Ứng dụng lập lịch bán duy trì để cải thiện dung lượng kênh điều khiển trong voice over lte

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LTE 1.1 Giới thiệu 1.2 Kiến trúc LTE 1.2.1 Kiến trúc tổng quát mạng 4G LTE .2 1.2.2 Các phần tử mạng lõi 1.3 Tổ chức lớp vật lý LTE .11 1.3.1 Tổ chức tài nguyên 12 1.3.2 Các kênh sử dụng LTE 16 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 27 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI THOẠI TRÊN LTE 28 (Voice over LTE) 28 2.1 Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) 28 2.1.1 Tổng quan 28 2.1.2 Quản lý phiên định tuyến .29 2.1.3 Cơ sở liệu 33 2.1.4 Các phần tử dịch vụ 33 2.1.5 Các phần tử tương tác .34 2.1.6 Điều khiển sách tính cước 34 2.2 Công nghệ truyền tải thoại LTE 35 2.2.1 Tổng quan 35 2.2.2 Các bước thực VoLTE 37 2.3 Các vấn đề kỹ thuật VoLTE 39 2.3.1 Lưu lượng 39 2.3.2 Kênh điều khiển vật lý đường xuống 40 2.3.3 Chỉ số chất lượng kênh 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 41 CHƯƠNG III: LẬP LỊCH BÁN DUY TRÌ TRONG VOLTE 38 3.1 Tổng quan .38 ii 3.2 So sánh lập lịch bán trì lập lịch động .38 3.2.1 Lập lịch động 38 3.2.2 Lập lịch bán trì 39 3.3 Ứng dụng lập lịch bán trì VoLTE 40 3.3.1 RNTI 40 3.3.2 Cấu hình lập lịch bán trì UE .43 3.3.3 Đánh giá hiệu lập lịch bán trì 48 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1.Kiến trúc mạng 4G LTE Hình 1.2.Các kết nối MME đến nút logic khác chức Hình 1.3.Các kết nối S-GW với nút logic khác chức Hình 1.4.Các kết nối P-GW với nút logic khác chức 10 Hình 1.5.Các kết nối PCRF với nút logic khác chức .11 Hình 1.6.Cấu trúc khung loại .12 Hình 1.7 Cấu trúc khung loại 13 Hình 1.8.Lưới tài nguyên đường xuống 15 Hình 1.9.Quan hệ kênh đường xuống 16 Hình 1.10 Quan hệ kênh đường lên 17 Hình 1.11.Vị trí kênh PRACH 22 Hình 1.12.Vị trí kênh PUCCH lưới tài ngun 23 Hình 1.13.Vị trí kênh PUSCH lưới tài nguyên 24 Hình 1.14.Vị trí kênh PBCH lưới tài nguyên 25 Hình 1.15.Lưới tài nguyên đường xuống 26 Hình 2.1 Mơ hình IMS 23 Hình 2.1.Độ phủ sóng VoLTE so với gọi trước .35 Hình 2.2.So sánh VoIP VoLTE 36 Hình 2.3 Quá trình đăng ký IMS 38 Hình 2.4.VoLTE Call Flow 38 Hình 3.1 Lập lịch động 39 Hình 3.2.Lập lịch bán trì .40 Hình 3.3.Các trường cụ thể SPS 44 Hình 3.4.Bản tin SPS-Config 45 Hình 3.5.Nội dung cấu hình SPS đường lên 45 Hình 3.6.Nội dung cấu hình SPS đường xuống 46 Hình 3.7.Minh họa lập lịch bán trì 49 iv Hình 3.8.Quan hệ số kênh điều khiển yêu cầu số người sử dụng dịch vụ VoIP ô .50 Hình 3.9.So sánh dung lượng lập lịch động lập lịch bán trì khơng bị giới hạn kênh điều khiển 51 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Cấu hình đường lên – đường xuống 13 UL Bảng 1.2 Số lượng N RB  NRBDL  theo băng thông hệ thống 14 Bảng 1.3 Tham số resource block 16 Bảng 1.4 Danh sách kênh logic 17 Bảng 1.5 Danh sách kênh truyền tải 19 Bảng 1.6 Danh sách kênh vật lý 20 Bảng 1.7 Số lượng vùng PUCCH theo băng thông 23 Bảng 1.8 Các định dạng PUCCH 24 Bảng 3.1 So sánh dung lượng lập lịch động lập lịch bán trì bị giới hạn kênh điều khiển 50 vi BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AF Application Function Chức ứng dụng AMR Adaptive Multi-Rate Thích ứng đa tốc độ AS Application Server Máy chủ ứng dụng BGCF Breakout Gateway Control Function Chức điều khiển công nối xuyên CCE Control Channel Elements Thành phần kênh điều khiển CCH Control Channel Kênh điều khiển CFI Control Format Indicator Chỉ số định dạng điều khiển CQI Channel Quality Indicator Chỉ số chất lượng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra dư thừa vòng EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ số liệu tăng cường cho GSM EPC Evolved Packet Core Lõi gói phát triển E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất phát triển FDD Frequency Division Duplex Phân chia theo tần số FH Frequency Hopping Nhảy tần GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống di động toàn cầu GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức truyền thông GPRS HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà IBCF Interconnection Border Control Function Chức điều khiển biên giới kết nối vii I-CSCF TTransition GatewayT Khối điều khiển phiên gọi hỏi IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMS-MGW IMS Multimedia Gateway Cổng đa phương tiện IMS LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MCS Modulation and Coding Scheme Kiểu mã hóa điều chế MGCF Multimedia Gate Control Function Chức điều khiển cổng đa phương tiện MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động MRFC Media Resource Function Bộ điều khiển chức tài nguyên NAS Non-Access Stratum Giao thức tầng không truy nhập NDI New Data Indicator Chỉ số liệu PCRF Policy and Charging Rules Funtion Chức quy tắc tính cước sách P-CSCF Proxy Call Session Control Function Khối điều khiển phiên gọi đại diện PDN Packet Data Network Mạng số liệu gói PDU Protocol Data Unit Đơn vị liệu giao thức P-GW Packet Data Network Gateway Cổng mạng số liệu gói PMI Pre-coding Matrix Index Ma trận tiền mã hóa PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAR Random Access Response Phản hồi truy nhập ngẫu nhiên viii RE Resource Elements Thành phần tài nguyên RI Rank Index Chỉ số hạng RLC Radio Link Control Điều khiển lớp liên kết vô tuyến RNTI Radio Network Temporary Identifier Chỉ số nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến ROCH Robust Header Compression Nén tiêu đề mạnh RR Resource Request Yêu cầu tài nguyên RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RTP Real-Time Protocol Giao thức thời gian thực SAE System Architechture Evolution Phát triển kiến trúc hệ thống SAE-GW SAE Gateway Cổng SAE S-CSCF Serving Call Session Control Function Khối điều khiển phiên cuôc gọi phục vụ SDU Service Data Unit Đơn vị liệu dịch vụ SFN System Frame Number Số khung hệ thống S-GW Serving Gateway Cổng phục vụ SID Slient Description Mô tả im lặng SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SLF Subscription Locator Function Chức định vị thuê bao SR Scheduling Request Yêu cầu lập lịch TDD Time Division Duplex Phân chia theo thời gian TrGW Transition Gateway Cổng chuyển tiếp TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền UCI Uplink Control Information Thông tin điều khiển đường lên ix VoLTE Voice over Long Term Evolution Truyền thoại qua LTE WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập theo mã băng rộng x LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, nhu cầu sử dụng dịch vụ điện thoại thị trường ngày tăng Yêu cầu chất lượng số lượng ngày khắt khe Với xuất LTE, coi hệ mạng di động thứ mang đến trải nghiệm chất lượng tốt hẳn so với hệ di động trước Công nghệ mạng kết hợp chuyển mạch kênh chuyển mạch gói 3G trước thay hoàn toàn hệ thống LTE toàn IP Kèm theo dịch vụ khác đời theo Đó cơng nghệ truyền tải thoại LTE – Voice over LTE Công nghệ đời giải pháp cho dịch vụ thoại VoIP khơng đủ thỏa mãn nhu cầu người sử dụng Người sử dụng trải nghiệm dịch vụ điện thoại khơng có tốc độ truyền dẫn số liệu cao mà chất lượng âm đạt mức tuyệt hảo nhờ công nghệ HD Voice Nhờ vào băng thông lớn công nghệ truyền tải hồn tồn chuyển mạch gói mà LTE cung cấp dịch vụ đồng thời cho số lượng lớn người dùng sử dụng dịch vụ Voice over LTE Tuy nhiên, số lượng số hạn chế chế lập lịch giới hạn kênh điều khiển nên sử dụng tối đa phổ tần mà nhà mạng cung cấp Cơ chế lập lịch động mặc định LTE giúp nhà khai thác tận dụng tối đa phổ tần trống khe thời gian cách linh hoạt, lại có nhược điểm lớn cần đến số lượng lớn kênh điều khiển để đạt linh hoạt Với dịch vụ truyền thoại, gói tin truyền nhiều khoảng thời gian định, yêu cầu thời gian trễ thấp việc lập lịch động tiêu tốn khối lượng khổng lồ báo hiệu điều khiển Số lượng kênh điều khiển LTE lại có hạn nên ảnh hưởng lớn đến số lượng người dùng cung cấp dịch vụ Cơ chế lập lịch bán trì đưa giúp giải triệt để giới hạn kênh điều khiển LTE, từ nhà mạng khai thác tối đa băng tần hệ thống giúp cải thiện dung lượng dịch vụ Trong đồ án này, em xin trình bày chế lập lịch bán trì sử dụng cho dịch vụ truyền tải thoại LTE, cách hoạt động lợi ích chế Nội dung đồ án chia thành ba chương sau: - - Chương 1: Tổng quan LTE, bao gồm giới thiệu tổng quan, kiến trúc hệ thống, lưới tài nguyên việc xếp kênh vật lý lên lưới tài nguyên Chương 2: Công nghệ truyền tải thoại LTE, bao gồm tổng quan IMS, công nghệ truyền thoại LTE, bước thực vấn đề kỹ thuật liên quan Chương 3: Lập lịch bán trì VoLTE, bao gồm khái niệm, cách thức hoạt động hiệu so sánh với chế lập lịch động xi Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE Hình 3.1 Lập lịch động Hình 3.1 mơ tả q trình lập lịch gói động Bất kỳ gói tin truyền kênh liệu chia sẻ lập lịch phân bổ tài nguyên nhờ thơng tin điều khiển có PDCCH Khi UE nhận liệu phản hồi lại số chất lượng kênh truyền (CQI) kênh PUCCH PUSCH để từ eNB lên lịch cách tối ưu 3.2.2 Lập lịch bán trì Lập lịch gói bán trì định nghĩa 3GPP phiên cho lưu lượng VoIP Mục tiêu lập lịch cho UE cách thường xuyên trì phân bổ tài nguyên (PRBs MCS) thời gian dài Điều làm giảm thiểu đáng kể mức tiêu thụ kênh điều khiển, đồng thời thiếu linh hoạt lập lịch miền tần số Việc phân bổ bán trì thực riêng cho q trình trò truyện có giá trị khoảng thời gian nói chuyện (thời gian hoạt động) Sự phân bổ giống cho tất gói tin truyền dẫn VoIP suốt thời gian nói chuyện Do có lần truyền ban đầu nói chuyện đòi hỏi kênh điều khiển PDCCH Khả thích ứng liên kết chậm dựa CQI băng rộng sử dụng để bù đắp cho suy hao pha đinh chậm Tài nguyên phân bổ lại (tức MCS chọn lại) thời gian trò chuyện sử dụng PDCCH chấy lượng kết nối khơng thỏa đáng Các gói tin truyền lại HARQ khung SID truyền khoảng thời gian im lặng lập lịch động PDCCH để đạt lợi ích HARQ khơng đồng Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 39 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE Hình 3.1.Lập lịch bán trì Hình 3.2 mơ tả q trình lập lịch gói bán trì Trong lập lịch bán trì, việc phân bổ tài nguyên cho UE thực lần lần truyền Các lần truyền sau, tài nguyên tự động phân bổ cho UE kênh chia sẻ liệu giống hệt tài nguyên phân bổ lần truyền đầu tiên.Quá trình lập lập lại suốt q trình trò chuyện giải phóng trò chuyện kết thúc 3.3 Ứng dụng lập lịch bán trì VoLTE 3.3.1 RNTI RNTI viết tắt Radio Network Temporary Identifier (Chỉ số nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến) RNTIs sử dụng để phân biệt/xác định thiết bị người dùng chế độ kết nối ô, kênh vô tuyến cụ thể, nhóm thiết bị tìm gọi, nhóm thiết bị điều khiển công suất eNB, thông tin hệ thống truyền đến tất UEs eNBs v.v Có số loại RNTI LTE SI-RNTI, P-RNTI, C-RNTI, C-RNTI tạm thời, SPS-RNTI, TPC-PUCCH-RNTI, TPC-PUSCH-RNTI, RA-RNTI M-RNTI Mỗi loại RNTI có cách sử dụng phạm vi giá trị khác 3.3.1.1 SI-RNTI (System Information RNTI) SI-RNTI sử dụng để phát quảng bá thông tin hệ thống Đây RNTI chung, không phân bổ cho thiết bị người dùng cụ thể SI-RNTI có chiều dài 16 bit có giá trị cố định 65535 (0xFFFF) Phát quảng bá thông tin hệ thống sử dụng kênh logic BCCH, kênh đóng gói kênh truyền tải DL-SCH sau truyền kênh vật lý PDSCH Các thiết bị người dùng nên biết thông tin lập lịch PDSCH mang thông tin hệ thống Thông tin lập kế hoạch bắt buộc chứa DCI (thông tin điều khiển đường xuống) có CRC mã hóa SI-RNTI Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 40 Đồ án tốt nghiệp đại học 3.3.1.2 Chương Lập lịch bán trì VoLTE P-RNTI (Paging RNTI) P-RNTI sử dụng thiết bị người dùng để tiếp nhận tin tìm gọi Đây RNTI chung không sử dụng cho thiết bị người dùng cụ thể P-RNTI có chiều dài 16 bit giá trị cố định 65534 (0xFFFE) Bản tin tìm gọi mang kênh logic PCCH, sau đóng gói truyền tải kênh PCH, cuối đưa xuống kênh vật lý PDSCH eNB mã hóa CRC PDCCH P-RNTI để truyền tải PDSCH mang thơng tin tìm gọi DCI mang thơng tin lập lịch cho tìm gọi DCI 1A DCI 1C vùng tìm kiếm chung 3.3.1.3 RA-RNTI (Random Access RNTI) Là phần thủ tục truy cập ngẫu nhiên, lớp MAC eNB tạo phản hồi truy cập ngẫu nhiên (RAR) để trả lời tin mở đầu truy cập ngẫu nhiên gửi từ thiết bị người dùng Phản hồi truyền kênh truyền tải DL-SCH sau đưa xuống kênh vật lý PDSCH eNB mã hóa CRC PDSCH RA_RNTI để truyền tải PDSCH mang phản hồi truy cập ngẫu nhiên RA-RNTI gửi đến nhiều thiết bị người dùng, có nghĩa nhiều thiết bị giải mã PDCCH mã hóa RA-RNTI RA-RNTI xác định tài nguyên tần số-thời gian UE sử dụng để truyền tải lời mở đầu truy cập ngẫu nhiên RA-RNTI có chiều dài 16 bit giá trị lấy từ phương trình đây, t_id số khung thứ PRACH (0≤t_id≤10), f_id số PRACH định khung đó, theo thứ tự tăng dần miền tần số (0≤f_id≤6) DCI mang thông tin lập lịch cho RAR DCI định dạng 1A 1C vùng tìm kiếm chung 3.3.1.4 C-RNTI tạm thời (Temporary C-RNTI) Giống RA-RNTI, C-RNTI tạm thời sử dụng trình truy cập ngẫu nhiên Nó chứa tin phản hồi truy cập ngẫu nhiên mà eNB gửi cho thiết bị người dùng C-RNTI tạm thời có chiều dài 16 bit có giá trị từ đến 65523 (0x0001 đến 0xFFF3) Trong trình truy nhập ngẫu nhiên, thiết bị người dùng lưu trữ C-RNTI tạm thời (nhận tin phản hồi) sử dụng q trình truy cập ngẫu nhiên Thiết bị người dùng loại bỏ C-RNTI tạm thời việc truy cập ngẫu nhiên khơng có cạnh tranh Thiết bị người dùng sử dụng C-RNTI tạm thời để xáo trộn msg3 (PUSCH tương ứng với RAR) việc truyền lại Trong trình truy cập ngẫu nhiên, UE kiểm tra PDCCH C-RNTI tạm thời cho DCI định dạng vùng tìm kiếm chung Trên đường xuống, tranh chấp UE kênh PDSCH giải Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 41 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE cách mã hóa PDCCH C-RNTI tạm thời Điều áp dụng UE bao gồm CCCH SDU (yêu cầu kết nối RRC tái thiết lập kết nối RRC) msg3 DCI sử dụng để mang thông tin lập lịch cho giải tranh cấp đường xuống DCI định dạng 1A vùng tìm kiếm chung vùng cho UE cụ thể DCI vùng tìm kiếm UE cụ thể 3.3.1.5 C-RNTI (Cell RNTI) C-RNTI nhận dạng sử dụng để xác định kết nối RRC lập lịch cho thiết bị người dùng cụ thể eNB gán giá trị C-RNTI khác cho thiết bị khác Khi tập hợp dịch vụ cấu hình, C-RNTI giống áp dụng cho tồn phục vụ eNB sử dụng C-RNTI để phân bổ tài nguyên đường lên, đường xuống cho thiết bị người dùng lệnh điều khiển từ PDCCH C-RNTI có chiều dài 16 bit có giá trị từ đến 65523 (0x0001 đến 0xFFF3) Sau kết nối thiết lập trình tái thiết lập hồn tất, C-RNTI tạm thời thăng cấp thành C-RNTI DCI định dạng 1A vùng tìm kiếm chung cụ thể DCI 1, 1B, 1D, 2, 2A, 2B, 2C vùng tìm kiếm cụ thể UE truyền PDCCH với CRC mã hóa C-RNTI 3.3.1.6 SPS C-RNTI (Semi-Persistent Scheduling C-RNTI) SPS C-RNTI sử dụng lập lịch bán trì SPS C-RNTI RNTI chuyên dụng cấu hình RRC eNB cấu hình thiết bị người dùng SPS C-RNTI phần cấu hình SPS Các bit chẵn lẻ CRC thu tải trọng PDCCH mã hóa SPS C-RNTI để kích hoạt, giải phóng, tái kích hoạt truyền lại SPS SPS C-RNTI có chiều dài 16 bit có giá trị từ đến 65523 (0x0001 đêbs 0xFFF3) Đối với kích hoạt/tái kích hoạt/truyền lại SPS đường xuống, định dạng DCI 1A định dạng DCI 1/2/2A/2B/2C với CRC PDCCH mã hóa SPS-RNTI sử dụng Việc khởi tạo mã hóa PDSCH tương ứng với PDCCH PDSCH khơng có PDCCH tương ứng SPS C-RNTI Đối với giải phóng SPS đường xuống, định dạng DCI 1A với CRC PDCCH mã hóa SPS C-RNTI sử dụng Đối với kích hoạt/kích hoạt lại/truyền lại/giải phóng đường lên, DCI định dạng với CRC PDCCH mã hóa SPS C-RNTI sử dụng PUSCH mã hóa có PDCCH tương ứng truyền lại khối truyền tài nhờ SPS C-RNTI PUSCH mã hóa khơng có PDCCH tương ứng truyền lại khối truyền tải nhờ SPS C-RNTI Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 42 Đồ án tốt nghiệp đại học 3.3.1.7 Chương Lập lịch bán trì VoLTE TPC RNTI (Transmit Power Control RNTI) TPC RNTI sử dụng để điều khiển cơng suất đường lên Có hai loại TPC RNTI TPC-PUSCH-RNTI TPC-PUCCH-RNTI Thơng thường TPC RNTI phân bổ cho nhóm thiết bị người dùng eNB cấu hình thiết bị người dùng với TPC-PUSCH-RNTI TPC-PUCCH-RNTI thơng qua tín hiệu RRC TPC RNTI có độ dài 16 bit có giá trị từ đến 65523 (0x0001 đến 0xFFF3) DCI định dạng 3/3A có CRC mã hóa TPC-PUCCH-RNTI mang lênh điều khiển công suất PUCCH Định dạng 3/3A có CRC mã hóa TPC-PUSCHRNTI mang lệnh điều khiển công suất cho PUSCH DCI định dạng sử dụng để truyền tải lệnh TPC cho PUSCH PUCCH với lệnh điều khiển công suất bit DCI định dạng 3A sử dụng để truyền lệnh TPC cho PUSCH PUCCH với điểu chỉnh công suất bit đơn 3.3.1.8 M-RNTI (MBMS RNTI) Đây RNTI định cụ thể cho MBMS Nó truyền PDCCH để thông tin cho thiết bị người dùng trạng thái idle trạng thái connected thay đổi thơng tin MCCH M-RNTI có chiều dài 16 bit có giá trị cố định 65533 (0xFFFD) DCI định dạng 1C với M-RNTI dùng để thông báo bao gồm đồ bit biểu thị nhiều vùng MBSFN có MCCH thay đổi 3.3.2 Cấu hình lập lịch bán trì UE eNB cấu hình UE với SPS lúc thông thường việc thực thời điểm thiết lập đường truyền cho dịch vụ VoIP SPS cấu hình RRC sử dụng tin SPS-Config Bản tin bao gồm semiPersistSchedCRNTI (sps-CRNTI), sps-ConfigDL sps-ConfigUL SPS cấu hình cho đường lên (sps-ConfigUL), cho đường xuống (spsConfigDL) cho hai hướng Cấu hình SPS khơng có nghĩa UE bắt đầu q trình phân bổ SPS eNB phải kích hoạt cách rõ ràng sử dụng SPS Việc cấu hình kích hoạt SPS hai việc hoàn toàn khác eNB giải phóng SPS mà khơng cần giải phóng cấu hình SPS RRC 3.3.2.1 Kích hoạt/giải phóng SPS Khi cấu hình SPS hướng dù UL hay DL SPS C-RNTI đường cung cấp eNB Ngay UE cấu hình với SPS C-RNTI, UE cấu hình lớp cao để giải mã PDCCH có CRC mã hóa SPS CRNTI UE kiểm tra PDCCH với CRC mã hóa SPS C-RNTI khung eNB kích hoạt/tái kích hoạt/giải phóng SPS lúc sử dụng thơng tin điều khiển đường xuống (DCI) Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 43 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE DCI định dạng sử dụng để kích hoạt/giải SPS đường lên, DCI định dạng 1/1A/2/2A/2B/2C sử dụng để kích hoạt SPS đường xuống Để giải phóng SPS đường xuống DCI định dạng 1A sử dụng Định dạng DCI nhận SPS C-RNTI phân bổ cho việc truyền lại kích hoạt/giải phóng SPS 3GPP TS 36213 liệt kê thủ tục xác nhận để kích hoạt/giải phóng SPS Một UE xác nhận PDCCH với phân bổ SPS tất điều kiện sau đáp ứng: - Các bit chẵn lẻ CRC thu PDCCH mã hóa SPS C-RNTI Trường thị liệu đặt thành Trong trường hợp DCI định dạng 2, 2A, 2B 2C, trường thị liệu đề cập đến cho khối truyền tải kích hoạt Xác nhận đạt tất trường thiết lập giống Hình 3.3 tương ứng với định dạng DCI Nếu xác nhận đạt được, UE xem xét thông tin DCI nhận kích hoạt hay giải phóng SPS Nếu khơng đạt xác nhận UE coi DCI nhận không phù hợp Hình 3.1.Các trường cụ thể SPS Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 44 Đồ án tốt nghiệp đại học 3.3.2.2 Chương Lập lịch bán trì VoLTE Cấu hình cụ thể SPS Hình 3.1.Bản tin SPS-Config Các tham số SPS cấu hình từ eNB đến UE thơng qua tin rrcConnectionsetup/ConnectionReconfiguration Nội dung cấu hình SPS chia thành ba phần chính: số RNTI cho SPS (semiPersistSchedC-RNTI), cấu hình SPS đường lên (sps-ConfigUL), cấu hình SPS đường xuống (sps-ConfigDL) 3.3.2.3 Cấu hình SPS đường lên Hình 3.1.Nội dung cấu hình SPS đường lên Đối với SPS đường lên, tham số SPS C-RNTI, semiPersistSchedIntervalUL, implicitRaleaseAfter tham số tùy chọn p0-Persistent RRC cấu hình Sau cấu hình SPS theo hướng đường lên eNB gửi DCI định dạng SPS CRNTI để kích hoạt SPS theo hướng UL Sau nhận lệnh kích hoạt, UE xem xét vùng phổ tần phân bổ cho đường lên xem xét phổ tần phân bổ thứ N xảy khung mà điều kiện đáp ứng: 10* SFN  subframe  10* SFNstarttime  subframestarttime   N * semiPersistSchedIntervalUL  modulo10240 Với SFNstart time subframestart time tướng ứng số khung hệ thống khung thời điểm khởi tạo phân bổ tài nguyên đường lên Vì vậy, UE sử dụng vùng phổ cung cấp tin kích hoạt SPS DCI định dạng khoảng thời gian semiPersistSchedIntervalUL truyền PUSCH vùng phổ Nếu khơng có liệu truyền đi, phận ghép kênh thực thể gửi tin MAC có tiêu đề nguồn tài nguyên dành cho lập lịch bán trì UE xóa cấu hình phân bổ tài nguyên đường lên sau nhận implicitRaleaseAfter tin MAC liên tiếp chứa tiêu đề nguồn tài Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 45 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE nguyên ấn định cho lập lịch bán trì Điều ngầm định cấu hình SPS đường lên Sau đó, UE khơng dùng vùng phổ cấu hình cho lần truyền sau có thỏa mãn phương trình Lưu ý trình truyền lại lập lịch bán trì tiếp tục sau giải phóng cấu hình phổ tần đường lên eNB gửi DCI định dạng để giải phóng SPS Khi nhận DCI định dạng thơng báo giải phóng SPS, thiết bị người dùng xóa cấu hình phổ tần phân bổ Ngồi ra, eNB cấu hình cho thiết bị người dùng tham số p0-Persistent để tính công suất truyền tải PUSCH sử dụng SPS C-RNTI eNB muốn thiết bị người dùng sử dụng công suất khác so với PUSCH có C-RNTI Về bản, q trình tính tốn cơng suất phát PUSCH, UE sử dụng p0-NominalPUSCHPersistent p0-UE-PUSCH-Persistent tương ứng vị trí p0-NominalPUSCH p0UE-PUSCH Nếu khơng có IE p0-Persistent, UE sử dụng p0-NominalPUSCH p0-UE-PUSCH để tính tốn công suất phát PUSCH 3.3.2.4 Hoạt động SPS đường xuống Hình 3.1.Nội dung cấu hình SPS đường xuống Đối với SPS đường xuống, giá trị SPS C-RNTI, semiPersistSchedIntervalDL, numberOfConfSPS-Processes and n1PUCCH-ANPersistentList cấu hình RRC Sau cấu hình SPS theo hướng xuống, eNB gửi DCI định dạng 1/1A/2/2A/2B/2C SPS C-RNTI để kích hoạt SPS đường xuống Bắt đầu từ đây, UE xem xét phân bổ đường xuống cấu hình cho sử dụng lần thứ N với khung thỏa mãn điều kiện sau: 10 * SFN  subframe   10 * SFNstart time  subframestart time   N * semiPersistSchedIntervalDL modulo 10240 Với SFNstart time subframestart time SFN khung tương ứng thời điểm bắt đầu phân bổ tài nguyên UE sử dụng lặp lại cấu hình phân bổ tài nguyên khung có độ dài semiPersistSchedIntervalDL giải mã PDSCH (mà khơng có PDCCH tương ứng) Để truyền phản hồi HARQ (ACK/NACK) PUCCH, UE cần phải tính tồn tài ngun tần số Trong trường hợp lập lịch động sử dụng PDCCH sử dụng UE tính tốn tài nguyên cho ACK/NACK dựa số lượng CCE Đối với trường hợp lập lịch bán trì, từ định dạng DCI kích hoạt SPS, lệnh điều khiển Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 46 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE cơng suất cho trường PUCCH dùng làm số cho bốn giá trị tài nguyên PUCCH (n1PUCCH-AN-PersistentList) cấu hình RRC Nếu eNB muốn giải phóng cấu hình phân bổ mà khơng giải phóng cấu hình RRC, eNB gửi DCI định dạng 1A để thông báo giải phóng SPS Sau nhận DCI định dạng 1A thơng báo giải phóng SPS, thiết bị người dùng xóa cấu hình phân bổ đường xuống trước Một khía cạnh quan trọng tính tốn ID trình HARQ Trong trường hợp lập lịch động, định dạng DCI tương ứng ID tiến trình HARQ, trường hợp lập lịch bán trì khơng có PDCCH tương ứng với PDSCH ID tiến trình HARQ tính tốn theo cơng thức đây: HARQ Process ID   floor  CURRENT _ TTI / semiPersistSchedIntervalDL  modulo numberOfConfSPS  Processes Trong đó: CURRENT_TTI = [(SFN * 10) + subframe number] Current TTI khe thời gian mà PDSCH nhận cấu hình phân bổ Hình 3.7 Cấu hình SPS log điện thoại Samsung Galaxy S8 Plus 3.3.2.5 Truyền lại Xử lý truyền lại SPS C-RNTI (đường lên đường xuống) vấn đề quan trọng Khi sử dụng lập lịch động, eNB sử dụng số liệu (NDI) gửi cho lần truyền ban đầu để thông báo lần phân bổ Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 47 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE dành cho truyền lại Khi sử dụng lập lịch bán trì, việc phân bổ cho lần truyền khơng cung cấp lần cấu hình sẵn Nó giải thích phần kích hoạt/giải phóng SPS, NDI đặt Nếu eNB muốn phân bổ cho truyền lại, đổi lại NDI, tức NDI ln đặt cho truyền lại 3.3.3 Đánh giá hiệu lập lịch bán trì 3.3.3.1 Lập lịch động Vì LTE hệ thống vơ tuyến gói, thơng thường gói tin lên lịch L1 / L2 tín hiệu điều khiển, việc áp dụng lập lịch động cho VoIP điều tự nhiên Từ góc độ lập lịch sử dụng tài nguyên, lập lịch động gói tin linh hoạt đòi hỏi nhiều tín hiệu điều khiển Việc lập lịch động hồn tồn có nghĩa thiết bị người dùng gửi yêu cầu tài nguyên (RR) cho gói VoIP; (eNB) phân bổ tài nguyên UL cho gói lần truyền lại riêng biệt Với lập lịch động người sử dụng VoIP khai thác đa dạng kênh hai miền thời gian tần số Hạn chế lập lịch động số lượng lớn tín hiệu Nếu Chỉ số hoạt động tiếng nói VAF (Voice Activity Factor, v) 50%, số lượng trung bình kênh điều khiển (số CCHs) cần cho TTI ước tính theo phương trình  nv n 1  v   No.CCHs      (1) I2   I1 Với n số lượng người sử dụng VoIP,  số truyền trung bình cho người sử dụng VoIP I1 I2 chu kỳ truyền gói tin âm (20ms) gói tin SID (160ms) 3.3.3.2 Lập lịch bán trì Để cung cấp dung lượng VoIP cao với tín hiệu điều khiển hợp lý, kế hoạch lập lịch kết hợp lập lịch động lập lịch liên tục gọi lập lịch bán trì đề xuất Nguyên tắc lập lịch bán trì bao gồm hai phần: lập lịch liên tục cho lần truyền ban đầu lập lịch động cho trình truyền lại Vào đầu giai đoạn hoạt động, thiết bị người dùng nên gửi yêu cầu tài nguyên (RR) đến eNB Yêu cầu gửi kênh dành riêng Khi tiếp nhận yêu cầu tài nguyên, eNB phân bổ dãy khối tài nguyên (khe thời gian đơn vị tài nguyên) nằm 20ms tới thiết bị người dùng, nơi thiết bị người dùng gửi tất lần truyền ban đầu định dạng vận chuyển định trước Khi cần thiết, eNB phân bổ lại nguồn lực khác định lại định dạng vận chuyển khác phép thích ứng liên kết Việc phân bổ cho lần truyền ban đầu gửi Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 48 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE L1 / L2 kênh điều khiển PDU điều khiển MAC Tất truyền lại lập lịch động cách sử dụng L1 / L2 kênh điều khiển Như thể Hình 3.8, tất khối màu TTI-RU cấp phát liên tục cho lần truyền khối người dùng màu cho thấy tài nguyên cho người dùng; khối màu trắng lại sử dụng cho tất người dùng truyền lại phân bổ động Việc phân bổ liên tục (khối màu) lặp lại 20ms số người dùng bước vào giai đoạn không hoạt động Hình 3.8.Minh họa lập lịch bán trì Các gói tin SID phân bổ động khơng thường xun (một gói / 160 ms) lập lịch bán trì Nếu gói tin SID tự động lên lịch số trung bình L1 / L2 kênh điều khiển (số CCHs) cần cho TTI (giả sử lần truyền ban đầu lên lịch PDU điều khiển MAC) là: No.CCHs     1 n 1  v  nv (2)  I1 I2 Tất ý nghĩa tham số giá trị phương trình (2) giống phương trình (1), nhiên, số CCHs cho lập lịch bán trì 1,75 từ phương trình (2), khoảng 26% cho việc lập lịch động Nếu gói SID lên kế hoạch cách liên tục, số CCH xác định theo phương trình (3) tiếp tục giảm xuống 1,12 Đây khoảng 17% số tiền cần thiết lập kế hoạch động No.CCHs     1 n 1  v  nv (3)     1 I1 I2 Hình 3.9 minh hoạ mối quan hệ số lượng người dùng số lượng trung bình kênh kiểm soát yêu cầu cho TTI cho lập lịch động bán trì Với số lượng người dùng ngày tăng, tổng số kênh điều khiển yêu cầu cho lập lịch động tăng mạnh tăng lên đến 10,1 mức tải hệ thống người dùng 300 người Ngược lại, lập lịch bán trì, số lượng kênh điều khiển yêu cầu tăng Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 49 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE chậm Thậm chí mức tải 300 người dùng, tương ứng 2,6 1,7 khung SID theo lịch trình động bán kiên trì Hình 3.9.Quan hệ số kênh điều khiển yêu cầu số người sử dụng dịch vụ VoIP ô 3.3.3.3 Đánh giá dung lượng Dung lượng hệ thống lập lịch động lập lịch bán trì khơng bị giới hạn kênh điều khiển thể Hình 3.10 Như hình vẽ, dung lượng hệ thống sử dụng lập lịch động (234 người dùng có mức hài lòng) lớn chút so với lập lịch bán trì (222 người dùng) Dung lượng gia tăng nhờ HARQ lập lịch động, trình truyền lại xảy trước truyền ban đầu Tuy nhiên thực tế, số lượng kênh điều khiển giới hạn Bảng 3.1 so sánh dung lượng hệ thống lập lịch động lập lịch bán trì trường hợp giới hạn số lượng kênh điều khiển Có thể thấy bị giới hạn số lượng kênh điều khiển (6 kênh) số người dùng lập lịch động giảm cách nhanh chóng (từ 234 xuống 161 người dùng), số người dùng lập lịch bán trì giảm chút (từ 222 xuống 218 người dùng) Bảng 3.1 So sánh dung lượng lập lịch động lập lịch bán trì bị giới hạn kênh điều khiển Lập lịch động Lập lịch bán trì Khơng giới hạn 234 222 kênh điều khiển 218 222 Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 50 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương Lập lịch bán trì VoLTE kênh điều khiển 196 222 kênh điều khiển 176 220 kênh điều khiển 161 218 Hình 3.10.So sánh dung lượng lập lịch động lập lịch bán trì khơng bị giới hạn kênh điều khiển KẾT LUẬN CHƯƠNG III Trong chương trình bày giải pháp lập lịch bán trì cho dịch vụ truyền tải thoại LTE So sánh với phương pháp lập lịch động mặc định cho LTE, lập lịch bán trì mang lại hiệu dung lượng hệ thống nhiều Lập lịch bán trì giảm thiểu đáng kể số lượng kênh điều khiển phải sử dụng lập lịch tài nguyên cho người dùng sử dụng Voice over LTE, từ lập lịch cho nhiều người sử dụng lúc Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 51 Đồ án tốt nghiệp đại học Kết luận KẾT LUẬN LTE thương mại hóa tồn giới Công nghệ truyền tải thoại LTE trở thành chuẩn điện thoại cho tất gọi toàn giới tương lai gần Với chất lượng vượt trội hẳn so với công nghệ truyền tải thoại trước đây, VoLTE hứa hẹn mang đến trải nghiệm tuyệt vời cho người dùng Cơ chế lập lịch động mặc định cho LTE giúp đạt linh hoạt cao phổ tần lẫn thời gian Tuy nhiên lại đòi hỏi lượng tín hiệu điều khiển định để lập lịch cách linh hoạt Đối với dịch vụ truyền tải thoại, số lượng gói tin nhiều, kích thước nhỏ u cầu trễ thấp lượng tín hiệu vượt qua khả kênh điều khiển vật lý khiến cho dung lượng hệ thống bị giảm Cơ chế lập lịch bán trì áp dụng cho công nghệ truyền tải thoại LTE giúp VoLTE cải thiện đáng kể dung lượng hệ thống, giúp cho nhà mạng khai thác tối đa khả phổ tần để mang đến dịch vụ vừa tốt chất lượng vừa có dung lượng cực lớn Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 52 Đồ án tốt nghiệp đại học Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dajie Jiang, Haiming Wang, Esa Malkamaki, Esa Tuomaala, “Principle and Performance of Semi-persistent Scheduling for VoIP in LTE System”, IEEE 2007 [2] Jani Puttonen, Hannu-Heikki Puupponen, Kari Aho, “Impact of Control Channel Limitations on the LTE VoIP Capacity”, IEEE 2010 [3] Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker, “LTE-The UMTS Long Term Evolution”, 2011 [4] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động”, 6/2013 [5] Dari0 Vinella, Michele Polignano, “Discontinuous reception and transmission (DRX/DTX) strategies in Long Term Evolution (LTE) for Voice-over-IP (VoIP) traffic under both fully-dynamic and semi-persistent packet scheduling policies”, 2009 [6] 3GPP TSG-RAN WG2 Meeting #57bis, R2-071227, “Number of Control Symbols”, St Julian’s, Malta, March 26-30, 2007 Phùng Lâm Hà Trang, D13VT6 53 ...3.2 So sánh lập lịch bán trì lập lịch động .38 3.2.1 Lập lịch động 38 3.2.2 Lập lịch bán trì 39 3.3 Ứng dụng lập lịch bán trì VoLTE 40 3.3.1 RNTI ... giải triệt để giới hạn kênh điều khiển LTE, từ nhà mạng khai thác tối đa băng tần hệ thống giúp cải thiện dung lượng dịch vụ Trong đồ án này, em xin trình bày chế lập lịch bán trì sử dụng cho dịch... việc lập lịch động tiêu tốn khối lượng khổng lồ báo hiệu điều khiển Số lượng kênh điều khiển LTE lại có hạn nên ảnh hưởng lớn đến số lượng người dùng cung cấp dịch vụ Cơ chế lập lịch bán trì đưa