1. Truy nhập vô tuyến LTE
2.3. Điều khiển truy nhập môi trường (MAC)
Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) xử lý ghép kênh logic, các phát lại HARQ, lập biểu UL và DL. Khác với HSPA, trong đó sử dụng phân tập vĩ mô vì thế phải định nghĩa cả ô phục vụ và các ô không phục vụ, còn trong LTE chỉ định nghĩa ô phục vụ vì không có phân tập UL. Ô phục vụ là ô mà đầu cuối di động nối đến và chịu trách nhiệm lập biểu và hoạt động HARQ. Dưới đây ta cũng xem xét chi tiết hơn hai vấn trong MAC:
26
MAC cung cấp dịch vụ cho RLC trong dạng kênh logic. 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 và cấu hình cần 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
Tập các kênh logic của LTE gồm:
- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH - Boardcast Control Channel):
- Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH - Paging Control Channel):
- Kênh điều khiển riêng (DCCH - Dedicated Control Channel):
- Kênh điều khiển đa phương (MCCH - Mul-ticast Control Channel):
- Kênh lưu lượng riêng (DTCH - Dedicated Traffic Channel):
- Kênh lưu lượng đa phương (MTCH - Multicast Traffic Channel):
Các kênh logic có cấu trúc như các kênh đã được sử dụng cho WCDMA/HSPA. Tuy nhiên, so với WCDMA/HSPA, cấu trúc kênh logic của LTE phần nào đơn giản hơn với số lượng kiểu kênh ít hơn.
Từ các lớp vật lý MAC sử dụng, các dịch vụ trong dạng các kênh truyền tải. Kênh truyền tải được định nghĩa bởi các cách thức và 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 (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 với ghép kênh không gian “MIMO” có thể có hai khối truyền tải trên một TTI.
Liên kết với khối truyền tải là “khuôn dạng truyền tải” TF (Transport Format) 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 biến và cách sắp xếp anten. Cùng 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, lớp MAC có thể
27
thực hiện các tốc độ số liệu khác nhau. Vì thế, điều khiển tốc độ cũng được coi là tham số chọn lựa khối truyền tải.
+ Tập các kênh truyền tải được định nghĩa trong LTE gồm.
- Kênh quảng bá, BCH (Broadcast Channel):
- Kênh tìm gọi, PCH (Paging Channel):
- Kênh chia sẻ DL, DL-SCH (Downlink Shared Channel):
- Kênh đa phương, MCH (Multicast Channel):
- Kênh chia sẻ UL, UL-SCH (Up-link Shared Channel):
Kênh chia sẻ UL là đối tác UL của DL-SCH.
Một bộ phận của chức năng MAC là ghép kênh logic và sắp xếp chung 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 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 sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải. Thí dụ sắp xếp các kênh logic lên kênh truyền tải được cho trên H.6
H.2.6: Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải
2.3.2 Lập biểu DL.
Một trong các nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là truyền dẫn chia sẻ trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian – tần số được chia sẻ đồng thời giữa các người sử dụng trên cả UL và DL. Bộ lập biểu là một bộ phận của lớp MAC, nó điều khiển ấn định tài nguyên UL và DL. trong LTE, lập biểu UL và DL được tách riêng và các quyết định lập biểu UL và DL có thể được đưa ra độc lập (trong các giới hạn được đặt ra bởi việc phân chia UL/DL trong trường hợp khai
28
thác TDD). Phần còn lại ở phần này sẽ xét lập biểu DL (lập biểu UL sẽ xét trong mục sau).
Nguyên tắc chung của bộ lập biểu DL là quyết định động (trong từng khoảng thời gian 1 ms) đầu cuối nào sẽ được truyền 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, mỗi DL-SCH được sắp xếp đến một tập các tài nguyên tần số. Đơn vị tài nguyên – tần số cơ sở trong bộ lập biểu được gọi là “khối tài nguyên”. Các khối tài nguyên sẽ được trình bày chi tiết trong phần sau cùng với việc sắp xếp số liệu lên các tài nguyên vật lý, nhưng về nguyên tắc một khối tài nguyên là một đơn vị rộng 180kHz trên miền tần số. Trong mỗi khoảng lập biểu 1 ms, 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 biến và cách sắp xếp anten (trong trường hợp phát nhiều anten).
Ta chú ý rằng, thông tin về các điều kiện kênh DL cần thiết cho lập biểu phụ thuộc kênh được phản hồi từ đầu cuối di động đến eNodeB thông qua các báo cáo chất lượng kênh. Báo cáo chất lượng kênh, hay còn 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 kết quả đo các tín hiệu tham khảo DL. 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, bộ lập biểu hiệu năng cao cũng phải xét đến trạng thái bộ đệm và các mức ưu tiên trong các 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 file xuống và có đăng ký giá rẻ có thể phải thỏa mãn với các tài nguyên không dùng cho các người sử dụng khác.
29
Điều phối nhiễu cũng là một phần của bộ lập biểu. Vì chuẩn không đặc tả chiến lược lập biểu nên sơ đồ điều phối nhiễu, nếu sử dụng, là đặc thù của nhà cung cấp thiết bị.
2.3.3. Lập biểu UL.
Sơ đồ cơ sở của bộ lập biểu UL cũng giống như DL, 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 nào. Lập biểu UL cũng được sử dụng cho HSUPA, nhưng do sơ đồ đa truy nhập khác nhau được sử dụng, nên giữa các sơ đồ này có sự khác nhau đáng kể.
- Đối với HSUPA: Trong trường hợp này, tài nguyên UL chia sẻ trước hết là nhiễu cho phép tại trạm gốc, bộ lập biểu HSUPA chỉ thiết lập một giới hạn về lượng nhiễu UL mà một đầu cuối di động được phép tạo ra. Dựa trên giới hạn này, đầu cuối di động tự quyết việc chọn khuôn dạng truyền tải phù hợp. Chiến lược này chỉ có nghĩa cho UL không trực giao như ở trường hợp HSPA. Một đầu cuối nếu không sử dụng toàn bộ tài nguyên được cho phép sẽ phát công suất thấp hơn và vì thế sẽ giảm nhiễu giữa các ô. Vì tài nguyên chia sẻ không được sử dụng hết bởi 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 với UL của HSPA, nên cần có báo hiệu ngoài băng để thông báo cho nodeB về sự lựa chọn này.
- Đối với LTE: UL 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 đầu cuối 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. 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 mà đầu cuối di động sẽ sử dụng để phát, nên không cần báo hiệu điều khiển ngoài băng từ đầu cuối di động đến eNodeB. Xét theo thời điểm phủ vùng phủ thì cách làm này là có lợi vì giá thành trên một bit cho phát thông tin báo hiệu ngoài băng so với giá
30
thành truyền dẫn số liệu thì trường hợp đầu cao hơn nhiễu, do thông tin báo hiệu yêu cầu độ tin cậy cao hơn.
Bên cạnh bộ lập biểu eNodeB quyết định khuôn dạng truyền tải cho đầu cuối di động, cần nhấn mạnh rằng: quyết định UL 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 lập biểu, đầu cuối này vẫn phải chịu trách nhiệm 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 việc xử lý ghép kênh logic.
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 bên trái của H.2.7 (DL), ở đây minh họa tình trạng trong đó eNodeB điều khiển cả khuôn dạng truyền tải và ghép kênh logic.
Điều này được minh họa trên H.2.7.
H.2.7: Chọn khuôn dạng truyền tải DL và UL
- Hỗ trợ lập biểu UL khi đưa ra quyết định: Để hỗ trợ lập biểu UL khi đưa ra quyết định, đầu cuối di động có thể phát thông tin lập biểu đến eNodeB bằng một bản tin điều khiển truy nhập môi trường (MAC). Rõ ràng thông tin này chỉ có thể phát nếu đầu cuối di động được cho phép lập biểu hợp lệ. Nếu không được cho phép lập
31
biểu, đầu cuối sẽ phát đi một chỉ thị rằng nó cần tài nguyên cho UL và chỉ thị này cung cấp bởi một bộ phận của cấu trúc báo hiệu điều khiển L1/L2 (sẽ xét sau). Lập biểu phụ thuộc kênh thường được sử dụng cho DL.