nhận dạng để nhận dạng UE (hay nhóm UE) mà thông tin E-AGCH cần chuyển đến (16 bít), số nhận dạng này không được phát tường minh mà ẩn tàng trong tính toán CRC.

E-RGCH là một kênh vật lý dành riêng. Trong ô phục vụ nó chứa một trong ba giá trị báo hiệu sau: +1, DTX và -Ì tương ứng với ÚP (tăng), HOLD (giữ nguyên) và DOWN (giảm) và trong chuyển giao mềm hai giá trị DTX và -Ì (DOWN) trong các ô không phục vụ để 'chỉ thị quá tải' nhằm hạn chế lượng công suất giữa các ô. Lệnh 'ÚP' ('DOWN') chỉ thị UE tăng (giảm) cho phép phục vụ, nghĩa là tăng (giảm) tỷ số công suất E-DPCH trên DPCCH so với tỷ số công suất được sầ dụng cuối cùng trong TTI trước trong cùng một xầ lý HARQ. Lệnh 'HOLD' chi thị UE không thay đổi cho phép tương đối.

E-HICH là một kênh vật lý dành riêng với SF = 128 mang các công nhận HARQ để thông báo cho UE về kết quả tách tín hiệu E-DCH tại nút B (ACK/NAK).

E-DPCCH là kênh báo hiệu đường lên được phát đồng thòi với DPCCH đường lên trên một mã định kênh riêng có hệ sổ trải phổ 256,


nó mang thông tin về cần thiết để sắp đặt lại thứ tự (RSN: số trình tự phát lại), chỉ thị tồ hợp khuôn dạng truyền tải cho E-DCH (E-TFCI) và bít yêu cầu tốc độ (bít hạnh phúc) để UE thông báo yêu cầu cho phép tăng tốc độ số liệu hoặc duy trì tốc độ hiện có.

Chương này cũng xét chi tiết việc áp dụng các công nghệ tiên tiến cho HSUPA để nó đạt được dung lượng cao như:

- Lửp biểu kênh và thích ứng đường truyền - Điều khiển tốc độ và điều chế bửc cao - HARQ Cuối cùng các vấn đề liên quan đến di động và thể loại UE cũng

được xét trong chương này.

7.12. CÂU HỎI 1. Trinh bày cấu trúc kênh E-DCH 2. Trình bày cấu trúc MAC-e 3. Trình bày xử lý lớp vửt lý của HSUPA 4. Trình bày tổ chức luồng số liệu trong HSUPA 5. Trinh bày nguyên lý lửp biểu HSUPA 6. Trình bày nguyên lý HARQ với kết hợp mềm trong HSUPA 7. Trình bày cấu trúc các kênh báo hiệu và điều khiển của HSUPA 8. Trình bày các thủ tục lớp vửt lý của HSUPA 9. Trinh bày quản lý di động trong HSUPA

lo. Trình bày các thể loại HSUPA ƯE

Chương 8

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYÊN

Các giải thuật quàn lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management) chịu trách nhiệm chuyển đồi các tăng cường lớp vật lý cùa HSDPA và HSUPA thành độ lợi dung lượng trong khi vẫn đảm bảo hiệu năng người sử dụng đầu cuối và tính ổn định cạa hệ thống.

Các chạ đề được trình bày trong chương này bác gom:

- Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến cạa HSDPA

- Các giải thuật RNC cho HSDPA

- Các giải thuật nút B cho HSDPA

- Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến HSUPA

- Các giải thuật RNC cho HSUPA

- Các giải thuật nút B cho HSUPA

Mục đích chương nhằm cung cấp cho bạn đọc các kiến thức về các giải thuật quản lý tài nguyên cho HSDPA và HSUPA bao gồm các giải thuật dựa trên RNC (Radio Netvvork Controller) và dựa trên nút B.

Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỹ tư liệu được trình bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [1], [9], [10], [Ì 1], [14], [15] và trả lời các câu hỏi cuối chương.


8.1. TỐNG QUAN QUẢN LÝ TÀI N G U Y Ê N V Ô TUYÊN CỦA HSDPA

RNC Nút B c

Án định tài ^ nguyên

\ / -ì 'Thích ứng đường>

truyền HS-DSCH

V )

\ /

f X \

Điêu khiên cho phép

V. J

\ /

r > Lập biểu gói

f X \

Điêu khiên cho phép

V. J

/ \

r > Lập biểu gói

/ \

( \ Quản lý

[ di động / \

( \ Điều khiển công suất HS-SCCH

V. J V / \ >

Hình 8. ỉ. Tổng quan các giải thuật HSDPA RRM

Hình 8.1 trình bày tổng quan các giải thuật HSDPA RRM quan trọng nhất tại RNC và nút B. Tại RNC, các giải thuật HSDPA mới bao gồm ấn định tài nguyên, điều khiển cho phép và quản lý di động. Trong ngừ cảnh này, ấn định tài nguyên là chức năng ấn định công suất và các mã định kênh cho nút B để truyền dện HSDPA trong tùng ô. Điều khiển cho phép của HSDPA khác với điều khiển cho phép của R3 DCH vì HSDPA dựa trên khái niệm kênh chia sẻ. Quản lý di động cho HSDPA cũng là một chức năng mới, vì sổ liệu chi được phát trong một ô đến UE tại một thời điểm và cần có quàn lý bộ đệm hiệu dụng của nút B trong các chuyển giao do kiến trúc phân bố. Các giải thuật HSDPA RRM sẽ được trình bày kỹ hom trong mục 8.1.1. Tại nút B, cần có một chức năng thích ứng đường truyền HS-DSCH mới đê điều chinh tốc độ bít cùa HS-DSCH trong từng TTI phụ thuộc vào chất lượng thu của người sử dụng. Điều khiển công suất kênh HS-SCCH cần thiết để giảm thiểu chi phí công suất trong khi vện đàm bảo thu tin cậy. Cuối cùng, bộ lập biểu gói của MAC-hs trong nút B điều khiển tần suất phục vụ những người sử dụng dược phép trên kênh HS-DSCH. Một bộ lập biểu gói MAC-hs được thiết kế tốt có khả năng

Chương 8: Quàn lý tài nguyên vô tuyến 337

cực đại hóa dung lượng hệ thống trong khi vẫn đảm bảo trải nghiệm thú vị của người sử dụng đầu cuối. Các giải thuật HSDPA RRM mới tại nút B được trình bày trong mục 8.1.2. Lưu ý rằng 3GPP chi định nghĩa các giao diện và các yêu cầu hiệu năng tối thiộu của ƯE. Vì thế các nhà sản xuất thiết bị mạng có thộ tự mình thiết kế các nút B và các giải thuật RRM dựa trên nút B và dựa trên RRC theo yêu cầu thị trường.

8.2. CÁC GIẢI THUẬT RNC CHO HSDPA

8.2.1. Án định tài nguyên Trước khi nút B có thộ truyền dẫn số liệu trên HS-DSCH, RNC

điêu khiên cần ấn định các mã điều khiộn và công suất cho truyền dẫn HSDPA. ít nhất, một mã HS-SCCH với hệ số trải phổ SF=128 và một mã HS-DPSCH với hệ số trải phổ SF=16 phải được ấn định cho nút B. Sử dụng giao thức NBAP (Node B Application Part) được định nghĩa trong 3GPP, RNC và nút B thông báo cho nhau. Các tài nguyên được ấn định bàng các gửi đi một bản tin 'NBAP: yêu cầu lập lại cấu hình kênh chia sẻ vật lý' từ RNC điều khiộn đến nút B (hình 8.2). Vì thộ việc ấn định các mã định kênh cho truyền dẫn HSDPA chỉ yêu cầu báo hiệu giữa RNC và nút B. Nói chung nên ấn định càng nhiều mã HS-DSCH cho nút B càng tốt vì điều này cho phép cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần cùa HS-DSCH. Tuy nhiên việc ấn định quá nhiều mã HS-DSCH có thộ dẫn đến chặn những người sử dụng R3 DCH vì không còn mã độ truyền đồng thời các kênh R3 DCH. Rất may là nếu nghẽn mã định kênh bị phát hiện, RNC điều khiộn có thộ nhanh chóng giải phóng một số mã đã ấn định cho HS-DSCH độ ngăn chặn nghẽn các kết nối thoại hay video R3.

RNC điêu khiộn

NBAP: Yêu cầu lập lại cầu hình kênh chia sè vật lý Nút B

Hình 8.2. Báo hiệu để ấn định tài nguyên HSDPA


Truyền dẫn HS-DSCH đến nhiều người sử dụng đồng thời trong một T T I đòi hỏi nhiều mã HS-SCCH và nhiều mã HS-PDSCH. Thông thường ghép kênh m ã là giải pháp hữu ích đối với các kịch bản trong đó một nút B ấn định nhiều mã HS-PDSCH hơn so với số mã được hỗ trợ bời các đầu cuối HSDPA. Nút B có thạ hỗ trợ 10-15 mã HS-PDSCH trong khi đầu cuối HSDPA thường chỉ có thạ hồ trợ 5 mã HS-PDSCH. Giải thuật đạ ấn định các mã HS-SCCH cho nút B vì thế có thạ được rút ra như là một hàm phụ thuộc vào các m ã HS-PDSCH được ấn định và các loại HSDPA UE trong ô.

Trong hầu hết các trường họp, tài nguyên đường xuống khan hiếm nhất là công suất. Hình 8.3 cho thấy quỹ công suất đường xuống cho một ô có cả truyền dẫn HSDPA lẫn các kênh R3. Quỹ công suất bao gồm công suất cần cho các kênh chung như P-CPICH, công suất cho các truyền dẫn R3 DCH và công suất cho truyền dẫn HSDPA. Công suất cho các DCH thời gian thực được quản lý bời điều khiạn cho phép của RNC còn công suất DCH phi thời gian thực được điều khiạn bởi bộ láp biạu gói của RNC. Công suất cho DCH phi thời gian thực được đặc trưng như là công suất khả điều khiạn, nghĩa là có thạ được điều chinh thông qua thay đổi tốc độ bít, trong khi công suất cho các kênh chung và cho DCH thời gian thực được coi là không thạ điều khiạn. Ví dụ về trường hợp ấn định công suất được minh họa trên hình 8.3.

Già thiết là m ô hình RRM theo công suất, giải thuật RNC RRM có nhiệm vụ duy trì tổng công suất cho tất cả các kênh R3 thấp hem PtxTarget (đích công suất phát). Đ ẻ có thạ thực hiện các sơ đồ này với cả HSDPA, nút B có thạ được lập cấu hình đạ báo cáo các kết quà đo công suất trung bình trên một sóng mang không dùng cho HSDPA (như minh họa trên hình 8.3). Dựa trên các kết quả đo này, RNC có thạ tiến hành điều khiạn cho phép và lập biạu cho các kênh R3 với truyền dẫn HSDPA đồng thời.

Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến 339

Công suất phát sóng mang

Tổng công suất

Cống suất khống do

HSDPA phát

Công suất cực đại

HSDPA

R3 phi thời gian thực

R3 thời gian thực

Các kênh chung

PtxTarget

Hình 8.3. Minh họa quỹ cóng suất đường xuống

Có hai tùy chọn chính để ấn định công suất cho từng nút B: - Tùy chọn Ì: RNC điều khiển ấn định một khối lượng cố định

công suất truyền dẫn HSDPA cho từng ô. Sau đó nút B có thể sử dụng công suất này để truyền dẫn HS-SCCH và HS-PDSCH. Sau này RNC có thể cập nhật ấn định công suất truyền dẫn HSDPA tại mọi thời điểm.

- Tùy chọn 2: Nếu RNC không ấn định tường minh công suất truyền dẫn HSDPA cho nút B, nút B được phép sử dụng toàn bộ công suất thừa trong ô cho truyền dẫn HSDPA. Nghĩa là nút B có thể điều chinh công suất truyền dẫn HSDPA sao cho nó bàng công suất phát cực đại trừ đi công suất được sử dụng cho các kênh không phái HSDPA.

Hành vi ca tùy chọn Ì và tùy chọn 2 được minh họa trên hình 8.4. Lưu ý ràng công suất không phải HSDPA thay đổi theo thời gian do (1) điều khiển công suất nhanh ca các DCH, (2) xảy ra các cuộc


gọi thời gian thực mới, (3) kết thúc các cuộc gọi DCH và (4) thay đổi tốc độ bít của các cuộc gọi gói trên DCH.

Công suất , Còng suất _ .

Công suất nút B cực đại z Công suất nút B cực đại

Cõng suất không phải HSDPA

Tùy chọn 1

Công suất HSDPA

Cõng suất không phải HSDPA

Tùy chọn 2 Thời gian Thời gian

Tùy chọn 1 án định công suất HSDPA tường minh từ RNC, tùy chọn 2 ấn định cõng suất nhanh dựa trên nút B. * Điều chình công suất bời RNC.

Hình 8.4. Các nguyên lý ấn định công suất

Với sử dụng tùy chọn 2, tổng công suất khả dụng có thể đưắc sử dụng tốt hem, vì nút B có thể nhanh chóng điều chỉnh công suất truyền dẫn HSDPA dựa trên các kết quả đo ngắn hạn công suất hiện đang đưắc sử dụng cho các kênh không phải HSDPA. Vì thế tùy chọn 2 đưắc coi là hấp dẫn hơn tùy chọn Ì. Đặc biệt là trong các kịch bàn khi tăng tông công suất sóng mang dẫn đến tăng trực tiếp dung lưắng ô. Tuy nhiên trong các kịch bản hạn chế dung lưắng, sẽ không nhận đưắc độ lắi dung lưắng khi tâng công suất phát nút B cho tất cả các ô trong mạng.

Không phụ thuộc vào tùy chọn Ì hoặc tùy chọn 2 đưắc chọn cho ấn định công suất HSDPA, RNC luôn luôn điều khiển chia sè tổng công suất giữa các kênh HSDPA và các kênh khác. Nếu RNC cho phép tăng công suất trong các kênh không phải HSDPA, chẳng hạn tăng PtxTarget, thì công suất khả dụng cho truyền dẫn HSDPA sẽ thấp


hơn. Vì thế giải pháp tiên tiến là sử dụng giải thuật động tại RNC, giải thuật này cỏ thể điều chỉnh chia sẻ công suất giữa các kênh HSDPA và các kênh không phải HSDPA dựa trên các thông số chất lượng dịch vụ (QoS) đối vời các cuộc gọi đang diễn ra trên hai kiểu kênh này.

8.2.2. Thông số QoS QoS cho các kênh R3 DCH là một hàm phụ thuộc vào loại lưu

lượng (TC: Traffĩc Class) cùa người sử dụng, ưu tiên sở hữu ấn định (ALC Allocation Retention Priority) và ngoài ra còn có các thông số kênh mang khác của UMTS. Các thông số QoS từ giao diện Iu không khả dụng cho nút B để lập biểu gỏi MAC-hs. Các thông số mời đã được định nghĩa cho giao diện Iub giữa RNC và nút B. Các thông số QoS của HSDPA trong Iub là:

- Tốc độ bít đảm bảo (GBR: Guaranteed Bít Rate) - Chỉ thị ưu tiên lập biểu (SPI: Scheduling Priority Indicator) - Bộ định thời xóa (DT: Discard Timer) Hình 8.5 minh họa các thông số QoS cùa 3GPP và các giao diện

của chúng. 3GPP không định nghĩa cách chuyển đổi các thông số này trong RNC cũng như cách sử dụng các thông số QoS này bởi bộ lập biểu gói MAC-hs.

- Loại lưu lượng TC - Chi thị ưu tiên lập biểu SPI . Ưu tiên xử lý lưu lượng T H P S G S N

N ú t B - Tốc độ bít đảm bảo GBR RNC _ ý." |jê n s ờ hữu ấn định ARP q - Bộ định thời xóa Dĩ

lub

- Tốc độ bít đảm bảo GPR lu

lu-ps

Hình 8.5. Các thông sổ QoS của 3GPP trong các giao diện Iu-ps và Iub

Chi thị ưu tiên lập biểu (SPI) nhận các giá trị trong dải [0,1,. ..,15], trong đó số lờn chi thị ưu tiên cao hơn còn số nhỏ chỉ thị ưu tiên thấp hơn. DT đặc tả thời gian cực đại mà gói được phép nhờ đệm trong


MAC-hs cùa nút B trước khi bị xóa. Đ ố i với các loại lưu lượng luồng và hội thoại, thông số HSDPA GBR có thể được thiết lập tùy theo yêu cầu tốc độ bít được đặc tả trong thuộc ngữ UMTS cho loại lưu lượng này. Một SPI cao có thể được ấn định cho dịch vụ luồng video hay các dịch vụ thời gian thọc, trong khi các ứng dụng truy nhập Internet nói chung có thể được ấn định giá trị SPI thấp. Các đặc tả 3GPP cũng cho phép thọc hiện các tùy chọn tiên tiến trong đỏ SPI được điều chỉnh động trong một phiên gói. Như sẽ xét dưới đây, giá trị của GBR và SPI cho những người sử dụng HSDPA mới khi họ đang yêu cầu truy nhập cũng có thể được sử dụng cho quyết định điều khiển cho phép.

8.2.3. Điều khiển cho phép Điều khiển cho phép là chức năng quyết định có cho phép các đầu

cuối HSDPA truy nhập ô hay không và các đầu cuối này sẽ được phục vụ bởi HSDPA hay DCH. Quyết định cho phép truy nhập dược thọc hiện tại RNC. Trong trường hợp các dịch vụ chuyển mạch kênh (thoại A MR hoặc video) quyết định liên quan đến DCH. Đ ổ i với các dịch vụ chuyển mạch gói, giãi thuật trong RNC cần xem xét các thông số được đảm bảo bởi mạng lõi cũng như tình trạng tài nguyên nói chung trong mạng. Nếu chỉ lun lượng nỗ lọc nhất với các yêu cầu QoS không chặt chẽ được truyền trên HSDPA, thì giải thuật điều khiển công suất có thể được thọc hiện chỉ đơn giản bằng cách kiêm tra sọ khả dụng trong RNC và các tài nguyên phần cứng của nút B để phục vụ người sử dụng HSDPA mới. Nếu các dịch vụ đòi hỏi cao hơn với các yêu cầu QoS chặt chẽ hơn thì phải cần đến giải thuật điều khiển cho phép tiên tiến hơn để đảm bảo các yêu cầu QoS cho những người sử dụng HSDPA hiện hữu trong ô cũng như các yêu cầu cùa người sử dụng mới sau khi cho phép. Hình 8.6 cho thấy ví dụ các các kết quà đo và các thông sổ sử dụng cho điều khiển cho phép HSDPA trong RNC: nút B báo cáo tổng công suất phát sóng mang trung bình và công suất phát không phải HSDPA. Với hai kết quả đo này, RNC có thể tính

Chương 8: Quan lý tài nguy SI vô tuyến 343

toán khối lượng công suất phát HSDPA khả dụng trong ô. Nút B báo cáo công suất HSDPA cần thiết để phục vụ những người sử dụng HSDPA hiện hữu với tốc độ bít đảm bào của họ. Cuối cùng, người sử dụng yêu cầu truy nhập HSDPA sẽ gửi báo cáo đo Ec/N(, cùa kênh hoa tiêu chung (CPICH) đến RNC. RNC có thể sử dụng kết quả đo này để đánh giá chất lượng tín hiệu HS-DSCH của người sử dụng này. Dứa trên các kết quả đo cùng với các thuộc ngữ (các thông số) QoS của người sử dụng, RNC có thể ước tính liệu có dung lượng HSDPA để cho phép người sử dụng mới truy nhập mà không vi phạm các yêu cầu QoS của những người sử dụng hiện cỏ trong ô hay không. Các nghiên cứu cho thấy giải thuật điều khiển cho phép này hỗ trợ hiệu quà các dịch vụ luồng chất lượng cao và các dịch vụ VoIP trên HSDPA. Cuối cùng cần lưu ý rằng kết quà đo công suất không phải HSDPA từ nút B cũng có thể được sử dụng cho điều khiển cho phép thông thường đối với các kênh R3 đồng tồn tại trên cùng một sóng mang.

í ị ỉ Điều khiển cho UE 1 Nút B phép trong RNC

Tổng công suẳt sóng mang r ị I u | Công suất không phải HSDPA^ Còng suất yêu cầu của HS-DSỌH Ị Ị Ị Ị

I ' Các kết quả đo cõng suầt hoa tiêu :1

Hình 8.6. Mó tà các kết quá đo và các thông sổ áp dụng cho điều khiển cho phép HSDPA

8.2.4. Quản lý di động HSDPA không sử dụng chuyền mạch mềm, vì truyền dẫn

HS-DSCH và HS-SCCH chi xảy ra trong một ô được gọi là 'ô phục vụ HS-DSCH'. RNC quyết định ô phục vụ HS-DSCH cho HSDPA UE. ô phục vụ là một ô trong tập tích cức của UE. Thay đổi ô phục vụ một cách đồng bộ được hồ trợ giữa UTRAN và UE. Tính năng này cho phép đảm bào phủ hoàn toàn và di động hoàn toàn cho HSDPA. ô


phục vụ có thể thay đổi mà không cần cập nhật tập tích cực của người sử dụng đối với các kênh riêng R3 hoặc kết hợp với thiết lập, giải phóng hay lập lại cấu hình các kênh DCH. Thông thường viộc thay đổi ô phục vụ HSDPA được thực hiộn dựa trên báo cáo kết quả đo từ UE. 3GPP R5 chứa một thù tục đo mới để thông báo cho RNC về ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất.

Trong mục dưới đây ta sẽ xét ngắn gọn các sự kiộn đo mới cùa UE để hỗ trợ di động cho những nguôi sử dụng HSDPA cũng như các thủ tục chuyến giao nội nút B và giữa các nút B đối với HS-DSCH. Cuối cùng ta sẽ xét chuyển giao từ HS-DSCH đến R3 DCH. Chuyển giao với chế độ nén cũng được hỗ trợ cho nhũng người sử dụng HSDPA nhưng không xét trong mục này.

8.2.4.1. Sự kiện đo cho ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất

RNC quyết định các ô nào sẽ có mặt trong tập tích cực để truyền dẫn các DCH. RNC phục vụ đưa ra quyết định chuyển giao dựa trên các báo cáo đo kênh CPCH từ UE. Sụ kiộn đo 'ld' được định nghĩa cho HSDPA, nghĩa là thay đổi ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất. Báo cáo kết quả đo về CPICH Ec/N0 của ô tốt nhất được khởi động khi ô tốt nhất thay đổi (hình 8.7). Có thể lập cấu hình sự kiộn đo này sao cho tất cả các ô trong tập ứng cử của người sứ dụng đều được xét hay chỉ giới hạn sự kiộn đo sao cho chi có các ô trong tập tích cực đối với các DCH của người sử dụng là được xét. Cũng-có thể sử dụng ngưỡng trễ để tránh thay đổi nhanh trong ô phục vụ HS-DSCH đối với sự kiộn đo này, cũng như đặc tà dịch ô để ưu tiên cho một số ô chẳng hạn đê mở rộng vùng phủ HSDPA của các ô này.

Mặc dù các thay đổi ô phục vụ HS-DSCH thường được khởi động bởi các kết quà đo đường xuống cùa UE, nhưng chúng cũng có thê được khởi động bởi các kết quả đo đường lên của nút B. Các kết quả đo đường lên của nút B cũng có thê được sử dụng đê đảm bảo răng sô liộu không bị mất do phủ sóng đường lên cho ô phục vụ quá tôi. 0

Chương 8: Quan lý tài nguyên vô luyến 345

phục vụ phải nhận được kênh điều khiến vật lý riêng tốc độ cao vì nó mang thông tin chất lượng kênh (CQI) và các ban tin ACK/NAK. HS-PDCCH không thế sử dụng phân tập vĩ m ô và vì thế mức công suất cao hơn cũng như lặp được sử dụng trên HS-DPCCH trong chuyển giao mềm để cài thiện độ tin cậy cùa báo hiệu. Nếu chất lượng kết nối đường lên đến ô phục vụ trở nên tồi. thì cần thay đỏi ô phục vụ HS-DSCH để duy trì báo hiệu đường lên tin cậy. Kết quả đo SIReưor được chuẩn hóa của nút B là một ví dụ đo đường lên cỏ thể sử dụng để khởi động các thay đỏi ô phục vụ HS-DSCH. SIReưor là đo hiệu số giữa tỳ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) trên và SIR đích sử dụng cho điều khiển công suất vòng kín. Vì thế nếu SIRerror quá cao, thì có nghĩa là chất lượng báo hiệu đường lẽn quá kém trong ô được xét.

CPICH Éc/lo ì ì

Á T = thời gian khới động A D = trễ chuyền giao H = trễ mức

E d\ ũ của ó 1 E c/l 0 cùa ô 2

H

Sĩ Thời gian

HS-DSCH từ ó 1 HS-DSCH từ ô 2

Hình 8.7. Minh họa đo ó HS-DSCH tốt nhất từ VE

8.2.4.2. Chuyển giao từ HS-DSCH đến HS-DSCHgiữa các nút B

HSDPA hỗ trợ di dộng cả giữa các đoạn ô của cùng một nút B và giữa hai nút B khác nhau. Chuyển giao giữa các nút B được minh họa


trên hình 8.8, trong đó Ư E chuân bị thay đôi ô phục vụ HS-DSCH từ một ô nguồn sang một ô đích.

Thù tục và trễ chuyển giao đối với trường hợp giữa các nút B được minh họa trên hình 8.9.

Ú T

Nút B #1 Nút B #2

ô nguồn tại nút B #1

Ổ đích tại nút B # 2

UE chuyên từ nút B #1 sang nút B #2

Hình 8.8. Chuyến giao từ HS-DSCH sang HS-DSCH giữa các nút B

Phân tích trễ giả thiết rằng kênh mang báo hiệu (SRB) được chuyển đựi vào HS-DSCH và kênh riêng tăng cường (E-DCH) cho đường lên với T T I = Ì Oms. Trước hết, UE gửi báo cáo đo trên SRB khi khởi động sự kiện đo thứ nhất hoàn thành. Truyền dẫn bắt đầu tại thời điểm t| và RNC nhận được bản tin tại t 2 . Tiếp theo RNC dành trước các tài nguyên trạm gốc và các tài nguyên Iub cho nút B đích. Dành trước tài nguyên có thể được thực hiện nhanh hơn bằng cách lập cấu hình trước nếu các tài nguyên này đã được đặt trước. Sau khi các tài nguyên này đã sẵn sàng tại thời điểm t 3 , RNC sẽ gửi bàn tin lập cấu hình kênh mang vô tuyến đến UE. Khi đó UE này vẫn thu số liệu từ nút B nguồn. Khi UE giải m ã bản tin lập lại cấu hình và thời gian tích


cực đã hết tại thời điểm t4, UE sẽ chuyển từ ô nguồn sang thu từ ô đích. UE bắt đầu nghe HS-SCCH từ ô đích mới. Nó cũng đo chất lượng kênh của ô mới này và giữ các báo cáo CQI đến ô mới. MAC-hs đối với người sử dụng trong ô mới được khệi tạo lại tại thời điểm thay đổi ô và các đơn vị số liệu tải tin (PDU) được nhớ đệm sẽ bị xóa. Đồng thời đơn vị điều khiển luồng trong MAC-hs trong ô đích bắt đầu yêu cầu các PDU từ RNC phục vụ để có thể bắt đầu phát số liệu trên HS-DSCH đến người sứ dụng. Đổi với RNC cũng có thể phát kép gói đến cà hai nút B trong quá trình chuyến ô. Khi RNC nhận được bàn tin 'hoàn thành lập lại cấu hình' từ ƯE, nó có thể giải phóng các tài nguyên từ ô nguồn.

Nút B #1

roi

Nút B #2

un RNC

ni

©

1 B ©

"Báo cáo đo"

"Lập lại cáu hình kênh mang vỏ tuyến"

• •

"Lập lại cáu hình kênh mang vỏ tuyến"

Lập lại cáu hình đường truyền vỏ tuyến và thiết lặp AAL2 đèn nút B #2

* "RLC ACK" , HS-DSCH từ nút B #1

*•

' • ' . HS-DSCH từ nút B #2

Đinh lại tuyên sô liệu từ nút B #1 sang nút B #2

Y ''• • ''" '"•—"ị • • "Hoán thành lão lai cảu hình kênh mang vỏ tuyên •

Hình 8.9. Thù tục chuyến giao từHS-DSCH sang HS-DSCH giữa các nút B

Khoảng trống truyền dẫn được ký hiệu là thời gian B trên hình 8.9 là rất nhỏ vì UE thực hiện thay đổi ỏ đồng bộ với việc mạng chuyển mạch truyền dẫn từ ô nguồn sang ô đích. Điều này đảm bào di động êm ả cho dịch vụ thời gian thực trễ thấp như VoIP.


Trễ A của thủ tục được định nghĩa là trễ từ thời điểm t| (khi UE gửi báo cáo kết quà đo) đến thời điềm t 4 (khi UE nhận số liệu từ ô mới). Trễ này liên quan đến sự kiện ràng các điều kiện kênh và phađinh thay đổi rất nhanh. Với giầ thiết là xác suất phát lại RLC thấp, trễ này là 200-250ms. Trễ t 3 - t 2 đối với dành trước tài nguyên mạng phụ thuộc vào sự sử dụng cấu hình được lập trước và vào cấu hình mạng vô tuyến. Một cách gần đúng quỹ trễ bàng:

+ t 2 -t|= 50ms

+ t 3 - t 2 = 50ms

+ t 4 - t 3 = 50ms

+ tồng cộng: 200-250ms

Trước khi thay đổi ô phục vụ HS-DSCH, có thể có một số PDU đối với người sử dụng được nhớ đệm trong MAC-hs nguồn, đây là các PDU chưa từng được phát đến người sử dụng và các PDU treo trong bộ quán lý HARQ hoặc đang đợi ACK/NACK trên HS-DPCCH đường lên hoặc đang đợi phát lại. Các PDU được nhớ đệm trong ô nguồn sẽ bị xóa và chúng có thể được phục hồi bởi các phát lại RLC (điều khiển liên kết vô tuyến) nếu RLC chế độ có công nhận được sử dụng. Khi giao thức RLC nhận thấy ràng các PDU gốc được gửi đến ô nguồn nhưng không được công nhận, nó sẽ khởi đầu phát lại và các phát lại này sẽ chuyển chúng đến ô đích mới. Đ ẻ giầm trễ truyền dẫn PDU trong giai đoạn khôi phục này, giao thức RLC tại UE có thê được lập cấu hình đề gửi trạng thái RLC đến RNC ngay sau khi ô phục vụ HS-DSCH thay đổi. Điều này có nghĩa là giao thúc RLC trong RNC có thể ngay lập tức bắt đầu chuyển các PDU đã bị xóa trong ô nguồn trước khi thay đổi ô phục vụ HA-DSCH.

Có các ứng dụng không sứ dụng các phát lại lớp cao, chăng hạn các ứng dụng sử dụng giao thức bó sô liệu (UDP) và sử dụng chê độ RLC trong suốt hay không công nhận. Các ứng dụng chạy trên chê độ RLC trong suốt và không công nhận như vậy thường là các ứng dụng


trễ thấp, như VoIP và chúng chi sử dụng nhớ đệm rất ngấn trong nút B. Vì thế, số lượng các PDU bị xóa rất nhó hoặc bằng không. Các đặc tả 3GPP cũng cho phép truyền kép các PDU từ RNC đến cả hai nút B trong thời gian thay đổi ô để đàm bảo không bị mất gói.

8.14.3. Chuyển giao từ HS-DSCH sang HS-DSCH nội nút B

Chuyển giao từ HS-DSCH sang HS-DSCH nỗi nút B giữa hai đoạn ô cũng được hỗ trợ (hình 8.10). Thù tục chuyển giao này cũng giông như chuyên giao giữa các nút B, ngoại trừ việc chuyển các gói được nhớ đệm và việc thu HS-DPCCH đường lên.

RNC phục vụ

Hình 8.10. Chuyến giao HS-DSCH sang HS-DSCH

giữa các đoạn ó trong nút B

Giả thiết ràng nút B hồ trợ duy trì MAC-hs. tất cà các gói PDU cho người sử dụng được chuyến từ MAC-hs trong ô nguồn đến MAC-hs trong ô đích trong khi chuyển giao HS-DSCH. Điều này có


nghĩa là trạng thái của bộ quản lý HARỌ cũng được giữ nguyên không khởi động bất kỳ phát lại nào trong khi chuyển giao từ HS-DSCH sang HS-DSCH nội nút B.

DPCH đường lên sử dụng chuyển giao mềm khi chuyển giao HS-DSCH sang HS-DSCH nội nút B. Trong các điều kiện này, cũng có thể coi HS-DPCCH đường lên đang ở chuyển giao mềm hơn hai đường, vì thế các ngón RAKE để giải điều chế HS-DPCCH được đốt tại cả hai ô trong tập tích cực của người SỪ dụng. Điều này có nghĩa là phủ sóng đường lên của HS-DPCCH được cải thiện đối với những người sử dụng trong chuyển giao mềm hơn.

8.2.4.4. Chuyển giao HS-DSCHsang DCH

Chuyển giao từ HS-DSCH sang DCH có thể cần cho những người sử dụng HSDPA khi họ chuyển dịch từ một ô có HSDPA sang một ô không có HSDPA (hình 8.11).

Nút B #1 có khả năng HSDPA

Nút B #2 không có khả năng HSDPA

UE chuyển từ nút B #1 sang nút B #2

Hình 8. ỉ ỉ. Vi dụ về chuyến giao HS-DSCH sang R3 DCH


Sau khi RNC phục vụ quyết định khởi xướng chuyển giao này, bản tin chuẩn bị lập lợi cấu hình đường truyền vô tuyển được gửi đến các nút B tham gia, đồng thời bản tin lập lại cẩu hình kênh vật lý RRC được gửi đến người sư dụng. Tương tự như đổi với chuyển giao HS-DSCH sang HS-DSCH giữa các nút B, chuyển giao HS-DSCH sang DCH dẫn đến khởi tạo lại các PDU trong MAC-hs trong ô nguồn, sau đó các PDU này được khôi phục lại thông qua phát lại của các lớp cao hom, chừng hạn các phát lại RLC.

R5 cũng hỗ trợ thực hiện chuyển giao từ DCH sang HS-DSCH. Kiểu chuyền giao này cũng có thể được sử dụng trong trường hợp khi người sử dụng chuyển dịch từ một ô không có khả năng HSDPA sang một ô có khả năng HSDPA.

Bảng 8. Ì tổng kết các kiểu chuyển giao và các đặc tính của chúng. Bảng 8. ỉ. Các kiểu chuyển giao HSDPA và các đặc tính cùa chúng

HS-DSCH sang HS-DSCH nội nút B

HS-DSCH sang HS-DSCH giữa các nút B

HS-OSCH sang DCH

Đo cho chuyển giao Thường lả UE nhưng cũng có thể nút B

Quyết định chuyển giao Bởi RNC phục vụ

Các phát lại gói Các gói được chuyển từ MAC-hs nguồn sang MAC-hs đích

Các gói khống được chuyển. Các phát lại RLC từ SRNC được sử dụng

Các phát lại RLC từ SRNC được sử dụng

Các mất gói Không

Không, khi chế độ RLC có công nhận được sử dụng hoc khi phát kép gói trên chế độ RLC không cống nhận

Không, khi chế độ RLC công nhận được sử dụng

HS-DPCCH đường lên

HS-DPCCH có thể sử dụng chuyển giao mềm hơn

HS-DPCCH chì được thu bời một ô


8.3. CÁC GIẢI THUẬT NÚT B CHO HSDPA

8.3.1. Các kỹ thuật thích ứng đường truyền Giải thuật thích ứng đường truyền tại nút B điều chình tốc độ bít

phát trên HS-DSCH trong từng TTI cho truyền dẫn của người sử dụng được lập biểu. Trường hợp lý tường, tốc độ bít phát của HS-DSCH phải được điều chỉnh như một hàm phụ thuộc vào tỷ số tín hiọu trên nhiễu cộng tạp âm của HS-DSCH trên một T r i mà người sử dụng đầu cuối trải nghiọm. Nguyên lý thích ứng đường truyền của HS-DSCH được minh họa trên hình 8.12.

Thời gian ——*•

(T) UE báo cáo chất lượng kênh thấp và nút B án định tốc độ bít thấp. d)uE báo cáo chát lượng kênh cao và nút B án định tốc độ bít cao

Hình 8.12. Nguyên lý thích ứng đường truyền

Các nguồn khác nhau gây ra thay đổi HS-DSCH SINR được minh họa trên hình 8.13.

Tổng công suất từ ô phục vụ HS-DSCH thay đổi theo thời gian do truyền dẫn cùa các kênh DCH được điều khiển công suất, kênh vô tuyến đường xuống phụ thuộc thời gian nếu người sử dụng chuyển


động và nhiễu từ ô khác tại đầu cuối của người sù dụng cũng thay đổi theo thời gian. Đ ể thích ứng đường truyền HS-DSCH, UE định kỳ phát CQI đến ô phục vụ HS-DSCH trên HS-DPCCH đường lên (xem chương 6). CQI chì thị kích thước khối truyền tải cằc đại m à Ư E có thể thu với xác suất tối thiểu 90%. Thông tin này được thông báo qua chi sổ CQI nằm trong dải từ 0 đến 31, trong đó mồi bước tương ứng với một nấc l d B trong HS-DSCH SINR.

Tổng công suất phát thay đồi theo thời gian

ô phục vụ HS-DSCH

Nhiêu từ ỏ khác thay đổi theo thời gian

Kênh vô tuyến thay ứ y \ đổi theo thời gian ~~

Tạp âm nhiệt

Người sử dụng HSDPA

Trễ báo hiệu HS-DPCCH và các lỗ

Hình 8.13. Sơ đồ khối cho thấy tín hiệu thu tại đầu cuối HSDPA và

báo cáo CQI cho ỏ phục vụ HS-DSCH

Giải thuật thích úng đường truyền đơn giản sẽ tuân theo các giá trị CQI được báo cáo bởi UE. Tuy nhiên có thể cần phải điều chỉnh CQI do UE báo cáo để bổ sung một khoảng dịch vì các lý do sau. Công suất phát HS-DSCH từ nút B cho người sử dụng có thể khác với công suất phát HS-DSCH mà UE thừa nhận tại thời điểm nó rút ra báo cáo CQI. UE thừa nhận ràng công suất phát HS-DSCH bằng công suất kênh hoa tiêu chung sơ cấp (P-CPICH) cộng r, trong đó r là thông số khoảng dịch công suất được thông báo cho UE thông qua báo hiệu RRC từ RNC.


Các nghiên cứu về ảnh hưởng trễ phàn hồi lên hiệu năng thích úng đường truyền cho thấy cần sử dụng giải thuật thích ứng đường truyền vòng ngoài để điều chình thêm chi số CQI từ người sử dụng trước khi áp dụng nó để điều chinh khuôn dỉng truyền dẫn HS-DSCH.

Giải thuật vòng ngoài có thể dựa trên ACK/NAK từ các lần truyền quá khứ. Giải thuật này điều chỉnh các giá trị khoảng dịch để đỉt được xác suất phát lỉi trung bình đích. Quá nhiều phát lỉi sẽ bổ sung thêm trễ không cần thiết trong khi quá ít lỉi biểu thị rằng các kích thước khối truyền không đủ lớn dẫn đến giảm thông lượng một cách không cần thiết. Thích ứng đường truyền HS-DSCH vòng ngoài có thể dựa trên cùng một nguyên lý nhu các giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài cùa R3. Giải thuật thích ứng HS-DSCH vòng ngoài được tổng kết trong sơ đồ khối trên hình 8.14.

RNC NuĨB

Bàn tin NBAP: công suầt P-CPICH+r Đích BLER

Thích ứng đưỡngXThích ứng đường^ truyền HS-DSCH ụ truyền HS-DSCH

vòng ngoâỊ^/\^vòog trong ACK/NAK/DTX cai

HS-DSCH

HS-DPCCH

UE

Người sử dụng HSOPA

Bần tin: r T Hình 8.15. Sơ đồ khối thích ứng đường truyền tại nút B

8.3.2. Điều khiển công suất Chất lượng thu HS-SCCH tin cậy là quan trọng vì khối truyền tải

trên HS-DSCH chỉ cỏ thể được giải mã nếu trước hết HS-SCCH được thu đúng. Vì thế cần ấn định công suất cho truyền dẫn HS-SCCH đê đảm bảo thu tin cậy. Mặt khác, cũng cẩn giảm công suất truyền dan HS-SCCH để giảm nhiễu trong mỉng. Vì thế cần điều khiển công suất HS-SCCH trong từng Tri, theo đó công suất phát HS-SCCH được

Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến 355

diều chinh sao cho người sử dụng mong muốn có xác suất giải mã kênh đúng cao (hình 8.15). Khối lượng công suất HS-SCCH lớn được sử dụng ƯE1 tại biên ô, trong khi khối lượng nhỏ hơn có thể được sử dụng cho người sử dụng ƯE3 gần trạm gốc. Trái lại về phần HS-DSCH, nó sử dụng thích ứng đường truyền chứ không phải điều khiển công suất nhanh.

Các đặc tá 3GPP không định nghĩa tường minh cơ chế điều khiển công suất cho HS-SCCH. Điều khiển công suất HS-SCCH có thể dựa trên các đầu vào sau:

- Các lệnh điều khiến công suất của kênh DPCCH liên kết. Công suất phát HS-SCCH được điều chình tương đối với công suất phát cậa DPCCH đường xuống liên kết. Điều này có thể thực hiện vì DPCCH được điều chình công suất vòng kín và khoảng dịch công suất giữa HS-SCCH và DPCCH có thể được thiết lập khi biết trước hiệu năng SINR tương đối giữa hai kênh

- Các báo cảo CQỊ. Công suất phát được điều chinh như là một hàm cậa báo cáo CQI nhận được từ người sử dụng. Điều này có thể thực hiện nếu có một bảng tại nút B biểu thị khoảng dịch công suất giữa chì số CQI và công suất HS-SCCH yêu cầu.

Như vậy trong cà hai trường họp, đều có thể thực hiện một sơ đồ điều khiển công suất tựa như vòng kín cho HS-SCCH dựa trên thông tin phản hồi từ người sử dụng về hoặc chất lượng thu DPCCH liên kết hoặc HS-DSCH (CQI). Chung cho cả hai cách tiếp cận là Nút B cần thông sổ khoảng dịch công suất trước khi nó có thể điều chinh công suất phát HS-SCCH như một hàm phụ thuộc hoặc vào công suất DPCCH hoặc CQI. Độ lớn khoảng dịch công suất quyết định xác suất lồi khối dư (BLEP) trên kênh HS-SCCH. Vì thế cũng cần sử dụng giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài tại nút B để tinh chỉnh khoảng

356 Giáo trình Lộ trình phát triển thông (in di động 3G lên 4G

dịch công suất nói trên nhàm đáp ứng BLEP đích trên HS-SCCH. Như vậy ta có thể áp dụng ở đây giải thuật vòng ngoài tương tự như thích ứng đường truyền HS-DSCH.

UE1

HS-SCCH với điều U E 1

khiển cõng suất

HS-DSCH với thích ứng đường truyền và công suất

cố định

Hình 8.15. Nguyên lý điều khiên công suất HS-SCCH

Nút B biết được HS-SCCH có được thu thành công hay không nếu nó liên tục nhận được ACK hay NAK. Nếu nút B không thu được ACK/NAK (UE không phát HS-DPCCH: DTX), nghĩa là UE không phát hiện truyền dẫn HS-SCCH. Thông tin này có thể được sử dụng để điều khiển công suất HS-SCCH. Báo cáo ACK/NAK được tăng cường hem trong 3GPP Ró, trong đó UE trước hết phát một bản tin tiền t đặc biệt cho ACK/NAK để nút B phân biệt được DTX.

Nút B

Đích BLER _ ị _

Điều khiển công suất HS-SCCH vòng ngoài

ACK/NAK/DTX CŨI

HS-DSCH

HS-DPCCH

UE

Người sử dụng HSDPA

Hình 8.16. Sơ đồ khối giải thuật điểu khiển công suất HS-SCCH


Hình 8.16 cho thấy sơ đồ khối tổng kết giải thuật điều khiển công suất HS-SCCH tại nút B. Giải thuật điều khiển công suất HS-SCCH là giải thuật đặc thù kết nối.

8.3.3. Bộ lập biểu gói

Phần này trinh bày chức năng cùa bộ lập biểu gói và đưa ra các kiểu giải thuật lập biểu khác nhau cũng như giải thích cách cân đối giữa tốc độ bít của người sử dẻng và dung lượng ô.

8.3.3.1. Lý thuyết cơ sở

Vấn đề cơ sở mà một bộ lập biểu gói phái giải quyết là làm cách

nào để chia sẻ các tài nguyên cho tập hợp những người sử dẻng có đù

điều kiện để nhận số liệu. Keỉly đã đề xuất một cách trình bày vấn đề

này. Kelly sử dẻng khái niệm hàm tiện ích, u n ( r n ) , trong đó n ký hiệu

cho người sử dẻng HSDPA thứ n và r n là thông lượng trung bình cho

người sử dẻng thứ n này. Nếu coi hàm tiện ích là số đo "mức độ thỏa

mãn hay hạnh phúc" nhận được từ việc được lập biếu. Thì giải pháp

lập biểu tốt nhất là giải pháp cực đại hóa tổng các hàm tiện ích cho tất

cả những người sử dẻng tại mọi thời điểm cho trước. Tổng các hàm

này được gọi là "'hàm đổi tượng".

Già sử một hàm tiện ích Ư n (r n ) hợp lý đã được định nghĩa, khi này

sẽ xuất hiện một vấn đề khác là hành vi phẻ thuộc thời gian cùa hệ thống tế bào. Dung lượng kênh của từng người sử dẻng cũng như

dung lượng của toàn bộ ô thay đổi theo thời gian. Nghiên cứu cho thấy

rằng tốt nhất là sử dẻng giải thuật tìm kiếm gradient, giải thuật này

cho phép cực đại hóa hơn nữa hàm đối tượng cho từng quyết định lập

biểu. Như vậy, hệ thống cần lập biểu người sử dẻng HSDPA trong

Tri tiếp theo để thỏa mãn:

n* = argmax{M„}, trong đó Mn = d„. "r" (8.Ì)

358 Giáo trình Lộ trình phát triền thông Un di động 3G lên 4G

Trong đó:

- M n ký hiệu cho số đo lập biểu,

- d n là tốc độ số liệu tức thời m à người sứ dụng n có thể hỗ trợ trong T T I tiếp theo.

Lưu ý d n nhận được bàng cách tham vấn giải thuật thích ứng đường truyền HSDPA (đã xét trong mục 8.1.2.1). Thông lượng được chuyển cho những người sử dụng trong quá khứ có thể được cập nhật trong từng T T I cho tất cà những người sử dụng bằng biểu thức đệ quy, nghĩa là:

f(\-a)rn.+ad„ nếu người sử dung n đươc phúc vu (8 2)

0-fl)rH.«* nếu khác

Trong đó:

- r

n.cũ là giá trọ cũ cùa r n ,

- a là hệ số quên (Forgetting Factor).

Vì thế a" bằng chu kỳ trung bình tương đương được đo bằng số lượng các T T I đối với bộ lọc làm nhẵn hàm mũ. Tính toán thông lượng cho một người sử dụng chi có thể được thực hiện cho các chu kỳ thời gian khi người sử dụng có số liệu trong bộ đệm nút B. Điều này là quan trọng để đảm bào ổn đọnh các phương pháp lập biểu gói nhận thức QoS, nếu không nó sẽ tìm cách đền bù cho những người sử dụng không tích cực không có số liệu để truyền.

8.3.3.2. Các giải thuật lập biểu gói

Các bộ lập biểu gói kinh điển khác nhau được liệt kê trong bảng 8.2 theo tiện ích của chúng và theo chức nâng giám sát lập biểu.

Bộ lập biếu quay vòng (RR: Round Robin) là một bộ lập biêu tham chuẩn phổ biến, trong đó những người sử dụng được lập biểu với xác suất như nhau không phụ thuộc vào điều kiện kênh.

Chương 8: Quan lý tài nguyên vô tuyến 359

Báng 8.2. Các nguyên lý lập biêu gỏi

Bộ lập biểu Hàm tiện ích, Un(r„) SỔ đo lập biểu

Quay vòng (RR) 1 0

c/l hay thông lượng cực đại

(max-c/l)

rn d„

Công băng tỷ lệ (PF) log(r„)

Lập biếu tốc độ bít cực tiểu (min-GBR)

rn+[1-exp(-P(rn-rm,n))] dn{1+[1-exp(-P(r„-rm„))}

Lập biếu tốc độ bít cực tiểu với công bằng tỷ lệ (min-GBR+PF)

log(rn)+[1-exp(-P(rn-rm,n))] d„ l + y í t e x p ( - / ? ( r n - r m J ) _ 'n

Lập biểu trễ cực đại (max-Del)

- l o g ( < y „ ) l o g ( r n ) ậ 2 t i '-log(<U<WJ

rm,n là đích tốc độ bít cực tiểu chảng hạn tốc độ bít đàm bào (GBR: Guaranteed Bít Rate)

p là hăng số điều khiển tính nàng nổ của bộ lấp biểu (giá trị khuyến nghị p=0,5)

CÌHOL n là trễ g ó i đ ầ u hàng

dr«o n l à yêu cầu trễ gói cực đ ạ i

ôn là xác suất vi phạm (hay hệ số năng nổ) đối với giải thuật.

Bộ lập biểu tỷ số sóng mang trên nhiễu cực đại (max C/I) hay nói chính xác hơn bộ lập biểu thông lượng cực đại được thiết kế để cực đại hóa thòng lượng ô HSDPA. Bộ lập biếu max-C/I tập trung các tài nguyên ô cho một tập con nhỏ những người sứ dụng và có thể có một sô người sử dụng tại biên ô sẽ chẳng bao giờ được lập biểu. Để đám bào phân chia công bởng tài nguyên giữa những người sử dụng, bộ lập biêu "công bởng tỷ l ệ " (PF: Propotional Fair) thường được xem xét. Bộ lập biểu PF đảm bảo cân đối giữa tính công bởng và thông lượng ô HSDPA có thể đạt được và đảm bảo mở rộng vùng phù đáng kể. Cách


giải thích phổ biến cho quan hệ này là những người sử dụng được lập biểu trên "đinh phađinh của họ", chảng hạn khi tốc độ số liệu tức thời cùa họ vượt quá giá trắ trung bình (hình 8.17).

Mầu số trong số đo lập biểu đám báo sự bền chắc vì người sử dụng nhận được ít tài nguyên lập biểu sẽ tăng tính ưu tiên của mình theo thời gian. Bộ lập biểu này đã được nghiên cứu và phân tích rất nhiều trong các tài liệu. Các nghiên cứu cũng cho thấy ràng có thể cải tiến bộ lập biểu đế đảm bảo thông lượng trung bình nhu nhau cho tất cả mọi người sử dụng HSDPA chi đơn giản bằng cách thay đổi chiến lược lập biểu. Các thực thể điều khiển tải và điều khiển cho phép khi này có thể điều chỉnh số người sử dụng được ấn đắnh cũng như các tài nguyên HSDPA sao cho đạt được thông lượng trung bình tại mức dắch vụ đích.

Người sử dụng được lập biểu

Phađinh UE1

Phađinh UE2

Hình 8. ỉ 7. Nguyên lý lập biếu công bằng tỳ lệ với trễ 3 Tri

Đ ế giải quyết yêu cầu phân biệt QoS tiên tiến, các nhà nghiên cứu đã đưa bộ lập biểu tốc độ bít đảm bảo cực tiểu (min-GRB: min-Guaranteed Bít Rate) trong đó hàm tiện ích trở thành giá trắ khá thấp


đối với các trường hợp k h i thông lượng trài nghiệm của người sử dụng thấp hơn GBR, trái l ạ i làm hàm ti ệ n ích chi tăng vừa phái khi thông lượng trải n ghiệm cao hơn GBR. Bằng cách điều chinh giá trị p (xem bảng 8.2) có thể điều chinh được mức đổ nâng nồ của bổ lập biểu MAC-hs nếu người sù dụng HSDPA xuống thấp hơn GBR. Trong bàng 8.2, biến t h ứ hai cũng được đưa vào để bổ sung cho nguyên lý lập biểu công bằng tỷ lệ cơ sờ. M ổ t khả năng định nghĩa hàm tiện ích nữa trong bảng 8.2 là thực hiện các yêu cầu về trễ gói bằng cách tăng mức ưu tiên k h i trễ gói đầu hàng t i ế n gần đến yêu cầu trễ cực đại. Hàm này cũng dựa trên nguyên lý PF.

Bổ lập biếu gói MAC-hs cũng phải x ử lý lập biểu cho các phát lại lớp mổt đang treo (đang chờ) trong bổ quản lý HARQ. Ở đây có hai cách tiếp cận cơ sờ:

- Luôn chọn những người sử dụng có các phát L I lại đang treo với mức ưu tiên cao nhất cho T T I tiếp theo. Nếu có nhiều người sử dụng đang chờ phát lạ i L I thỉ mổt trong số các giải thuật trong bàng 8.2 có thể được sử dụng đề chọn người nào sẽ được lập biểu.

- Luôn luôn chọn những người sử dụng sẽ được lập biểu trong Tri tiếp theo dựa trên mổt trong các giải thuật trong bảng 8.2. Nếu người sử dụng được chọn cho lập biểu có các phát lại L I đang treo thì các phát lại này sẽ được phát trước khi khởi đầu các phát lạ i mới. N h ư vậy các phát lại được ưu tiên so v ớ i từng luồng số liệu.

Cần lưu ý ràng cách tiếp cận t h ứ hai được coi là giải pháp hấp dẫn nhất tù quan điểm dung lượng, vì nó cho bổ lập biểu gói các mức đổ tự do cao hơn để lập biểu trước hết cho những người sử dụng có điều kiện vô tuyến tốt, nghĩa là họ sẽ được hường l ợ i từ phân tập đa người sử dụng. Trái l ạ i , g i ả i pháp t h ứ nhất hấp dẫn hơn từ quan điểm Jitter trễ gói, vì các phát lại L i đang treo được trao ngay lập tức ưu tiên cao


hơn không phụ thuộc vào các điều kiện kênh vô tuyến cùa người sử dụng và vào các thông số khác tham gia vào số đo lập biểu. Tuy nhiên trong các kịch bản thực tế với BLER từ lo đến 2 0 % trong các lần truyền dẫn thứ nhợt, khác biệt hiệu năng giữa hai cách tiếp cận này là không lớn.

Bộ lập biểu gói hoạt động dựa trên thông tin về chợt lượng kênh thường liên quan đến khái niệm "phân tập đa người sử dụng'. Nếu số người sử dụng trong tập ứng cử lập biểu lớn, thì sẽ có một số người được ợn định tốc độ số liệu khá cao vì có điều kiện kênh tốt. Đây cũng là nguyên tắc ghép kênh đa người sử dụng.

8.3.3.3. Ghép kênh theo mã

Ghép kênh theo mã là trường họp trong đó có nhiều nguôi sử dụng HSDPA được lập biểu trong một TTI. Ghép kênh theo mã có thể được thực hiện theo hai kịch bản cơ sờ sau:

- Có thể sử dụng đến 15 HS-PDSCH trong nút B. Tuy nhiên, thông thường các UE chi hồ trợ thu đồng thời 5 HS-DPSCH. Vì thế để có khả năng cực đại hóa hiệu suợt sử dụng phổ tần, lập biểu sử dụng ghép kênh theo mã cho ba người sử dụng đồng thời với mỗi người 5 mã.

- Cũng cần ghép kênh theo mã đế tối ưu hiệu năng nếu có nhiều người sử dụng HSDPA trên một ô được ợn định tốc độ số liệu thợp và các yêu cầu trễ cao. Chẳng hạn, VoIP trên HSDPA thường đòi hỏi sử dụng ghép kênh theo mã để đạt được hiệu năng tốt.

Tuy nhiên sẽ xảy ra một số chi phí liên quan đến sử dụng ghép kênh theo mã: (1) chi phí cho truyền dẫn HS-SCCH tăng, vì mỗi người sử dụng được ghép kênh theo mã đòi hỏi một HS-SCCH, (2) bậc phân tập đa người sử dụng giảm vì nhiều hơn một người sử dụng được lập biểu trong một T r i . Vì thế chỉ nên sử dụng ghép kênh theo

Chương 8: Quan lý tời nguyên vó tuyến 363

mã khi thỏa mãn một trong số các điều kiện nói trên. Nếu sử dụng ghép kênh theo m ã cho N người sử dụng, thì bộ lập biếu gói trước hết chọn N người sử dụng có ưu tiên cao. Chẳng hạn đơn giản nhất là chia các tài nguyên công suất và m ã giữa những người sử dụng đồng thời bểng cách áp dụng chiến lược mã như nhau và công suất như nhau trong đó những người sử dụng nhận được khối lượng công suất HS-DSCH và m ã như nhau.

8.3.3.4. Lập biểu mặt phang điều khiến trên kênh HS-DSCH

Ró đưa ra F-DPCH riêng cho điều khiến công suất, vì thế kênh mang vô tuyến báo hiệu cho lớp 3 từ RNC đến UE sẽ được phát trên HS-DSCH. Nghĩa là bộ lập biếu MAC-hs trong nút B sẽ được thiết kế để xử lý lập biểu liên kết mặt phang người sử dụng và mặt phang điều khiển trên kênh chia sè HS-DSCH (hình 8.18). Báo hiệu điều khiển bao gồm các bản tin RRC và báo hiệu mạng lõi. Một trong các lợi ích của việc phát các bản tin này trên HS-DSCH thay vì sử dụng DCH tiêu chuẩn liên kết như ở R5 là giảm tối đa trễ báo hiệu do tốc độ số liệu trên kênh HS-DSCH cao. V i một số bán tin RRC được coi là nhạy cảm trễ, bộ lập biểu gói MAC-hs phải phát các bản tin RRC ngay sau khi chúng đến nút B. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các bản tin RRC trong quá trình chuyển ô phục vụ HS-DSCH. Để thực hiện điều này, một giá trị SPI (chi thị mức un tiên) cao được gán cho các luồng số liệu của mặt phảng điều khiển trên HSDPA đế nút B biết được rểng các luồng này có mức ưu tiên lập biếu cao. Vì thế mỗi khi một PDU mới đến nút B với chì thị SPI ràng nó là một bàn tin RRC. nó sẽ được lập biểu ngay tại T U tiếp theo. Vì kích thước bản tin RRC thường được giới hạn vài trăm bít, nên các bản tin này có thể được sử dụng với một m ã HS-PDSCH. Vì thế trước hết bộ lập biểu MAC-hs phải tham vấn chức năng thích ứng đường truyền và tính toán công suất cần thiết cho truyền dẫn bán tin RRC, sau đó công suất và các mã


PDSCH còn lại mới được sử dụng cho lập biểu thông thường cho lưu lượng mặt phang người sử dụng theo các giải thuật được xét trong các phần trước. Cách làm này cho phép thực hiện dễ ràng lập biểu hiệu quả lên mặt phang điều khiển và lưu lượng, mặt phang người sử dụng trên HS-DSCH bằng cách sử dụng phân biệt QoS theo các thiết lập mức đắ ưu tiên và ghép kênh theo mã.

RNC Nút B UE Mặt phăng người

sử dụng Mặt phăng điều khiển

Hình 8.18. Lập biêu MAC-hs cho cả lưu lượng mặt phang điều khiển

và mặt phang ngirời sử dụng lên HS-DSCH

8.3.3.5. Lập biểu thực tế theo các thông số 3GPP

Phần trước đã xét tổng quan các giải thuật lập biểu khác nhau và mắt số điều kiện khai thác chúng thành công. Trong phần này mắt số các khía cạnh thực tế cùa lập biểu sẽ được đề cập ngắn gọn. Các số đo lập biểu được xét trước đây cho thấy ràng tất cả những người sử dụng có cùng mắt hàm tiện ích và vì thế cùng mắt các trình bày số đo lập biểu. Tuy nhiên, trong mắt mạng nhà khai thác có thể muốn phân biệt giữa những người sử dụng và các dịch vụ khác nhau, chẳng hạn nhăm ưu tiên hóa quá trình lập biểu cho các mức ưu tiên khác nhau. Như đã nói trong mục 8.1.1.2, 3GPP cung cấp các thông số khác nhau để điều khiển QoS mắt cách chính xác hơn. Hình 8.19 cho thấy các đầu vào có thể có do chương trình khung 3GPP cung cấp. Đây chưa phải là đầy đủ, nhưng nó cho thấy mắt số thông số chù chốt. Vì thế số đo lập biểu cuối cùng sẽ dựa trên các nguyên tấc cơ sở đã được trình bày nói trên và được cai biên cho phù hợp với dịch vụ chiến lược khai thác của nhà khai thác.

MAC-hs


Các thông sỏ đặc thủ 0 - Các mã HS-SÓCH được ân định Các mả HS-PDSCH được ăn dinh Công suãt HSDPA được ân định

Các thông số đặc thù người sú dụng - Chi thị ưu tiên lập biêu (SPI) - Tốc độ bít đảm báo (QBR) -Bộđịnh thời xóa (Dĩ) • Khá năng/thê loại UE - Khối lượng số liệu nhớ đệm trong nút B

Nguyên lý lập biếu

Các tinh toán sã đo của bộ lập biêu gói

Chiên lược dịch vụ cùa nhà khai thác

Quyẽt định lặp biêu

Hình 8. ỉ 9. Nguyên lý lập biểu theo các thông sổ đầu vào

và các ảnh hưởng lên chiến lược tổng thể được lựa chọn

8.4. TỒNG QUAN QUẢN LÝ TÀI N G U Y Ê N V Ô TUYÊN HSUPA

Nút B 1 Nút B 1

UNG Nút B

E-HICH E-AGCH

UE UAC-e/es

Điêu khiựn cho phép

Điêu khiựn chuyựn giao

Quản lý tài nguyên Lập biựu gói

E-HICH E-AGCH Lập biựu gói

E-RGCH Điều Khiựn tài nguyên

Sắt đặt lại thứ tự gối

Điều khiựn cổng suất vòng trong

Quản lý nghẽn

E-DPDCH

Điều khiựn cống suất

Điêu khiựn câng suất vãng ngoài

Điêu khiựn nghẽn

MAC-e HAR

Q

( E-DPCCH

, DPCCH

HAR

Q

Hĩnh 8.20. Tổng quan các khối chức năng RRM khác nhau cho

HSUPA trong RNC, nút B và VE

Quản lý tài nguyên vô tuyến cho HSUPA bao gồm các chức năng được đặt trong RNC, nút B và UE. Hỉnh 8.20 cho thấy các chức nâng của RRM. RNC chịu trách nhiệm đự ấn định các tài nguyên vô tuyến cho HSUPA, đự điều khiựn cho phép và đự điều khiựn chuyựn giao.


RNC cũng đóng vai trò điều khiển R3 DCH và vì thế nó điều khiển việc cân đối giữa R3 DCH và HSUPA. Nút B chia sẻ các tài nguyên giữa các UE. UE chịu trách nhiệm chọn khối truyền tải dựa trên công suất phát khá dụng và trên số liệu khả dụng trong bộ đệm. Trong các phần sau, ta sẽ xét các khối chức năng khác nhau trong RNC và nút B.

8.5. CÁC GIẢI THUẬT RNC CHO HSUPA Phần này sẽ xét ấn định tài nguyên, thông số hóa QoS (chuyển

đổi QoS vào các thông số), điều khiển cho phép và quản lý tài nguyên. Các chức năng khác cùa RNC như: sắp đặt lậi thú tự trong lớp MAC-es và điều khiển công suất vòng kín đã được xét trong chương 7.

8.5.1. Án định tài nguyên RNC thiết lập giá trị đích cho công suất thu băng rộng cực đậi

(hay tăng tập âm) cho nút B. Công suất thu bao gồm tập âm nhiệt, nhiễu giữa các ô. nhiễu nội ô từ các kết nối DCH và nhiễu nội ô từ các kết nối E-DCH (HSUPA). Các kết nối DCH được điều khiển hoặc bởi khối điều khiển cho phép hoặc bởi khối lập biểu gói trong RNC. Các kết nối E-DCH được điều khiển bởi bộ điều khiển gói HSUPA trong nút B. Bộ lập biểu HSUPA có thế ấn định công suất cho những người sử dụng E-DCH dựa trên thông lượng công suất không bị các kết nối DCH sử dụng và vẫn còn thấp hơn mức công suất băng rộng cục đậi. Điều khiển ấn định tài nguyên trên đường lên được minh họa trên hình 8.21.

Bộ lập biểu HSUPA có thông tin tức thời về tình trậng nhiễu đường lên vì nó được đặt ngay tậi nút B. Bộ lập biểu này cũng có các phương tiện điều khiển nhiễu từ các UE tích cực nhanh hơn so với bộ lập biếu đặt tậi RNC. Hình 8.22 cho thấy nhiễu đường lên là một hàm phụ thuộc vào thông lượng ò. RNC có thể thiết lập một giá trị đích cao hom cho các mức nhiễu khi HSUPA được sử dụng vì các thay đổi nhiễu nhỏ hơn so với trường hợp WCDMA. Các mức nhiễu càng cao thì thông lượng ô càng lớn.

Chương 8: Quan lý tài nguyên vô luyến 367

Đích

Công suất thu băng rộng tại nút B

Tạp ám nhiệt + Hệ số tạp ám máy thu

Các kết nối được được lặp biểu nhanh trên E-DCH (điêu khiên gói HSUPA cùa nút B)

Các kết nối được lập biêu trên DCH (điều khiên gói của RNC) Các kết nối không lập biêu trên DCH (điêu khiên cho phép cùa RNC)

Nhiễu giữa các ó

Hình 8.21. Điều khiên ấn định tài nguyên với HSUPA

Nhiễu đường lẽn

HSUPA

VVCDMA

L. : • ' 1

•

Thông lượng ô

Hình 8.22. Đường cong tải đường lên

và ảnh hướng của lập biêu nhanh

RNC phục vụ cũng phát chỉ thị nghẽn đến nút B. Đây là một thông số đặc thù UE để chi thị nghẽn trong mạng truyền tải và nó có

thê nhận ba giá trị sau:

1. Không nghẽn.

2. Trễ tăng (Delay build-up): Chỉ thị ràng trễ các gói trong mạng

truyền tài đang tăng.

368 Giáo trình Lộ trình phát triên thông tin di động 3G lèn 4G

3. Các gói bị mất: Biểu thị ràng một số lượng gói nhất định trong mạng truyền tải đã bị mất.

Sau khi nhận được chỉ thị nghẽn đổi với một UE nào đó, nút B có thể hạ thấp tốc độ bít của người sử dụng này để giải quyết tình trạng nghẽn.

8.5.2. Thông sổ hóa QoS RNC đưa cho nút B một số thông số QoS để nó sử dụng các

thông số này cho lập biểu gói:

- Chi thị ưu tiên lập biểu chi thị mởc ưu tiên tương đối của các luồng MAC-e bàng cách sử dụng 16 giá trị khác nhau. Giá trị 15 chỉ thị mởc ưu tiên cao nhất và giá trị 0 chi thị mởc ưu tiên thấp nhất.

Tốc độ bít đảm bảo cùa MAC-es chì thị số lượng bít trên một giây đảm bảo được chuyển trên giao diện vô tuyến trong các điều kiện hoạt động bình thường mà ở đó nút B sẽ đàm bào cung cấp các tài nguyên đường lên.

- Số lượng các lần truyền cực đại cho HARQ định nghĩa số lượng các truyền dẫn HARQ lớp Ì cho từng luồng MAC-d.

Chuyển đổi các thông số từ giao diện Iu vào giao diện IuB đà được xét trong mục 8. Ì. Ì .2 cùng với thông số hoa HSDPA QoS.

8.5.3. Điều khiển cho phép Điều khiển cho phép quyết định có cho phép hay không một

người sử dụng mới truy nhập đến HSUPA. Các thông số dưới đây được sử dụng cho quyết định này:

- Số lượng những người sử dụng HSUPA tích cực - RNC có thể muốn giới hạn số lượng người sử dụng HSUPA tích cực


cực đại. Kích thước phần cứng cùa mạng cũng có thể hạn chế số lượng người sử dụng tích cực.

- Mức nhiễu đường lên - mức nhiễu đường lên có thể nhận được từ công suất băng rộng thu được đo (RTWP: Receiveđ Total Wideband Power). Nếu mức nhiều quá lớn so với đích được quy đữnh trước và nếu các tốc độ số liệu của những người sử dụng hiện hữu không giảm, người sử dụng mới có thể bữ chặn.

- Chi thị ưu tiên lập biêu - chì thữ mức ưu tiên cùa cuộc gọi mới so với các SPI của các cuộc gọi hiện hữu. Nếu cuộc gọi mới có mức ưu tiên cao và các cuộc gọi hiện hữu có mức ưu tiên thấp, điều khiển cho phép có thể cho phép cuộc gọi mới dẫn đến khả năng giảm chất lượng các cuộc gọi hiện có. Tốc độ bít đảm bào - điều khiển cho phép cần có GBR để xem xét xem có đủ tài nguyên cho một cuộc gọi GBR mới hay không, trong khi đó vẫn cần đảm bảo GBR cho những người sử dụng hiện có trong mạng.

- Tốc độ bít được cung cấp trên E-DCH - Nút B báo cáo tốc độ bít được cung cấp trên kênh E-DCH cho từng loại ưu tiên. Tốc độ bít này có thể được so sánh với các tốc độ bít đích cho các loại SPI khác nhau khi đua ra quyết đữnh điều khiển cho phép cho một người sử dụng nào đó. Tóc độ bít được cung cấp trên DCH - RNC biết được các tốc độ bít được cung cấp trên DCH. Tốc độ bít này có thể được so sánh với một tốc độ bít đích cùa những người sử dụng DCH khi đưa ra quyết đữnh có cho phép một người sử dụng DCH mới hay không

- Các hạn chế đường xuống - khi một người sử dụng HSƯPA mới được cho phép, nguôi này cũng yêu cầu HSDPA cho


đường xuống. Nếu không có tài nguyên cho HSDPA, thi cần chặn người sử dụng này ngay cả khi có tài nguyên cho đường lên.

8.5.4. Quản lý di động Điều khiển chuyển giao trong RNC quyết định, (1) các ô nào sẽ

có trong tập tích cực, (2) ô nào sẽ là ô phục vụ HSUPA. Quyết định thứ nhất rát giống với điều khiển chuyển giao WCDMA R3, ngoại trừ viổc số ô cực đại trong tập tích cực chỉ bàng 4 đối với HSUPA, còn số ô cực đại trong tập tích cực đối với WCDMA có thể bằng 6. Giải thuật ô phục vụ quyết định ô nào sẽ là ô điều khiển người sử dụng HSUPA. ô phục vụ đổi với HSUPA có thể khác với ô phục vụ đối với HSDPA, nhưng thông thường ô phục vụ cho HSUPA và HSDPA như nhau và thay đổi ô phục vụ xảy ra đồng thời.

8.6. CÁC GIẢI THUẬT NÚT B CHO HSUPA Trong nút B, các chức năng chính liên quan đến HSƯPA là lập

biểu gói và HARQ, HARQ đã được trình bày chi tiết trong chương 7, còn ở phần sau ta sẽ xét chi tiết lập biểu gói.

Hai chế độ lập biểu khác nhau đã được định nghĩa cho HSUPA: Chế độ lập biểu nút B với báo hiổu điều khiển LI/MÁC trên đường lên và đường xuống và chế độ không lập biểu được điều khiển bời RNC. Phương pháp điều khiến bởi RNC có thể được sử dụng cho các kênh mang GBR chẳng hạn cho VoIP. Chế độ không lập biểu được điều khiển bởi RNC giống như ấn định WCDMA DCH, nhưng sử dụng phát lại L I nhanh. Phần này sẽ xét lập biểu gói dựa trên nút B.

HSUPA có hai ưu điểm chính so với WCDMA R3: L I HARQ và lập biểu dựa trên nút B. Ưu điểm thứ nhất có lợi về mặt hiổu suất sử dụng phổ tần, vì nó cho phép hoạt động với BLEP cao hơn mà không

Chương 8: Quan lý tài nguyên vô tuyến 371

tăng trễ. ư u điểm thứ hai cho phép lập biểu gói nhanh hơn nhờ vậy

cho phép làm việc tại các hệ số tải cao hơn và thông lượng ô cao hơn.

Hình 8.23 cho thấy môi trường lập biểu nút B. Hình này cho thấy ràng bộ lập biểu gói được nối đến một số MAC-e. Mồi HSUPA UE có thực thể MAC-e riêng trong nút B. Chức năng quan trọng nhất của MAC-e là chỗu trách nhiệm thu và công nhận quá trình HARQ.

RNC

Các lài nguyên Thông tin QoS Thống tin nghèn

, Số liêu

Nút B

Các cho phép dung lượng Các yêu càu ịốc độ sò liêu

UE

Các cho phép dung lượn' Các yêu cảu tốc dó sổ liêu UE

Hình 8.23. Mói trường lợp biếu gói HSUPA dựa trên nút B

Nút B có thể nâng cấp ấn đỗnh dung lượng UE dựa trên bít hạnh

phúc hay thông tin về trạng thái bộ đệm UE. UE cũng báo cáo công

suất truyền dẫn khả dụng để chi thỗ việc nó còn có thể hỗ trợ sổ liệu đường lên cao từ quan điểm công suất hay không. Nút B có thề hạ cấp ấn đỗnh dung lượng UE nếu các cho phép dung lượng được ấn đỗnh

không sử dụng hết và mức độ sử dụng kênh thấp.

Nút B có thể đưa ra hai kiểu cho phép dung lượng cho UE khi nó muốn thay đổi ấn đỗnh: các cho phép tuyệt đối cung cấp tỷ số công suất tuyệt đổi giữa E-DPDCH và DPCCH cho ƯE và các cho phép tương đổi (ÚP, DOWN hay HOLD). Khi UE nhận được lệnh ÚP hay

DOWN nó sẽ điều chinh ấn đỗnh tăng hoặc giảm một nấc so với ấn

đỗnh được chọn trong TTI cuối cùng cùa quá trình HARQ. Các cho phép tương đối được gửi đi trong kênh E-RGCH, còn các cho phép


tuyệt đối được gửi đi trong kênh E-AGCH. Các cho phép tuyệt đối chi được gửi đi bởi ô phục vụ HSUPA còn các cho phép tương đối cũng có thể được gửi đi bởi các ô không phục vụ nhung chỉ cho lệnh DOWN để giải quyết vấn đề quá tài.

8.7. TÔNG KÉT Chương này đã xét các vấn đề về quán lý tài nguyên vô tuyến cho

HSPA bao gồm quản lý tài nguyên vô tuyến cho HSDPA và quản lý tài nguyên vô tuyến cho HSƯPA. Các vấn đề liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến có HSDPA và HSƯPA được xét trong chương này bao gồm: Các giải thuật RNC và các giải thuật lập biểu nút B. Điểm mạnh của quán lý tài nguyên vô tuyến HSPA so với WCDMA R3 là HARQ lớp Ì và lập biểu gói được đặt tại nút B. Ưu điểm cùa LI HARQ là nó cho phép tiết kiệm phễ tần, vì nó cho phép hoạt động với BLEP cao hơn mà không tăng trễ. Ưu điểm đặt lập biểu gói tại nút B cho phép lập biếu gói nhanh hơn nhờ vậy cho phép làm việc tại các hệ số tải cao hơn và thông lượng ô cao hơn.

8.8. CÂU HỎI Ì. Tài nguyên vô tuyến trong HSPA là các tài nguyên nào 2. Trình bày nguyên lý chung cùa quản lý tài nguyên vô tuyến trong HSDPA

3. Trình bày các giải thuật RNC cho HSDPA 4. Trình bày các giải thuật nút B cho HSDPA 5. Trình bày nguyên lý quản lý tài nguyên vô tuyến HSUPA 6. Trình bày các giải thuật RNC cho HSUPA 7. Trình bày các giải thuật nút B cho HSUPA 8. Tại sao lập biểu phụ thuộc kênh lại cho phép tăng dung lượng

Chương 8: Quan lý tài nguyên vô tuyển 373

9. Bạn hãy đưa ra một kịch bản lập biếu phụ thuộc kênh trong đó tại từng khoảng thời gian truyền dẫn bạn thực hiện phân chia tài nguyên cho những người sử dụng

10. Bản chất của nguyên tắc lập biồu phụ thuộc kênh công bàng là gì, tại sao cần lập biồu phụ thuộc kênh công bằng

li. Sơ đồ lập biồu quay vòng là một sơ đồ hoàn toàn công bằng. phân tích ưu và nhược của sơ đồ nào, liên hệ sơ đồ này với các sơ đồ điều khiồn tài nguyên trong các hệ thống thông tin di động mà bạn đã được học.

Chương 9

VoIP TRONG HSPA

VoIP (Voice over IP: Thoại trên IP) đã trở thành một giải pháp hấp dẫn để mang thoại trên miền chuyển mạch gói trong mạng cố định. Số lượng khách hàng VoIP dựa trên máy tính ngày càng tăng. Các dịch vụ VoIP này cho phép thực hiện các cuộc gọi chuyển mạch gói giữa các máy tính và các thiết bị cầm tay trên mạng Intemet công cộng. VoIP cũng nặi lên như là một tính năng bặ sung cho các ứng dụng Internet như nhắn t i n và gặp nhau trên mạng.

WCDMA và HSPA cũng cho phép mang VoIP chất lượng tốt trên các mạng tặ ong diện rộng. Thực hiện VoIP trong trường họp này đòi hỏi hiểu biết hiệu năng vô tuyến của VoIP. ngoài ra cũng cần xét đến các khía cạnh VoIP kể cả các thỏa thuận dịch vụ giữa nhiều nhà khai thác, chuyển mạng quốc tế, lệ phí kết cuối và các khía cạnh pháp luật. Chương này tập trung lên hiệu năng vô tuyến của VoIP. Chương cũng sẽ xét các động lực chính cho việc khai thác VoIP trên các mạng tặ ong, nén tiêu đề và sẽ trình bày các kết quà dung lượng hệ thống đạt được.


- Động lực VoIP

- Nén tiêu đề

- VoIP trong HSPA

376 Giáo trình Lộ trình phái Iriên thông tin di động 3G lên 4G

Mục đích chương nhàm cung cấp cho sinh viên các kiến thức về dịch vụ VoIP áp dụng trong HSPA.

Đề hiểu được chương này sinh viên cần đọc kỳ tư liệu được trình bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [ l i ] , [14] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

9.1. ĐỘNG Lực VQIP Thoại chuyển mạch kênh đã là nguẫn lợi nhuận chính cho các nhà

khai thác mạng di động và vẫn chiếm trên 7 0 % lợi nhuận của họ. Cho đến nay các mạng di động chưa có khả năng hỗ trợ thoại chất lượng tốt trên các kênh chuyển mạch gói, nhưng hiệu nâng vô tuyến cùa WCDMA/HSPA sẽ đù tốt cho VoIP. VoIP có thế hỗ trợ dịch vụ cuộc gọi phong phú (gẫm nhiều dịch vụ) hoặc chi thoại thông thường nhưng giá thành thấp hơn thoại chuyển mạch kênh. Phần này sẽ giới thiệu các động lực khác nhau cần thiết để khai thác VoIP trên WCDMA/HSPA, ta sẽ phân biệt ba trường hợp sau:

Ì. Các cuộc gọi đa địch vụ của khách hàng, trong đó thoại là một phần tử của một phiên đa phương tiện chẳng hạn video hay trò chơi đẫng cấp.

2. Các cuộc gọi đa dịch vụ cùa hãng, trong đó mạng số liệu đa dịch vụ riêng của hãng được mở rộng để bao phù cả các mang truy nhập vô tuyến.

3. Thoại tuần túy. Các mạng tốc độ số liệu tâng cường cho phát triển GSM (EDGE)

của 2G phát triển và các mạng 3G WCDMA cho phép đẫng thời thoại chuyển mạch kênh và kết nối số liệu chuyển mạch gói. cấu hình này phù họp tốt cho các dịch vụ nội dung - người dùng (chuyển nội dung đến người sử dụng), như duyệt WAP và tải xuống e-mail, trong đó nơi nhận cuộc gọi thoại và kết nối chuyển mạch kênh khác nhau. Cũng cỏ thể khai thác các dịch vụ gói người dùng - người dùng, như chia sè

Chương 9: VoIP trong HSPA 377

video thời gian thực cùng với các cuộc thoại chuyển mạch kênh. Tuy nhiên VoIP có thể thực hiện các cuộc gọi phong phú một cách đơn giàn hom vì cả thoại và dịch vụ số liệu đều có thế được mang qua các mạng chuyển mạch gói đến cùng một nơi nhận. Có thế coi đây là một nét rất quan trọng, đặc biệt là trong các trường họp trong đó đằu cuối đối tác có kết nối phong phú không phái là đằu cuối di động mà là một máy tính được kết nối ADSL/WiFi bang một VoIP client tương tự.

Kịch bán VoIP với các dịch vụ gọi phong phú được minh họa trên hình 9.1.

Đầu cuối di động có VolP client + khá năng cuộc gọi phong phú

Nút B RNC SGSN/

IMS

ị 1

i Chuyến VVLAN

i Chuyến VVLAN

PC có VolP client + khá năng cuộc gọi phong phú

Hình 9. ỉ. VoIP với các khá nàng cuộc gọi phong phú

Những người sử dụng kinh doanh có thể truy nhập mạng Intranet cùa hãng họ bằng cách sử dụng các mạng riêng ảo (VPN: Virtual Private Network). Các dịch vụ Intranet kể cà gặp nhau trên mạng (netmeeting) cũng mang thoại. Để sù dụng các dịch vụ Intranet dựa trên VoIP này bên ngoài công sở, giải pháp di động vùng rộng phải có khả năng hỗ trợ VoIP. Trong trường hợp này, VoIP di động cằn thiết

đê mờ rộng vùng phủ cho các dịch vụ hãng.

VoIP thoại thông thường gây áp lực rất lớn lên hiệu suất sử dụng tằn số, vỉ việc sù dụng nó phải hiệu quà hơn thoại chuyển mạch kênh.


Một số hệ thống vô tuyển dựa trên chuyển mạch gói khác kể cả W L A N hoặc W i M A X không có khả năng mang thoại chuyển mạch gói. Nếu cần thiết dịch vụ thoại trên các hệ thống này, VoIP chi là tùy chọn. ngay cà đối với dịch vụ thoại đem giản.

9.2. NÉN TIÊU ĐÈ Kích thước của toàn bộ tiêu đề IPv6 cùng với tiêu đề giao thức

thời gian thực/ giao thức bẫ sổ liệu cùa nguôi sử dụng (RTP/ƯDP) là 60 byte, trong khi đó kích thước của một gói thoại thông thường là 30 byte. Nếu không nén tiêu đề thì hai phần truyền dẫn sẽ chì là tiêu đề. Có thể sử dụng nén tiêu đề để cải thiện đáng kể hiệu suất của lưu lượng VoIP trong HSPA. Giả sử ta sù dụng nén tiêu đề bền chắc (ROHC: Robust Header Compression) để giảm kích thước các tiêu đề xuống còn vài byte (ROHC trong 3GPP là bộ phận của R4). Hình 9.2 minh họa tốc độ sổ liệu cần thiết với tiêu đề đầy đù và với các tiêu đề nén. Tốc độ số liệu giảm từ 40kbiƯs xuống còn vào khoảng 15kbit/s.

100

90 eo

70

60

50-

40

30-20

10

0

37.6 kbít/s

1S.2kbiVs

• TiẻuđềRLC D Tiêu đề RTP/UDP/IPV6 E3 Tải tin RTP AMR 12.2kbiưs

Các tiêu đè không nên ROHC

Hình 9.2. Lợi ích nhận được từ nén tiêu đề ROHC

trong J2,2kbit/s VoỉP

Nén tiêu đề cho HSPA được thực hiện tại giao thức hội tụ số liệu gói (PDCP: Packet Data Convergence Protocol) của lớp 2 trong Ư E và trong RNC. Vì thế nén tiêu đề không chi tiết kiệm dung lượng giao

Chương 9: VoỉP trong HSPA 379

diện vô tuyến mà cả dung lượng truyền dẫn Iub. Vị trí nén tiêu đề được minh họa trên hình 9.3.

Các tiêu đè IP nén Các tiêu đề IP đầy đủ < > < ^ >

Nút B lub RNC SGSN/ GGSN

Nén tiêu đề tại lớp PDCH

Hình 9.3. Nén tiêu đẻ IP với VoỉP

9.3. VOIP TRONG HSPA HSDPA/HSƯPA lúc đầu được thiết kế cho các dịch vụ phi thời

gian thực tốc độ cao trong khi VoIP là dịch vụ tốc độ thấp với các yêu cầu chật chẽ. Các kết quả mô phỏng trong chương này sẽ cho thấy 3GPP HSPA vẫn có thể cung cấp hiệu năng hấp dẫn cho VoIP.

9.3.1. HSDPA VoIP

9.3.1.1. Lập biểu gói và quỹ trễ

Các mô phỏng đều giả thiết sư dụng lập biếu gói công bằng tỷ lệ (xem chương 8). Giả thiết sử dụng ghép kênh những người sử dụng theo mã (số người sử dụng Mu). Bộ lập biểu chọn Mu người sử dụng có mức un tiên cao nhất từ tập ứng cử lập biếu để truyền dẫn trong 2ms T r i tiếp theo. Tập ứng cừ lập biểu bao gồm những người sử dụng thỏa mãn các tiêu chuẩn sau:

1. Những người sử dụng có ít nhất Mpkls gói VoIP được nhớ đệm tại nút B. Giá trị Mpkls phụ thuộc vào trễ VoIP cho phép cực đại và và được sử dụng giữa 3 và 4 trong các mô phòng dưới đây.

ĩ. Nhũng người sử dụng có trề đầu hàng bàng hoậc lớn hơn (Mpkts-l)x20ms.

380 Giáo trình Lộ trình phát triền thông tin dí động 3G lên 4G

3. Nhũng người sử dụng có các phát lại đang treo trong bộ quản lý HARỌ.

Bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn trên, ta tránh được lập biểu những người sứ dụng có khối lượng số liệu được nhẳ đệm trong nút B thấp vì nó có thể gây ra tổn thất dung lượng. Lưu ý rằng một gói VoIP vẳi ROHC thường là 38 byte hay 304 bít trong khi kích thưẳc khối truyền tải HSDPA (chẳng hạn vẳi ba mã HS-DSCH) có thể lẳn hơn 1500 bít. Vì thế một khối truyền tải có thể mang nhiều gói VoIP.

Theo m ô hình ITU, trễ một chiều từ miệng đến tai phải nhỏ hơn 250ms để đảm bào chất lượng tiếng. Ta ưẳc tính ràng quỹ trễ gói VoIP khả dụng cho lập biểu nút B, truyền dẫn giao diện vô tuyến và thu tại UE vào khoáng 80-150ms tùy thuộc và việc cuộc gọi VoIP là giữa hai đầu cuối di động hay giữa mạng cố định và đầu cuối di động.

9.3.1.2. Các mã định kênh và ẩn định công suất Các m ô phỏng già thiết sử dụng giải pháp 3GPP R5 trong đó kênh

vật lý riêng liên kết (DPCH) được sử dụng đế mang báo hiệu. Hệ số trải phổ (SF) cho DPCH liên kết giả thiết là SF = 512. DPCH liên kết có thể nằm trong chế độ chuyển giao mềm. Giả thiết rằng chi phí trung bình cho chuyển giao mềm là 30%, trong đó mồi người sử dụng chiếm trung bình Ì ,3 m ã định kênh DPCH. Ngoài ra các mã định kênh cho truyền dẫn các kênh chung dược dành trưẳc. Giả thiết sử dụng ghép kênh theo m ã cho M„ người sử dụng trên một TTI, các mã định kênh HS-SCCH có hệ số trái phổ SF = ì 28 cũng được ấn định. Các mã định kênh còn lại có thể được sử dụng cho HS-PDSCH vẳi SF = 16. Hình 9.4 cho thấy số lượng các mã HS-PDSCH khả dụng trên một ô như là hàm phụ thuộc và số người sử dụng vẳi già thiêt M u = 4 cho các trường hợp có nhiều hon 60 người sử dụng VoIP trên một ô. Đ ố i vẳi trường hợp ít hom 60 người sử dụng VoIP, già thiêt ràng một m ã HS-SCCH được ấn định cho một nhóm 15 người sử dụng VoIP. Số lượng các mã HS-PDSCH giảm phụ thuộc và số người sử

Chương 9: VolP trong HSPA 381

dụng do chi phí m ã định kênh cho DPCH liên kết đối với từng người sử dụng. Chẳng hạn đối với chi phí chuyền giao mềm 30%, DPCH liên kết có SF = 512 và 100 người sử dụng, thì chỉ còn 10 mã HS-DPSCH khả dụng trong tổng số 15 mã để truyền dẫn VoIP cho những người sử dụng.

3GPP Ró cho phép sứ dụng F-DPCH theo đó nhiều người sử dụng (có thề đến 10 người) có thề chia sè mệt DPCH, vì thế cho phép ấn định nhiều mã hơn cho HS-DSCH. Hình 9.4 cũng cho thấy các mã HS-PDSCH khả dụng trong trường hợp sử dụng F-DPCH. Với 100 người sử dụng, ta vẫn có thế ấn định 14 mã HS-PDSCH cho truyền dẫn, rõ ràng ràng cài thiện rất nhiều so với chi có lo mã khá dụng trong trường hợp 3GPP R5 với kênh DCH liên kết. Khi số mã HS-PDSCH khá dụng nhiều hơn, ta có thề áp dụng mã hóa kênh mạnh hem và điều chế bền chắc hơn và vì thế cài thiện hiệu suất sử dụng

F-DPCH: DPCH một phần (R6) A-DPCH. DPCH liên két (R5)

20 40 60 80 100 SỐ người sử dụng VolP trẽn một õ

Hình 9.4. Số lượng mã định kênh HS-PDSCH khả dụng phụ thuộc

và số người sù dụng VoIP trên một ô

Liên quan đến các ấn định công suất. các m ô phóng giả thiết ràng các kênh chung nhận công suất 3W, các kênh DCH liên kết Ì w, các


HS-SCCH 2W và HS-DSCH 10W dẫn đến công suất trung bình cùa nút B là 16W và vẫn còn một lượng công suất nhất định cho các thay đổi mức công suất của DCH liên kết.

9.3.1.3. Các kết quả dung lượng

M ô phóng mạng đường xuống đã được sử dụng để khảo sát hiệu năng của VoIP trên HSDPA. Mừi gói VoIP mới đến nút B sẽ liên kết với một bộ định thời xóa. Mỗi khi một gói nhớ đệm được phát, nó sẽ được chuyển vào bộ quàn lý HARQ, và bộ định thời xóa của nó ngừng hoạt động. Vì thế mỗi khi một gói được truyền nó chỉ có thể bị rớt nếu nó không được thu thành công sau một số lần phát cho phép cực đại.

0,08

0,07

<o •3 0,06

Ể •ỊĨ 0,05 en

y

•có

0,04

0,03

0,02

65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

SỐ người sử dụng trung bình trên ô

Hình 9.5. Xác suất mất của ô đối với VoIP cho các quỹ trễ khác nhau

Hình 9.5 cho thấy các kết quả m ô phóng ô vĩ m ô với các giá trị trễ khác nhau đối với truyền dẫn từ RNC đến bộ đệm UE. Dung lượng cực đại với trễ cực đại 80ms, lOOms và 150ms là 73, 87 và 105 người

Ị / \Ị Ị ị

/Quỹ trễ: ị 80 ms Ị /Quỹ trễ;

ị: 100 ma ị

—fẠ 1 / I I \ Quỹ trê • 150 ms

••/•• Ỷ ị

Chương 9: VoIP trong HSPA 3 8 3

sù dụng với xác suất mất của ô là 5%. Rõ ràng ràng cần cân đối giữa trễ và dung lượng đối với VoIP; trễ càng lớn thì dung lượng càng cao.

Cỏ thể so sánh các con số dung lượng VoIP trên với dung lượng thoại R3 ước tính là 64 người sử dụng. HSDPA có thể cải thiện dung lượng thoại nhờ các tính năng tiên tiến cùa L I như: Các phát lại HARQ. thích ựng đường truyền và mã hóa turbo so với R3 DCH chi sử dụng mã hóa xoắn và không có thích ựng đường truyền lẫn HARQ.

9.3.2. HSUPA VoIP

9.3.2.1. Các giải thuật

VoIP trên HSUPA có thế được thực hiện theo nhiều cách. Đặc tả HSUPA quy định hai độ dài TTI cho E-DCH: lOms và 2ms. T r i lOms là bắt buộc cho tất cá các UE và hỗ trợ TTI 2ms phụ thuộc vào khá năng của UE. Ngoài ra các chế độ lập biếu khác nhau cũng được quy định cho HSƯPA: (1) chế độ lập biểu nút B với báo hiệu L I M Á C trên đường lên và đường xuống và (2) chế độ không lập biêu được RNC điều khiển.

Đối với lOms TTI, bốn xử lý HARQ đặc tả tương ựng với thời gian truyền vòng 40ms đối với HARQ nhanh. Hình 9.6 minh họa truyền dẫn các gói VoIP trên E-DCH. Một gói VoIP mới nhận được từ bộ mã hóa và giải mã (codec) tiếng trong với 20ms một lần. Vì thế TTI thự hai được sử dụng đế truyền dẫn VoIP mới. Nếu cần phát lại, truyền dẫn gói VoIP tiếp theo bị trễ lOms và trễ truyền dẫn xấu nhất có thể đến 60ms.

Các gói VolP đến từ ựng dụng 20 ms một lần

ị ĩ ị ị ị Ì ị Ì <-0-)f-1^(-2-K-3-»<-O-»«-1-K-2-K-3-^-0-K-1 -X-2-K-3-X- Ọ-*- Ị ~ * " 2 - * ~ 3 ~ * lo xử lý HARQ

Ì5j [ 1 2 ] Ị #i 1*3 1*4 Ị Ị #5 Ị #3 Ị #4 Ị #6 Ị ni Ị [W} •Ị #1 trẻ 50ms

#3 trẻ 60 ms lOms « — •

Hình 9.6. VoIP trên E-DCH với ỈOms 777 (Mỗi gói VoIP được truyền 20ms mỗi lan)


Đ ố i với 2ms TTI, tám xử lý H A R Ọ được đặc tả và thời gian truyền vòng là 16ms. Giới hạn trễ 80ms cho phép sử dụng đến 4 lần phát lại. Hình 9.7 minh họa truyền dẫn VoIP với cực đại ba lần phát lại vì thế trễ xấu nhất là 50ms. Đ ố i với 2ms T T I có thứ hạn chế số lượng xử lý HARQ của một người sứ dụng. Điều này có thứ được sử dụng đứ ghép theo thời gian những người sử dụng vào các xử lý HARQ riêng biệt. Tuy nhiên nếu cho phép ba lần phát lại cho một gói và không có trễ bồ sung do ấn định xử lý HARQ . thì cần ấn định bốn xử lý HARQ (trong số 8 xù lý) cho mỗi người sù dụng.

Các gói VolP đen từ ủng đụng 20 ms một lãn

ĩ ị ị ị — 0—1—2—3—»—5-6—7^)—1-2-3-4—5-6-7-0-1-2—3-4-5-6-7-0—1-2—3—4-5-6-7- ID xử lý HARQ

Ẽ CO tu Ẽ Ẽ3 s É É GO É ì* trê 50 ms

^ 10 ms

Hình 9.7. VoIP trên E-DCH với 2ms ni (Mỗi gói VoỉP được truyền 20ms moi lần)

Ư u điứm của lOms T T I là tất cả các UE đều hỗ trợ nó, đòi hòi tốc độ đỉnh thấp hơn, hoạt động tốt hơn tại biên ô và nằm trong chuyứn giao mềm so với trường hợp 2ms TTI. 2ms T T I cho phép đạt được dung lượng ô cao hơn vì có thứ phát lại nhiều hơn. Ngoài ra có thứ sử dụng ghép kênh theo thời gian cho nhiều người sử dụng.

Truyền dẫn không lập biứu của E-DCH được đặc tá cho các dịch vụ tốc độ bít đảm bảo và vì thế nó thích hợp cho VoIP. số lượng bít cực đại trên một đơn vị số liệu tải tin (PDU) cùa MAC-e trên một luồng MAC-e được lập cấu hình bởi RNC phục vụ (SNRC) thông qua báo hiệu RRC (Radio Resource Control). Tốc độ bít cho phép phải xét đến tốc độ bít của codec thoại, hiệu suất nén tiêu đề, các thay đôi và sự tồn tại của các gói RTCP (Real Time Control Protocol: giao thức điều khiứn thời gian thực). Tốc độ số liệu không lập biếu có thứ được thay đổi thông qua báo hiệu RRC.

Chương 9: VoỉP trong HSPA 385

Lập biểu nút B theo các yêu cầu tốc độ đường lên và các cho phép tốc độ đường xuống cũng có thế được thực hiện cho VoIP. Nút B gửi một cho phép tuyệt đối đến UE và chi tích cực một số xử lý HARQ (cho 2ms Tri). Điều này cho phép sử dụng ghép kênh các ngươi sử dụng theo thời gian. Ư u điếm của truyền dẫn lập biểu là UE có thể yêu cầu cho phép cao hơn nếu cần, chẳng hạn do các gói RTCP. Tuy nhiên cho phép được lập biểu chỉ là một ởn định công suởt, nó không đàm bào tốc độ bít tối thiểu và trong chuyển giao mềm các nút B khác có thể hạ thởp cho phép của nút phục vụ đối với ƯE. Vì thế truyền dẫn không lập biểu được điều khiến bởi RNC hởp dẫn hơn đối với dịch vụ VoIP.

9.3.2.2. Các kết quả dung lượng

H S Ư P A được kỳ vọng là sẽ cung cởp độ lợi dung lượng nhởt định so với DCH đối với nhiều dịch vụ nhờ L I H A R Ọ nhanh và lập biểu nhanh . Tuy nhiên chi phí cho kênh điều khiển riêng tăng cường (E-DPCCH) "tiêu tốn" một phần độ lợi dung lượng, nhởt là đối với các dịch vụ tốc độ thởp như VoIP. Phần này sẽ cung cởp ví dụ về các kết quả dung lượng HSUPA VoIP dựa trên các m ô phỏng mức liên kết và các phương trình tải mức hệ thống.

Thông lượng mức hệ thống cho cả lOms T T I và 2ms TTI được cho trên hình 9.8. Đ ố i với lOms TTI, tốc độ số liệu đỉnh là 32kbit/s và đối với 2ms T T I tốc độ này là 160kbiƯs. Cả hai đường cong đều giả thiêt sử dụng số lần phát cực đại bằng 4. Do các hạn chế về trễ và mức độ sử dụng kênh, chỉ hai lần phát được sử dụng cho VoIP với lOms TTI, nghĩa là tỳ lệ lỗi khối cực đại đối với lần phát thứ nhởt là 50-70% và thông lượng liên kết đon vào khoảng 6 0 % của giá trị cực đại. Đ ố i với 2ms T r i , cho phép sử dụng số lần phát nhiều hơn và dung lượng được tính toán cho 5 0 % và 3 0 % thông lượng người sử dụng đơn, tương ứng với trung bình hai hoặc ba lần phát lại trên một gói VoIP.

386 Giáo trình Lộ lành phái triên thông tin di động 3G lên 4G

Dung Ì trạng đường lên có thê được ước tính bằng các sử dụng công thức tải sau đây:

ể \ A t t ^ - l O l g l O Ì- R„/R

N.v.ạ + a) (9.1)

Trong đó: p là Eb/No đích, Re là tốc độ chip, R là tốc độ bít của E-DPDCH, N là số lượng người sử dung, V là thừa số tích cực tiếng tương đương, oe là tỷ sỗ nhiu nội ô với nhiu của các ô khác và NR<jB

là tăng tạp âm tính bàng dB. Khi sử dụng công thức tải đường lên, các chi phí bổ sung (nhiu bổ sung) cho DPCCH, E-DPCCH và HS-DPCCH và các phát lại trên E-DPDCH được xét trong thừa số tích cực tiếng tương đương.

-30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 Ec/N0 , dB

16 -12

Hình 9.8. Thông lượng liên kết đơn của 32kbit/s với truyền dẫn lOms

ni và I60kbit/s với truyền dẫn 2ms ni phụ thuộc vào tổng Et/No

trong kênh xe ó tô A

Chương 9: VolP (rong HSPA 387

Các tính toán dung lượng đường lên giá thiết là a = 0,65 và tích cực tiếng bằng 50%. Chỉ thị chất lượng kênh (CỌI) đối với đường xuống già thiết là được phát trên HS-DPCCH một lần trong lOms. E-DPCCH chỉ được truyền cùng với E-DPDCH. DPCCH được phát thường xuyên vì nó mang các bít hoa tiêu bắt buộc và các bít điều khiển công suất.

VA3 với HS-DPCCH 8

60 70 80 90 SỐ người sử dụng VolP

Hình 9.9. Tăng tạp âm đường lên phụ thuộc vào số lượng người sử

dụng VoIP đối với các độ dài Tri khác nhau và thông lượng một

người sử dụng khác nhau trong kênh xe cộ A, ìkm/h (lưu ý: kênh xe cộ

ở đây biểu thị lý lịch kênh chứ không có nghĩa là đi trên xe)

Tăng tạp âm được cho trên hình 9.9 như một hàm phụ thuộc vào số lượng người s dụng VoIP. Hai đường cong biểu thị cho hai độ dài ni Các đường cong cho thấy rằng sức mạnh của HA RỌ: Có thể tâng số người s dụng VoIP nếu cho phép phát lại nhiều hơn, bàng cách

388 Giáo trình Lộ trình phát /riêu thông tin di động 3G lên 4G

phát đi lúc đầu mức công suất thấp. Đối với Ì Oms TTI, việc giới hạn chi hai lần phát trên một gói VoIP sẽ hạn chế dung lượng. Với 2ms TTI dung lượng đạt được cao hom vì có thể cho phép sổ lần phát lại nhiều hơn. Các kết quả được đưa ra cho trường hợp thông lượng một người sử dụng 5 0 % (trung bình hai lần phát trên một gói VoIP) và thông lượng 3 0 % (ba lần phát trên một gói VoIP).

Do lập biểu nút B nhanh hơn và HARQ, có thể cho phép tăng tạp âm trong HSUPA cao hơn so với R3. Ta giả thiết là tăng tạp âm cắc đại trong HSUPA là 6dB.

Truyền dẫn DPCCH liên tục đòi hói chi phí khá cao đối với các lưu lượng VoIP. Một gói mới chi xuất hiện 20ms một lần, mặc dù truyền dẫn có thế nhanh (trong 2ms TTI). DPCCH mang các bít hoa tiêu để ước tính kênh và các bít điều khiển công suất để điều khiển công suất đường xuống. 3GPP R7 đã nghiên cứu khả năng bật tắt phát DPCCH tùy theo việc có hay không có các truyền dẫn đường lên khác. Mục đích của giải pháp này là để giảm nhiễu và cải thiện dung lượng.

Có thể đạt được độ lợi hiệu suất phổ tần từ HSUPA bằng cách phát lại nhiều lần. Mồi phát lại cần được giải mã bởi máy thu nút B và băng gốc nút B cần được thiết kế với công suất xử lý gấp hai hoặc ba lần so trường hợp khi số lần phát lại thấp.

9.4. TỒNG KÉT Các kết quả mô phỏng HSDPA và HSUPA VoIP được tổng kết

trên hình 9.10. Các kết quả HSDPA dắa trên 3GPP R5 và DCH liên kết, máy thu Rake anten đem và trễ truyền dẫn cắc đại là 80ms. Dung lượng đường xuống và đường lên tương tắ như dung lượng chuyên mạch kênh WCDMA.

Có thể tăng dung lượng HSDPA bằng cách sử dụng F-DPCH và các máy thu tiên tiến tại đầu cuối (3GPP Ró). Có thể tăng dung lượng HSUPA bằng cách bật tắt truyền dẫn DPCCH tùy theo việc có truyền

Chương 9: VoIP trong HSPA 389

dẫn đường lên hay không (3GPP R7). Khi tất cá các tăng cường này được áp dụng. dung lượng VoIP có thể vượt quá 120 người sử dụng với codec AMR (Adaptive Multi-Rate: đa tốc độ thích ứng) 12,2kbit/s.

160

140

8 120

í 100

80

60

ộ \ 40

« 20

UE tiên tiến và F-DPCH

(3GPP R6)

Bật tắt đường lẽn (3GPP R7)

Bặt tắt đường lên (3GPP R7)

Đường xuống 1-Rake (3GPP R5)

Đường lên 10ms Tri (3GPP R6)

Đường lên 2ms TTI (3GPP R6)

Hình 9. lũ. Tổng kết các kết quá mô phỏng dung lượng

cho AMR 12,2kbit/s

9.5. CÂU HỎI Ì. Vì sao cần phát triển dịch vụ VoIP trong HSPA? 2. Lý do cần nén tiêu đề cho VoIP trong HSPA? 3. Nguyên lý nén tiêu đề cho VoIP trong HSPA? 3. Trình bày lập biểu gói và quỹ trễ trong HSDPA VoIP? 4. Trình bày nguyên lý sử dụng các mã định kênh và ấn định công suất

trong HSDPA VoIP.

5. Trình bày các kết quà dung lượng đt được trong HSDPA VoIP.

6. Trình bày các giải thuật cho HSƯPA VoIP. 7. Trình bày các kết quả dung lượng đt được trong HSUPA VoIP.

Chương 10

CÁC DỊCH VỤ QUẢNG BÁ/ ĐA PHƯƠNG, ĐA PHƯƠNG TIỆN

VÀ KẾT NỐI GÓI LIÊN TỤC

Trong chương này ta sẽ xét hai dịch vụ được phát triển và tăng cường cho HSPA là dịch vụ quảng bá và đa phương đa phương tiện (MBMS: Multimedia Broadcast and Multicast) và dịch vụ kết nối gói liên tục.

Trước đây. các hệ thông tin di động tổ ong chú yếu tập trung lên truyền dẫn số liệu dành cho một người sử dụng chứ không cho các dịch vụ quảng bá. Các mạng quàng bá (các mạng truyền hình quảng bá chặng hạn) trái lại chì tập trung phủ lên các vùng rộng lớn và không cung cấp hoặc cung cấp hạn chế truyền dẫn số liệu cho một người sử dụng. Các dịch vụ quàng bá vờ đa phương đa phương tiện (MBMS: Multimedia Broadcast and Multicast), đuợc đưa vào WCDMA trong Ró, hỗ trợ các dịch vụ đa phương/quáng bá trong hệ thống thông tin di dộng tổ ong bàng cách kết hợp truyền dẫn đa phương và đơn phương trong một mạng đầu cuối.

Với MBMS, cùng một nội dung được phát đến nhiều người sử dụng tại một vùng đặc thù (vùng dịch vụ MBMS) theo cách phát vô hướng. Vùng dịch vụ MBMS thông thường bao phủ nhiều ô.


Mục đích của dịch vụ kết nối gói liên tục (CPC: Continuous Packet Connectivity) là để đám bảo cảm nhận "luôn luôn" được kết

nối ('Always-on') cho người sử dụng bàng cách duy trì UE trong trạng thái CELL-DCH lâu hơn và tránh thường xuyên thay đổi trạng thái vào các trạng thái tích cực thấp, đồng thời cải thiện dung lượng cho các dịch vụ như VoIP. Vì dịch vụ này chủ yếu liên quan đến hồ trợ số liệu gói, nên nó chọ được'hồ trợ khi kết hợp với HSPA. Các tính năng CPC không được sử dụng khi DCH được lập cấu hình.

Các chù đề được trình bày trong chương này bao gồm:

- Tổng quan MBMS

- Các kênh cho MBMS

- Kết nối gói liên tục

Mục đích chương nhằm cung cấp cho bạn đọc các kiến thức về

hai dịch vụ đặc biệt cùa HSPA là MBMS và kết nối gói liên tục.

Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỹ tư liệu được trình bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [Ì 1], [14] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

10.1. TÔNG QUAN MBMS

10.1.1. Nguyên lý chung

Quảng bá và đa phương thế hiện các kịch bản khác nhau mặc dù chúng liên quan mật thiết:

- Trong quàng bá, tài nguyên vô tuyến điềm đa điểm được thiêt lập trong từng ô nằm trong vùng quảng bá MBMS và tất cả những người sử dụng đăng ký dịch vụ quảng bá đều đồng thời thu cùng một tín hiệu được phát này. Mạng truy nhập vô tuyên không thực hiện theo dõi chuyển động cùa người SỪ dụng và nhũng người sử dụng có thế thu nội dung mà không cần thông

Chương 10: Các dịch vụ quàng bá/đa phương. 393

báo cho mạng. Truyền hình di động là một ví dụ về dịch vụ có thể được cung cấp bời quáng bá MBMS.

- Trong đa phương, những người sử dụng yêu cầu tham gia một nhỏm đa phương trước khi thu số liệu. Chuyển động của người sử dụng được theo dõi và các tài nguyên vô tuyến được lẫp cấu hình phù hợp với số người sử dựng trong ô. Mỗi ô trong vùng đa phương cùa MBMS có thể được lẫp cấu hình truyền dẫn điểm đến diêm hay điểm đa điểm. Trong các ô ít người sử dụng (chì có một hoặc vài người sử dụng đăng ký dịch vụ MBMS), truyền dẫn điểm đến điểm có thề thích hợp hơn, còn trong các ô có sổ người sử dụng lớn hơn truyền dẫn điểm đa điểm thích họp hom. Vì thế, đa phương cho phép mạng tối ưu hóa kiểu truyền dẫn trong từng ô.

Chủ yếu MBMS ảnh hưởng đến các nút nằm phía trên mạng truy nhẫp vô tuyến. Một nút mới với tên gọi trung tám dịch vụ quàng ba đa phương (BM-SC: Broadcast Multicast Service Centrer) được đưa vào hệ thống (hình 10.1). BM-SC chịu trách nhiệm trao quyền và nhẫn thực của nhà cun - cấp nội dung, tính cước và lẫp cấu hình tổng thê luồng số liệu qua mạng lõi. N ó cũng chịu trách nhiệm m ã hóa mức ứng dụng sẽ được xét dưới đây.

Các dịch vụ khác nhau được cung cấp bời các vùng khác nhau: Quảng bá trong các ô Ì đến ỏ 4, đơn phương trong ô 5 vì chì có một người sử dụng.

Vì ta chỉ tẫp ứung lên mạng truy nhẫp vô tuyến, nên các thủ tục cho MBMS sẽ chi được trình bày ngắn gọn. Hình 10.2 m ô tả các giai đoạn điển hình của một phiên MBMS. Trước tiên, dịch vụ được công bổ. Trong trường hợp quàng bá, người sử dụng không phải thực hiện bất cứ hành động nào, người sử dụng chỉ đon giản •điều chinh' đến kênh quan tâm.


Hình 10. ỉ. Ví dụ về các dịch vụ MBMS

Trong trường hợp đa phương, người sử dụng cần phải phát một yêu cầu tham gia phiên để có thể trở thành thành viên của nhóm dịch vụ MBMS tương ứng và thu số liệu. Trước khi bắt đầu phát MBMS, BM-SC gửi yêu cầu bắt đầu phiên đến mậng lõi để mậng lõi ấn định các tài nguyên bên trong cần thiết và yêu cầu tài nguyên vô tuyến cần thiết từ mậng truy nhập vô tuyến. Tất cả các đầu cuối cùa nhóm dịch vụ MBMS tương úng cũng được thông báo ràng bắt đầu truyền nội dung dịch vụ. Sau đó số liệu được phát từ server nội dung đến những người sử dụng đầu cuối. Khi phát số liệu dừng, server gửi thông báo dừng phát. Ngoài ra người sử dụng muốn rời khỏi dịch vụ đa phương MBMS có thể yêu cầu để được xóa khỏi nhóm dịch vụ MBMS.

Một trong các lợi ích chính của MBMS là tiết kiệm tài nguyên trong mậng vì một luồng số liệu có thể phục vụ nhiều người sử dụng.

Chương 10: Các dịch vụ quàng bá'đa phương. 395

Điều này có thể thấy được trên hình 10.1, trong đó ba dịch vụ khác nhau được cung cấp cho các vùng khác nhau. Từ BM-SC, các luồng số liệu được đưa đến từng Nút B tham gia vào quá trình cung cấp các dịch vụ MBMS. Từ hình vẽ ta thấy, luồng số liệu dự định cung cấp cho nhiều người sử dụng không được chia cho đến khi cần thiết.

Chẳng hạn chỉ có mật luồng số liệu được phát trong ô 3. Điều này

khác hẳn với các phát hành trước đây cùa UTRAN. trong đó mật luồng trên mật người sử dụng phải được lập cấu hình qua cả mạng lõi lẫn mạng truy nhập vô tuyến.

Server Các giai đoạn MBMS Client (UE)

Thõng báo dịch vụ vả Thông báo dịch vụ Nhặn được thông báo đích vụ cách truy nhập nó

Ị/ / í / ỉ / / ỉ / ỉ , 1 ỉ 1 1 J ỉ J > > > 1 1 • ì i \ • > • • 1 > 1 1 • /\

'/ Tham gia ///// Quyết đinh tích cực đích vụ A //////////////////, Ì,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,/Ầ

Bắt đầu phiên T ^ í , đ í " í , ™ . e Thông báo MBMS

1 1 Phát số liệu Chuyển số liệu T h u sá liệu

1 1 Dùng dịch vụ Dừng phiên

Rơi Vỏ Két thúc đích Vụ' 7///////////////////////////////////////)

7

(Các giai đoạn gạch chéo chì được sử dụng cho đa phương, không sử dụng cho quảng bá)

Hình 10.2. Ví dụ về các giai đoạn điển hình trong một phiên MBMS

Trong phần dưới đây trình bày các nguyên lý của MBMS trong mạng truy nhập vô tuyến và việc đưa các nguyên lý này vào WCDMA.

Tiêu điểm xét sẽ là truyền dẫn điểm đa điểm vì nó đòi hỏi mật số tính

năng mới trong giao diện vô tuyến. Truyền dần điểm đến điểm sử


dụng hoặc các kênh riêng hoặc HS-DSCH và từ góc độ giao diện vô tuyến chúng không khác với các truyền dẫn khác.

Như đã xét ở trên, một trong các lợi ích chính của MBMS là tiết kiệm tài nguyên mạng vì nhiều người sử dụng có thể chia sẻ cùng một luồng sứ liệu. Từ góc độ giao diện vô tuyến điều này cũng đúng vì một tín hiệu phát có thể phục vụ nhiều người sử dụng. Tất nhiên truyền dẫn điểm - đa điểm sẽ đặt ra nhiều yêu cầu đứi với giao diện vô tuyến rất khác với truyền đơn phương điểm đến điểm. Việc thích ứng các thông sứ vô tuyến cho từng người sử dụng như lập biểu phụ thuộc kênh hay điều khiển tức độ không thể sử dụng vì tín hiệu. Các thông sứ truyền dẫn như công suất phát phải được thiết lập cho người sử dụng tồi nhất vì nó quyết định vùng phủ của dịch vụ. Phản hồi thường xuyên từ những người sử dụng chảng hạn ờ dạng các báo cáo CQI hay các báo cáo ARQ cũng sẽ tiêu thụ khứi lượng dung lượng trong ô đường lên lòm khi sứ lượng người sử dụng đồng thời thu cùng một nội dung lớn. Thử tưởng tượng một trận đấu bỏng với hàng nghìn cổ động viên xem đội nhà choi bóng, tất cả trong sứ họ đều muứn thu để xem kết quả các trận đấu cùa các đội khác vì các kết quả này có thể ảnh hưởng lên đội nhà. Rõ ràng rằng phản hồi đặc thù người sử dụng sẽ tiêu thụ khứi lượng lớn dung lượng trong trường hợp này.

Từ trình bày ở trên, rõ ràng rằng các dịch vụ MBMS bị giới hạn công suất và việc đảm bảo phân tập cực đại khi không sử dụng phản hồi là hết sức quan trọng. Hai kỳ thuật để đảm bảo phân tập cho các dịch vụ MBMS :

Ì. Phân tập vĩ mô bằng cách kết họp truyền dẫn từ nhiều ô. 2. Phân tập thời gian để chứng phađinh nhanh trong TTI dài 80ms

và mã hóa kênh lớp ứng dụng. May mắn là các dịch vụ MBMS không nhạy cảm trễ và việc sử

dụng TTI dài không phải là vấn đề nhìn từ góc độ người sử dụng đâu cuứi. Cũng có thể áp dụng các phương tiện bổ sung để cung cấp phân


tập, chẳng hạn sử dụng phân tập phát vòng hở. Phân tập thu tại máy đầu cuối cũng cải thiện hiệu năng, tuy nhiên chuẩn 3GPP cho UE trong Ró lại đưa ra các UE anten đơn, vì thế khó áp dụng kiểu phân tập này trong quy hoạch vùng phủ MBMS. Ngoài ra, cần lưu ý rằng mã hỏa lớp ổng dụng cũng cung cấp các lợi ích bổ sung không liên quan trực tiếp đến phân tập.

10.1.2. Phân tập vĩ mô Kết hợp nhiều truyền dẫn của cùng một nội dung từ nhiều ô (phân

tập vĩ mô) cho độ lợi phân tập khá lớn. vào khoảng 4-6dB giảm công suất so với thu đon ô như minh họa trên hình 10.3. Hai chiến lược kết hợp được hỗ trợ cho MBMS, kết hợp mềm và kết họp chọn lọc (hình 10.4).

Phần công suất ô (dB) (mô hình đi bộ A 3km/giở, 80TTI, anten thu đơn, không phân tập phát, BLER 1%)

Hình ỉ0.3. Độ lợi sử dụng kết hợp mềm và thu nhiều ó xét theo vùng phủ phụ thuộc cóng suất đối với dịch vụ MBMS 64kbit/s


Kết hợp mềm thực hiện kết hợp các bít mềm thu được từ các đường truyền vô tuyến khác nhau trước khi giải m ã (turbo). Trước hết UE giải ngẫu nhiên hóa và RAKE kết hợp các truyền dẫn từ các ô, sau đó kết họp mềm. Lưu ý ràng khác với đơn phương, độ lợi phân tập nhận được m à không cần chi phí thêm vì tín hiệu đến từ các ô lân cận luôn luôn có. Vì thế như đã xét trong chương 5, tốt nhất là tận dụng các tín hiệu đến từ các ô khác chứ không coi chặng là nhiễu. Tuy nhiên vì WCDMA sử dụng ngẫu nhiên hóa đặc thù ô, nên kết hợp cần được thực hiện bằng xử lý phù hợp cặa ƯE. Xử lý này cũng chịu trách nhiệm để triệt nhiễu gây ra do hoạt động truyền dẫn (không phải MBMS) trong các ô lân cận. Đ ố i với MBMS, điều này có nghĩa là cần sử dụng cùng một nội dung và cấu trúc kênh vật lý cho các được truyền vô tuyến tham gia vào kết hợp mềm.

•ì b

>

RAKE

S ì Bộ đệm

mèm vá bò • két hợp

Bộ đệm mèm vá bò •

két hợp

, Giai mã turbo

RAKE Ô n

RẠKE

S ì Giai mả Turbo

Bộ đệm

RẠKE

Ôn Giải mã Turbo

Bộ đận- — •

Hình 10.4. Minh họa nguyên lý: (a) kết hợp mềm, (b) kết hợp chọn lọc

Khác với kết họp mềm. kết hợp lựa chọn giải m ã tín hiệu thu được từ từng ô và đối với từng T T I chọn ra một (nếu có) trong các khối số liệu được giải m ã đúng để xử lý tiếp theo trên các lớp cao hem. Từ góc độ hiệu năng, kết hợp mềm có ưu điểm hơn vì nó không chỉ cung cấp độ lợi phân tập m à còn cả độ lợi công suất do tận dụng công suất thu được từ nhiều ô. So với kết hợp chọn lựa. độ lợi này vào khoảng từ 2 đến 3dB.

Lý do dể hỗ trợ các chiến lược kết hợp khác nhau là để xử lý các mức dị bộ khác nhau cặa mạng. Đ ố i với kết hợp mềm, các bít mềm từ từng đường truyền vô tuyến phải được nhớ đệm cho đến khi thu được

Chương 10: Các dịch vụ quang bá/đa phương. 399

toàn bộ T T I từ các đường truyền vô tuyển và chỉ khi này kết hợp mềm mới bắt đầu, trong khi đó đối với kết hợp chọn lọc mồi đường truyền vô tuyến được giải m ã riêng và chỉ cần nhớ đệm các bít thông tin sau giải mã từ từng đường truyền. Vì thế khi mức độ dị bộ cao. kết hợp chọn lọc đòi hụi nhớ đệm trong UE ít hom với trả giá tăng xử lý giải mã turbo và thiệt hiệu năng. UE được thông báo về mức độ đồng bộ và dựa trên thông tin này cũng như thực hiện bên trong cùa mình, UE có thể quyết định sử dụng sơ đồ kết họp bất kỳ chừng nào còn thực hiện được các yêu cầu hiệu nâng tối thiểu bắt buộc của tiêu chuẩn. Với các yêu cầu nhớ đệm tương tự như đối với đầu cuối HSPA 3,6MbiƯs (đây là cơ sở để quy định các yêu cầu MBMS cho UE), kết họp mềm có thể được đảm bào nếu phát từ các ô khác nhau được đồng bộ trong khoảng thời gian 80ms và điều này là hiện thực trong hầu hết các tình huống.

Bàng lo. ì. Yêu cầu ve xử lý của VE để thu MBMS

Tốc độ sổ liệu trên MTCH

Kết họp mềm Kết hạp chọn lọc

Tốc độ sổ liệu trên MTCH

Số điPÒTig truyền vô tuyến cực

đại

Tri, ms

Sổ đ ư ờ n g truyền vô tuyến cực

đại

Tri, ms

256 kbiưs 3

<2 40 80

2 1

40 80

3 40 128 kbit/s <3 80 2

1 80 80

<64 kbit/s <3 80 <3 80

Như đã nói ờ trên. Các khả năng của UE được thiết lập với giả thiết là các yêu cầu nhớ đệm giống nhu yêu cầu đối với đầu cuối


HSDPA 3,6Mbit/s. Vì thế cần hạn chế số lượng các đường truyền vô tuyến mà một đầu cuối di động phải có khả năng kết hợp mềm đối với các giá trị TTI khác nhau và đối với các tốc độ số liệu khác nhau. Điều này được minh họa trong bảng 10.1. Từ bảng này ta cũng thấy rằng các UE có khả năng MBMS có thể hồ trợ tốc độ số liệu lên đến 256kbiƯs. Cần lưu ý ràng đầy là khả năng cửa một MBMS UE cho dù nó có hồ trợ MBMS hay không. Vì quy hoạch mạng phải được thực hiện với giả thiết một tập nhất định các khả năng UE (các khả năng liên quan đến kết họp mềm,...) vì thế nhà khai thác không được khai thác vượt quá các khả năng này. Tất nhiên người sử dụng đầu cuối có thể hưởng lợi từ một đầu cuối tiên tiến hơn, chẳng hạn thông qua khả năng thu nhiều dịch vụ đồng thời.

10.1.3. Mã hóa mức ứng dụng Rất nhiều ứng dụng đòi hôi mã hóa xác suất lỗi rất thấp, vào

khoảng 10"6. Đàm bảo xác suất lỗi bít thấp này trên kênh truyền tải bằng công suất có thể rất tốn kém. Trong thông tin điểm đến điểm, vì thế HARQ được sử dụng để phát lại các gói bị lỗi. Chẳng hạn HSDPA sử dụng cả HARQ (xem chương 6) lẫn các phát lại RLC. Ngoài ra bản thân giao thức TCP cũng thực hiện phát lại để đảm bảo chuyển gói hầu như không mắc lỗi. Tuy nhiên như đã xét ở trên, quảng bá không thể dựa trên phản hồi thông tin và vì thế cần sử dụng các chiến lược khác. Đối với MBMS, mã hóa sửa lỗi mức ứng dụng được sử dụng đê giải quyết vấn đề này. Mã hóa mức ứng dụng được đặt trong BM-SC và vì thế không phải là bộ phận cửa mạng truy nhập vô tuyến, nhưng rất cần phải xem xét khi thiết kế mạng truy nhập vô tuyến. Với mã hóa mức ứng dụng, hệ thống có thể hoạt động khi tỷ số lỗi kênh truyền tải vào khoảng Ì -10% thay vì vài phần cửa phần trăm vì thế giảm đáng kê yêu cầu công suất phát. Vì mã hóa mức ứng dụng được đặt trong BM-SC, nên nó cùng hiệu quả để chổng các mất gói ngẫu nhiên trong mạng truyền tải, chẳng hạn do các điều kiện quá tải tạm thời.

Chương 10: Các dịch vụ quãng bả/đa phương. 401

M ã hệ thống Raptor đã được chọn cho mã hóa mức ứng dụng trong MBMS làm việc với các gói có kích thước cố định (48-512 byte). Các mã Raptor thuộc loại các mã Fountain, vì có thể tạo ra nhiều gói mã hóa theo yêu cầu trên một đoạn số liệu nguồn. Để bộ giải mã có thể khôi phục lại thông tin, chi cần thu đủ nhiều các cói được mã hóa. Không quan trọng các gói nào thu được, thứ tự thu hoẻc một số gói nhất định có bị mất hay không (hình 10.5).

<=ỉ> UE1

Thông tin ••-•••a-Các gói được

mã hóa

Phụ thuộc và các điều kiện vô tuyến khác nhau, số các gói cần thiết để UE có khả năng khôi phục lại thông tin ban đầu có thẻ khác nhau

Hình ỉ 0.5. Minh họa mã hóa lớp ứng dụng

Ngoài việc cung cấp bảo vệ bổ sung chống lại mất gói, và giảm công suất phát cần thiết, sử dụng mã hóa mức ứng dụng cũng đơn giản hóa các thù tục đo của UE. Đ ố i với HSDPA, bộ lập biểu có thể tránh lập biểu cho UE trong một số khoảng thời gian. Điều này cho phép UE sử dụng máy thu cho các mục đích đo, chẳng hạn máy thu có thể điều chỉnh đến một tần số khác thậm chí đến một công nghệ truy nhập vô tuyến khác. Khi thiết lập quảng bá, lập biểu cho các khoảng trống để đo rất phức tạp vì các UE có thể có các yêu cầu khác nhau đối với tần số và độ dài các khoảng trống để đo. Ngoài ra các UE cũng phải được thông báo khi nào có các khoảng trống để đo này. Vì thế một chiến lược đo khác được tiếp nhận cho MBMS. Đo UE được thực hiện tự quyết, nghĩa là thinh thoảng UE mất một (hoẻc một phần) khối truyền tải trên kênh vật lý. Trong một số trường hợp, mã turbo bên trong vẫn có thể giải m ã số liệu kênh truyền tải, tuy nhiên nếu không là các trường hợp này thì m ã mức ứng dụng ngoài sẽ đảm bào không mất thông tin.


10.2. CÁC KÊNH CHO MBMS Một yêu cầu trong thiết kế MBMS là tái sử dụng các kênh đã có ở

mức độ có thể. Vì thế kênh truyền tải FACH và kênh vật lý S-CCPCH được tái sử dụng và không thay đổi. Để mang số liệu MBMS và báo hiệu, ba kênh logic mới được bổ sung cho Ró:

Ì. Kênh lưu lượng MBMS (MTCH) mang số liệu ứng dụng. 2. Kênh điểu khiến MBMS (MCCH) mang thông tin điều khiển. 3. Kênh lập biếu MBMS (MSCH), mang thông tin lập biểu để hỗ

trợ thu không liên tục trong ƯE. Tất cả các kênh này sử dụng FACH làm kênh truyền tải và S-

CCPCH làm kênh vật lý. Ngoài ba kênh logic mới, một kênh vật lý mới được đưa ra để hỗ trợ MBMS - kênh chẫ thị MBMS (MÍCH) được sử dụng để thông báo cho UE về thay đổi sẽ xảy ra trong các nội dung MCCH.

10.2.1. MTCH MTCH là một kênh logic để mang số liệu ứng dụng trong trường

hợp truyền dẫn điểm đa điểm (đổi với truyền dẫn điểm điểm, DTCH được sắp xếp lên DCH hay HS-DSCH). Một MTCH được lập cấu hình cho từng dịch vụ MBMS và từng kênh MTCH được sắp xếp lên một kênh truyền tải FACH. Kênh vật lý S-CCPCH được sử dụng để mang một 'hay một số) kênh truyền tải FACH.

RLC cho MTCH được lập cấu hình để sử dụng chế độ không công nhận vì trong truyền dẫn điểm đa điểm không sử dụng các báo cáo trạng thái RLC. Để hỗ trợ kết hợp chọn lọc, RLC được tăng cường thêm hỗ trợ chuyển theo thứ tự bàng cách sử dụng các số trình tự RLC PDU và cùng một kiểu cơ chế giống như cơ chế được áp dụng trong MAC-hs (xem chương 6). Điều này cho phép Ư E sắp đặt lại thứ tự đến độ sâu được thiết lập bởi không gian số trình tự RLC PDƯ trong trường hợp kết hợp chọn lựa.


Hình 10.6 cho thấy ví dụ về luồng số liệu ứng dụng đi qua RLC. M Á C và lớp vật lý. Phần ngoài cùng bên trái của hình vẽ minh họa trường hợp truyền dẫn điểm đen điểm, còn phần giữa và ngoài cùng bên phựi minh họa trường hợp truyền dẫn điểm đa điểm sử dụng MTCH. Trên phần giữa cùa hình vẽ, một thực thể RLC được sử dụng cùng với nhiều thực thể M Á C . Phần này này minh họa một tình huống điển hình trong đó kết hợp chọn lọc mềm được sử dụng và nhiều ô được đồng bộ thời gian lỏng cũng như cùng một số liệu được phát trên nhiều T r i trong các ô khác nhau. Cuối cùng, phần ngoài cùng bên phựi của hình vẽ minh họa trường hợp điển hình khi kết hợp mềm được sử dụng. Một thực thể RLC và M Á C được sử dụng cho truyền dẫn trong nhiều ô. Đ ẻ có thể kết hợp mềm, phát từ các ô khác nhau phựi được đồng bộ trong 80,67ms (với giự thiết T T I 80ms).

Từ mậng lôi

Các kênh mang vô tuyên

RLC

Các kênh logỉc

DTCH ì

- Các kênh mang điểm đèn điểm

MTCH

—Các kênh mang điểm đa điểm

RLC RLC

M Á C

Các kênh HS-DSCH truyền tựi

Các kênh vật lý

LI HS-PDSCH

FACH

S-CCPCH

MÁC

LI

MTCH

FACH

S-CCPCH

MÁC

ỉ LI

Truyền dẫn điểm đèn điềm

Truyền đẵn diêm đa điểm. UE thực hiện két hợp chọn lọc giữa các ỏ

Truyền dẫn diêm đa điềm, UE thực hiện kết hợp mềm giữa các ỏ

Hình ỉ4.6. Minh họa luồng sổ liệu qua RLC, MÁC và LI

tại phía mạng cho các kịch bàn truyền dẫn khác nhau

10.2.2. MCCH và MÍCH MCCH là một kiểu kênh logic được sử dụng để mang báo hiệu

điều khiển cần thiết để thu MTCH. Trong mỗi ô có khự năng MBMS,


một MCCH được sử dụng và nó có thề mang thông tin điều khiển cho nhiều MTCH, MCCH được sắp xếp lên FACH (lưu ý FACH này khác với FACH được sử dụng cho MTCH), đến lượt mình FACH được phát trên kênh vật lý S-CCPCH. Cùng một kênh S-CCPCH giống như kênh cho MTCH có thể được sử dụng, nhưng nếu kết hợp mềm được cho phép đối với MTCH, thì phải sử dụng các kênh S-CCPCH khác nhau cho MTCH và MCCH. Lý do phải sử dụng các kênh S-CCPCH khác nhau trong trường hợp này là vì không sử dụng kết hợp chọn lọc và kết hợp mềm cho MCCH và UE chỉ thu MCCH từ một ô duy nhất. BCCH (là kênh logic sử dụng để phát quàng bá thông tin về cấu hình hệ thống) sẽ thông báo việc tìm MCCH ữ đâu.

Truyền dẫn MCCH tuân theo một lập biểu cố định như minh họa trên hình 10.7. Thông tin MCCH được phát bàng cách sử dụng một số lượng khả biến các T r i liên tiếp. Trong từng chu kỳ thay đoi, thông tin này được giữ nguyên và nó được phát tuần hoàn theo chu theo chu kỳ lặp. Điều này là hữu ích để hồ trợ di động giữa các ô; một UE khi đi vào một ô mới hay một UE mất thông tin đầu tiên không cần đợi thu thông tin MCCH cho đến khi bắt đầu một chu kỳ thay đổi mới.

7680 chip Khung vó tuyến 10ms

Í i i i i i l H M H i l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l ỉ i l l l l H ỉ i L I U I 1 1 1 1 l i I [ I l i l i 1 1 1 Ị 1 1 a i i m i i i N i i i m i i N M L H I U

Chu kỷ lặp Một hoặc vài Tri

Chu kỳ thay đổi

Hình 10.7. Lập biểu truyền dẫn MCCH (Các ó được tô khác nhau biểu thị nội dung MCCH khác nhau,

nghĩa là tổ hợp khác nhau của các dịch vụ)

Thông tin MCCH chúa cả thông tin về các dịch vụ được cung cấp trong chu kỳ thay đổi và cách thức ghép các MTCH trong ô. Nó cũng chứa cả thông tin về cấu hình MTCH trong các ô lân cận để hỗ trợ kết


hợp mềm và kết hợp chọn lọc nhiều truyền dẫn. Cuối cùng, nó cũng chứa thông tin để điều khiển phản hồi từ UE trong trường hợp sử dụng đếm.

Đếm là một cơ chế trong đó các UE nối đến mạng biểu thị ràng chúng có quan tâm đến một dịch vụ cụ thể hay không và nó hữu ích để xác định cơ chế truyền dẫn tốt nhỏt đối với một dịch vụ cho trước. Chẳng hạn, nếu có một số lượng nhỏ người sử dụng trong ô quan tâm đến một dịch vụ cụ thể, thì truyền dẫn điểm đến điểm sẽ có lợi hơn truyền dẫn điểm đa điểm. Đe tránh hệ thống bị tải nặng trên đường lên do các trả lời đếm, chi một bộ phận các UE phát thông tin đếm đến mạng. Thông tin đếm cùa MCCH điều khiển xác suỏt mà các UE nối đến mạng phát thông tin đếm. Vì thế đếm có thể cung cỏp thông tin phản hồi giá trị về việc nơi nào và khi nào một dịch vụ cụ thể được nhiều người quan tâm, đây là một lợi ích không có được trong các mạng quàng bá truyền thống.

Để giảm tiêu thụ công suỏt của UE và tránh cho UE phải thường xuyên thu MCCH, một kênh vật lý mới, kênh MÍCH (kênh chỉ thị MBMS) được đưa ra để hỗ trợ MBMS. Mục đích của kênh này là để thông báo cho các UE về các thay đổi sẽ xảy ra trong thông tin của kênh MCCH và nó cỏ cỏu trúc giống như kênh chỉ thị tìm gọi. Trong từng khung vô tuyến lOms, 18, 36, 72 hay 144 chỉ thị MBMS có thể được phát. Chì thị có độ dài một bít, được phát bằng khóa đóng mở và liên quan đến một nhóm các dịch vụ đặc thù.

Với sự có mặt của MÍCH, các UE có thể ngủ và chỉ thức giỏc trong một khoảng thời gian ngắn tại các khoảng thời gian quy định trước để kiểm tra xem chỉ thị MBMS có được phát hay không. Nếu UE phát hiện chi thị MBMS cho một dịch vụ mà nó quan tâm, nó đọc MCCH để tìm thông tin điều khiển liên quan, chẳng hạn khi nào dịch vụ này sẽ được phát trên MTCH. Nếu không có chỉ thị MTCH liên quan nào được phát hiện, UE có thể ngủ đến lần xuỏt hiện MÍCH sau.


10.2.3. MSCH Mục đích cùa MSCH là cho phép UE thực hiện thu không liên tục

kênh MTCH. Nội dung của nó thông báo cho UE về việc một dịch vụ đặc thù sẽ được phát trong các TTI nào. Một MSCH được phát trong từng kênh S-CCPCH mang MTCH. Nội dung MSCH liên quan đến một dịch vụ và một S-CCPCH.

10.3. KÉT NỐI GÓI LIÊN TỤC Lưu lượng gói thường xuyên có tính cụm rất cao với chu kỳ tích

cực phát chỉ thinh thoảng xảy ra. Rõ ràng rằng, từ quan điạm người sử dụng, rất có lợi khi duy trì cấu hình HS-DSCH và E-DCH đạ đảm bảo phát nhanh số liệu của người sử dụng. Tuy nhiên duy trì kết nối đường lên và đường xuống lại đòi hỏi chi phí. Từ quan điạm mạng, phải mất chi phí cho nhiễu đường lên do truyền dẫn DPCCH thậm chí không truyền dẫn số liệu. Đối với UE thì vấn đề chù yếu là tiêu thụ công suất; ngay cả khi không thu số liệu, UE vẫn cần phát DPCCH và giám sát HS-SCCH.

Đạ giảm bớt tiêu thụ công suất của UE, WCDMA và hầu hết các hệ thống thông tin di động khác đều có ba trạng thái: URA_PCH, CELL_PCH; CELL_FACH và CELL DCH. Các trạng thái khác nhau này được minh họa trên hình 10.8.

Tiêu thụ công suất thấp nhất đạt được khi UE nằm trong một trong hai trạng thái của WCDMA: CELL-PCH và UTRA_PCH. Trong các trạng thái này, UE chi thỉnh thoảng thức giấc đạ kiạm tra các bàn tin tìm gọi. Cơ chế tìm gọi chủ yếu được thiết kế cho các chu kỳ không tích cực dài hơn. Đạ trao đổi sổ liệu, UE cần được chuyạn vào CELL_FACH hay CELL_DCH.

Trong CELL_FACH, UE có thạ phát các khối lượng nhỏ số liệu như là một bộ phận cùa thủ tục truy nhập ngẫu nhiên. UE giảm sát kênh đường xuống chung cho các khối lượng số liệu nhỏ của người sử

Chương 10: Các dịch vụ quàng bái'đa phương. 407

dụng và báo hiệu RRC (Radiò Resource Control: Điều khiển tài nguyên vô tuyến) từ mạng.

Giảm trễ truyền dẫn

Hình ỉ 0.8. Mó hình trạng thái WCDMA

Trạng thái tích cực truyền dẫn cao chính là CELL DCH. Trong trạng thái này, UE có thể sử dụng HS-DCH và E-DCH để trao đổi số liệu với mạng như đã xét trong các chương 6 và 7. Trạng thái này cho phép truyền dẫn nhanh một khối lượng lòm số liệu cùa người sử dụng, nhưng cũng tiêu thụ công suọt Ư E cao nhọt.

Báo hiệu RRC được sử dụng để chuyển UE vào các trạng thái khác nhau. Vì thế, như đã xét ở trên, từ quan điểm trễ tốt nhọt là giữ UE ở trạng thái CELL DCH, trong khi từ quan điểm nhiễu và tiêu thụ công suọt, tốt nhọt là đưa nó vào trạng thái tìm gọi (PCH).

Để cải thiện hồ trợ số liệu gói trong HSPA, một tập các tính năng với tên gọi CPC (Continuous Packet Connectivity: kết nối gói liên tục) đã được đưa vào R7. CPC bao gồm các chức năng sau:

1. Phát không liên tục (DTX: Discontinuous Transmission), để giảm nhiễu đường lên và vỉ thế tăng dung lượng đường lên cũng như tiết kiệm công suọt ác quy.


2. Thu không liên tục (DRX: Discontinuous Reception), để UE định kỳ tắt mạch thu và tiết kiệm nguồn.

3. Khai thác HS-SCCH ít hơn, để giảm chi phí báo hiệu điều khiến cho các khối lượng số liệu nhỏ chẳng hạn VoIP.

Mục đích của các tính năng nói trên là để đảm bảo cảm nhận "luôn luôn" được kết nối ("Always-on") cho người sấ dụng bàng cách duy trì UE trong trạng thái CELL-DCH lâu hơn và tránh thường xuyên thay đổi trạng thái vào các trạng thái tích cực thấp, đồng thời cải thiện dung lượng cho các dịch vụ như VoIP. Vì dịch vụ này chủ yếu liên quan đến hồ trợ số liệu gói, nên nó chỉ được hỗ trợ khi kết hợp với HSPA. Các tính năng CPC không được sấ dụng khi DCH được lập cấu hình.

10.3.1. DTX- Giảm chi phí đường lên

Tài nguyên chia sẻ trên đường lên đã được xét trong chương 7, mức nhiễu trần trong ô. Trong các chu kỳ khi số liệu không được phát trên đường lên, nhiễu do UE tạo ra do phát kênh DPCCH đường lên. Kênh này được phát liên tục chừng nào E-DCH còn được lập cấu hình. Vì thế mọi sự giảm hoạt động không cần thiết của DPCCH đều trực tiếp dẫn đến giảm nhiễu đường lên, và vì thế giảm chi phí dung lượng hệ thống cần thiết để duy trì kết nối UE. Rõ ràng rằng, từ quan điểm giảm nhiễu, giải pháp tốt nhất là tắt hoàn toàn DPCCH khi không xảy ra truyền dẫn số liệu. Tuy nhiên, điều này sẽ dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng lên khả năng duy trì đồng bộ đường lên cũng như ảnh hưởng xấu lên hoạt động điều khiển công suất. Vì thế thinh thoảng cần phải có các khe tích cực DPCCH thậm chí cả khi số liệu không được phát để duy trì đồng bộ đường lên và duy trì điều khiển công suât chính xác một cách hợp lý. Đây là ý tưởng cơ sở của DTX. Rõ ràng rằng lưu lượng số liệu mang tin cụm càng cao, thì lợi ích của phát không liên tục càng lớn.

Chương lũ: Các dịch vụ quáng bá/đa phương. 409

về nguyên tấc. nếu không có truvền dần E-DCH trên đường lên, UE tự động dừng phát DPCCH liên tục và định kỳ phát từng cụm DPCCH theo chu kỳ UE DTX. Chu kỳ UE DTX được lập cấu hình ữong UE và trong nút B bời RNC. Chu kỳ này quy định khi nào phát DPCCH ngay cả khi E-DCH không tích cực. Điều này được minh họa trên hình 10.9. Đ ộ dài cụm DPCCH có thể được lập cấu hình. Lưu ý rằng DPCCH sẽ được phát ngay khi E-DPDCH tích cực không phụ thuộc vào chu kỳ UE DTX. Lưu ý rằng cũng có khá năng thiết lập các dịch thời đẻc thù UE đế mờ rộng các trường hợp truyền dẫn DPCCH theo thời gian từ các UE khác nhau.

Khe Ngưỡng đẻ chuyên mạch sang chu kỳ 2

E-DPDCH Ẽ-DPCCH

DPCCH

jỵ r Chu kỳ UE"DTX Ĩ Ị Chu kỳ UE DTX 2 được sử dụng

Tiền tố Hậu tố được sử dụng Chuyển mạch tử chu kỳ UE DTX í sang chu kỳ UE DTX 2

Kinh 10.9. Ví dụ về DTX đường lên Đe thích ứng chu kỳ UE DTX đối với các tính chất lưu lượng, hai

chu kỳ khác nhau được định nghĩa, chu kỳ UE DTX Ì và chu kỳ UE DTX 2, trong đó chu kỳ thứ hai là một bội số nguyên của chu kỳ thứ nhất. Sau một khoáng thời gian không tích cực trên kênh E-DCH khá lập cấu hình nào đó, UE chuyền mạch từ chu kỳ UE DTX Ì sang UE DTX 2. Trong chu kỳ hai này truyền dẫn DPCCH thưa hơn.

Thu không liên tục trong nút B có thề thực hiện được nhờ sử dụng DTX đường lên và có thể hữu ích để tiết kiệm tài nguyên xử lý trong nút B vì nó không phải xử lý liên tục tín hiệu thu từ tất cả những người sử dụng. Đ ể đảm bảo khá năng này, mạng có thể lập cấu hình UE để nó chi bắt đầu truyền dẫn E-DCH tại các khung (khung con) quy định. Một khoảng thời gian nhất định sau truyền dẫn E-DCH cuối cùng, quy định này mới có hiệu lực và UE chỉ có thê phát trên đường lên theo chu kỳ M Á C DTX.


Trong các khe không phát DPCCH, nút B không thể tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu đường lên để điều khiển công suất và vì thế không cần truyền bít điều khiển công suất trên đường xuống. Hệ quả là UE không thể nhận được các lệnh điều khiển công suất trên F-DCH trong các khe đường xuống tương ứng với các khe DPCCH đường lên không tích cực. Để cải thiện hiệu năng ước tính kênh và điều khiển công suất chính xác hơn, các tiền tố và hậu tổ được sử dẫng. Đối với chu kỳ UE DTX Ì, ƯE bất đầu phát DPCCH với hai khe trước khi bắt đầu phát E-DPDCH. Ta có thể thấy điều này trên hình 9.9. Đối với chu kỳ UE DTX 2, tiền tố có thể kéo dài đến 15 khe. Tiền tố và hậu tố cũng được sử dẫng cho các cẫm DPCCH do truyền dẫn sổ liệu cũng như do tích cực truyền dẫn HS-DPCCH (xét dưới đây).

Cho đến nay ta mới chỉ xét đến các vấn đề liên quan đến truyền dẫn số liệu trên E-DCH chứ chưa đề cập đến báo hiệu điều khiển trên HS-DPCCH, báo hiệu này cũng đòi hỏi một số chi phí. Khi cho phép CPC, hoạt động HARQ giữ nguyên không đổi và UE phát công nhận HARQ sau khi thu được HS-DSCH không phẫ thuộc vào chu kỳ UE DTX. Rõ ràng ràng điều này là dễ hiểu vì báo hiệu ACK/NAK quan trọng cho hoạt động cùa HS-DSCH. Điều này cũng không mâu thuẫn với các khả năng thu không liên tẫc cùa nút B vì nút B biết được cần đợi công nhận khi nào.

Đối với các báo cáo CQI, truyền dẫn các báo cáo này phẫ thuộc vào việc đã xảy ra truyền dẫn HS-DSCH mới đây hay không. Nếu truyền dẫn HS-DSCH gần nhất đến ƯE xảy ra trong phạm vi các khung con của bộ định thời CQI DTX (bộ định thời CQI được lập cấu hình bời báo hiệu RRC), thì các báo cáo CQI được phát theo chu kỳ phản hồi theo cách được trình bày R i và R6. Tuy nhiên nếu không xảy ra truyền dẫn HS-DSCH mới đây, các báo cáo CQI chỉ có thể được phát nếu chúng trùng với các cẫm DPCCH. Hay nói một cách khác, trong trường họp này mẫu DTX đường lên trùng với mẫu báo cáo CỌI (hình 10.10).

Chương 10: Các dịch vụ quang bả/đa phương. 411

Không (rung V Ớ I chu kỷ D T X ^ không phát

Tích cực HS-DSCH cuối cùng

Đinh thời COI DTX chàm đứt

Hĩnh 10.10. Báo cáo CQI kết hợp với DTX đường lên

10.3.2. DRX - Giảm tiêu thụ công suất ƯE

Trong hoạt động HSDPA 'bình thường', UE cần giám sát đến bổn HS-SCCH trong từng khung con. Mặc dù điều này đảm bảo hoàn toàn tính linh hoạt, nhưng nó cũng yêu cầu mạch thu Ư E liên tục bật và dẫn đến việc tiêu thụ một lượng công suất không nhớ. Vì thế để giảm tiêu thụ công suất, CPC đưa ra khả năng thu không liên tục đường xuống (DRX: Discontinuous Reception). Với DRX (luôn luôn hoạt động kết hợp với DTX: Discontinuous Transmission: Phát không liên tục), mạng có thể hạn chế các khung m à UE cần giám sát cho HS-SCCH, E-AGCH và E-RGCH đường xuống bàng cách lập cấu hình chu kỳ UE DRX cần sử dụng sau một thời gian không tích cục HS-DSCH. Lưu ý rằng trong trường hợp này, UE chi có thể được lập biểu trong một tập con của tất cả các khung con và điều này sẽ hạn chế phần nào tính linh hoạt của lập biểu, nhưng đối với nhiều dịch vụ như VoIP với các gói được truyền định kỳ vào khoảng 20ms một lần thì điều này không phải là vấn đề quan trọng.

E-HICH không bị DRX vi áp dụng DRX cho nó là vô nghĩa. Vì thế mỗi khi UE phát số liệu lên đường lên, nó sẽ giám sát E-HICH trong khung con đường xuống tương ứng để nhận công nhận (hay phủ nhận).

Để đảm bảo hoạt động điều khiển công suất bình thường, UE cần nhận được các bít điều khiển công suất trên F-DPDCH trên tất cả các


khe đường xuống tương ứng với các khe đường lên mà UE phát. cần duy trì điều này không phụ thuộc vào chu kỳ Ư E DRX trên đường xuống. Vì thế để để đạt được lợi ích đầy đù nhất của khai thác DRX đường xuống, mạng cần kết họp DTX đường lên với DRX đường xuống và lập cấu hình UE DTX và các chu kỳ UE DRX phù hợp với nhau. Ví dụ về sử dụng đỷng thời DTX và DRX được minh họa trên hình 10.11. Tích cực E-DCH

DPCCH

Các kênh đường xuỷng

1 1 I I I I I H I l i I H i m I I n u I I I 1 l i I I I l i I l i I i m l i l i I I I I I I Chu ký UE DTX 1 ì ị Chu kỳ UE DTX 2

.Chu kỷ UE DRX,

Thu do tích cực đường lên

Thu đo chu kỷ UE DRX

Hình 10. ỉ ỉ. Ví dụ về đồng thời sử dụng DTX đường lén và DRX đường xuống.

10.3.3. Khai thác HS-SCCH ít hơn: Giảm chi phí đưòng xuống

Trên đường xuống một người sử dụng tiêu phí một số tài nguyên mạng bao gỷm: Sử dụng mã và công suất phát. Việc đưa F-DPCH vào Ró đã giảm đáng kể chi phí cho mã. Một nguỷn tiêu phí nữa là HS-SCCH được sử dụng cho lập biểu đường xuống. Trong trường hợp tải tin trên HS-DSCH có kích thước từ trung bình trở lên, chi phí HS-SCCH là nhỏ so với tải tin; tuy nhiên đối với các dịch vụ như VoIP thường xuyên truyền dẫn các tải tin nhỏ, thì chi phí này so với tải tin thực tế là đáng kể. Vì thế để giải quyết vấn đền này và tăng dung lượng cho VoIP, khả năng sử dụng khai thác ít HS-SCCH hơn đã được đưa vào R7. Ý tường cơ bản của khai thác HS-SCCH ít hơn là thực hiện truyền dẫn HS-DSCH mà không cần HS-SCCH đi kèm. Vì trong trường hợp này UE không được thông báo vê khuôn dạng truyền

Chương 10: Các dịch vụ quang bá/đa phương. 413

dẫn nên nó phải quay lại giải m ã m ù khuôn dạng truyền tải được sử dụng trên HS-DSCH.

Khi khai thác HS-SCCH ít hon được cho phép, mạng lập cấu hình cho một tập các khuôn dạng quy định trước sẽ sử dụng cho HS-DSCH. Để hạn chế sự phức tạp của giả m ã m ù trong UE, số khuôn dạng này được giới hạn là bốn và tất cả các khuôn dạng này giới hạn ồ QPSK và nhiều nhất là hai mã định kênh. Điều này là hoàn toàn phù họp với các kích thước khối truyền tải nhỏ (vào khoảng vài trăm bít) mà khai thác HS-SCCH ít hơn sẽ áp dụng. Ngoài ra UE cũng biết được mã (các mã) định kênh nào có thể được sử dụng cho truyền dẫn cùa khai thác HS-SCCH ít hem.

Trong mồi khung con, mà tại đó UE không thu được báo hiệu điều khiển HS-SCCH, UE cố gắng giải mã tín hiệu thu theo từng khuôn dạng trong số các khuôn dạng được lập cấu hình trước. Nếu giải mã thành công, UE phát ACK trên HS-DPCCH và chuyển khuôn dạng truyền tải lên lớp cao hơn. Nếu giải mã không thành công, UE lưu lại các bít thu mềm vào bộ nhớ đệm cho các phát lại sau này. Lưu ý rằng trong trường hợp này NAK không được phát tường minh. Điều này là rõ ràng, vì khi này Ư E không thể biết ràng nguyên nhân giải mã không thành công là do bản tin không chủ định gửi cho UE hay do truyền dẫn bị lỗ i . Trong hoạt động "bình thường", có thể phân biệt được hai trường hợp này, nhưng trong khai thác HS-SCCH ít hơn điều này là không thể.

Bình thường, HS-SCCH mang số nhận dạng của UE được lập biểu. Tuy nhiên trong trường hợp khai thác HS-SCCH ít hon, điều này là không thể và số nhận dạng cùa UE được lập biểu phải được chuyển đến tại một nơi khác. Điều này được giải quyết bàng cách sử dụng mặt nạ lọc 24-bit CRC trên kênh HS-DSCH bàng Ư E ID giống nhu thủ tục chung cho HS-SCCH. Vì UE biết được nhận dạng (ID) của mình, nên nó có thể sử dụng điều này khi kiểm tra CRC và như vậy nó sẽ loại bò các truyền dẫn dành cho các UE khác.


Có thế pha trộn khai thác HS-SCCH ít hon với các truyền dẫn 'bình thường'. Nếu UE thu được HS-SCCH trong một khung con cho lần truyền dẫn đầu tiên, thì nó sẽ tuân theo HS-SCCH này và sẽ không thực hiện giải m ã mù. Chi khi UE phát hiện không cỏ HS-SCCH nào được gửi đến nó, thì nói sẽ tìm cách giải m ã số liệu mù. Đ ể đảm bảo tương thích ngược, thủ tục này cũng giống như các thủ tục trong các phát hành trước đây; ngoại trằ đối với khai thác HS-SCCH ít hom, HS-DSCH CRC được lọc mặt nạ bằng UE ID.

Không giống như các truyền dẫn phát đầu tiên đã được xét trước đây, các phát lại HARQ đều được HS-SCCH đi kèm. HS-SCCH được phát bằng cách sử dụng cùng cấu trúc như đối với các truyền dẫn HS-DSCH "bình thường"; tuy nhiên các bít được trình bày lại để cung cấp cho UE:

- Một chỉ thị rằng đây là phát lại của truyền dẫn HS-SCCH ít hơn trước đó.

- Đây là phát lại lần thứ nhất hay phát lại lần hai.

- Tập m ã định kênh và kích thước khối truyền tải.

- Một con trỏ để chỉ ra lần phát trước mà lần phát lại này cần kết hợp mềm với nó.

Lý do cần các thông tin này là dể hướng dẫn UE các thực hiện kết họp mềm; nếu không cung cấp các thông t i n này cho UE, UE sẽ buộc phải dò thử các chiến lược kết hợp mềm khác nhau và làm tăng thêm độ phức tạp. Ngoài ra để giảm độ phức tạp, nhiều nhất là hai phát lại được hỗ trợ và phiên bán dư sẽ sử dụng cho tằng phát lại này được lập cấu hình trước.

Đe có thể thực hiện kết hợp mềm, Ư E phải lưu các bít mềm tằ các lần phát trước. V ớ i ba lần phát (một phát đầu tiên và hai phát lại), cần nhớ đệm mềm cho tất cả là 13 khung con. Duy trì khối lượng nhớ đệm mềm tại một kích thước hợp lý là lý do vì sao phải giới hạn số lần phát

Chương 10: Các dịch vụ quàng bài'đa phương. 415

lại cực đại bằng hai và hạn chế các kích thước tải trọng cho khai thác HS-SCCH ít hơn.

Khai thác HS-SCCH ít hơn kết hợp với các phát lại được minh họa trên hình 10.12.

HS-SCCH

Con trò đèn lân phát trươc SÀ thứ tự phát lại (ì) Khuôn dang truyền tài, các lài nguyên

HS-DSCH" í ỉ ỉ ỉ

• Con trò đến lân phát trước • SÁ thứ tự phát lại (2)

Khuôn dang truyền tái, các tái nguyên

Ị Ị Ị ì

t i - ^ * Ạ

Si Giải mã

mù

Kết hợp mềm. -^y* khuôn dạng theo

HS-SCCH Cằn nhớ đệm mèm cho 13 khung con

Két hợp mèm, ' / khuôn dạng theo

HS-SCCH

Hình 10.12. Ví dụ về các phát lại với khai thác Hit-SCCH ít hơn

10.3.4. Báo hiệu điều khiển

Báo hiệu lớp cao hơn là cách đầu tiên để thiết lập và điều khiển các tính năng CPC. Các chu kỳ Ư E DTX và UE DRX được lập cấu hình và được tích cực bời báo hiệu RRC. Tuy nhiên chúng không được tích cực nga) lập tổc, m à chi sau một thời gian khả lập cấu hình (được gọi là Enabling Delay - trễ cho phép) để đảm bảo ổn định đồng bộ và các vòng điều khiển công suất. Trái lại khai thác HS-SCCH ít hơn có thể được tích cực ngay khi thiết lập cuộc gọi.

Ngoài báo hiệu RRC, còn có thể sử dụng các mẫu bít dành trước của HS-SCCH để tắt bật DTX đường lên và DRX đường xuống (cơ chế này không sử dụng cho lập biểu bình thường). Mặc dù cơ chế này thường không được sử dụng, nhưng nó cho phép bộ lập biểu thay thể khai thác DTX/DRX để tăng thêm tính linh hoạt. Nếu UE nhận được


lệnh tích cực hay không tích cực DTX/DRX trên HS-SCCH, nó sẽ trả lời bằng một công nhận trên HS-DPCCH.

10.3.5. Khai thác CELL-FACH tăng cường Mục đích của CPC là để đảm bảo trải nghiệm Muôn luôn được kết

nối' bằng cách duy trì UE trong trạng thái tích cực (trạng thái CELL_DCH trong WCDMA), trong khi vẫn đảm bảo cơ chế giảm tiêu thụ công suất. Tuy nhiên UE sẽ phải chuyển vào trạng thái CELL_FACH nếu không xảy ra truyền dẫn trong một khoảng thời gian nhất định. Khi UE nằm trong trạng thái CELL_FACH, cửn có báo hiệu trên kênh truy nhập đường xuống (F Á C H ) để chuyển UE trờ lại CELL DCH trước khi thực hiện trao đổi số liệu trên HS-DSCH và E-DCH. FACH là một kênh truyền tải đường xuống cùng tốc độ thấp. Các tài nguyên vật lý để mang kênh FACH được lập cấu hình bán vĩnh cửu bời RNC và để cực đại hóa các tài nguyên khả dụng cho HS-DSCH và các kênh khác đường xuống, khối lượng tài nguyên cho FACH (và tốc độ số liệu FACH tương ứng) thường là nhò, vào khoảng vài chục kbiưs.

Để giảm trễ liên quan đến các thay đổi trạng thái, R7 cải thiện hiệu năng bằng cách cho phép sử dụng cả HS-DSCH cho trạng thái CELL_FACH. Tính năng này thường được gọi là khai thác CELL-FACH tâng cường. Sử dụng cả HS-DSCH trong CELL-FACH cho phép giảm đáng kể trễ liên quan đến chuyển vào trạng thái CELL-FACH. Thay vì sử dụng FACH tốc độ thấp, báo hiệu tù mạng đến ƯE có thể được mang trên HS-DSCH tốc độ cao. Vì thế trễ thiết lập cuộc gọi sẽ giảm đáng kể và cảm nhận của người sử dụng sẽ được cải thiện.

Trong khai thác CELL_FACH, UE giám sát HS-SCCH để nhận thông tin lập biểu theo các nguyên lý đã được xét trong chương 6. Tuy nhiên một khác biệt chù yếu so với các thủ tục HS-DSCH trong chương 6 là không có kênh riêng đường lên trong trạng thái


CELL_FACH. Vì thế sẽ không có các báo cáo CQI cho thích ứng tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh cũng như không thế truyền phản hồi HARQ. Vì thế, thích ứng tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh phái dựa trên các kết quả đo dài hạn được phát trong thù tục truy nhập ngẫu nhiên được sử dụng để khởi đầu thay đồi trạng thái. Vì không có phàn hồi HARQ, nên mạng có thể phát lại m ù số liệu đưịng xuống trong một số lần được lập cấu hình trước đế đàm bảo thu tin cậy tại UE.

10.4. TỔNG KÉT Chuông này đã xét hai dịch vụ được phát triển và tăng cưịng cho

HSPA là dịch vụ quảng bá và đa phương đa phương tiện (MBMS: Multimedia Broadcast and Multicast) và dịch vụ kết nối gói liên tục.

Với MBMS, cùng một nội dung được phát đến nhiều ngưịi sử dụng tại một vùng đặc thù {vùng dịch vụ MBMS) theo cách phát vô hướng. Vùng dịch vụ MBMS thông thưịng bao phủ nhiều ô

Trong quáng bá. tài nguyên vô tuyến điểm đa điểm dược thiết lập trong từng ô nằm trong vùng quàng bá MBMS và tất cá những ngưịi sù dụng đăng ký dịch vụ quàng bá đều đồng thịi thu cùng một tín hiệu được phát này. Mạng truy nhập vỏ tuyến không thực hiện theo dõi chuyển động của ngưịi sử dụng và những ngưịi sử dụng có thể thu nội dung mà không cần thông báo cho mạng. Truyền hình di động là một ví dụ về dịch vụ có thể được cung cấp bởi quảng bá MBMS

Trong đa phương, những ngưịi sử dụng yêu cầu tham gia một nhóm đa phương trước khi thu số liệu. Chuyển động của ngưịi sử dụng được theo dõi và các tài nguyên vô tuyến được lập cấu hình phù hợp với số ngưịi SỪ dụng trong ô. Mỗi ô trong vùng đa phương của MBMS có thể được lập cấu hình truyền dẫn điểm đến điểm hay điểm đa điểm. Trong các ô ít ngưịi sử dụng (chi có một hoặc vài ngưịi sử dụng đăng ký dịch vụ MBMS), truyền dẫn điểm đến điểm có thể thích hợp hơn, còn trong các ô có số ngưịi sử dụng lớn hơn truyền dẫn điểm đa điểm thích hợp hơn. Vì thế, đa phương cho phép mạng tối ưu hóa kiểu truyền dẫn trong từng ô.


Các kỳ thuật tăng cường hiệu năng cho MBMS như phân tập và mã hóa lớp ứng dụng cũng như các kênh liên quan đến dịch vụ MBMS cũng đã được xét trong chương này.

R7 đưa ra dịch vụ CPC (Continous Packet Connectivity: Kết nối gói liên tục) với các tính năng như: DTX, DRX, khai thác HS-SCCH ít hơn. Các tính năng này cho phép tăng cường cảm nhận Muôn luôn* được kết nối ('Always-on') cho người sử dụng bàng cách duy trì UE trong trạng thái CELL-DCH lâu hơn và tránh thường xuyên thay đổi trạng thái vào các trạng thái tích cực thấp, đủng thời cải thiện dung lượng cho các dịch vụ như VoIP. Ngoài ra R7 cũng đưa ra khai thác CELL_FACH tăng cường để có thể chuyển UE từ trạng thái CELL-FACH vào CELL DCH nhanh hơn.

10.5. CÂU HỎI Ì. Trình bày nguyên lý tổng quát của MBMS 2. Trình bày nguyên lý phân tập vĩ mô áp dụng cho MBMS 3. Trinh bày khái niệm mã hóa lớp ứng dụng 4. Trình bày cấu trúc kênh MTCH 5. Trình bày tổ chức kênh MCCH và MÍCH 6. Vai trò của kênh MSCH 7. Trình bày ý nghĩa của kết nối gói liên tục 8. Trình bày mô hình trạng thái của WCDMA 9. Trình bày các chức năng DTX trong kết nối gói liên tục 10. Trình bày DRX trong kết nối gói liên tục 11. Trình bày khai thác HS-SCCH ít hơn trong kết nối gói liên tục 12. Trình bày báo hiệu trong kết nối gói liên tục 13. Trình bày khai thác chế độ CELL-FACH tăng cường trong kết nối gói liên tục

Chưong l i

CÁC MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE VÀ SAE

Trong các chương 6,7, HSPA được trình bày. Như đã giải thích trong các chương này, HSPA là phát triển của 3G WCDMA được xây dựng trên cẩu trúc cơ sở của WCDMA cùng với yêu cầu chặt chẽ về tương thích ngược đến các mạng hiện đã triển khai. Song song với việc phát triển HSPA, 3GPP cũng đặc tả một công nghệ vô tuyến mới được gọi là LTE. Mục tiêu của LTE là sử dụng các tình trạng phữ phức tạp hom và yêu cầu tương thích ngược ít hơn. Như vậy phát triển 3G đi theo hai hướng song song để phát triển truy nhập vô tuyến và cả hai đều có những phẩm chất riêng. Quan hệ giữa HSPA và LTE đã được xét trong chương đầu.

Để hỗ trợ các khả năng số liệu gói mới mà các giao diện vô tuyên cùa LTE cung cấp, một mạng lõi phát triển mới cũng được nghiên cứu. Công tác đặc tả mạng lõi này được gọi là SAE (System Architectuưe Evolution: Phát triển kiến trúc hệ thống).


- Các mục tiêu thiết kế LTE

- Các mục tiêu thiết kế SAE Mục đích chương nhằm cung cấp cho bạn đọc các tiêu chí cơ bàn

trong thiết kế LTE và SAE.


Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỹ tư liệu được trình bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [ l i ] , [14] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

11.1 CÁC MỤC TIÊU THIẾT KÉ LTE Như đã xét trong chương Ì, hoạt động 3GPP vào đầu năm 2005

đã đặt ra các tiêu chí, các yêu cầu và các mục tiêu cho LTE. Các mục tiêu và các yêu cầu này được ghi lại trong 3GPP TR 25.91. Các yêu cầu cho LTE này được chia thành bảy lĩnh vực khác nhau:

- Các khả năng - Hiệu năng hệ thống - Các khía cạnh liên quan đến triển khai - Kiến trúc và phát triển - Quản lý tài nguyên vô tuyến - Mỉc độ phỉc tạp - Các khía cạnh chung Dưới đây ta sẽ xem xét từng nhóm nói trên.

11.1.1. Các khả năng Mục tiêu cho các yêu cầu tốc độ số liệu đỉnh đường xuống và

đường lên là lOOMbit/s và 50Mbit/s, khi làm việc trong băng thông 20MHz. Như vậy ta có thể biểu diễn các yêu cầu này là 5biƯs/Hz cho đường xuống và 2,5biƯs/Hz cho đường lên. Như sẽ trình bày dưới đây. LTE hỗ trợ cả FDD (Frequency Division Duplex: ghép song công phân chia theo tần sổ) và TDD (Time Division Duplex: ghép song công phân chia theo thời gian). Trong trường hợp TDD, cả đường xuống và đường lên đều sử dụng chung một băng tần, vì thế không thể đáp ỉng đồng thời yêu cầu tốc độ đỉnh. Đối với FDD, đường xuống và đường lên sử dụng hai băng tần khác nhau vì thế đồng thời phát thu đều đạt được các tốc độ số liệu như đặc tả ở trên.

Chương li: Các mục tiêu thiết kế LTE và SAE 421

Các yêu cầu trễ được chia thành các yêu cầu cho mặt phảng điều khiển và các yêu cầu cho mặt phang nguôi sử dụng. Các yêu cầu trễ mặt phang điều khiển đề cập đến trễ để chuyển từ các trạng thái không tích cực khác nhau của máy đầu cuối sang trạng thái tích cực khi đầu cuối có thể phát và (hoặc) thu số liệu. Tồn tại hai số đo:

1. Sỗ đo được biểu thị như thời gian chuyển từ trạng thái rỗi (trạng thái rỗi trong Ró là trạng thái trong đó mạng truy nhập vô tuyến không biết UE và nỏ không có context (ngữ cảnh), cùa UE cũng như không ấn định tài nguyên cho UE. UE có thể ngủ và định kỳ thức giấc để nghe thông tin từ mạng trong các đoạn thời gian quy định), yêu cầu này là lOOms.

2. Số đo khác biểu thị thời gian chuyển từ trạng thái ngủ (dormant) (trạng thái Cell PCH trong Ró, trong trạng thái này mạng truy nhập vô tuyến biết UE và biết nó ờ ô nào nhưng không ấn định tài nguyên cho nó. UE có thể ngủ và định kỳ thức giấc để nghe thông tin từ mạng trong các đoạn thời gian quy định), yêu cầu này là 50ms.

Yêu cầu trễ mặt phang người sử dụng được biểu diễn như là thời gian cần thiết để phát một gói IP nhò từ đầu cuối đến nút biên của RAN hoặc ngược lại tại lớp IP. Thời gian truyền dẫn một chiều không được vượt quá 5ms trong mạng không tải, nghĩa là không có các đầu cuối khác trong ô. Đ ố i với cả hai yêu cầu, trễ chế độ ngủ và báo hiệu không phải R AN được loại trừ.

Một yêu cầu bỗ sung đối với yêu cầu trễ mặt phang điều khiển là LTE phải hỗ trợ ít nhất 200 đầu cuối di động trong trạng thái tích cực trong băng thông 5MHz. Đ ố i với băng thông rộng hơn 5MHz, ít nhất 400 đầu cuối phải được hỗ trợ. số đầu cuối không tích cực không được công bỗ rõ ràng, nhưng phải cao hơn đáng kê.

422 Giáo trình Lộ trình phát triển thông Un di động 3G lên 4G

11.1.2. Hiệu năng hệ thống Các mục tiêu thiết kế hiệu năng hệ thống của LTE đề cập đến

thông lượng của người sử dụng, hiệu suất sư dụng phổ tần, vùng phù và MBMS tăng cường hơn.

Nói chung, các yêu cầu hiệu năng cùa LTE được biểu diễn tương đối so với hệ thống tham khảo sử dụng R6 HSPA như đã trình bày trong các chương trước. Đối với trạm gốc, giả thiết là mặt anten phát và mặt anten thu, trong khi đó đầu cuối có cực đại mặt anten phát và hai anten thu. Tuy nhiên cần nhấn mạnh rằng mặt số tính năng tiên tiến của HSPA không được đưa ra trong mô hình tham khảo. Vì thế đầu cuối trong hệ thống tham khảo có hai anten thu, mặt máy thu RAKE đơn giản. Tương tự ghép kênh không gian không có trong hệ thống tham khảo.

Yêu cầu thông lượng của người sử dụng của LTE được đặc tả ờ hai điểm: Vùng phủ và 5% của phân bố người sử dụng ( 9 5 % người sử dụng có hiệu năng tốt hom). Mục tiêu hiệu suất sử dụng phổ tần cũng đã được đặc tả, trong đó hiệu suất sử dụng phổ tần được định nghĩa như là thông lượng hệ thống trong ô được đo bằng biƯs/MHz. Các mục tiêu thiết kế nói trên được cho trong bảng 11.1.

Bảng li. ì. Các yêu cầu thông lượng của người sử dụng

và hiệu suất sử dụng pho tần

SỐ đo hiệu năng Mục tiêu đường xuống so với tham khảo*

Mục tiêu đường lên so vói tham khảo**

Thông lượng trung binh của người sử dụng (trên MHz) 3x-4x 2x-3x Thông lượng tại biên ồ của người sử dụng (trên MHz, năm phần trăm)

2x-3x 2x-3x

Hiệu suất sử dụng phố tẳn (bit/s/Hz/ô) 3x-4x 2x-3x


* Tham khảo được chọn là hiệu năng của HSDPA Ró (xem bàng

1.2 chương 1)

** Tham khảo được chọn là hiệu năng HSUPA Ró (xem bảng 1.3

chương ỉ)

Các yêu cầu về tính di động tập trung lên tốc độ của các đầu cuối di động. Mục tiêu đề ra phải đạt hiệu năng cực đại tại các tốc độ thấp của đầu cuối di động, 0-15km/giờ, hiệu năng có thể giảm một chút tại các đầu cuối tốc độ cao hơn. Đối với các tốc độ lên đến 120km/giờ, LTE phải đảm bảo hiệu năng cao để duy trì kết nối trên toàn mạng tổ ong. Hệ thống LTE có thể quản lý tốc độ đến 350km/giờ (hay thậm chí 500km/giờ phụ thuộc vào băng tần). LTE phải đảm bảo dịch vụ thoại ngang bứng với WCDMA/HSPA.

Các yêu cầu về vùng phủ tập trung lên vùng phù (bán kính) ô, nghĩa là khoảng cách cực đại từ trạm ô đến một thiết bị đầu cuối trong ô. Yêu cầu đối với các kịch bản không bị giới hạn nhiễu là phải đáp ứng các yêu cầu về thông lượng cùa người sử dụng, hiệu suất sử dụng phổ tần và di động cho các ô có bán kính đến 5km. Đối với các ô có vùng phù lên đến 30km, cho phép giảm nhẹ thông lượng và cho phép giảm khá lớn hiệu suất sử dụng phổ. Tuy nhiên vẫn phải đáp ứng tính di động. Tiêu chuẩn cũng không được cản trở các vùng phủ đến 100 km, tuy nhiên các yêu cầu về hiệu năng trong trường hợp này không được công bố.

Các yêu cầu MBMS tăng cường đề cập đến chế độ quảng bá và chế độ phát đơn phương. Tổng quát, LTE phải đảm bảo các dịch vụ MBMS tốt hơn các dịch vụ mà Ró cung cấp. Yêu cầu cho trường họp quảng bá là hiệu suất sử dụng phổ tần lbit/s/Hz, tương đương với 16 kênh truyền hình, trong đó mỗi kênh sử dụng 300kbps trong băng thông 5MHz. Ngoài ra phải có thể cung cấp dịch vụ MBMS như là


dịch vụ duy nhất trên một sóng mang, đồng thời cũng có thể cung cấp dịch vụ này trộn lẫn với các dịch vụ khác không phải MBMS. Tất nhiên chuẩn LTE phải đảm bảo cung cấp đồng thời các dịch vụ thoại và các dịch vụ MBMS.

11.1.3. Các khía cạnh liên quan đến triển khai

Các yêu cầu liên quan đến triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, tính linh hoạt phổ tần, triển khai phổ và đồng tồn tại cũng như tương tác với các công nghệ truy nhập vô tuyến cốa 3GPP khác chẳng hạn GSM, WCDMA/HSPA.

Yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm cả trường hợp hệ thống LTE được triển khai độc lập lẫn trường hợp nó được triển khai cùng với WCDMA/HSPA và (hoặc) GSM. Như vậy trong thực tế yêu cầu này không giới hạn các tiêu chí thiết kế. Các yêu cầu về tính linh hoạt phổ tần được trình bày cụ thể hơn trong mục 11.1.3.1.

Sự đồng tồn tại và tương tác với các hệ thống 3GPP khác và các yêu cầu tương ứng đã đặt ra yêu cầu về tính di động giữa LTE và GSM, giữa L TE và WCDMA/HSPA cho các đầu cuối hỗ trợ các công nghệ này. Bảng 11.2 liệt kê các yêu cầu về gián đoạn, nghĩa là gián đoạn cho phép cực đại trên đường truyền vô tuyến khi chuyển động giữa hai công nghệ truy nhập khác nhau, cho các dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực. cần lun ý rằng các yêu cầu này là rất nhỏ đôi với thời gian gián đoạn chuyển giao và có thể kỳ vọng là các giá trị này tốt hơn nhiều trong các triển khai thực tế.

Yêu cầu đồng tồn tại và tương tác cùng đề cập đến chuyển mạch lưu lượng truyền đa phương được LTE cung cấp theo kiểu quảng bá đến lưu lượng đom phương được GSM hoặc WCDMA cung cấp. Mặc dù không con số nào được đưa ra.


Bàng 11.2. Các yêu cầu thời gian giản đoạn, L TE-GSM và L TE- WCDMA

Phi thời gian thực (ms) Thời gian thực (ms)

LTE sang WCDMA 500ms 300ms

LTE sang GSM 500ms 300ms

11.1.3.1. Tính lin h hoạt phổ và t r i ể n khai

Cơ sở đối với các yêu cầu về tính linh hoạt phổ là yêu cầu đối với hệ thống LTE được triển khai trong các băng tần đã có của IMT-2000, có nghĩa là sự đồng tồn tại giữa các hệ thống đã triển khai trong các băng này bao gồm GSM và WCDMA/HSPA. Yêu cầu tính linh hoạt phổ của LTE là phải có khả năng triền khai truy nhập vô tuyến dựa trên LTE trong cả các ấn đắnh băng kép và băng đơn, nghĩa là LTE phải hỗ trợ cả ghép song công phân cia theo tần số (FDD) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD).

Sơ đồ ghép song công hay sắp xếp ghép song công là một thuộc tính của công nghệ vô tuyến. Tuy nhiên một cấp phát phổ tần cho trước thường liên kết với một cách sấp xếp song công đặc thù. Các hệ thống FDD được triển khai trong các ấn đắnh kép với một băng cho truyền dẫn đường xuống và một băng khác cho truyền dẫn đường lên. Các hệ thống TDD được triển khai trong các ấn đắnh băng đơn.

Ta xét thí dụ phổ tần IMT-2000 tại 2GHz (có thể coi như "băng gốc" của IMT-2000). Như thấy trên hình 11.1, phổ này gồm một cặp bàng tần 1920-1980MHz và 21lO-2170MHz dành cho truy nhập vô tuyến theo FDD, và hai băng tần 1910-1920MHz và 2010-2025MHz dành cho truy nhập vô tuyển TDD. Lưu ý rằng các quy đắnh đắa phương và vùng có thể sử dụng phổ IMT-2000 khác với phổ được chi ra ở đây.


Truy nhập theo TDD Truy nhập theo FDD

1910 1920 1980 2010 2025 Tăn sô (MHz)

2110 '2170

Hình ỉ ỉ. ỉ. Cấp phát phố băng 'lõi' IMT-2000 tại 2GHz

Cấp phát băng kép cho FDD trên hình 11.1 là 2x60MHz, nhưng phổ khả dụng cho một nhà khai thác có thể là 2x20MHz hay thậm chí 2x10MHz. Trong các băng tần khác thậm chí phổ khả dụng có thể ít hơn. Ngoài ra việc chuyển dịch vào phổ hiện đang được sử dụng cho các công nghệ truy nhập vô tuyến khác phải được thực hiện từ từ để đảm bảo đủ lượng phổ còn lại cho hố trợ các người sử dụng hiện có. Như vậy lượng phổ chuyển cho LTE lúc đầu có thể khá nhỏ, nhưng sẽ tăng dần (hình 11.2). Sự thay đổi các kịch bản phổ có thể có cho thấy cần có một yêu cầu về tính linh hoạt phổ đối với LTE để hố trợ các băng thông truyền dẫn.

15 MHz phổ

Triển khai gốc

Dịch chuyển ban đầu

Bước 2

Dịch chuyên hoàn toàn

A Bí Khai thác LTE 5MHz ,

A « Khai thác LTE 10MHz

iiíilii A K Khai thác LTE 15MHz

ì Hình Ị 1.2. Ví dụ về quá trình chuyển dịch từng bước của LTE vào

vùng phổ của WCDMA hiện đã triển khai


Yêu cầu tính linh hoạt phổ của LTE chi ra ràng LTE phải có khả năng định lại kích cỡ trong miền tần số và hoạt động trong các băng tần khác nhau. Yêu cầu tính linh hoạt đưa ra danh sách các ấn định phổ cùa LTE (1,25; 1,6; 2,5; 5; 15 và 20MHz). Ngoài ra LTE cũng

phải có khả năng làm việc trong phổ đon cũng như phổ kép. LTE phải có thể được triển khai trong các băng tần khác nhau. Các băng tần được hỗ trợ phải được đặc tả dựa trên "tính độc lẩp với phát hành". nghĩa là phát hành đầu của LTE không cần phải hỗ trợ tất cả các bâng ngay từ đầu.

Ngoài ra tiêu chuẩn cũng đề cẩp đến đồng tồn tại với GSM và WCDMA trên các tần số lân cẩn cũng như đồng tồn tại giữa các nhà khai thác trên các tần sổ lân cẩn và các mạng trong các nước khác nhau sử dụng phổ chồng lấn nhau. Ngoài ra cũng yêu cầu rằng không cần có thêm hệ thống nào khác để một đầu cuối có thể truy nhẩp LTE, có nghĩa là LTE phải có tất cà các báo hiệu điều khiển cần thiết cho truy nhẩp.

li.1.4. Kiến trúc và chuyển dịch

3GPP công bố một số nguyên tắc mang tính hướng dẫn cho thiết kế kiến trúc LTE RAN như sau:

- Kiến trúc LTE RAN đơn nhất phải được đồng thuẩn.

- Kiến trúc LTE RAN phái dựa trên gói, mặc dù lưu lượng thời gian thực và hội thoại được hỗ trợ.

- Kiến trúc LTE RAN phải giảm thiểu sự tồn tại "một điểm sự cổ' mà không làm tăng giá thành đường trục.

- Kiến trúc LTE RAN phải đơn giản hóa và giám thiểu số giao diện được đưa ra.

- Tương tác giữa lớp mạng vô tuyến (RNL: Radio Network

Layer) và lớp mạng truyền tải (TNL: Transport Network Layer) phải không bị cấm nếu cần cải thiện hiệu năng hệ thống.


- LTE RAN phải hỗ trợ QoS đầu cuối đầu cuối. T N L phải đảm bảo ỌoS tương ứng do RNL yêu cầu.

- Các cơ chế QoS phải xét đến các kiểu lun lượng khác nhau để đàm bảo sử dụng băng thông hiệu quà: Lun lượng mặt phăng điều khiển, lưu lượng mặt phăng người sử dụng, lưu lượng khai thác và bảo dưỡng...

- LTE RAN phải được thiết kế để giảm thiểu thay đổi trễ (Jitter), chớng hạn cho TCP/IP.

- Kiến trúc phang. Trong phát triển kiến trúc, trạm gốc được bổ sung thêm trí tuệ, tương tự như xu thế đối với HSPA. Lúc đầu kiến trúc UMTS được định nghĩa theo phân cấp, trong đó các chức năng liên quan đến vô tuyến được đặt trong RNC. Trong kiến trúc phang các chức năng liên quan đến vô tuyến được đặt trong trạm gốc. K hi lập biểu gói được đặt trong trạm gốc, quá trình lập biểu sẽ nhanh hơn kể cả lập biểu miền tần số.

3GPP quyết định đặt toàn bộ chức nâng vô tuyến trong trạm gốc (hình 11.4). Các chức năng vô tuyến mới trong BTS so với HSPA là: Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC), điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) và giao thức hội tụ sổ liệu gói PDCP. Kiến trúc trên hình 11.4 cho thấy sự phân chia chức năng giữa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi. Trong khi mạng truy nhập vô tuyến chi còn một phần tử duy nhất là e NodeB thì nhiều phần từ hơn được sử dụng trong mạng lõi.

Từ quan điểm mạng truy nhập vô tuyến, xu thế quan trọng là không cần chuyển giao mềm trong hệ thống. Đây cũng là xu thê đã được thực hiện trong HSDPA. Trong HSDPA chỉ thông tin điều khiển lớp vật lý là vẫn có phân tập vĩ mô, còn số liệu của người sử dụng không có. Đây là một trong các lý do cho phép đặt tất cả các chức năng vô tuyến vào một e NodeB nhờ vậy có thể hỗ trợ kiến trúc phăng dễ hơn. Cũng có thể hỗ trợ phân tập vĩ m ô trong kiên trúc phăng,


nhưng cần có các yêu cầu bổ sung đối với các liên kết truyền dẫn giữa các trạm gốc.

55j Khiến RB"| Ì RRM giữa cic 6

Điều khiên cho phép vỗ tuyên

Điều khiên di động

An đinh MI nguyên đông (Bỗ lập biêu)

Lập cáu hỉnh vì đảm bảo đo

eNodeB

PHY

eNod B

S1-U

S1-MME

Mỉm nao di dỏng tại chã

cho chuyên giáo LTE Neo di đống cho di dộng

GSMĂVCDMA Chạn theo luật

cing SAE phục vụ

Điêu khiên kênh mang SAE

Quần lý di đọng

Xứ lý chê dọ rãi

MME

Áp đặt chính sách

Lọc gói

Cồng PON SAE

RB (Radio Bearer): Kênh mang vô tuyến MME (Mobility Management Entity): Thệc thể quản lý di động SAE (System Architecture Evolution): Phát triển kiến trúc hệ thống PDN (Packet Data Netvvork): Mạng số liệu gói

Hình ỉ 1.4. Phân chia chức năng giữa mạng truy nhập và mạng lõi

11.1.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến

Các yêu cầu quản lý tài nguyên vô tuyến được chia thành: (1) hỗ trợ tăng cường cho QoS đầu cuối đầu cuối, (2) hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn các lớp cao hơn, (3) hỗ trợ chia sè tải và quàn lý chính sách trên các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau.

Hỗ trợ tăng cường cho QoS đầu cuối đầu cuối yêu cầu một "dịch vụ phối hợp cải tiến" và các yêu cầu về giao thức (bao hàm cả báo hiệu lớp cao hơn) cho các tài nguyên RAN và các đặc tính RAN.

Hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn các lớp cao hơn yêu cầu ràng LTE RAN phải cung cấp các cơ chế hỗ trợ truyền dẫn và khai thác hiệu quả

430 Giáo trình Lộ trình phát triền thông tin di động 3G lẻn 4G

các giao thức lớp cao hơn trên giao diện vô tuyến, chẳng hạn nén tiêu đề IP.

Hỗ trợ chia sẻ tải và quàn lý chính sách trên các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau yêu cầu xem xét các cơ chế lựa chọn lại để hướng dẫn các đầu cuối di đững chuyển đến các công nghệ truy nhập vô tuyến tương ứng trong tất cả các kiểu trạng thái cũng như hồ trợ QoS đầu cuối - đầu cuối trong quá trình chuyển giao giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến.

Ì ỉ. 1.6. Mức độ phức tạp Các yêu cầu về mức đữ phức tạp của LTE đề cập đến đữ phức tạp

của toàn bữ hệ thống cũng như đữ phức tạp của máy di đững đầu cuối. Thực chất, các yêu cầu này có nghĩa là phải giảm thiểu các tùy chọn và đảm bảo các tính năng bắt buữc không bị thừa. Ngoài ra điều này cũng dẫn đến giảm thiểu số lượng các trường hợp thử nghiệm cần thiết.

11.1.7. Các khiu cạnh chung Các yêu cầu chung đối với LTE đề cập đến các khía cạnh liên

quan đến giá thành và dịch vụ. Rõ ràng ràng cần giảm thiểu giá thành trong khi vẫn đảm bảo hiệu năng mong muốn cho các dịch vụ dự kiến. Đ ố i với giá thành, các vấn đề về đường trục, bảo dưỡng và khai thác được đề cập. Như vậy không chi giao diện vô tuyến m à cả truyền tải đến các trạm BS và hệ thống quản lý cũng phải được đề cập trong LTE. Trong số các yêu cầu này cũng có mữt yêu cầu rất mạnh đối với giao diện giữa các nhà cung cấp thiết bị. Ngoài ra cũng yêu cầu đầu cuối phải có giá thấp và tiêu thụ ít công suất.

11.2. CÁC MỤC TIÊU THIẾT KÉ SAE Các mục tiêu của SAE được m ô tả trong các danh mục nghiên

cứu SAE và mữt số mục tiêu mức cao được TSG SA WG1 khởi thảo. Các mục tiêu SAE được chia thành mữt số lĩnh vực:


- Các khía cạnh khai thác và người sử dụng mức cao. - Các khả năng cơ sờ. - Đa truy nhập và di động. - Các khía cạnh giao diện người máy. - Các yêu cầu hiệu năng đối với hệ thống 3GPP phát triển. - An ninh và riêng tư. - Các khía cạnh tính cước.

Mặc dù các yêu cầu SAE có nhiều và được chia thành các phân nhóm như trên, nhưng các yêu cầu SAE chủ yếu không liên quan đến truy nhập vô tuyến. Vì thế phần này sẽ tởng kết các yêu cầu SAE quan trọng nhất có ảnh hưởng lên hoặc mạng truy nhập vô tuyến hoặc kiến trúc SAE.

Hệ thống SAE phải có khả năng hoạt động với các mạng truy nhập vô tuyến khác với LTE và phải có các chức nâng di động để cho phép một đầu cuối di động chuyển dịch giữa các hệ thống truy nhập vô tuyến khác nhau. Thực tế, các yêu cầu này không giới hạn di động giữa các mạng truy nhập vô tuyến mà còn mở rộng di động đến mạng truy nhập cố định. cần xét đến cả các mạng truy nhập không do 3GPP triển khai.

Chuyển mạng cũng là một yêu cầu quan trọng đối với SAE bao gồm cả chuyển mạng đến các mạng SAE khác cũng như đến các mạng hiện có. Ngoài ra tương tác với các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói hiện có cũng là một yêu cầu. Tuy nhiên không đòi hỏi phải hỗ trợ các dịch vụ chuyển mạch kênh từ miền chuyển mạch kênh của các mạng hiện có.

Các yêu cầu SAE cũng đua ra một danh sách hiệu năng như là một yêu cầu quan trọng nhưng không chi tiết như các yêu cầu của LTE. Các kịch bản và mức độ sử dụng lưu lượng khác nhau cũng được xem xét, chẳng hạn thông tin từ người sử dụng đến người sử


dụng và thông tin từ người sử dụng đến nhóm. Ngoài ra cũng có yêu cầu về hiệu suất sử dụng tài nguyên nhất là hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến (giống như yêu cầu hiệu suất phổ đối với LTE). Hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến không được yêu cầu phức tạp như đối với LTE. Vì thế chính yêu cầu này của LTE là yêu cầu thiết kế.

Tất nhiên các yêu cầu SAE đề cập đến các khía cạnh dịch vụ khác nhau và đòi hải các dịch vụ truyền thống như thoại, video, nhắn tin và chuyển íile phải được hỗ trợ và thêm vào đó là các dịch quảng bá và đa phương. Thực tế, cùng với yêu cầu hỗ trợ kết nối IPv4 và IPv6 (bao gồm cả di động giữa các mạng hỗ trợ các phiên bản IP khác nhau cũng như kết nối giữa các đầu cuối sử dụng các phiên bản khác nhau), mọi dịch vụ IP đều sẽ được hỗ trợ, tuy nhiên với chất lượng dịch vụ không phải tối ưu.

Yêu cầu về chất lượng dịch vụ của SAE cũng được soạn thảo chi tiết. Chẳng hạn hệ thống SAE phải đảm bảo giảm cấp chất lượng âm thanh cuộc gọi ở mức độ không cảm nhận được trong khi và sau chuyển giao giữa các mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói khác biệt. Ngoài ra SAE phải đảm bảo ràng không mất gói số liệu do chuyển giao giữa các hệ thống truy nhập di động và cố định. Một yêu cầu quan trọng đối với khái niệm QoS là khái niệm QoS phải tương thích ngược với các khái niệm QoS trước đây trong 3GPP. Điều này đảm bảo di động êm ả giữa các công nghệ truy nhập khác nhau của 3GPP (LTE, V/CDMA/HSPA và GSM).

Hệ thống SAE phải cung cấp các cơ chế an ninh tiên tiến tương đương hoặc tốt hơn an ninh đối với WCDMA/HSPA và GSM. Nghĩa là việc bảo vệ chống lại các đe dọa và tấn công bao gồm cả các đe dọa và tấn công trên Internet và cơ chế bảo vệ này phải là một bộ phận của SAE. Ngoài ra hệ thống SAE phải đảm bảo nhận thực thông tin giữa đầu cuối di động và mạng, nhưng đồng Jhời cho phép chặn bắt lưu lượng theo luật.


Hệ thống SAE cũng có các yêu cầu cao về tính riêng tư của người sử dụng. Cần đảm bảo một số mức độ riêng tư của người sử dụng, chẳng hạn bào mật thông tin, bảo mật vị trí và bảo vệ nhận dạng. Vì thế, các hệ thống SAE sẽ giữ kín nhận dạng của người sử dụng đối với những người thứ ba không đưồc phép, bảo vệ nội dung, nơi phát và nơi nhận của cuộc truyền tin đối với các bên không đưồc phép và bào vệ vị trí của người sử dụng đối với những người này. Các bên đưồc phép thường là các cơ quan chính phủ, nhưng người sử dụng có thể cho phép một số bên nào đó biết đưồc vị trí của đầu cuối di động. Chẳng hạn quản lý đoàn xe để điều hành xe tải.

SAE hỗ trồ một số m ô hình tính cước bao gồm trà cước từ phía chủ gọi, cước cố định và cước trên cơ sở QoS. Các khía cạnh tính cước đôi khi có thể nhìn đưồc trong mạng vô tuyến, nhất là các m ô hình tính cước dựa trên QoS và khối lưồng số liệu đưồc chuyển. Tuy nhiên hầu hết các m ô hình tính cước chỉ cho phép r.lìin thấy thông tin cước trong mạng lõi.

Kiến trúc SAE với các cổng kết hồp đưồc cho trên hình 11.5.

eNodeB Cổng SAE phục vụ

Cổng SAE eNodeB S1-U

Cổng SAE phục vụ PDN

Số liệu Điều khiển

Các mạng IP

'các dịch vụ cùa^ nhà khai thác

SGI (IMS, ..)

PCRF (Policy and Charying Rules Function): chức năng các quy tắc tinh

cước và chính sách

Hình ỉ 1.5. Kiến trúc SAE với các cống kết hợp


Trong mạng lõi trên hình 11.2 của kiến trúc SAE ta thấy các thục thể sau:

- Cổng SAE phục vụ và cổng SAE mạng số liệu gói (PDN SAE) để xử lý số liệu của mặt phang người sử dụng. Các nhiệm vụ xử lý này liên quan đến quản lý di động bên trong LTE cũng như giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến khác của 3GPP. Như thấy trên hình 11.2, SGSN của WCDMA có thể nối đến các cổng nói trên và các cổng này sẽ xử lý các chức năng của GGSN trong mạng WCDMA.

- Phợn tử quản lý di động (MME) xử lý báo hiệu mặt phăng điều khiển, nhất là đối với quản lý di động và xử lý chế độ rỗi. Khi này giao diện s u kết nối MME với các cổng SAE/PDN nếu chúng được thực hiện trong các phân tử vật lý riêng biệt.

- Server thuê bao nhà (HSS: Home Subscriber Server) thực hiện các chức năng như HLR, chứa các thông tin đặc thù thuê bao như các mức ưu tiên, tốc độ số liệu...

- Chức năng các quy tắc tính cước và chính sách (PCRP) liên quan đến chính sách chất lượng dịch vụ và chính sách tính cước được áp dụng.

Việc sử dụng kiến trúc phăng có nghĩa là tính khả định cỡ cao khi tăng thể tích số liệu cùng với việc phụ thuộc ít vào bản thân thể tích số liệu này. Nhờ vậy đạt được hiệu quả kinh tế cao khi triển khai mạng và khi mờ rộng dung lượng mạng do tăng lưu lượng.

11.3. TỔNG KÉT Chương này trước hết xét các mục tiêu đề ra cho thiết kế LTE

theo bảy khía cạnh:

- Các khả năng - Hiệu năng hệ thống


- Các khía cạnh liên quan đến triển khai

- Kiến trúc và phát triển

- Quản lý tài nguyên vô tuyến

- Mức độ phức tạp

- Các khía cạnh chung

Tiếp theo chương này xét các mục tiêu đề ra cho thiết kế SAE theo các lĩnh vực:

- Các khía cạnh khai thác và người sử dụng mức cao - Các khả năng cơ sở - Đa truy nhập và di động - Các khía cạnh giao diện người máy - Các yêu cầu hiệu năng đổi với hệ thống 3GPP phát triển

- An ninh và riêng tư - Các khía cạnh tính cước

Ngoài ra chương này cũng xét việc phân chia các chức năng giặa mạng truy nhập (LTE) và mạng lõi (SAE) của LTE. Sự phân chia này đảm bảo kiến trúc phang tốt nhất. Điểm đặc biệt trong sự phân chia này là toàn bộ chức năng xử lý liên quan đến vô tuyến được đặt trong trạm gốc (e Node B) và không sử dụng cấp trung gian như RNC cùa WCDMA.

11.4. C Â U H Ỏ I 1. Trình bày các khả năng cùa LTE

2. Trình bày'hiệu năng hệ thống cùa LTE

3. Trình bày các khía cạnh liên quan đến triển khai LTE

4. Trình bày kiến trúc và phát triển LTE

5. Trình bày mục tiêu quàn lý tài nguyên vô tuyến trong LTE


6. Trình bày tiêu chí về mức độ phức tạp trong thiết kế LTE 7. Trình bày kiến trúc và chuyển dịch trong LTE

8. Trình bày các khía cạnh khai thác và người sử dụng mức cao trong SAE

9. Trình bày các khả năng cơ sờ của SAE. 10. Trình bày đa truy nhập và di động êm ả của SAE. 11. Trình bày các khía cạnh giao diện người máy của SAE. 12. Trình bày các yêu cầu hiệu năng đối với hệ thống 3GPP phát triển. 13. Trình bày an ninh và riêng tư của SAE. 14. Trình bày các khía cạnh tính cước cùa SAE.

Chương 12

TRUY NHẬP VÔ TUYẾN VÀ KIÊN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE

Các chương trước đã xét các mục tiêu cùa LTE và từ xem xét này ta đã thấy rõ ràng LTE được phát triển với các mục tiêu hiệu năng rất tiên tiến. Trước hết trong chương này ta sẽ xét một số phần tử và tính năng quan trọng nhất của LTE. Sau đó ta sẽ xét chi tiết hom giao diện vô tuyến và các tính năng then chốt cùa LTE.

Giống như WCDMA/HSPA và hầu hết các hệ thống thông tin di động hiện đại khác, các đặc tả chuữn LTE được cấu trúc thành các lớp giao thức khác nhau. Mặc dù một số trong các lớp này giống với các lớp được sử dụng trong WCDMA/HSPA, nhung cũng có một số khác biệt do các khác biệt kiến trúc tổng thể giữa WCDMA/HSPA và LTE. Chương này sẽ m ô tà các lớp giao thức trên lớp vật lý, tương tác giữa chúng và giao diện với lớp vật lý. Đe hiểu được kiến trúc giao diện vô tuyến LTE ta chỉ cần xét một nút: nút B với ký hiệu mới cho LTE là e NodeB (nút B tăng cường).


- Tổng quan truy nhập vô tuyến LTE

- Kiến trúc giao thức L TE

- Điều khiển liên kết vô tuyến, RLC


- Điều khiển truy nhập môi trường, M Á C Mục đích chương nhằm cung cấp cho bạn đọc hiểu được nguyên

tắc truy nhập vô tuyến LTE và kiến trúc giao diện vô tuyến. Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỹ tư liệu được trình

bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [3], [4], [5], [6], [ l i ] , [14] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

12.1. TÒNG QUAN TRUY NHủP VÔ TUYẾN LTE

12.1.1. Các sơ đồ truyền dẫn Sơ đồ truyền dẫn đường xuống của LTE dựa trên OFDM. Như đã

xét trong chương 3, OFDM là một sơ đồ truyền dẫn hấp dẫn vì một số lý do. Do thời gian ký hiệu OFDM kết hợp với tiền tố chu trình khá dài, OFDM đảm bảo độ bền chắc chống lại chọn lọc tần số của kênh vô tuyến cao hơn. Mặc dù về nguyên tắc có thể xử lý sự méo dạng tín hiệu do kênh chọn lọc tần số gây ra bằng cách cân bằng tại phía thu, nhưng độ phức tạp của cân bằng trở nên quá cao đối với thực hiện đầu cuối tại các băng thông lớn hơn 5MHz. Vì thế OFDM với khả năng đề kháng phađinh chọn lọc sẵn có là một kỳ thuật hấp dẫn cho đường xuống đặc biệt khi được kết hợp với ghép kênh không gian.

Một số lợi ích khác của OFDM là:

- OFDM cung cấp truy nhập đến miền tần số, vì thế cho phép mờ rộng mức độ tự do cho bộ lập biểu phụ thuộc kênh so với HSPA.

- OFDM dễ dàng hỗ trợ ấn định băng thông linh hoạt (ít nhất từ quan điểm băng gốc) bằng cách thay đổi sổ lượng các sóng mang con sử dụng cho truyền dẫn. Tuy nhiên cũng cần nói rằng hỗ trợ ấn định nhiều phổ cũng đòi hỏi bộ lọc RF linh hoạt và một khai thác chính xác với sơ đồ truyền dẫn liên quan. Mặc dù vậy, việc giữ nguyên cấu trúc xử lý bâng gốc không phụ thuộc vào băng thông cũng cho phép thực hiện đầu cuối dễ ràng.

Chương 12: Truy nhập vô tuyến và kiến trúc giao diện. 439

- OFDM cho phép thực hiện đơn giàn truyền dẫn quảng bá/đa phương, trong đó cùng một thông tin được phát đi từ nhiều trạm gốc

Đ ố i với đường lên của LTE, truyền dẫn đơn sóng mang dựa trên OFDM trải phổ DFT được sử dụng (xem chương 3). Sử dụng điều chế đơn sóng mang cho phép giảm tý số công suất đầnh trên công suất trung bình PAPR (Peak to Average Power Radio) so với truyền dẫn đa sóng mang như OFDM. PAPR càng nhỏ, thì công suất phát trung bình càng cao đối với một bộ khuếch đại công suất cho trước. Vì thế truyền dẫn đơn sóng mang cho phép đạt được hiệu suất sử dụng bộ khuếch đại công suất cao hơn và điều này dẫn đến tăng vùng phù. Điều này thực sự quan trọng đối với đầu cuối di động có công suất hạn chế. Đồng thời vấn đề xử lý méo tín hiệu đơn sóng mang do phađinh chọn lọc tần số gây ra trên đường lên cũng không phải là quan trọng vì nó được thực hiện tại trạm gốc nơi có khả năng xử lý tín hiệu mạnh hơn.

Khác với đường lên của WCDMA/HSPA cũng dựa trên truyền dần đon sóng mang, đường lên của LTE dựa trên phân cách trực giao những người sử dụng trong miền thời gian và miền tần số. Trong nhiều trường hợp, phân cách trực giao những người sử dụng rất có lợi vi nó tránh được nhiễu nội ô. Tuy nhiên như đã đề cập trong chương 3, cấp phát đồng thời tài nguyên băng thông rất rộng cho một người sử dụng là một chiến lược không hiệu quả trong các tình trạng m à ở đó tốc độ số liệu chù yếu bị hạn chế bởi công suất truyền dẫn chứ không phải băng thông truyền dẫn. Trong các tình trạng này, một đầu cuối thường được cấp phát một bộ phận trong băng thông truyền- dẫn tổng, còn các đầu cuối khác có thể phát song song trong phần phổ còn lại. Vì thế đường lên LTE chứa một phần tử đa truy nhập miền tần số, và sơ đồ truyền dẫn đường lên của LTE cũng được gọi là FDMA đơn sóng mang (SC-FDMA).

12.1.2. Lập biểu phụ thuộc kênh và thích ứng tốc độ

Cốt lõi của sơ đồ truyền dẫn LTE là sử dụng truyền dẫn kênh chia sè, trong đó tài nguyên thời gian - tần số được chia sẻ giữa những

440 Giáo trình Lộ trình phớt triển thông tin di động 3G lên 4G

người sử dụng. Điều này cũng giống như cách xử lý trong HSPA, mặc dù việc thực hiện tài nguyên chia sẻ giữa hai công nghệ này khác nhau: trong L TE là thời gian và tần sổ còn trong HSPA là thời gian và m ã định kênh. Việc sử dụng truyền dẫn kênh chia sẻ là hoàn toàn phù hợp với các yêu cầu tài nguyên thay đổi rất nhanh do truyền dẫn gói gây ra và nó cũng cho phép LTE sử dụng các công nghệ then chốt khác.

Đ ố i với tậng thời điểm, bộ lập biểu điều khiển việc người sử dụng nào được ấn định tài nguyên chia sẻ. N ó cũng quyết định tốc độ sổ liệu sẽ được sử dụng cho tậng liên kết và thích ứng đường truyền cũng có thể được coi như là một bộ phận của bộ lập biểu. Bộ lập biểu là phần tử then chốt và ở mức độ rất lớn nó quyết định hiệu năng tổng thể của đường xuống, đặc biệt là trong mạng có tải cao. Cà đường xuống và đường lên đều chịu sự điều khiển chặt chẽ của lập biểu. Tậ chương 5 ta đã thấy rằng có thể đạt được độ lợi dung lượng hệ thống đáng kể, nếu xét đến các điều kiện kênh trong quyết định lập biểu, hay còn gọi là lập biểu phụ thuộc kênh. Điều này đã được khai thác trong HSPA, trong đó bộ lập biểu đường xuống cho phép phát đến người sử dụng có điều kiện kênh ưu việt để đạt được tốc độ số liệu cực đại. ờ mức độ nào đó điều này cũng được thực hiện trên đường lên cho HSUPA. Tuy nhiên ngoài miền thời gian, LTE cũng có thể truy nhập đến miền tần số nhờ việc sử dụng OFDM cho đường xuống và DFTS-OFDM cho đường lên. Vì thế, đối với tậng miền tần số, bộ lập biểu có thể chọn người sử dụng có điều kiện kênh tốt nhất. Nói một cách khác, lập biểu trong LTE có thể xét đến các thay đổi điều kiện kênh không chỉ trong miền thời gian như HSPA m à cả trong miền tần số. Điều này được minh họa trên hình 12.1.

Khả năng lập biểu phụ thuộc kênh trong miền tần số đặc biệt hữu ích tại các tốc độ số liệu thấp, nói một cách khác khi kênh thay đôi chậm theo thời gian. Như đã xét trong chương 5, lập biểu phụ thuộc kênh dựa trên các thay đổi chất lượng kênh để nhận được độ lợi trong dung lượng hệ thống. Đ ổ i với các dịch vụ nhạy cảm trễ, bộ lập biêu

Chương 12: Truy nhập vô tuyến và kiến trúc giao diện 441

chi cho miên thời gian có thể bị buộc phải lập biểu cho một người sử dụng cho dù chất lượng kênh của người này không tốt lắm. Trong trường hợp này, việc khai thác cả các thay đổi chất lượng kênh trong miền tần số sẽ hạ trợ cải thiện tổng hiệu năng hệ thống. Đ ố i với LTE, các quyết định lập biểu được thực hiện một lần trong lms và tính hạt trong miền tần số là 180kHz. Điều này cho phép bộ lập biểu bám theo các thay đổi kênh khá nhanh.

Pha đinh tần số thời gian. Người SỪ dụng #1

Pha đinh tần sổ thời gian. Người sử dụng #2

Ngươi Sừ dụng #1

Người sứ dụng # 2

180kHz n Người sư dung tí I

Ị£\ Người sư dung 82

Hình 12. ì. lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống

trong miền thời gian và miên tân sô

ỉ2.1.2.1. Lập biểu đường xuống

Trên đường xuống, mại đầu cuối báo cáo ước tính chất lượng kênh tức thời cho trạm gốc. Các ước tính này nhận được bằng cách đo

442 Giáo (rình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

một tín hiệu tham khảo được phát đi từ trạm gốc và cũng được sử dụng cho cả mục đích giải điều chế. Dựa trên ước tính chất lượng kênh, bộ lập biểu đường xuống ẩn đỳnh các tài nguyên cho nhũng người sử dụng. về nguyên tắc đầu cuối được lập biểu có thể được ấn đỳnh một to hợp bất kỳ gồm các khối tài nguyên rộng 180kHz trong mồi khoảng thời gian lập biểu Ì ms.

12.1.2.2. Lập biểu đường lên

Đường lên của LTE được xây dựng trên cơ sở phân tách trực giao người sử dụng và đây là nhiệm vụ của bộ lập biểu đường lên. Bộ lập biểu đường lên ấn đỳnh các tài nguyên cho những người sử dụng khác nhau (TDMA/FDMA) trong cả miền thời gian và miền tần số. Quyết đỳnh lập biểu được đưa ra mỗi lms một lần để điều khiển việc các đầu cuối nào được quyền phát trong ô trong khoảng thời gian cho trước và trên các tài nguyên tần số nào cũng như tốc độ số liệu đường lên là bao nhiêu (khuôn dạng truyền tải). Lưu ý rằng đầu cuối được ẩn đỳnh một vùng tần số liên tục do truyền dẫn đơn sóng mang được sử dụng cho đường lên của LTE.

Các điều kiện kênh cũng được xét trong quá trình lập biểu đường lên giống như trong lập biểu đường xuống. Tuy nhiên nhận được thông tin về các điều kiện kênh đường lên không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Vì thế cần bổ sung thêm các phương tiện để đạt được phân tập đường iên trong trường hợp không sử dụng lập biểu đường lên phụ thuộc kênh.

12.1.2.3. Điều phối nhiễu giữa các ồ

L T Ẹ đảm bảo tính trực giao giữa những người sử dụng trong một ô cho cả đường lên và đường xuống. Vì thế có thể nói rằng hiệu năng liên quan đến hiệu suất sử dụng phổ của LTE bỳ giới hạn nhiều hơn bởi nhiễu đến từ các ô khác (nhiễu giữa các ô) so với WCDMA/HSPA


Vì thế phương t iện để giám nhiễu hay để điều khiển nhiễu giữa các ô sê đem lại lợi ích rất lớn cho hiệu năng liên quan LTE (tốc độ số liệu chẳng hạn) nhất là đối với những người sử dụng tại biên ô.

Điểu phoi nhiêu giữa các ỏ là một chiến lược trong đó các tốc độ số liệu tại biên ô được tâng nhờ xét đến nhiễu giữa những người sử dụng. về cơ bản, điều phối nhiều giữa các ô có nghĩa là đưa ra các hạn chế nhất định (miền thời gian) cho các bộ lổp biểu đường lên và đường xuống để điều khiển nhiễu giữa các ô. Bằng cách hạn chế công suất của một số bộ phổn phổ trong một ô, nhiễu trong các ó lân cổn trong phần phổ này sẽ giám. Phần phố này có thể được sứ dụng đê cung cấp tốc độ số liệu cao hơn cho những người sử dụng trong các ô lân cổn. về thực chất, hệ số tái sư dụng tần số trên các phần khác nhau

của ô sẽ khác nhau (hình 12.2).

Các đầu cuối tại tàm õ, ô 1

Hình 12.2. Ví dụ về điều phối nhiễu giữa các ô, trong đó một so phần phô bị hạn chế công suất

Lưu ý ràng điều phối nhiễu giữa các ô chù yếu là một chiến lược lổp biểu xét đến tình trạng trong các ô lân cổn. Như vổy, điều phối nhiễu ô lân cổn là một vấn đề của thực hiện và có lẽ khó được đưa vào các đặc tả. Điều này cũng có nghĩa là điều phổi nhiễu giữa các ô có thể được áp dụng chì cho một tổp các ô được chọn phụ thuộc vào các yêu cầu của một triển khai cụ thể.


12.1.3. HARQ vói kết hợp mềm

Cũng giống như HSPA, HARQ nhanh với kết hợp mềm được sử dụng để đầu cuối có thể yêu cầu phát lại nhanh các khối truyền tài bị mắc lỗi và để cung cấp một công cụ cho thích ứng tốc độ số liệu ẩn tàng. Các giao thức ờ đây cũng giống như các giao thức được áp dụng cho HSPA: Nhiều xử lý HARQ dừng và đợi. Để giảm thiểu ảnh hường lên hiệu năng cùa người sử dụng đầu cuối, các phát lại được yêu cầu nhanh sau mỗi lần phát gói. Tăng phần dư được sử dụng nhu là một chiến lược kết hợp mềm và máy thu nhớ đệm các bít mềm để có thể thực hiện kết hợp mềm giữa các lần phát.

12.1.4. Hỗ trợ đa anten

Ngay từ lúc đầu, LTE đã hỗ trợ đa anten tại cả trạm gốc và đầu cuối và đây là một bộ phận của các đặc tả trong chuẩn. Xét về nhiều khía cạnh, sử dụng đa anten là công nghệ then chốt để đạt được các mục tiêu tăng cường mạnh mẽ hiệu năng của LTE. Như đã xét trong chương 4, đa anten có thể được sử dụng theo các cách khác nhau cho các mục đích khác nhau:

- Đa anten có thể được sử dụng cho phân tập thu. Đổi với truyền dẫn đường lên, kỹ thuật này đã được sử dụng trong nhiều năm. Tuy nhiên, vì hai anten thu là mục tiêu cho tất cả các đầu cuối của LTE, nên hiệu năng đường xuống sẽ được cải thiện. Các sử dụng nhiều anten thu đơn giản nhất là phân tập thu kinh điển để triệt phađinh. Tuy nhiên cũng có thể sử dụng nhiều anten thu để triệt nhiễu để đạt được độ lợi trong các kịch bản bị hạn chế bời nhiễu như đã xét trong chương 4.

- Ghép kênh không gian (đôi khi còn gọi là MIMO) sử dụng nhiều anten ờ cả hai phía thu và phát cũng được hỗ trợ trong LTE. Ghép kênh không gian cho phép tăng tốc độ số liệu khi các điều kiện

Chương 12: Truy nhập vô tuyển và kiến trúc giao diện. 445

kênh cho phép trong các kịch bản bị hạn chế băng thông như đã xét trong chương 4.

Nói chung các kỹ thuật đa anten khác nhau có lợi trong các kịch bàn khác nhau. Chẳng hạn, tại SNR và SIR thấp (tải cao hoặc tại biên ô), ghép kênh không gian chi đem lại ít lợi ích. Trong khi đó tại các kịch bản này, kỹ thuật đa anten dựa trên tạo búp tại phía phát cần được sử dụng để tăng SNR/SIR. Trái lại trong các kịch bản khi SNR và SIR khá cao, chẳng hạn trong các ô nhò, việc tăng thêm chất lượng tín hiệu chỉ đem lại l ợ i ích không cao vì tức độ sứ liệu có thể đạt được chù yêu bị hạn chế bởi băng thông chứ không bời SIR/SNR. Trong các kịch bàn này tứt nhất là sử dụng phân tập không gian thay vì sù dụng kỹ thuật đa anten để khai thác toàn bộ các điều kiện kênh tứt. Trạm gức điều khiển sơ đồ đa anten cần sứ dụng, nó chọn sơ đô phù hợp cho mỗi cuộc truyền dẫn.

12,1.5. Hỗ trợ quảng bá và đa phương Quàng bá đa ô thực hiện phát cùng một thông tin từ nhiều ô như

đã xét trong chương 10. Khai thác dịch vụ này tại đầu cuứi và sử dụng hiệu quả công suất tín hiệu từ nhiều trạm ô cho phép cải thiện được đáng kể vùng phủ (hay các tức độ sứ liệu cao hơn). Dịch vụ này đã được khai thác trong WCDMA, trong trường hợp quàng bá/đa phương đao, đầu cuứi di động có thể nhận tín hiệu từ nhiều ô và kết hợp mềm rin tín hiên nàv tai máy thu.

LTE cải tiến thêm dịch vụ này để cung cấp quảng bá đa phương hiệu quả cao. Bằng cách không chi phát các tín hiệu giứng nhau từ nhiêu trạm ô (với m ã hóa và điều chế như nhau), mà còn đồng bộ thời gian giữa các ô, tín hiệu tại đầu cuứi sẽ thể hiện giứng như tín hiệu được phát đi từ một ô. Do OFDM có khả năng chứng phađinh đa đường tứt, phát đa ô cũng còn được gọi là phát của mạng đa

phương quàng bá đơn sóng mang (MBSFN: Multicast - Broadcast


Single - Frequency Network). Cách phát này không chì cải thiện được cường độ tín hiệu thu mà còn hạn chế được nhiễu giữa các ô (chương 3). Như vậy đối với OFDM, thông lượng quảng bá/đa phương đa ô có thể chỉ bị giới hạn bởi tạp âm và vì thế trong trường hợp các ô nhỏ có thể đạt được thông lượng này rửt cao.

Cần nhửn mạnh rằng việc sử dụng phát MBSFN cho quảng bá/đa phương đa ô đòi hỏi sử dụng đồng bộ chặt và đồng chinh thời gian cho các tín hiệu được phát đi từ các trạm ô khác nhau.

12.1.6. Linh hoạt phổ Như đã xét trong chương li, mức độ linh hoạt phổ cao là một

trong các đặc tính của truy nhập vô tuyến LTE. Mục đích của linh hoạt phổ là để cho phép triển khai truy nhập LTE trong các dạng phổ khác nhau, các sắp xếp song công khác nhau, hoạt động tại các băng tần khác nhau và các kích thước phổ khả dụng khác nhau.

ỉ2.1.6.1. Linh hoạt trong sắp xếp song công

Một trong các tính năng quan trọng của LTE liên quan đến linh hoạt phổ là khả năng triển khai LTE trong phổ kép và phổ đơn, nghĩa là LTE phải hồ trợ cả sơ đồ ghép song công phân chia theo tần số (FDD) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD). Trong ghép song công phân chia theo tần số (FDD) truyền dẫn đường xuống và đường lên xảy ra trong các băng tần khác nhau (12.3a). Trong ghép song công phân chia theo thời gian (TDD) truyền dẫn đường xuống và đường lên xảy ra trong cùng một băng tần nhưng luân phiên theo thời gian (hình 12.3b). Vì thế TDD có thể hoạt động trong phổ đơn còn FDD đòi hỏi phổ kép.

Hỗ trợ cả phổ kép lẫn phổ đơn đã có trong đặc tả của 3GPP ngay từ phát hành R3, mặc dù hiện nay mới triển khai FDD cho WCDMA và HSPA. Tuy nhiên chi tiết các công nghệ truy nhập vô tuyến FDD và TTD cho WCDMA là khác nhau. Trái lại LTE hỗ trợ cả FDD và


TDD trong cùng một công nghệ truy nhập vô tuyến, do đó sự khác nhau giữa FDD và TDD đổi với truy nhập vô tuyến LTE là rất ít. Vì thế truy nhập vô tuyến được trình bày trong các chương sau sẽ đúng cho cả FDD và TDD. Trường hợp xảy ra khác biệt sẽ được giải thích riêng.

a) FDD

f— —ộ r — • —i>

DL: đường xuống UL: đường lên

b) TDD

đ% í-ty ít (»=f^ộ

Ị

Hình 12.3. FDD và TDD

12.1.6.2. L i n h hoạt t r o n g khai thác băng tẩn

LTE được thiết kế để triển khai theo nhu cầu, trong đó phổ khả dừng có thể là phổ được ấn định mới cho thông tin di động (băng 2,6GHz chẳng hạn) hay chuyển dịch đến LTE từ phổ hiện đang sử dừng cho các công nghệ thông tin di động khác, như hệ thống GSM hay thậm. chí không phải là các công nghệ thông tin di động. Vì thế truy nhập vô tuyến LTE phải hoạt động trong dải các băng tần rộng từ tần số thấp 450MHz đến ít nhất là 2,6GHz.

Khả năng hoạt động trong một công nghệ truy nhập vô tuyến trong các băng tần khác nhau thực ra không phải là mới. Chẳng hạn các đầu cuối GSM ba băng hiện rất phổ biến có khả năng hoạt động trong các băng 900, 1800 và 1900MHz. Từ quan điểm hoạt động truy


nhập vô tuyến, sẽ không có gì cản trở việc các đặc tả lớp vật lý LTE sẽ bao trùm mọi băng đặc thù. Điều khác biệt giữa đặc tả cho các băng tần khác nhau chủ yếu là các yêu cầu vô tuyến đặc thù hơn như: Công suất phát cho phép cực đại, các hạn chế phát xạ ngoài băng... Sở dĩ như vậy vì các quy định bên ngoài do các cơ quan quy định đặt ra có thể khác nhau giữa các băng tần khác nhau.

12.1.6.3. Linh hoạt băng thông

Khả năng triển khai truy nhập vô tuyến LTE trong các băng khác nhau phụ thuốc và khả năng LTE hoạt đống với các băng thông truyền dẫn khác nhau trên cả đường lên lẫn đường xuống. Lý do chính là lượng phổ khả dụng cho LTE có thể thay đổi rất lớn giữa các băng tần khác nhau và cũng còn phụ thuốc vào tình trạng cùa nhà khai thác. Ngoài ra khả năng hoạt đống trong các ấn định phổ khác nhau cho phép chuyển dịch từ từ phổ từ các công nghệ truy nhập vô tuyến khác sang LTE.

LTE hỗ trợ hoạt đống trong dải rống các ấn định tần số. Để hỗ trợ hiệu quả các tốc đố số liệu cao khi có phổ khả dụng cần có bâng thông truyền dẫn rống. Tuy nhiên không phải bao giờ cũng có đủ khối lượng phổ cần thiết, mốt mặt là do băng tần khai thác mặt khác là do việc chuyển dần mốt công nghệ khác mà tại đây LTE cỏ thể hoạt đống với băng thông nhỏ hơn. Rõ ràng rằng trong các trường họp này tốc đố sô liệu sẽ bị giảm tương ứng.

Các đặc tả lớp vật lý LTE theo triết lý không thể biết băng thông và không đưa ra quy định cụ thể bất kỳ nào về việc hỗ trợ các băng thông truyền dẫn ngoài mốt giá trị t ố i thiểu. Trong các chương sau ta sẽ thấy, đặc tả truy nhập vô tuyến cơ sở bao gồm các đặc tả lớp vật lý và giao thức, cho phép mọi băng thông truyền dẫn trong dải từ 1MHz đến 20MHz với bước nhảy 180kHz. Đồng thời, tại giai đoạn đầu, các yêu cầu tần sổ vô tuyến chỉ được đặc tả cho mốt tập hạn chê băng thông truyền dẫn tương ứng với dự báo liên quan đến các kích thước


ấn định phổ và các kịch bản chuyên dịch tương ứng. Vì thế, trong thực tế truy nhập vô tuyến LTE hồ trợ tập hạn chế các bâng thông, nhưng có thể dễ dàng hỗ trợ bổ sung các băng thông truyền dẫn bằng các cập nhật các đặc tả vô tuyến.

12.2. KIÊN T R Ú C G I A O T H ọ C LTE

Tổng quan kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh họa trên hình 12.4. Trong các phần trình bày dưới đây ta sẽ hiểu ràng không phải tất cả các thực thể được minh họa trên hình 12.4 là đều được áp dụng trong tất cả các tình huống. Chẳng hạn cả lập biểu M Á C lẫn HARQ với kết hợp mềm đều không được sử dụng cho quảng bá thông tin hệ thống. Ngoài ra, cấu trúc giao thức LTE liên quan đến truyền dẫn đường lên cũng giống với cấu trúc đường xuống trên hình 12.4, mặc dù có một số điểm khác biệt liên quan đến chọn khuôn dạng truyền tài và truyền dẫn đa anten.

L SÒ; IP J Ngirủi Sừ dụng »1 Q Ngưỏ-1 sư dụng B)

\ | IM í^^ý/ " ^ e i l t l rí:.-!'

_GỐI IP_

ÍT

• NođeB PDCP: Packet D â u Cov«rg«nce Protocol: Giao thức hội tụ số Hận gối RLC: Ra dlo Linh Control: O i i u khiển Hến kít võ tuyển M Á C : Međium Acccss Control: Điêu khUn truy nhíp mỏi trường PHỸ Lởo vết tý

L J BÌU c u i i d i 1 - 1

Hình ỉ2.4. Kiến trúc giao thức LTE (đườngxuống)


Số liệu cần phát trên đường xuống sẽ được đưa vào các gói IP trên các kênh mang SAE. Trước khi được phát trên giao diện vô tuyến các gói IP được đưa qua nhiều thực thể giao thức. Dưới đây ta sẽ xét tổng quan các giao thức này (chi tiết sẽ xét trong các phần sau):

Giao thức hội tụ số liệu gói (PDCP: Packet Data Convergence Protocol) thực hiện nén tiêu đề để giảm số bít cần thiết phát trên giao diện vô tuyến. Nguyên lý nén tiêu đề dựa trên ROHC, là giải thuật nén tiêu đề chuẩn được sử dụng trong WCDMA cũng như trong nhiều tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng chỗu trách nhiệm mật mã hóa và bảo vệ toàn vẹn số liệu phát. Tại phía thu, PDCP thực hiện giải mật mã và giải nén. Mỗi đầu cuối di động được lập cấu hình một thực thể PDCP trên một kênh mang vô tuyến.

Điểu khiến liên kết vô tuyến (RLC: Radio link Control) chỗu trách nhiệm phân đoạn/móc nối, xử lý phát lại và chuyển theo thứ tự đến lớp cao hơn. Khác với WCDMA, giao thức RLC được đặt trong e NodeB vì chỉ có một kiểu nút duy nhất trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến của LTE. RLC cung cấp các dỗch vụ cho PDCP ở dạng các kênh mang vô tuyến. Mỗi đầu cuối được lập cấu hình một thực thể RLC trên một kênh mang vô tuyến.

- Điểu khiển truy nhập môi trường (MÁC: Medium Acccess Control) xử lý các phát lại HARQ lập biểu đường lên và đường xuống. Chức năng lập biểu được đặt tại e NodeB, môi nút này có một thực thể M Á C cho một ô, cho cả đường lên và đường xuống. Một bộ phận của giao thúc HARQ được đặt trong đầu phát và đầu thu cùa giao thức M Á C . M Á C cung cáp các dỗch vụ cho RLC trong dạng các kênh logic.

- Lớp vật lý (PHY) xử lý mã hóa/giải mã, điều chế/giải điều chế, sắp xếp đa anten và các chức năng điển hình khác của lớp vật


lý. Lớp vật lý cung cấp các dịch vụ cho lớp M Á C trong dạng các kênh vật lý.

Các phần dưới đây sẽ trình bày chi tiết hơn các giao thức LTE RLC và M Á C .

12.3. ĐIỀU KHIẾN LIÊN KÉT VÔ TUYÊN (RLC) Giống như WCDMA/HSPA, LTE RLC chịu trách nhiệm phân

đoạn các gói IP (được nén tiêu đề), các gói IP này nhận được từ PDCP và được gọi là các RLC SDU (Service Data Unit: đơn vị số liệu dịch vụ), thành các đơn vị nhỏ hơn được gọi là các RLC PDU (Packet Data Unit: đơn vị số liệu gói). N ó cũng xử lý việc phát lại các PDU thu bị lỗi cũng như loại bỏ thu kép và móc nối các PDU thu. Cuối cùng RLC đổm bổo việc chuyển các RLC SDU theo đúng trình tự lên các lóp trên.

Cơ chế phát lại RLC chịu trách nhiệm đổm bổo chuyển sổ liệu lên các lớp cao hơn không bị l ỗ i . Đ ể thực hiện điều này, giao thức phát lại làm việc giữa các thực thể RLC phía phát và phía thu. Bằng cách giám sát các số thứ tự thu, RLC thu có thể nhận ra các PDU bị mất. Báo cáo trạng thái được phổn hồi đến RLC phát để yêu cầu phát lại các PDU bị mất. Thời điểm phổn hồi trạng thái có thể lập cấu hình được, tuy nhiên báo cáo thông thường chứa thông tin về nhiều PDU và vì thế được phát không thường xuyên. Dựa trên báo cáo trạng thái thu được, thực thể RLC tại máy phát có thể đưa ra các hành động thích hợp và phát lai các PDU bị mất theo yêu cầu.

Khi RLC được lập cấu hình để yêu cầu phát lại các gói bị mất như đã nói ở trên, ta nói nó hoạt động trong chế độ được công nhận (AM: Acknowledged Mode). Điều này cũng giống như trong WCDMA/HSPA. A M thường được sử dụng cho các dịch vụ dựa trên TCP như chuyển fil e khi m à chuyển số liệu không bị lỗi là mối quan tâm đầu tiên.


Giống như WCDMA/HSPA, RLC cũng có thể được lập cấu hình trong chế độ không công nhận (UM: Unacknowledged Mode) và chế độ trong suốt (TM: Transparent Mode). Trong UM, chuyển theo trình tự lên các lớp cao hơn vẫn được đảm bảo, nhưng không yêu cầu phát lại các PDU bị mất. Mặc dù TM được hỗ trợ, nhưng nó chỉ được sổ dụng cho các mục đích đặc biệt như truy nhập ngẫu nhiên. Mặc dù RLC có thể xổ lý các lỗi truyền dẫn do tạp âm, các thay đổi kênh không thể dự báo,..., nhưng các ảnh hường này chủ yếu được xổ lý bởi giao thức M Á C HARQ. Vì thế có vẻ như sổ dụng phát lại RLC là thừa. Tuy nhiên trong mục 12.4.4 ta sẽ thấy không phải như vậy, việc sổ dụng cả phát lại RLC và M Á C trong thực tế xuất phát từ các khác nhau trong báo hiệu phản hồi.

RLCSDU RLCSDỤ RLC SDU RLC SDU < • •* • 4 — • •* •

n+1 Ị li rỹỹỊ li Tn^3

r i Tiêu đè PLC Tiêu đế PLC RLC PDU

Hình 12.5. Phân đoạn và móc nổi RLC

Ngoài xổ lý phát lại và chuyển theo thứ tự, RLC còn chịu trách nhiệm phân đoạn và móc nối nhu minh họa trên hình 12.5. Phụ thuộc vào quyết định cùa bộ lập biểu, một khối lượng số liệu nhất định được chọn để phát tò bộ đệm RLC SDU và các SDU được phân đoạn/được móc nối để tạo ra các RLC PDU. Như vậy đối với LTE, kích thước RLC PDU thay đổi động, trong khi WCDMA/HSPA trước R7 sổ dụng kích thước PRU bán tĩnh. Đối với các tốc độ số liệu cao, PDU có kích thước cao dẫn đến chi phí thêm (tiêu đề chẳng hạn) tương đối nhỏ, trái lại đối với các tốc độ số liệu thấp, yêu cầu kích thước PDU phải nhỏ nếu không tải trọng sẽ quá lớn. Vì thế, do các tốc độ số liệu của LTE có thể thay đổi từ vài kbiưs đến lớn hom lOOMbiưs, nên cần có các kích thước PDU động cho LTE. Vì RLC, bộ lập biểu và các cơ chế

Chương lĩ: Truy nhập vô tuyến và kiến trúc giao diện. 453

thích ứng tốc độ đều được đặt trong e NodeB, nên dễ dàng hỗ trợ các kích thước PDU động cho LTE.

12.4. ĐIÊU KHIÊN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG (MÁC) Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MÁC) xử lý ghép kênh

logic, các phát lại HARQ, lập biểu đường lên và đường xuống. Khác với HSPA, trong đó sử dụng phân tập vĩ m ô vì thế phải định nghĩa cả ô phục vụ và các ô không phục vụ, LTE chi định nghĩa ô phục vụ vì không có phân tập vĩ m ô đường lên. Ô phục vụ là ô mà đởu cuối di động nối đến và chịu trách nhiệm lập biểu và hoạt động HARQ.

12.4.1. Các kênh logic và các kênh truyền tải M Á C cung cấp dịch vụ cho RLC trong dạng các kênh ỉogic. Kênh

logic được định nghĩa bởi kiểu thông tin mà nó mang. Nói chung các kênh này được phân thành các kênh điều khiển (được sử dụng để truyền dẫn thông tin điều khiển và cấu hình cởn thiết để vận hành hệ thống LTE) và các kênh lưu lượng để truyền dẫn số liệu của người sử dụng. Tập các kênh logic của LTE bao gồm:

- Kênh điều khiến quảng bá (BCCH: Broadcast Control

Channel) được sử dụng để truyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cà các máy di động trong ô. Trước khi truy nhập hệ thống, đởu cuối di động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết được hệ thống được lập cấu hình như thế nào, chẳng hạn băng thông hệ thống.

- Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH: Paging Control Channel)

được sử dụng'để tìm gọi các đởu cuối di động vì mạng không thể biết được vị trí của chúng ở cấp độ ô và vì thế cởn phát các bản tin tìm gọi trong nhiều ô (vùng định vị).

- Kênh điều khiển riêng (DCCH: Dedicated Control Channel)

được sử dụng để truyền các thông tin điều khiển tới/từ một

454 Giáo trình Lộ (rình phát triền thông tin di động 3G lên 4G

đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di động chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau.

Kênh điều khiển đa phương(MCCH: Multicast Control Channel) được sử dụng để truyền thông tin điều khiển cần thiết để thu kênh MTCH.

- Kênh lưu lượng riêng (DTCH: Dedicated Traffic Channel)

được sử dụng để truyền số liệu của người sử dụng đến/từ một đầu cuối di động. Đây là kiểu kênh logic được sử dụng để truyền tất cả số liệu đường lên của người sử dụng và số liệu đường xuống của người sử dụng không phải MBMS.

- Kênh lưu lượng đa phương (MTCH: Multicast Trạffìc Channel) được sử dụng để phát các dịch vụ MBMS.

Các kênh logic có cấu trúc như các kênh được sử dụng cho WCDMA/HSPA. Tuy nhiên so vặi WCDMA/HSPA, cấu trúc kênh lôgic của LTE phần nào đơn giàn hon vặi số lượng kiểu kênh ít hơn.

Từ lặp vật lý, lặp M Á C sử dụng các dịch vụ trong dạng các kênh truyền tài. Kênh truyền tải được định nghĩa bời cách thức và các đặc tính mà thông tin được phát trên giao diện vô tuyến. Cũng giống như HSPA, số liệu trên một kênh truyền tải được tổ chức thành các khôi truyền tải. Trong mỗi khoảng thời gian truyền dẫn (Tri: Transmission Time Interval) tối đa một khối truyền tải vặi một kích thưặc nhất định được phát trên giao diện vô tuyến khi không có ghép kênh không gian. Trong trường hợp có ghép kênh không gian ("MIMO") có thể có đến hai khối truyền tải trên một TTI.

Liên kết vặi mỗi khối truyền tải là khuôn dạng truyền tải (TF: Transport Identity) để đặc tả cách thức sẽ truyền khối truyền tài này trên giao diện vô tuyến. Khuôn dạng truyền tài bao gồm thông tin vê kích thưặc khối truyền tải, sơ đồ điều chế và cách sắp xếp anten. Cùng

Chương 12: Truy nhập vô tuyến và kiến trúc giao diện... 455

với ấn định tài nguyên, tỷ lệ mã cũng có thể được rút ra từ khuôn dạng truyền tải. Bằng cách thay đổi khuôn dạng truyền tải, lóp M Á C có thể thực hiện các tốc độ số liệu khác nhau. Vì thế điều khiển tốc độ cũng được coi là chọn lựa khối truyền tải.

Tửp các kênh truyền tải được định nghĩa trong LTE bao gồm:

- Kênh quảng bá (BCH: Broadcast Channel) có khuôn dạng truyền tải cổ định do chuẩn cung cấp. Nó được sử dụng để phát thông tin trên kênh logic BCCH.

- Kênh tìm gọi (PCH: Pagìng Channel) được sử dụng để phát thông tin tìm gọi trên kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX: Discontinous Reception ) để cho phép đầu cuối tiết kiệm công suất ắc quy bằng cách ngủ và chỉ thức để thu PCH tại các thời điểm quy định trước.

- Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH: Down Linh - Shared

Channel) là kênh truyền tải được sử dụng để phát số liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ các tính năng của LTE như thích ứng tốc độ động và lửp biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số. Nó cũng hỗ trợ DRX để giảm tiêu thụ công suất của đầu cuối di động mà vẫn đảm bảo cảm giác luôn kết nối giống như cơ chế CPC (Continous Packet Connectivity: Kết nối gói liên tục) trong HSPA. DL-SCH TTI là lms.

- Kênh đa phương (MCH: Multicast Channel) được sử dụng để hỗ trợ MBMS. Nó được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải bán tĩnh và lửp biểu bán tĩnh. Trong trường hợp phát đa ô sử dụng MBSFN, lửp biểu và lửp cấu hình khuôn dạng truyền tải được điều phối giữa các ô tham gia phát MBSFN.

- Kênh chìa sè đường lên (UL-SCH) là đối tác đường lên cùa DL-SCH.


Một bộ phận của chức năng M Á C là ghép các kênh logic và sắp xếp chúng lên các kênh truyền tài tương ứng. Khác với MAC-hs trong HSDPA. M Á C trong LTE hỗ trợ ghép các RLC PDU từ các kênh mang vô tuyến khác nhau vào cùng một khối truyền tải. Vì kiểu thông tin và cách phải phát nó có mối quan hệ nhất định, nên sẽ có các quy định về sấp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải. Ví dụ sắp xếp các logic lên các kênh truyền tải được cho trên hình 12.6.

Chì đường xuống hoặ^đu XUOrự Ch' đư°'n9 "Uống r< *1

Các kênh PCCH BCCH DTCH DCCH MTCH MCCH

truyền tải PCH BCH DL-SCH MCH UL-SCH

Hình 12.6. Ví dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải

12.4.2. Lập biểu đường xuống

Một trong các nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là truyền dần kênh chia sẻ trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian - tần số được chia sẻ động giữa những người sử dụng trên cả đường lên và đường xuống. Bộ lập biểu là một bộ phận của lớp MÁC, nó điều khiển ấn định tài nguyên đường lên và đường xuống. Trong LTE, lập biểu đường lên và đường xuống được tách riêng và các quyết định lập biểu đường lên và được xuống có thể được đưa ra độc lập (trong các giới hạn được đặt ra bởi việc phân chia đường lên/đuờng xuống trong trường hợp khai thác TDD). Phần còn lại của phần này sẽ xét lập biểu đường xuống còn lập biểu đường lên sẽ được xét trong 12.4.3.

Nguyên tấc chung của bộ lập biểu đường lên là quyết định động (trong từng khoảng thời gian lms) đầu cuối nào sẽ được thu truyên

Chương 12: Truy nhập vô tuyển và kiến trúc giao diện. 457

dẫn DL-SCH và trên các tài nguyên nào. Nhiều đầu cuối có thể được lập biểu đồng thời, trong trường hợp này một DL-SCH được dành cho một đầu cuối được lập biểu, mồi DL-SCH được sắp xếp đến một tập các tài nguyên tần số. Đơn vị thời gian-tần sổ cơ sở trong bộ lập biểu được gọi là khối tài nguyên. Các khối tài nguyên sẽ được trình bày chi tiết trong chương 15 cùng với sắp xếp số liệu lên các tài nguyên vật lý, nhưng về nguyên tắc một khối tài nguyên là một đơn vị rộng 180kHz trong miền tần số. Trong mựi khoảng lập biểu lms. bộ lập biểu ấn định các khối tài nguyên cho một đầu cuối để thu truyền dẫn DL-SCH. Bộ lập biểu cũng chịu trách nhiệm chọn kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế và các sắp xếp anten (trong trường hợp phát nhiều anten). Như vậy thực chất bộ lập biểu điều chinh tốc độ, vì thế phân đoạn RLC và ghép kênh M Á C cũng chịu ảnh hưởng của quyết định lập biểu. Các đầu ra của bộ lập biểu được minh họa trên hình 12.4.

Mặc dù chiến lược lập biểu là một thực hiện đặc thù và không được 3GPP đặc tả, nhưng mục đích chung của hầu hết các bộ lập biểu là lợi dụng các thay đổi kênh giữa các đầu cuối và lập biểu ưu tiên truyền dẫn đến đầu cuối có các điều kiện kênh ưu việt. Vì thế hoạt động bộ lập biểu L TE về nguyên lý giống như bộ lập biểu trong HSPA. Tuy nhiên do sử dụng OFDM làm sơ đồ truyền dẫn đường xuống, nên LTE có thể khai thác được các thay đổi kênh cà trong miền thời gian và miền tần số, trong khi lập biểu HSPA chỉ có thể khai thác các thay đổi miền thời gian. Đ ố i với các băng thông lớn hơn được LTE hự trợ, khi m à phađinh chọn lọc tần số xảy ra khá lớn, khả năng bộ lập biểu khai thác các thay đổi kênh miền tần số sẽ càng trở nên quan trọng so với chi khai thác thay đổi kênh miền thời gian. Nhất là tại các tốc độ thấp, khi thay đổi kênh trong miền thời gian khá chậm so với các yêu càu trễ được đặt ra bởi nhiều dịch vụ, khả năng khai thác được cả các thay đổi miền tần số lại càng có lợi.

Thông t i n về các điều kiện kênh đường xuống cần thiết để lập biểu phụ thuộc kênh được phản hồi từ đầu cuối di động đến e NodeB


thông qua các báo hiệu chất lượng kênh. Báo cáo chất lượng kênh (còn được gọi là chỉ thị chất lượng kênh: CQI) không chỉ chứa thông tin về chất lượng kênh tức thời trong miền tần số mà còn thông tin cần thiết để quyết định xử lý anten phù hợp trong trường hợp ghép kênh không gian. Cơ sở của các báo cáo CQI là các kết quả đo các tín hiệu tham khảo đường xuống. Tuy nhiên, các nguồn thông tin kênh bự sung, như tính đảo lẫn kênh trong trường hợp khai thác TDD, cũng có thể được khai thác bởi một thực hiện đặc biệt cùa bộ lập biểu như là một thông tin bự sung thêm cho các báo cáo CQI.

Ngoài chất lượng kênh, bộ lập biểu hiệu nàng cao cũng phải xét đến trạng thái bộ đệm và các mức ưu tiên trong các quyết định lập biểu. Ngoài ra các khác biệt về kiểu dịch vụ và kiểu đăng ký cũng có thể ảnh hưởng lên mức ưu tiên lập biểu. Chẳng hạn, một người sử dụng VoIP với đăng ký đắt tiền sẽ được đảm bảo chất lượng dịch vụ của mình ngay cả khi tải hệ thống cao, trong khi một người sử dụng tải íĩle xuống và có đãng ký giá rẻ có thể phải thõa mãn với các tài nguyên không-dùng cho những người sử dụng khác.

Điều phối nhiễu cũng là một bộ phận của bộ lập biểu. Vì chuẩn không quy định chiến lược lập biểu này, nên sơ đồ điều phối nhiễu (nếu được sử dụng) là đặc thù cùa nhà cung cấp thiết bị và chúng có thể đơn giản hoặc phức tạp.

12.4.3. Lập biểu đường lên

Sơ đồ cơ sờ của bộ lập biểu đường lên cũng giống như đường xuống, nghĩa là nó quyết định trong từng khoảng lms các đầu cuối nào sẽ được phát trên các DL-SCH của chúng và phát trên các tài nguyên đường lên nào. Lập biểu đường lên cũng được sử dụng cho HSUPA, nhưng do các sơ đồ đa truy nhập khác nhau được sử dụng, nên giữa các sơ đồ này có các khác biệt đáng kể.


Trong HSUPA, tài nguyên đường lên chia sẻ trước hết là nhiễu cho phép tại trạm gốc như đã xét tại chương 7. Bộ lập biểu đường lên HSPA chi thiết lập một giới hạn về luông nhiễu đường lên mà một đầu cuối di động được phép tạo ra. Dựa trên giới hạn này, đầu cuối di động tự quyết chọn khuôn dạng truyền tải phù hợp. Chiến lược này chì có nghĩa cho đường lên không trực giao như ở trường hợp HSPA. Một đầu cuối nếu không sử dặng toàn bộ tài nguyên được cho phép sẽ phát công suất thấp hơn và vì thế giảm nhiễu giữa các ô. Do đó tài nguyên chia sè không được sử dặng hết bởi một đầu cuối di động có thể được một đầu cuối di động khác sử dặng thông qua ghép kênh thống kê. Vì chọn lựa khuôn dạng truyền tải được đặt trong đầu cuối di động đối với đường lên của HSPA, nên cần có báo hiệu ngoài bâng để thông báo cho nút B về chọn lựa này.

Đối với LTE, đường lên là trực giao và tài nguyên chia sẻ được điều khiển bởi bộ lập biểu e NodeB là các đơn vị tài nguyên thời gian-tần sổ. Vì thế khi một tài nguyên không được sử dặng hết bởi một đầu cuối di động, phần thừa của tài nguyên này không thể được sử dặng cho một thiết bị di động khác, nên rất ít lợi ích nhận được khi để đầu cuối di động tự chọn khuôn dạng truyền tải như trong HSPA. Vi thế ngoài việc ấn định tài nguyên thời gian tần số cho đầu cuối di động, bộ lập biểu của e NodeB cũng chịu trách nhiệm điều khiển khuôn dạng truyền tải (kích thước tài tin, sơ đồ điều chế) m à đầu cuối di động cần sử dặng. Vì bộ lập biểu đã biết được khuôn dạng truyền tải mà đầu cuối di động sẽ sử dặng để phát, nên không cần báo hiệu điều khiển ngoài băng từ đầu cuối di động đến e NodeB. Xét từ góc độ vùng phù cách làm này là có lợi vì nếu xét giá thành trên một bít cho phát thông t i n báo hiệu ngoài băng so với giá truyền dẫn số liệu, thì giá cho trường hợp đầu cao hơn nhiều vì thông tin báo hiệu phải được thu với độ t i n cậy cao hon.


Ngoài việc bộ lập biểu e NodeB quyết định khuôn dạng truyền tải cho đầu cuối di động, cần nhấn mạnh rằng quyết định đường lên được đưa ra cho một đầu cuối di động chứ không phải cho một kênh mang vô tuyến. Như vậy, mặc dù bộ lập biểu e NodeB điều khiển tải tin của đầu cuối di động được lập biểu, đầu cuối này vựn chịu trách nhiệm để chọn kênh mang (các kênh mang) vô tuyến nào m à từ đó số liệu được lấy ra. Vì thế đầu cuối di động tự quyết xử lý ghép kênh logic. Điều này được minh họa trên phần phải của hình 12.7, trong đó bộ lập biểu e NodeB điều khiển khuôn dạng truyền tải và đầu cuối di động điều khiển ghép kênh logic. Đe so sánh, phần trái của hình 12.7 minh họa tình trạng trong đó e NodeB điều khiển cả khuôn dạng truyền tải và ghép kênh logic.

e NodeB Bộ đệm

Ị Bộlặpbiểu~Ị"»{ Ghép kênh ỊET—

|BỘ đệm]

•Ị Điều ché, mã hóa

e NodeB

Bộ lập biêu

U E

Chát lượng kênh đường xuống

UE

Chát lượng kênh đường lên

Xử lý ưu t iên

TI

rì!é li chế^mã hoa

Ghép kênh

, T~7 .".ỊElộ đệmL-

Ị Bộ đệm|

Đường xuống Đường lẽn

Hình 12.7. Chọn khuôn dạng truyền tải trên đường xuống (trái),

trên đường lên (phải)

Ghép kênh mang vô tuyến trong đầu cuối di động được thực hiện theo các quy tắc, trong đó các thông sổ của các quy tắc này được lập cấu hình bởi báo hiệu RRC từ e NodeB. N ồ i kênh mang vô tuyên được ấn định một mức ưu tiên và một tốc độ bít ưu tiên. Đầu cuôi di


động sẽ chọn ghép kênh mang vô tuyến sao cho các kênh mang này được phục vụ theo thứ tự ưu tiên cho tốc độ số liệu ưu tiên. Các tài nguyên còn lại, nếu còn sau khi đã phục vụ tốc độ bít ưu tiên, sẽ được trao cho các kênh mang theo thứ tự ưu tiên.

Để hỗ trợ lập biểu đường lên khi đua ra các quyết định, đầu cuối di động có thể phát thông tin lập biểu đến e NodeB bằng một bởn tin MÁC. Rõ ràng rằng thông tin này chì có thể phát nếu đầu cuối di động được cấp một cho phép lập biểu hợp lệ. Nếu không được cho phép lập biểu, đầu cuối sẽ phát đi một chỉ thị rằng nó cần tài nguyên cho đường lên và chì thị này được cung cấp bởi một bộ phận của cấu trúc báo hiệu điều khiển L1/L2 (sẽ xét trong chương 13).

Lập biểu phụ thuộc kênh thường được sử dụng cho đường xuống. về nguyên tắc, nó cũng có thể được sử dụng cho đường lên. Tuy nhiên, đánh giá chất lượng kênh đường lên không đơn giởn như trong trường hợp đường xuống: Các điều kiện kênh đường xuống được đo bời tất cà các đầu cuối di động trong ô chỉ đơn giởn bàng cách quan trắc các tín hiệu tham khởo phát đi từ e NodeB và tất cở các đầu cuối có thể chia sẻ cùng một tín hiệu tham khởo cho mục đích ước tính chất lượng kênh. Tuy nhiên ước tính chất lượng kênh đường lên đòi hỏi phát tín hiệu chuẩn thăm dò từ từng đầu cuối di động mà e NodeB muốn ước tính chất lượng kênh. LTE hồ trợ tín hiệu tham khởo thăm dò này (xem chương 13), tuy nhiên phởi trở giá bằng chi phí thông tin bổ sung. Vì thế cần có thêm phương tiện dể cung cấp phân tập đường lên phụ trợ cho lập biểu đường lên.

12.4.4. HARQ LTE HARQ với kết hợp mềm phục vụ mục tiêu giống như

HARQ cho HSPA - để đởm bởo tính bền vững chống lại các lỗi truyền dẫn. Đây cũng là công cụ để tăng cường dung lượng. Vì phát lại HARQ xởy ra nhanh, nên đây cũng là cơ chế điều khiển tốc độ ẩn tàng (vòng kín) đối với nhiều dịch vụ. Cũng như HSPA, giao thức


HARQ là một bộ phận của lớp M Á C , trong khi hoạt động kết hợp mềm được thực hiện tại lớp vật lý.

Rõ ràng rằng HARQ không thể áp dụng được với tất cả các kiểu lưu lượng. Chẳng hạn, phát quảng bá trong đó cùng một thông tin được phát cho nhiều người sử dụng. Vì thế HARQ chố được hỗ trợ cho DL-SCH và UL-SCH.

Giao thức LTE HARQ cũng giống như giao thức tương ứng được sử dụng cho HSPA, nghĩa là nhiều xử lý dừng và đợi song song được sử dụng. Khi thu được một khối truyền tải, máy thu giải mã khối này và thông báo máy phát về kết quả giải mã thông qua một bít ACK/NAK để chố thị rằng giải mã thành công hay cần phát lại khối truyền tải này. Để giảm thiểu chi phí, chi một bít ACK/NAK được sử dụng. Tất nhiên máy thu cần biết bít ACK/NAK thu được này thuộc về xử lý HARQ nào. Quá trình này được minh họa trên hình 12.8. Lưu ý rằng trong trường hợp khai thác TDD, quan hệ giữa thu số liệu trong một xử lý HARQ và phát ACK/NAK cũng chịu ảnh hưởng của ấn định đường lên/đường xuống.

Thời gian giũa phắt và phát lại là cổ định và cá UE lẫn eNodeé đêu biết trước

® Không căn thống báo sỗ thứ tự xử lý HARQ

3 0 • li 1 1 2 1 3 0 I 1 2 1 3

Sỗ thứ tự xử lý HARQ HARQ đồng bộ

Phát lại có thê xây ra tại mọi thời diêm -»can thòng báo rõ ràng sỗ thứ tự xứ lý HARQ

•'•"-A -À "-.1™ ""••••»

3 0 Ị 1 Ị 2 ị 3 ? I 7 ? ? HARQ không đông bộ

Hình 12.8. Giao thức HARQ đồng bộ và không đồng bộ


Giống như HSPA, giao thức không đồng bộ là cơ sở cho hoạt động HARQ đường xuống. Vì thế các phát lại đường xuống có thể xảy ra tại mọi thời điểm sau lần phát đầu và một số thứ tự HARQ tường minh được sử dụng để chi ra xù lý nào được đề cập. Trái lại, các phát lại đường lên dựa trên giao thức đồng bộ và các phát lại xảy ra tại một thời điểm quy đắnh trước sau phát lần đầu và số thứ tự xử lý có thể rút ra ẩn tàng. Cả hai trường hợp này được minh họa trên hình 12.8. Trong giao thức HARQ không đồng bộ, các phát lại về nguyên tắc được lập biểu giống như các phát lần đầu. Trong giao thức đồng bộ thời điểm phát lại là cố đắnh một khi phát lần đầu đã được lập biểu và cần xét điều này trong hoạt động lập biểu. Tuy nhiên cần lưu ý rằng từ thực thể HARQ trong e NodeB, bộ lập biểu biết rằng đầu cuối sẽ phát lại hay không phát lại.

Đ ế n c h ứ c nâng sắp xếp lại t rong RNC

TrBlkl TrBk2 Ĩf8m5 TrSlk3

, — é r

T~:^„,

,K,; /lay tr'- y "1

" 1 £=^£ ^à;mĩ~r

á

y'h u ỉ

ĩ Xi> lý cùa máy thu i£n™!-}L^--fxừ lý cùa máy t h i r p ầ l i Ị ^ U H r i I \

i TrBlkO i TrBlkl TrBlk2 TrBlk3i TrBlkO TrBlk4 TrBlk5 TrBlk3 TrBlkO TrBlk4

Mms TTI^ Ị trong quan Jin!i mời cá đin^ Ị

TrBlk: khối truyền t ả i

Hĩnh ỉ 2.9. Nhiều xử lý HA RQ

Sừ dụng nhiều xử lý HARQ song song (hình 12.9) đối với từng người sử dụng cỏ thể dẫn đến việc số liệu được chuyển đến phía thu không theo thứ tự. Chẳng hạn khối truyền tài 5 trên hình vẽ được giải mã thành công trước khối 3 vì khối này đòi hỏi phát lại. Vì thế cần có cơ chế sắp đặt lại. Sau khi giải m ã thành công, khối truyền tải được phân kênh vào các kênh logic tương ứng và sắp đặt lại được thực hiện theo từng kênh logic bằng cách sù dụng số trình tự. HSPA sử dụng số trinh tự M Á C để sắp xếp lại. Sở dĩ như vậy v i HSPA được xây dựng trên WCDMA và vì lý do tương thích ngược, kiến trúc RLC hay M Á C


giữ nguyên không đổi khi đưa ra HSPA (xem chương 6). Trái lại đối với LTE, các lớp giao thức đều được thiết kế đồng thời để đạt được ít các quy định hơn trong thiết kế. Tuy nhiên nguyên tắc sắp đặt lại là giống nhau trong cả hai hệ thống, chỉ có các số trình tủ là khác nhau.

Cơ chế HARQ sẽ hiệu chỉnh các lỗi truyền dẫn do tạp âm và các thay đổi không dủ báo được của kênh. Như đã xét trước đây, RLC cũng có khả năng yêu cầu phát lại, thoạt nhìn có vẻ như điều này là không cần thiết. Tuy nhiên, mặc dù các phát lại RLC ít khi cần thiết vi HARQ dủa trên M Á C đã có khả năng sửa hầu hết l ỗ i truyền dẫn, HARQ có thể đôi khi thất bại khi truyền các khối số liệu không mắc lồi đến RLC và gây ra khoảng trống trong chuỗi các khối lỗi sổ liệu không mắc lỗi được chuyển đến RLC. Điều này thường xảy ra do báo hiệu phản hồi bị l ỗ i , chẳng hạn N A K bị máy phát nhận nhầm là ACK dẫn đến mất số liệu. Xác suất của việc xảy ra điều này có thể khoảng 1 % ; đây là một xác suất l ỗ i quá cao đối với các dịch vụ dủa trên TCP đòi hỏi chuyển các gói TCP hầu như không mắc l ỗ i . Đặc biệt hơn nữa, đối với các tốc độ số liệu cao vượt quá lOOMbiƯs, yêu cầu xác suất mất gói thấp hơn 10"5. về căn bản, TCP nhìn nhận tất cả các lỗi gói như là do nghẽn. Vì thế các lỗi gói sẽ khởi động cơ chế loại bỏ nghẽn bằng cách giảm tốc độ số liệu và duy trì hiệu năng tốt tại các tốc độ số liệu cao, RLC-AM phục vụ mục đích quan trọng này để đảm bảo (hầu như) chuyển sổ liệu không mác lỗi đến TCP.

Từ phân tích trên ta thấy, nguyên nhân cần có hai cơ chế phát lại chồng lên nhau là ở báo hiệu phản hồi. Vì mục đích của cơ chế HARQ là phát lại nhanh, nên cần gửi bít báo cáo trạng thái ACK/NAK đến máy phát càng nhanh càng tốt trong một TTI. Mặc dù về nguyên tấc có thể đạt được một xác suất lỗi thấp bất kỳ của phản hồi ACK/NAK, tuy nhiên điều này phải trả giá bời công suất truyền dẫn ACK/NAK. Giá thành này sẽ được duy trì hợp lý nếu tỷ số l ỗ i hồi tiếp vào khoảng 1 % và điều này quyết định tỷ lệ lỗi bít "dư của HARQ. Vì các báo cáo


trạng thái RLC được phát thưa hơn nhiều so với ACK/NAK nên giá thành để nhận được độ tin cậy <10"5 là khá thấp. Vì thế, kết hợp

HARQ và RLC cho phép nhận được kết họp giữa thời gian truyền

vòng nhỏ và chi phí hồi tiếp khiêm tốn trong đó hai phần từ này bổ sung cho nhau.

Vì RLC và HARQ được đệt trong cùng một nút, nên có thể đảm bảo tương tác chệt chẽ giữa hai giao thức và vì thế việc phát lại các PDƯ bị mất của RLC nhanh hơn. Chẳng hạn nếu cơ chế HARQ phát hiện một l ồ i không thế khôi phục được, thì phát báo các trạng thái RLC được khởi động tức thì và không cần chờ phát báo cáo trạng thái định kỳ. Ờ mức độ nhất định, kết hợp HARQ và RLC có thể được coi nhu là một cơ chế với hai cơ chế báo hiệu phản hồi trạng thái.

về nguyên tắc, cũng có thể áp dụng phương pháp nói trên cho trường hợp HSPA. Tuy nhiên RLC và HARQ được đệt tại các nút khác nhau đối với HSPA, nên nói chung không thể đàm bảo tuông tác chệt chẽ.

12.5. LỚP VẬT LÝ (PHY)

Lớp vệt lý chịu trách nhiệm m ã hóa, xử lý HARQ lóp vật lý, điều chế, xử lý đa aiiten và sắp xếp tín hiệu đến các tài nguyên thời gian-tần số vật lý tương ứng. Hình 12.10 m ô tả tồng quan quá trình xử lý DL-SCH. Trên hình 12.10, các khối lớp vật lý được điều khiên động bời lớp M Á C có màu xám, còn các khối vật lý được lập câu hình bán tĩnh có màu trắng.

Khi một đầu cuối di động được lập biểu trong một TT I lên DL-SCH, lớp vật lý nhận được khối truyền tải (hai trong trường hợp ehép kênh không gian) của số liệu cần phát. Đ ố i với mỗi khối truyền tài, CRC được gắn thêm và mỗi khối truyền tải với CRC gàn thêm này được m ã hóa riêng. Tỷ lệ m ã hóa bao gồm cả thích ứng tốc độ nếu cần, được xác định ẩn tàng bởi kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế


và khối lượng tài nguyên được ấn định cho bộ lập biểu đường xuống. Tất cả các đại lượng này được lựa chọn bởi bộ lập biểu đường xuống. Phiên bản dư sẽ sử dụng được điều khiển bởi giao thức HARQ và nó sẽ ảnh hưởng lên xử lý phối hợp tốc độ để tạo ra tập các bít được mã hóa đúng. Cuối cùng trong trường hợp ghép kênh không gian, sệp xếp anten cũng được điều khiển bởi bộ lập biểu đường xuống.

HARQ

Một (hoặc hai) khái truyền tải kích thước động trên một TTI

M Á C

PHY

CRC

3X Mà hóa, phái hợp tác độ ]

Sơ đò điều ché

An định anten

Ân định tài nguyên

Điều ché s i liệu

ụ.-.-. sệp xép anten

•Su Sệp xép tài nguyên

XẢ ừ e NodeB

• * HARQ

•9

Sơ đồ điều ché

Sì.

M Á C

PHY

Kiêm tra CRC

34 Giải mã

Ẽ Giải diêu ché si liệu

3 Giải sệp xép-anten

Sác Giải sáp xép tải nguyên

Xi Đầu cuối di động

(UE) Hình 12.10. Mô tả đơn giản cấu trúc và xử lý lớp vật lý cho DL-SCH

Đầu cuối di động thu tín hiệu được phát và thực hiện xử lý lớp vật lý ngược với phía phát. Lớp vật lý tại đầu cuối di động cũng thông báo cho giao thúc HARQ về việc truyền dẫn có được giải mã thành công hay không. Thông tin này được phần chức năng HARQ của M Á C trong đầu cuối di động sử dụng để quyết định có nên yêu cầu phát lại hay không.

Chương 12: Truy nhập vô tuyên và kiên trúc giao diện 467

Xử lý lớp vật lý cho UL-SCH gân giỏng với xử lý DL-SCH. Tuy nhiên, cần lun ý rằng bộ lập biểu trong e NodeB chịu trách nhiệm để chọn ra khuôn dạng truyền tải của đầu cuối di động và các tài nguyên sẽ sử dụng cho đưổng lèn như đã trình bày trong 12.3.3. Xử lý lớp vật lý UL-SCH được minh họa ổ dạng được đơn giàn hóa trên hình 12.11.

Các kênh truyền tài đưổng xuống còn lại đều dựa trên quá trình xử lý tổng quát như DL-SC, mặc dù có một số quy định trong tập các tính năng sẽ SỪ dụng trong tương lai. Đ ố i với phát quảng bá thông tin hệ thống trên BCH, đầu cuối di động phải có khả năng thu được kênh thông tin này như là một trong các bước đầu tiên để truy nhập hệ thống. Vì thế khuôn dạng truyền dẫn kênh này phải được đầu cuối biết trước và không có bất kỳ điều khiển động nào của lớp M Á C đối với các thông số truyền dẫn trong trưổng hợp này.

Một khối truyền tài kích thước động trên một T r i

-»Ị~ HARQ M Á C HARQ

PHY

Kiểm tra CRC ĩ

-» Giải ma

r Sơ đồ điều chẻ J§ã SỊ, rhầ số ỊỊỊ

An định tài nguyên Giải sắp xếp tài nguyên

ư e NodeB

M Á C

PHY

CRC

u Mã hóa Sơ đò đẩu chế Ì Điêu Ché SÒ liệu

An đinh tài nguyên Sấp xếp tái nguyên

X] Đàu cuối di động (UE)

Hình 12. ì ỉ. Xử lý lóp vật lý ờ dạng được đom giản hóa cho UL-SCH

Đối với phát các bản tin tìm gọi trên PCH, ở mức độ nhất định thích ứng động các thông số truyền dẫn cũng có thể được sử dụng. Tổng quát, quá trình xử lý trong trưổng hợp này cũng giống như quá


trình xử lý chung của DL-SCH. M Á C có thể điều khiển điều chế, khối lượng tài nguyên và sắp xếp anten. Tuy nhiên vì đường lên vẫn chưa được thiết lập khi đầu cuối di động đang được tìm gọi, nên không thể sử dụng HARQ vì đầu cuối di động không thể phát ACK/NAK.

MCH được sử dụng để phát MBMS, thông thường bằng khai thác mạng một tần số (như đã xét trong chương 3) với phát đi tồ nhiều ô trên cùng một tài nguyên với cùng một khuôn dạng trong cùng một thời gian. Vì thế, lập biểu các tài nguyên phải được phối kết hợp giữa các ô tham gia và M Á C không thể chọn lọc động các thông số truyền dẫn.

12.6. CÁC TRẠNG THÁI CỦA LTE Trong LTE, đầu cuối có thể nằm trong một số trạng thái nhu

minh họa trên hình 12.12. Khi bật nguồn, đầu cuối di động nhập vào trạng thái LTE-DETACHED. Trong trạng thái này mạng không biết đầu cuối. Trước khi có thể thực hiện bất kỳ một cuộc truyền tin nào giữa đẩu cuối di động và mạng, đầu cuối di động phải đăng ký với mạng bàng cách sử dụng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên để vào trạng thái LTE-ACTIVE. LTE-DETACHED chù yếu là trạng thái được sử dụng khi bật nguồn, sau khi đầu cuối đã đăng ký với mạng, thường nỏ vào một trong hai trạng thái sau: LTE-ACTIVE hoặc LTE-IDLE.

Bật nguồn

LTE-DETACHED - Không địa chi IP - Khống biết vi tri

LTE-ACTIVE

• Địa chi IP được án đinh - Nối đến một ỏ biết trước

OUT_ OF-SYNC IN-SYNC Ì - Không thè thu đường xuống ị : - Có thẻ thu đường xuống Ị •• Khăng Jjhál đựớna lặn li- Cọ thể phát đường lên ,!

t i

LTE-IDLE •Địa Chi IP dược án dinh • Biết một phản vi tri -ChukỳDLDRX

OUT-OF-SYNC: mất đồng bộ IN-SYNC: có đồng bộ D L DRX thu không liên lục dường xuống

Hình 12.12. Các trạng thải của LTE


LTE A C T I V E là trạng thái được sù dụng khi đầu cuối di động đang tích cực phát số liệu và thu số liệu. Trong trường hợp này, đầu cuối di động được nối đến một ô trong mạng. Một địa chỉ IP được gán cho đầu cuối di động cùng với một số nhận dạng (C-RNTI: Cell Radio-Network Temporary Indentiíĩer: số nhận dạng ô mạng vô tuyến tạm thời) được sử dụng cho các mục đích báo hiệu giữa đầu cuối di động và mạng. Có thể coi LTE ACTVE có hai trạng thái con, IN_SYNC (đắng bộ) và OUT_OF_SYNC (không đắng bộ) phụ thuộc vào việc đường lên có đắng bộ hay không đắng bộ. Vì LTE sử dụng đường lên dựa trên FDMA/TDMA trực giao, nên cần đắng bộ truyền dẫn đường lên từ các đầu cuối di động. Thù tục để đạt được đắng bộ và duy trì đắng bộ được xét trong chương 14, nhưng có thể nói ngắn gọn là e NodeB đo thời gian tới của các truyền dẫn từ từng đầu cuối di động phát tích cực và gửi lệnh hiệu chinh thời gian xuống đường xuống. Chừng nào còn trong trạng thái IN_SYNC, truyền dẫn số liệu người sử dụng đường lên vẫn tắn tại và báo hiệu điều khiển L1/L2 được đảm bảo. Trong trường hợp truyền dẫn đường lên không xảy ra trong một cửa sổ thời gian cho trước, đắng bộ thời gian không được đảm bào và đường lên được thông báo là OUT_OF_SYNC. Trong trường hợp này, đầu cuối di động cần thực hiện thủ tục truy nhập ngẫu nhiên để khôi phục đắng bộ.

LTE-IDLE là trạng thái tích cực thấp trong đó đầu cuối di động ngủ hầu hết thời gian để giảm tiêu thụ ắc quy. Đắng bộ đường lên không được duy trì và vì thế chỉ có thể tích cực truyền dẫn đường lên ờ dạng truy nhập ngẫu nhiên là có thể thực hiện để chuyển vào LTE ACTIVE. Trên đường xuống, đầu cuối di động có thể định kỳ tinh giấc để nghe tìm gọi cho các cuộc gọi và (xem chương 14). Đầu cuối di động g i ữ địa chỉ (các địa chi) IP và các thông tin nội bộ khác để có thể chuyển nhanh vào LTE-ACTVE khi cần. Mạng chỉ biết một phần vị trí cùa đầu cuối di động, chẳng hạn mạng biết nhóm các ô trong đó sẽ thực hiện tìm gọi đầu cuối di động.


12.7. LUỒNG SÒ LIỆ U Đe tổng kết quá trình chuyển luồng số liệu qua tất cả các lớp giao

thức, ví dụ minh họa cho trường hợp ba gói IP, hai trên một kênh mang vô tuyến và một trên kênh một mang vô tuyến khác được cho trên hình 12.13. Luồng số liệu trong trường hợp truyền dần đường lên cũng tương tự. PDCP thực hiện (tùy chọn) nén tiêu đề IP và sau đó là mật mã hóa. Tiêu đề PDCP được bổ sung để mang thông tin cần thiết cho giải mật mã trong đầu cuối di động. Đầu ra của PDCP là RLC.

Giao thức RLC thực hiện móc nối và (hoặc) phân đoạn các PDCP PDU và bổ sung tiêu đề RLC. Tiêu đề này được sử dụng để chuyển theo đúng thứ tự (trên một kênh logic) trong đầu cuối di động và để nhận dạng các PLC PDU trong trường hợp phát lại. Các RLC PDU được chuyển đến lớp M Á C , lớp này lấy ra số thứ tự của RLC PDU, lắp ráp các RLC PDU vào một M Á C SDU và gắn tiêu đề M Á C để tạo nên một khối truyền tài. Kích thước khối truyền tải phụ thuộc vào tốc độ số liệu tức thời do cơ chế thích ứng đường truyền chọn. Vì thế thích ứng đường truyền ảnh hưởng cả xử lý M Á C lần xử lý RLC. Cuối cùng lớp vật ký gắn thêm CRC cho khối truyền tải để phát hiện lỗi, thực hiện mã hóa điều chế và phát tín hiệu tổng vào không gian.

Kênh nung SAE 1 Kênh nung SAE1 \mu<*{ Tét tò* Ị ỊnếurtỊ Tải én"

Kênh mang SAE 2

Nin liêu đè PDCP. m* mả hòa

Phân đoạn RLC, méc nối

Tiêu đè Tải tin jat[ TẩHih Ị ị-rau*! Tẩiăị

ị RLCSOO ị Í msmẹỵĩỂ Ị - - ] f ' W Ị Ê Ị H Ị ® A Ì . . ' ú [

[Tiêu í* I HE Ghép kỉnh

MÁC ITìiụdiT Ị M Á C E

MACPDU I2C

KBỐIIniyèntir CRC

Hình lĩ. 13. ví dụ về luồng sổ liệu


12.8. TÒNG KÉT Chương này trước hết xét tổng quan các vấn đề liên quan đến truy

nhập vô tuyến của LTE. Truy nhập vô tuyến sử dụng truyền dẫn OFDM cùng với một số công nghệ vô tuyến tiên tiến như: Thích ứng đường truyền và lập biểu theo kênh, các kỹ thuật đa anten và HARQ. Các công nghệ mới được áp dụng cho truy nhập vô tuyến cho phép tăng hiệu năng truyền dẫn vô tuyến cùa LTE đằc biệt là dung lượng hệ thống một cách đáng kề. LTE cải tiến thêm quảng bá đa phương để tăng thêm tính hiệu quả cho dịch vụ này. Bằng cách không chi phát các tín hiệu giống nhau từ nhiều trạm ô (với mã hóa và điều chế như nhau), mà còn đồng bộ thời gian giữa các ô, tín hiệu tại đầu cuối sẽ thể hiện hệt như tín hiệu được phát đi từ một ô. Do OFDM có khả năng chống phađinh đa đường tốt, phát đa ô cũng còn được gọi là phát của mạng đa phương quảng bá đơn sóng mang (MBSFN: Multicast-Broadcast Single- Frequency Network). Cách phát này không chi cải thiện được cường độ tín hiệu thu m à còn hạn chế được nhiễu giữa các ô. Như vậy đối với OFDM, thông lượng quảng bá/đa phương đa ô có thề chì bị giới hạn bời tạp âm và vì thế trong trường hợp các ô nhỏ có thể đạt được thông lượng này rất cao. LTE hỗ trợ cả sơ đồ ghép song công phân chia theo tần số (FDD) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD) và cho phép sử dụng đa dạng băng thông để tăng thêm tính linh hoạt phổ.

Tiếp theo chương này xét kiến trúc phân lớp tổng quát của giao diện vô tuyến. Sau đó xét cụ thể cấu trúc cùa các lớp cùa kiến trúc này như: cấu trúc và xử lý lớp điều khiến liên kết vô tuyến (RLC), cấu trúc và xử lý lớp điều khiển truy nhập môi trường, cấu trúc và xử lý lớp vật lý. Ngoài ra chương này cũng xét một số vấn đề đằc thù cùa giao diện vô tuyến như: HARQ, các trạng thái LTE và cấu trúc luồng số liệu của LTE.


12.9. C Â U H Ỏ I Ì. Trình bày tổng quan truyền dẫn LTE. 2. Trình bày kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến LTE. 3. Trình bày RLC.

4. Trình bày M Á C .

5. Trình bày lớp vật lý LTE. 6. Trình bày các trạng thái cùa LTE. 7. Trình, bày tổ chức luồng số liệu của LTE.

Chương 13

LỚP VẬT LÝ LTE

Trong chương trước, kiến trúc giao diện vô tuyến LTE được trình bày, trong đó các chức năng và các đặc tính của các lớp khác nhau đã được xét tổng quan. Chương này sẽ trình bày chi tiết hơn về trạng thái hiện thời của lóp thấp nhất của các lóp này, lớp vật lý. Chương sau sẽ xét chi tiết một số thủ tục truy nhập LTE đặc thù bao gồm thù tục truy nhập ngẫu nhiên và tìm ô.


- Cấu trúc tồng thỹ miền thời gian của LTE

- Sơ đồ truyền dẫn đường xuống của LTE

- Sơ đồ truyền dẫn đường lên của LTE

Mục đích chương nhàm cung cấp cho bạn đọc hiỹu chi tiết hom về tổ chức hiện thời của lớp vật lý là lớp thấp nhất trong m ô hình giao thức LTE.

Đỹ hiỹu được chương này bạn đọc cần đọc kỹ nội dung được trình bày trong chương, tham khảo thêm các giáo trình [3], [4], [5], [6], [14], [15] và trả l ờ i các câu hỏi cuối chương.

13.1. CÁU TRÚC TÒNG THẺ MIÊN THỜI GIAN Hình 13.1 minh họa cấu trúc miền thời gian mức cao cho truyền

dẫn LTE với mỗi khung (vô tuyến) dài Tị = lOms bao gồm lo khung con dài bàng nhau T s u b = Ì ms.


Để cung cấp quy định thời gian chính xác và nhất quán, có thể biểu diễn các khoảng thời gian khác nhau trong quy định truy nhập vô tuyến LTE là các bội số của một đơn vị thời gian gốc T s= 1/30720000 (giá trị chính xác sẽ được xét trong mục sau). Các đoạn thời gian trên' hình 13.1 vì thế có thể được biểu diễn nhu sau: T f = 307200.TS và Ts u b=30720Ts.

Một khung vô tuyên (Tí = 10ms) ' Ị É ' Ị Ị Ị

Một khung con (Tsut, = 1ms) ì" Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị

#1 #2 #3 #9

Hình ỉ3.1. Cấu trúc miền thời gian LTE

Trong một sóng mang con, các khung con khác nhau của một khung có thể được sử dụng hoặc cho đường xuống hoặc cho đường lên. Như minh họa trên hình 13.2a, trong trường hợp FDD (khai thác trong phỗ kép), tất cả các khung con của một sóng mang con hoặc được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống (sóng mang con đường xuống) hoặc cho truyền dẫn đường lên (sóng mang con đường lên). Trái lại trong trường hợp khai thác TDD trong phỗ đơn (hình 13.2b), khung con thứ nhất và thứ sáu của mỗi khung (khung con 0 và 5) luôn luôn được ấn định cho truyền dẫn đường xuống trong khi đó các khung con còn lại được ấn định linh hoạt cho cả đường xuống và đường lên. Lý do quy định trước ấn định khung con đầu tiên và thứ sáu cho đường xuống vì các khung con này chứa cả các tín hiệu đồng bộ LTE. Các tín hiệu đồng bộ được phát trên đường xuống của mỗi ô và được sử dụng cho tìm ô lần đầu cũng nhu để tìm ô lân cận. Nguyên lý tìm ô của LTE bao gồm cả các tín hiệu đồng bộ sẽ được xét chi tiêt trong chương 15.

Chương 13: Lớp vội lý LTE 4 7 5

Ghép song công phan chia theo tân số (FDD)

S ó n g m a n g | -đưởnq xuống L

S ó n g m a n g p

dường l ên L

M ộ t k h u n g vô t u y ê n (Ti = 1 0 m s )

Ị ỉ ĩ » | » | » Ỉ * | * I * I * I I - 1 ĩ Ị t Ị * Ị • Ị ~

M ộ t k h u n g c o n ( T s u 0 = 1ms)

a)

Ghép song công phân chia theo thời gian (TDD)

Gân như đỗi xứng

Không đổi xứng ( t ậ p trung cho đường xuống ) ;

Không đối xứng ( t ậ p trung cho đường lên)

I * lị • * • I * I * I • I ị I * 1 • 1 * 1 • 1 I • l ị * I * I X I • I * I * 1 4. 1 4- 1 t 1 I * li * I • I * I * I * I * 1 * 1 * 1 t 1

K h u n g c o n thứ n h ã ! và t h ứ s á u được â n đ ị n h c ố đ ị n h c h o đường x u ố n g

T r u y ẽ n d ẫ n đ ư ờ n g x u ố n g T r u y ề n d ã n đương lên

Hình ỉ3.2. Các vi dụ về ấn định các khung con đường xuống

/đường lên trong trường hợp FDD (a) và TDD (b)

Như thấy trên hình 13.2, ấn định các khung con trong trường hợp TDD cho phép ấn định linh hoạt các khối lượng tài nguyên khác nhau (hay tỷ lệ tài nguyên) cho đường xuống và cho đường lên. Vì cần ấn định khung con như nhau cho các ô lân cận để tránh nhiễu giữa truyền dân đường xuẳng và đường lên giữa các ô, nên không thế thay đổi động ân định tỷ lệ tài nguyên đường xuống đường lên, chẳng hạn theo từng khung. Tuy nhiên cỏ thể thay đổi tỷ lệ này chậm hơn, chẳng hạn đê thích ứng các đặc tính lưu lượng khác nhau (các thay đẳi lưu lượng <tườne.xuốn£/đường lên).

Cấu trúc miền thời gian được minh họa trên hình 13.1 đôi khi được gọi là cấu trúc khung LTE kiểu Ì hay tổng quát. c ấ u trúc khung này có thê áp dụng cho cả FDD và TDD. Ngoài cấu trúc khung tổng quát, đôi với LTE hoạt động với TDD còn có cấu trúc khung LTE kiêu 2. Cấu trúc này được thiết kế cho đẳng tẳn tại với các hệ thống được xây dựng trên cơ sở 3GPP TD-SCDMA. Dưới đây, ta chi xét đèn cấu trúc khung kiểu Ì.


13.2. Sơ Đ Ò TRUYỀN ĐẢN Đ Ư Ờ N G XUỐNG

13.2.1. Tài nguyên vật lý đường xuống Như đã trình bày trong chương 12, LTE đường xuống dựa trên

OFDM. Tài nguyên vật lý đường xuống của LTE có thể xem như là lưới tần sổ-thời gian (hình 13.3), trong đó mồi phần tử tài nguyên tương ứng với một sóng mang con OFDM trong khoảng thời gian một ký hiệu.

Hĩnh 13.3. Tài nguyên vật lý đường xuống của LTE

Đối với đường xuống LTE, khoảng cách giữa các sóng mang đưẫc chọn với A f = 15kHz. Với thực hiện máy phát/máy thu dựa trên FFT, tốc độ lấy mẫu tương ứng sẽ là f s = 15000.N, trong đó N là kích thước FFT. Vì thế đơn vị thời gian Ts đưẫc định nghĩa trong mục trước có thể coi là thời gian lấy mẫu của thực hiện máy phát/máy thu dựa trên FFT với N = 2048. cần nhấn mạnh rằng mặc dù đơn vị thời gian Ts đưẫc đưa vào chuẩn truy nhập vô tuyến chỉ để làm công cụ cho định nghĩa các khoảng thời gian khác nhau và không đặt ra bất cứ quy định nào đối với thực hiện máy phát và (hoặc) máy thu, nghĩa là tốc độ lấy mẫu. Trong thực tế, một thực hiện máy phát/máy thu với N = 2048 và tốc độ lấy mẫu tương ứng f s = 30,72MHz sẽ thích hẫp cho các băng thông LTE rộng hơn có giá trị 15MHz và cao hơn. Tuy nhiên đối với các băng thông truyền dẫn nhỏ hơn, kích thước FFT nhỏ

Chương 13: Lớp vật lý LTE 477

hom và tốc độ lấy mẫu tương ứng thấp hơn cũng có thể sử dụng rất thích hợp. Ví dụ, đối với truyền dẫn băng thông 5MHz, kích thước FFT N = 512 và tốc độ lấy mẫu tương ứng f s = 7.68MHz có thể là đù.

Lý do tiếp nhận khoảng cách giữa các sóng mang con bàng 15kHz cho LTE là để đon giàn hóa thực hiện các đầu cuối đa chế độ WCDMA/HSPA/LTE. Sứ dụng kích thước FFT lũy thễa hai và

khoảng cách giữa các sóng mang con A f = 15kHz, tốc độ lấy mẫu

fs = Af.N sẽ là bội số hoặc ước số của tốc độ chip YVCDMA/HSPA

3,84Mchip/s. Các đầu cuối đa mode WCDMA/HSPA/LTE có thể được thực hiện dễ dàng bàng một mạch đồng hồ.

Ngoài khoảng cách giữa các sóng mang con 15MHz, khoảng cách giữa các sóng mang con rút ngắn A f t h = 7.5kHz cũng được định nghĩa

cho LTE. Mục đích sử dụng khoảng cách giữa các sóng mang con rút ngắn là để thực hiện các truyền dẫn đa phương/quảng bá dựa trên MBSFN (sẽ xét trong mục 13.2.6). Trong mục còn lại của mục này và các chương sau ta sẽ coi ràng khoảng cách giữa các sóng mang con là 15kHz nếu không có giải thích gì thêm.

Tễ minh họa trên hình 13.4, trong miền tần số các sóng mang con được nhóm thành các khối tài nguyên tương ứng với băng thông khối tài nguyên chuẩn 180kHz. Ngoài ra sóng mang con DC (một chiều) tại tâm của phổ đường xuống sẽ không được sử dụng. Sờ dĩ không sử dụng sóng mang con DC là vì nó có thể trùng với tần số của bộ dao động nội tại máy phát trạm gốc và (hoặc) máy thu đầu cuối di động. Hậu quả là có thể bị nhiễu cao do rò bộ dao động nội.

Tổng số các sóng mang con trên một sóng mang đường xuống, kể cả sóng mang con DC, vì thế sẽ bằng Nsc = 12.NRB+1 , trong đó N R B là số lượng các khối tài nguyên. Đặc tả lớp vật lý LTE cho phép đường xuống có thể có số lượng khối tài nguyên bất kỳ trong dải tễ 6 khối tài


nguyên cho đến hơn 100 khối tài nguyên. Điều này tương ứng với băng thông truyền dẫn trong dải từ 1MHz đến 20MHz với tính hạt mịn. Điều này đảm bảo tính linh hoạt bâng thông/phổ của LTE rất cao, ít nhất là từ góc độ đặc tả lớp vật lý. Tuy nhiên các yêu cầu tần số vô tuyến cùa LTE chỉ đưệc đặc tả cho tập có hạn các băng thông tương ứng với tập có hạn số lưệng các khối tài nguyên NR B.

Một khối tài nguyên (12 sóng mang con, 180kHz)

Af=15kHz Sóng mang

con DCẠ "*••-.. /

ỉ. ỉ HZ ỉ Ị - Í T :r=Ị 4 .

' NRB khối tài nguyên, Nsc = (12.NRB + 1) Hỉnh 13.4. Cấu trúc miền thời gian-tần sổ đường xuống cùa L TE

Một khung con = hai khe (TSub= 1ms)

< —• (F=7-J : • •• Tsiot = 0,5ms

CP binh thường p l[ li • H • li li ggg&

Ị Ị - - Ị f

T C p TFFT « 66,7ns CP mờ rộng Ị h..^^m jpHầBHia Bimmm tiắmmm uummnr-is^Ma

Tcp-e TFFT ~ 66,7nS

T CP= 160.Ts« 5,2jiS (ký hiệu OFDM thứ nhắt),

144.Tsa; 4,7ns (các ký hiệu OFDM còn lại).

T CP<=512T sa 16,7ns.

Hình ỉ3.5. Cấu trúc khung con và khe đường xuống


Hình 13.5 cho thấy cấu trúc miền thời gian cho truyền dẫn đường xuống của LTE. M ỗ i khung con lms gồm hai khe đồng kích thước có độ dài Tsiot = 0,5ms (15360.TS). M ỗ i khe gồm một sổ ký hiệu OFDM. Một khung bao gồm hai khe đồng kích thước. Mỗi khe gồm bảy hoặc sáu ký hiệu OFDM trong trường hợp CP bình thường và trong trường hợp CP mở rộng.

Theo chương 3, khoảng cách giữa các sóng mang con Af=15kHz

tương ểng với thời gian hiệu dụng của ký hiệu TFFT=1/Af«66,7^is

(2046.TS). Tồng thời gian của ký hiệu OFDM khi này sẽ là tổng thời gian hiệu dụng của ký hiệu và độ dài tiền tổ chu trình TCP. Như thấy trên hình 13.5, L TE định nghĩa hai độ dài CP, CP bình thường và CP mờ rộng cho các trường hợp bảy và sáu ký hiệu trên một khe. Các độ dài chính xác cùa CP được biểu diễn theo đơn vị thời gian cơ sở T s và được cho trên hình 13.5. cần lưu ý rằng trong trường hạp CP bình thường, độ dài CP cho ký hiệu OFDM đầu tiên cùa Vhc hơi lớn hơn so với độ dài CP của các ký hiệu OFDM còn lại. Lý do là để lấp đầy khe 0,5ms vì số đơn vị thời gian Tị trên khe (15360) không chia hết cho 7.

Có hai lý do cho việc quy định hai độ dài CP:

- Đ ộ dài CP lớn hơn (đòi hỏi chi phí nhiều hơn) có lợi trong các môi trường trải trễ lớn, chẳng hạn trong các ô rất lớn. cần lun ý rằng mặc dù độ dài CP lớn hơn không nhất thiết có lợi trong trường hợp các ô lớn, thậm chí trải trễ rất lớn trong các trường hợp này. Khi trong trong các ó lớn, hiệu năng đường truyền bị giới hạn bởi tạp âm chể không phải méo tín hiệu do trải thời dư vì độ dài CP không đủ lớn, nên độ bền vững bổ sung cho trải thời kênh vô tuyến m à CP dài hon đem lại có thể không bù lại được tổn hao năng lượng của tín hiệu thu.

- Như đã đề cập trong chương 3, trong trường hợp phát đa phương/quảng bá dựa trên MBSFN, CP không chì phù hết phần lớn tán thời thực tế m à cả phần chính của sự khác nhau về định thời giữa các truyền dẫn thu được từ các ô tham gia vào phát MBSFN. Vì thế


thông thường trong trường hợp khai thác MBSFN tiền tố chu trình mở rộng là cần thiết.

Như vậy ứng dụng chủ yếu của CP mở rộng của LTE có lẽ là phát MBSFN. Cần lưu ý rằng các độ dài CP khác nhau có thể được sử dụng cho các khung con khác nhau trong một khung. Ví dụ, phát đa phương/quảng bá dựa trên MBSFN có thể giới hỉn trong một số khung nhất định và chỉ trong các khung con này cần sử dụng CP dài mở rộng.

Khi xét đến cấu trúc miền thời gian đường xuống, các khối tài nguyên nói trên bao gồm 12 sóng mang con trong thời gian 0,5ms (hình 13.6). Vì thế mỗi khối chứa 12x7 = 84 phần tử trong trường

hợp CP bình thường và 12x6 = 72 trong trường hợp CP mở rộng. Có nghĩa là trường họp CP bình thường gồm 7 ký hiệu OFDM trong một khe tương ứng với 84 phần tử tài nguyên. Trong trường họp CP mờ rộng, một khối tài nguyên gồm 6 ký hiệu OFDM trong một khe tương đương với 72 phần tử tài nguyên.

Af =15kHz

Hình ỉ 3.6. Một khối tài nguyên

Ị

13.2.2. Các tín hiệu tham khảo đường xuồng Chức năng của tín hiệu tham khảo đường xuống như sau: - Đo chất lượng kênh đường xuống. - Ước tính kênh đường xuống để giải điều chế tỉi UE.

- Tìm ô và bắt ban đầu.


Đẻ thực hiện giải điều chế nhất quán đường xuống, đầu cuối di động cần ước tính kênh đường xuống. Như đã xét trong chương 3, cách trực tiếp để ước tính kênh đường xuống trong trường hợp truyền dẫn OFDM là chèn các ký hiệu tham khảo biết trước vào lưới thời gian-tần số. Trong LTE, các tín hiệu tham khảo này được gọi chung là các tín hiệu thơm khảo đường xuống.

Như minh họa trên hình 13.7, các ký hiệu tham khảo đường xuống được chèn vào ký hiệu OFDM đầu và ký hiệu thứ ba trước cuối của mậi khe với khoảng cách là sáu sóng mang trong miền tần số. Ngoài ra khoảng dịch giữa ký hiệu tham khảo thứ nhất và thứ hai là ba sóng mang. Như vậy trong mồi khối tài nguyên với 12 sóng mang trong một khe sẽ có bốn ký hiệu tham khảo. Điều này đúng cho tất cà các khung con trừ các khung con được sử dụng cho truyền dẫn dựa trênMBSFN (xem mục 13.2.6).

Để ước tính kênh trên toàn bộ lưới thời gian-tần số đồng thời giảm tạp âm trong ước tính kênh, đầu cuối di động phải thực hiện nội suy/lấy trung bình trên nhiều ký hiệu tham khảo. Vì thế, khi ước tính kênh cho một khối tài nguyên, đầu cuối di động có thể không chỉ sử dụng các ký hiệu tham khảo trong khối tài nguyên này, mà còn cả các khối tài nguyên lân cận trong miền tần số, cũng như các ký hiệu tham khảo cùa các khe/các khung con được thu trước đó. Tuy nhiên phạm vi các khối tài nguyên trong miền tần số và (hoặc) trong miền thời gian mà đầu cuối di dộng có thể thực hiện trung bình hóa phụ thuộc vào đặc tính kênh. Trong trường hợp độ chọn lọc tần số của kênh cao, khả năng trung bình hóa trong miền tần số bị hạn chế. Tương tự, khả năng trung bình hoa trong miền thời gian (khả năng sử dụng các ký hiệu tham khảo trong các khe/các khung con được thu trước đó) cũng bị hạn chế trong trường hợp các thay đổi kênh nhanh, chẳng hạn do tốc độ chuyển động của đầu cuối di động cao. Cũng cân lưu ý răng trong trường hợp TDD, khả năng trung bình hóa theo thời gian có thể

482 Giáo trình Lộ (rình phái triển thông tin di động 3G lên 41

bị hạn chế và các khung con trước có thể không được ấn định ch đường xuống.

Hình 13.7. Cáu trúc tin hiệu tham kháo đường xuống trong trường hợp CP bình thường (7 kỷ hiệu OFDM trong một khe)

13.2.2.1. Chuỗi các ký hiệu tham kháo và nhận dạng ô lớp vật lý

Tổng quát, các giá trị phức của các ký hiệu tham khảo sẽ thay ' ối giữa các vị trí ký hiệu tham khảo khác nhau và giữa các ô khác nhau. Vì thế ký hiệu tham khảo của một ô có thể được coi như là một chuỗi hai chiều, trong các đỉc tả của LTE chuỗi này được gọi là chuỗi ký hiệu tham khảo hai chiều. Giống như mã ngẫu nhiên hóa cùa WCDMA/HSPA, có thể coi chuỗi ký hiệu tham khảo LTE như là một chỉ thị của nhận dạng ô lớp vật lý của LTE. LTE định nghĩa 510 chuỗi ký hiệu tham khảo tương đương với 510 nhận dạng ô khác nhau.

Xét chi tiết hon, mỗi chuồi ký hiệu tham khảo có thể được coi như tích của chuỗi giả ngẫu nhiên hai chiều với chuỗi trực giao hai chiều. Tổng cộng có 170 chuồi giả ngẫu nhiên khác nhau được định nghĩa trong đỉc tả của LTE tương ứng với 170 nhóm nhận dạng ô. Các chuỗi ký hiệu tham khảo và cấu trúc của nó (tích của chuỗi giả ngầu nhiên và chuồi trực giao) có thể được sử dụng trong quá trình tìm ô (sẽ xét trong chương 15).

Nên áp dụng các chuồi tín hiệu tham khảo cho các ô sao cho cácô thuộc cùng một eNodeB sẽ được ấn định các nhận dạng ô lớp vật lý

Chương 13: Lớp vật lý LTE

nằm trong cùng một nhận dạng ô, nghĩa các tín hiệu tham khảo được ấn định theo cùng một chuồi giả ngẫu nhiên nhưng với các chuồi trực giao khác nhau. Các áp dụng này cho phép giảm thiểu nhiễu giổa các tín hiệu tham khảo của các ô khác nhau thuộc cùng một eNodeB.

ỉ3.2.2.2. Nhảy tần tín hiệu tham khảo

Trong cấu trúc tín hiệu tham khảo trên hình 13.7, các vị trí trong * \ r

miên tân sô của các ký hiệu tham khảo là như nhau giổa các khung con. Tuy nhiên cũng cỏ thể thay đổi các vị trí của các ký hiệu tham khảo trong miên tân sô giổa các khung con liên tiêp, cách làm này được gọi là nhảy tần ký hiệu tham khảo.

Trong trường hợp nhảy tần ký hiệu tham khảo, các vị trí tương đối của các ký hiệu tham khảo trong một khung con vẫn giống như hình 13.7. Như vậy, nhảy tần có thể được coi như là bổ sung thêm một chuồi dịch tần cho mẫu ký hiệu tham khảo cơ sở trên hình 13.7 với dịch tân như nhau cho tát cả các ký hiệu trong cùng một khung con, nhưng thay đổi giổa các khung con liên tiếp. Vì thế ta có thể biểu diễn các vị trí p của kỷ hiệu tham khảo trong khung k như sau:

Các ký hiệu tham khảo thứ nhất: p(k)=(po+6.i+dịch(k))mod(12)

Các ký hiệu tham khảo thứ hai: p(k)=(po+6.i+3+dịch(k))mod(12) trong đó i là số nguyên. Chuỗi dịch tần của mẫu nhảy tần có chu kỳ l o , nghĩa là mẫu nhảy tần lặp lại giổa các khung con liên tiếp. Tổng số có 170 mẫu nhảy tần được định nghĩa, trong đó mỗi chuỗi tương ứng với một nhóm nhận dạng ô.

Áp dụng mẫu nhảy tần khác nhau cho các ô cạnh nhau, ta có thể tránh được sự va chạm liên tục các chuỗi kỷ hiệu tham khảo giổa các ô cạnh nhau. Điều này đặc biệt quan trọng khi các ký hiệu tham khảo được phát với công suất cao hơn so với các phần tử tài nguyên còn lại (phát tăng công suất tín hiệu tham khảo).


13.2.2.3. Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn nhiều an ten

Trong trường hợp phát đường xuống nhiều anten, đầu cuối di động phải có khả năng ước tính kênh đường xuống tương ứng với từng anten phát. Đ ể làm được điều này, sẽ có một tín hiệu tham khảo phát từ từng anten. cần lưu ý rằng thay vì nói về anten, các đặc tả truy nhập vô tuyến của LTE thường nói về cửa anten để nhựn mạnh rằng đặc tả không nhựt thiết chỉ tương ứng v ớ i một anten. Thực chựt, một cửa anten được định nghĩa bởi sự tồn tại một tín hiệu tham khảo đặc thù cửa anten. Vì thế nếu các tín hiệu tham khảo như nhau được phát đi từ một số anten, đầu cuối di động không thể phân giải được các anten này và các anten này có thể được coi như một cửa anten. Tuy nhiên để đơn giản hóa ở đây ta vẫn sử dụng thuật ngữ anten.

ị Trong trường hợp hai anten phát (hình 13.8a), các ký hiệu tham khảo của anten thứ hai được ghép tần số với các ký hiệu tham khảo của anten thứ nhựt với dịch tần ương miền tần số là ba sóng mang.

- Trong trường hợp bốn anten phát (hình 13.8b), các ký hiệu tham khảo cho anten thứ ba và anten thứ tư được ghép tần số với ký hiệu OFDM thứ hai trong khe thời gian. Lưu ý rằng các ký hiệu tham khảo cho anten ba hay anten bốn chi được phát trong một ký hiệu OFDM của từng khe.

Cũng cần nhựn mạnh rằng, nếu một phần tử tài nguyên mang ký hiệu tham khảo cho một anten nào đó, thì phần tử tài nguyên này sẽ không được phát tại các anten khác. Vì thế, các ký hiệu tham khảo của anten này sẽ không bị nhiễu bởi phát từ các anten khác trong cùng một ô.

Rõ ràng rằng trong trường hợp bốn anten, mật độ ký hiệu tham khảo trong miền thời gian của anten thứ ba và thứ tư giảm so với anten thố nhựt và thứ hai. Lý do giảm là để hạn chế chi phí tín hiệu tham khảo trong trường họp bốn anten. Đồng thời điều này cũng sẽ ảnh huởng tiêu cực lên khả năng theo dõi các biến đổi kênh nhanh.

Chương 13: Lớp vật lý LTE

Tuy nhiên có thể kỳ vọng rằng ghép kênh không gian bổn anten chủ yếu được áp dụng cho các kịch bản có tốc độ thấp. Lý do duy trì mật độ ký hiệu cao hom cho anten thứ nhất và thứ hai trong trưẫng hợp bốn anten là các tín hiệu tham khảo này sẽ được sử dụng như là một bộ phận của tìm ô ban đầu, vì trong quá trình này đầu cuối di động vẫn chưa nhận được thông tin đầy đủ về số lượng anten phát trong một ô. Vì thế cấu hình của các tín hiệu tham khảo của anten thứ nhất và anten t h ứ hai phải như nhau không phụ thuộc vào số anten.

a) 2 anten phát b) 4 anten phát Anten #1

Anten #2

Anten #1

Anten #2

Anten #3

Anten #4

Tăn sô

Hình 13.8. Cấu trúc tin hiệu tham khảo trong

trường hợp phát đường xuồng nhiêu anten

13.2.3. Xử lý kênh truyền tải đưẫng xuống Như đã xét trong chương 12, lớp vật lý giao tiếp với các lớp cao

hơn đặc biệt là với lớp M Á C thông qua các kênh truyền tải. LTE thừa hướng nguyên lý cơ sở cùa WCDMA/HSPA rằng số liệu được chuyển đến kênh vật lý trong dạng các khối truyền tải có kích thước nhất định. về cấu trúc chi tiết kênh truyền tải, LTE tiếp nhận giải pháp giống như HSPA:


ị Trong trường hợp phát một anten, nhiều nhất chỉ có một khối truyền tải với kích thước động cho từng TU.

- Trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten, có thể có đến hai khối truyền tải kích thước động cho từ TTI, trong đó mồi khói truyền tải tương ứng với một từ m ã trong trường hợp ghép kênh không gian đường xuống. Nghĩa là mặc đù LTE hỗ trợ ghép kênh không gian đường xuống với bốn anten, nhưng số từ mã vẫn giới hạn bắng hai. Chi tiết về truyền dẫn nhiều anten đường xuống của LTE được xét trong mục 13.2.5.

Khối (các khối) truyền tải được chuyển đến từ lớp M Á C

Đến điêu chế OFDM cho từng anten

RM: Resource Mapping: sắp xếp tài nguyên Phần đường đứt nét chỉ có khi sử đụng ghép kênh không gian, trong đó hai khối truyền tải được truyền song song trong một TTI

Hình ỉ3.9. Xử lý khối truyền tải đường xuống

Chương 13: Lớp vật lý LTE ' T<J I

Xử lý. kênh truyền tài đường xuống, đặc biệt là xử lý DL-SCH được minh họa trên hình 13.9 với hai chuỗi xử lý riêng biệt, trong đó mỗi chuỗi tương ứng với xử lý một khối truyền tải. Chuồi xử lý thứ h a i tương ứng với khối truyền tài thứ hai chỉ tồn tại trong trường hợp ghép kênh không gian. Trong trường hợp này, hai khối truyền tải có kích thước khác nhau (trong trường hợp tổng quát) được kết hợp như là một phắn của sắp xếp anten ở phắn dưới của hình 13.9.

13.2.3.1. Chèn CRC

Trong bước xử lý kênh truyền tải đắu tiên, CRC được tính toán và được gắn vào khối truyền tải (hỉnh 13.10). CRC cho phép phía thu phát hiện lỗi dư trong khối truyền tải đã được giải mã kênh. Chi thị lồi tương ứng sau đó có thể được sử dụng bởi giao thức HARQ (lường xuống.

Tính toán, chèn CRC

k T * * b i t

Hình 13.10. Tỉnh toán và chèn CRC đườỉĩg xuống vào khối truyền tải

13.2.3.2. Mã hóa kênh

Các phát hành đắu tiên của chuẩn truy nhập vô tuyển WCDMA (tnrớc HSPA) cho phép áp dụng cả mã hóa xoắn và mã hóa Turbo cho các kênh truyền tải. Đ ổ i với HSPA, mã hóa kênh được đơn giản vì chỉ sư dụng mã hóa Turbo cho các kênh truyền tải liên quan đến HSPA (HS-DSCH cho đường xuống và E-DCH cho đường lên). Điều này cùng đúng đối với kênh chia sẻ đường xuống LTE, nghĩa là chỉ có mã Turbo được áp dụng trong trường hợp truyền dẫn DL-SCH. cấu trúc tông thể của mã hóa Turbo LTE được minh họa trên hỉnh 13.11. Ma lióa Turbo sử dụng các bộ mã hóa thành phắn tám trạng thái của WCDMA/HSPA tỷ lệ Mị nghĩa là tổng tỷ lệ mã bằng ]/3. Tuy nhiên


bộ mã đan xen bên trong của bộ mã hóa Turbo WCDMA/HSPA được thay thế bằng đan xen dựa trên QPP (Quadratic Polynomial Permutation: hoán vị đa thức cầu phương). Khác với bộ đan xen WCDMA/HSPA hiện thời, bộ đan xen dựa trên QPP là một đan xen tránh va chạm tối đa, nghĩa là giải mã có thể được thực hiện song song mà không bị va chạm khi truy nhập bộ nhớ của bộ đan xen. Vì LTE hụ trợ các tốc độ số liệu rất cao, nên sử dụng đan xen dựa trên ọpp cho phép giảm đáng kể độ phức tạp của bộ mã hóa/giải mã Turbo.

Khối truyền tải VỚI CRC

Nâng cáp từ WCDMA/HSPA

Tái sư dụng từ VVCDMA/HSPA _ z _ Các bít mã

QPP Bộ đan xen r bên trong ĩ

0 H H É hí m- Ì

KJ T

E PH D H É

, Các bít

í hệ thống

Các bít chẵn lẻ thứ nhát

i Các bít chẵn Ị lẻ thứ hai

Hình 13.11. Bộ mã hóa Turbo

13.2.3.3. Chức năng HARQ cứa lớp vật lý

Các bít hộ thống

Các bít chẵn lẻ t h ứ nhất

Số lượng bít phụ thuộc vào kích thước của tài nguyên được án định, sơ đụ diều chế và bậc

ghép kênh không gian

('hương 13: Lớp vật lý LTE

Nhiệm vụ của chức năng HARQ lớp vật lý là lẩy ra từ các bít được mã hóa sau bộ mã hóa kênh tập các bít sẽ phát trong một TTI cho trước (hình 13.12). Tập bít này được xác định bởi các khối tài nguyên được ấn định, sơ đồ điều chế và bậc ghép kênh không gian. Cần lưu ý rảng một sổ phần tử tài nguyên trong khối được ấn định sẽ bị chiêm bởi các ký hiệu tham khảo như đã trình bày ờ trên và bị chiếm bởi báo hiệu điều khiển (sẽ xét trong mục 13.2.4).

Nêu tông sô bít sau mã hóa kênh lớn hơn số bít có thể được phát chức năng HARQ sê lấy ra tập con của các bít này vì thế tỷ lệ mã lớn rCff>l/3. Trái lại nếu tổng số bít sau mã hóa nhỏ hơn sổ bít cần phát chức năng HARQ sẽ lặp tất cả hay tập con của các bít sau mã hóa, vì thế tỳ lệ mã hiệu dụng r e f ĩ <l/3.

Trong trường hợp phát lại, chức năng HARQ trong trường hợp tông quát sẽ cho ra các tập bít sau mã hóa khác nhau cần phát, nghĩa là HARQ cho phép kết hợp phần dư tâng.

13.2.3.4. Ngẫu nhiên hóa mức bít

Trong quá trình ngẫu nhiên hóa đường xuống, các bít sau chức năng HARQ được trộn (thao tác hoặc loại trừ) bởi chuỗi ngẫu nhiên hóa mức bít (hình 13.13). Nói chung, ngẫu nhiên hóa số liệu đã mã hóa cho phép đảm bảo ràng giải mã phía thu có thể tận dụng được toàn bộ độ lợi xử lý do mã kênh cung cấp. Nếu không ngẫu nhiên hóa (lường xuống, bộ giải mã hóa kênh tại đầu cuối di động có thể (ít nhất vê nguyên lý) nhâm lân tín hiệu gây nhiêu với tín hiệu đích, vì thê không thể triệt nhiễu. Bảng cách áp dụng các chuỗi ngẫu nhiên hóa cho các ô lân cận, tín hiệu (các tín hiệu) nhiễu sau giải ngẫu nhiên bị ngầu nhiên hóa vì thế đảm bảo tận dụng hết độ lợi xử lý do mã hóa kênh cung cấp.

Khác với HSPA, trong đó ngẫu nhiên hóa đường xuống được áp dụng cho các chip phức sau khi trải phổ (ngẫu nhiên hóa mức cbip),


LTE áp dụng ngẫu nhiên hóa đường xuống mức bít sau mã hóa của từng khối truyền tải (ngẫu nhiên hóa mức bít). Ngẫu nhiên hóa mức chip cần thiết đối với HSPA để đảm bảo rằng độ lợi xử lý do trải phô cung cấp có thể được tởn dụng một cách hiệu quả. Trái lại, ngẫu nhiên hóa bít sau mã hóa chứ không phải các ký hiệu điêu chê phức cho phép ở mức độ nhất định giảm độ phức tạp thực hiện và không ảnh hưởng tiêu cực hiệu năng trong trường hợp LTE.

Chuỗi ngẫu nhiên hóa

Hình 13.13. Ngẫu nhiên hóa đường xuống

Trong LTE, ngẫu nhiên hóa đường xuống được áp dụng cho tất cá các kênh truyền tải. Ngẫu nhiên hóa cùng được áp dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống (xem mục 13.2.4). Đ ố i với tất cả các kênh truyền tải đường xuống ngoại trừ MCH cũng như báo hiệu điều khiển L1/L2, các chuỗi ngẫu nhiên hóa phải khác nhau đối với các ô khác nhau (ngẫu nhiên hỏa đặc thù ô) để đảm bảo ngẫu nhiên hóa nhiễu giữa các ô. Trái lại ương trường hợp truyền dẫn MBSFN sử dụng kênh truyền tải MCH, ngẫu nhiên hóa như nhau được áp dụng cho tất cả các ô tham gia và một truyền dẫn MBSFN (ngẫu nhiên hóa hung các ô) (xem mục 13.2.6).

13.2.3.5. Điều chế số liệu

Điều chế số liệu đường xuống chuyển đổi khối bít sau ngẫu nhiên hóa vào các ký hiệu điều chế phức (hình 13.14). Tởp các sơ đồ điều chế được LTE hồ trợ cho đường xuống gồm QPSK, 16QAM và 64QAM, tương ứng với hai, bon và sáu bít trên một kỷ hiệu điều chê.

Chương 13: Lớp vật ly LTE

Tất cả các sơ đồ điều chế này đều có thể áp dụng cho trường hợp truyền dẫn DL-SCH. Đ ố i với các kênh truyền tải khác có thể có một số quy định hạn chế. Chẳng hạn, chi điều chế QPSK là có thể được áp dụng cho truyền dẫn BCH.

Bộ điều chế s ổ liệu

n/L ký hiệu điều chế

ình 13.14. Điểu ché số liệu chuyển đổi n bu vào n/L kỷ hiệu điều chế phức QPSK: 1=2, 16QAM: L=4 và 64QAM: L=6

13.2.3.6. Sắp xếp anten

Sọp xếp anten thực hiện xử lý kết hợp các ký hiệu điều chế, trong trường họp tổng quát, tương ứng với hai khối truyền tải và sọp xếp kết quả nhận được đến các anten khác nhau. Từ hình 13.9 ta thấy, LTE hồ trợ tới bốn anten phát. sọp xếp an ten có thể được lập cấu hình theo các cách khác nhau để cung cấp các sơ đồ đa anten khác nhau bao gồm cả phân tập phát, tạo búp và ghép kênh không gian. Chi tiết hơn về sọp xép anten và về truyền dẫn đa anten đường xuống của LTE sẽ được xét ương mục 13.2.5.

13.2.3.7. Sấp xép khôi tài nguyên

Sáp xép khôi tài nguyên thực hiện sáp xép các ký hiệu sẽ phát trên tòng anten đến các phần tử tài nguyên của tập khối tài nguyên được ấn định bởi bộ lập biểu M Á C để truyền dẫn khối (các khối) truyền tải (hình 13.15). Như đã xét trong chương 13, việc chọn lựa khối tài nguyên dựa trên ước tính chất lượng kênh của các khối tài nguyên khác nhau nhìn từ đầu cuối di động đích.

Như đã đề cập trong chương 13, lập biểu đường xuống được thực hiện trên cơ sở một khung con (Ì ms). Do một khối tài nguyên đường xuống bao gồm một số các sóng mang con trong thời gian 0,5ms, nên ấn định khối tài nguyên đường xuống luôn luôn được thực hiện cho


các cặp khôi tài nguyên, trong đó môi cặp, trong miên thời gian, bao gồm hai khối tài nguyên liên tiếp trong một khung con.

Tổng số, mỗi khối tài nguyên chứa 84 phần tử (12 sóng mang con trong bảy ký hiệu OFDM). Tuy nhiên, như đã nhắc ở trên, một số phần tử tài nguyên trong một khối truyền tải không được dùng cho sáp

t \ , í xép kênh truyên tải vì chúng đã bị chiêm bởi:

- Các ký hiệu tham khảo đường xuống bao gồm các phần tủ tài nguyên không được sử dụng tương ứng với các ký hiệu tham kháo của các anten khác nhau đã xét trong mục trước.

- Báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2 (sẽ xét trong mục sau).

Vì trạm gốc có đầy đủ thông tin về các khối tài nguyên nào được sử dụng cho các tín hiệu đường xuống cũng như báo hiệu điều khiển L1/L2 và vì thế chúng không khả dụng cho sắp xếp kênh truyền tải, nên có thể dễ dàng sắp xếp kênh truyền tải lên các phần tử tài nguyên khả dụng còn lại. Tương tự, tại thời điểm thu, đầu cuối di động biết được các phần tủ tài nguyên nào điiợc sử dụng cho các tín hiệu tham khảo đường xuống và báo hiệu L1/L2 nên nó có thể dễ dàng lấy ra số liệu kênh truyền tải tủ tập phần tử tài nguyên dành cho kênh này.

Lưu ý: Trong trường hợp tổng quát, sẽ có một tập các tài nguyên và một sắp x ế p tài nguyên tương ứng cho tủng anten

ị Hỉnh 13.15. Sắp xếp khối tài nguyên đường xuống

( hương 13: Lớp vật lý LTE

Trong chuẩn LTE, tài nguyên vật lý mã tại đó DL-SCH được sắp xếp lên được gọi là kênh vật lý chia sẻ đường xuống (PDSCH).

13.2.4. Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống

Đê hỗ trợ truyền dần các kênh truyền tải đường xuống và đường lên (các kênh DL-SCH và UL-SCH), cần có báo hiệu điều khiển đường xuống đi kèm. Báo hiệu điều khiển đường xuống này thường được gọi là báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2 để chỉ thị rằng thông tin tương ừng một phần bắt nguồn từ lớp vật lý (lớp 1) và một phần từ M Á C lớp 2.

- Báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2 liên quan đến DL-SCH và UL-SCH bao gồm:

- Các bản tin lập biểu liên quan đến DL-SCH cần thiết cho đầu cuối di động được lập biểu để nó có thể thu, điều chế và giải mã DL-SCH. Các bản tin này chừa thông tin về ẩn định tài nguyên DL-SCH (tập các khối tài nguyên), khuôn dạng truyền tải và thông tin liên quan đến DL-SCH HARQ. Báo hiệu này cũng giống như HS-SCCH được định nghĩa cho HSPA.

- Các bàn tin lập biểu liên quan đến ƯL-SCH, chẳng hạn các cho phép lập biếu để thông báo cho đầu cuối di động được lập biểu về tài nguyên và khuôn dạng nào sẽ sử dụng để truyền dẫn UL-SCH. Báo hiệu này cũng giống với E-AGCH của HSPA.

Vì các đầu cuối di động có thể được lập biểu đồng thời, nên phải có khả năng phát đi nhiều bản tin lập biểu cho từng TT1. Mỗi bản tin này được phát như một kênh điều khiển đường xuống L1/L2. Như im inh họa trên hỉnh 13.16, mỗi kênh điều khiển tương ừng với một bản tin lập biểu trước hết được xử lý riêng bao gồm chèn CRC, mã hóa kênh, ngẫu nhiên hóa bít và điều chế QPSK. Sau đỏ các ký hiệu điều chế được sắp xếp lên tài nguyên vật lý đường xuống, nghĩa là lên lưới

thời gian-tần số OFDM. Trong LTE, tài nguyên vật lý mà báo hiệu điều khiển L1/L2 được sắp xếp lên được gọi là kênh điều khiến vật lý đường xuồng (PDCCH).

Điều khiển L1/L2 liên quan đèn truyền đẵn DL-SCH

hông tin khuôn Thông tin liên quan lạng truyền tải đến HARQ

Điều khiển L1/L2 Hên quan đến truyèn dẫn U I SCH

Cho phép lập biểu đường lên

Các kênh điều khiên L1/L2 bỏ sung (điều khiển DL-SCH

hoặc UL-SCH)

Sắp xếp lên tài nguyên vật lý

Đến điều chế OFDM

Ngẫu nhiên hóa

Điều chế

Hình 13.16. Chuỗi xử lý cho bảo hiệu điều khiển đườììg xuống Lì/Lĩ

Như minh họa trên hình 13.17, các kênh điều khiển L1/L2 được sắp xếp lên các ký hiệu đầu tiên (đến 3 ký hiệu) OFDM trong tòng khung con. Bằng cách sắp xếp các kênh điều khiển L1/L2 lên đầu khung con, thông tin điều khiển L1/L2 (bao gớm ấn định tài nguyên DL-SCH và khuôn dạng truyền tải) có thể nhận được trước khi kết thúc khung con. Vì thế có thể bắt đầu thực hiện giải mã DL-SCH ngay sau khi kết thúc khung con mà không cần đợi giải mã thông tin điều khiển L1/L2. Điều này giảm thiểu trễ khi giải mã DL-SCH và vì the giảm thiểu tổng trễ truyền dẫn đường xuống.

I 'hương 13: Lớp vật lý LTE

Ngoài ra, bàng cách phát kênh điều khiển .L1/L2 tại đầu khung con, nghĩa là cho phép giải mã thông tin điều khiển L1/L2 sớm, các đâu cuôi di động không được lập biêu cỏ thê tát các mạch điện của máy thu trong phần lớn khung con, vì vậy giảm tiêu thụ công suất.

Hình 13.17. Lưới thời gian-tần số của LTE trong đỏ một sổ phần từ

tài nguyên được dành cho các ký hiệu tham khảo và điêu khiên bảo

hiệu đường xuống LI/L2

Xét một cách chi tiết hơn, tài nguyên vật lý được sử dụng để mang báo hiệu điều khiển L1/L2 bao gồm một số các phần tử kênh điều khiển, trong đó mặi phần tử kênh điều khiển gồm một số phần tử tài nguyên quy định trước. Khi này các ký hiệu được điều chế của mồi kênh điều khiển được sắp xếp lên một hoặc nhiều phần tử kênh điêu khiển tùy theo kích thước (số các ký hiệu điều chế) của mặi kênh điều khiển L1/L2. Lưu ý rằng kích thước này có thể khác nhau đổi với các kênh điều khiển L1/L2 khác nhau.

Mạng thông báo tường minh số lượng các phần tò kênh điều khiên chung một khung con. Vì các phần tử kênh điều khiển có kích thước định trước và được đặt tại đầu khung con, nên đầu cuối được lập biểu sẽ biết được các kênh điều khiển L1/L2 chiếm các phần tử tài nguyên nào và như vậy DL-SCH được sắp xếp lên các phần tử tài nguyên nào (các phần tử tài nguyên còn lại).

Tuy nhiên đầu cuối di động không được thông báo tường minh về chi tiết cấu trúc điều khiển L1/L2 và số lượng chính xác các phần tử


kênh điều khiển mà kênh điều khiển được sắp xếp lên. Nên đầu cuối di động phải tự tìm cách giải mã nhiêu ứng cử kênh điêu khiên đê tìm

K Ị X X ' ra kênh điêu khiên mang thông tin lập biêu cho đâu cuôi di động này. Hình 13.18 minh họa một ví dụ trong đó có sáu phần ưr kênh điều

t ì ? r \ /

khiên và có thê sấp xép các kênh điêu khiên L1/L2 đèn một, hai hay bôn phân tử kênh điêu khiên. Ta thây, trong trường hợp đặc biệt này, có 10 ồng cử kênh điều khiển khác nhau. Đầu cuối di động giải mà từng ồng cử một sau đó kiểm tra CRC để tìm ra kênh điều khiển đúng.

Phần tử kênh điều khiển 1 Phần tử kênh điều khiển 2 Phần tử kênh điều khiển 3 Phần tử kênh điều khiên 4 Phần tử kênh điều khiển 5 Phần tử kênh điều khiến 6

Tập ồng cừ kênh V điều khiên

Các ồng cử kênh điều khiển mà UE phải tim cách giải mã thòng tin

(10 lần thử giải mã trong ví dụ này)

Hình 13.18. Các phần tử kênh điều khiến và các ứng cử kênh điểu khiển

13.2.5. Truyền dẫn đa anten đường xuống Quá trình xử lý kênh truyền tải đường xuống được trình bày trong

mục 13.2.3 bao gồm sắp xếp anten, mục này mô tả xử lý hai khối ký hiệu điều chế nhận được từ hai khối truyền tải đã được mã hóa và sắp xếp đến các anten phát (cao nhất 4 anten). Như minh họa trên hình 13.19, sắp xếp anten của LTE thực tế bao gồm hai bước, sắp xếp lớp và tiền mã hóa.

Sáp xép lớp đảm bảo phân kênh các ký hiệu điêu chê của từng từ / \ \ Ị ỉ ì f

mã (khôi truyên tải được mã hóa và được điêu chê) thành nhiêu lớp. Vì thê sô lớp luôn luôn băng so khôi truyên tải cân phát.

('hương 13: Lóp vật lý LTE

ị — s ắ p xếp anten Cực đại hai lừ mã

• ••ũ" Cực đại đến NL lớp

NA anlen

Ị nnr-; Ị

I ~ ĩ ĩ 1 n

-, a

Ị , gìn- Ị n n n 7

ị vĩ vĩ — 1

í ]

Mỗi hình vuông tương ứng với một ký hiệu điều chế Hình 13.19. Sắp xếp anten LTE bao gồm sắp xếp lớp

và sau đó là tiên mã hỏa

Tiền mã hóa lấy ra một ký hiệu điều chế từ mỗi lớp, xử lý kết hợp các ký hiệu điều chế này và sắp xếp kết quả lên miền tần số và anten. Từ minh hặa trên hình 11.19, ta thấy tiền mã hóa tác động lên các \ éctơ Vị kích thước NL, trong đó mỗi véctơ bao gồm một kỷ hiệu từ mồi lớp.

Phân tách sáp xép anten thành hai chức năng riêng biệt, sáp xép lớp và tiền mã hóa trong đặc tả LTE cho phép định nghĩa và mô tả dễ dàng các sơ đồ truyền dẫn đa anten khác nhau gồm cả phân tập phát vòng hở, tạo búp và ghép kênh không gian trong cùng một chương trình khung đa anten của LTE. Dưới đây ta sẽ xét một số ví dụ về các sơ đồ truyền dẫn đa anten được kết hợp trong cùng một thực hiện của chương trình khung đa anten LTE.

ỉ3.2.5.1. Mà hóa khối không gian-tần sổ (SFBQ hai anten

Trong trường hợp SFBC (Space Frequency Block Code: M ã khối không gian tần số) hai anten (hình 13.20), chỉ có một từ mã (không ghép kênh không gian) và hai lớp. sắp xếp lớp thực hiện phân kênh các ký hiệu điều chế của từ mã lên hai lớp. Sau đó bộ tiền ma hóa áp dụng mã không gian-tàn số cho từng véctơ lớp Vị.


Như vậy số lượng các ký hiệu điều chế cùa từ mã thứ hai sẽ gấp đôi từ mã t h ứ nhất để đảm bảo số lượng từ mã như nhau trong mỗi lớp. Sau đó tiền mã hóa áp dụng ma trận w kích thước N A x N L cho từng véctơ lớp V .

N L I Ớ P N Aanten

Xi X, ....

Sắp xép lớp

Xi " x i "

Tiên mã hóa

D ì p

y i y2 y3 y4

Sắp xép lớp

y i yz Tiên mã hóa

•! ỉn y i y2 y3 y4

Sắp xép lớp

y i yz Tiên mã hóa •ỉ ỉp

y i y2 y3 y4

Sắp xép lớp

ys y*

Tiên mã hóa •ỉ ỉp

y i y2 y3 y4

Sắp xép lớp

ys y*

Tiên mã hóa

n i ĩ r i

Sắp xép lớp

Tiên mã hóa

* ' '

Zj = w. X i

Vi V2 Hình 13.22. Ghép kênh không gian trong chương trình khung LTE (NL=3, NA=4)

Tồng quát, ghép kênh không gian LTE dựa trên tiền mã hóa theo bàng mã, nghĩa là đối với mồi tị hợp số lượng anten N A và số lượng lớp NL, một tập các ma trận của bộ tiền mã hóa được định nghĩa bời đặc tả chuẩn. Dựa trên đo tín hiệu tham khảo đường xuống của các anten khác nhau, đầu cuối di động quyết định một hạng (Rank) phù hợp (số lượng các lớp) và ma trận tiền mã hóa tương ứng. Sau đó thông tin này được báo cáo cho mạng. Trong khi chi một hạng đơn được báo cáo (áp dụng cho toàn mạng), thì nhiều ma trận khác nhau (áp dụng cho các phần khác nhau của băng thông hệ thống) có thể được báo cáo. Mạng xem xét thông tin này nhưng không nhất thiết phải làm theo nó khi đưa ra quyết định hạng và tập các ma trận tiền mã hóa sẽ sử dụng cho truyền dẫn đường xuống. Vì mạng có thể quyết định các tập ma trận tiền mã hóa khác với thông tin mã đầu cuối di động báo cáo, mạng phải thông báo tường minh các ma trận tiền mã hóa nào cần sứ dụng thông qua báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống.

Cách làm tương tự được sử dụng cho tạo búp đa anten đường xuống, dựa trên các kết quả đo các tín hiệu tham khảo đường xuống


cùa các anten khác nhau, đầu cuối di động quyết định véctơ tiền mã hóa (tạo búp) thích hợp và báo cáo nó cho mạng. Mạng xem xét thông tin này, nhưng không làm theo nó khi quyết định véctơ tiền mã hóa nào sẽ sử dụng thực tế cho truyền dẫn đường xuống. Tương tự như trường hợp ghép kênh không gian, mạng phải thông báo tường minh véctơ tiền mã hóa nào cần sử dụng cho đầu cuối di động. Vì thế tiền mã hóa chì sử dụng cho truyền dẫn DL-SCH chứ không cho báo hiệu điều khiển L1/L2.

13.2.6. Đa phưong/quảng bá sử dụng MBSFN Như đã xét trong chương 3, truyền dẫn OFDM có lợi khi cung

cấp các dịch vụ đa phuơng/quảng ba đa ô, nhất là khả năng thực hiện phát đa phương quàng bá đọng bộ đa ô giống như truyền dẫn đơn nhất trên kênh đa đường. Như đã đề cập trong chương 12, đối với LTE loại truyền dẫn này được gọi là đa phương/quảng bá trên mạng đơn tần (MBSFN: Multicast Broadcast Single Frequency Netvvork).

LTE hỗ trợ truyền dẫn đa phương quảng bá MBSFN thông qua kênh truyền tải MCH (kênh đa phương). Quá trình xử lý kênh truyền tải đổi với MCH có nhiều nét giống như DL-SCH (hình 10.9) với một số ngoại lệ:

- Trong trường hợp truyền dẫn MBSFN, cùng một số liệu được phát với cùng một khuôn dạng trên cơ sở cùng một tài nguyên vật lý từ nhiều ô trực thuộc các eNodeB khác nhau. Như vậy eNodeB không thể lựa chọn động khuôn dạng truyền tải và ấn định tài nguyên MCH.

- Vì truyền dẫn NÍCH hướng đọng thời đến nhiều đầu cuối di động, nên không thể áp dụng HARQ cho truyền dẫn MCH.

Ngoài ra như đã đề cập trong mục 13.2.3, ngẫu nhiên hóa MCH phải như nhau đối với tất cà các ô tham gia vào truyền dẫn MBSFN (ngẫu nhiên hóa chung cho các ôi).


ước tính kênh cho giải điều chế nhất quán của truyền dẫn MBSFN cũng không thể dựa trên các tín hiệu tham khảo 'bình thường' đặc thù ô như đã xét trong mục 13.2.2, vì các tín hiệu tham khảo này không được phát bời MBSFN và vì thể không phản ánh kênh MBSFN tông thể. Thay vào đó. các tín hiệu tham khảo bổ sung được chèn vào các khung con MBSFN như minh họa trên hình 13.23. Các tín hiệu tham khảo này được MBSFN phát, nghĩa là các tín hiệu tham khảo đông dạng (cùng một giá trử phức trong cùng một phần tử tài nguyên) được phát bởi tất cả các ô tham gia truyền dẫn MBSFN. Các tín hiệu tham khảo thu tương ứng có thể được sử dụng để đánh giá kênh MBSFN tông hợp để giải điều chế nhất quán truyền dẫn MBSFN.

Các ký hiệu tham kháo đặc thù ô Các ký hiệu tham khảo chung các ô cho MBSFN

Hình sử dụng CP mờ rộng tương ứng với 12 ký hiệu OFDM trẽn một khung con

Hình 13.23. Các ký hiệu tham khảo chung các ó trong các khung con MBSFN

Truyền dẫn MCH sử dụng MBSFN không thể ghép kênh chung với truyền dẫn cùa các kênh truyền tải khác như DL-SCH trong cùng một khung con. Vì thế sẽ không có báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2 liên quan đến truyền dẫn DL-SCH (khuôn dạng truyền tải, chỉ thử tài nguyên và thông tin liên quan HARQ) trong các khung con MBSFN. Tuy nhiên có thể có báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2 khác được phát trong các khung con MBSFN, chẳng hạn các cho phép lập biểu cho truyền dẫn UL-SCH đường lên. Vì thế các tín hiệu tham khảo bình thường 'đặc thù ố cũng cần được phát trong các khung con

502 Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4C

MBSFN đồng thời với tín hiệu tham khảo dựa trên MBSFN. Tư nhiên vì báo hiệu điều khiển L1/L2 bị giới hạn trong phần đầu cử khung con, nên trong ký hiệu OFDM đầu tiên của khung con sẽ chỉ C( các ký hiệu tham khảo đặc thù ô (cũng như trong ký hiệu thứ hai củi khung con trong trường hợp bấn anten phát) là được phát trong cái khung con OFDM (xem hình 13.23).

13.3. Sơ ĐÒ TRUYỀN ĐẢN ĐƯỜNG LÊN

13.3.1. Tài nguyên vật lý đường lên Như đã đề cập trong chương 12, truyền dẫn đường lên của LTE

dựa trên truyền dẫn DFTS-OFDM hay SC-OFDMA. Như đã trình bày trong chương 3, DTFS-OFDM là sơ đồ truyền dẫn đơn sóng mang có PAPR thấp vi thế cho phép ấn định băng thông linh hoạt và đa truy nhập trực giao không chỉ trong miền thời gian mà cả trong miền tàn sấ.

Hình 13.24 nhắc lại cấu trúc cơ sở cùa truyền dẫn DTFS-OFDM với DFT kích thước N T x áp dụng cho N T x ký hiệu điều chế. Đầu ra của DFT sau đó được sắp xếp lên các đầu vào được lựa chọn của IFFT kích thước N. Kích thước DFT xác định băng thông tức thời của tín hiệu phát, trong khi đó sắp xếp tần sấ quyết định vị trí của tín hiệu phát trong tổng phổ khả dụng đường lên. Cuấi cùng CP được chèn cho từng khấi xử lý. Như đã trình bày trong chương 3, việc sử dụng CP trong trường hợp truyền dẫn đom sóng mang cho phép sử dụng cân bằng tần sổ hiệu năng cao với độ phức tạp thấp hơn tại đầu thu.

Khấi gôm NTX ký hiệu điêu chẽ

Ị Ị D F T (kích thước

NTX)

Sắp xép tân sấ

IFFT (kích thước N)

Tin hiệu tương ứng với một khấi DFT

-• Chèn CP

Hình 13.24. cấu trúc cơ sở của truyền dẫn DTFS-OFDM hay SC-OFDMA


Như đã trình bày trong chương 3, trong trường hợp tổng quát cả hai dạng truyền dẫn DTFS-OFDM chia lô và phân bố đều được sử dụng. Tuy nhiên truyền dẫn dường lên LTE giới hạn ở truyền dẫn khoanh vùng, nghĩa là quá trình sắp xếp tần số (hình 13.24) sẽ sắp xếp đầu ra của DFT lên các đầu vào liên tiếp của IFFT.

Từ quan điểm thấc hiện DFT, DFT kích thước N T x phải giới hạn ờ lũy thừa của hai. Tuy nhiên hạn chế này mâu thuẫn trấc tiếp với mong muốn có độ linh hoạt cao để có thể ấn định động tài nguyên (băng thông truyền dẫn tức thời) cho các đầu cuối di động khác nhau. Từ quan điểm độ linh hoạt cao, phải cho phép tất cả các giá trị có thể có của NTx. Đ ố i với LTE, giải pháp trung gian được tiếp nhận trong đó kích thước DFT giới hạn ở tích của các số nguyên hai, ba và năm. Chẳng hạn các kích thuớc DFF 15, 16 và 18 được phép nhưng NTx= 17 thì không. Bằng cách này DTF có thể được thấc hiện bởi các FFT cơ số 2, cơ số 3 và cơ số 5 ít phức tạp.

Như đã đề cập trong chương 3, cùng như có thể thấy trên hình 13.24. DTFS-OFDM cũng có thể được coi như là truyền dẫn OFDM thông thường kết hợp với tiền mã hóa dấa trên DFT. Vì thế ta cùng có thể nói về khoảng cách giữa các sóng mang con cho trường hợp này. Ngoài ra giống như OFDM, tài nguyên vật lý của DTFS-OFDM có thể được xét ở dạng lưới thời gian-tần số với hạn chế bổ sung là toàn bộ tài nguyên thời gian-tần số ấn định cho một đầu cuối di động phải luôn luôn gồm các sóng mang con liên tiếp.

Các thông số cơ sở của sơ đồ truyền dẫn đường lên LTE được chọn để đồng bộ tốt nhất với các thông số tương ứng của đường xuống LTE dấa trên OFDM. Như minh họa trên hình 13.25, khoảng cách g'ữa các sóng mang con đường lên DTFS-OFDM bằng A f = 15kHz và các khối tài nguyên gồm 12 sóng mang con cũng được định nghĩa cho đường lên. Tuy nhiên khác với đường xuống, đối với đường lên không quy định không sử dụng sóng mang con DC. Lý do vì sấ có mặt cùa sóng mang con DC trong tâm phổ cho phép ấn định toàn bộ

504 Giáo trình Lộ (rình phát triển thông Un di động 3G lên 4G

băng thông cho một đầu cuối di động và vẫn duy trì được tính chất PAPR thấp của đơn sóng mang đối với truyền dẫn đường lên. Ngoài ra do tiền mã hóa dựa trên DFT, ảnh hưởng nhiễu DC sẽ trải rộng trên Nt x ký hiệu điều chế vì thế nó ít hại hon so với truyền dẫn OFDM bình thường.

Một khối tài nguyên (12 'sống mang con', 180MHz)

rrrmỊTĩTTi Af=15kHz

NRB khói tài nguyên (12.NR E 'sóng mang con'),

Hình Ị3.25. cấu trúc miền tần số đường lên cùa LTE

Vì thế tọng sọ các sóng mang con đường lên bàng Nsc - 12.NRB. Tương tự như đường xuống, đối với đường lên đặc tả lớp vật lý LTE cũng cho phép độ linh hoạt tọng băng thông hệ thống rất cao: Mọi số khối tài nguyên từ sáu khối tài nguyên trở lên. Tuy nhiên cũng giống như đường xuống, do các yêu cầu về tần số vô tuyến nên sẽ có một số giới hạn và trong giai đoạn đầu sẽ chỉ quy định một tập hạn chế các băng thông đường lên.

Ngoài ra về chi tiết cấu trúc thời gian-không gian, đường lên LTE rất giống với đường xuống (hình 13.26). Mồi khung con lms đường lên bao gồm hai khe có độ dài bằng nhau Tsiot = 0,5ms. Mồi khe gồm một sọ khối DFT kể cả CP. Ngoài ra cũng giống như đường lên, độ dài hai CP được định nghĩa cho đường lên, CP bình thường và CP mờ rộng. Một khung con bao gồm hai khe độ dài bằng nhau. Mỗi khe bao gồm sáu hoặc bảy khối DFTS-OFDM cho trường hợp CP bình thường và CP mở rộng.

Khác với đường xuống, khối tài nguyên đường lên được ấn định cho đầu cuối di động phải luôn luôn liên tiếp trong miền thời gian (hình 13.27). Lưu ý ràng giống như đường xuống, khối tài nguyên đường lên là 12 sóng mang DFTS-OFDM trong một khe 0,5ms. Vì


thế, tương tự như đường xuống, ấn định tài nguyên đường lên trong miền thời gian được thực hiện trong hai khối tài nguyên liên tiếp.

Một khung con = hai khe (T.UO = 1 ms)

ệặ= >•-• .= • Tsiot = 0,5ms

CP bình thường ịi u ũ l i ũ l i l i " •' Ị

w= Zz ==3 TÓP TFFT ~ 66,7ụS

CP mờ rộng Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị Ị < Ị ĩ Ị ì

ì Ị ' " " " " • " ' - ì Tcp-e TFFT SS 66,7tis

TCP=160.TS=5,2MS (khối DFT thứ nhắt), 144.Ts~4,7ns (các khối DFT còn lại). TCp-e=512Ts«16,7ns.

Hình 13.26. Khung con LTE đường lên và cấu trúc khe

Trên hình 13.27, tài nguyên đường lên được ấn định tương ứng với cùng một tập sóng mang con trong hai khe. Một cách khác, nhảy tần giữa các khe cũng có thể được áp dụng cho đường lên LTE. Nhảy tần giữa các khe có nghĩa là các tài nguyên vật lý được sằ dụng cho truyền dẫn đường lên trong hai khe của một khung con không chiếm cùng tập sóng mang con (hình 13.28). Lưu ý rằng vì băng thông truyền dẫn vô tuyến của đầu cuối di động bao phủ toàn bộ phổ đường lên, nên nhảy tần thuần túy là hoạt động băng gốc, đơn giản chi là thay đổi sắp xếp DFT đến IFFT của quá trình xằ lý DTFS-OFDM trên hình 13.24.

Có hai ích lợi nhận được từ nhảy tần đường lên:

- Nhảy tần đường lên cung cấp phân tập tần số bổ sung với giả thiết rằng nhảy cùng đại lượng hay lớn hơn băng thông nhất quán của kênh.


- Nhảy tần cung cấp phân tập nhiễu (trung bình hóa nhiễu) với giả thiết là mẫu nhảy tần khác nhau trong các ô khác nhau.

Người sử dụng #1 Người sứ dụng #2 Người sử dụng #3

1RB "* 3RB (12 sóng mang con) (36 sóng mang con)

Hình 13.27. Ấn định tài nguyên đường lên LTE

Người sử dụng #1 Người sú dụng #2 Người sử dụng #3

Hình ỉ3.28. Nhảy tần đường lên LTE

Ỉ3.3.2. Các tín hiệu tham khảo đường lên Tương tự như đường xuống các tín hiệu tham khảo để ước tính

kênh cùng cần cho đường lên LTE để có thể giải điều chế nhất quán tại trạm gốc. Do sự khác nhau giủa các sơ đồ truyền dẫn đường xuống và đường lên (OFDM và SC-FDMA dựa trên DFTS-OFDM) và tầm quan trọng của việc thay đổi công suất thấp đối với truyền dẫn đường lên, nên nguyên lý các tín hiệu tham khảo đường lên sẽ khác với các tín hiệu tham khảo đường xuống. Thực ra, đổi với đường lên không thể ghép tín hiệu tham khảo theo tần số với truyền dẫn số liệu từ cùng một đầu cuối di động. Thay vào đó, tín hiệu tham khảo được ghép kênh theo thời gian với số liệu đường lên. Ngoài ra (hình 13.29) tín hiệu tham khảo được phát trong khối thứ tư của từng khe và với băng thông tóc thời bằng băng thông truyền dẫn số liệu. Lun ý rằng trong trường hợp tổng quát, có thể sử dụng nhảy tần trong đó hai khe của hình 13.29 được phát trên các tần số khác nhau. Trong trường hợp này, nội suy giủa hai khối tín hiệu tham khảo của một khung là không thê vì kênh do sự khác nhau về tần số có thể rất khác nhau giủa hai khối.


Một cách thực hiện các tín hiệu tham khảo đường lên là tạo ra một tín hiệu tham khảo miền tần sổ X R S ( k ) độ dài M R S tương ứng với băng thông được ấn định (số lượng các 'sóng mang con' DFTS-OFDM hay kích thước DFT tức thời) và đưa nó vào đầu vào cùa IFFT như minh họa trên hình 13.30. Chèn CP được thực hiện giống như đối với các khối đường lên khác. Ở một khía cạnh nào đó có thỗ coi điều này như là định nghĩa tín hiệu tham khảo đường lên giống như tín hiệu OFDM. Tuy nhiên ta cũng có thỗ mô tả tín hiệu tham khảo như là một tín hiệu DFTS-OFDM nhận được bằng cách thực hiện IDFT kích thước M R S cho chuỗi miền tần số X R S ( k ) . Chuồi nhận được sau đó được đưa đến xử lý DFTS-OFDM nhu hình 13.24.

Người sứ dụng #1 Người sứ dụng #2

Ù* khe

Sỗ liệu Tín hiệu tham kháo

Hình s ử dụng CP binh thướing, nghĩa là bảy khối trên một khe và không có nhảy tằn số

Hình ỉ3.29. Các tín hiệu tham khảo đường lên

được chèn vào khối thứ tư của từng khe đường lên

X R S ( k )

IFFT (kích thước N) Chèn CP

Chuỗi tín hiệu tham kháo miên thời gian

X • Tép 2048.TS

Khôi tín hiệu tham kháo

Hình 13.30. Tạo tín hiệu tham khảo miên tân sô


Các tín hiệu tham khảo đường lên cần có các thuộc tính sau:

- Biên độ không đổi hoặc hầu như không đổi giống như đặc tính của sơ đồ truyền dẫn đường lên LTE ('sóng mang đơn' PAPR thấp).

- Các thuộc tính tự tuông quan miền thời gian tốt để cho phép ước tính kênh đường lên chính xác.

Các chuỗi có các thuộc tính này đôi khi đưễc gọi là CAZAC (Constant Amplitude Zero-Auto-Correlation).

Một trong các chuồi có thuộc tính CAZAC là tập chuỗi Zadoff-Chu. Trong miền tần số, chuỗi Zađoff-Chu độ dài M ZC có thể biểu diễn như sau:

„*(*+!) - /xu—-

x%}(k) = e (13.1) trong đó u là chỉ số của chuỗi Zadoff-Chu trong tập các chuỗi Zadoff-Chu độ dài M z c

Số lưễng các chuỗi Zadoff-Chu khả dụng (số lưễng giá trị có thể có của u) bàng số lưễng các số nguyên tổ tương đối của độ dài chuỗi Mzc. Nghĩa là để cực đại hóa số lưễng các chuỗi Zadoff-Chu và nhờ vậy cực đại hóa số lưễng các chuồi tham khảo có thể có, cần sử dụng các chuồi Zadoff-Chu độ dài nguyên tố. Tuy nhiên, độ dài miền tần số M R C của các tín hiệu tham khảo đường lên phải bằng băng thông đưễc ấn định, nghĩa là bội số của 12 (kích thước khối tài nguyên) và rõ ràng đây không phải là số nguyên tố. Vì iỉiế các chuỗi Zadoff-Chu không thể sử dụng trực tiếp cho các tín hiệu tham khảo đường lên của LTE. Nên các tín hiệu tham khảo đường lên đưễc rút ra từ các chuỗi Zadoff-Chu.

Hai phương pháp để rút ra các tín hiệu tham khảo đường lên độ dài M z c từ các chuỗi Zadoff-Chu độ dài nguyên tố đã đưễc định nghĩa cho chuẩn lớp vật lý của LTE:

Chương 13: Lớp vại lý LTE 509

- Phương pháp ỉ (cắt ngắn): các chuỗi Zadoff-Chu độ dài Mz c, trong đó M z c là sổ nguyên tố nhỏ nhất lớn hơn hoặc bàng MRS được cắt ngắn để có độ dài MR S.

- Phương pháp 2 (mớ rộng vòng): các chuỗi Zadoff-Chu độ dài Mzc trong đó M Z C là số nguyên tố lớn nhất nhỏ hơn hoặc bàng MRS được mở rộng định kỳ để có độ dài bằng MR S.

Phương pháp 1 (cắt ngắn)

Chuỗi zc X R S (k) Ạr

Phương pháp 2 (mở rộng vòng)

Chuỗi zc XR S(k)

Đen đảu vào IFFT

Đèn đâu vào IFFT

Lưu ý: Trường hợp tổng quát, cắt ngắn (phương pháp 1) hay mờ rộng vòng (phương pháp 2) có thể cho nhiều hơn một ký hiệu.

Hình ỉ 3.3 ỉ. Phương pháp tạo ra các tín hiệu tham kháo

đường lên từ các chuỗi nguyên tô Zadoff-Chu

Hai phương pháp này được m ô tả trên hình 13.31. c ầ n lưu ý rằng hình vẽ này giả thiết là cắt ngắn hay mở rộng vòng với chi một ký hiệu và đây không phải là trường họp luôn luôn xảy ra. Chẳng hạn, nếu cản độ dài tín hiệu tham khảo MRS = 96, tương ứng với tám khối tài nguyên, phương pháp Ì có thể sử dụng chuỗi Zadoff-Chu có độ dài Mz c = 97 (một số nguyên tố) như là điểm khởi đảu. Tuy nhiên số nguyên tố lớn nhất nhỏ hơn hay bằng 96 là 89, vỉ thế cản sử dụng phương pháp 2 cho chuỗi Zadoff-Chu độ dài M z c = 89 như là điểm khơi đảu và sử dụng mở rộng vòng bảy ký hiệu để được độ dài tín hiệu tham khảo là 96.


Rõ ràng ràng cả hai phương pháp này phần nào giảm cấp thuộc tính CAZAC của các tín hiệu tham khảo đường lên. Phương pháp nào tốt hơn (xét về thuộc tính CAZAC) phụ thuộc vào độ dài chuỗi tín hiệu tham khảo hay kích thước của tài nguyên được ấn định.

13.3.2.1. Nhiều tín hiệu tham khảo

Trong trường hợp điển hình, một đầu cuối di động sẽ phát trong một tài nguyên cho trước (một tập cho trước các sóng mang trong một khung con cho trước) trong một ô. Tuy nhiên trong các ô lân cận, thông thường cũng xảy ra truyền dẫn đễng thời đường lên trong cùng một tài nguyên. Trong trường hợp này cần tránh trường hợp trong đó hai đầu cuối di động trong các ô cạnh nhau sử dụng cùng một tín hiệu tham khảo đường lên, vì điều này có thể dẫn đến nhiễu cao giữa các truyền dẫn tín hiệu tham khảo. Vì thế trong các ô lân cận, các tín hiệu tham khảo đường lên cần được xây dựng trên các chuỗi Zadoff-Chu khác nhau (từ cùng một tập các chuỗi Zadoff-Chu), nghĩa là các giá trị khác nhau đối với chỉ số u trong phương trình (13.1). Để tránh việc quy hoạch ô quá phức tạp, cần đảm bảo rằng sổ lượng các tín hiệu tham khảo đường lên với độ dài nhất định không quá nhỏ. Đây là lý do vì sao các tín hiệu tham khảo đường lên được xây dựng trên cơ sở các chuỗi Zadoff-Chu độ dài nguyên tố cho phép cực đại hóa số lượng các chuễi đối với độ dài chuỗi cho trước.

Một cách khác để tạo lập các tín hiệu tham khảo đường lên là sử dụng thuộc tính tự tương quan bàng không của các chuỗi Zadoff-Chu. Thuộc tính này có nghĩa là dịch vòng một chuỗi Zadoff-Chu sẽ trực giao với chính nó. Vì thế nhiều tín hiệu tham khảo có thể được tạo ra từ các dịch vòng cùng một tín hiệu tham khảo gốc. Phương pháp này có thể được sử dụng khi hai ô đễng bộ với nhau. Đây thường là trường hợp khi các ô trực thuộc cùng một eNodeB. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng nếu hai đầu cuối di động phát trong cùng một tài

Chương 13- Lớp vật lý LTE 511

nguyên trong cùng một ô, chẳng hạn trong trường hợp SDMA (đa truy nhập không gian) đường lên.

13.3.2.2. Các tín hiệu tham khảo để thăm dò kênh

Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống (cà trong miền thời gian và miền tần số) là một công nghệ then chốt của LTE. Như đã xét trong chương trước, lập biểu phụ thuộc kênh đường lên (ấn định tài nguyên cho một đầu cuối di động phụ thuộc vào chất lượng tức thời của kênh) cũng có thể được sẻ dụng. Lập biểu phụ thuộc kênh đường lên có thể tăng các tốc độ số liệu khả dụng và giảm nhiễu đến các ô khác bàng cách lập biểu đầu cuối di động phát trong các băng tần tức thời có chất lượng tốt.

Đẻ thực hiện lập biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số, cần thực hiện các ước tính chất lượng kênh miền thời gian-tần số. Đ ố i với đường xuống, điều này được thực hiện bởi đầu cuối di động bàng cách đo chất lượng tín hiệu tham khảo đặc thù ô được phát trên toàn bộ băng thông ô và báo cáo kết quả đánh giá chất lượng kênh cho mạng thông qua chỉ thị chất lượng khung (CQI: Channel Ọuality Indicaior).

Từ hình 13.29 ta có thể thấy ràng các tín hiệu tham khảo sẻ dụng cho giải điều chế nhất quán đường lên chỉ được phát trên băng thông được ấn định động cho từng đầu cuối di động. Vì thế mạng không thể sẻ dụng các tín hiệu tham khảo này để ước tính chất lượng kênh đường lên cho bất kỳ các tần số khác với các tần số hiện đang được ấn định cho đầu cuối di động này và vì thế chúng không cung cấp thông tin cần thiết cho lập biểu đường lên phụ thuộc kênh trong miền tần số. Để hỗ trợ lập biểu phụ thuộc kênh miền tần số đường lên cần có thêm các tín hiệu tham khảo băng rộng phát trên đường lên LTE. Các tín hiệu này được gọi là các tín hiệu thăm dò kênh để phân biệt với các tín hiệu tham khảo cho giải điều chế nhất quán được minh họa trên hình 13.29.


Các nguyên lý cơ sở của các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh cũng giống như các nguyên lý cùa các tín hiệu tham khảo giải điều chế. Các tín hiệu thăm dò kênh được xây dựng trên cơ sở các chuỗi Zadoff-Chu và được phát trong một khối DFTS-OFDM hoàn thiện. Tuy nhiên có một số khác biệt quan trọng giữa các tín hiệu thăm dò kênh và các tín hiệu tham khảo giải điều chế:

- Như đã nói ở trên, các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh thường có băng thông lớn hơn, có thể lớn hom nhiều so với tài nguyên đường lên được ấn định cho một đỳu cuối di động. Các tín hiệu thăm dò kênh thậm chí có thể được phát từ các máy đỳu cuối di động không được ấn định bất kỳ một tài nguyên nào cho truyền dẫn UL-SCH.

- Thường không cỳn thiết phát các tín hiệu thăm dò kênh thường xuyên như các tín hiệu tham khảo điều chế. Trong nhiều trường hợp các tín hiệu thăm dò kênh được phát không phải cứ một khung con một lỳn.

- Phải có khả năng phát tín hiệu thăm dò kênh từ nhiều đỳu cuối di động trong cùng một băng tỳn.

Nếu tín hiệu thăm đò kênh được sử dụng trong một ô, mạng ấn định tường minh các khối trong cấu trúc khung con đường lên đê truyền dẫn các tín hiệu thăm dò kênh như minh họa trên hình 13.32. Các khối này sẽ không được sử dụng để truyền dẫn số liệu (UL-SCH).

Người sử dụng #1 Người sứ dụng #2

g i ạ Sỗ liệu

!5EE^I Tin hiệu tham kháo giải điêu chẽ Tin hiệu tham kháo thăm dò kênh

Hình 13.32. Truyền dẫn các tin hiệu tham khảo thăm dò kênh


Các khối được ấn định để truyền dẫn các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh là một tài nguyên chia sẻ, nghĩa là nhiều đầu cuối di động có thể phát các tín hiệu tham khảo trong các tài nguyên mạng. Điều này có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau:

- Có thể ẩn định một khối cho các tín hiệu tham khảo trong mỗi khung. Tuy nhiên mồi đầu cuối di động chờ có thể phát một tín hiệu thăm dò kênh chẳng hạn cứ N khung con một lần, nghĩa là N đầu cuối di động có thể chia sè tài nguyên này trong miền thời gian.

Cũng có thể phân tán các tín hiệu tham khảo, nghĩa là chờ truyền dẫn trên một sóng mang con trong số N sóng mang con (xem truyền dẫn DTFS-OFDM chương 3). Với cách này, các đầu cuối di động phát trên tập các sóng mang con khác nhau và tài nguyên thăm dò kênh được chia sẻ trong miền tần số.

- Các đầu cuối di động có thể phát cùng một tín hiệu tham khảo nhưng với dịch vòng khác nhau. Như đã đề cập tn.rúc đây, các dịch vòng khác nhau của cùng một chuỗi Zadoff-Chu đều trực giao với nhau với điều kiện là các dịch vòng này lớn hơn phân tán thời gian của kênh.

Trong thực tế, một tổ hợp các phương pháp có thể được sử dụng để chia sẻ tài nguyên được ấn định để truyền dẫn các tín hiệu thăm dò kênh giữa các đầu cuối di động trong cùng một ô.

13.3.3. Xử lý kênh truyền tải đường lên Xử lý kênh truyền tải đường lên được minh họa trên hình 13.33.

Vì không có ghép kênh không gian LTE, nên chờ có một khối truyền tải với kích thước động được phát trong từng TTI.

- Chèn CRCI. Giống như đường xuống, CRC được tính toán và được gắn vào từng khối truyền tải.

- Mã hóa kênh. M ã hóa kênh đường lên sử dụng mã Turbo với bộ đan xen nội dựa trên QPP giống như đường xuống.


Khôi truyền tái có kích thước động được chuyến đến từ lớp M Á C

Chèn CRC

Mã hóa kênh

Chức năng HARQ lớp vật lý

Ngẫu nhiên hóa mức bít

Điêu chẽ số liệu

CRC

Mã hóa

HARQ

Ngẫu nhiên hoa

Z5ZZ Điêu chẽ

Điêu chẽ DFTS-OFDM gôm cả sắp xép lên tài nguyên tăn sỗ được ân định

Hình 13.33. Xử lý kênh truyền tải đưởne lèn

- Chức năng HARQ lớp vật lý. Các khía cạnh lớp vật lý của HARQ đường lên LTE cùng giống như chức năng đường xuống tương ứng, nghĩa là chức năng lớp vật lý HARQ lểy ra từ khối các bít ở đầu ra bộ mã hóa kênh tập bít sẽ phát tại mỗi thời điểm phát/phát lại. Lưu ý rằng ở một số khía cạnh, tồn tại một số khác biệt rõ ràng giữa các giao thức HARQ đường xuống và đường lên, như khai thác đồng bộ và không đồng bộ. Tuy nhiên các khác biệt này không được phản ảnh trong các Múa cạnh lớp vật lý của HARQ.

- Ngẫu nhiên hóa mức bít. Tương tự như đường xuống, ngẫu nhiên hóa mức bít cũng có thể được áp dụng cho các bít sau mã hoa trên đường lên LTE. Mục đích của ngẫu nhiên hóa mức bít đường lên cũng giống như đường xuống là để ngẫu nhiên hóa nhiễu và vì thế


đàm bảo đạt được độ lợi xử lý đầy đủ của mã hóa kênh. Để đạt được điều này, ngẫu nhiên hoa đường lên phải đặc thù đầu cuối di động, nghĩa là các đầu cuối di động sử dụng các chuồi ngẫu nhiên khác nhau.

- Điều chế số liệu. Tương tự nhu đường xuống, điều chế số liệu đường lên chuyển đới một khối các bít nhận được sau mã hóa kênh/ngẫu nhiên hóa vào một khối các ký hiệu điều chế phức. Tập các sơ đồ điều chế được sứ dụng cho đường lên LTE cũng giống như đối với đường xuống, QPSK, 16QAM và 64QAM tương ứng với hai, bốn và sáu bít trên một ký hiệu điều chế.

Khối các ký hiệu điều chế sau đó được đưa đến xử lý DFTS-OFDM như minh họa trên hình 13.24. Xử lý này đồng thời cũnR sắp xếp tín hiệu lên băng tần được ấn định.

13.3.4. Báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 Giống như đường xuống LTE, cũng cần có một dạng báo hiệu

điều khiển đường lên (điều khiển đường lên L1/L2) nào đó để hỗ trợ truyền dẫn các kênh truyền tải đường xuống (DL-SCH) và đường lên (UL-SCH). Báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 bao gồm:

- Các công nhận HARỌ đối với các khối truyền tải DL-SCH thu được.

- CQI (chỉ thị chất lượng kênh) để chì thị chất lượng kênh đường xuống dựa trên ước tính bởi đầu cuối di động. Tương tự như HSPA, các báo cáo CQI cỏ thể được mạng sử dụng để lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống và điều khiển tốc độ. Tuy nhiên, khác với HSPA và do lập biểu đường xuống của LTE có thể được thực hiện cả trong miền thời gian và tần số, nên các báo cáo LTE CQI chi thị chất lượng kênh cả trong miền thời gian và miền tần số.

- Các yêu cầu lập biểu để chỉ thị rằng một đầu cuối di động cần tài nguyên cho truyền dẫn UL-SCH.


Khác với đường xuống, ờ đây không có báo hiệu đường lên để chi thị khuôn dạng truyền tải cho mạng. Vì các đầu cuối di động luôn luôn phải tuân theo các cho phép lập biểu nhận được từ mạng trong đó khuôn dạng truyền tải UL-SCH được đặc tả (xem mục 13.2.3). Vì thế mạng biết từ trước khuôn dạng truyền tải được sử dụng cho truyền dấn UL-SCH và không có lý do gì để phải báo hiệu tường minh nó trên đường lên Với lý do tượng tự, cũng sẽ không có thông báo tường minh về thông tin liên quan đến HARQ của UL-SCH.

Báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 nói trên cần được phát trên đường lên không phụ thuộc vào việc đầu cuối di động có số liệu kênh truyền tải đường lên (UL-SCH) để phát hay không và vì thế không phụ thuộc vào việc đầu cuối di động có được ấn định tài nguyên đường lên để truyền dấn UL-SCH hay không.

Vì lý do nói trên, tồn tại hai phương pháp khác nhau để truyền dấn báo hiệu đường lên L1/L2 phụ thuộc vào việc đầu cuối di động có được hay không được ấn định tài nguyền để truyền dấn UL-SCH.

1. Tài nguyên đường lên được ấn định (truyền dấn đồng thòi UL-SCH): Điều khiển L1/L2 ghép chung với UL-SCH trước khi xử lý DFTS-OFDM.

2. Tài nguyên đường lên không được ấn định (không truyền dấn đồng thời UL-SCH): Điều khiển L1/L2 được phát trong các tài nguyên tần số được ấn định đặc biệt cho báo hiệu điều khiên đường lên L1/L2.

Nếu đầu cuối di động đã được ấn định một tài nguyên đường lên để truyền dấn UL-SCH, báo hiệu điều khiển được ghép chung với số liệu kênh truyền tải đã điều chế trước khi xử lý DFTS-OFDM (hình 13.34). Ta có thể coi đây là ghép kênh thời gian giữa số liệu kênh truyền tải và báo hiệu điều khiển L1/L2 và vấn giữ nguyên tính chát 'một sóng mang' cùa truyền dấn đường lên. cần lưu ý rằng, như đã


xét ngăn gọn trong chương 13, khi một đầu cuối di động đã có một tài nguyên đường lên, thì không cần phát yêu cầu lập biểu tường minh trong báo hiệu điều khiển L1/L2. Vì thế, điều khiển L1/L2 chi chứa CQI và công nhận HARQ.

DFTS-OFDM

UL-SCH Mã hóa,... Ghép kênh Ghép kênh

Mã hóa,...

Ghép kênh DFT ít s i

ịậị in

Ị IFFT ị - » ỉ Chèn CP ĩ

Hình 13.34. Ghép số liệu và báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 trong trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH và điều khiển Lì/Lĩ

Cũng cần lưu ý ràng mạng hoàn toàn biết được truyền dẫn của báo hiệu điều khiển L1/L2 tặ một đầu cuối di động:

- CQI được phát định kỳ, trong các thời điểm quy định trước và mạng biết được điều này.

- Các công nhận HARQ được phát tại các thời điểm được đặc tà rõ ràng so với phát đường xuống (DL-SCH) tương ứng.

Vì thế mạng có thể lấy ra đúng phần kênh truyền tải và phần điều khiên L1/L2 tại phía thu trước khi giải m ã riêng cho tặng phần.

Nêu đầu cuối di động không được ấn định tài nguyên đường lên cho truyền dẫn UL-SCH, thì thông tin điều khiển L1/L2 (CQI, các công nhận HARQ và các yêu cầu lập biểu) sẽ được phát trên các tài nguyên được ấn định đặc biệt cho điều khiển đường lên L1/L2. Như minh họa trên hình 13.35, các tài nguyên này được đặt tại biên của tông băng thông hệ thống khả dụng. M ỗi tài nguyên như vậy bao gồm 12 sóng mang con (một khối tài nguyên) trong tặng khe của một khung con đường lên. Đe đảm bảo phân tập tần số, các tài nguyên tần sô có thể nhảy tần trên biên khe, nghĩa là một tài nguyên điều khiển L1/L2 gồm 12 sóng mang con tại biên trên cùa phổ trong khe thứ nhất


cùa một bán khung và một tài nguyên cùng kích cỡ được đặt tại phần thấp của phổ trong khe thứ hai của khung con hoặc ngược lại. Nếu cần nhiều tài nguyên hom cho báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 chẳng hạn trong trường hợp tổng băng thông lớn để hỗ trợ sị người sử dụng lớn, các khịi tài nguyên bổ sung có thể được ấn định ngay cạnh các khịi tài nguyên được ấn định trước đó.

Tịng băng thõng khá dụng

ÌRB (12 'sóng mang con') Các tài nguyên được ân định cho báo hiệu L1/L2

Hình 13.35. cấu trúc tài nguyên sử dụng cho bảo hiệu điểu khiển L1/L2 đường lên trong trường hợp không truyền dẫn đồng thời UL-SCH

Có hai lý do cho việc đặt các tài nguyên cho điều khiển L1/L2 tại biên của tổng tài nguyên khả dụng:

- Cùng với nhảy tần sị như đã trình bày ở trên, điều này cực đại hỏa phân tập tần sị cho báo hiệu điều khiển L1/L2.

- Ẩ n định tài nguyên đường lên cho báo hiệu điều khiển L1/L2 tại các vị trí khác của phổ tần (không tại biên) sẽ phân khúc phổ vì thế không thể ấn định băng thông truyền dẫn rộng cho một đầu cuịi di động và duy trì thuộc tính đơn sóng mang PAPR thấp của truyền dẫn đường lên.

13.3.5. Định thòi phát trước đường lên Sơ đồ truyền dẫn đường lên LTE dựa trên DFTS-OFDM đảm bào

tính trực giao nội ô, nghĩa là truyền dẫn đường lên thu được từ các đâu cuịi di động khác nhau không gây nhiễu cho nhau tại máy thu. Yêu cầu cơ bản để đảm bảo trực giao đường lên là các tín hiệu phát đi từ


các đầu cuối di động khác nhau phải tới trạm gốc gần như đồng bộ thời gian, hay mất đồng bộ thời gian chỉ cho phép nhiều nhất là một phần cùa CP. Để đảm bảo điêu này, LTE có cơ chế định thời phát trước, về nguyên lý cơ chế này cũng giống như điều khiển định thời đường lên cho OFDM đường lên đã xét trong chương 3.

về bản chất, định thời phát trước là một đoạn dịch âm tại đầu cuối di động giũa đầu khung con thu đường xuống và khung con phát đường lên. Bằng cách đặt khoảng dịch thích hợp cho từng đầu cuối di động, mạng có thể điều khiển định thời các tín hiọu thu được tại trạm gốc từ các đầu cuối di động. Các đầu cuối di động xa so với trạm gốc bị trễ truyền sóng lớn hơn và vì thế cần bắt đầu phát đường lên hơi sớm hơn so với các đầu cuối di động gần trạm gốc hơn như minh họa trên hình 13.36. Trong ví dụ này, đầu cuối di động thứ nhất (MT-1) năm gần trạm gốc hơn và có trễ truyền sóng nhỏ, T P |. Vì thế đối với đầu cuối di động này, một giá trị định thời phát trướcTA I nhỏ là đủ để bù trừ trễ truyền sóng và đủ để đảm bảo định thời đúng tại trạm gốc. Trái lại, đầu cuối di động thứ hai (MT-2) do đặt ờ xa trạm gốc hơn nên trễ truyền sóng Tp 2 lớn hơn vì thế đối với nó cần có giá trị dịch định thời phát trước TA 2 lớn hơn.

Giá trị định thời phát trước cho từng đầu cuối di động được mạng xác định dựa trên đo truyền dẫn đường lên tương ứng. Vì thế chừng nào đầu cuối di động còn tiến hành truyền dẫn đường lên, truyền dẫn này còn được trạm gốc thu sử dụng để ước tính định thời thu đường lên và đây sẽ là cơ sở cho các lọnh định thời phát trước. Lưu ý rằng mọi truyền dẫn đường lên đều có thể được sử dụng để ước tính định thời. Chẳng hạn mạng có thể sử dụng các truyền dẫn định kỳ của các báo cáo chất lượng kênh trên đường lên để ước tính định thời khi không xảy ra truyền đẫn số liọu từ đầu cuối di động. Bằng cách này, đầu cuối di động có thể khởi động lại tức thì truyền dẫn số liọu trực giao đường lên mà không cần giai đoạn đồng bộ lại.


1ms

Trạm gốc

MT-1 (gân trạm gốc)

MT-1 (xa trạm gốc)

Phát đường xuống

Thu đường lên từ MT-1 Thu đường lên từ MT-2

Thu đường xuống

Phát đường lên

Thu đường xuống

Phát đường lên

Tp.1

l i I 2 X i J Ị TP,2 !

'A.2

Hình 13.36. Định thời phát trước đựợriy lén

Dựa trên các đo đạc đường lên, mạng quyết định hiệu chinh định thời cần thiết cho từng đầu cuối. Nếu định thời của một đầu cuối di động cần hiệu chinh, mạng phát đi lệnh định thời phát trước cho đầu cuối di động này. Thông thường, các lệnh định thời phát trước cho một đầu cuối di động được phát khá thưa, nghĩa là chỉ vài lần trong một giây.

Nêu đầu cuối di động không phát bất cứ thứ gì trên đường lên trong một thời gian dài, sẽ không thể thực hiện được truyền dửn đường lên. Trong trường hợp này, đồng bộ thời gian đường lên có thể bị mất, khi này đê khởi động lại truyền dửn số liệu đường lên, trước tiên cần thực hiện giai đoạn đồng bộ lại thời gian bàng cách sử dụng truy nhập ngâu nhiên để khôi phục lại đồng bộ thời gian đường lên (sẽ xét trong chương sau).


13.4. TỐNG KÉT Chương này xét cụ thể các vấn đề liên quan đến lớp vật lý. Trước

hết cấu trúc tổng thể miền thời gian được xét. Tiếp theo các sơ đồ truyền dẫn đường xuống và đường lên được xét. Đ ố i với truyền dẫn đường xuống, các vấn đề như: Tài nguyên đường xuống, các tín hiệu tham khảo, xử lý tín hiệu kênh truyền tải, báo hiệu lóp Ì /lớp 2, truyền dẫn đa anten và MBMSFN được xét. Đ ố i với đường lên các vấn đề như: Tài nguyên đường lên, các tín hiệu tham khảo, xử lý tín hiệu kênh truyền tài, báo hiệu lớp Ì/lớp 2 và định thời phát trước đường lên được xét.

Các thông số cơ bản cho các băng thông khác nhau của LTE được tổng kết trong bảng 13.1.

Bàng 13.1. Các thông số cơ bản cùa LTE

cho các băng thông khác nhau

1,4MHz 3,0MHz 5MHz 10MHz 15MHz 20MHz

Khung con (Tri) (ms) ì

Khoảng cách giữa các sóng mang con (kHz) 15

Tần số lấy mẫu (MHz)* 1,92 3,84 7,68 15,36 23,04 30,72

Kích thước FFT 128 256 512 1024 1536 2048

Số sóng mang con 72+1 180+1 300+1 600+1 900+1 1200+1

Sô ký hiệu trên một khung 4 với CP ngắn và 6 với CP dài

Tiên tố chu trinh 5,21 ns với CP ngắn và 16,67ns với CP dài

* Tần số láy mẫu được rút ra từ tốc độ chip của VVCDMA: 3,84Mchip/s


13.5. C Â U HỎI Ì. Trình bày cấu trúc tổng thể miền thời gian LTE. 2. Trình bày tài nguyên vật lý đường xuống LTE. 3. Trình bày vai trò và tổ chức các tín hiệu tham khảo đường xuống

LTE. 4. Trình bày quá trình xử lý kênh truyền tải đường xuống LTE. 5. Trình bày truyền dẫn đa anten đường xuống LTE. 6. Trình bày truyền dẫn đa phương/quảng bá sử dụng MBSFN trong

LTE. 7. Trình bày tài nguyên vật lý đường lên LTE. 8. Trình bày vai trò và tổ chức các tín hiệu tham khảo đường lên LTE. 9. Trình bày quá trình xử lý kênh truyền tải đường lên LTE. 10. Trình bày báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2. 11. Trình bày định thời phát trước đường lên.

Chương 14

CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE

Các chương trước đã mô tả các sơ đồ truyền đường lên và đường xuống LTE. Tuy nhiên trước khi truyền dẫn số liệu, đầu cuối di động cần kết nối với mạng. Trong chương này ta sẽ xét các thủ tục cần thiết cho một đầu cuối di động để nó có thể truy nhập mạng LTE.


- Tìm ô - Truy nhập ngẫu nhiên

- Tìm gọi

Mục đích chương nhàm cung cỏp cho bạn đọc kiến thức về các thủ tục cần thiết để một đầu cuối có thể truy nhập mạng LTE.

Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỳ nội dung được trình bày trong chương, tham khảo thêm các giáo trình [14], [15] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

14.1. TÌM Ô Tìm ô là thủ tục mà một đầu cuối di động tìm một ô tiềm năng để

kết nối. Một phần của thủ tục tìm ô là đầu cuối nhận được số nhận dạng và ước tính định thời khung của ô được nhận dạng. Ngoài ra thủ tục tìm ô cũng cung cỏp các ước tính các thông số cần thiết để thu thông tin hệ thống trên kênh quảng bá. Thông tin hệ thống chứa các thông số cần thiết để truy nhập hệ thống.

524 Giáo trình Lộ trình phái triển thông tin di động 3G lén 4G

Đe không làm phức tạp quá trình quy hoạch ô, số lượng các nhận dạng ô lớp vật lý phải đù lớn. Như đã đề cập trong chương 13, LTE hỗ trợ 510 nhận dạng ô khác nhau. Các nhận dạng này được chia thành 170 nhóm nhận dạng ô với ba nhận dạng trong mỗi nhóm

Để giảm độ phức tạp tìm ô, tìm ô trong LTE thường được thực hiện theo một số bước giống như thủ tục tìm ô ba bước cùa WCDMA. Để hồ trợ đọu cuối trong thủ tục này, LTE cung cấp tin hiệu đồng bộ sơ cấp và tin hiệu đồng bộ thứ cấp trên đường xuống. Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và đồng bộ thứ cấp là các chuỗi đặc biệt được chèn vào hai ký hiệu OFDM cuối cùng trong khe đọu tiên của khung con không và năm như minh họa trên hình 14.1. Ngoài các tín hiệu đồng bộ, thủ tục tìm ô cũng có thể sử dụng các tín hiệu tham khảo.

Khung võ tuyên 10ms

X

TT Í T Khung con 1ms

-ĩ——* ị # 5 Ị # s ị # 7 Ị #8 Ị m

ỉ Khe . 0,5ms ỉ * — —

Khe. 0,5ms

,'• Khe ti 0,5ms 0,5ms ĩ * — — •« — S Ạ

Ký hiệu OFDMỊ-*ị

ỉ 12 456

o CA s to* 5" -é c — ro <<Ị).

lị Ĩ •9 'P

en.

E •ro

ao Tín hiệu đông Tín hiệu đồng bộ bộ thứ cáp sd cáp

Hình 14. ỉ. Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thử cấp

(giả thiết độ dài CP bình thường)

14.1.1. Thủ tục tìm ô Trong bước đọu tiên cùa thủ tục tìm ô, đọu cuối di động sử dụng

tín hiệu đồng bộ sơ cấp để định thời theo 5ms. Lưu ý ràng tín hiệu

Chương 14: Các thù tục truy nhập LTE 525

đồng bộ được phát hai lần trong một khung. Lý do là để đơn giản chuyển giao từ các công nghệ truy nhập khác như GSM đến LTE. Vì thế tín hiệu đồng bộ sơ cấp chi có thể đảm bảo đồng bộ khung với sự không rõ ràng 5ms.

Thực hiện giải thuật ước tính là đặc thù của nhà khai thác, nhưng một giải pháp là sử dụng lỗc phối hợp giữa tín hiệu thu được và các chuỗi được đặc tả cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Khi đầu ra cùa bộ lỗc phối hợp đạt giá trị cực đại, thì có nghĩa là đầu cuối đã tìm được định thời theo 5ms. Bước thứ nhất cũng có thể được sử dụng để khóa tần số bộ dao động nội của đầu cuối di động đến tần số sóng mang của trạm gốc. Khóa tần số của bộ dao động nội đến tần số sóng mang trạm gốc cho phép giảm bớt yêu cầu độ chính xác đối với bộ dao động nội cùa đầu cuối di động và nhờ vậy giảm giá thành.

Vì các lý do sẽ xét dưới đây, ba chuồi khác nhau có thể được sử dùng cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Tồn tại ánh xạ (chuyển đổi) một một giữa từng chuỗi của ba chuỗi này và nhận dạng ô trong nhóm nhận dạng ô. Vì thế sau bước thứ nhất, đầu cuối đã tìm được nhận dạng này trong nhóm nhận dạng ô. Ngoài ra do có sự chuyển đổi một một giữa từng nhận dạng ô trong nhóm nhận dạng ô và từng chuồi trong số ba chuồi trực giao được sử dụng khi tạo ra tín hiệu tham khảo (xem chuông 13). Đầu cuối di động cũng sẽ biết được một phần thông tin về cấu trúc tín hiệu tham khảo trong bước này. Tuy nhiên sau bước này, đâu cuôi vân chưa biêt nhóm nhận dạng ô.

Trong bước tiếp theo, đầu cuối tìm nhóm nhận dạng ô và xác định đông bộ khung. Điều này được thực hiện bàng cách quan sát các cặp khe nơi mà tín hiệu đồng bộ thứ cấp được phát. về nguyên lý, nếu (S|, s2) là cặp chuồi được phép, trong đó Si, s2 thể hiện tín hiệu đồng bộ thứ cấp trong khung con không và năm, thì cặp đảo (s2, S|) không phải là cặp chuỗi hợp lệ. Khai thác thuộc tính này, đầu cuối di động cũng giải quyết được sự không rõ ràng định thời 5ms từ bước thứ nhất trong


thủ tục tìm ô và xác định được định thời khung. Ngoài ra mỗi tổ hợp (S!,s2) thể hiện một trong số các nhóm nhận dạng ô, vì thế từ bước tìm ô thứ hai nhóm nhận dạng ô cũng được tim thảy. Từ nhóm nhận dạng ô, đầu cuối cũng nhận được thông tin về chuồi giả ngẫu nhiên được sử dụng để tạo ra tín hiệu tham khảo trong ô.

Sau khi hoàn thành thủ tục tìm ô, đầu cuối di động nhận được thông tin hệ thống phát quảng bá và từ đó nhận được các thông số còn lại như băng thông được sử dụng trong ô.

Ỉ4.1.2. Cảu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ

Cảu trúc thời gian-tần số tổng quát đã được trình bày sơ bộ trước đây và được minh họa trên hình 14. Ì. Từ hình này ta thảy các tín hiệu đồng bộ sơ và thứ cảp được phát trong hai ký hiệu OFDM nối tiếp. Cảu trúc này cũng được chọn để có thể xử lý nhảt quán tín hiệu đồng bộ thứ cảp tại đầu cuối di động. Sau bước thứ nhảt, tín hiệu đồng bộ sơ cảp đã biết và vì thế có thể sử dụng nó để ước tính kênh. Ước tính kênh này sẽ được sử dụng tiếp theo để xử lý nhảt quán tín hiệu thu trước bước thứ hai để cải thiện hiệu năng, tuy nhiên việc đặt các tín hiệu đồng bộ sơ cảp và thứ cảp cạnh nhau cũng có nghĩa là trong bước thứ hai đầu cuối phải ước tính mù độ dài CP. Tuy nhiên đây là khai thác ít phức tạp.

Trong nhiều trường họp, định thời trong nhiều ô được đồng bộ sao cho khởi đầu khung trong các ô cang nhau trùng nhau về thời gian. Lý do là để cho phép khai thác MBSFN. Tuy nhiên khai thác đồng bộ cũng có nghĩa là phát các tín hiệu đồng bộ sơ cảp trong các ô khác nhau phải xảy ra tại cùng một thời điểm. Vì thế ước tính kênh dựa trên tín hiệu đồng bộ sơ cảp sẽ phản ảnh kênh tổng hợp cho tảt cả các ô nếu cùng một tín hiệu đồng bộ sơ cảp được sử dụng trong tảt cả các ô. Rõ ràng rằng, để giải điều chế nhảt quán tín hiệu đồng bộ thứ cảp (các tín hiệu này khác nhau trong các ô khác nhau) ước tính kênh xét từ quan điểm ô là cần thiết và không cần thiết ước tính kênh tổng


hợp tò tất cà các ô. Vì thế LTE hỗ trợ nhiều chuỗi cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Trong trường hợp thu nhất quán được triển khai cùng với việc các ô được đồng bộ theo thời gian, các ô lân cận có thể sử dụng các chuỗi đồng bộ sơ cấp khác nhau để giảm nhẹ vấn đề ước tính kênh được trình bày ở trên. Ngoài ra tín hiệu đồng bộ sơ cấp cũng mang một phần nhận dống ô.

Từ quan điểm TDD, đặt tín hiệu đồng bộ tối cuối khe thứ nhất của khung con thay vì khe thứ hai là có lợi vì sẽ giảm bớt các hốn chế liên quan đến việc tốo ra các khoảng thời gian bảo vệ giữa đường lên và đường xuống. Nói một cách khác, nếu các tín hiệu đồng bộ được đặt tối khe cuối cùng của khung con, sẽ không có khả năng nhận được thời gian bảo vệ cần thiết cho TDD bàng cách loối bỏ các ký hiệu OFDM nhu xét trong chương 13. Ngoài ra, cần lưu ý rằng đổi với khai thác TDD, vị trí các tín hiệu đồng bộ trong các khung con không và năm là các khung con đường xuống.

Tối thòi điểm đầu của tìm ô, băng thông ô chưa cần biết. về nguyên tắc, tìm băng thông truyền dẫn có thể được thực hiện như là một phần của tìm ô. Tuy nhiên điều này sẽ làm phức tốp hóa toàn bộ thủ tục tìm ô, vì thế nên duy trì thủ tục tìm ô như nhau không phụ thuộc vào tổng băng thông truyền dẫn của ô. Sau đó đầu cuối có thể được thông báo về băng thông của ô trong kênh quảng bá. Để duy trì cấu trúc miền tần số của các tín hiệu đồng bộ giống nhau không phụ thuộc vào băng thông ô, các tín hiệu đồng bộ luôn luôn được phát trên 72 sóng mang con trung tâm tương đương với bâng thông 1MHz. Hình 14.2 minh họa một khả năng thực hiện để tốo ra các tín hiệu đồng bộ. 36 sóng mang con tối hai phía của sóng mang con DC trong miền tần số được dành riêng cho tín hiệu đồng bộ. Sử dụng IFFT, tín hiệu miền thời gian tương ứng có thể được tốo ra. Kích thước IFFT cũng như số các sóng mang con được đặt bằng không trên hình 14.2 phụ thuộc vào băng thông hệ thống. Các sóng mang con không sử


dụng cho truyền dẫn các tín hiệu đồng bộ được sử dụng để truyền dẫn số liệu.

Tin hiệu đông bộ, trinh bày trong miên tân sỗ

Tín hiệu đỏng bộ, Trình bày trong miên thời gian - tăn sô

í 36 sóng mang con ii 36 sóng mang con ị "* DC

Hình 14.2. Tạo tín hiệu đông bộ trong miền tân số

14.1.3. Tìm ô ban đầu và tìm ô lân cận

Tìm ô để kết nối sau khi đầu cuối bật nguồn là một trường hợp rất quan trứng. Tuy nhiên khả năng nhận dạng các ô ứng cừ để chuyển giao cho hỗ trợ di động khi đầu cuối chuyển từ kết nổi này sang kết nối khác cũng không kém phần quan trứng. Hai tình huống này thường được gứi là tìm ó ban đầu và tìm ó lân cận.

Đe tìm ô ban đầu, đầu cuối di động thường không biết được tần số sóng mang của các ô mà nó đang tìm. Để xử lý trường hợp này, đầu cuối cần tìm một sóng mang thích hợp bàng cách lặp thủ tục nói trên nhiều lần cho tất cả các sóng mang có thể có được cho trong lưới tần số. Rõ ràng rằng cách làm này thường làm tăng thời gian cần thiết tìm ô, nhưng yêu cầu về thời gian đổi với tìm ô ban đầu là khá dễ dàng. Các phương pháp đặc thù thực hiện cũng có thể được sử dụng để giảm thời gian từ lúc bật nguồn đến lúc tìm được ô. Chẳng hạn, đầu cuối có thể sử dụng mứi thông tin mà nó có và bắt đầu tìm ô trên cùng một tần số mà nó đã kết nối đến lần cuối.

Mặt khác, tìm ô lân cận lại có các yêu cầu định thời chặt chẽ hơn. Tìm ô lân cận càng chậm thì đầu cuối càng mất nhiều thời gian đê được chuyển giao đến ô có chất lượng kênh vô tuyến trung bình tót hơn. Rõ ràng rằng điều này sẽ làm giảm hiệu suất sử dụng phổ tân tổng thể. Tuy nhiên trong trường hợp chuyển giao cùng tần số, rõ ràng


rằng đầu cuối di động không cần thiết phải tìm sóng mang trong ô lân cận. Vì không phải tìm kiếm ô trên nhiều sóng mang, nên tìm ô lân cận cùng tần số có thể sử dụng cùng thủ tục như tìm ô ban đầu.

Khi đầu cuối thu số liệu đường xuống từ mạng, nó cũng cần đo đạc cho mục đích chuyển giao. Vì thế đầu cuối phải có khả năng thực hiện tìm ó lân cận trong các trường hợp này. Đối vữi tìm ô lân cận trong cùng tần số, đây không phải là vấn đề lữn vì các ô lần cận ứng cừ phát cùng tần số giống như tần số mà từ đó đầu cuối thu số liệu. Thu số liệu và tìm ô lân cận là hai chức năng băng gốc tách biệt hoạt động trên cùng một tín hiệu thu.

Tuy nhiên trường hợp chuyển giao giữa các tần số phức tạp hơn vì thu số liệu và tìm ô lân cận cần được thực hiện trên các tần số khác nhau. về nguyên lý có thể trang bị cho đầu cuối di động một mạch thu vô tuyến riêng cho việc tìm ô lân cận, tuy nhiên điều này làm tăng tính phức tạp của thực hiện. Vì thể có thể tạo ra các khoảng; trống trong truyền dẫn số liệu để trong khoảng thời gian này đầu cuối có thể chỉnh sóng đến tần số khác cho mục đích đo đạc. Điều này được thực hiện theo cách giống như đối vữi HSPA, bàng cách tránh lập biểu đầu cuối trong một hoặc vài khung con.

14.2. TRUY NHẬP NGẦU NHIÊN Yêu cầu căn bản đối vữi mọi hệ thống tổ ong là khả năng đầu

cuối có thể yêu cầu thiết lập kết nối. Điều này thường được gọi là truy nhập ngẫu nhiên và nó phục vụ hai mục đích chính trong LTE, đó là thiết lập đồng bộ đường lên và thiết lập một nhận dạng đầu cuối duy nhất (C-RNTI), trong đó mạng và đầu cuối đều biết nhận dạng này. Vì thế truy nhập ngẫu nhiên không chỉ được sử dụng cho truy nhập lần ầu, khi chuyển từ LTE DETACHED hay LTE-IDLE vào LTE ACTIVE (xem chương 12 cho các trường hợp này) mà còn cả sau các chu kỳ không tích cực khi đồng bộ đường lên bị mất trong LTEACTIVE.


Tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (minh họa trên hình 14.3) bao gồm 4 bước:

UE

~7~ Đông bộ theo định thời

đường xuống (từ làm ò)

eNodeB

BƯỚC 1: Tiên tố truy nhập ngẫu nhiên

Bước 2: Trả lời truy nhập ngẫu nhiên

Điêu chinh dinh thời đường lần

Bước 3: Báo hiệu RRC

BƯỚC 4: Báo hiệu RRC

Số liệu người sử dụng

AGW

Chi khi eNode chưa biẽt UE (truy nhập ngẫu nhiên) 5

Hình 14.3. Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên

í. Bước một gồm truyền dẫn một tiền tố truy nhập ngẫu nhiên để cho phép eNodeB ước tính định thời truyền dẫn của đầu cuối. Đồng bộ đường lên cần thiết vì không có'nó đầu cuối không thể phát số liệu đường lên.

2. Bước thứ hai bao gồm phát lệnh định thời phát trước để điều chinh định thời phát của đầu cuối dựa trên các kết quả đo định thời cùa bước một. Ngoài việc thiết lập đồng bộ đường lên, bước hai còn ấn định các tài nguyên cho đầu cuối di động để nó sử dụng trong bước ba của thủ tục truy nhập ngẫu nhiên.

3. Bước ba bao gồm truyền dẫn nhận dang đầu cuối di động đến mạng bàng kênh ƯL-SCH giống như số liệu được lập biểu thông thường.


Nội dung chính xác của báo hiệu phụ thuộc vào trạng thái cùa đầu cuối, chẳng hạn mạng có biết nó trước đây hay không.

4. Bước thứ tư và là bước cuối cùng bao gồm truyền dẫn một bản tin phân giải xung đột từ mạng đến đầu cuối trên DL-SCH. Bước này cũng phân giải mọi xung đột do nhiều đầu cuối tìm cách truy nhập mạng bợng cách sử dụng cùng một tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên.

Chì bước thứ nhất sử dụng xử lý lớp vật lý được thiết kế đặc biệt cho truy nhập ngẫu nhiên. Tất cả ba bước còn lại sử dụng cùng một xử lý lớp vật lý giống như cho truyền dẫn số liệu đường lên và đường xuống thông thường. Dưới đây ta sẽ xét chi tiết các bước này.

14.2.1. Bước 1: Truyền dẫn tiền tố truy nhập

Bước thứ nhất trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên là truyền dẫn một tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Mục đích chính cùa tiền tố này là để thông tin cho mạng về có một ý định truy nhập và để nhận được đồng bộ thời gian đường lên trong giới hạn một phần nhỏ của CP đường lên.

về tổng quát, các truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có thể hoặc trực giao hoặc không trực giao đối với số liệu của người sử dụng. Trong WCDMA, tiền tố là không trục giao đối với truyền dẫn số liệu đường lên. Điều này là có lợi vì không cần phải ấn định bán cố định tài nguyên cho truy nhập ngẫu nhiên. Tuy nhiên để điều khiển nhiễu truy nhập ngẫu nhiên đối với số liệu, công suất phát của tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phải được điều khiển cẩn thận. Trong WCDMA, điều này được giải quyết bợng thủ tục tăng công suất từng nấc, trong đó đầu cuối tăng dần công suất theo từng nấc quy định trước cho đến khi trạm di động phát hiện được truy nhập ngẫu nhiên. Mặc dù đây là một giải pháp thích hợp cho vấn đề nhiễu, nhưng thù tục tăng từng nấc dẫn đến trễ tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên. Vỉ thế từ quan điểm trễ, thù tục truy nhập ngẫu nhiên không đòi hỏi tăng từng nấc sẽ có lợi hơn.


Trong LTE, truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có thể được thực hiện trực giao với các truyền dẫn số liệu của người sử dụng và kết quả là không cần tăng công suất từng nấc (mồc dù đồc tả tiêu chuẩn cho phép tăng từng nấc). Trục giao giữa số liệu của người sử dụng được phát đi từ các đầu cuối khác và các ý đồ truy nhập đạt được cả trong miền thời gian và miền tần số. Mạng phát quảng bá thông tin đến tất cả các đầu cuối về tài nguyên thời gian-tần số dành cho truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. Để tránh nhiễu giữa số liệu và các tiền tố truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh lập biểu cho các truyền dẫn đường lên trong các tài nguyên thời gian-tần số này. Điều này được minh họa trên hình 14.4. Vì đơn vị thời gian cơ bản để truyền dẫn số liệu trong LTE là lms, một khung con được dành trước cho truyền dẫn tiền to. Tiền tổ truy nhập ngẫu nhiên sẽ được phát trong các tài nguyên dành trước này.

Trong miền tần số, tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên (1,08MHz). Điều này hoàn toàn phù họp với băng thông nhỏ nhất mà LTE có thể hoạt động (sáu khối tài nguyên) như đã xét trong chương 13. Vì thế, cùng một cấu trúc tiền tố truy nhập có thể được sử dụng không phụ thuộc vào băng thông truyền dẫn của ô. Đối với các triển khai sử dụng các ấn định băng thông lớn hơn, nhiều tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên có thể được định nghĩa trong miền tần số để đảm bảo dung lượng truy nhập lớn hơn.

Tài nguyên đường lên dành Các tài nguyên đường trước cho truyền dẫn tiên tố lên được SỪ dụng cho ĩĩ^^to^Ị

Hình ỉ4.4. Minh họa nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngầu nhiên


Để thực hiện truy nhập nhầu nhiên, đầu cuối di động phải nhận được đồng bộ đường xuống trong thủ tục tìm ô trước khi phát tiền tố. Tuy nhiên định thời đường lên vẫn chưa được thiết lập. Khễi đầu khung đường lên tại đầu cuối được định nghĩa tương đổi so với khễi đầu khung đường xuống tại đầu cuối di động. Do trễ truyền sóng giữa trạm gốc và đầu cuối, nên phát đường lên sẽ trễ tương đổi so với định thời phát đường xuống tại trạm gốc. Do khoảng cách giữa trạm gốc và đầu cuối di động không biết, nên sẽ có sự không rõ ràng trong định thời đường lên tương ứng với hai lần khoảng cách giữa trạm gốc và đầu cuối, để giải quyết sự không rõ ràng này và tránh nhiễu giao thoa với các khung con tiếp theo, cần sử dụng một khoảng bảo vệ, nghĩa là độ dài tiền tố thực tế ngắn hơn lms, hình 14.5 minh họa độ dài tiền tố và thời gian bảo vệ. Với độ dài tiền tố vào khoảng 0,9ms, thời gian bảo vệ là 0,1 i m sẽ cho phép các kích thước ô đến 15km. Trong các ô lớn hom, trong đó sự không rõ ràng có thể lớn hơn thời gian bảo vệ, có thể tạo ra thời gian bảo vệ bổ sung bằng cách không lập biểu các truyền dẫn trong khung con tiếp sau tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên.

Tiên tố 0,9ms

Người sú đụng gân

Người sử dụng xã trung binh

Người sứ dụng xa

Thời gian báo vệ

Những ngUdi SỪ dụng khác "Ị---li Những "n'gi người si/dụng khác

Nhũng người sứ dụng khác H E \ i( Những người sứ dụng khác

Những người sử đụng khác Khung con truy nhập

ngẫu nhiên 1ms

Những người sứ dụng khác

Hình ỉ 4.5. Định thời tiền tố tại eNodeB cho những người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau

Tiền tố dựa trên các chuỗi Zadoff-Chu và là các chuồi dịch vòng. Các chuỗi Zadoff-Chu cũng được sử dụng để tạo ra các tín hiệu tham


khảo đường lên như đã trình bày tại chương 13. Từ từng chuỗi Zadoff-Chu Xỵ!(k), có thể nhận được m-1 các chuỗi dịch vòng bằng

cách dịch vòng \_M7C lm\ trong đó M z c là độ dài của chuỗi

Zadoff-Chu gốc và L x J là sô nguyên lớn nhát nhỏ hơn hoặc băng X.

Các chuỗi zc dịch vòng có một sử tính chất hấp dẫn. Biên độ chuỗi không đửi, vì thế đảm bảo sử dụng hiệu quả bộ khuếch đại công suất và duy trì các thuộc tính PAPR thấp của đường lên đơn sóng mang. Các chuỗi này cũng có tự tương quan dịch vòng lý tưởng cho phép ước tính định thời chính xác tại eNodeB. Cuối cùng tương quan chéo giữa các tiền tố khác nhau được xây dựng dựa trên dịch vòng của cùng một chuỗi zc bằng không khi dịch vòng thời gian |_N/mJ được sử dụng khi tạo ra các tiền tố tại máy thu không lớn hơn thời gian truyền vòng cực đại cộng với trải trễ cực đại kênh. Nhờ tính chất tương quan chéo lý tưởng này, nên không xảy ra nhiễu nội ô do nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên sử dụng các tiền tố được rút ra từ cùng một chuỗi Zadoff-Chu gốc.

Việc tạo ra tiền tố truy nhập ngẫu nhiên được minh họa trên hình 14.6. Mặc dù hình vẽ minh họa quá trình này trong miền thời gian, nhưng cũng có thể thực hiện tạo tiền tử truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số. Ngoài ra để xử lý miền tần số tại trạm gốc (sẽ xét dưới đây), CP được chèn vào trong quá trình tạo tiền tố.

Chuỗi Zadoff-Chu gốc M điểm

Dịch vòng Chèn CP ( ^ ^ C h u ỗ i Zadoff-Chu M điềm 0,1 ms 0,8ms

B i 0.1 ms

Hình ỉ 4.6. Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên

Các chuỗi tiền tố được chia thành các nhóm 64 chuỗi. Sau khi lập cấu hình hệ thống, mỗi ô được ấn định một nhóm nói trên bằng cách định nghĩa một hay nhiều chuỗi Zadoff-Chu gốc và các dịch vòng cân


thiết để tạo ra tập các tiền tố. Để đơn giản việc quy hoạch chuỗi giữa các ô, số nhóm phải đủ lớn.

Khi thực hiện truy nhập ngẫu nhiên, đầu cuối chọn ngẫu nhiên một chuỗi từ tập chuỗi đườc ấn định cho ô mà nó đang tìm cách truy nhập. Nếu không có đầu cuối nào cũng tìm cách truy nhập tại cùng một thời điểm bằng cùng một chuỗi, thì không có va chạm và ý đồ truy nhập này sẽ đườc mạng phát hiện với xác suất cao.

Xử lý trạm gốc là một thực hiện đặc thù, nhưng nhờ gắn CP vào tiền tố, nên xử lý miền tần số sẽ ít phức tạp hơn. Ví dụ về xử lý này đườc cho trên hình 14.7, các mẫu trên một cửa sổ đườc thu thập và đườc chuyển đổi vào thể hiện miền tần số bằng FFT. Cửa sổ dài 0,8ms bằng độ dài chuỗi zc không có CP. Điều này cho phép xử lý sự không rõ ràng đến 0,lms và thích ứng với thời gian bảo vệ đườc định nghĩa.

ti-*-

i+1 i+2

Thể hiện miền tần sô của chuỗi Zadoff-Chu

Đoạn í

Chuỗi i đườc phát hiện, ước tính trễ T

Hình 14.7. Phát hiện tiền tố truy nhập trong miền tần số

Đầu ra của FFT thể hiện tín hiệu trong miền tần số đườc nhân với thể hiện miền tần số liên hiệp phức của chuỗi Zadoff-Chu gốc và kết quả nhận đườc đườc đưa đến IFFT. Bằng cách quan trắc đầu ra, có thể phát hiện đườc dịch vòng nào của chuồi Zadoff-Chu gốc đã đườc phát và trễ của nó. Đỉnh của đầu IFFT ra trong đoạn i tương ứng với chuồi dịch vòng t h ứ i và trễ X đườc xác định theo vị trí đinh trong đoạn này. Thực hiện miền tần số cho phép tính toán đơn giản hơn và cho phép phát hiện nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên sử dụng các chuỗi dịch vòng khác nhau từ cùng một chuỗi Zadoff-Chu; trong trường hờp nhiều ý đồ chỉ cần tìm đườc đinh của từng đoạn tương ứng.


14.2.2. Bước 2: Trả lời truy nhập ngẫu nhiên Để trả lời truy nhập ngẫu nhiên (bước hai của thủ tục truy nhập

ngẫu nhiên), mạng sẽ phát một bản tin trên DL-SCH chứa:

- Chỉ số tiền tổ truy nhập ngẫu nhiên mà mạng phát hiện và đối với tiền tổ này trả lời là hợp lệ.

- Hiệu chỉnh thời gian được tính toán bửi máy thu tiền tố truy nhập ngẫu nhiên.

- Cho phép lập biểu chỉ thị các tài nguyên mà đầu cuối sẽ sử dụng cho truyền dẫn bản tin trong bước ba.

- Một nhận dạng tạm thời sử dụng cho thông tin tiếp theo giữa đầu cuối và mạng.

Trong trường hợp mạng phát hiện nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên (từ các đầu cuối khác nhau), nhiều bàn tin trà lời cho các đầu cuối di động có thể được kết hợp trong một truyền dẫn duy nhất. Vì thế, bản tin trả lời được lập biểu trên DL-SCH và được chi thị trên kênh điều khiển L1/L2 bằng một nhận dạng dành riêng cho trả lời truy nhập ngẫu nhiên. Tất cả các đầu cuối đã truyền tiền tố sẽ giám sát các kênh điều khiển L1/L2 để nhận trả lời truy nhập ngẫu nhiên. Định thời của bản tin trả lời không được quy định trong đặc tả để có thể trà lời nhiều truy nhập đồng thời. Điều này cũng đảm bảo mức độ linh hoạt nhất định trong thực hiện trạm gốc.

Nếu các đầu cuối di động thực hiện truy nhập ngẫu nhiên trong cùng một tài nguyên sử dụng các tiền tố khác nhau thì sẽ không xảy ra va chạm và từ báo hiệu đường xuống các đầu cuối sẽ nhận biêt được rõ ràng thòng tin nào dành cho nó. Tuy nhiên sẽ có một xác suât va chạm nhất định trong đó nhiều đầu cuối sử dụng cùng một tiền tố tại cùng một thời điểm. Trong trường hợp này nhiều đầu cuối sẽ phản ứng lên cùng một trả lời đường xuống và va chạm xảy ra. Phân giải các va chạm là bộ phận của bước tiếp theo (sẽ xét dưới đây). Va chạm


là lý do vì sao HARQ không được sù dụng để truyền dẫn trả lời truy nhập ngẫu nhiên. Đầu cuối nhận được trả lời truy nhập ngẫu nhiên dành cho đầu cuối khác sẽ không có định thời đường lên đúng. Nếu HARQ được sử dụng, định thời ACK/NAK cho đầu cuối này sẽ không đúng và có thể gây nhiễu cho báo hiệu điều khiển đường lên từ những người sử dụng khác.

Khi nhận được trả lời truy nhập ngẫu nhiên trong bước thồ hai đầu cuối sẽ điều chỉnh định thời phát đường lên và tiếp tục bước ba.

14.2.3. Bước 3: Nhận dạng đầu cuối

Sau bước hai, đường lên của đầu cuối đã được đồng bộ. Tuy nhiên trước khi có thể truyền số liệu người sử dụng đến/từ đầu cuối di động, cần ấn định cho đầu cuối di động một số nhận dạng duy nhất trong ô (C-RNTI). Phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối, có thể cần thêm các trao đổi bản tin.

Trong bước ba, đầu cuối phát các bản tin cần thiết đến mạng bàng cách sử dụng các tài nguyên được ấn định trong trả lời truy nhập ngẫu nhiên của bước hai. Các bản tin đường lên này được phát giống như số liệu đường lên được lập biểu mà không cần phải gắn vào tiền tố như trong bước một. Cách làm này đem lại một số lợi ích sau. Thồ nhất, khối lượng thông tin được phát khi không có đồng bộ đường lên bị giảm thiểu do phải cần một khoảng thời gian bảo vệ lớn và điều này làm tăng chi phí cho truyền dẫn. Thồ hai, sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường lên 'bình thường' cho phép điều chỉnh kích thước cho phép và sơ đồ điều chế theo các điều kiện vô tuyến khác nhau. Cuối cùng, cho phép sử dụng HARQ với kết họp mềm cho bản tin đường lên. Lợi ích cuối cùng là một nét quan trọng nhất là đối với các kịch bản giới hạn vùng phủ, vì nó cho phép sử dụng nhiên lần phát lại để thu thập đủ năng lượng cho báo hiệu đường lên để đảm bảo xác suất truyền dẫn thành công đủ cao. Lưu ý ràng các phát lại RLC không được sử dụng cho báo hiệu RRC đường lên trong bước 3.


Một bộ phận quan trọng của bản tin đường lên là bộ phận chứa nhận dạng đầu cuối vì nhận dạng này được sử dụng như là một phần của cơ chế phân giải xung đột trong bước bốn. Trường hợp đầu cuối nằm trong trạng thái LTE_ACTIVE, nghĩa là nó được nối đến một ô biết trước và vì thế C-RNTI đã được ấn đồnh, C-RNTI này được sử dụng làm nhận dạng trong bản tin đường lên. Trái lại, một nhận dạng đầu cuối cùa mạng lõi được sử dụng và mạng truy nhập vô tuyến cần yêu cầu sự tham gia của mạng lõi trước khi trả lời bản tin đường lên trong bước 3.

14.2.4. Bước 4: Phân giải va chạm

Bước cuối cùng trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên gồm một bàn tin cho phân giải xung đột. Lưu ý rằng từ bước thứ hai, nhiều đầu cuối thực hiện truy nhập vô tuyến đồng thời sử dụng cùng một chuỗi tiền tố trong bước thứ nhất để nghe cùng một bản tin trả lời trong bước thứ hai và do đó có cùng một nhận dạng tạm thời. Vì thế, trong bước bốn, mỗi đầu cuối di động nhận được bản tin đường xuống sẽ so sánh số nhận dạng trong bản tin này với số nhận dạng bản tin được phát trong bước ba. Chì một đầu cuối quan trắc được sự phù hợp giữa nhận dạng nhận được trong bản tin thứ tư với nhận dạng được phát trong bước ba với thông báo rằng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên thành công. Nếu đâu cuối chưa được ấn đồnh C-RNTI, số nhận dạng tạm thời trong bước hai được chuyển thành C-RNTI, trái lại đầu cuối giữ nguyên C-RNTI đã được ấn đồnh.

Bản tin phân giải va chạm được phát trên DL-SCH sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước hai để trao đổi thông tin với đầu cuối trên kênh điều khiển L1/L2. Vì đồng bộ đường lên đã được thiết lập, HARQ được áp dụng cho đường xuống trong bước này. Đầu cuối có sự phù hợp giữa nhận dạng được phát trong bước ba và nhận dạng trong bản tin nhận được trong bước bốn sẽ phát công nhận HARQ đường lên.


Đầu cuối không tìm được sự phù hợp giữa nhận dạng nhận được trong bước bốn và nhận dạng được phát trong bước ba sẽ được coi là bị thất bại trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên và cần phải khởi động lại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên tọ bước thứ nhất. Tất nhiên không có phản hồi HARQ tọ các đầu cuối này.

14.3. TÌM GỌI Tìm gọi được sử dụng để thiết lập một kết nối được khởi đầu bời

mạng. Một thủ tục tìm gọi hiệu quả phải cho phép đầu cuối ngủ để máy thu không phải thực hiện xử lý trong hầu hết thời gian và chỉ thức giấc trong các khoảng thời gian ngắn quy định trước để giám sát thông tin tìm gọi tọ mạng.

Trong WCDMA, một kênh chỉ thị tìm gọi riêng được sử dụng để chỉ thị cho đầu cuối rằng thông tin tìm gọi sẽ được phát và đầu cuối phải giám sát kênh này tại các thời điểm quy định trước. Vì chỉ thị tìm gọi rất ngắn so với thời gian truyền thông tin tìm gọi, nên cách làm này giảm thiểu thời gian mà đầu cuối phải thức giấc.

Trong LTE, không sử dụng kênh chỉ thị tìm gọi riêng vì tiết kiệm công suất theo cách này không đáng kể do thời gian của báo hiệu điều khiển L1/L2 ngắn, nhiều nhất là ba ký hiệu như đã trình bày trong chương 13. Thay vào đó cơ chế giống như truyền dẫn sổ liệu đường xuống 'bình thường' trên kênh DL-SCH được sử dụng và đầu cuối di động giám sát báo hiệu điều khiển đường xuống cho các ấn định lập biểu đường xuống. Các chu kỳ DRX được định nghĩa, vì thế đầu cuối có thể ngủ hầu hết thời gian và chi tỉnh giấc trong khoảng thời gian ngắn để giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2. Nếu đầu cuối di động phát hiện nhận dạng nhóm được sử dụng để tìm gọi khi nó thức giấc, nó sẽ xử lý bản tin tương ứng được phát trên đường xuống này. Bản tin tìm gọi bao gồm nhận dạng đầu cuối (các đầu cuối) đang được tìm

540 Giáo lành Lộ trình phát triên thông tin di động 3G lên 4G

gọi và đầu cuối không tìm thấy nhận dạng của mình sẽ xoa thông tin nhận được và ngủ theo chu kỳ DRX. Rõ ràng ràng, vì định thời đường lên không được biết trong các chu kỳ DRX, nên không thể thực hiện báo hiệu ACK/NAK và vì thế không thể sử dụng HARQ vởi kết họp mềm cho các bản tin tìm gọi. Do đó, để trả lời tìm gọi đầu cuối phải thực hiện thủ tục truy nhập ngẫu nhiên như đã xét ở trên.

Chu kỳ DRX cho tìm gọi được minh họa trên hình 14.8.

Có thể tim gọi đầu cuối

Ị *ĩ ĩ MáỹthŨuẾat C_EZ Máỳ~ìhuuÈfêK T Ị " Khung con

Chu kỳ DRX < • Hình 14.8. Thu không liên tục (DRX) đổi với tìm gọi

14.4. TÒNG KẾT Chương này đã xét các thủ tục cần thiết cho một đầu cuối di động

để nó có thể truy nhập mạng LTE. Hai thủ tục được xét trong chương này là: Tìm ô và truy nhập ngẫu nhiên.

Tìm ô là thủ tục mà một đầu cuối di động tìm một ô tiềm năng để kết nối. Kết quả của thủ tục nảy lã đầu cuối nhận được số nhận dạng và ưởc tím định thời khung của ô được nhận dạng. Ngoài ra thù tục tìm ô cũng cung cấp các ưởc tính các thông số cần thiết để thu thông tin hệ thống trên kênh quảng bá, qua kênh này đầu cuối nhận được các thông số cần thiết để truy nhập hệ thống.

Truy nhập ngẫu nhiên cho phép đầu cuối gửi yêu cầu thiết lập két nổi đến mạng. Kết quả của truy nhập này là thiết lập đồng bộ đường lên và thiết lập một nhận dạng đầu cuối duy nhất (C-RNTI), trong đó mạng và đầu cuối đều biết nhận dạng này. Vì thế truy nhập ngẫu nhiên


không chỉ được sử dụng cho truy nhập lần đầu, khi chuyển từ LTE DETACHED hay LTE-IDLE vào LTE ACTIVE (xem chương 13 cho các trường hợp này) mà còn cả sau các chu kỳ không tích cực khi đồng bộ đường lên bị mất trong LTE ACTIVE.

14.5. CÂU HỎI 1. Trình bày ý nghĩa cốa tìm ô.

ĩ. Trình bày vai trò tín hiệu đồng bộ sơ cấp và tín hiệu đồng bộ thứ cấp trên đường xuống và tổ chức cốa các tín hiệu này đối với thố tục tìm ô.

3. Trình bày thố tục tìm ô.

4. Trình bày thố tục truy nhập ngẫu nhiêu.

5. Trình bày thố tục tìm gọi.

Chương 15

PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC HỆ THONG, SAE

Chương này sẽ xét tổng quan công việc phát triển kiến trúc hệ thống (SAE: System Architecture Evolution) trong 3GPP. Ngoài ra để hiểu được xuất xứ của SAE, mạng lõi của WCDMA/HSPA cũng được trình bày. Như vậy chương này sẽ trình bày kiến trúc hệ thống của WCDMA/HSPA, LTE, kết nối giữa chúng, các điểm giống nhau và các khác biệt giữa chúng. Thuật ngữ kiến trúc hệ thống để m ô tả việc ấn định các chức năng cần thiết cho các nút logic, và các giao diện cần thiết giữa các nút này. Trong hệ thống thông tin di động như WCDMA/HSPA và LTE/SAE, hầu hết các chức năng cần thiết cho giao diện vô tuyến đã được trình bày trong các chương trước. Các chức năng này thưửng dược gọi là các chức năng mạng truy nhập vô tuyến. Tuy nhiên một mạng di động còn cần một số các chức năng bổ sung để cung cấp các dịch vụ: Nhà khai thác cần chức năng tính cước để tính cước cho ngưửi sử dụng; nhận thực cũng cần để đảm bảo ràng ngưửi sử dụng là hợp lệ; thiết lập dịch vụ cần để đảm bảo ràng đã có một kết nối đầu cuối đầu cuối. Các chức năng này không liên quan trực tiếp đến công nghệ truy nhập vô tuyến, nhưng chúng cần thiết đối với mọi công nghệ truy nhập vô tuyến (và các chức năng này thực tế cũng cần cho các truy nhập cố định). Các chức năng này thưửng được gọi là các chức năng mạng lõi. Do có nhiều kiểu chức năng khác nhau như vậy trong một hệ thống thông tin di động tổ ong, nên kiến trúc hệ thống được chia thành phần mạng truy nhập vô tuyến và phần mạng lõi (hình 15.1)


Hình 15.1. Mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi

Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm: - Đánh giá hiệu năng - Đánh giá hiệu nâng của phát triển 3G và LTE dựa trên mô

phỏng tĩnh. - Đánh giá LTE trong 3GPP dựa trên mô phỏng động - Quỹ đường truyền HSPA - Quỹ đường truyền LTE Mục đích chương giúp cho cho bạn đọc hiểu tổng quan về công

việc phát triển kiến trúc hệ thống (SAE: System Architecture Evolution) trong 3GPP.

Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỹ nội dung được trình bày trong chương, tham khẠo thêm các giáo trình [14], [15] và trẠ lời các câu hỏi cuối chương.

15.1. PHÂN CHIA CHỨC NĂNG GIỮA MẠNG TRUY NHẬP V Ô TUYÊN VÀ MẠNG LÕI

Trong quá trình đặc tẠ chuẩn WCDMA/HSPA và LTE/SAE, nhiệm vụ đầu tiên cho cẠ hai trường hợp là phân chia các chức năng

Chương 15: Phát triển kiến trúc hệ thống, SAE 545

cho mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Radio Access Network) và mạng lõi (Core Netvvork). Thoạt nhìn có vẻ như đây là một nhiệm vụ đơn giàn, nhưng trong thực tế nó khá phức tạp. Phần lớn các chức năng này có thể dễ dàng đặt trong RAN hoặc mạng lõi, nhưng một số chức năng đòi hỏi cân nhắc thận trợng.

15.1.1. Phân chia chức năng giữa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi của WCDMA/HSPA

Đối với WCDMA/HSPA, triết lý đàng sau việc phân chia này là giữ cho mạng lõi không biết được công nghệ vô tuyến và cấu trúc của nó. Có nghĩa là RAN phải điều khiển tất cả các chức năng tối ưu hóa giao diện vô tuyến và các ô được dấu kín đối với mạng lõi. Vì thê mạng lõi có thể sử dụng được cho mợi công nghệ truy nhập vô tuyến và tiếp nhận cùng một phân chia chức năng.

Để hiểu được nguồn gốc của triết lý đằng sau việc phân chia chức năng của WCDMA/HSPA, ta cần ngược trở lại xét kiến trúc hệ thông GSM được thiết kế vào những năm 1980. Một trong các vấn đề của kiến trúc GSM là mạng lõi hoàn toàn nhận biết các ô trong hệ thông. Vì thế mỗi khi bổ sung thêm một ô, các nút mạng lõi cũng phải được cập nhật. Đ ố i với WCDMA/HSPA, mạng lõi không biết các ô. Tuy nhiên mạng lõi biết các vùng phục vụ và RA (Routing Area: vùng định tuyến) chuyển đổi các vùng phục vụ này vào các ô. Vì thê khi bô sung thêm một ô mới vào một vùng dịch vụ, mạng lõi không cân cập nhật.

Một điểm khác nhau chính so với GSM là vị trí của các giao thức phát lại và các bộ đệm số liệu trong mạng lõi đối với GSM. Vì các giao thức phát lại được tối ưu hóa cho giao diện vô tuyến GSM, nên các giao thức này là đặc thù giao diện vô tuyến và vì thế không phù hợp cho giao diện vô tuyến WCDMA/HSPA. Đây được coi là điểm yêu của mạng lõi và vì thế tất cả các bộ đệm và các giao thức phát lại trong WCDMA đều được chuyển dời vào RAN. Như vậy chừng nào mạng truy nhập vô tuyển còn sử dụng cùng một giao diện với mạng lõi,


giao diện ỉu, mạng lõi có thể kết nổi được với các mạng truy nhập vô tuyến sử dụng các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau.

Hơn nữa còn có các phân chia chức năng WCDMA/HSPA mà ta không thể chỉ giải thích bằng triết lý mạng lõi độc lập với các công nghệ vô tuyến. Các chức năng an ninh là một ví dụ rõ nhất. Một lịn nữa ta lại trở lại với GSM, GSM có các chức năng an ninh đặt tại các vị trí khác nhau đối với các kết nối chuyển mạch kênh và các kết nối chuyển mạch gói (GPRS chẳng hạn). Đối với các kết nối chuyển mạch kênh các chức năng an ninh được ịặt trong GSM RAN, trong khi đó đối với các kết nối chuyển mạch gói, các chức năng an ninh được đặt trong mạng lõi GSM (trong SGSN). Đ ố i với WCDMA/HSPA điều này bị coi là quá phức tạp và cịn có một vị trí an ninh chung. Vị trí này được quyết định đặt trong RAN, vì cịn đảm bảo an ninh cho báo hiệu và điều khiển quản lý tài nguyên vô tuyến.

Như vậy các chức năng RAN của WCDMA/HSPA là:

- M ã hóa, đan xen, điều chế và các chức năng lớp vật lý điển hình khác

- ARQ, nén tiêu đề và các chức năng lớp liên kết điển hình khác

- Quản lý tài nguyên vô tuyến, chuyển giao và các chức năng điều khiển tài nguyên vô tuyến điển hình khác

- Các chức năng an ninh (mật mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn)

Các chức năng cịn thiết cho mọi hệ thống di động nhưng không đặc thù cho mạng truy nhập vô tuyến và không tăng cường hiệu năng được đặt trong mạng lõi. Các chức năng này là:

- Tính cước

- Quản lý thuê bao

- Quản lý di động (theo dõi di chuyển của những người sử dụng trong mạng nhà và trong các mạng khác)


- Quản lý kênh mang và xử lý chất lượng dịch vụ

- Điều khiển chính sách cho các luồng số liệu của người sử dụng - Kết nối với các mạng ngoài

15.1.2. Phân chia chức năng giữa LTE RAN và mạng lõi Phân chia chức năng giữa LTE RAN (còn gậi là E-RAN) và

mạng lõi cũng giống nhu phân chia chức năng cùa WCDMA\HSPA. Tuy nhiên triết lý thiết kế then chốt cùa LTE RAN là giảm thiểu số lượng các nút và tìm ra một giải pháp trong đó RAN chì có một kiểu nút. Ngoài ra, triết lý đằng sau mạng lõi LTE là làm cho nó càng độc lập với các công nghệ truy nhập vô tuyến càng tốt.

Vì thế hầu hết các chức năng RAN cùa WCDMA/HSPA vẫn giữ nguyên trong LTE RAN. Như vậy các chức năng LTE RAN là :

Mã hóa, đan xeo, điều chế và các chức năng lớp vật lý điển hình khác

ARQ, nén tiêu đề và các chức năng lớp liên kết điển hình khác

Các chức năng an ninh (mật mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn)

Các chức năng quản lý tài nguyên, chuyển giao và các chức năng điều khiển tài nguyên vô tuyến điển hình khác.

Các chức năng mạng lõi LTE là:

- Tính cước

- Quản lý thuê bao - Quản lý di động (theo dõi chuyển động của những người sử

dụng trong mạng nhà và các mạng khác)

- Quản lý kênh mang và xử lý chất lượng dịch vụ

- Điều khiển chính sách cho các luồng số liệu của những người sử dụng

- Kết nối với mạng ngoài


15.2. MẠNG TRUY NHẬP VỒ TUYÊN HSPAAVCDMA VÀ LTE Ngoài việc phân chia các chức năng giữa RAN và mạng lõi, cần

phải đặc tả kiến trúc bên trong của RAN. Trong khi RAN của một công nghệ vô tuyến bất kỳ đòi hỏi ít nhất một nút nối đến anten cùa một ô, thì các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau có các giải pháp khác nhau v i số kiểu nút và các giao diện cần có.

Kiến trúc RAN của HSPA/WCDMA và LTE khác nhau. về căn bản, lý do khác nhau này không chi vì sự khác nhau trong triết lý thiết kế phân chia RAN/mạng lõi mà cả sự khác nhau về công nghệ truy nhập vô tuyến và các chức năng đưọc tiếp nhận của chúng. Các chương sau sẽ mô tả HSPA/WCDMA RAN và LTE RAN với nhấn mạnh các khác biệt cũrtg như các sự giống nhau của chúng và cung cấp các chi tiết bổ sung so với các chương trước.

15.2.1. Mạng truy nhập vô tuyến của HSPAAVCDMA về bản chất nhân tố quan trọng cho kiến trúc HSPA/WCDMA là

chức năng phân tập vĩ mô đưọc sử dụng cho các kênh truyền tải DCH.

Phân tập vĩ mô đòi hỏi một điểm neo trong RAN để phân chia và kết họp các luồng số liệu đến và đi từ các ô mà đầu cuối hiện đang sử dụng. Các ô này đưọc gọi là tập tích cực của đầu cuối.

Trong khi hoàn toàn có thể có đưọc neo này trong nút kết nối đèn anten của một ô và để các luồng số liệu của các ô khác đi qua nút này, thì điều này lại không có lọi xét từ quan điểm mạng truyền tải. Hâu hết các mạng truy nhập vô tuyến có các giới hạn về mạng truyền tải, chủ yếu ở chặng cuối cùng, nghĩa là chặng cuối cùng nổi đến trạm đặt anten. Ngoài ra các trạm đặt anten này thường là các lá trong các cành cây và vì thể neo trong một lá thường có nghĩa là phải truyền qua chặng cuối nhiều lần như minh họa trên hình 15.2. Vì thế diêm neo đưọc đặc tả là một điểm tách riêng so với nút nối đến anten.


Phân tập vĩ m ô trong một nút lá

Hình ỉ5.2. Cấu hình truyền tải ảnh hưởng đến việc ấn định chức năng

Vì việc đặt kết hợp phân tập vĩ mô ở phía trên nút nối đến anten, nên lớp liên kết cần kết cuối tại cùng một nút như phân tập vĩ mô hay tại một nút cao hơn trong phân cấp của RAN. Việc kết cuối lớp liên kết tại một nút khác với nút kết họp phân tập vĩ mô là để tiết kiệm tài nguyên truyền tải. Tuy nhiên việc tách riêng chúng dẫn đến tâng độ phực tạp, nên người ta đã quyết định đặt kết cuối lớp liên kết và kết hợp phân tập vĩ mô trong cùng một nút. Cũng vì lý do như vậy, báo hiệu mặt phang điều khiển của RAN được đặt trong nút thực hiện phân tập vĩ mô. Nút này được gọi là Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Netvvork Controller), vì nó chù yếu điều khiển RAN.

Mặc dù phân tập vĩ mô không được sử dụng cho đường xuống của HSPA nhưng nó được sử dụng cho đường lên của HSPA. Thực tế này cùng với nguyên tắc trong đó kiến trúc này cũng phải hỗ trợ WCDMA R3 với thay đổi ít nhất nên RNC cũng có mặt trong kiến trúc WCDMA/HSPA.

Hình 15.3 cho thấy tổng quan mạng truy nhập vô tuyến WCDMA/HSPA. Từ hình này ta có thể thấy RAN bao gồm hai nút chực năng cơ bản: RNC và nút nối đến anten của các ô, nút B.

550 Giáo trình Lộ trình phát triển thông tín di động 3G lên 4G

Hĩnh ỉ5.3. Mạng truy nhập vô tuyến

WCDMA/HSPA: Các nút và các giao diện

RNC là nút nối RAN đến mạng lõi qua giao diện Iu. Nguyên tắc của giao diện Iu là phải có thể sử dụng nó cho các RAN khác nhau chứ không chỉ cho WCDMA/HSPA RAN.

Mỗi RNC trong mạng có thể nối đến mọi RNC khác trong cùng mạng thông qua giao diện Iur. Vì thể giao diện Iur là một giao diện rộng của mạng để cho phép sử dụng RNC như một điểm neo cho đầu cuối và che dấu sữ di động của đầu cuối đối với mạng lõi. Ngoài ra giao diện Iur cần thiết để thữc hiện phân tập vĩ mô giữa các ô trữc thuộc các RNC khác nhau.

Như thấy từ hình 15.3, một RNC nối đến một hay nhiều nút B sử dụng giao diện Iub. Tuy nhiên không như RNC có thể nối đến RNC khác, một nút B chi có thể nối đến một RNC. Vì thế chỉ một RNC điều khiển nút B. Nghĩa là RNC quản lý các tài nguyên của nút B này.


Trong trường hợp kết nổi phân tập vĩ m ô qua hai RNC, hai RNC này thỏa thuận với nhau về việc sử dụng các tài nguyên vô tuyến.

Nút B là một nút logic xử lý phát và thu một tập ô. về logic, các

anten cùa các ô thuộc nút B này, tuy nhiên chúng không nhất thiết phải được đặt trên cùng một trạm anten. Chẳng hạn, trong môi trường trong nhà, nhiều ô nhỏ có thể được xử lý bời cùng một nút B đặt ố tầng hầm với các anten đặt trong các hành lang khác nhau trên các tầng khác nhau. Chính khả năng phục vụ các ô không phát từ cùng một trạm anten làm cho nút B khác với BTS (trạm thu phát gốc), BS (trạm gốc hay RBS (trạm gốc vô tuyến) và đây chính là lý do nảy sinh ra tên mới: nút B.

Nút B số hữu phần cứng của mình nhưng không số hữu các tài nguyên vô tuyến của các ô thuộc nó. Vì thế nút B cỏ thể từ chối một kết nổi do hạn chế phần cứng chứ không do thiếu tài nguyên vô tuyến. Bằng phần cứng của mình, nút B thực hiện các chức năng lớp vật lý ngoại trừ phân tập vĩ mô. Đ ổ i với HSPA, nút B cùng thực hiện lập biểu và các giao thức HARQ trong các giao thức MAC-hs và MAC-e như đã xét trong các chương trước.

15.2.1.1. RNC phục vụ và RNC trôi Khi đặc tả các chức năng của RAN, tính chất của giao diện vô

tuyến dẫn đến sự cần thiết phải có một nút tập trung để xử lý kết hợp phân tập vĩ m ô và phân chia phân tập vĩ mô cũng như điều khiển các tài nguyên vô tuyển trong nhiều ô. Trong khi nút B điều khiển một tập ô, thì RNC điều khiển nhiều nút B và vì thế một vùng rộng hơn. Ngoài ra giao diện Iur cũng cho phép cách tiếp cận kết hợp trong toàn bộ vùng phủ của mạng.

Chỉ một RNC, RNC điểu khiển (CRNC), là chủ của nút B. RNC điều khiển thiết lập các tần số mà nút B sẽ sử dụng trong các ô của minh; nó ấn định công suất và lập biểu cho các kênh chung các ô của

552 Giáo t: inh Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

nút B. Nó cũng lập cấu hình như: Các mã nào sẽ được sử dụng cho HS-SCH và công suất cực đại được sử dụng. Ngoài ra RNC điều khiển là RNC quyết định việc một người sử dụng có được phép sử dụng các tài nguyên vô tuyến trong một ô trực thuộc một trong số các nút B của nó hay không và tài nguyên vô tuyến được sử dụng sẽ là tài nguyên nào. Đây là các nhiệm vụ không liên quan trực tiếp đến bất kỳ người sử dụng nào, nhung liên quan đến các cấu hình của các ô.

Khi một người sử dụng thực hiện truy nhập đến WCDMA/HSPA RAN, người này truy nhập đến một ỏ dưải quyền điều khiển của một nút B. Đến lượt mình, nút B này lại chịu sự điều khiển của một RNC, RNC điều khiển của nút B và ô này. RNC điều khiển này sẽ là RNC kết cuối các mặt phang người sử dụng và mặt phang điều khiển liên quan đến RNC. RNC này sẽ trở thành RNC phục vụ (SRNC) cho người sử dụng. RNC phục vụ là RNC đánh giá các báo cáo kết quả đo từ đầu cuối và dựa trên các báo cáo kết quả đo này đưa ra quyết định ô (các ô) nào sẽ là một bộ phận cùa tập tích cực của đầu cuối. Ngoài ra RNC phục vụ thiết lập các mục tiêu chất lượng của đầu cuối và nó cũng là RNC nối người sử dụng đến mạng lõi. Ngoài ra chính RNC phục vụ sẽ lập cấu hình cho đầu cuối vải các cấu hình kênh mang khác nhau để đảm bảo các dịch vụ khác nhau theo yêu cầu cùa người sử dụng.

Trong thời gian kết nổi, đầu cuối có thể di chuyển và tại một sô điểm nó có thể cần kết nối đến một ô khác thuộc một RNC khác. Trong trường hợp này, RNC phục vụ đầu cuối cần tiếp xúc vải RNC sở hữu ô mà nó có ý định sử dụng và yêu cầu được phép bổ sung ô mải này vào tập tích cực. Nếu RNC điều khiển sở hữu ô đích đồng ý, RNC phục vụ sẽ thông báo đầu cuối rằng nó có thể bổ sung ô này vào tập tích cực. Khi này RNC điều khiển sở hữu ô đích sẽ trở thành RNC trôi (DRNC). Cần lưu ý rằng phục vụ và trôi là hai vai trò khác nhau, mà một RNC có thể thực hiện khi kết nối đến một đầu cuối. Các vai

Chương 15: Phát triển kiến (rúc hệ thống, SAE 553

trò phục vụ và trôi được minh họa trên hình 15.4. Khi một đầu cuối có một kết nổi khá lâu, có thể xảy ra rằng RNC phục vụ không điều khiển bất kỳ ô nào mà đầu cuối hiện dang sử dụng. Trong trường hợp này có thể xảy ra thay đổi ô phục vụ. Điều này được thực hiện bại thủ tục ấn định lại SRNS. RNC1 là RNC phục vụ cho đầu cuối ngoài cùng bên ưái và đầu cuối ạ giữa. RNC2 là RNC điều khiển cho các nút B và các ô nối đến nó qua các giao diện Iub, RNC2 là RNC phục vụ cho đầu cuối ngoài cùng bên phải và đồng thời cũng là RNC trôi cho đầu cuối ạ giữa.

Hình 15.4. Các vai trò của RNC. RNC1 là RNC điểu khiến

cùa các nút B và các ó nối đến nó qua các giao diện Iub

Đối với dịch vụ MBMS, RNC đóng vai trò đặc biệt. Chính RNC quyết định việc sử dụng các kênh quảng bá trong ô hay các kênh đơn


phương. Khi sử dụng các kênh đơn phương, khai thác được tiến hành cho lưu lượng đơn phương thông thường, còn khi sử dụng kênh quảng bá, RNC có tùy chọn này để đảm bảo cùng một số liệu được phát trong các ô lân cận trực thuộc cùng một RNC. Bang cách này đầu cuối có thể thực hiện kết hợp phân tập vĩ mô các luồng đến từ các ô khác nhau và thông lượng hệ thống có thể được tăng.

Việc sử dụng truyền đơn phương hay quảng bá cho MBMS trong một ô thường dựa trên số lượng các đầu cuối di động được cho ràng sẽ thu cùng một nội dung trong cùng một ô. Nếu chỉ có ít người sử dụng trong một ô, phương pháp đơn phương sẽ hiệu quả hơn, nhưng nếu số người sử dụng trong ô nhiều (hoấc trong các ô xung quanh ô này) thì sử dụng kênh quảng bá hiệu quả hơn.

15.2.1.2. Kiên trúc phát triên của HSPA

3GPP đang xem xét các bước chuyển kiến trúc RAN sang một kiến trúc bàng phang hơn. Đã có nhiều đề xuất. Một đề xuất đơn giản là chuyển hoàn toàn RNC vào nút B. về nguyên tắc đã có thể áp dụng điều này trong kiến trúc R3', nhưng gấp phải một số vẩn đề:

Sổ lượng các RNC được giới hạn đến 4096 trên một giao diện Iu. ] Ị \

Điêu này sẽ được mở rộng và không phải là vân đê lớn. Một vấn đề lớn hơn là vị trí của các chức năng an ninh tại trạm

nút B. Trạm nút B thường được coi là trạm đất xa không an ninh. Có các chức năng an ninh trong nút B có nghĩa là các khóa mật mã quan trọng và bí mật cần được truyền đến nút B. Do điều này được thực hiện ở chấng cuối cùng nên có thể dễ dàng bị xem trộm. Vì thế chấng cuối cùng này cũng phải được đảm bảo bởi một cơ chế an ninh chẳng hạn IPsec. Tuy nhiên điều này không đủ đảm bảo kết nổi an ninh vì bản thân thiết bị cũng cần được đảm bảo không bị can thiệp. Điều này làm cho giải pháp này trở nên phức tạp và tốn kém. Vì thế nếu nhà khai thác biết được ràng nút B được đất tại một trạm an ninh thì nhà


khai thác có thể triển khai mạng với các nút B và RNC đặt cùng một chỗ (hay với các sản phẩm cho phép thực hiện chúng trong cùng một thiết bị vật lý). Đ ố i với các trạm không đủ an ninh, nhà khai thác có thể sử dụng giải pháp thông thưứng với RNC đặt tại trạm có an ninh gần phía mạng hơn và nút B đặt tại trạm ít an ninh.

Vấn đề thứ ba với chức năng RNC đặt tại nút B là chức năng phân tập vĩ m ô cần thiết cho đưứng lên của HSPA để đạt được chất lượng và dung lượng tốt. Như đã xét trong mục 15.2.1, chức năng phân tập vĩ m ô thưứng tốt hơn là được đặt tại vị trì càng gần mạng hạ tầng càng tốt.

Trong mọi trưứng họp, yêu cầu quan trọng nhất đổi với kiến trúc RAN cho phát triển HSPA là có khả năng phục vụ lưu lượng hiện có và kết hợp với các nút hiện có (các RNC và các nút B). Vì thế kiến trúc R3 cũng là kiến trúc hợp lý cho phát triển HSPA. Ngoài ra, như đã đề cập ở trên, khả năng triển khai phang hơn cũng đã có trong kiến trúc này.

15.2.2. Mạng truy nhập vô tuyến LTE

Tại thứi điểm thông qua kiến trúc một nút cho LTE, chức năng phân tập vĩ m ô đã được bàn nhiều trong 3GPP. Mặc dù về mặt kỹ thuật, có thể đặt chức năng phân tập vĩ m ô trong nút LTE tương ứng với nút B của WCDMA/HSPA, eNodeB, và sử dụng một nút này làm neo, nhưng nhu cầu đối với phân tập vĩ m ô cho LTE đã được bàn cãi. Rất nhanh chóng ngưứi ta đã quyết định rằng phân tập vĩ m ô đưứng xuống không cần thiết cho lưu lượng đom phương, nhưng vấn đề liên quan đến đưứng lên thì đã được tranh cãi khá nhiều. Cuối cùng cũng đi đến quyết định là phân tập vĩ m ô đưứng lên cũng không cho các lợi ích đáng kể đối với L T E nhưng lại tăng thêm độ phức tạp. Vì thế phân tập vĩ m ô giữa các eNodeB không được hồ trợ trong LTE.


Đổi với lun lượng quảng bá và đa phương, đã sớm đi đến quyết định là eNodeB cần có khả năng phát cùng một số liệu theo cách đồng bộ để hỗ trợ khai thác MBSFN. Đồng bộ này cần được đảm bảo trong vài micro giây.

Trước hết, rõ ràng ràng việc chuyển tất cả các chức năng RAN vào nút B vì không hỗ trợ phân tập vĩ mô. Tuy nhiên cũng cần xem xét cả tính di động của đầu cuối. về căn bản có hai vấn đề liên quan đến di động cần luti ý: Đảm bảo không mất số liệu khi thay đổi ô và giảm thiểu ảnh hưọng lên mạng lõi khi thay đổi ô. Đối với LTE, vấn đề thứ hai không được coi là vấn đề chính; việc thiết kế hợp lý mạng lõi sẽ giải quyết được vấn đề này. Tuy nhiên vấn đề thứ nhất đã là một vấn đề khó giải quyết. Trong thực tế mọi người đều đồng ý rằng việc có một neo tập trung với một lóp phát lại bên ngoài eNodeB sẽ thuận tiện hơn cho di động. Tuy nhiên 3GPP đã quyết định ràng thà tăng thêm độ phức tạp vì không cỏ neo còn hơn đòi hỏi một nút với chức năng RAN bên ngoài eNodeB.

Hình 15.5 cho thay tổng quan mạng truy nhập vô tuyến LTE với các nút và các giao diện. Khác với WCDMA/HSPA RAN, LTE RAN chi có một kiểu nút. Như vậy trong LTE không có nút tương đương với RNC. Lý do chủ yếu là không có hỗ trợ phân tập vĩ mô đường lên và đường xuống cho lưu lượng riêng của người sử dụng và triết lý thiết kế là giảm thiểu số lượng nút.

eNodeB chịu trách nhiệm cho một tập các ô. Tương tự như nút B trong kiến trúc WCDMA/HSPA, các ô của một eNođcB không cần sử dụng cùng một trạm anten. Vì eNodeB đã thừa hưọng hầu hết các chức năng của RNC, eNodeB phức tạp hơn nút B. eNodeB chịu trách nhiệm cho các quyết định RUM (quản lý tài nguyên vô tuyến) của một ô, các quyết định chuyển giao, lập biểu những người sử dụng trên cà đường lên lẫn đường xuống trong các ô của mình, ...


Hình Ị5.5. Mạng truy nhập LTE: các nút và các giao diện

eNodeB được nối đến mạng lõi qua giao diện s Ì. Giao diện s Ì giong như giao diện Iu. Ngoài ra còn có một giao diện nữa giống như giao diện Iur của WCDMA/HSPA, đó là giao diện XI. Giao diện X2 nối một eNodeB trong mạng với một eNodeB khác. Tuy nhiên vì cơ chế di động cho LTE hơi khác so với WCDMA/HSPA (không có điểm neo trong LTE RAN), giao diện X2 chỉ được sử dụng giữa các eNodeB có các ô lân cận.

Giao diện XI chù yếu được sử dụng đề hỗ trợ di động chế độ tích cực. Giao diện này cũng được sử dụng cho các chức năng quấn lý tài nguyên vô tuyến (RRM) nhiều ó. Giao diện mặt phang điều khiển X2 giống như đồng nhiệm của nó trong WCDMA/HSPA (giao diện Iur), nhưng không có chức năng hỗ trợ trôi cùa RNC. Giao diện này hỗ trợ chức năng ấn định lại eNodeB. Giao diện mặt phang người sử dụng X2 được sử dụng để hỗ trợ di động ít mất hơn (khi chuyển gói).

558 Giáo (rình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

15.2.2.1. Các vai trò và chức năng của eNodeB

eNodeB có cùng chức năng như nút B và ngoài ra nó có hầu hết các chức năng RNC của WCDMA/HSPA. Như vậy, eNodeB chịu trách nhiệm về các tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình, nó quyết định chuyển giao, thực hiện các quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống. Nó cũng thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa, giải mã, điều chế, giải điều chế, đan xen, giải đan xen,... Ngoài ra eNodeB có các cơ chế phát lại hai lớp; HARQ và ARQ ngoài như đã xét trong chương 12.

Vì cơ chế chuyển giao cùa LTE khác với WCDMA/HSPA, eNodeB chỉ có một vai trò là eNodeB phục vụ. eNodeB phục vụ là eNodeB đang phục vụ đầu cuối. Khái niệm điều khiển và trôi không tấn tại. Chuyển giao được thực hiện bằng cách ấn định lại eNodeB.

Đối với kiểu lưu lượng MBMS, LTE RAN quyết định việc sử dụng kênh đơn phương hay kênh quảng bá. Trong trường hợp các kênh quảng bá, vùng phủ sóng và dung lượng các kênh này tăng đáng kể nếu khai thác MBSFN được sử dụng. Để eNodeB có thể phát luấng số liệu đấng thời, thực thể điều phổi MBMS (MCE: MBMS Coordination Entity) đàm bảo đấng bộ các truyền dẫn của eNodeB và các luấng số. Đấng bộ được thực hiện bằng một đấng hấ toàn cầu, GPS chẳng hạn.

15.3. KIẾN TRÚC MẠNG LÕI Như đã xét trong các mục trước của chương này, hệ thống di

động cần một mạng lõi để thực hiện chức năng mạng lõi. Trong 3GPP đấng thời với bàn luận về kiến trúc bên trong của RAN, kiến trúc

mạng lõi cũng được bàn luận. Mạng lõi được sử dụng cho WCDMA/HSPA và LTE được xây dựng trên sự phát triển mạng lõi GSM/GPRS. Mạng lõi sử dụng cho WCDMA/HSPA rất gần với mạng lõi gốc cùa GSM/GPRS ngoại trừ sự khác nhau trong việc phân chia


chức năng với RAN. Tuy nhiên mạng lõi được sử dụng để nối với LTE RAN là sự phát triển triệt để hơn của mạng lõi GSM/GPRS. Vì thế nó có tên là: Lõi gói phát triển (EPC: Evolved Packet Core).

15.3.1. Mạng lõi GSM sử dụng cho NVCDMA/HSPA

Hình 15.6. Tổng quan mạng lõi GSM và WCDMA/HSPA (hình vẽ đã được đơn giản)

Đối vơi WCDMA/HSPA, mạng lõi được xây dụng trên cơ sờ mạng lõi của GSM với cùng các nút như GSM. Như đã trình bày trong mục 15.1.1, phân chia chức năng của GSM và WCDMA/HSPA khác nhau. Điều này dẫn đến việc sử dụng giao diện giữa mạng lõi và WCDMA/HSPA RAN khác so với giao diện giữa mạng lõi và GSM RAN. Đối với WCDMA/HSPA, giao diện Iu được sử dụng còn đối với GSM giao diện A và giao diện Gb được sử dụng.

560 Giáo trinh Lộ trình phát triền thông tin di động 3G lên 4G

Hình 15.6 xét tổng quan kiến trúc mạng lõi được sử dụng cho WCDMA/HSPA. Hình này cho thấy các thực thể logic, vì thông thường khi xét kiến trúc không nhất thiết phải xét các thực thể vật lý. Mạng lõi bao gồm hai miền khác nhau:

Ì. Miền chuyển mạch kênh (CS) với trung tâm chuyển mạch di động (MSC)

2. Miền chuyển mạch gói (PS) với nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN).

Chung cho cả hai miền là HLR (bộ ghi định vị thường trú), là cơ sủ dữ liệu trong mạng nhà của nhà khai thác để theo dõi thuê bao. Từ hình vẽ ta thấy giao diện Iu nối WCDMA/HSPA RAN đến MSC qua giao diện Iu-cs và đến SGSN qua giao diện Iu-ps. Trên hình vẽ giao diện A và giao diện Gồ nối MSC và SGSN đến GSM RAN.

Iu-cs được sử dụng để nối RNC của WCDMA/HSPA đến miền chuyển mạch kênh của mạng lõi, nghĩa là đến MSC. MSC được sử dụng để kết nối các cuộc thoại đến PSTN. MSC và miền chuyển mạch kênh sử dụng các chức năng từ ISDN làm ca chế chuyển mạch. Báo hiệu MSC-dựa trên IDSN (báo kiệu kênh chung số 7).

Giao diện Iu-ps nối RNC đến miền chuyển mạch gói của mạng lõi, đến SGSN. Đến lượt mình SGSN được nối đến GGSN qua giao diện Gn hay Gp. GGSN có giao diện Gi để nối đến các mạng gói ngoài (internet), đến miền dịch vụ cùa nhà khai thác hay đến IMS (phân hệ đa phương tiện IP). Miền chuyển mạch gói sù dụng định tuyến IP.

Chung cho cả hai miền là HLR, là cơ sủ dữ liệu trong mạng nhà khai thác để theo dõi thuê bao (vị trí và lý lịch). HLR chứa thông tin về các dịch vụ mà thuê bao đăng ký, vị trí hiện thời của thuê bao (chính xác hơn là vị trí của SIM hay USIM). HLR được nối đếíl MSC qua các giao diện c và D, còn SGSN được nối đến HLR qua giao diện Gr.

Chương 15: Phát triển kiên trúc hệ thống, SAE 561

15.3.1.1. Iu ýĩex

Giao diện Iu hỗ trợ một chức năng được gọi là Iu flex. Chức năng này cho phép RNC nối đến nhiều SGSN hoặc MSC và ngược lại. Chức năng này cho phép giảm các ảnh hưởng khi một nút mạng lõi không khả dụng, nghĩa là khi một SGSN hay MSC không làm việc tốt. Cơ chế Iu ílex được sử dụng để phân bố các kết nối đầu cuối đến nhiều SGSN và MSC. Nếu một SGSN hay MSC không khả dụng, các SGSN và các MSC khác sẽ duy trì lưu lượng đã được ấn đẵnh của chúng và có thể nhận các yêu cầu cuộc gọi vào hoặc thiết lập phiên (có thể xảy ra nhiều cuộc gọi vào khi mạng không sẵn sàng, vì hầu hết các đầu cuối đều tìm cách kết nối lại khi bẵ mất kết nối mà không được cảnh báo). 15.3.1.2. MBMS và quảng bá khác

Đối với MBMS, miền chuyển mạch gói của mạng lõi được sử đụng. Vì thế giao diện Iu-ps được sử dụng để nối đến VVCDMA/RAN. Đối với MBMS, chính mạng lõi quyết đẵnh việc sử dụng kênh mang quảng bá hay kênh mang đa phương. Trong trường hợp kênh mang quảng bá, mạng lõi không biết nhận dạng các đầu cuối di động sẽ nhận thông tin, còn trong trường hợp các kênh mang đa phương mạng lõi biết được nhận dạng các đầu cuối. Vì thế các đầu cuối không cần thông báo cho mạng ý đẵnh thu dẵch vụ sử dụng kênh mang quảng bá. Tuy nhiên khi sử dụng dẵch vụ sử dụng kênh mang đa phương, các đầu cuối phái thông báo cho mạng về ý đẵnh sử dụng dẵch vụ này.

Đổi với cả các kênh mang đa phương và các kênh mang quảng bá, RAN có thể quyết đẵnh việc nên sử dụng các kênh truyền tải đơn phương hay một kênh truyền tải quảng bá. Trong trường hợp này RAN yêu cầu những người sử dụng trong ô thông báo cho nó rằng họ có quan tâm đến một dẵch vụ đặc thù hay không. Sau đó nếu số lượng người sử dụng quan tâm đủ lớn thì kênh truyền tải quảng bá được sử dụng, trái lại kênh truyền tải đơn phương được sử dụng.


15.3.1.3.Chuyển mạng

Hình 15.7. Chuyển mạng trong WCDMA/HSPA

Chính nhờ các chức năng chuyển mạng của mạng lõi mà nguôi sử dụng có thể sử dụng một mạng của nhà khai thác khác. Chuyển mạng được hỗ trợ bởi cả miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói. Đ ố i với cà hai miền, tồn tại các khả năng khác nhau, nhưng trong thực tể, lưu lượng được đầnh tuyến qua GGSN của mạng nhà đối với miên chuyển mạch gói. Đ ố i với miền chuyển mạch kênh, trường hợp chung cho các cuộc gọi khởi xướng từ đầu cuối (cuộc gọi ra) là thực hiện chuyển mạch trong mạng khách. Đ ố i với các cuộc gọi kết cuối tại đâu cuối (cuộc gọi vào), cuộc gọi luôn luôn được đầnh tuyến qua mạng nhà. Điều này được minh họa trên hình 15.7. Trên hình này, hai đâu cuối thuộc hai' nhà khai thác khác nhau (A và B) được thể hiện. Các


đầu cuối chuyển mạng tù mạng nhà sang mạng khách (các mạng sáng và tối trên hình 15.7) và cả hai đầu cuối đều có kết nối chuyển mạch gói. Ngoài ra đầu cuối A gọi đầu cuối B qua miền chuyển mạch kênh. Từ hình 15.7 ta thấy, các kết nối chuyển mạch gói được định tuyến từ SGSN trong mạng khách đến GGSN trong mạng nhà sử dụng giao diện Gp (giao diện Gn được sử dụng giữa SGSN và GGSN trong "cùng một mạng). Đối với cuộc gọi chuyển mạch kênh, đầu cuối A (đầu cuối khời xướng cuộc gọi) nối đến MSC (mạng sáng) của mạng khách. MSC biết rằng đầu cuối bị gọi thuộc mạng cùa mình và vì thế nó giao tiếp với HLR. HLR sáng trả lời với thông tin ràng đầu cuối B được phục vụ bời MSC tối trong mạng tối. Khi này MSC sáng giao tiếp với MSC tối và MSC tối sẽ thiết lập kết nổi đến đầu cuối B. 15.3.1.4. Tỉnh cước và điều khiển chỉnh sách

Hỉnh ỉ5.8. Tổng quan mạng lõi SAE (hình vẽ được đơn giản)

Tính cước, một chức năng quan trọng đổi với nhà khai thác, được đặt trong mạng lõi. Đ ố i với miền chuyển mạch kênh tính cước nằm trong MSC, còn đối với miền chuyển mạch gói tính cước được xử lý trong SGSN hoặc trong GGSN. Theo truyền thống tính cước có thể theo phút hoặc theo khối lượng. Cách thứ nhất được sử dụng cho miền

Ó64 Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

chuyển mạch kênh, còn cách thứ hai phổ biến hơn được sử dụng trong miền chuyển mạch gói. Tuy nhiên cũng có thể có các nguyên tắc tính cước khác chẳng hạn tính cước cố định hay không lập biểu cước. Các biểu cước khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào đăng ký cùa thuê bao và vào việc người sứ dụng có chuyến mạng hay không. Khi cước được xử lý bới GGSN, nhiều sơ đả tính cước tiên tiến được hỗ trợ cho việc tính cước các dịch vụ chuyển mạch gói, chẳng hạn tính cước theo nội dung hay theo sự kiện. Vì thế nhà khai thác có thể tính cước người sử dụng phụ thuộc vào dịch vụ được sứ dụng.

Điều khiển chính sách là một chức nâng trong mạng lõi được sử dụng để điều khiển mức độ sứ dụng các dịch vụ chuyến mạch gói, nghĩa là đề đảm bảo ràng người sử dụng không sử dụng vượt quá băng thông cho phép hay đảm bảo rằng người sử dụng chi truy nhập các dịch vụ hay các web site được "chấp thuận'. Điều khiển chính sách được thực hiện trong GGSN và nó chỉ tản tại trong miền chuyến mạch gói.

15.3.2. Mạng lõi 'SAE': Lõi gói phát triển (EPC)

Khi bắt đầy xây dựng tiêu chuẩn LTE RAN, công tác chuẩn hoa mạng lõi cũng được bắt đầu. Công tác này được gọi là phát triển kiên trúc hệ thống (SAE: System Architecturre Evolution). Mạng lõi được định nghĩa trong công tác SAE là sự phát triển triệt để từ mạng lõi GSM/GPRS và vì thế có tên mới, Lõi gói phát triển (EPC: Elvolved Packet Core). Phạm v i SAE chỉ bao phù miền chuyển mạch gói, không có miền chuyển mạch kênh. Nhìn lại quá trình tiêu chuẩn hoa đã xét trước đây ta thấy, triết lý giảm thiểu số lượng các nút thông trị trong quá trình xây dựng chuẩn mạng lõi. Vì thế, mạng EPC, đã bát đầu từ một kiến trúc nút đơn với tất cả các chức năng được đặt trong một nút trừ server thuê bao nhà (HSS: Home Subcriber Server) là nút nằm ngoài nút đơn này. HSS là một nút (cơ sở dữ liệu) tương ứng với HLR trong mạng lõi GSM/WCDMA. Hình 15.8 minh họa EPC trong tổng thế kiến trúc. Trong hình 15.8, EPC được m ô tả như là một thực


thề logic. Điều này cho phép đom giản hóa minh họa và dễ hiểu kết nối đến LTE RAN và WCDMA /HSPA. EPC nối đến LTE RAN qua giao diện SI và đến internet qua giao diện SGi. Ngoài ra EPC nổi đến HSS qua giao diện S6.

S I là g i a o diện giữa eNodeB và EPC. Giao diện SI rất giống với giao diện Iu-ps. Các mặt phang người sử dụng của SI và Iu-ps là các ống (tunnel) truyền tải được xây dứng trên cơ sờ IP. Các gói IP của người sử dụng đầu cuối được EPC hay eNode đặt vào tunnel IP của SI và được l ấ y ra tại đầu kia bời các nút tương ứng (eNodeB và EPC).

Đối với mặt phảng điều khiển, sứ khác nhau giữa SI và Iu không lớn. Thức tế, đây chỉ là chi tiết của thiết lập kênh mang. Khác biệt này là ờ cách thức chỉ thị chất lượng dịch vụ được ấn định của một luồng đặc thù của người sử dụng. Đối với WCDAM/HSPA, điều này được thức hiện bởi các thông số của kênh mang truy nhập vô tuyển (RAB) còn đối với LTE điều này được thức hiện bằng cách chi ra loại ưu tiên đặc thù.

Cô lẽ điểm khác nhau lớn nhất giữa WCDMA/HSPA và LTE là việc xử lý di động. Trong LTE, EPC đóng vai trò là một neo trong mạng lõi S A E cho di động, nghĩa là nút EPC xử lý mặt phăng người sử dụng c ủ a đầu cuối không bị thay đổi trong thời gian kết nối. ở đây EPC đóng vai trò GGSN được sử dụng cho GSM/GPRS và WCDMA/HSPA. Do kiến trúc phang, nút EPC xử lý mặt phang người sử dụng của đầu cuối cần có khả năng kết nối với mọi eNodeB trong mạng. Vì EPC là neo và LTE RAN chỉ gồm eNodeB, nên EPC cần được cập nhật thông tin rằng nó sẽ định tuyến gói số liệu của người sử dụng đen eNodeB nào. Đây là điểm khác biệt lớn nhất so với WCDMA/HSPA, trong đó RNC che dấu kiểu di động này đối với manp lõi.

Giao diện S6 trên hình 15.8 là giao diện nối EPC đến HSS. Đây là phát t r i ể n của giao diện Gr được sử dụng cho mạng lõi WCDMA/HSPA


để nối đến HLR. Vì thế, một HLR/HSS kết hợp cho EPC có thể giống như HLR đối với GSM và WCDMA/HSPA hiện tại.

15.3.2.1. SI flex và các EPC trong các nhỏm

Giống như Iu flex, s Ì flex làm cho mạng lõi bền vững hơn. Nếu một nút EPC trở nên không khả dụng, một nút EPC khác có thể đảm nhiệm lưu lượng bị mất này. Ngoài ra việc định cỡ mạng cũng dễ hơn vì có thể bổ sung thêm các EPC khi cằn mở rộng mạng do yêu cằu lưu lượng. 15.3.2.2. Chuyển mạng, điều khiển chính sách và tinh cước trongSAE

Chuyển mạng được hỗ trợ bởi EPC. Nó được thực hiện giũa các nút EPC: Một nằm trong mạng nhà và một nằm trong mạng khách. Phụ thuộc vào chính sách của nhà khai thác, địa chi IP có thể được ấn định hoặc bởi EPC nhà hoặc bởi EPC khách.

15.3.3. Kết nối WCDMA/HSPA với EPC

Khi công nghệ LTE/SAE được đưa vào mạng, cằn có chuyển giao đến WCDMA/HSPA. Giải pháp được lựa chọn là cho phép WCDMA/HSPA nối đến mạng EPC. Thực tế, SGSN của mạng lõi được sử dụng cho WCDMA/HSPA được nối đến EPC. EPC đóng vai trò như một GGSN khi lưu lượng định tuyển qua WCDMA/HSPA bằng cách sử dụng giao diện S4 (được xây dựng dựa trên giao diện Gn/Gp giữa SGSN và GGSN) và như một EPC bình thường khi lưu lượng được định tuyến qua LTE RAN. Điều này có thể thực hiện được là vì kết cuối mặt phang người sử dụng trong EPC được giữ nguyên và vì thế địa chỉ IP của đằu cuối cũng được giữ nguyên. Các phằn của mặt phang điều khiển của EPC không được sử dụng khi đằu cuối được nối đến WCDMA/HSPA. Thay vào đó các giao thức SGSN của mạng lõi được sử dụng. Bằng cách tiếp cận này, chỉ cằn thay đổi tối thiêu đối với mạng lõi gói sử dụng cho WCDMA/HSPA, trong khi vẫn có thể đảm bảo chuyển giao nhanh và êm ả đến và từ LTE (hình 15.9).


Hình 15.9. WCDMA/HSPA nổi đến LTE/SAE

Khi chuyển giao từ WCDMA đến LTE, EPC nhận kết nối từ SGSN. Điều này được thực hiện qua giao diện S3, giao diện này được xây dựng trên cơ sở giao diện Gn được sử dụng cho các SGSN để ấn định lại SGSN. Vì thế chuyển giao này cũng gần giống như ấn định lại SGSN bàng cách chuyển mạch mặt phảng ngưới sử dụng vào EPC thay vì vào GGSN.

Hình 15.10 thể hiện kiến trúc theo TR 23.882 trong đó các giao diện được đặc tả chi tiết.

Trên hình 15.10, PCRF1 (PCRF: Policy and Charging Rules

Function: Chức năng các quy tắc tính cước và chính sách) thể hiện chức năng các quy tắc tính cước và chính sách phát triển. Các đướng nối và các vòng tròn không liên tục thể hiện các phần tử và các giao diện mới của kiến trúc LTE.


EPC: Lõi gói phát triển MME: Mobility Management Entity: Thực thê quàn lý di động UPE: User Plane Entity: Thực thê mặt phang người sử dụng 3GPP Anchor: Neo 3GPP SAE Anchor: Neo di động giữa các hệ thõng truy nhập 3GPP (2G/3G/LTE)

và các hệ thõng truy nhập không phái 3GPP (WLAN, WiMAX) SAE: System Architecture Evolution: Phát triền kiên trúc hệ thống

Hình 15.10. Kiến trúc mô hình LTE/SAE theo TR 23.822

15.4. TỐNG KÉT Chương này đã xét tổng quan công việc phát triển kiến trúc hệ thống (SAE: System Architecture Evolution) trong 3GPP. Chương này cũng đã xét tổng quan kiến trúc hệ thống cùa WCDMA/HSPA, LTE, kết nổi giữa chúng, các điểm giống nhau và các khác biệt giữa chúng. Chương này đã phân tích mô hình LTE/SAE theo TR 23.822.

15.5. CÂU HỎI 1. Trình bày nguyên tắc phân chia mạng lõi và mạng truy nhập vô

tuyến của WCDMA/HSPA.

Chương 15: Phát triển kiến trúc hệ thống. SAE 5b9

2. Trình bày nguyên tắc phân chia mạng truy nhập vô tuyến LTE và mạng lõi LTE.

3. So sánh sự khác biệt giữa hai nguyên tắc phân chia mạng truy nhập vô tuyển WCDMA/HSPA và LTE.

4. Trình bày kiến trúc mạng lõi GSM/GPRS. 5. Trình bày kiến trúc mạng lõi WCDMA/HSPA. 6. Trình bày kiến trúc mạng lõi LTE (SAE) hay lõi gói (EPC). 7. So sánh các kiến trúc mạng lõi GSM/GPRS, WCDMA/HSPA và EPC?

8. Trình bày khái niệm Iu flex và SI flex. 9. Trình bày kết nối WCDMA/HSPA với EPC.

Chương 16

HIỆU NĂNG VÀ QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN CỦA HSPA VÀ LTE

Đe so sánh các hệ thống thông tin di động băng rộng cần đánh giá hiệu năng của các hệ thống này. Ngoài ra để thiết kế định cỡ cho các mạng thông tin di động cần biết cách tính toán quỹ đường truyền vô tuyến.

Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm: - Đánh giá hiệu năng - Đánh giá hiệu năng của phát triển 3G và LTE dựa trên mô phỏng tĩnh - Đánh giá LTE trong 3GPP dựa trên mô phỏng động - Quỹ •đường truyền HSPA - Quỳ đường truyền LTE Mức đích chương cung cấp cho bạn đọc kiến thức về các phương

pháp đánh giá hiệu nâng bàng mô phòng cho 3G HSPA và LTE. Ngoài ra chương này cũng giúp cho bạn đọc hiểu được cách tính toán quỹ đường truyền HSPA và LTE.

Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỹ nội dung được trình bày trong chương, tham khảo thêm các giáo trình [14], [15] và trả lời các câu hỏi cuối chương.

16.1. ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG M ô phỏng các hệ thống thông tin di động trên máy tính là một

công cứ mạnh để đánh giá hiệu năng hệ thống. Tất nhiên hiệu năng


thực tế phải được đo và đánh giá tại hiện trường cho hệ thống đã triển khai và các giá trị này thể hiện hiệu năng thực sự của một cấu hình hệ thông cụ thê. Nhưng mô phỏng bằng máy tính có một số ưu điểm sau:

- Có thể thực hiện ước tính các khái niệm hệ thống chưa được triền khai hoởc vân còn trong quá trình triên khai như LTE.

- Kiểm soát hoàn toàn môi trường bao gồm các thông số truyền sóng, lưu lượng, cấu trúc hệ thống,..., và có khả năng theo dõi đầy đủ tất cả các thông số ảnh hưởng lên kết quả.

- Có thể thực hiện các thí nghiệm được điều khiển tốt để so sánh với các khái niệm hệ thống tương tự hoởc các bộ phận của các khái niệm trong các điều kiện lởp lại nhiều lần.

Mởc dù có các ưu điểm nói trên, các kết quả mô phỏng không cho được bức tranh đầy đủ về hiệu năng hệ thống. Không thể lập mô hình cho mọi khía cạnh của môi trường di động và lập mô hình chính xác cho hành vi của tất cả các phần tử trong một hệ thống. Tuy nhiên có thể đạt được một bức tranh rất tốt về hiệu năng hệ thống và bức tranh này thường được sử dụng để tìm ra các giới hạn tiềm năng đối với hiệu năng. Do rất khó lập mô hình cho tất cả các khía cạnh liên quan, nên các kết quả đo đạc dung lượng tương đối để đưa ra các tính năng sẽ chính xác hơn các con số dung lượng tuyệt đối, nếu đưa ra được mô hình tốt cho tính năng cần xét.

Rất khó đánh giá dung lượng hệ thống nếu không so sánh, vì mọi con số về dung lượng hệ thống tự nó không cung cấp nhiều thông tin. Chỉ khi thiết lập quan hệ với hiệu năng của các hệ thống khác nhau, con số này mới trở nên đáng quan tâm. Nhưng vì SG sánh là một phần quan trọng của đánh giá hiệu năng, nên các con số này cũng trở thành vẩn đề gây tranh cãi do hiệu năng hệ thống phụ thuộc vào quá nhiều thông số. Nếu không chọn họp lý các thông sổ để đưa ra các điều kiện có thể so sánh cho hai hệ thống, thì các con số hiệu năng cũng không thể so sánh được.

Trong ngữ cảnh này, cần lưu ý là hiệu năng hệ thống và dung lượng sẽ là tính năng phụ thuộc. Nhiều tính năng như MIMO và các

Chương 16: Hiệu năng và quỹ đường truyền cùa HSPA và LTE 573

kỹ thuật anten tiên tiến được đưa vào các hệ thống 3G rất giống nhau giữa các hệ thống. Nếu một tính năng nào đó là tùy chọn khả thi với nhiêu hệ thông thì cân đưa tính năng này vào đánh giá cho mọi hệ thông.

Mọi con số hiệu năng được đánh giá phải được xem xét trong ngữ cảnh là hiệu năng mạng vô tuyến thực tế sẽ phụ thuộc vào nhiều thông số và khó kiểm soát được nhiều thông số này. Các thông số này gồm:

- Môi trưổng di động bao gồm các điều kiện kênh, trải góc, kiểu cụm, tốc độ máy di động, sử dụng trong nhà/ngoài trổi và các lỗ hổng phủ sóng.

- Hành vi liên quan đến ngưổi sử dụng như tích cực tiếng, phân bố lưu lượng và phân bố dịch vụ.

- Điêu chỉnh chát lượng dịch vụ và chát lượng mạng của hệ thông.

- Các khía cạnh triển khai như các kiểu đài trạm, các chiều cao anten và kế hoạch tái sử dụng tần sổ.

- Một số các thông số thưổng không được lập mô hình như dung lượng, hiệu năng báo hiệu và chất lượng đo.

Không tồn tại tiêu chuẩn đánh giá vạn năng cho một hệ thống thông tin. Tất nhiên ngưổi sử dụng đầu cuối và nhà khai thác mạng định nghĩa hiệu năng tốt hoàn toàn khác nhau. Một mặt ngưổi sử dụng đầu cuối muốn nhận được mức chất lượng cao nhất có thể. Mặt khác, các nhà khai thác muốn đạt được lợi nhuận cao nhất chẳng hạn ép càng nhiều ngưổi sử dụng vào hệ thống càng tốt. Các tính năng tăng cưổng hiệu năng có thể cải thiện chất lượng dịch vụ cảm nhận (từ quan điểm ngưổi sử dụng) hay hiệu năng hệ thống (từ quan điểm nhà khai thác). HSPA và LTE đều có tiềm năng để làm được cả hai điều này. So với các phát hành WCDMA trước đây, các bước phát triển này cho tốc độ số liệu tốt hơn và trễ nhỏ hơn. Vì thế chúng có thể cải thiện đáng kể cả trải nghiệm dịch vụ (từ quan điểm ngưổi sử dụng) và dung lượng hệ thống (từ quan điểm nhà khai thác).


ỉ6.1.ỉ. Hiệu năng từ góc độ người sử dụng Những người sử dụng các dịch vụ chuyển mạch kênh được đảm

bảo tốc độ số liệu cố định. Chất lượng dịch vụ trong ngữ cảnh các dịch 9 r

vụ thoại và thoại có hình được định nghĩa bởi chát lượng tiêng và hình theo thụ cảm.

Trái lại những người sử dụng tải xuống một trang web hay một video clip lại trải nghiệm thời gian mà hỗ bắt đầu tải đến khi mà trang web này hay video clip được hiển thị. Các dịch vụ nỗ lực nhất không đảm bảo tốc độ số liệu cố định. M à trái lại, người sử dụng chỉ được ấn định tài nguyên khi có tóc độ sô liệu khả dụng trong các điêu kiện hiện tại. Đây là tính chất chung của các mạng chuyển mạch gói, các tài nguyên không được dành trước cho bất kỳ người sử dụng nào. Giả sử rằng trễ tăng cùng với kích thước của đối tượng cần tải xuống, trễ tuyệt đôi sẽ không phải là sô đo chát lượng tót.

Một người sử dụng duy nhất trong một mạng vô tuyến có các điều w ế ì f *

kiện kênh vô tuyên tót có thê được hưởng tóc độ sô liệu đỉnh (hình 16.1). Tuy nhiên thông thường người sử dụng này chia sẻ tài nguyên

Ị \ f

với những người sử dụng khác. Nêu các điêu kiện vô tuyên kém hơn tối ưu, sẽ có nhiễu từ những người sử dụng khác, tốc độ số liệu của

9 9 t í ị t •

giao diện vô tuyên sẽ tháp hơn tóc độ sô liệu đỉnh. Ngoài ra một sô gói có thể bị mất và trong trường hợp này sổ liệu mất phải được phát lại vì thế tốc độ số liệu hiệu dụng lại bị giảm hơn nữa (nhìn từ các lớp cao hơn). Ngoài ra tốc độ sổ liệu hiệu dụng thậm chí giảm hơn khi khoảng cách từ đầu cuối đến trạm gốc tăng (do các điều kiện truyền dẫn xâu hơn tại biên ô). Tốc độ số liệu đạt được bên trên lớp M Á C sau khi đã chia sẻ kênh với những người sử dụng khác được gỗi là thông lượng người sử dụng.

Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP: Giao thức tại lóp truyền tải) là giao thức thường được sử dụng cùng với lưu lượng IP. Tuy nhiên do giải thuật khởi đầu ít nhạy cảm với trễ mạng, nên nó dê gây


ra trễ đối với các fìle nhỏ. Giải thuật khởi đầu ít đảm bảo ràng tốc độ truyền dẫn từ nguôn không vượt quá khả năng của các nút và các giao diện mạng.

Thõng lượng người sị dụng

Trễ vòng

Hình 16. ỉ. Định nghĩa các thông số hiệu năng _ * •* ' ' í

- Tóc độ sô liệu giao diện vô tuyên: Tóc độ sô liệu lớp vật lý đạt được trong các điều kiện vô tuyến nhất định với mã hóa và điều chế đặc thù

- Toe độ sổ liệu đỉnh: Tốc độ sổ liệu đỉnh của giao diện vô tuyến trong các điều kiện vô tuyến lý tưởng

- Thông lượng người sử dụng: Tốc độ số liệu nhận được bên trên lớp M Á C ^rong các diều kiện kênh thực tế và sau khi chia sẻ kênh với những người sị dụng khác

- Trẻ vòng: thời gian truyên vòng đâu cuôi - đâu cuôi của một gói nhò

- Thông lượng hệ thống: Tổng số bít được phát trong thời gian một giây trên giao diện vô tuyến (trên một đoạn ô)

- Trễ vòng mạng là thời gian cần thiết để một gói truyền từ client đến server và ngược lại. Trễ này ảnh hưởng trực tiếp lên hiệu năng liên quan đến TCP. Vì thế mục tiêu thiết kế quan trọng trong cả HSPA

576 Giáo trình Lộ trình phớt triển thông tin di động 3G lên 4G

và LTE là giảm trễ vòng mạng. Một tiêu chuẩn khác liên quan đến chất lượng (xét từ góc độ người sử dụng) là thiết lập để khởi đầu, chẳng hạn phiên trình duyốt web.

16.1.2. Hiốu năng từ góc độ nhà khai thác Tài nguyên vô tuyến phải được chia sẻ giữa nhiều người sử đụng

trong mạng. Vì thế tất cả số liốu phải xếp hàng trước khi có thể được truyền và điều này hạn chế tốc độ số liốu hiốu dụng của từng người sử dụng. Bằng lập biểu, nhà khai thác có thể cải thiốn thông lượng hố thống hay tổng số các bít trên một giây được phát trên giao diốn vô tuyến. Một số đo phổ biến của hiốu năng hố thống là "hiệu suất phổ tần ", đây là thông lượng hố thống trên Ì MHz phổ trong từng đoạn ô của hố thống.

Cả HSPA và LTE đều sử dụng các phương pháp lập biểu thông minh để tối un hóa hiốu năng (từ quan điểm người sử dụng và từ quan điểm mạng).

Một tiêu chuẩn đánh giá quan trọng đối với nhà khai thác là số lượng những người sử dụng tích cực có thể được kết nối đồng thời. Nếu các tài nguyên hố thống bị hạn chế thì cần cân đối giữa số lượng những người sử dụng tích cực và chất lượng dịch vụ cảm nhận (thông lượng người sử dụng).

16.1.3. Cấu hình và các tiêu chí thực hiốn mô phỏng để đánh giá Chương này chủ yếu sẽ xét đánh giá các yêu cầu về hiốu suất sử

dụng phổ tần và thông lượng cho các công nghố đa truy nhập HSPA và LTE. Đánh giá được thực hiốn cho các chế độ hoạt động trong các bâng tần dải băng tần rộng lên đến 20MHz.

Các đánh giá ban đầu được thực hiốn trên mô hình tham chuẩn sau: - WCDMA Ró

- Một anten phát tại nút B


- Hai anten thu tại UE - Máy thu RAKE - Băng thông 5MHz Các kết quả được chuẩn hóa theo biƯs/Hz. Các đánh giá được

thực hiện dựa trên mô phỏng cho các trường hợp được cho trong bảng 16.1 với các cột sau:

- CF (Carrier Frequency): Tần số sóng mang - ISD (Inter-site Distance): Khoảng cách giữa các ừạm - BW (Band Width): Băng thông - PLoss: Penetration Loss: Suy hao thâm nhập - Speed: Tốc độ

Bảng 16. ỉ. Tập các trường hợp tối thiếu mô phỏng WCDMA/HSPA vò LTE

Mô phỏng CF ISD BW PLoss Speed (Tốc độ)

Đem vị (GHz) (mi (MHz) (dB) (km/h)

1 2.0 500 10 20 3

2 2,0 500 10 10 30

3 2,0 1732 10 20 3

4 0.9 1000 1,25 10 3

Các thông số tham khảo để mô phỏng hệ thống cho mô hình ô vĩ mô được cho trong bảng 16.2.


Bảng 16.2. Các thông số tham khảo để mô phỏng hệ thống ó vĩ mô

Thông số Giả thiết

Mô hình tổ ong Lục giác đều, 19 điểm đặt trạm, 3 đoạn ô trên một trạm

Khoảng cách giữa các trạm (Inter-site Distance) Xem bảng 16.1

Tổn hao đường truyền phụ thuộc khoảng cách

L = I + 37,6logio(R), R [km] 1 = 128,1 -2GHz, I = 120,9 - 900MHz hoặc 35,5 cho mô phỏng tĩnh

Che tối chuẩn log Tương tự như UMTS 30.03, B 1.4.1.4

Dịch chuẩn che tối 8dB

Khoảng cách tương quan của che tối 50m (xem D.4 trong UMTS 30.03)

Tương quan che tối

Giữa các ồ 0,5 Tương quan che tối Giữa các đoạn ô 1.0

Tổn hao thâm nhớp Xem bảng 7.1

Mẫu phát xạ anten (mặt nằm ngang) (Đối với ô 3 đoạn với mẫu anten cố định)

A(e) = -min I2Í-5-Ì ,Am

V ° 3 d B ì

e 3 d B = 70độ, An=20dB

Tần số sóng mang/Băng thõng Xem bảng 16.1

Mô hình kênh Đô thị điển hình (TU) hoặc mô hình kênh không gian (SCM)

Tốc độ UE cần xét 3km/h, 30km/h, 120km/h, 350km/h (Okm/h cho mô phòng tĩnh)

Tổng công suất máy phát (BS) 43dBm (20W) - sóng mang 1,25; 5MHz, 46dBm - sóng mang 10MHz

Loại công suất (UE ) 21dBm (125mW), 24dBm (250mW)


Mô hình nhiễu giữa các ô

UL: Mô hình tường minh (Tất cà các ô đều bị chiếm bời các UE),

DL: Mõ hình tường minh công suất ô = Pioial

Khoảng cách tối thiểu giữa UE và trạm gốc > 35m

16.2. ĐÁNH GIÁ HIỆU NÀNG CỦA PHÁT TRIỂN 3G VÀ LTE DỰA TRÊN M Ô PHỎNG TĨNH Như đã giải thích ờ trên, rất khó đánh giá một hệ thống hoạt động

tốt như thế nào nếu không so sánh. Đánh giá cần bao gồm cả WCDMA (HSPA) và LTE đã xét trong các chương trước. Ngoài ra WCDMA (HSPA) Ró sẽ được sử dỏng làm tham chuẩn để so sánh. Dưới đây sẽ trình bày đánh giá so sánh ba hệ thống nói trên.

Đánh giá được xây dựng trên các mô phỏng tĩnh (đầu cuối di động không chuyển động) và mô phỏng động (đầu cuối di động chuyển động).

Trong mỏc này ta sẽ xét đánh giá dựa trên các kết quả mô phỏng tĩnh. Các con số hiệu năng sẽ gồm các giá trị hiệu năng cho hệ thống Ró tham chuẩn, hệ thống HSPA phát triển và cho LTE. Hệ thống HSPA phát triển có các máy thu tiên tiến, đường xuống với 2x2MIMO và đường lên với 16QAM. Các kết quả tổng họp sẽ cho phép đánh giá tương đối độ lợi liên quan đến OFDM và MIMO, vì các tính năng khác đối với hệ thống LTE dựa trên OFDM và hệ thống HSPA tiên tiến rất giống nhau.

Với mức độ chi tiết được áp dỏng cho các giao thức đối với LTE và đổi với HSPA phát triển cũng như các giả thiết mô phỏng được sử dỏng cho đánh giá dưới đây, ta sẽ thấy được tiềm năng công nghệ của LTE và HSPA phát triển . Là một phần công việc của 3GPP về lớp vật lý của LTE, hiệu năng hệ thống của LTE đã được đánh giá với tập các


giả thiết tương tự nhưng sử dụng các mô phòng động. Các kết quả và các kết luận của đánh giá 3GPP được trình bày trong mục 16.3.

16.2.1. Các mô hình và các giả thiết

Mục này sẽ trình bày các mô hình và các giả thiết được sử dụng để đánh giá. Tổng kết các mô hình và các già thiết được phân nhóm theo lưu lượng, mạng vô tuyến và các mô hình hệ thống được cho trong bảng 16.3.

Ba hệ thống khác nhau được nghiên cứu: - Hệ thống tham chuẩn ỈVCDMA Ró được mô tả trong các yêu cầu

của 3GPP sử dụng truyền dẫn đơn luấng và máy thu dựa trên RAKE tham chuẩn.

- Hệ thống HSPA phát triển có các máy thu tiên tiến hơn, 2x2MIMO cho đường xuống và 16QAM cho đường lên.

- Hệ thống LTE được lập cấu hình theo các yêu cầu của 3GPP, với 2x2 MIMO cho đường xuống.

Bảng 16.3. Các mô hình và giả thiết cho đánh giá

Các m ô hình lưu lượng

Phân bố người sử dụng Đều, trung binh 10 người sử dụng trên một đoạn õ Tốc độ đàu cuối Okm/h

Tạo số liệu Tắt bật với thừa số tích cực: 5%, 10%, 2 0 % 40%, 60%, 80%, 100%

Các m õ hình mạng vô tuyến

Suy hao theo khoảng cách L = 35,5 + 37,6 X log(R), R được đo bằng m

Phađinh che tối Chuẩn log, lệch chuẩn 8dB

Phađinh đa đường 3GPP đô thị điển hình và người đi bộ A

Sơ đấ ô Lưới lục giác đều, mỗi trạm ba đoạn ô, tổng số 57 đoạn ô

Chương 16: Hiệu năng và quỹ đường truyền của HSPA và LTE 581

Bản kinh õ 167m (khoảng cách giữa các ô 500m)

Các mô hình hệ thống

Ân định phổ 5MHz cho DL vả 5MHz cho UL (FDD) Công suất đầu ra trạm gốc và UE 20W và 125mW vào anten

Độ lợi anten cực đại 15dBi

Các sơ đồ điều chế và mã hóa QPSK và 16QAM, mã hóa Turbo theo VVCDMAR6. Chỉ sử dụng QPSK cho WCDMA đường lên

Lệp biêu Quay vòng theo thời gian Các dặc tinh cơ s ờ c ủ a VVCDMA

Sơ đồ phát Một luồng trên DL và UL

Máy thu Phân tệp anten hai nhánh với máy thu RAKE, kết hợp tỳ lệ cực đại tất cà các nhánh kênh, hệ số tạp âm 9dB trong UE, 5dB trong nút B

Các đặc tính VVCDMA tiên tiến

Sơ đồ phát DL: 2 luồng PARC UL: 1 luồng

Máy thu DL: GRAKE với loại nhiễu lần lượt UL: GRAKE với phân tệp thu hai nhánh, chuyển giao mềm với kết hợp lựa chọn giữa các trạm

Các đặc tính L T E

Sư đồ truyền dẫn DL: 2 luồng PARC UL: Luồng đơn

Máy thu DL: MMSE với loại nhiễu lần lượt UL: MMSE với phân tệp thu hai nhánh, chuyển giao mềm với kết hợp chọn lọc giữa các ô

Cũng cần lưu ý rằng nhiều khía cạnh giao thức phía trên lớp vệt lý của mặt phang điều khiển và mặt phảng người sử dụng đã bị bỏ qua trong các m ô phỏng này vì thế các giá trị nhện được rất khả quan. Đ ố i với LTE, thích ứng miền tần số và các cải thiện lớp,cao khác không

được xét.


Phương pháp mô phỏng là 'tĩnh', trong đó các đầu cuối di động được phân bố ngẫu nhiên trên mạng vô tuyến và kênh vô tuyến giữa cặp anten trạm gốc và UE được tính toán theo các mô hình truyền sóng và phađinh.

Các giá trị thống kê được ghi lại sau đó các đầu cuối di động mới được phân bố ngẫu nhiên cho bước lặp tiếp theo. Các mức tải hệ thống khác nhau được mô phỏng bàng cách thiết lập tích cực ngẫu nhiên cho tụng trạm gốc tụ 5% đến 100%. Lập biểu miền thời gian không phụ thuộc kênh được sử dụng, tương ứng với lập biểu quay vòng.

Tỳ so tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm (SINR: Signal to Interferrence plus Noise Ratio) được tính toán cho tụng anten thu của UE (hay trạm gốc) dựa trên các thực hiện kênh (các mẫu kênh) và các nguồn nhiễu tích cực. Sau đó các giá trị SINR được chuyển đổi thành tốc độ số liệu đường truyền vô tuyến tích cực Ru cho tụng người sử dụng u khi người này được lập biểu. Trong trường hợp MIMO, Ru được lập mô hình như là tổng các tốc độ số liệu đạt được trên một luồng MIMO. Tốc độ sổ liệu đạt được ở phía trên lớp M Á C (sau khi chia sẻ kênh với những người sử dụng khác) được biểu thị là thông lượng su và được tính toán dựa trên thụa số tích cực. Các trạm gốc tích cực và những người sử dụng tích cực khác nhau giữa các lần lặp và các giá trị thống kê này được thu thập trên một số lượng lặp lớn.

Lim lượng được phục vụ trên một đoạn ó T được tính toán như là tổng các tốc độ số liệu của đường truyền vô tuyến tích cực cho những người sử dụng tích cực trong đoạn ô với giả thiết rằng những người sử dụng này được lập biểu với cùng một khoảng thời gian. Các giá trị thống kê về chất lượng người sử dụng được lấy ra tụ phân bố thông lượng nguôi sử dụng nhu là giá trị trung bình (chất lượng trung bình) và 5 phần trăm (chất lượng biên ô). Khi tăng thụa số tích cực, lưu lượng phục vụ trên một đoạn ô sẽ tăng, trong khi đó tốc độ số liệu cá nhân (chất lượng của người sử dụng) sẽ giảm do giảm tỷ số SINR và truy nhập thưa hơn đến kênh chia sẻ cho tụng người sử dụng.

Chương 16: Hiệu năng và quỹ đường truyền của HSPA vù LTE 583

16.2.2. Các giá trị hiệu năng đối với L T E sử dụng các sóng mang 5MHz FDD

Hình 16.2 cho thấy thông lượng người sử dụng đường xuống trung bình và 5 phần trăm (biên ô) đường xuống Su phụ thuộc vào thông lượng phục vụ (T) đối với các điều kiện truyền sóng thành phố. Cạc kết quả mô phỏng được so sánh với hệ thống WCDMA. LTE nhận được sự cải thiện thông lượng đáng kể cho cả người sử dụng trung bình và tại biên ô. Tuy nhiên hệ thống HSPA phát triển cho hiệu năng gần giống như hệ thống LTE.

Các cải thiện tương đối về thông lượng trung bình và thông lượng biên ô có thể được đánh giá bàng cách so sánh các thông lượng đạt được bễi các hệ thống khác nhau tại cùng một tải lưu lượng. Độ lợi thông lượng trung bình vượt quá hệ số 3x có thể đạt được trên dải rộng tải. Ví dụ, tại lưu lượng phục vụ 2Mbit/s trên đoạn ô WCDMA cơ sễ đạt được thông lượng người sử dụng trung bình khoảng 2,5Mbit/s so với 18MbiƯs đối với LTE. Lưu ý ràng hệ thống HSPA phát triển đạt được 15Mbit/s tại tải này.

Các đường truyền vô tuyến nhanh hơn cùa cả hệ thống LTE và HSPA tiên tiến sẽ ảnh hưễng lên thông lượng theo hai cách:

1. Đổi với SINR cho trước, cho phép đạt được thông lượng cao hơn. 2. Đối với cùng một lưu lượng phục vụ, cho phép giảm mức độ sử

dụng đường truyền vô tuyến và vì thế nhiễu giảm dẫn đến SINR cao hom.

Ngoài ra độ lợi thông lượng biên ô vượt quá hệ số 2x cho dải rộng tài như hình 16.2. Có thể đánh giá các độ lợi sử dụng phổ tần bàng cách so sánh lưu lượng được phục vụ đổi với một yêu cầu cho trước vê thông lượng biên ô. Chăng hạn, đối với yêu cầu thông lượng biên ô lMbit/s, WCDMA có thể phục vụ 2,5Mbit/s trên một đoạn ô, giá trị tương ứng đối với LTE là 8Mbit/s nghĩa là độ lợi trong trường hợp này lớn hơn 3x. Tuy nhiên đối với các yêu cầu thông lượng thấp hơn, yêu cầu 3GPP LTE không được đáp ứng. Trong một mạng đầy tải, lưu


lượng được phục vụ vào khoảng 4 đến 9MbiƯs đổi với WCDMA cơ sở và LTE, như vậy độ lợi đạt được với hệ sổ 2,25x.

s 2 5

•3 OI c n •5

lĩ l i

1 0 c

Đường xuống, thành phô điển hình, ISD = 500m, tốn hao thâm nhập = 20dB

j Ì — LTE 20 — VVCDMA tiên tiên 20 \ ^Sv í

\ \ í \ ĩ \

VVCDMA cơ sd

15 \ ! \ í

->.L-X-.-ị [ Ì

2 4 6 8 Lưu lượng được phục vụ (MbiƯs)

ĐƯòng xuống, thành phố điển hình, ISD = 500m, tổn hao thâm nhập = 20dB

141 . í — Ị '—Ị

LƯU lượng được phục vụ (Mbit/s)

ISD: khoáng cách giữa các ó

Hình 16.2. Thông lượng người sử dụng đường xuống trung bình và

biên ô phụ thuộc vào lim lượng được phục vụ

(Truyền sóng thành phố điển hình)


Hình 16.3 cho thấy các kết quả tương tự đối với kênh người đi bộ ít phân tán thời gian hơn. Trong kênh ít tán thời hơn, WCDMA hoạt động tốt hơn, nhất là hệ thống WCDMA cơ sở không sử dụng các máy thu tiên tiến. Các độ lợi hiệu năng cao đối với LTE so với WCDMA vẫn đạt được, độ lợi cho thông lượng trung bình của người sử dụng là 3x còn cho thông lượng người sử dụng biên ô là 2x. Các độ lợi hiệu suất phổ cũng vượt quá 3x đối với các yêu cẩu thông lượng người sử dụng biên ô lớn hơn 2Mbit/s.

Các kết quả tương ứng cho truyền sóng thành phố điển hình được thể hiện trên hình 16.4 và cho truyền sóng người đi bộ A trên hình 16.5. Các kết quả này cho thấy độ lợi lớn hơn 2x cho các yêu cẩu về thông thượng trung bình và thông lượng biên ô của người sử dụng so với chuẩn tham khảo WCDMA. Đ ố i với thông lượng biên ô độ lợi nhỏ hơn thông lượng trung bình.

Đường xuống, người đi bộ A,

0 2 4 6 8 10 LƯU lượng được phục vụ (Mbit/s)


Đường xuống, người đi bộ A, ISD = 500m, tồn hao thâm nhập = 20dB

14, ! !—— Ị — Ị

Lưu lượng được phục vụ (Mbit/s)

Hình 16.3. Thông lượng người sử dụng đường xuống

trung bình và biên ô phụ thuộc lưu lượng được phục vụ

(Truyền sóng người đi bộ A)

Đường lên, thành phố điển hình, ISD = 500m, ton hao thâm nhập = 20dB

10 I Ị Ị -Ị ỉ Ị—



Đường lẽn, thành phô diên hình,

Lưu lượng được phục vụ (Mbiưs) ISD: khoảng cách giữa các ô

Hình 16.4. Thông lượng người sử dụng đường lên

trung bình và biên ô phụ thuộc lưu lượng được phục vụ

(Truyền sóng thành phố điển hình)

Đường lên, người đi bộ A, ISD = 500m, tổn hao thâm nhập = 20dB

10 I Ị 1 : r Ị—



Đường lên, người đi bộ A, ISD = 500m, tốn hao thâm nhập = 20dB

5 I Ị i — i ị r

Lưu lượng được phục vụ (Mbiưs) ISD: khoảng cách giũa các ô

Hình 16.5. Thông lượng người sử dụng đường lên

trung bình và biên ó phụ thuộc lưu lượng được phục vụ

(Truyền sóng người đi bộ A)

16.3. ĐÁNH GIÁ LTE TRONG 3GPP DƯA TRÊN MÔ PHỎNG ĐỘNG

16.3.1. Các yêu cầu hiệu năng của LTE Các mục tiêu hiệu năng hệ thống của LTE đã được định nghĩa

trong 3GPP trong năm 2005 và được trình bày trong 3GPP TR25.913 cùng với các mục tiêu liên quan đến các khả năng, tính phức tạp và cẩu trúc (xem chương 11). Các tiêu chuẩn đánh giá đối với hiệu năng hệ thống là:

- Thông lượng người sử dụng trung bình: Được đo bằng giá trị trung bình tửng thông lượng trên tất cả những người sử dụng trên 1MHz.

Chương 16: Hiệu nâng và quỹ đường truyền của HSPA và LTE 589

- "Thông lượng người sử dụng biên ô ": được đo bằng 5% phân bố người sử dụng trên MHz ( 9 5 % sổ người sử dụng có hiệu năng tốt hem).

- Hiệu suất pho tần: Thông lượng hệ thống trên một đoạn ô đo bằng bit/s/MHz/một trạm.

- Vùng phủ: Hiệu năng trong các ô lớn. Trong khi các giải pháp công nghệ chi tiết đối với LTE không

phải là cơ sở cho các yêu cầu hiệu năng, thì số lượng các anten Tx và Rx được lập cấu hình cho BS và UE phải được chấp nhận là các điều kiện tiên quyết cho các mục tiêu hiệu năng. Lý do vì phải giới hạn múc độ tăng số lượng anten đối với giải pháp được lặa chọn do tăng mức độ phức tạp. về mặt lý thuyết có thể nhận được các độ lợi rất lớn phi thặc tế khi sử dụng số lượng anten phi thặc tế. Vì thế dưới đây là các cấu hình đường xuống và đường lên được chọn cho các mục tiêu LTE:

- Đường xuống LTE có cặc đại 2 anten phát tại eNodeB và hai anten thu tại Rx.

- Đường lên LTE có cặc đại một anten phát tại UE và hai anten thu tại eNodeB.

Hiệu năng được đánh giá riêng rẽ cho đường lên và cho đường xuống và các mục tiêu được thiết lập tương đối so với hiệu năng tham chuẩn của hệ thống tham chuẩn Ró. Hệ thống tham chuẩn gồm:

- Đường xuống tham chuẩn Ró dặa trên HSDPA với một anten phát tại nút B với máy thu kiểu ì có hiệu năng tăng cường (các yêu cầu dặa trên phân tập anten kép).

- Đường lên tham chuẩn Ró dặa trên đường lên tâng cường (HSUPA) với một anten phát tại UE và hai anten thu tại nút B.

Các tiêu chí hiệu năng LTE đã chấp thuận được cho trong bảng 16.4. Vì kỳ vọng ràng cả thông lượng trung bình người sử dụng lẫn


hiệu suất phổ tần đều hưởng lợi từ việc tăng Ì lên 2 anten phát trên đường xuống, nên tăng mục tiêu thông lượng người sử dụng biên ô sẽ có thể là chỉ tiêu mới trên đường xuống.

Bảng 16.4. Mục tiêu hiệu năngLTE trong TR25.913

Tiêu chuẩn đánh giá hiệu năng

Đích đường xuống so với tham chuẩn

R6 HSDPA

Đích đường lên so với tham chuẩn R6 HSUPA

Thông lượng người sử dụng trung binh (trên một MHz) 3-4x 2-3x

Thông lượng người sử dụng biên 0 (trên 1MHz, 5%) 2-3x 2-3x

Hiệu suất phổ tần biƯs/Hz/trảm 3-4x 2-3x

Vùng phủ Đáp ứng các yêu cẩu trên cho vùng phủ ô lên đến 5km

Đáp ứng các yêu cầu trên cho vùng phủ ô lên đến 5km

16.3.2. Đánh giá hiệu năng LTE Khi nghiên cứu tính khả thi của 3GPP cho LTE, một số khái niệm

kênh vật lý đường xuống và đường lên LTE đã được nghiên cứu và được báo cáo trong TR25.814. Các khái niệm được chọn cũng được đánh giá theo thông lượng người sử dụng, hiệu suất phổ tần, vùng phủ và các thông số khác.

Các giả thiết và các công nghệ được thiết lập cho đánh giá 3GPP cũng được báo cáo cùng với các tổng kết về các kết quả (xem mục dưới). Đánh giá LTE được thực hiện cho 3GPP dựa trên phân bố ngẫu nhiên những người sử dụng trên mô hình mảng vô tuyến và sau đó những người sử dụng này chuyển dịch theo mô hình di động. Truyền sóng và phađinh được mô hình hóa các giá trị thống kê được thu thập cho từng bước mô phỏng của một TTI.

Tất cả các số liệu nhận được trong đánh giá của 3GPP dựa trên LTE sử dụng các sóng mang băng thông 5MHz, các giá trị này được

Chương 16: Hiệu năng và quỹ đường, truyền cùa HSPA và LTE 591

đặt trong quan hệ với chuẩn tham khảo Ró như đã nói ở trên. Các kết quả được đánh giá cũng đã trình bày cho các kích thước ô thay đổi, các phương pháp lập biểu khác nhau (quay vòng và công bằng tỷ lệ), các mô hình đa kênh và các băng thông khác nhau. Tạo số liệu lưu lượng và lập biểu được sử dụng khác với đã xét trong mục 16.2 (dấa trên mô phỏng tĩnh). Ngoài ra cũng có một số khác biệt như các kích thước ô và các mô hình truyền sóng.

Cũng có thể sử dụng cấu hình 2x2 để đánh giá LTE tạo búp một luồng đường xuống. Kết quả cho thấy rằng thông lượng trung bình của người sử dụng đổi với tải lưu lượng cao và thông lượng người sử dụng biên ô đối với tất cả các tải được cài thiện so với các kết quả cho 2x2MIMO, tất cả các mục tiêu đều đáp ứng khi sử dụng cấu hình anten trong bảng 16.2. Các kết quả đánh giá cũng cho thấy cấu hình tạo búp nhiều luồng 4x2 cũng vượt trội 2x2MIMO và cấu hình tạo búp một luồng tại tất cả các tải.

Kết luận nghiên cứu tính khả thi, hiệu năng LTE đã được báo cáo và được so sánh với chuẩn tham khảo WCDMA trong TR25.912 và báo các này kết luận rằng các tiêu chí được đáp ứng.

16.3.3. Hiệu năng LTE với sóng mang FDD băng thông 20MHz Đánh giá được trình bày trong mục 16.2 dấa trên mô phỏng tĩnh

và đánh giá của 3GPP dấa trên mô phỏng động đều dấa trên sóng mang băng thông 5MHz. LTE hỗ trợ dải rộng các băng thông sóng mang lên đến 20MHz. Băng thông cao hơn cho các tốc độ số liệu đỉnh cao hơn cho những người sử dụng và thông lượng trung bình người sử dụng cũng cao hơn. Các con số nhận được dấa trên mô phỏng động cùng với các giả thiết cũng giống như trong đánh giá của 3GPP, ngoại trừ các thông số được chỉ ra trong bảng 16.5.

Các giá trị hiệu năng trên hình 16.6 cho thấy thông lượng trung bình người sử dụng đối với sóng mang băng thông 20MHz vào


khoảng 4 lần, lớn hơn sóng mang băng thorig~5MHz đôi với cả các tải lưu lượng cao và thấp. Mặc dù sóng mang băng thông 20MHz tăng tốc độ số liệu bốn lần, hiệu suất phổ tần (MbiƯs/MHz) cực đại hầu như không đổi. Các giá trị cho 4x4MIMO cho phép tăng hiệu suất phổ tần hai lần so với 2x2MIMO.

Bảng 16.5. Các giả thiết cho các kết quả trên hình 16.6

Cõng suất trạm gốc 40W (20MHz) và 20W (5MHz)

Mô hình truyền sóng Vĩ mô ngoại ó (mõ hình kênh không gian)

Khoảng cách giữa các trạm 500m

Lập biểu Công bng tỷ lệ trong miền thời gian và miền tần số

Hiệu suất phổ tần (MbiƯs/MHz)

Hĩnh 16.6. Thông lượng trung bình người sử dụng

phụ thuộc hiệu suất pho tần đổi với các sóng mang

băng thông 5MHz và 20MHz


16.4. QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN HSPA Mục này sẽ trình bày tính toán quỹ đường truyền HSDPA và

HSUPA. Quỹ đường truyền được sử dụng trong giai đoạn định cỡ mạng với các mô hình truyền sóng phù hợp để ước tính sổ đài trạm cần thiết. Quỹ đường truyền tương đối này cũng có thể được sử dụng để xác định khả năng tái sử dụng trạm gốc bàng cách tính quỹ đường truyền tương đối giữa GSM và HSPA.

16.4.1. Quỹ đường truyền HSUPA Tổng công suất tạp âm nhiột được tính theo công thức sau:

N = (Ni xNF)[dB]

= 101g(290xl,38xl0'23) + NF + 30 + 101gBwdBm/Hz (16.1)

trong đó Ni là tạp âm nhiột ờ đầu vào máy thu; NF là hộ sổ tạp âm của máy thu; B w là băng thông kênh.

Độ nhạy cần thiết của máy thu để đảm bào tỳ số tín hiộu trên nhiễu cộng tạp âm SINR = (Eb/N0')req yêu cầu được xác định nhu sau:

Pmi„/(N+I) = (l/Gp)x(Eb/(N0+Io))r e q

= (l/G p)x(Eb/N 0')req (16.2) trong đó p m i n là độ nhạy máy thu cần thiết để đảm bảo tỷ số (Eb/N0) r e q

yêu cầu, Gp là độ lợi xử lý, N và ì là tạp âm nhiột và nhiễu từ những người sử dụng khác, No và lo là mật độ tạp âm nhiột và nhiễu từ những người sử dụng khác, No' = N0+Io là mật độ phổ công suất tạp âm cộng nhiễu.

Từ phương trình (16.2) ta được:

Pmin = (N+I)[dBm] - Gp[dB] + (E,/No,)req[dB], (16.3)

N+I = NxM, hay (N+I)[dB] = N[dB] + M, [dB] (16.4)


trong đó: N = 30 +101gk + 101g290K + 101g3,84106chip/s,dBm

và k = l,38.10"23WK"'Hz'1 là hằng số Bolzmann M| là dự trữ nhiễu giao thoa của những người sử dụng khác được

tính theo hệ số tải đường lên như sau:

M, = - l g ( l - T i U L ) [ d B ] (16.5)

Tổn hao cực đại cho phép đường lên khi sử dụng bộ khuếch đại trên tháp anten (MHA) để bù trẳ tổn hao cáp được tính như sau:

L m a x = EIRPm-Pmin+Gb-Lf -Mf.F+GMHA+GHo [dB] (16.6) trong đó Pmin là độ nhạy hiệu dụng máy thu, Gb là độ lợi anten thu trạm gốc, Lf là tổn hao kết nối vô tuyến và cáp trạm gốc, Mf.F là dự trữ phađinh nhanh G M HA là khuếch đại cùa bộ khuếch đại đặt trên tháp anten, GHo là độ lợi chuyển giao mềm, và EIRP m là công suất phát xạ đẳng hướng tương đương của đầu cuối di động được xác định như sau:

EIRP m = Ptx-Lfm+Gm-Lbo d y [dB] (16.7)

Ví dụ quỹ đường truyền HSUPA được tính toán theo bảng 16.6. Quỹ đường truyền được tính toán cho tốc độ số liệu 64kbit/s tại biên ô. Giả thiết công suất phát đầu cuối được giả thiết bằng 24dBm, không xét đến tổn hao cơ thể đối với kết nổi số liệu, khuếch đại anten đầu cuối di động, tổn hao cáp và connectơ, vì thế công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) bằng 24dBm. Giả thiết máy thu trạm gốc có hệ sổ tạp âm NF = 2dB, và vì thế tạp âm nền máy thu là 106,2dBm. Độ nhạy máy thu hiệu dụng có xét nhiễu khi hệ số tải bằng 50% (tương ứng với dự trữ nhiễu 3dB) với già thiết Eb/NO bằng 0,0dB đối với BLER là 10% bao gồm cả độ lợi xử lý 17,8dB sẽ là -121dBm. Giả thiết tổn hao cáp được bù trẳ bởi bộ khuếch đại đặt tại tháp anten MHA, hệ sổ khuếch đại anten trạm gốc 18dBi (anten có độ rộng búp sóng là 65°) và độ lợi chuyển giao mềm 2dB, cuối cùng ta được tổn hao đường truyền cực đại cho phép là 163dB.


Bảng 16.6. Ví dụ tính quỹ đường truyền HSUPA cho độ 64kbit/s

Máy phát (dâu cuối di động) "

Công suất máy phát (dBm) 24,0 Pĩxm

Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gìn

Tổn hao phi đơ+connectơ(dB) 0,0 Lfm

Tổn hao cơ thể (dB) 0,0 Lbody

Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (dBm) 24,0 EIRPm= Ptxm-Lfm+Gm-Lbody

Máy thu (Trạm góc)

Hệ số tạp âm máy thu (dB) 2,0 NF Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) -108,2 Ni = 30+10lgK+10lg290K+10lg3,84106chip/s

Công suất tạp âm nền máy thu (đBm) -106,2 N = Nị+NF

Hệ số tải đường lên (%) 50 *1UL

Dự trữ nhiễu giao thoa (dB) 3,0 Mi = -10lg(1-nu0 Tống tạp âm + nhiễu giao thoa (dBm) -103,2 (N+l)[dBm] = N+M|

Độ lừi xử lý (dB) 17,8 Gp= 10log(3.840.000/64.000) Tỳ số SNR yêu cầu (dB) 0,0 (Eb/No')rBq, BLER 10% từ mô phỏng Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm) -121,0 Pm,n= (N+l)[dBm] -Gp[dB]+(Eb/No,)req[đB],

Khuếch đại anten trạm (đBi) 18,0 Gb

Tốn hao connectơ và phiđơ (dB) 2,0 Lí

Dự trữ phadinh nhanh (dB) 2.0 Mí-F. đế đưừc dự trữ cho điều khiến công suất vòng kin

Khuếch đại MHA* (dB) 2,0 GMHA

Độ lừi chuyển giao mềm (dB) 2,0 GHO

Tồn hao đường truyền cực đại cho phép (dB) 163,0 Lmax = EIRPm-Pmin+Gb-Lf -M(-F+GMHA+GHO

'MHA: Mast Head Amplitier: bộ khuếch đại trên tháp anten


Tổn hao đường truyền có thể được đo theo mức công suất thu của kênh hoa tiêu, CPICH RSCP (Received Signal Code Power: công suất mã tín hiệu thu). Tổn hao đường truyền 163dBm tương ứng với mức tín hiệu CPICH RSCPdBm sau:

RSCP[dBm] = PCPICH-IX [dBm]-LRG„-Lma x

= 33dBm-2dB+18dBi-163dB

= -114dBm (16.8)

16.4.2. Quỹ đường truyền HSDPA Tương tự như công thức (16.6) cho đường truyền HSUPA, ta có

thể tính toán suy hao cực đại cho phép cho đường truyền HSDPA như sau:

L m a x = EIRPb-Pmj n+Gm-Lbo d y-Lfm -Mf_F+Gno [dB] (16.9) trong đó : EIRPb là công suất phát xạ đẳng hướng tương đương trạm góc, G m là hệ số khuếch đại anten đầu cuối di động, L f m là suy hao cáp nối và connectơ đầu cuối di động, L b o d y suy hao cơ thể, Mf.F là dự trữ phađinh nhanh, GHO độ lợi chuyển giao mềm (trong trường hợp này bàng không vì HSDPA không sễ dụng chuyển giao mềm) và Pin là độ nhạy hiệu dụng máy thu trạm gốc tính theo công thức sau:

Pmin= (N+I)[dBm] -Gp[dB]+(Eb/N0')req[dB] (16.10)

trong đó N là tạp âm nền, (Eb/N0') là tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu yêu cầu lấy theo kết quả mô phỏng và Gp là độ lợi xễ lý dịch vụ tính như sau:

Gp= 101gSF [dB] (16.11)

trong đó SF là hệ số trải phổ bàng 16 đối với HS-DSCH và 128 đối vớiHS-SCCH.

Quỹ đường xuống được tính toán theo bảng 16.7. Tính toán được sễ dụng cho tốc độ số liệu 512kbit/s cho một người sễ dụng đom trên


kênh HS-DSCH. Công suất trạm gốc được giả thiết bằng 40W và 80°/c công suất này được dành cho HS-DSCH, vì thế công suất phái HS-DSCH sẽ là 45dBm. Trước khi đến anten tổn hao cáp sẽ giảm công suất này 2dB. Hệ số tạp âm được giả thiết bằng 7dB (2dB cao hơn yêu cầu của 3GPP). Độ lợi xử lý cố định bằng 16 (bằng 12dB). Hệ số tải được giả thiết bàng 7 0 % (khá cao so với tải của các ô khác). Giả thiết SINR yêu cầu bằng 6,0dB đối với đầu cuối một anten. Nếu đầu cuối sứ dụng phân tữp thu với hai anten, tốc độ số liệu sẽ tăng gấp đôi lên lMbit/s với tại cùng giá trị SINR.

Tổn hao đường truyền lấy bằng 163dB giống như tổn hao đường truyền thoại GSM hay WCDMA, vì thế HSDPA có thể đảm bảo dịch vụ băng rộng bằng cách sử dụng cùng trạm hiện có ữong cùng băng tần đang sử dụng cho GSM.

Bảng lố. 7. Ví dụ tính quỹ đường truyền DL HSDPA

cho 512kbit/s, đầu cuối 3,6Mbìt/s

Máy phát (trạm góc) HS-DSCH HS-SCCH

Công suất HS-SCH (dBm) 45 37,7 Pixb 46dBm (39,8W), 80% cho HS-DSCH (31,85W->45dBm)

Khuêch đại anten (dBi) 18,0 18,0 Gb Tôn hao connectơ vả phiđơ (dB) 2,0 2,0 Lia

Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (dBm)

61.0 47,7 EIRPi,= PTxb+Gb-Le

Máy thu (đâu cuối di động) HS-DSCH HS-SCCH

Hệ số tạp âm máy thu (dB) 7,0 7,0 NF

Cống suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (đBm)

-108,2 -108,2 Ni = 30+ 10lgk+10lg290K+ 10lg3,84106chip/s

Công suất tạp âm nền máy thu (dBm)

-101,2 -101,2 N = Ni+NF


Hệ số tải đường xuống (%) 70 70 1DL

Dự trữ nhiễu giao thoa (dB) 5,2 5,2 M, = -10lg(1-nuL)

Tổng nhiễu+giao thoa (dBm) -96 -96 (N+l)[dBm] = N+M|

Độ lợi xử lý (dB) 12 21 Gp= 10logSF, với SF cho HS-DSCH và SF =128 cho HS-SCCH

SINR yêu cầu (dB) 6,0 1,6 (Eb/No')req. từ mô phỏng

Độ nhạy máu thu hiệu dỹng (dBm) -102 -115,4 Pm,n= (N+l)[dBm] -

Gp[dB]+(Eb/No')req[dB],

Dự trữ phađinh nhanh (dB) 0,0 0,0

Mf-F. đo không điều khiến công suất vòng kín cho HSDPA

Khuếch đại anten (dBi) 0,0 0.0 GHI

Tổn hao cơ thể (dB) 0.0 0,0 Lbodỵ

Tổn hao connectơ và phiđơ (dB) 0,0 0,0 Um

Độ lợi chuyến giao mềm (dB)

0,0 0,0 GHO do không chuyên giao mềm cho HSDPA

Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (dB) 163 163,1 Lmax= EIRPb-Pmin+Gm-LboirLlm

-M(-F+GHO

16.5. QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN LTE Trong mỹc này ta sẽ xét quỹ đường lên và quỹ đường xuống

cho LTE.

16.5.1. Quỹ đường lên LTE Tương tự như suy hao cực đại cho phép đường lên HSUPA xác

định theo công thức (16.6), ta có thể tính suy hao cực đại cho phép đường lên LTE như sau:

Chương 16: Hiệu năng và quỹ đường truyền cùa HSPA và LTE 59S

L m a x = EIRPm-Pmi n+Gb-Lf+G MHA (16.12)

trong đó EIRP m m là công suất phát xạ đẳng hướng tương đương của đầu cuối di động, Gb là khuếch đại anten trạm gốc, Lf là tổn hao phiđơ và connectơ trạm gốc, G H M A là khuếch đại của bộ khuếch đại MHA được tính giống như trong mục 16.4 còn p m i n là độ nhạy máy thu hiệu dụng tính như sau:

Pmin=(N+I)[dBm]+(Eb/N0,)I«l[<iB] (16.13)

Ví dụ tính toán quỹ đường lên LTE được trình bày trong bảng 16.8, trong đó (Eb/TVXeq đuợc xác định theo mô phểng cho trường hợp máy thu trạm gốc sử dụng hai anten cho phân tập thu. Già thiết đầu cuối di động được ấn định hai khối tài nguyên với băng thông 360 kHz. Công suất đầu cuối là 24dBm, không tổn hao cơ thể đổi với kết nối số liệu. Giả thiết máy thu trạm gốc có hệ số tạp âm bằng 2dB. Từ mô phểng nhận được tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm yêu cầu bàng 7dB. BS sử dụng bộ khuếch đại MHA để bù trừ tổn hao cáp. Hệ số khuếch đại anten trạm gốc là 18dBi. Kết quả tính toán: cho ta tổn hao cực đại cho phép đường lên LTE bằng 163,4dB.

Bảng ỉ6,8. Ví dụ tính quỹ đường lên LTE

cho 64kbit/s với máy thu trạm gốc hai anten

Máy phát (đầu cuối di động) Cõng suất máy phát (dBm) 24,0 Pĩxm

Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gm

Tổn hao phi đơ+connectơ(dB) 0,0 Um

Tổn hao cơ thẻ (dB) 0,0 Lbody

Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (dBm) 24,0 E1R Pm=Ptxm-Um+Gm-Lbody

Máy thu (Trạm gốc)

Hệ số tạp âm máy thu (dB) 2,0 NF

600 Giáo trình Lộ trình phát iriên thông tin di động 3G lên 4G

Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) -118,4 Ni =30+ 10lgk+10lg290K+

10lgB(360kHz)

Công suất táp ám nền máy thu (dBm)

-116,4 N= Ni+NF

Dự trữ nhiễu (dB) 2,0 Mi Tổng tạp âm + nhiễu giao thoa (dem) -114,4 (N+l)[dBm]=N+Mi

Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -7,0 (Eb/No')req, từ mô phỏng

Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm) -121,4 Pm,n=(N+l)[dBm]+(Eb/No,)req[dB],

Khuếch đại anten (dBi) 18,0 Gb

Tổn hao cornectơ và phiđơ (dB) 2,0 Lí

Khuếch đại MHA* (dB) 2,0 GMHA

Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (dB) 163,4 Lmax= EIRPm-Pmin+Gb-Lf +GMHA

*MHA: Mast Head Amplitier: Bộ khuếch đại trên tháp anten

16.5.2. Quỹ đường xuống LTE

Quỹ đường xuống LTớ tính theo công thức sau: L m a x = EIRPb-Pm i n+Gm-Lf m-Lb o d y (16.14)

trong đó EIRPb là công suất phát xạ đẳng hướng tương đương của trạm gốc, G m và L f m là khuếch đại anten và tổn hao phi dơ cùng connectơ của đầu cuối và p m i n là độ nhạy hiệu dụng máy thu đầu cuối tính theo công thức sau:

Pm i n=N[dBm]+ M,[dBm]+ Mc c h +(Eb/N0')req[dB] (16.15) trong đó N là tạm âm nhiệt máy thu, M| là dự trữ nhiễu, Mcc h là bổ sung dự trữ nhiễu kênh điều khiển và (Eb/N0')ieq là tỷ số tín hiệu trên tạp âm yêu cầu được xác định theo mô phỏng.

Ví dụ tính toán quỹ đường xuống LTE được trình bày trong bảng 16.9, trong đó (E/N0')re q được xác định từ mô phỏng cho trường hợp máy thu đầu cuối sử dụng phân tập thu với hai anten.

Chương 16: Hiệu năng và quỹ đường, truyền của HSPA và LTE 601

Bảng 16.9. Quỹ đường xuống LTE cho ỈMbit/s với mảy thu hai anten

Máy phát (Trạm gốc)

Công suằt máy phát trạm góc (dBm) 46,0 Pĩxb

Khuếch đại anten trạm gốc (dBi) 18,0 Gb

Tổn hao phi dơ + connectơ(dB) 2,0 Li

Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (dBm) 62,0 EIRPb= Pixb-Lf+Gb

Máy thu (Đầu cuối di động)

Hệ số tạp âm máy thu (dB) 7,0 NF

Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) -104,5

Ni = 30+10lgk+ +10lg290K+10lgB(9MHz)

Công suật tạp âm nền máy thu (dBm)

-97,5 N = N,+NF

Dự trữ nhiễu (dB) 3,0 Mi

Bổ sung nhiễu kênh điều khiển 1,0 Mcch

Tỏng tạp âm + nhiễu giao thoa (dBm)

-93,5 (N+l)[dBm] = N+Mi+Mcch

TỳsốSNR yêu cầu (dB) -10,0 (Eb/No')req, tờ mô phỏng

Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm) -103,5 Pm,n = (N+l)[dBm]+(Eb/N0')req[dB],

Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gm

Tổn hao connectơ và phiđơ (dB) 0,0 Lim

Tổn hao cơ thể (dB) 0,0 Lbody

Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (dB)

165,5 Lmax = EIRPb-Pmm+Gm-Um -Lbody


16.6. TỎNG KÉT Chương này đã xét các thông số hiệu năng và các phương pháp

mô phỏng để đánh giá hiệu năng. Hai mô hình đánh giá hiệu năng: Tĩnh và động đã được xét trong chuông này.

Mặc dù chỉ sử dụng các mô hình được đơn giản hóa và bỏ qua các cải thiện của giao thức lớp trên, các kết quả mô phỏng trong chương này cho thấy tiềm năng cao của các phát triển HSPA và LTE trong việc cải thiện chất lượng người sử dụng, dung lượng và vùng phủ và nhờ vầy giảm tổng giá thành kết cấu hạ tầng trong cả kịch bản vùng phủ lẫn kịch bản hạn chế dung lượng.

Các con số hiệu năng được trình bày trong chương này cùng với các kết quả sử dụng trong đánh giá của 3GPP cho thấy LTE hoàn toàn đáp ứng được các mục tiêu của 3GPP về thông lượng và hiệu suất sử dụng tần phổ. Các yêu cầu này một phần được hình thành từ chính việc so sánh tương đối với hệ thống WCDMA cơ sở. Hệ thống WCDMA tiên tiến hơn với áp dụng MIMO và các máy thu RAKE, cũng sẽ đạt được các tính năng tương tự như khái niệm LTE. Tóm lại cần lưu ý rằng rất nhiều các cải thiện LTE cũng sẽ được áp dụng trong phát triển WCDMA/HSPA.

Mục cuối của chương đã đưa ra các ví dụ tính toán quỹ đường truyền cho HSPA và LTE. Các kết quả tính toán này có thể sử dụng cho việc định cỡ mạng của giai đoạn đầu quy hoạch mạng.

16.7. CÂU HỎI Ì. Trình bày ý nghĩa đánh giá hiệu năng dựa trên mô phỏng bằng máy tính.

2. Trình bày hiệu năng từ góc độ người sử dụng.

3. Trình bày hiệu năng từ góc độ nhà khai thác. 4. Trình bày cấu hình và các tiêu chí thực hiện mô phỏng để đánh giá.


5. Trình bày đánh giá hiệu năng của HSPA và LTE dựa trên phương pháp mô phỏng tĩnh.

6. Trình bày phương pháp đánh giá hiệu năng LTE dựa trên mô phỏng động.

7. Trình bày tính toán quỹ đường truyền HSUPA. 8. Trình bày tính toán quỳ đường truyền HSDPA. 9. Trình bày tính toán quỳ đường lên LTE. 10. Trình bày tính toán quỹ đường xuống LTE.

Phụ lục

CÁC YÊU CẦU PHẦN VÔ TUYẾN CỦA ĐẦU CUỐI HSPA

Phụ lục này sẽ trình bày các yêu cầu phần vô tuyến của đầu cuối 3GPP HSPA. Phần đầu PL1 trình bày các yêu cầu đối với máy phát, phần hai PL2 trình bày các yêu cầu đối với máy thu và phần ba còn lại (PL3) trình bày các băng tần khác nhau sử dụng cho HSPA.

PL1. CÁC YÊU CẦU MÁY PHÁT

PL1.1. Công suất đầu ra Các đầu cuối WCDMA và HSPA thương mại có loại công suất 3

với công suất đầu ra cực đại 24dBm hay loại công suất 4 với công suất ra 21dBm. Loại công suất 3 có dung sai +l/-3dB, nghĩa là công suất ra đầu cuối phải nằm trong dải tù 21 đến 25dBm. Dung sai trong loại công suất 4 là +2/-2dB. Nếu công suất ra đầu cuối là 22dBm thì đầu cuối có thể được phân loại hoặc loại 3 hoặc loại 4 do sự chồng lấn trong định nghĩa loại. Các loại công suất được tờng kết trong bảng PL1. Công suất ra đầu cuối cao hơn có thể cải thiện tốc độ đường lên trong vùng phủ sóng yếu.

Bảng PL1. Các loại công suất

Loại công suất 3 Loại công suất 4

Công suất cực đại +24dBm +21dBm

Dung sai +1/-3ỞB +2/-2ỞB


HSDPA đưa ra một kênh đường lên mới để phản hồi L I với tên gọi là kênh vật lý điểu khiến riêng (HS-DCCH). Truyền dẫn HS-DPCCH xảy ra song song với DPCCH thông thường đê tạo ra truyền dẫn đa mã. Truyền dẫn đa mã đòi hỏi mức độ tuyến tính cao hơn đối với các phần vô tuyến của máy phát (UE) vì tỷ số công suất đụnh trên công suất trung bình (PAPR) tăng. Các đặc tả 3GPP cho phép UE giảm công suất ra cực đại đối với các khe thời gian có phát HS-DPCCH. Giảm công suất phát cho phép phụ thuộc vào biên độ tương đối của DPDCH pd và DPCCH pc. Nếu công suất tương đối của DPCCH thấp so với DPCCH thì không được phép giảm công suất. Nếu tốc độ số liệu đường lên vào khoảng 16kbit/s hoặc cao hơn thì không cần giảm công suất. Giảm công suất Ì dB có thể được sử dụng cho các tốc độ số liệu thấp. Giảm công suất cực đại 2dB chi được phép khi kết nối đường lên không phát số liệu. Các giới hạn công suất ra của UE được cho trong bảng PL2. Giảm công suất sẽ không ảnh hưởng lên định cỡ quỹ đường truyền vì các mạng này thường được định cỡ để đảm bảo tốc độ 64kbiƯs trên đường lên với sử dụng DPDCH.

Bảng PL2. Công suất ra R5 UE với HS-DPCCH

Tỷ số biên độ DPCCH/DPDCH

Tốc độ bít điển hình tươnọi ứng (kbiưs)

Giảm công suất ra cực đại được phép (dB)

1/15<Pc/Pd<12/15 >8-16 -

12/15,5<Pc/Pd<15/8 <8-16 -1

15/7<[ỉo/pd<15/0 0 (không truyền dẫn số liệu)

-2

Đối với Ró định nghĩa giảm công suất thay đổi một chút để được một định nghĩa đơn giản bao hàm tất cả các tổ hợp kể cả sử dụng HSUPA lẫn HSDPA. Thuật ngữ "số đo lập phương" (CM: Cubic

Phụ lục: Các yêu cầu phần vô tuyển cùa đầu cuối HSPA 607

Metric) được đưa ra như là một số đo giảm công suất được phép. Đặc tả cho phép giảm công suất khi CM tăng do sử dụng các kênh mã song song vượt quá giá trị CM tham chuẩn bằng Ì (CM=1 đối với pc/pd=12/15, phs/Pd=24/15). Như vậy giảm công suất ra cực đại được tính theo giá trị CM bàng Ì và giá trị CM cực đại là \5 tương ứng với giảm công suất cho phép bằng 2dB.

CM = CEIL 20xlg(v_rtorm3) -20xlg(v Horm_ref)

V — Irms v — — 'mút m Q J

Trong đó k=l,8 nếu các mã định kênh được chển từ nửa thấp của cây mã, ngược lại k=l,56 và v norm thể hiện dạng sóng điện áp được chuẩn hóa của tín hiệu đầu ra và v_ref là dạng sóng được chuẩn hóa của tín hiệu tham chuẩn (tiếng thoại ARM 12,2kbiƯs). Ceil(x;0,5) là giá trị của biểu thức được làm tròn đến 0,5dB gần nhất chẳng hạn CM=[0; 1; 1,5; 2,0; 2,5; 3; 3,5]

Định nghĩa này cũng thay thế các định nghĩa R5 cho các thiết bị chi có HSDPA không hỗ trợ HSUPA.

Ngoài công suất ra cực đại, công suất ra cực tiểu cũng được định nghĩa. Đầu cuối phải có khả năng giảm công suất xuống còn -50dBm để bảo vệ các trạm gốc khi nó tiến đến rất gần anten trạm gốc, chẳng hạn trong các ô trong nhà.

PL1.2. Tỷ lệ dò kênh lân cận

Tỷ lệ dò kênh lân cận (ACLR: Adjacent Channel Leakage Ratio) mô tả lượng công suất được phép dò rỉ đến các sóng mang lân cận. Không có các quy định này cho HSDPA cũng như cho HSUPA, vì giảm công suất ra với các kênh điều khiển HSDPA và HSDPA được định nghĩa để cho phép cùng một bộ khuếch đại công suất sử dụng được cho cả HSPA và WCDMA nhưng vẫn đáp ứng các yêu cầu ACLR. Nếu không cho phép giảm công suất khi PAPR tăng,


sẽ rất khó khăn duy trì hiệu năng ACLR mà không tăng kích cỡ bộ khuếch đại.

Mục đích của kiểm tra ACLR là để bảo vệ hiệu năng thu của trạm gốc. Điều này liên quan đến các trạm gốc nằm gần đầu cuối, trong khi đầu cuối lại phát đến một trạm gốc ở xa với công suất cao. Điều này đặc biệt quan trọng đễi với các trường hợp nhiễu giữa các nhà khai thác vì rõ ràng rằng các đầu cuối không thể nối đến trạm gốc gần nhất nếu chủng thuộc một nhà khai thác khác.

Trường hợp này được minh họa trên hình PL1 cho sóng mang lân cận thứ nhất và thứ hai. Các giá trị ACLR không thể hiện mức công suất tại một điểm tần số, mà chúng là tích hợp trên băng thông 3,84MHz bàng bộ lọc máy thu được sử dụng làm mô hình đo. Đo được thực hiện tại toàn bộ công suất, nhưng nó cũng đủng đối với các mức công suất thấp hơn cho đến khi mức này đến gần mức công suất cực tiểu. Tại điểm này tạp âm nền sẽ bắt đầu ảnh hưởng ACLR.

Công suất phát Công suất kênh

21/24dBm

Tần số sóng mang

Dịch 5MHz

Dịch 10MHz

Hình Phì. Tỷ số dò kênh lăn cận do phát từ đầu cuối


Ngoài, ra, các yêu cầu phát xạ của máy phát được định nghĩa trong đó các điểm trên đường cong hình PL1 phải nằm đuôi các mức công suất quy định. Điều này nhằm đảm bào các quy định theo luật và ngoài ra trong một số nước còn có các yêu cầu đặc biỈt cho chi tiết mặt nạ phát xạ (chẳng hạn các yêu cầu của FCC ớ Mỹ).

PLỈ.3. Điều chế phát Các yêu cầu điều chế phát không đưa ra các bổ sung riêng liên

quan đến HSDPA, nhưng với HSUPA hiỈn nay vẫn có một sổ vẩn đề liên quan đến các yêu cầu về độ lớn véc tơ lỗi trạm gốc (EVM: Eưor Vector Magnitude). EVM mô tả lượng công suất dò giữa các mã định kênh cho chuỗi máy phát của một trạm gốc gây ra là bao nhiêu. Quy định này đã được đảm bào chặt chẽ hơn đổi với HSDPA do sử dụng điều chế 16QAM.

Không có điều chế mới được đưa ra trên đường lên sử dụng HSUPA, vì điều chế khóa dịch pha vuông góc (QPSK) kênh kép trong R3 vẫn được sử dụng. Với sử dụng truyền đẫn đa mã, EVM mô tả lượng công suất rò rỉ từ một mã đến một mã khác do mức độ không chính xác pha của máy phát, ngay cả khi trong một kênh lý tưởng vẫn duy trì được trực giao. Hình PL2 cho thấy ví dụ về trường hợp khi hai mã được sử dụng với tốc độ số liỈu cực đại với một kênh số liỈu vật lý riêng tăng cường (E-DPDCH). về lý thuyết các kênh này hoàn toàn trực giao với nhau và vì chúng được truyền ừên các nhánh khác nhau (đồng pha và pha vuông góc) của tín hiỈu QPSK hai kênh. Lưu ý rằng mức công suất giữa kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) và kênh DPDCH không được đưa ra trên hỉnh PL2, vỉ mức công suất cùa DPCCH với hỈ số trải phổ 256 rất thấp so với mức công suất SF4 hay SF2 của E-DPDCH. SF càng nhỏ thì nhiễu giữa các kênh E-DPDCH song song sẽ càng nghiêm trong hơn, vì độ lợi xử lý nhỏ nên không thể hỗ trợ triỈt nhiễu, các yêu cầu EVM hiỈn tại vẫn đúng đối với truyền dẫn HSUPA và hiỈn 3GPP vẫn đang nghiên cứu để đưa ra các


yêu cầu hiệu năng tối thiểu cho ổn định công suất miền mã nhằm đảm bảo rằng các UE phát tất cả các kênh với trọng số phù hợp.

Sự không liên tục pha cũng quan trọng thậm chí trong trường hợp kênh đơn mã (DPDCH hay E-DPDCH), vì điều chế mang thông tin đạng pha của tín hiệu này. Do đó, tính không liên tục pha cũng làm giảm cấp hiệu năng hệ thống trên mã đơn. Do vậy, các đặc tả của 3GPP R5 có cả kiểm tra trường hợp không liên tục pha vì mã DPDCH đơn.

v ^7—Ì Dạng sóng phát đường lên

ì Ì Bộ ghép song công

PA Từ két hợp l&Q và biến đỏi nâng tần

Đến máy thu PA: Bộ khuếch đại cổng suất

Hình PL2. Dò công suất giữa các mã do đại lượng véc tơ loi

PL2. CÁC YÊU CẦU MÁY THƯ

PL2.1. Độ nhậy

Độ nhạy máy thu là thông số để kiểm tra hiệu năng máy thu tại các mức công suất tín hiệu thu thấp (khi có tạp âm nhiệt). Đây là mô hình cho trường hợp đầu cuối di động nằm tại biên ô. Hình PL3 cho thấy các mức kiểm tra để đo độ nhạy. Mức năng lượng chip tín hiệu yêu cầu trước giải trải phổ là - Ì 17dBm. Độ nhạy được định nghĩa cho thoại 12,21:biƯs với độ lợi xử lý là 25dB, vì thế sau trải phổ mức này

Phụ lục: Các yêu cầu phần vô tuyến cùa đầu cuối HSPA 611

được nâng lên thành -92dBm. Giả thiết yêu cầu Eb/N0 là 7dB đối với tỷ lệ lỗi khối (BLER) là 1 % , khi này mức tạp âm nhiệt phải là -99dBm. Vì mức tạp âm nhiệt với 3,84MbiƯs là -108dB, nên hệ sổ tạp âm yêu cầu phải thấp hơn 9dB. Đ ộ nhạy yêu cầu bằng -Ì 17dBm áp dụng cho băng ì. Đổi với các băng khác độ nhạy thay đổi giữa -114dBm và -117dBm tương ứng với hệ số tạp âm tờ 9dB đến 12dB. Các yêu cầu độ nhạy liên quan đến băng thông cũng được định nghĩa, vì kích cỡ băng thông và khoảng cách song công giữa đường lên và đường xuống là khác nhau trong các băng tần. Các bâng tần khác nhau được xét trong phần PL3.

E b = -92dBm —

Eb/N0=7dB

N0=-99dBm %ị

NF= 9dB

Nt = -108dBm

Tỉ

DPCH_Ec=-117dBm

NF: Hệ số tạp â m Gp: Đ ộ lợi xử lý

Gp=25dB

DPCH

Hình PL3. Trường hợp kiểm tra độ nhạy mảy thu

Kiểm tra độ nhạy được tiến hành khi đầu cuối di động phát toàn bộ công suất (21dBm hay 24dBm), vì khả năng lớn nhất đây là trường hợp ở biên vùng phủ sóng của ô. Điều này cho phép xét đến dò máy phát đến băng tần máy thu. Kiểm tra độ nhạy chi được quy định cho kênh kiểm tra tham chuẩn thoại 12,2kbiƯs. Không có bất kỳ các

612 Giảo trình Lộ trình phát íriên thông tin di động 3G lên 4G

kiểm tra khác liên quan đến độ nhạy máy thu đặc thù HSDPA và HSƯPA.

Để đạt được hiệu năng yêu cầu trong trường hợp kiểm tra, cần đảm bảo suy hao khá lớn giữa máy phát và máy thu. Tín hiệu được phát qua bộ lọc song công trong đầu cuối tại mức công suất thậm chí còn cao hơn công suất đầu ra thục tế do suy hao của chính bản thân bộ lọc song công. Phân cách giữa máy phát và máy thu được thục hiện bởi phân cách khả dụng cùa bộ lọc song công và các bộ lọc băng thông trong chuỗi phát (hình PL4). Lưu ý rằng máy phát của ví dụ trên hình PL4 chỉ là một trong nhiều giải pháp có thể có, máy phát này sù dụng trung tần.

Bộ lọc băng thông trung tàn "

ALC Từ kết hợp

l&Q

Đ ế n máy thu PA: Bộ khuếch dại công suất ALC: Bộ tụ động điều chỉnh mức

Bộ dao động nội

Hình Phế. Chuôi phát với nhiêu đèn phán thu

PL2.2. Độ chọn lọc kênh lân cận ỉ • ĩ I

Các yêu cầu về độ chọn lọc kênh lân cận (ACS: Adịacent Channel Selectivity) trong 3GPP R3 vẫn đúng đối với HSDPA và HSUPA. ACS mô tả mức công suất cho phép của sóng mang lân cận khi đầu cuối vẫn có thể hoạt động tại tần số hiện thời. Điều này thường xảy ra giữa các nhà khai thác trong các mạng thục tế. Các đặc tả của 3GPP đòi hỏi ACS bằng 33dB. R5 cũng có một trường hợp kiểm tra mới, tuy nhiên nó chỉ mở rộng vùng kiểm tra chứ không liên


quan trực tiếp đến khai thác HSDPA/HSUPA. Trong thiết kế đầu cuối, ACS đạt được bằng bộ lọc kênh và lọc số băng gốc (hình PL5).

Anten Bộ lọc kênh

Biến đổi A/D và lọc số Giải trải phổ

Kênh Kênh chính lân

cận

Kênh chinh

Kênh lân cận

Kênh chinh ũ Kênh

làn

cận

• Eb'N 0

Kênh Kênh chính lân

cận

Hình PL5. Ví dụ về phân chia ACS trong máy thu

PL2.3. Chặn

Chặn trong băng định nghĩa các mức tín hiệu từ các sóng mang được cao bao nhiêu đờ đầu cuối di động có thờ thu được tín hiệu trong cùng một băng tần. Tồn tại các quy định cho các dịch tần 10MHz và 15MHz. Dịch tần 5MHz được xét trong đó ACS trong phần trước. Hình PL6 minh họa trường hợp dịch tần 10MHz, trong đó chặn tại mức -56dBm. Tín hiệu của chính ô có 3dB cao hơn mức độ nhạy, vì thế mức tín hiệu là - Ì 14dBm cho băng ì. Kờ cả độ lợi xử lý mức tín hiệu đạt đến -89dBm. Với Eb/No bàng 7dB, mật độ phổ tạp âm cộng nhiễu thấp hơn -96dBm. Với dịch tần 10MHz, yêu cầu độ nhạy là 40dBs và với dịch tần 15MHz yêu cầu này là 52dBs.

Đờ triờn khai hệ thống băng hẹp thế hệ hai trong cùng băng tần, uột tập yếu cầu chặn băng hẹp khác được quy định. Hệ thống băng lẹp có thờ là GSM hoặc IS-95. Các yêu cầu cũng đúng cho UMTS $50, UMTS 1800 (băng 1800 của GSM) hay UMTS (băng 1900 của 'CS). Tín hiệu kiờm tra là một tín hiệu được điều chế GMSK có tần


số trung tâm cách tần số trung tâm WCDMA hoặc 2,7MHz hoặc 2,8MHz (xem hình PL7). Hình Phi minh họa trường hợp 2,7MHz, trong đó mức tín hiệu tuyệt đối của tín hiệu băng hẹp được đặt bằng -57dBm tại đầu vào máy thu để thể hiện trường hợp triển khai ngoài hiện trường, trong đó một sóng mang GSM cang một sóng mang WCDMA. Mức công suất tín hiệu cần thu là -105dBm tương ứng với giởm lOdB so với trường hợp kiểm tra độ nhạy bằng -Ì 15dBm trong các băng này.

= -56dBm

E b = -89dBm

No = -96dBm

Độ nhạy = 40dB

DPCH_Ec=-114dBm

•ọ Eb/N0= 7dB

Gp=25dB

DPCH

Chặn 10MHz

Hình PL6. Chặn trong băng với dịch tần 10MHz

Nếu các trạm gốc của GSM và WCDMA được đặt cùng một chỗ, thì các tín hiệu thu tại đầu cuối có cùng mức và vì thế tránh được các vấn đề liên quan đến chặn. Các vấn đề liên quan đến chặn chỉ xởy ra khi GSM và WCDMA được triển khai không hợp tác, nghĩa là khi được triển khai bởi các nhà khai thác khác nhau sử dụng các trạm đặt khác nhau.


I bi = -57dBm

Độ nhạy = 30dB

E b = -80dBm

N0= -87dBm

DPCH_Ec=-105dBm

7

Gp=25dE

DPCH

Eb/N0= 7dB

Chặn 2,7MHz

Hình PL7. Chặn băng hẹp đối với nguồn nhiễu GMSK

PL2.4. Điều chế giao thoa

Kiểm tra điều chế giao thoa nhàm kiểm tra dung sai sản phẩm điều chế giao thoa bậc ba của máy thu đầu cuối, Sản phẩm này sinh ra do hai tín hiệu công suất cao cách nhau 10MHz và 20MHz. Yêu cầu này cần thiết cho trường hợp khi nhiều hệ thống đồng thời tồn tại trên cùng một vùng. Các tín hiệu kiểm tra bao gồm một tín hiệu băng hẹp cách 10MHz và một tín hiệu băng rộng cách 20MHz được phát liên tục. Thiết lập tín hiệu kiểm tra được cho trên hình PL8, trong đó cả hai tín hiệu được phát đồng thời. Các tín hiệu kiểm tra có mc công suất -46dBm, còn tín hiệu mong muốn có công suất -Ì 14dBm, tương ng với giảm 3dB so với trường hợp kiểm tra độ nhạy bàng - Ì 17dBm.


Ngoài ra, còn có trường hợp kiểm tra điều chế giao thoa băng hẹp cho các băng tần nơi có nhiều khả năng triển khai các hệ thống băng hẹp. Trường hợp kiểm tra này sử dụng hai tín hiệu băng hẹp phát liên tục cách nhau 3,5 hay 3,6MHz và các tín hiệu điều chế GMSK cách nhau 5,9 hoặc 6,0MHz.

ly =-46dBm

E b = -89dBm

No= -96dBm

TỴ

Ả*.

DPCH_Ec=-114dBm

Eb/N0= 7dB

Gp=25dB

DPCH

10MHz 20MHz

trinh PL8. Trường hợp kiểm ưa điều chế giao thoa

PL2.S. Phân tập thu và kiểu máy thu Việc đưa ra HSDPA dẫn đến xuất hiện các vấn đề liên quan đến

phân tập thu và các giải thuật băng gốc tiên tiến trong đầu cuối di động. 3GPP R5 có các yêu cầu hiệu năng HSDPA có thể thực hiện được vi việc chì sử dụng máy thu RAKE một anten. Ró bổ sung thêm các yêu cầu đối vi các đầu cuối HSDPA, trong đó các đầu cuôi

Phu lục: Các yêu cầu phần vô tuyển cùa đầu cuối HSPA 617

này phải có phân tập thu và bộ cân bằng. Hiện nay, các đặc tả của tiêu chuẩn này chứa các yêu cầu cho các trường hợp sau:

- Máy thu RAKE đơn (3GPP R5)

- Máy thu RAKE với phân tập thu (kiểu ì tăng cường trong 3GPP Ró)

- Máy thu với bộ cân bằng (kiểu l i tăng cường trong 3GPP Ró)

- Máy thu có bộ cân bằng và phân tập thu (kiểu HI tăng cường trong 3GPP R7)

Hiệu năng thục tế của anten độc lập với các yêu cầu trên. Các trường hợp kiểm tra có phân tập thu sử dụng giả thiết kựch bàn lý tưởng trong đó các anten không tương quan với nhau. Tất nhiên trong các thực hiện thực tế, điều này không thể có, các anten sẽ có tuông quan và vì thế phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế đầu cuối cũng như vào băng tần được sử dụng. Tần số càng thấp thì tương quan càng cao. Ngoài ra các anten này cũng không có độ lợi giống nhau vì thể lợi ích nhận được từ chúng sẽ giảm. Nếu có xét đến phân tập thu trong quá trình quy hoạch và phát triển mạng, thì cần xét đến tương quan anten. Hình PL9 cho thấy một ví dụ về sự ảnh hưởng của tương quan anten lên thông lượng hệ thống hoạt động trong băng tần 800MHz và 2GHz. Hình này giả thiết rằng khoảng cách vật lý giữa các anten là như nhau cho cả hai băng tần. Như vậy khoảng cách tương đối (so với bước sóng X) đối với băng 800MHz sẽ nhỏ hơn đối với băng 2GHz. Khoảng cách tương đối giữa các anten càng nhỏ thì tương quan giữa chúng càng lớn và độ lợi từ phân tập anten càng thấp. Đường cong trên cùng là trường hợp không tương quan giữa các anten. Đường cong giữa là trường hợp cho với băng 2GHz với khoảng cách anten tương đối bằng 0,5A, còn đường cong thấp nhất là trường hợp cho băng tần 800MHz với khoảng cách anten tương đối giảm xuống bàng 0,2Ằ. Ảnh hưởng tương quan anten với 0,5Ầ nhỏ hơn 5% so với trường hợp lý tưởng,


còn ảnh hường này lên đến 10-15% khi khoảng cách anten bàng 0,21. về lý thuyết, sử dụng phân tập anten cho phép tăng dung lượng. Độ lợi dung lượng đạt được vào khoảng 50-60% đối với các ô vĩ mô. Thiết kế đầu cuối thực tế sẽ quyết định hiệu năng thực tế, trong đó các đặc tính phổ công suểt phương vị (PAS: Power Azimuth spectrum) cùng với độ lợi anten sẽ quyết định hiệu năng thực tế trên hiện trường.

Xe cộ A 30km/h, H-SET3 16QAM. lor/l = 10dB 1600

E</lor[dB]

Trường hợp lý tường (i.i.d), trong băng 2MHz (0,5X) và trong băng 800MHz (0,2X)

Hình PL9. Anh hưởng tương quan anten lên hiệu năng hệ thong

PL2.6. Mức vào cực đại Với việc đưa vào sử dụng 16QAM, cần đảm bảo nhiều thông tin

chính xác hơn về pha và biên độ, nếu không hiệu năng 16QAM sẽ giảm nghiêm trọng. Đẻ đảm bảo điều này, một trường hợp kiểm tra đặc thù đã được định nghĩa để kiểm tra hiệu năng đầu cuối tại mức tín


hiệu vào cực đại. Đây là trường hợp khi đầu cuối gần trạm gốc, trong vùng 16QAM sẽ được sử dụng. Truông hợp kiểm tra này thực hiện đo thông lượng để đảm bảo hoạt động bình thường của chuỗi thu HSDPA. Trường hợp kiểm tra này có thể áp dụng cho tất cả các thiết bị hỗ trợ 16QAM. Các trường hợp kiểm tra mớc vào cực đại cho R3 và HSDPA được minh họa trên hình PL10. Đổi với HSDPA, trường hợp này được sửa đổi để phù hợp với các thay đổi lớn hom của đường bao tín hiệu 16QAM. Tất cả các đầu cuối trong các thể loại từ Ì đến 10 đều có thể sử dụng trường hợp đo này để đảm bảo dung sai mớc tín hiệu cao đầu vào. Ngoài ra còn có trường hợp kiểm tra riêng cho QPSK để kiểm tra các loại đầu cuối 11 và 12.

Eb=-19dBm

Eb/N0= 7dB 5 N0=-26dBm Ty

E<7lor=-19dB

DPCH_E„ = -44dBm

DPCH

Gp=25dB

l o r = -25dBm

E(VI0r = -13dB

DPCH_Ec = -38dBm

HS-SCH

12,2kbit/sR3 HSDPA 16QAM R5

Hình PL10. Kiếm tra mức tín hiệu vào cực đại tại đầu cuối sử dụng

DCH và HSDPA 16QAM.

Tổng mớc thu là -25dBm trong khi đó tín hiệu được thiết kế có tổng mớc tại -44dBm, tớc là thấp hơn 19dB đối với R3, còn đối với HS-DSCH 13dB thấp hom tại mớc -38dBm. Trường hợp kiểm tra HSDPA đòi hỏi thông lượng 700kbit/s sử dụng bổn mã và phát 3 TTI một lần. Để tham khảo, thông lượng cực đại sử dụng bốn mã và 3 T U một lần là 960kbit/s.

6 2 0 Giáo trình Lộ trình phái triển thông tin di động 3G lên 4G

PL3. C Á C B Ă N G T À N VÀ C Á C ĐẦU CUỐI Đ A B Ă N G 3GPP đưa ra các đặc tả WCDMA cho tất cả các băng tổ ong liên

quan để đủ không gian cho sóng mang WCDMA. Các phương án tần số và các vùng thường sử dụng chúng trên toàn cầu được liệt kê trên hình P H I . Các phương án tần số không phụ thuộc vào phát hành 3GPP, nghĩa là, thớm chí nếu phương án được bổ sung theo lịch trình 3GPP R7, thì các sản phẩm cho các băng này có thể sử dụng phát hàn 3GPP trước đây làm cơ sở thiết kế. Chỉ cần đáp ứng các yêu cầu mới bổ sung cho thiết bị vô tuyến để hỗ trợ các phần tử truyền dẫn đặc thù băng mới.

a) Các băng tản cá thể sử dụng cho VVCOMA toàn càu Băng cõng

tác Tên Tổng p h i Đường lên

(MHx) Đường xuống

[MHz| Băng vu Ị 2MKI 1 l \ 7 l ) M l b 1 25*10-2570 1 2t>S)-2MU ị Băng 1 Ị :ioo 1 iíMlMII/ Ị 1420-ỊVXO ị 2110017(1 1 Băng li 1 1900 1 2xM)MIU INMMOIO 1 11.10-1 W0 1 Bảng IV 1 17002100 1 2x45 MU/ 1710-1755 1 :ill»OI55 |l Bảng MI 1 1X00 1 2x75 MU/ 1 1710-17« Ị ISIIị-INMI |(

Bâng IX Ị 1700 1 :.\J15 MU/ 1 1750-17*5 ị IM5-I8S0 1 Băng VUI 1 vua 1 ĩxìỉ M U/ 1 XMMII3 1 925-%(l 1 Băng V 1 m 1 1 \ 2 Í MU/ 1 KWX'M 1 Băng VI 1 MO 1 I x l O M I U 1 X.<0-X4fi 1 S75-XX5 1

b) Bâng IMT-2000

J Bảng 3G mói n Bảng IMT2000 (Bâng VVCDMA chủ đạo) n Băng PCS tại Mỹ vá châu Mỹ La-tinh J Bâng 3G mới tại Mỹ và châu Mỹ La-tinh ị Cháu Âu, châu Á vá Bra-xin

ĩ Nhặt Bàn

J Cháu Âu và cháu Á 1 Mỹ, châu Mỹ vá châu A

3 Nhớt Bản

IMT-2000 MSS T ~ ! IMT-2000 MSS 2010 2025 2110 2170 2200

f (MHz) 1885 1» IMT-2000 International Mobile Telecommunications-2000: Viên thõng di động quốc tế 2000 MSS: Mobile Sattelite Service: dịch vu thống tin di động vệ tinh Ị Ị Ti n phổ cho IMT-2000 Ị Ị Tần phổ cho MSS

Hình PHI. Phân bố tần sổ cho WCDMA

(à) Các băng có thế dùng cho ỊVCDMA toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000)

Triển khai WCDMA đã được bắt đầu tại châu Âu và châu Á trong dải phổ chính 2,1GHz băng ì với ấn định 2x60MHz. Các đầu cuối


WCDMA thường kết hợp WCDMA 2100 với một số băng GSM. Các mạng WCDMA tại Mỹ lúc đầu được triển khai tại 1,9MHz băng l i sau đó mở rộng đến 850MHz băng V. Trong thực tế các đầu cuối WCDMA tại Mỹ phải hồ trợ WCDMA băng kép 1900+850MHz. Khi băng IV mới cùa 3G khả dụng tại Mỹ, các phương án tần số mới sẽ có mặt trên thị trường. Sẽ có các phương án tần số băng kép mới tại các thị trường Brazil và châu Á, trong đó các nhà khai thác sệ dụng cả băng 850MHz và 2100MHz. Triển khai WCDMA tại các tần số 900MHz và 1800MHz đòi hỏi sệ dụng các băng này trong các đầu cuối WCDMA đa băng kết hợp với băng chính 2, Ì GHz.

Các phương án tần số khác nhau sệ dụng cùng một đặc tả WCDMA/HSPA ngoại trừ các khác biệt về các thông số và các yêu cầu đổi với phần vô tuyến. Các khác biệt này được liệt kê dưới đây:

1. Các tần sổ kênh bổ sung với dịch tần 100kHz được đưa ra để đặt sóng mang WCDMA chính xác ở giữa khối 5 MHz cho các băng li, IV và V I (xem hình PL12). số thứ tự kênh chuẩn là bội số của 200kHz

2. Các yêu cầu chặn băng hẹp cho các băng này ( l i , IV, V I và 900) tại các vùng trong đó GSM được triển khai trong cùng một băng. Phân cách sóng mang giữa WCDMA và nhiễu băng hẹp là 2,7MHz (hình PL7). Đây là phân cách tối thiểu có thể khi WCDMA được đặt giữa một khối 5MHz và sóng mang GSM thứ nhất cách biên của khối này 0,2MHz, vì thế tổng phân cách là 5,0/2+0,2 = 2,7MHz. Đối với băng IU lưới kênh là 200kHz không dịch tần 100-kHz, vì thế khoảng cách chặn băng hẹp là 2,8MHz. Trường hợp kiểm tra điều chế giao thoa băng hẹp cũng được đưa vào chuẩn cho các băng này (xem mục PL2.4).

3. Giảm bớt các yêu cầu về độ nhạy đầu cuối cho các băng ( l i , IV và VUI), nơi mà phân cách giữa đường lên và đường xuống chỉ


là 20MHz hay nhỏ hơn. Các yêu cầu này cho phép đạt được suy hao song công đủ lớn giữa phát và thu trong một đầu cuối nhỏ. Độ giảm từ 2 đến 3dB so với các băng khác.

Tần số của sóng mang VVCDMA với số kênh bố sung tại n+2,5 MHz

nMHz 1 1 í

Khối 5 MHz

Hình PL12. Các số kênh bồ sung cho phép đặt sóng mang vào giữa khối 5MHz

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2G Second Generation Thế hệ thứ hai

3G Third Generation Thế hệ thứ ba

3GPP 3rd Generation Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

3GPP2 3rd Generation Partnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba - 2

AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng

ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Tỳ số rò kênh lân cặn

ACK Acknovvledgement Công nhận

AGW Access Gatevvay Cổng truy nhặn

AM Acknowledged Mode Chế độ công nhận

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

AMR Adaptive MultiRste Đa tốc độ thích ứng

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động

AVVGN Additive Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng

BCCH Brop.dcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BES Best Effort Service Dịch vụ n lực nhất

BER Bít Error Rate Tỷ số li bít

BLER Block Error Rate Tỷ số li khối

BM-SC

BPSK

Broadcast/Multicast Service Center

Binary Phase Shift Keying

Trung tâm dịch vụ quảng bá/đa phương Khóa chuyển pha hai trạng thái

BS Base station Trạm gốc

BTS Base Tranceiver station Trạm thu phát gốc

CAZAC Constant Amplitude Zero Auto- Tự tương quan bằng không biên Correlation độ không đổi

cc Convolutional Code Mã xoắn

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CN Core Network Mạng lõi

CP Cyclic Preíix Tiền tố chu trình

CPC Continuous Packet Connectivity Kết nối gói liên tục

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

COI Channel Quality Indicator Chì thị chát lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

cs Circuit Svvitch Chuyển mạch kênh

CTC Convolutional Turbo Code Mã hóa Turbo xoắn

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DCH Dedicated Channel Kênh riêng

DFT Discrete Pourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DFTS- DFT-Sread OFDM OFDM trải phổ OFDM

Đường xuống DL Dovvnlink Đường xuống

DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

DRX Discontinuous Reception Thu không liên tục

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sè đường xuống

DTX Discontinuous Transmission Phát không liên tục

DUSP Switching point tròm downlink to uplink Điềm chuyển mạch từ đường xuống sang đường lên

E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường

E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường

E-DPCCH Enhanced Dedicated Control Channel Kênh điều khiên riêng tăng cường

E-DPDCH Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường

eNodeB E-UTRAN Node B Nút B cùa E-UTRAN

EPC Evolved Packet Core Lõi gói phát triển

E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng cường

E-UTRA Evolved UTRA Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển

ErtPS Extended Real Time Packet Service Dịch vụ gói thời gian thực mờ rộng

E-TFC E-DCH Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải E-DCH

E-TFCI E-DCH Transport Format Combination Chỉ số kết hợp khuôn dạng truyền

Index tải E-DCH E- Evolved UTRA/Evolved-RAN Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN/E- UMTS phát triển RAN FACH Forward Accsss Channel Kênh truy nhập đường xuống

FBSS Fast Base station Svvitching Chuyển mạch trạm gốc nhanh

FCC Fedaral Communication Commision ớy ban thông tin liên bang

FDD :-"requency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian

FDM Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo tần số

FDMA Prequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số

F-DPCH Fractional DPCH DPCH một phần (phân đoạn)

FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước

FFT Fast Fourier Transtorm Biến đồi Fourier nhanh

GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM

EDGE

GGSN Gatevvay GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS Global Positionning System Hệ thống định vị toàn cầu

G-RAKE Generalized-RAKE RAKE tổng quát

GSM Global System For Mobile Hệ thống thông tin di động Communications toàn càu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động lai ghép

HCR High Chip Rate Tốc độ chip cao

HHO Hard Handover Chuyền giao cứng

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Kênh điều khiển vật lý riêng Channel tốc độ cao

HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia s riêng tốc độ cao

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated Shared Kênh chia sè riêng vật lý Channel tốc độ cao

HSS Home Subscriber Server Server thuê bao nhả

HS-SCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia s tốc độ cao

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

IDFT Inverse Discrete Fourier Transtorm Biến đổi Fourier rời rạc ngược

IFDMA Interleaved FDMA FDMA đan xen

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đồi Fourier nhanh ngược

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000

IP

International Mobile Telecommunications 2000 Intemet Protocol

Thông tin di động quốc tế 2000

Giao thức Internet

IPv4 IP version 4 Phiên bản IP 4

IPv6 IP version 6 Phiên bản IP 6

IR Incremental Redundancy Phần dư tăng

IRC Interterrence Rejection Combining Kết hợp loại nhiễu

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp

ITU International Telecommunications Union Liên minh Viễn thông quốc tế

ITU-R

lu

lub

lur

LCR

International Telecommunications

Union- Radio Sector

Low Chip Rate

Liên minh Viễn thông quốc tế bộ phận vô tuyến

Giao diện được sử dụng đẻ thông tin giữa RNC và mạng lõi Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC Tốc độ chip tháp

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MÁC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trư ng

MBMS

MBS

Multimedia Broadcast Multicast Service

Multicast Broadcast Service

Dịch vụ quảng bá đa phương đa phương tiện Dịch vụ đa phương quảng bá

MBSFN

MCCH

Multicast Broadcast Single Frequency Netvvork MBMS Control Channel

Mạng đa phương quảng bá đơn tần số Kênh điều khiên MBMS

MCE MBMS Coordination Entity Thực thể điều phối MBMS

MCH Multicast Control Channel Kênh điều khiển đa phương

MC-CDMA Multi Carrier- Code Division Multiple Access

MC-VVCDMA Multi Carrier- Wide band Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã đa sóng mang Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng đa sóng mang

MDHO Macro Diversity Handover Chuyển giao phân tập vĩ mô

MÍCH MBMS Indicator Channel Kênh chỉ thị MBMS

MIMO Multi-lnput Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

ML Maximum Likeiihood Khả giống cực đại

MLD Maximum Likelihood Detection Tách sóng khả giống cực đại

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MMSE Minimum Mean Square Error Sai số binh phương trung binh cực tiểu

MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ cực đại

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

MSCH MBMS Scheduling Channel Kênh lập biểu MBMS

MTCH MBMS Traffic Channel Kênh lưu lượng MBMS

NACK Non-Acknowledgement Không công nhận

NodeB Nút B

nrTPS Non-Real-Time Polling Service Dịch vụ thăm dò phi thời gian thực

OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tn số Multiplexing trực giao

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần Access số trực giao

OOK On-Off Keying Khóa tắt bật

OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao

PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên cõng suất trung binh

PAR Peak to Average Ratio Tỷ số đỉnh trên trung binh (giống như PAPR)

PARC Per-Antenna Rate Control Điểu khiển tốc độ cho một anten

PCI Precoding Control Indication Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa

PDCCH Physical Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng vật lý

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH Physical Dovvnlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vặt lý

PDU Packet Data Unit Khối số liệu gói

PF Proportional Fair Công bằng tỷ lệ (một kiểu lập biểu

PHY Physical Layer Lớp vật lý

PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vặt lý

PS Packet Svvitch Chuyển mạch gói

PSTN

QAM

Public Switched Telephone Netvvork

Quadrature Amplitude Modulation

Mạng điện thoại chuyên mạch công cộng Điều chế biên độ vuông góc

QoS Quality of Service Chất lượng đảch vụ

QPSK Quadtrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc

RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RÁT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến

RB Resource Block Khối tài nguyên

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Netvvork Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNTI

ROHC

Radio Netvvork Temporary Identity

Robust Header Compression

Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến

Nén tiêu đề bền chắc

RR Round Robin Quay vòng

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

RS Reference Symbol Ký hiệu tham khảo

RSN Retransmission Sequence Number Số trinh tự phát lại

RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực

rtPS Real Time Polling Service Dịch vụ thăm dỏ thời gian thực

RU Resource Unit Đơn vị tái nguyên

RV Redundancy Version Phiên bàn dư

SA System Aspects Các khía cạnh hệ thống

SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc mạng

SC-FDMA

SCH

Single Carrier - Frequency Division Multiple Access Synchronization channel

Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang Kênh đồng bộ

SDMA

SDU

Spatial Division Multiple Access

Service Data Unit

Đa truy nhập phân chia theo không gian Đơn vị số liệu dịch vụ

SF Spreading Factor Hệ số trải phổ

SFBC Space Frequency Block Code Mã khối không gian tễn số

SFN Single Frequency Netvvork Mạng tần số đơn

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIC Successive Interíerence Combining Kết hợp loại bỏ nhiễu lần lượt

SIM Subscriber Identity Module Môđun nhận dạng thuê bao

SINR

SMS

Signal to Interíerdence plus Noise Ratio

Short Message Service

Tỷ số tin hiệu trên nhiễu cộng tạp âm Dịch vụ nhắn tin

SNR Signal to Noise Ratio Tỳ số tín hiệu trên tạp âm

SOHO Soft Handover Chuyển giao mềm

SRNS Serving Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến phục vụ

STBC Space Time Block Code Mã khối không gian thời gian

STC Space Time Code Mã không gian thời gian

STTD Space Time Transmit Diversity

TCP Transmission Control Protocol

TD-CDMA Time Division -Code Dìvision Multiple Access

TDD Time Division Duplex

TDM Time Division Multiplex

TDMA Time Division Multiple Access

TD-SCDMA Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access

TF Transport Format

TFC Transport Format Combination

TFCI Transport Format Combination Indicator

TM Transparent Mode

TR Technical Report

TrCH Transport Channel

TS Technical Specication

TSG Technical Specication Group

TSN Transmission Sequence Number

TSTD Time Switched Transmit Diversity

Tri Transmission Time Interval

UDSP Svvitching point tròm uplink to downlink

UE User Equipment

UL Uplink

UM Unacknowledged Mode

Phân tập phát không gian thời gian Giao thức điều khiển truyền dẫn

Đa truy nhập phân chia theo mã -phản chia theo thời gian Ghép song công phân chia theo thời gian Ghép kênh phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ - phân chia theo thời gian Khuôn dạng truyền tải

Kết hợp khuôn dạng truyền tải

Chì thị kết hợp khuôn dạng truyền tải Chế độ trong suốt (cáu hình RLC)

Báo cáo kỹ thuật

Kênh truyền tải

Đặc tả kỹ thuật

Nhóm đặc tả kỹ thuật

Số trinh tự phát

Phân tập phát chuyển mạch theo thời gian Khoảng thời gian phát •

Điểm chuyên mạch từ đường lên sang đường xuống Thiết bị người s dụng

Đường lên

Chế độ không công nhặn (cấu hình RLC)

UMTS

USIM

UTRA

UTRAN

liu

VVCDMA

WG

WƯ\N

AMR

AMR-VVB

VolP

X2

zc ZF

Universal Mobile Telecommunications System UMTS Subcriber Identity Module

UMTS Terrestrial Radio Access

UMTS Terrestrial Radio Access Network

VVideband Code Division Multiple Access VVorking Group

VVireless Local Area Netvvork

Adaptive Multirate

Adaptive Multirate- Wide Band

Voice over IP

Zadoff- Chu

Zero Forcing

Hệ thống thông tin di động toàn cầu Môđun nhận dạng thuê bao UMTS Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Giao diện được sử dụng để giao tiếp giữa nút B và UE Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Nhóm công tác

Mạng nội vùng không dãy

Đa tốc độ thích ứng

Đa tốc độ thích ứng băng rộng

Thoại qua IP

Giao diện giữa các eNodeB

Cưỡng bức về không

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hisiao-Hwa Chen & Mohsen Guizani, Next Generation Wireless System andNetworks, John Willey & Sons, Ltd, 2006

2. 3GPP TR 25.813. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) anci Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN): Radio Interýace Protocol Aspects (Relea.se 7), 3/ 2006.

3. 3GPP TR 25.814, Physical layer aspects for Evolved Universal

Terrestrial Radio Access ị ÚT RA) (Relea.se 7). 9/2006 4. 3GPP TR 25.913 V7.3.0, Requirements for Evolved ƯTRA (E-UTRA)

andEvolved ƯTRAN (EUTRAN)(Release 7) , 3/ 2006 5. Dr. Lee. HyenonWoo. 3GPP LTE á 3GPP2 LTE Standarzation,

Samsung Electronics, 6/2006 6. Dr.Stefal Parkvali, Long-Term Evolulion-Radio Access, Ericsson

Research. 2005 7. Dr. Hyung G Myung and others, Single Carrier FDMA for Úp Link

Wireless Transmission, IEEE Vehicular Magazine, 9/2006 8. Dr. Hyung G Myung and others. Peak-io-Averagẹ Powwer Ratio of

Single Carrier FDMA Signals wiíh Pulse Shapping, The 17th Annual IEEE International Symposium ôn Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC'06), 2006

9. Harri Holma & Anti Toscala, HSDPA/HSƯPA for UMTS, John Willey and Sons, LTD, 2006

10. 3GPP TR 36.201, Long term Evolution LTE Physical layer General Description (Release 8), 9/2007

li. Ham Holma & Anti Toscala, WCDMA for ƯMTS-HSPA Evolution and

LTE, John Willey and Sons, LTD, 2007

http://Relea.se

http://Relea.se

12. Erick Dahlman and others, 3G Evolution: HSPA and LTE for Mibile Broadband, Academic Press

13. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trài phổ và ứng dụng, Giáo trình, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bưu điện, 2000

14. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trài phổ và đa truy nhập vô tuyến, Giáo trình, Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2004

15. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Cơ sở truyền dẫn vi ba số, Giáo trình, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bùn điện, 2001

16. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động, Giáo trình, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bưu điện, 2001

17. TS. Nguyễn Phạm Anh Dùng, Thông tin di động thế hệ ba, Giáo trình, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bưu điện, 2004

18. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng và cộng tác viên, Nghiên cứu hệ thống truyền dẫn sử dụng máy thu phát thông minh trên cơ sở OFDM, Đe tài nghiên cứu khoa học Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Mã số: 12-HV-2005-RD-VT.

19. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng và cộng tác viên, Xây dựng phần mềm mô phòng kênh phađinh cho thông tin di động, Đe tài nghiên cứu khoa học Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Mã số: 06-HV-2003-RD-VT.

20. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng và cộng tác viên, Xây dựng mô hình OĨDMA MIMO và CDMA MIMO thích ứng, Đề tài nghiên cứu khoa học Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thòng, Mã sổ: 12-HV-2006-RD-VT.

21. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng và cộng tác viên, Xây dựng mô hình truyền dẫn thích ứng đa lớp cho các hệ thống thông tin di động thể hệ sau, Đê tài nghiên cứu khoa học Bộ Bưu chính Viễn thông, Mã số: 101-06-KHKT

22. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng và cộng tác, Nghiên cứu: E-UTRAN: Lộ trình phái triền lên 4G, Đề tài nghiên cứu khoa học Học viện Công nghệ Bưu chinh Viễn thông, mã sổ 08-HV-2007-RD-VT

23. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trài phổ và đa truy nhập, Bài giảng, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2007

24. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Truyền dẫn vô tuyến số, Bài giảng, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2007

25. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, WiMAX, Tài liệu tham khảo, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. 2008

26. Dr. L. Hanzo and others, Adaptive Wireless Transceiver, Wiley, Great Britain, 2002.

27. A.Duel-Hallen, S.Hu, and H.Hallen , Long range prediction of /ơding channei, IEEE Signal Processing Magazine, voi. 17, pp.62-75, May 2000.

28. S.Osuki, S.Sampei, & Morinaga, Square QAM adaptive modulation

TDMA/TDD systems using modulation level estimation with ỈValsh /unction, Electronics Letters, voi. 31, pp. 169-171, February 1995.

29. J.Torrance and L.Hanzo, Optimum mode svvitching levels for adaptive modulation in a slow Rayleigh /ading channe, Electrcnics Lẹtters, voi. 32, pp. 1167-1169, 20 June 1996

30. Heath, R.w., Space-Time Signaling in Multi-Antennas Systems, Ph.D. dissertation, Dept. Elec. Eng., Staníbrd Univ., Staníòrd, CA, Nov. 2001

31. Zhenp, L., and Tse, D. N. c Diversity and multiplexing:

A /undamental tradeoff in multiple antennas channels, IEEE Trans. Inform. Theoty. voi. 49, pp. 1073-1096, May 2003

32. Rappaport, T. s., \Vireless Communications: Principles and Practice, ISBN 0-10-042232-O, Prentice Hai! PTR, 2002;

33. Che, H, Adaptive OFDM and CDMA Algorithm for SISO and MIMO Channels, Ph.D thesis of Delft University o f Technology in Delft, the Netherlands, 2005.

34. Witrisal, K, OFDMAire Inter/ace Design /orMultimedia ommunication,

Ph.D thesis o f Delft University o f Technology in Deltt, the Netherlands, 2002.

35. Erick Lavvrey, Adaptive Techniques for Multiuser OFDM, Ph.D thesis of Jame Cook University of Technology, 12/2001.

GIÁO TRÌNH LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG

3G Lên 4G

Chịu trách nhiệm xuất bản NGUYỀN THỊ THU HÀ

Biên tập: N G Ô MỸ HẠNH

Sửa bản in: THƯ C H Â U - THỌ VIỆT

THU C H Â U - THỌ VIỆT

Trình bày sách: BÙI C H Â U LOAN

Thiết kê bìa: TRẦN HỒNG MINH

(Giáo trình này được ban hành kèm theo Quyết định số 48/QĐ-ĐT&KHCN ngày 20 tháng 02 năm 2009 cùa Giám đốc Học viện Cổng nghệ Bưu chính Viền thông)

VVebsite: www.nxbthongtintruyenthong.vn Chi nhánh TP. Hồ Chí Minh: 8A đường D2, Phường 25, Quận Bình Thạnh, TP. Hồ Chí Minh

Điện thoại: 08.35127750, 08.35127751 Fax: 08.35127751 E-mail: [email protected]

Chi nhánh TP. Đà Nang: 42 Trần Quốc Toàn, quận Hài Châu, TP. Đà Nẩng Điện thoại: 0511.3897467 Fax: 0511.3843359 E-mail: [email protected]

http://www.nxbthongtintruyenthong.vn

mailto:[email protected]


In 700 bản, khổ 16 X 24 em tại Công ty TNHH In Thương mại và Dịch vụ Nguyền Lâm Số đãng ký kế hoạch xuất bản: 1055-2009/CXB/8-508/TTTT Số quyết định xuất bản: 15/QĐ-NXB TTTT ngày 02 tháng 02 năm 2010 In xong và nộp lun chiêu tháng 02 năm 2010.

NHÀ XUATTOMONGầTilNlVAVĨRŨỸEN THÙNG

Trụ sỏ chính: 18 Nguyễn Du, Hà Nội Đ ĩ Biên tập: 04.35772143, 04.35772145 Đ ĩ Phát hành: 04.35772138

E-mail: [email protected] Fax: 04.35772037

VVebsite: www.nxbthongtintruyenthong.vn

Chi nhánh TP. Hồ Chí Minh: 8A đường D2, Phường 25, Quận Bình Thạnh, TP. Hồ Chí Minh Điện thoại: 08.35127750, 35127751 Fax: 08.35127751 E-mail: [email protected]

Chi nhánh TP. Đà Nắng: 42 Trấn Quốc Toàn, quận Hải Châu, TP. Đà Nắng Điện thoại: 0511.3897467 Fax: 0511.3843359 E-mail: [email protected]

MỞMlBSlivỉlttdc 1. GIÁO TRÌNH ĐẠI số 2. GIÁO TRÌNH GIẢI TÍCH 1 3. GIÁO TRÌNH GIẢI TÍCH 2 4. GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ sổ 5. GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT Đ ồ HỞA 6. GIÁO TRÌNH XÁC SUẤT VÀ THỐNG KÊ 7. GIÁO TRÌNH Cơ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN 8. GIÁO TRÌNH cơ sở KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

SÁCH CỦA NHÀ XUyBMĩH^llllBEÌBÌBIÍlNG có BÁN TẠI:

1. Nhà sách Tiền phong

175 Nguyễn Thái Học, Hà Nội

2. Nhà sách Nguyễn Văn Cừ 36 Xuân Thủy, cầu Giấy, Hà Nội

3. Nhà sách Minh Châu Số 10 và 14/40 Tạ Quang Bửu, Hai Bà Trưng, Hà Nội

4. Nhà sách PTIT Km 10, Nguyễn Trãi, Hà Nội

5. Nhà sách Bách Khoa Số 1, Đường Giải Phóng, Hà Nội 86 - 107 Tô Hiến Thành, Quận 10. TP. HOM

6. Nhà sách Thăng Long 2 Bis Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 1, TP. HCM

Giá: 105.000đ


http://www.nxbthongtintruyenthong.vn



GIÁO TRÌNH LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G

Documents

Transcript of GIÁO TRÌNH LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G