Vai trò của quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM-Radio Resource Management) để đảm bảo các tài nguyên vô tuyến được sử dụng một cách hiệu quả, khai thác ưu
điểm của các công nghệ thích ứng đường truyền sẵn có, và phục vụ các thuê bao theo các thông số chất lượng dịch vụ (QoS-Quality of Service)
Hình 5.10 minh họa tổng quan cấu trúc giao thức của mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điểu khiển cũng như sự ánh xạ các giải thuật RRM chính vào các lớp tương ứng.Các chức năng RRM ở lớp 3 như quản lý QoS, điều khiển truy nhập và
định trình bán tự động mang tính chất của cơ chế bán tự động và chức năng chính của chúng là thực hiện thiết lập các dòng dữ liệu mới.Các giải thuật RRM ở lớp 1 và lớp 2 như quản lý HARQ, định trình gói động, thích ứng đường truyền là các chức năng tự động ở mức cao hơn với sự điều chỉnh xảy ra sau mỗi TTI (Transmission Time Interval)=1ms
Hình 5. 10 Tổng quan về cấu trúc giao thức mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển ở eNodeB và ánh xạ các chức năng chính RRM vào các lớp
khác nhau 5.2.1 Điều khiển truy nhập và các thông số QoS
Giải thuật điều khiển truy nhập (AC-Admission Control ) ở eNodeB quyết
định liệu các yêu cầu về các sóng mang EPS được chấp nhận hay từ chối.AC thực hiện các tình huống sử dụng tài nguyên trong cell,các yêu cầu về QoS cho sóng mang EPS mới cũng như các mức ưu tiên, và các QoS đang được cung cấp hiện thời cho các phiên hoạt động trong cell.Một yêu cầu mới chỉ được chấp nhận nếu việc tính toán các thông số QoS cho sóng mang mới được hoàn thành, trong khi vẫn tiếp tục có khả năng cung cấp thêm các dịch vụ cho các phiên kết nối đã tồn tại trong cell có quyền ưu tiên bằng hoặc cao hơn.Vì thế giải thuật điều khiển quyền truy nhập có mục đích chỉ cho phép các sóng mang EPS mới được thiết lập khi bộ định trình dữ liệu gói trong cell có một giải pháp linh hoạt để đảm bảo rằng các yêu cầu vể QoS được đảm bảo cho ít nhất các sóng mang có quyền ưu tiên cao.
Mỗi sóng mang EPS LTE được đi theo bởi một tập các thông số QoS cũng giống như trong GERAN và UTRAN.Tất cả các gói dữ liệu trong cùng một sóng mang đều có các yêu cầu về QoS là như nhau.Có thể chỉnh sửa các thông số QoS của các sóng mang đang tồn tại một cách linh hoạt.Cũng có thể kích hoạt các sóng mang khác song song cho phép các tập thông số QoS khác nhau cho các dịch vụ
khác nhau cùng một lúc.
• Quyền ưu tiên duy trì phân bổ (ARP-Allocation Retetion Priority)
• Tốc độ bit đảm bảo đường xuống và đường lên (GBR-Guarateed Bit Rate)
• Nhận dạng các lớp QoS (QCI-QoS Class Identifier)
• Tốc độ bit lớn nhất (MBR-Maximum Bit Rate) Mỗi lớp QoS đều có một số thông số sau đây:
• Loại sóng mang (Bearer Type): thông số này phản ánh sự khác nhau giữa các sóng mang GBR và không GBR
• L2 Packet Delay Budget (L2PDB): thông số này chỉ rõ thời gian tối đa mà các gói dữ liệu được truyền qua các lớp RLC và MAC trong mạng và ở thiết bị đầu cuối.Trong các sóng mang có tốc độ bit được đảm bảo thì L2PDB chỉ rõ giới hạn tối đa truyền dẫn một gói dữ liệu.
• Tốc độ tổn thất gói lớp 2 (L2PLR-L2 Packet Loss Rate): thông số này chỉ rõ tỉ
lệ tối đa các gói dữ liệu ở lớp 2 truyền không thành công cho một thực thể
ngang hàng
Ngoài các thông số ở mức sóng mang, các thiết bị đầu cuối còn được kết hợp với một thông số chất lượng dịch vụ khác: tốc độ bit tổng hợp lớn nhất (AMBR- Aggregate MBR). Thông số này chỉ được áp dụng cho các sóng mang có tốc độ bit không được đảm bảo. Mục đích của nó là giới hạn tốc độ bit tổng hợp của tất cả các sóng mang có liên quan đến giới hạn này.Điều này có nghĩa là trong trường hợp giới hạn này bị vượt quá, mạng có khả năng áp dụng các thuật toán điều khiển lưu lượng truy nhập cho cả hai đường lên và đường xuống.
Bảng 5.1 là minh họa các loại QCI khác nhau và tương ứng là các dịch vụ điển hình của chúng
Bảng 5. 1 Các loại CQI và các dịch vụ tương ứng của nó
5.2.2 Thích ứng đường truyền và định trình động đường xuống
Định trình động và đáp ứng đường truyền là các đặc tính quan trọng để đảm bảo hiệu suất sử dụng phổ cao trong khi vẫn cung cấp các yêu cầu về QoS trong cell Thực thểđiều khiển RRM ở lớp 2 là bộđịnh trình gói động (Dynamic Packet Scheduler-PS) thực hiện các quyết định định trình trên từng TTI bằng việc ấn định các khối tài nguyên vật lý cho các người sử dụng cũng như các thông số truyền dẫn bao gồm cả sơđồđiều chế và mã hóa.Chức năng sau thường được gọi là thích ứng
đường truyền.Sự phân bổ các PRB và chọn sơđồđiều chế và mã hóa được báo hiệu
đến bộ định trình ở các thuê bao trên kênh PDCCH.Mục đích tổng quan của việc
định trình gói là tối ưu hóa được dung lượng của cell trong khi vẫn đảm bảo các yêu cầu tối thiểu về QoS cho các sóng mang EPS và cũng có đủ các tài nguyên cho các sóng mang không có một sự yêu cầu nào về QoS.Các quyết định định trình cũng xảy ra trên từng người sử dụng khi một người sử dụng có nhiều luồng dữ liệu trao
đổi đồng thời.Trên thực tế, mỗi một thuê bao hoạt động với một sóng mang EPS có ít nhất hai dòng dữ liệu lớp 2, một là dòng dữ liệu mặt phẳng điều khiển cho giao thức RRC và một hoặc nhiều dòng dữ liệu mặt phẳng người sử dụng cho các sóng mang EPS.Mỗi dòng dữ liệu đều được nhận dạng với một trường nhận dạng kênh logic (LCID-Logica Channel Identification) 5 bit.Với một kích thước khối vận chuyển (Transport Block Size-TBS) được định trình cho một thuê bao cụ thể, giao thức MAC sẽ quyết định bao nhiêu dữ liệu được gửi trên mỗi LCID.
Hình 5. 11 Các chức năng lớp 2: định trình động, thích ứng đường truyền, quản lý HARQ
Trong hình 5.11, bộ định trình dữ liệu gói tương tác với chức năng quản lý HARQ khi nó chịu trách nhiệm định trình truyền lại.Trên đường xuống, HARQ đáp
ứng không đồng bộ hỗ trợ 8 kênh stop-and-wait cho mỗi một từ mã, nghĩa là bộ định trình có đủ sự linh hoạt đểđịnh trình động cho các lần phát lại HARQ tiếp theo trong miền thời gian và tần số. Trên mỗi TTI, bộ định trình dữ liệu gói phải quyết
định gửi một gói mới hay truyền lại các gói lỗi từ các lần gửi trước cho mỗi một thuê bao, việc kết hợp hai loại truyền dẫn không được cho phép. Thích ứng đường truyền cung cấp các thông tin cho bộđịnh trình gói hỗ trợ sơđồđiều chế và mã hóa cho từng thuê bao phụ thuộc vào tập PRB được chọn.Khối thích ứng đường truyền quyết định chủ yếu dựa trên các phản hồi CQI từ các thuê bao trong cell
¾ Định trình gói trong miền tần số
Định trình gói trong miền tần số (FDPS-Frequency Domain Packet Scheduling) là một kĩ thuật mạnh để nâng cao dung lượng hệ thống LTE.Các nguyên tắc cơ bản của FDPS được minh họa trong hình 5.12.Lý thuyết FDPS khai thác sự thay đổi công suất lựa chọn tần số trên tín hiệu mong muốn (fading lựa chọn tần số) hoặc trên nhiễu (fading hoặc bởi sự phân tải trên các cell khác) bằng cách chỉđịnh trình các thuê bao lên các PRB có chất lượng kênh cao trong khi vẫn ngăn chặn được các PRB mà ởđó thuê bao bị fading sâu.Một điều kiện đểđạt được độ lợi FDPS cao là hiệu suất của kênh vô tuyến băng thông tương quan nhỏ hơn băng thông hệ
thống.Điều này xảy ra đối với sự triển khai các cell nhỏ và lớn có băng thông hệ
thống lớn hơn hoặc bằng 5MHz. Trong hình 5.13 là một ví dụ chỉ rõ độ lợi khi sử
dụng FDPS với băng thông hệ thống là 10MHz
Hình 5. 12 Nguyên tắc định trình trong miền tần số
Hình 5. 13 Độ lợi từ FDPS
¾ Giải thuật định trình kết hợp trong miền tần số và thời gian
Hình 5.14 minh họa 3 bước định trình gói trong miền tần số và thời gian.Bước
đầu tiên bao gồm các giải thuật định trình trong miền thời gian, chọn lựa N thuê bao cho lần định trình trong khoảng thời gian TTI tiếp theo.Bộ định trình trong miền thời gian chỉ lựa chọn các thuê bao có dữ liệu đang chờ truyền lại cho các lần truyền hỏng trước (i) và các thuê bao đã được cấu hình định trình cho TTI tiếp theo nghĩa là không bao gồm các thuê bao đang ở chếđộ thu không liên tục.Bộđịnh trình trong
miền thời gian ấn định một giá trị ưu tiên cho mỗi thuê bao được chọn.Bước thứ
hai, một bộ kiểm tra định trình kênh điều khiển thực hiện đánh giá nếu dung lượng kênh điều khiển đủđểđịnh trình cho các thuê bao được chọn bởi bộđịnh trình trong miền thời gian.Ở đây ta ngầm hiểu sự đánh giá là như sau:nếu có đủ tài nguyên truyền dẫn 3 kí hiệu OFDM đầu tiên nghĩa là có một truyền dẫn tin cậy kênh PDCCH cho mỗi thuê bao được chọn.Nếu không có đủ tài nguyên thì chỉ có một tập con trong N thuê bao được chọn được đưa tới bộ định trình trong miền tần số. Trong các trường hợp kênh điều khiển bị tắc nghẽn, các thuê bao có giá trị ưu tiên thấp nhất được ấn định trong bộđịnh trình trong miền thời gian sẽ bị khóa.Các thuê bao với dữ liệu truyền lại HARQ sẽ được ưu tiên.Cuối cùng, bộ định trình trong miền tần số quyết định định trình như thế nào với các thuê bao còn lại với các PRB sẵn có.So sánh với các biện pháp định trình chỉ trong miền thời gian hoặc miền tần số phương pháp này mang lại hiệu năng tương tự nhưng lại có độ phức tạp nhỏ hơn vì bộđình trình trong miền tần số chỉ phải xem xét định trình một tập con các thuê bao cho việc ghép kênh trên các PRB.
Bộ định trình trong miền tần số phân bổ các PRB cho các thuê bao được chọn bởi bộ định trình trong miền thời gian.Mục đích tổng quát là phân bổ các PRB sẵn có giữa các thuê bao được chọn để cực đại hóa lợi ích từ FDPS đa người dùng trong khi vẫn đảm bảo một sự công bằng nhất định.Bộ định trình trong miền tần số chịu trách nhiệm phân bổ các PRB cho các thuê bao với sự truyền dẫn dữ liệu mới và cũng cho các thuê bao với sự truyền dẫn lại HARQ.Tuy nhiên không thể đồng thời
định trình dữ liệu mới và dữ liệu truyền lại cho cùng một thuê bao trong cùng một TTI.Các dữ liệu truyền lại sẽ thường được định trình trên các PRB giống với lần gửi
đầu tiên.Hình 5.15 minh họa quá trình định trình trong miền tần số khi kể đến cả
HARQ.Bước đầu tiên trong quá trình định trình ở miền tần số là tính toán số PRB (Nre) yêu cầu cho các dữ liệu truyền lại của các thuê bao được chọn trong miền thời gian.Giả sử Ntot là tổng các PRB sẵn có cho truyền dẫn kênh PDCCH, Các thuê bao với dữ liệu được truyền mới được phân bổ vào số Ntot-Nre tốt nhất ở trong bước 2.Cuối cùng Nre PRB còn lại được phân bổ cho các thuê bao với dữ liệu đang chờđược truyền lại.Với cách định trình như vậy nó mang lại quyền ưu tiên cho các
dữ liệu truyền lại (hay giảm các trễ HARQ) trong khi vẫn cực đại hóa dung lượng của kênh bằng cách phân bổ các PRB tốt nhất cho các thuê bao truyền dữ liệu mới.
Hình 5. 14 Minh họa ba bước trong giải thuật định trinh gói
Hình 5. 15 Đình trình gói trong miền tần số tính đến cả HARQ 5.2.3 Thích ứng đường truyền và định trình động đường lên
Có một chút khác biệt giữa các bộ định trình ở đường lên và đường xuống.Các điểm khác nhau chính được trình bày dưới đây:
1. eNodeB không có hiểu biết đầy đủ về lượng dữ liệu lưu trong bộđệm ở UE 2. Ởđường lên thì công suất phát bị giới hạn hơn so với ởđường lên bởi vì UE
có công suất thấp hơn rất nhiều so với eNodeB.Điều này có nghĩa là trong việc triển khai các cell lớn các thuê bao không thể luôn luôn được ấn định một băng thông truyền dẫn lớn để bù cho các điều kiện SNIR thấp.
3. Chỉ các khối tài nguyên vật lý liền nhau mới có thể được phân bổ cho một thuê bao trong đường lên
4. Ở đường lên thường có sự thay đổi nhiễu rất lớn.Lượng nhiễu thay đổi từ
TTI này đến các TTI khác có thể lên tới 15-20 dB làm cho việc tính toán ước lượng chính xác nhiễu tại đường lên trở nên khó khăn.Vì thế bộ mã hóa và
điều chế thích ứng nhanh ở đường lên LTE thường dựa vào các thông tin trạng thái kênh về mức tín hiệu mong muốn của nó hơn là dựa vào mức nhiễu tức thời của kênh.
Tổng quan các chức năng RRM ở đường lên và các tương tác giữa chúng
được minh họa trong hình 5.16 .Cũng như ở đường xuống, cả bộ mã hóa và điều chế thích ứng nhanh và bộ định trình gói trong miền tần số ở đường lên đều dựa thông tin trạng thái kênh chọn lựa theo tần số (frequency-selective channel state information). Thông tin trạng thái kênh đường lên được tính toán dựa vào các SRS
được phát bởi UE.Phần lõi của chức năng RRM đường lên là tương tác giữa bộđịnh trình gói bao gồm cả khối băng thông truyền dẫn thích ứng nhanh (ATB-fast Adaptive Transmission Bandwidth) và khối thích ứng đường truyền (LA-Link Adaptation) bao gồm cả khối điều khiển công suất, mã hóa và điều chế thích ứng và khối thích ứng đường truyền vòng hở (OLLA-Outer Loop Link Adaptation). Các báo cáo trạng thái bộ đệm và các yêu cầu định trình cũng là một phần đầu vào cho bộđịnh trình gói
Hình 5. 16 Tương tác giữa các chức năng RRM ở đuờng lên
¾ Thích ứng đường truyền
Thích ứng đường truyền đường lên chủ yếu dựa vào các phép đo SRS đường lên.Lý thuyết thăm dò kênh đường lên và các thông số cơ bản quyết định bao nhiêu phép đo SRS được thực hiện trên những tài nguyên vật lý đường lên nào của một UE cho trước, sự chính xác của phép đo… Sau đó tương tự như CQI ở đường xuống, các phép đo SRS ởđường lên thường được sử dụng bởi bộ quản lý thông tin trạng thái đường lên để quyết định MCS phù hợp nhất cho truyền dẫn trên một băng
thông cụ thể.Các phép đo SRS đường lên cũng có thể được sử dụng bởi bộ định trình miền tần sốđường lên khi tính toán quyền ưu tiên định trình của một thuê bao cụ thể tương ứng với một băng thông đường lên nhất định.Chức năng thích ứng
đường truyền đường lên dựa trên mã hóa và điều chế thích ứng nhanh được minh họa trong hình 5.17
Hình 5. 17 Chức năng thích ứng đường truyền lên dựa trên mã hóa và điều chế thích ứng nhanh
¾ Định trình gói
Trách nhiệm chính của bộ định trình gói đường lên là chia sẻ các tài nguyên vô tuyến sẵn có giữa các thuê bao bằng việc tính toán các giới hạn hoặc các yêu cầu
được đưa ra bởi các chức năng RRM khác
• Các thuê bao không thểđược định trình cho việc truyền dẫn trên kênh PUSCH trừ phi nó “nghe” thấy kênh điều khiển L1/L2
• Các mức công suất truyền dẫn của UE phải được xem xét khi khối định trình phân bổ băng thông truyền dẫn đường lên cho một UE cụ thể
• Các thuê bao nên được định trình truyền dữ liệu nếu chúng có dữ liệu để
truyền.Sựưu tiên giữa các thuê bao được thực hiện dựa vào các thông tin được truyền tải bởi các BSR.
• Ở đường lên LTE sử dụng cơ chế HARQ đồng bộ vì thế UE phải được định trình nếu lần truyền trước bị lỗi
• Với MU-MIMO bộ định trình gói đường lên có thể đồng thời phân bổ các tài nguyên ở cùng một tần số cho hai thuê bao.Sự trực giao giữa các người sử