NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC HSDPA -7 pps

41 Ngoài dữ liệu người sử dụng, Node-B còn thực hiện truyền dẫn báo hiệu điều khiển nhằm thông báo sắp xếp cho người dùng kế tiếp. Báo hiệu này được sắp xếp trong kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao (HS-SCCH), là kênh dùng chung cho các người sử dụng, và nó được thực hiện bằng cách truyền dẫn hai khe thời gian HS- SCCH TTI. Kênh HS-SCCH mang những thông tin sau: - Mặt lạ ID của những người dùng đặc trưng UE. Nhiệm vụ chính của mặt lạ là xác định người dùng được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo. - Thông tin liên quan đến khuôn dạng truyền tải, mô tả các mã định kênh, phương thức kỹ thuật điều chế được sử dụng. Tỉ lệ mã hoá được trích ra từ kích cỡ của block truyền tải và các tham số khuôn dạng truyền tải khác. - Thông tin liên quan đến HARQ: đó có thể là chu kỳ phát tiếp theo sẽ là một block mới hay là một block được phát lại (do có thể gặp lỗi trước đó nên yêu cầu phát lại) và thông tin về các phiên bản. Thông tin điều khiển này chỉ được sử dụng cho các UE sẽ được phục vụ trong chu kỳ tiếp theo, như vậy kênh báo hiệu này là một kênh chia sẻ theo thời gian cho tất cả các user. 42 Hình 18.1 : Hệ thống trong tr ư ờng hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian Hình 18.2: Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian RNC cũng có thể chỉ rõ công suất được khuyến nghị cho HS-SCCH (độ lệch liên quan tới các bit hoa tiêu của của kênh DPCH kết hợp). Công suất phát của HS-SCCH có thể là hằng số hoặc thay đổi theo thời gian tuỳ theo một chiến lược điều khiển công suất nào cho HS-DCCH. 2.4.2.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH Đây là kênh đường lên, được sử dụng mang tín hiệu báo nhận (ACK) đến Node- B trên mỗi block. Nó cũng được dùng để chỉ thị Chất lượng kênh CQI (Channel Quality), là yếu tố được sử dụng trong AMC. 43 Hình 19: Cấu trúc kênh HS-DPCCH Kênh HS-DPCCH dùng để cố định hệ số phân bố 256 và có một khe cấu trúc có độ rộng là 2/3 ms. + Khe đầu tiên được sử dụng để cho thông tin về HARQ. + Hai khe còn lại được dành cho CQI. Thông tin về HARQ luôn luôn được gửi khi mà kênh HS- SCCH giải mã chính xác nhận ở đường tách sóng xuống trong khi đó QCI truyền tần số được điều khiển bởi thông số k. Cả 2 khe đều hoạt động riêng biệt để lặp điều khiển. Ví dụ, trong một số trường hợp, quá trình lặp lại này diễn ra với chu kỳ 2 ms và hoạt động ở cạnh của tế bào khi công suất hiện tại không chắc chắn đủ cho quá trình lặp lại. Công suất điều khiển từ những tế bào HSDPA cũng có thể làm giảm bớt công suất nhận từ kênh HS-DPCCH trong quá trình chuyển giao trong miền nhỏ như thiết bị đầu cuối làm giảm công suất truyền nếu mỗi tế bào hoạt động gửi một lệnh yêu cầu. 44 Như vậy là việc không dùng điều khiển công suất mà điều khiển cấp phát nguồn tài nguyên sẽ làm cho dung lượng hệ thống tăng nhờ lợi dụng đặc tính biến đổi của kênh fading. Rõ ràng bằng việc sử dụng điều khiển truyền dẫn đã làm thay đổi cách nhìn về fading. Nếu trước đây chúng ta coi đó là một nhược điểm của môi trường truyền dẫn hở và tìm cách tránh, xóa bỏ thì bây giờ chúng ta lại được nhờ nó do chúng ta hiểu và sử dụng nó đúng tình huống. Dung lượng của hệ thống theo phương pháp này càng tăng nếu như mật độ thuê bao trong sector càng cao vì với nhiều User phân bố đều ở tất cả các vị trí trong cell thì ở bất cứ thời điểm nào cũng có ít nhất một User có trạng thái kênh cực tốt để truyền dẫn với tốc độ cực lớn. Độ tăng dung lượng này người ta thường nhắc đến với tên gọi phân tập đa người sử dụng- Multi-User Diversity. Tuy nhiên có người sẽ đặt ra một câu hỏi là: Nếu bộ scheduler quyết định cấp phát tài nguyên dựa trên trạng thái kênh của máy đầu cuối thì sẽ có trường hợp có User sẽ không truyền dẫn được trong một khoảng thời gian dài vì User này luôn ở trạng thái kênh kém hơn những User khác?. Thắc mắc này hoàn toàn hợp lý. Và nó dẫn đến vấn đề cân bằng giữa dung lượng hệ thống và sự thỏa mãn đối với người sử dụng. Sự thỏa mãn ở đây nghĩa là không để một User phải đợi quá lâu mới được truy nhập hệ thống. Để đạt được yếu tố cân bằng này các bộ scheduler được thiết kế ngoài dựa trên nguyên tắc ở trên còn phải kết hợp với nguyên tắc Round-Robin (first come, first serve). Và mỗi nhà sản xuất thiết bị sẽ có những lựa chọn thiết kế khác nhau chứ không nhà sản xuất nào giống nhà sản xuất nào vì bản thân vấn đề này chỉ được đưa ra nguyên lý trong 3GPP và 3GPP2 chứ không chuẩn hóa thành một kỹ thuật đặc biệt cụ thể. 45 Một điều thú vị khác nữa cần phải nhắc đến là không dùng điều khiển công suất mà điều khiển thu phát có động lực tốt đối với sự phát triển của thị trường máy đầu cuối. Điều này có thể được giải thích như sau: Khi điều khiển thu phát, bộ lập lịch gói dựa vào những thông tin trạng thái kênh do MS gửi về (Channel Quality Indicator Channel). Mà thường thì MS sẽ dựa vào tham số SIR (Signal to Inteference Ratio) để yêu cầu bộ lập lịch cấp phát tài nguyên. Do đó, máy di động càng hiện đại nghĩa là khả năng nén nhiễu càng lớn (nghĩa là SIR lớn) thì bộ lập lịch cấp phát và điều khiển BTS phát với tốc độ cao hơn. Như vậy nếu khách hàng đầu tư máy đầu cuối hiện đại sẽ được lợi chứ không phải là hệ điều hành hưởng lợi như sử dụng điều khiển công suất Vì với điều khiển công suất, nếu máy đầu cuối tốt, BTS yêu cầu MS giảm công suất phát, do đó nhiễu giảm và dung lượng hệ thống tăng. Khi dung lượng tăng đó là lợi ích của hệ điều hành chứ không phải là lợi ích của người sử dụng. Với lợi ích thuộc về khách hàng như vậy có thể nói đây là yếu tố kích thích quá trình tiêu thụ máy đầu cuối sôi động hơn. 2.5 Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 2.5.1 Điều chế và Mã hoá thích ứng. Kỹ thuật truyền dẫn đa mã Trong thông tin di động, tỉ lệ tín trên tạp (SINR) của tín hiệu nhận được tại một thiết bị người sử dụng luôn biến đổi trong khoảng từ 30 – 40dB do fading nhanh và các đặc điểm về địa hình trong một cell. Nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống, tốc độ dữ liệu đỉnh, vùng phủ sóng… tín hiệu truyền tới người dùng được xác định nhằm tính toán quá trình thay đổi chất lượng tín hiệu thông qua quá trình xử lý liên kết thích ứng. Theo truyền thống, WCDMA ứng dụng chức năng điều khiển công suất nhanh 46 cho các liên kết thích ứng. Ngược lại, HSDPA lưu công suất phát không đổi qua TTI đồng thời sử dụng điều chế thích ứng và mã hoá (AMC) như một phương pháp liên kết thích ứng đan xen nhằm điều khiển công suất cải thiện hiệu suất phổ. Tỷ số tạp âm và nhiễu được xác định bởi công thức: 1 16 1 1 SF R     G P P SIN ovvn DSCHHS  Trong đó, P HS-DSCH , P own : công suất truyền và công suất mang node B HS-DSCH Hằng số  =0.5, P own = 12W, G= -3dB Để đối phó với dải động của tỷ số tạp âm trên nhiễu Eb/No tại đầu cuối UE, HSDPA thích ứng quá trình điều chế, tỷ lệ mã hoá và số mã hoá định kênh với các điều kiện vô tuyến hiện thời. Sự kết hợp của hai phương pháp trên gọi là: Điều chế và Mã hoá thích ứng – AMC Bên cạnh QPSK, HSDPA còn kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế 16QAM để tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của các user được phục vụ với điều kiện vo tuyến thích hợp. Việc hỗ trợ cho QPSK có tính chất bắt buộc đối với thông tin di động, còn đối với 16QAM là một tuỳ chọn cho mạng và thiết bị người dùng UE. Sử dụng đồng thời cả 2 phương thức điều chế này, đặc biệt là phương thức điều chế cấp cao 16 QAM, đưa ra một số thách thức nhất định đối với độ phức tạp của bộ thu đầu cuối, nó cần phải xác định được biên độ tương ứng của các ký hiệu nhận được, trong khi đối với phương pháp điều chế QPSK truyền thống chỉ yêu cầu tách pha tín hiệu. Một bộ mã hoá Turbo dựa trên bộ mã hoá Turbo R99 với tỉ lệ mã hoá 1/3, mặc 47 dù các tỷ lệ mã hoá hiệu dụng khác trong phạm vi (xấp xỉ 1/6 đến 1/1) cũng có thể có được bằng các kỹ thuật ghép, trích, lặp mã. Kết quả là tạo ra một dải tỉ lệ mã có tới 64 giá trị khác nhau. Sự kết hợp của một kiểu điều chế và một tỉ lệ mã được gọi là “Lược đồ mã hoá và điều chế” Ngoài kỹ thuật Điều chế và mã hoá thích ứng AMC, phát đa mã cũng có thể coi như là một công cụ thích ứng liên kết. Nếu như user có đầy đủ các điều kiện kênh vô tuyến thích hợp, node B có thể lợi dụng điều kiện này bằng cách phát nhiều mã song song với nhau, nhằm đạt được thông lượng dữ liệu đỉnh khá lớn. Với kỹ thuật phát đa mã, toàn bộ dải động AMC có thể được tăng lên một lượng: 10log 10 15 ~ 12 dBs Toàn bộ dải động thích ứng liên kết do AMC kết hợp phát đa mã xấp xỉ 30 dB. Node- B sẽ xác định tốc độ truyền dẫn dữ liệu dựa trên các báo cáo về chỉ thị chất lượng kênh CQI cũng như các thống kê công suất trên các kênh dành riêng. Tốc độ dữ liệu được điều chỉnh bằng cách thay đổi sơ đồ điều chế, tốc độ mã hoá cũng như só lượng mã hoá kênh HS-PDSCH. Sử dụng điều chế thích ứng và mã hoá AMC cho phép người sử dụng tiến gần hơn tới Node- B, có thể yêu cầu điều chế với tỉ lệ mã hoá cao hơn (chẳng hạn như điều chế 16- QAM với tỉ lệ mã hoá 3/4). Bảng 4: Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã TFRC Modulation Effective Code Rate (ECR) Instanteaneous Data Rate with 1 HS-PDSCH code 48 #00 QPSK 0.14 68.5 kbps #10 QPSK 0.27 128.5 kbps #20 QPSK 0.39 188.5 kbps #30 QPSK 0.52 248.5 kbps #40 QPSK 0.64 308.0 kbps #50 QPSK 0.77 368.5 kbps #00 16 QAM 0.32 302.5 kbps #10 16 QAM 0.38 362.0 kbps #20 16 QAM 0.45 433.0 kbps #30 16 QAM 0.54 518.0 kbps #40 16 QAM 0.65 619.5 kbps #50 16 QAM 0.77 741.5 kbps . yếu tố được sử dụng trong AMC. 43 Hình 19: Cấu trúc kênh HS-DPCCH Kênh HS-DPCCH dùng để cố định hệ số phân bố 256 và có một khe cấu trúc có độ rộng là 2/3 ms. + Khe đầu tiên được sử. công suất hiện tại không chắc chắn đủ cho quá trình lặp lại. Công suất điều khiển từ những tế bào HSDPA cũng có thể làm giảm bớt công suất nhận từ kênh HS-DPCCH trong quá trình chuyển giao trong. yếu tố kích thích quá trình tiêu thụ máy đầu cuối sôi động hơn. 2.5 Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 2.5.1 Điều chế và Mã hoá thích ứng. Kỹ thuật truyền dẫn đa mã Trong thông tin di động,