Kênh logic và các kênh truyền tải (Logical channels and transport channels)

channels)

MAC cung cấp dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic. Một kênh logic được định nghĩa bởi dạng thông tin mà nó mang theo và thường được phân loại thành các kênh điều khiển, được sử dụng để truyền dẫn các thông tin điều khiển và cấu hình cần thiết cho hoạt động của hệ thống LTE, và các kênh lưu lượng để truyền dẫn số liệu của người sử dụng. Các kênh logic của LTE bao gồm:

• Kênh điều khiển quảng bá (BCCH: Broadcast Control Channel): đựơc sử dụng để truyền dẫn thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cả các thiết bị đầu cuối di động trong một tế bào (cell). Trước khi truy nhập vào hệ thống, một thiết bị đầu cuối di động cần phải đọc những thông tin được truyền trên kênh BCCH để biết được hệ thống cấu hình như thế nào, ví vụ như băng thông của hệ thống [2].

• Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH: Paging Control Channel): được sử dụng để tìm gọi các thiết bị đầu cuối di động mà mạng không thể biết

đựơc vị trí của chúng về cấp độ tế bào và vì thế cần 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 hoặc từ một đầu cuối di động. Kênh này đựơc sử dụng cho cấu hình riêng lẻ của các đầu cuối di động chẳng hạn như các bản tin chuyển giao khác nhau.

• Kênh điều khiển đa phương (MCCH: Multicast Control Channel): đựơc sử dụng để truyền dẫn thông tin điều khiển được yêu cầu cho việc tiếp nhận của MTCH.

• Kênh lưu lượng riêng (DTCH: Dedicated Traffic Channel): được sử dụng để truyền dữ liệu người dùng đến hoặc từ một đầu cuối di động. Đây là loại kênh logic được sử dụng để truyền tất cả dữ liệu đường lên và dữ liệu đường xuống của người sử dụng không phải MBMS.

• Kênh lưu lượng đa phương (MTCH: Multicast Traffic Channel): được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống những dịch vụ MBMS.

• Các kênh logic này có cấu trúc như các kênh được được sử dụng cho WCDMA/HSPA. Tuy nhiên khi so sánh với WCDMA/HSPA, thì kiến trúc kênh logic của LTE phần nào đơn giản hơn, với việc giảm bớt các loại kênh logic [2].

Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng các dịch vụ trong dạng các kênh truyền tải (Transport channels). Một kênh truyền tải được định nghĩa bởi cách thức và các đặc tính mà thông tin đựơc truyền đi qua giao diện vô tuyến. Theo những ký hiệu từ HSPA, những phần được kế thuwafcho LTE, dữ liệu trên một kênh truyền tải được tổ chức thành các khối truyền tải. Trong mỗi khoảng thời gian truyền tải (TTI: Transmission Time Interval) tối đa một khối truyền tải với một kích thước 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 với mỗi khối truyền tải là khuôn dạng truyền tải (TF: Transport Identity) để đặc tả cách thức mà khối truyền tải được truyền đi thông qua giao diện vô tuyến. Khuôn dạng truyền tải bao gồm thông tin về kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế và cách sắp xếp anten. Cùng với việc phân bố tài nguyên, lưu lượng mã cuối cùng có thể nhận đựơc từ khuôn dạng truyền tải. Bằng cách thay đổi khuôn dạng truyền tải, lớp MAC 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. Các kênh truyền tải đựơc định nghĩa trong LTE bao gồm [2].

•

•

•

•

MBSFN, lập biểu và lập cấu hình khuôn dạng truyền tải được điều phối giữa các ô liên quan trong truyền dẫn MBSFN.

•

Một trong những chức năng của MAC là ghép các kênh logic khác nhau và sắp xếp chúng lên các kênh truyền tải tương ứng. Khác với MAC trong HSDPA, MAC trong LTE hỗ trợ ghép kênh các RLC PDU từ các kênh truyền tải vô tuyến khác nhau vào cùng một khối truyền tải. vì có một vài mối quan hệ giữa loại thông tin và cách thức mà nó được truyền đi cho nên vẫn tồn tại những giới hạn nào đó trong việc ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền tải. một ví vị về sắp xếp các logic lên các kênh truyền tải được cho trên hình 3.3 [2].

Hình 3.3. Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải [2]

3.3.2. Lập biểu đường xuống

Một trong các nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là truyền dẫn chia sẻ kênh truyền 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 MAC, nó điều khiển việc phân bố tài nguyên đường lên và đường xuống được tách rời trong LTE và những quyết định phân bố đường lên và đường xuống có thể được đưa ra độc lập lẫn nhau (trong các giới hạn được thiết lập bởi việc phân chia đường lên/đường xuống đối với hoạt động TDD) [2].

Nguyên tắc chung của bộ lập biểu đường xuống là quyết định động (trong mỗi khoảng thời gian 1ms). Nhiều đầu cuối có thể được lập biểu đồng thời, trong trường hợp này một DL-SCH được dành cho một đầu cuối đựơc lập biểu, mỗi DL-SCH được sắp xếp đến một tập các tài nguyên tần số duy nhất. Đơn vị thời gian/tần số cơ bản trong bộ lập biểu được gọi là khối tài nguyên. Về nguyên tắc một khối tài nguyên là một đơn vị rộng 180 kHz trong miền tần số. Trong mỗi khoảng lập biểu 1ms, 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 an ten (trong trường hợp phát nhiều anten). Như vậy là một hệ quả của bộ lập biểu điều khiển tốc độ dữ liệu, mà sự phân đoạn RLC và ghép kênh MAC cũng sẽ bị ảnh hưởng của quyết định lập biểu. Các đầu ra của bộ lập biểu được minh họa trên hình 3.1 [2].

Mặc dù chiến lược lập biểu là một đặc trưng bổ sung và không được 3GPP đặc tả, mục tiêu chung của hầu hết các bộ lập biểu là lợi dụng sự thay đổi kênh giữa các đầu cuối và lập biểu ưu tiên truyền dẫn cho đầu cuối di động trên những tài nguyên có các điều kiện kênh truyền thuận lợi. Vì thế hoạt động bộ lập biểu LTE về nguyên lý giống như bộ lập biểu đường xuống trong HSPA. Tuy nhiên, do sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường xuống OFDM, nên LTE có thể khai thác được sự thay đổi kênh truyền trong cả miền thời gian và miền tần số, trong khi lập biểu HSPA chỉ có thể khai thác sự thay đổi miền thời gian.

Đối với các băng thông lớn hơn được LTE hỗ trợ, khi mà 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 chỉ khai thác thay đổi kênh miền thời gian. Nhất là tại những tốc độ thấp, khi thay đổi kênh trong miền thời gian khá chậm so với các yêu cầu trễ được đặt ra bởi nhiều dịch vụ, lúc này khả năng khai thác cả sự biến đổi miền tần số sẽ trở nên có lợi.

Thông tin về trạng thái kênh truyền đường xuống cần thiết để lập biểu phụ thuộc kênh được phản hồi từ đầu cuối di động đến eNodeB thông qua các cáo hiệu chất lượng kênh. Báo cáo chất lượng kênh (còn được gọi là chỉ thị chất lượng kênh: CQI-Channel Quality Indicator), bao gồm những thông tin không chỉ về chất lượng kênh truyền hiện thời trong miền tần số mà còn những thông tin cần thiết cho việc đưa ra những 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 chiếu đường xuống. Tuy nhiên, các nguồn thông tin kênh bổ sung, ví dụ như sự trao đổi kênh truyền trong hoạt động TDD, cũng có thể được khai thác bằng cách cài đặt một bộ lập biểu riêng biệt như là một sự bổ sung thêm cho các báo cáo CQI [2].

Ngoài chất lượng kênh truyền, một bộ lập biểu hiệu năng cao cũng phải xét đến trạng thái bộ đệm và các mức độ ưu tiên trong các quyết định lập biểu. Cả những khác biệt về kiểu dịch vụ cũng như là loại thuê bao có thể gây ảnh hưởng đến mức độ ưu tiên khi lập biểu. Chẳng hạn, một người sử dụng VoIP với một đăng ký thuê bao 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 có đăng ký thuê bao giá rẻ đang tải một file có thể phải được thõa mãn với những tài nguyên mà không được yêu cầu để hỗ trợ cho những người sử dụng khác [2].

3.3.3. Lập biểu đường lên

Chức năng cơ bản của bộ lập biểu đường lên cũng giống như đường xuống, cụ thể là việc quyết định động cho mỗi khoảng thời gian 1ms, lúc đó những thiết bị đầu cuối di động truyền dữ liệu trên kênh DL-SCH của nó thuộc tài nguyên đường lên. Lập biểu đường lên cũng được sử dụng cho HSPA, nhưng do các sơ đồ đa truy nhập khác nhau được sử dụng, nên giữa các sơ đồ này thì HSPA và LTE có một vài khác biệt đáng kể.

Trong HSPA, tài nguyên chia sẽ đường lên chính là nhiễu giao thoa cho phép tại trạm gốc. Bộ lập biểu đường lên HSPA chỉ thiết lập một giới hạn phía trên về lượng nhiễu giao thoa đường lên mà một đầu cuối di động được

phép tạo ra. Dựa trên giới hạn này, đầu cuối di động sẽ tự động lựa chọn khuôn dạng truyền tải phù hợp. Chiến lược này chỉ có nghĩa cho đường lên không trực giao như ở trường hợp HSPA. Một đầu cuối di động nếu không sử dụng toàn bộ tài nguyên mà nó được cấp sẽ truyền tại công suất thấp hơn và vì thế giảm nhiễu giữa các ô. Do đó, tài nguyên chia sẻ không đựơc sử dụng bởi một đầu cuối di động có thể được khai thác bởi một đầu cuối di động khác thông qua việc ghép kênh theo thống kê. Vì cơ chế lựa 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 băng để thông báo cho eNodeB biết về sự lựa chọn này.

Đối với LTE, đường lên là trực giao và tài nguyên chia sẻ được điều khiển bởi bộ lập biểu eNodeB là các đơn vị tài nguyên thời gian/tần số. Khi một tài nguyên đã được chỉ định mà không được sử dụng hết bởi một đầu cuối di động nào đó thì phần tài nguyên còn lại cũng không thể cung cấp cho một thiết bị di động khác sử dụng. Vì thế, do đường lên trực giao, mà độ lợi giảm đi đảng kể trong việc để cho thiết bị đầu cuối di động lựa chọn khuôn dạng truyền tải khi được so sánh với HSPA. Cho nên, ngoài việc cấp phát tài nguyên thời gian/tần số cho đầu cuối di động, bộ lập biểu của eNodeB cũng chịu trách nhiệm điều khiển khuôn dạng truyền tải (kích thước tải tin, sơ đồ điều chế) mà đầu cuối di động cần sử dụng. Khi bộ lập biểu đã biết được khuôn dạng truyền tải mà đầu cuối di động sẽ sử dụng để phát đi thì không cần phải báo hiệu điều khiển ngoài băng từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB. Xét từ góc độ vùng phủ cách làm này là có lợi vì nếu xét giá thành trên một bit cho phát thông tin 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 đựơc thu với độ tin cậy cao hơn [2].

Ngoài việc bộ lập biểu eNodeB quyết định khuôn dạng truyền tải cho đầu cuối di động, cần lưu ý rằng, quyết định lập biểu đường lên đựơc đưa ra cho một đầu cuối di động chứ không phải cho mỗi kênh mang vô tuyến.

Hình 3.4. Chọn khuôn dạng truyền tài trên đường xuống (trái), trên đường lên (phải)[2]

Như vậy, mặc dù bộ lập biểu eNodeB điều khiển tải tin của một đầu cuối di động được lập biểu, thì đầu cuối này vẫn chịu trách nhiệm lựa chọn những kênh mang vô tuyến nào dữ liệu được được mang theo. Cho nên, đầu cuối di động sẽ tự động điều khiển việc ghép kênh logic. Điều này được minh họa trên phần phải của hình 3.4, trong đó bộ lập biểu eNodeB điều khiển khuôn dạng truyền tải và đầu cuối di động điều khiển ghép kênh logic. Để so sánh, trong tình huống đường xuống tương ứng, ở phần trái của hình 3.4 thì eNodeB điều khiển cả khuôn dạng truyền tải và ghép kênh logic. Ghép kênh mang vô tuyến trong đầu cuối di động được thực hiện theo những quy tắc, thông qua các thông số mà có thể được cấu hình bởi báo hiệu RRC từ eNodeB. Mỗi kênh mang vô tuyến được ấn định một mức ưu tiên và một tốc độ bit ưu tiên. Sau đó đầu cuối di động sẽ thực hiện ghép kênh sóng mang vô tuyến sao cho các kênh mang này được phục vụ theo thứ tự ưu tiên tùy tốc độ bit ưu tiên của chúng. Các tài nguyên còn lại, nếu còn sau khi hoàn thành tốc độ bit ưu tiên, sẽ đựơc đưa đến những sóng mang vô tuyến theo thứ tự ưu tiên [2].

Để hỗ trợ cho lập biểu đường lên khi đưa ra các quyết định, đầu cuối di động có thể phát thông tin lập biểu đến eNodeB bằng một bản tin MAC. Rõ ràng, thông tin này chỉ có thể được truyền đi nếu đấu cuối di động được cấp một cho phép lập biểu hợp lệ. Nếu không đựơc cho phép lập biểu, đầu cuối sẽ phát đi một chỉ thị rằng nó cần tài nguyên cho đường lên và chỉ thị này được cung cấp bởi một bộ phận của cấu trúc báo hiệu điều khiển L1/L2 [2].

Lập biểu phụ thuộc kênh thường được sử dụng cho đường xuống. Trên lý thuyết, kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng cho đường lên. Tuy nhiên, việc đánh giá chất lượng kênh đường lên thì không đơn giản như trong trường hợp đường xuống. Các điều kiện kênh truyền đường xuống được đo bởi tất cả các đầu cuối di động trong ô chỉ đơn giản bằng việc theo dõi tín hiệu tham khảo được truyền bởi eNodeB và tất cả các đầu cuối di động có thể chia sẻ cùng một tín hiệu tham khảo cho mục đích ước tính chất lượng kênh đường lên. Tuy nhiên ước tính chất lượng kênh đường lên đòi hỏi phát tín hiệu chuẩn thăm dò từ từng đầu cuối di động mà eNodeB muốn ước tính chất lượng kênh. Một tín hiệu tham khảo thăm dò như vậy được hỗ trợ bởi LTE, nhưng điều này lại đi kèm với vấn để tổng chi phí. Vì thế, các phương pháp được