Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC xử lý ghép kênh logic, phát lại các HARQ, lập biểu đường lên, đường xuống. Trong khi công nghệ HSPA sử dụng phân tập vĩ mô đường lên và vì thế phải định nghĩa cả những ô phục vụ và không phục vụ, LTE chỉ định nghĩa ô phục vụ vì không có phân tập vĩ mô đường lên. Ô phục vụ là ô mà đầu cuối di động kết nối tới và chịu trách nhiệm lập biểu và hoạt động HARQ.
Kênh logic và kênh truyền tải
MAC cung cấp các 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 dùng cho việc truyền dẫn các thông tin về cấu hình và điều khiển cần thiết để vận hành hệ thống LTE, và các kênh lưu lượng để truyền dẫn số liệu của người dùng. Tập hợp các loại kênh logic được chỉ định cho LTE bao gồm:
Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): được sử dụng để truyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cả các máy di động trong ô. Trước khi truy nhập hệ thống, đầu 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): được sử dụng để tìm gọi các đầu cuối di động vì mạng không thể biết được vị trí của chúng ở cấp độ ô và vì thế cần phát các bản tin tìm gọi trong nhiều ô (vùng định vị).
Kênh điều khiển dành riêng (DCCH): được sử dụng để truyền các thông tin điều khiển tới hoặc từ một đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di động ví dụ các bản tin chuyển giao khác nhau.
Kênh điều khiển đa phương (MCCH): được sử dụng để truyền thông tin điều khiển cần thiết để thu kênh MTCH.
Kênh lưu lượng dành riêng (DTCH): 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 là MBMS.
Các kênh logic có cấu trúc như các kênh được sử dụng cho WCDMA/HSPA. Tuy nhiên, cấu trúc kênh logic của LTE phần nào đơn giản hơn, số lượng kiểu kênh ít hơn.
Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng các dịch vụ dưới dạng các kênh truyền tải. Kênh truyền tải được định nghĩa bởi 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 khối truyền tải. Trong mỗi khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) 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 mỗi TTI.
Liên kết với mỗi khối truyền tải là khuôn dạng truyền tải (TF), để đặc tả cách thức sẽ truyền khối truyền tải này trên 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 ấn định tài nguyên, tỉ lệ mã cũng có thể được rút ra 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
Tập hợp các loại kênh truyền tải được định nghĩa trong LTE bao gồm:
Kênh quảng bá (BCH): có khuôn dạng truyền tải cố định do chuẩn cung cấp. Nó được sử dụng để phát thông tin trên kênh logic BCCH.
Kênh tìm gọi (PCH): được sử dụng để phát thông tin tìm gọi trên kênh PCCH. Kênh PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX) để cho phép đầu cuối di động tiết kiệm năng lượng pin bằng cách ngủ và chỉ thức để thu PCH tại các thời điểm quy định trước.
Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH): là kênh truyền tải được sử dụng để phát dữ liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ các đặc tính của LTE như thích ứng tốc độ động và lập 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 trong HSPA. DL-SCH TTI là 1 ms.
Kênh đa phương (MCH): được sử dụng để hỗ trợ MBSFN. Nó được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải bán tĩnh và lập biểu bán tĩnh. Trong trường hợp phát đa ô sử dụng MBSFN, lập biểu và lập cấu hình khuôn dạng truyền tải được điều phối giữa các ô tham gia phát MBSFN.
Hình 2.17: Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền dẫn
Một bộ phận chức năng của MAC là ghép các kênh logic và sắp xếp chúng lên các kênh truyền tải tương ứng. Khác với MAC-hs trong HSDPA, MAC trong LTE hỗ trợ ghép các RLC PDU từ các kênh truyền tải 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 sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải. Ví dụ sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải được đưa ra trong Hình 2.15.
Lập biểu đường xuống.
Một trong các nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là truyền dẫn kênh chia sẻ trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian-tần số được chia sẻ động giữa những người dùng trên cả đường lên và đường xuống. Bộ lập biểu là một phần của lớp MAC và 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 đường xuống có thể được đưa ra độc lập (trong các giới hạn được đặt ra bởi việc phân chia đường lên/đường xuống trong hoạt động TDD).
Nguyên tắc chung của bộ lập biểu đường xuống đó là quyết định động trong mỗi khoảng thời gian 1 ms, các đầu cuối nào sẽ được phép thu truyền dẫn DL-SCH và trên các tài nguyên nào. Nhiều đầu cuối có thể được lập biểu đồng thời, trong trường hợp một DL- SCH được dành cho một đầu cuối được lập biểu, mỗi DL-SCH được sắp xếp đến một tập các tài nguyên tần số. Đơn vị thời gian-tần số cơ sở trong bộ lập biểu được gọi là khối tài nguyên. Về nguyên tắc thì một khối tài nguyên là một đơn vị rộng 180 kHz trong miền tần số. Trong mỗi khoảng thời gian 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 các anten (trong trường hợp phát nhiều anten). Như vậy bộ lập biểu điều khiển tốc độ dữ liệu, vì thế phân đoạn RLC và ghép kênh MAC cũng bị ảnh hưởng bởi quyết định lập biểu.
3GPP, nhưng mục đích chung của hầu hết các bộ lập biểu là lợi dụng các thay đổi kênh giữa đầu cuối và lập biểu ưu tiên truyền dẫn đến đầu cuối có các kênh ưu việt. Vì thế hoạt động bộ lập biểu LTE 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 cả trong miền thời gian và miền tần số, trong khi lập biểu HSDPA chỉ có thể khai thác các thay đổi miền thời gian. Đối với các băng thông lớn hơn được LTE hỗ trợ, khi mà fađinh 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 các 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, khả năng khai thác được cả các thay đổi miền tần số lại càng có lợi.
Thông tin về các điều kiện kênh đường xuống cần thiết để lập biểu phụ thuộc kênh được phản hồi từ đầu cuối di động tới eNodeB thông qua các báo hiệu chất lượng kênh truyền. 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 bổ sung, như tính đảo lẫn kênh trong trường hợp khai thác TDD, cũng có thể được khai thác bởi một thực hiện đặc biệt của bộ lập biểu như là một thông tin bổ sung thêm cho các báo cáo CQI.
Ngoài chất lượng kênh truyền, bộ lập biểu hiệu năng 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 độ ưu tiên của 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 đăng ký giá rẻ phải thỏa mãn với việc tải tập tin xuống với các tài nguyên mà không được yêu cầu để hỗ trợ 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 của nhà cung cấp thiết bị và chúng có thể đơn giản hoặc phức tạp.
Lập biểuđường lên.
Sơ đồ cơ sở của bộ lập biểu đương lên cũng giống như đường xuống, nghĩa là nó quyết định trong từng khoảng thời gian 1 ms 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. Bộ lập biểu đường lên HSPA chỉ thiết lập một giới hạn về lượng 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 chỉ có nghĩa cho đường lên
không trực giao như ở HSPA. Một đầu cuối nếu không sử dụng 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 sẻ không được sử dụng hết bởi một đầu cuối di động có thể được một đầu cuối di động khác sử dụng 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 băng 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 eNodeB là các đơn vị tài nguyên thời gian – tần số. Vì thế khi một tài nguyên không được sử dụng hết bởi một đầu cuối di động, phần thừa của tài nguyên này không thể được sử dụng cho một thiết bị di động khác, nên có rất ít lợi ích nhận được khi để đầu cuối di động tự chọn khuôn dạng truyền tải như trong HSPA. Vì thế ngoài việc ấn định 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. Vì bộ lập biểu đã biết được khuôn dạng truyền tải mà đầu cuối di động sẽ sử dụng để phát, nên không cần báo hiệu điều khiển ngoài băngtừ đầu cuối di động đến eNodeB. Xét từ góc độ vùng phủ cách làm này là có lợi vì nếu xét giá thành trên một bít 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 được thu với độ tin cậy cao hơn.
Ngoài việc bộ lập biểu eNodeB 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 eNodeB điều khiển tải tin của đầu cuối di động được lập biểu, đầu cuối này vãn chịu trách nhiệm để chọn kênh mang (các kênh mang) vô tuyến nào mà 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 bên phải của hình 2.16, 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, phần trái của hình 2.16 minh họa tình trạng trong đó eNodeB điều khiển cả khuôn dạng truyền tải và ghép kênh logic. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ghép kênh mang vô tuyến trong đầu cuối di động được thực hiện theo các quy tắc, trong đó các thông số của quy tắc này được lập 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 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 bit ưu tiên, sẽ được trao cho các kênh mang theo thứ tự ưu tiên.
Để hỗ trợ 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 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 cẩn 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.
Hình 2.18: Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn trong đường xuống (bên trái) và đường lên (bên phải)
Lập biểu phụ thuộc kênh thường được sử dụng cho đường xuống. Về nguyên tắc, nó cũng có thể sử dụng cho đường lên. Tuy nhiên, đánh giá chất lượng kênh đường lên không chỉ đơn giản như trong trường hợp đường xuống. Các điều kiện kênh đường xuống được đo bởi tất cả các đầu cuối di động trong ô chỉ đơn giản bằng cách quan trắc các tín hiệu tham khảo phát đi từ eNodeB và tất cả các đầu cuối có thể chia sẻ cùng một tín hiệu tham khảo 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 đầu cuối di động mà eNodeB muốn ước tính chất lượng kênh. LTE hỗ trợ tín hiệu tham khảo thăm dò này, tuy nhiên phải trả giá bằng chi phí thông tin bổ sung. Vì thế cần có thêm phương tiện để cung cấp phân tập đường lên phụ trợ cho lập biểu đường lên.
2.3.3 HARQ với kết hợp mềm
Do tính chất ngẫu nhiên của các thay đổi 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 với kết nối mềm được sử dụng trong LTE cho phép đầu cuối di động yêu cầu