Kênh HS-DSCH là kênh truyền tải chính được sử dụng để chuyển tải dữ liệu đến người dùng trong HSDPA. Tại lớp vật lý, kênh HS-DSCH được sắp xếp lên kênh HS-PDSCH. So với kênh truyền tải mang dữ liệu gói DCH trong R99, HS-DSCH có những khác biệt tương đối lớn.
Kênh HS-DSCH không được điều khiển công suất mà thay vào đó là kỹ thuật thích ứng kênh truyền bằng cách điều khiển tốc độ thực hiện mã hoá và điều chế thích ứng AMC. Do được thích ứng kênh truyền bằng điều chế và mã hoá thích ứng, quá trình xử lý tín hiệu trước khi phát luôn bám sát vào những thay đổi của điều kiện kênh truyền. Do đó, trong những điều kiện môi trường thuận lợi, phương pháp điều chế bậc cao là 16QAM với 4 bit được mang trên mỗi kí hiệu có thể được sử dụng. Khi chất lượng kênh truyền kém hơn, phương pháp điều chế QPSK được lựa chọn để điều chế tín hiệu.
Việc cấp phát tài nguyên cho người dùng được thực hiện bởi bộ lập biểu của Nút B sau mỗi TTI = 2ms dựa kênh việc báo hiệu nhanh từ UE. Trong khi đó, việc cấp
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 37
phát tài nguyên cho kênh DCH (mã định kênh và hệ số trải phổ SF) được thực hiện bởi lớp cao hơn từ RNC và các khoảng thời gian truyền dẫn TTI cũng dài hơn với TTI = 10, 20, 40 hoặc 80ms. HSDPA cũng hoạt động truyền đa mã nhưng với hệ số trải phổ cố định SF = 16 trong khi DCH có thể được trải phổ với SF từ 4 đến 512.
Kênh HS-PDSCH không được phát DTX ở mức độ khe, quá trình phát tín hiệu sẽ được diễn ra liên tục trên toàn TTI. Ngoài ra, kênh HS-PDSCH cũng không có chế độ nén, do đó việc mã hoá kênh có thể được thực hiện dễ dàng hơn so với kênh DCH.
Hình 2.20 Cấu trúc khung kênh HS-DSCH
Cấu trúc khung của kênh HS-DSCH có độ dài 2ms phát trong một TTI và được chia thành ba khe thời gian. Mỗi khe thời gian có độ dài là 2560 chip và (M*10*2k) bit; với k = 4 và M là số bit của mỗi kí hiệu điều chế, với điều chế QPSK thì M = 2 và với điều chế 16QAM thì M = 4.
Quá trình mã hoá kênh HS-DSCH gồm các bước được trình bày trong hình 2.21. Chức năng gán mã CRC có nhiệm vụ thêm mã CRC cho khối dữ liệu được phát trong mỗi TTI. Trong trường hợp này, mã CRC gán cho mỗi khối dữ liệu luôn có độ dài 24 bit. Chức năng ngẫu nhiên hoá làm cho luồng bit trước khi mã hoá tăng thêm tính ngẫu nhiên nhằm tránh các chuỗi quá dài các bit “0” hoặc bit “1”, điều này gây khó khăn cho việc đồng bộ tại đầu thu.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 38
Hình 2.21 Quá trình mã hóa kênh HS-DSCH
Khi sử dụng điều chế 16QAM, mỗi kí hiệu điều chế sẽ có xác suất lỗi khác nhau phụ thuộc vào vị trí của nó so với các kí hiệu khác mà cụ thể là hai trong số bốn bit của mỗi kí hiệu điều chế sẽ có độ tin cậy cao hơn sao với hai bit còn lại. Trong khi đó, các bit ở đầu ra của bộ mã hoá có mức độ quan trọng khác nhau nên các bit quan trọng này sẽ được sắp xếp vào vị trí của các bit có độ tin cậy cao trước khi được điều chế 16QAM. Tại đầu ra của bộ mã hoá Turbo gồm có các bit hệ thống (các bit thông tin) quan trọng hơn rất nhiều so với các bit chẵn lẻ. Do đó các bit hệ thống này được ưu tiên sắp xếp vào các vị trí thuận lợi. Quá trình sắp xếp lại các bit này chỉ được thực hiện khi sử dụng điều chế 16QAM bởi vì các kí hiệu điều chế của QPSK có xác suất lỗi bằng nhau do khoảng cách giữa các kí hiệu điều chế là như nhau trên biểu đồ chòm mã.
Trước khi sắp xếp lại các bit 16QAM, quá trình đan xen được thực hiện với các luồng bit đầu ra của bộ mã hoá. Có hai bộ đan xen được sử dụng cho kênh HS-DSCH. Bộ đan xen đầu tiên được sử dụng cho các luồng điều chế QPSK và các bit hệ thống của mã hoá Turbo trong trường hợp điều chế 16QAM. Bộ đan xen thứ hai được sử dụng với các bit chẵn lẻ đầu ra của bộ mã hoá Turbo. Thực hiện đan xem trong
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 39
HSDPA đơn giản hơn rất nhiều so với WCDMA R99 vì quá trình đan xen được thực hiện trong từng TTI riêng biệt.
Quá trình sắp xếp lại các bit 16QAM được thực hiện dưới sự điều khiển bởi thông số chòm mã b. Thông số chòm mã b nhận bốn giá trị gồm {0, 1, 2, 3}. Ứng với mỗi giá trị là một cách sắp xếp lại các bit 16QAM. Thông số chòm mã này cũng được báo hiệu đến UE trên kênh điều khiển chia sẽ đường xuống HS-SCCH trước khi khối dữ liệu được phát đến người dùng.
Hình 2.22 Bộ mã hóa Turbo và đục lỗ
HSDPA sử dụng mã hoá Turbo cho kênh HS-DSCH. Nguyên lý hoạt động của bộ mã hoá Turbo được trình bày trong hình 2.22. Luồng bit đầu vào được chia thành ba nhánh song song. Trong đó nhánh thứ nhất không được mã hoá và được gọi là các bit hệ thống. Nhánh thứ 2 và thứ 3 được mã hoá và được gọi là các bit chẵn lẻ 1 và 2. Như vậy, ta thấy cứ mỗi bit sau khi được mã hoá Turbo sẽ được 3 bit đầu ra nên bộ mã hoá này có tốc độ là R = 1/3. Ngoài ra, tốc độ mã hoá có thể được thay đổi bằng cách bỏ bớt đi một số bit ở các nhánh để được tốc độ mã hoá cao hơn. Thao tác bỏ bớt các bit này được gọi là đục lỗ. Với thao tác đục lỗ, tốc độ mã hoá của bộ mã hoá Turbo có thể được thay đổi, như trong ví dụ minh hoạ, sau khi tiến hành đục lỗ, tốc độ mã hoá thay đổi từ 1/3 sang 3/4. Với khả năng thay đổi được tốc độ mã hoá đầu ra, mã hoá Turbo được sử dụng như là một phương tiện để điều khiển tốc độ kênh trong cơ chế thích ứng kênh truyền của HSDPA. Ngoài ra, với cùng một tốc độ mã
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 40
hoá, mỗi cách đục lỗ có thể cho một luồng bit đầu ra khác nhau. Các luồng bit đầu ra khác nhau này được gọi là các phiên bản phần dư của mã hoá Turbo. Các bản phần dư này được sử dụng trong cơ chế HARQ của HSDPA. Các bản phần dư khác nhau có thể được sử dụng trong các lần phát lại nhằm mục đích tăng khả năng giải mã khối dữ liệu bị lỗi. Trong sơ đồ mã hoá trên hình 2.22, khối mã hoá kênh thực hiện mã hoá Turbo với tốc độ 1/3 còn quá trình đục lỗ được thực hiện tại khối chức năng HARQ thuộc MAC-hs. Khối chức năng HARQ này thực hiện đục lỗ để phối hợp tốc độ đầu ra bộ mã Turbo.
Điều chế QPSK và 16QAM
Kênh HS-DSCH có thể được điều chế bằng phương pháp QPSK hoặc 16QAM. Điều chế QPSK chỉ cho phép mỗi ký hiệu điều chế mang được hai bit thông tin trong khi đó điều chế 16QAM mang bốn bit thông tin trên mỗi kí hiệu điều chế. Do đó phương pháp điều chế 16QAM cho phép truyền số liệu với tốc độ cao hơn. Tuy nhiên, dựa vào hình 2.23 ta thấy khoảng cách giữa hai ký tự điều chế 16QAM ngắn hơn khoảng cách giữa các kí tự điều chế QPSK vì thế khả năng chịu ảnh hưởng của nhiễu và tạp âm của QPSK tốt hơn so với 16QAM. Trong kỹ thuật điều chế và mã hoá thích ứng của HSDPA, QPSK sẽ được chọn trong trường hợp chất lượng kênh truyền xấu, UE ở xa Nút B và ngược lại 16QAM sẽ được chọn khi chất lượng kênh truyền tốt hơn.
Hình 2.23 Điều chế QPSK và 16 QAM