Để lập biểu hiệu quả, bộ lập biểu cần có thông tin về tình trạng của UE liên quan đến trạng thái bộ đệm và công suất phát khả dụng. Tất nhiên thông tin này càng chi tiết thì càng tốt cho bộ lập biểu để nó đưa ra các quyết định chính xác và hiệu qủa. Tuy nhiên đồng thời cũng phải duy trì lượng tin phát trên đường lên càng nhỏ càng tốt để không tiêu thụ thái quá dung lượng đường lên. Ở một mức độ nhất định các yêu
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 73
cầu này đối lập nhau và chúng được giải quyết trong HSUPA bằng hai cơ chế hỗ trợ nhau: ‘bit hạnh phúc’ ngoài băng được phát trên E-DPCCH và thông tin lập biểu trong băng đựơc phát trên E-DCH.
Báo hiệu ngoài băng được thực hiện bằng một bit trên E-DPCCH: ‘bit hạnh phúc’. Mỗi khi UE có công suất khả dụng cho E-DCH để phát tốc độ số liệu cao hơn so với được cho phép bởi cho phép phục vụ và số bit trong bộ đệm đỏi hỏi nhiều TTI hơn so với một số lượng TTI nhất định, UE sẽ đặt bit này vào ‘bất hạnh’ để chỉ thị rằng nó muốn nhận đựơc cho phép phục vụ cao hơn. Trái lại, UE sẽ thông báo ‘hạnh phúc’. Lưu ý rằng ‘bit hạnh phúc’ chỉ được phát cùng với truyền dẫn số liệu đang được thực hiện vì E-DPCCH chỉ được phát cùng với E-DPDCH.
Báo hiệu trong băng cung cấp thông tin chi tiết về mức độ chiếm bộ đệm bao gồm cả thông tin mức ưu tiên và công suất phát khả dụng cho E-DCH. Báo hiệu trong băng được phát đi theo cách giống như số liệu của người sử dụng, hoặc một mình hoặc là bộ phận của truyền dẫn số liệu. Vì thế thông tin này có lợi cho HARQ với kết hợp mềm. Vì thông tin lập biểu trong băng chỉ là cơ chế dành cho UE không được lập biểu để nó yêu cầu tài nguyên, thông tin lập biểu này có thể được phát không theo lập biểu và vì thế nó được phát không phụ thuộc vào cho phép phục vụ. Không chỉ các truyền dẫn không lập biểu không chịu quy định của thông tin lập biểu; mạng cũng có thể lập cấu hình truyền dẫn không theo lập biểu cho các số liệu khác.
2.3.2.3. HARQ với kết hợp mềm
Trong HSUPA, HARQ với kết hợp mềm có mục đích giống như HARQ trong HSDPA- để bảo bảo bền vững chống lại các lỗi truyền dẫn. Tuy nhiên HARQ với kết hợp mềm không chỉ là công cụ để đảm bảo bền vững chống lại các lỗi ngẫu nhiên, mà nó có thể được sử dụng để tăng dung lượng. Vì các phát lại HARQ xẩy ra nhanh, nhiều dịch vụ cho phép một hoặc hai phát lại. Cùng với kết hợp phần dư tăng, HARQ hình thành một cơ chế điều khiển tốc độ ẩn tàng. Vì thế HARQ với kết hợp mềm có thể được sử dụng theo một số cách:
- Để đảm bảo tính bền vững chống lại các thay đổi trong chất lượng tín hiệu thu - Tăng hiệu quả đường truyền bằng tìm cách cách phát lại nhiều lần chẳng hạn
ấn định số lần phát lại cực đại và khai thác điều khiển vòng ngoài dựa trên lỗi dư sau kết hợp mềm.
Ở mức độ lớn, các yêu cầu đối với HARQ giống như trong HSDPA vì thế thiết kế HARQ cho HSUPA khá giống thiết kế được sử dụng cho HSDPA, mặc dù vẫn có
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 74
một số điểm khác biệt chủ yếu bắt nguồn từ việc hỗ trợ chuyển giao mềm trên đường lên.
Giống như HSDPA, HSUPA HARQ nằm cả ở lớp MAC và lớp vật lý. Việc sử dụng song song các xử lý dừng và đợi cho HARQ đã được chứng minh là hiệu quả đối với HSDPA và nó cũng được sử dụng cho HSUPA vì các lý do giống nhau – phát lại nhanh và thông lượng cao cùng với chi phí cho báo hiệu ACK/NAK thấp. Khi nhận được một khối truyền tải trong một TTI đối với một xử lý HARQ nào đó, nút B sẽ giải mã tập bit và kết quả giải mã (ACK/NAK) được thông báo cho UE. Để giảm thiểu chi phí cho ACK/NAK, chỉ một bit được sử dụng. Rõ ràng rằng UE cần phải biết bit ACK/NAK thu được liên quan đến xử lý HARQ nào. Vấn đề này đựơc giải quyết giống như trong HSDPA, nghĩa là định thời ACK/NAK được sử dụng để liên kết ACK/NAK với một xử lý HARQ. Sau một khoảng thời được quy định rõ ràng sau khi thu được khối truyền tải đường lên, nút B sẽ tạo ra ACK/NAK. Khi nhận được NAK, UE thực hiện phát lại và nút B thực hiện kết hợp mềm với phần dư tăng.
Quá trình xử lý phát lại (hay chính xác hơn là khi thực hiện phát lại) là một trong các khác biệt giữa HARQ trên đường lên và đường xuống (hình 2.44). Đối với HSDPA, các phát lại được lập biểu giống như mọi số liệu khác và nút B tự do lập biểu phát lại cho UE tại mọi thời điểm và sử dụng một phiên bản dư theo lựa chọn của nút B chọn. Nút B cũng có thể tiến hành các xử lý HARQ theo thứ tự bất kỳ, nghĩa là nó có thể quyết định thực hiện các phát lại cho một xử lý này chứ không cho xử lý khác trong cùng một UE. Kiểu khai thác này thường đựơc gọi là HARQ không đồng bộ thích ứng. Thích ứng vì nút B có thể thay đổi khuôn dạng truyền dẫn và không đồng bộ vì các phát lại có thể xẩy ra tại mọi thời điểm sau khi thu được ACK/NAK.
0 1 2 3 0 1 2 3
3
0 1 2 3 ? ? ? ?
3
Thời gian giữa phát và phát lại là cố định và biết trước đối với cả UE và Nút B Không cần thông báo số thứ tự xử lý HARQ
Phát lại có thể xẩy ra tại mọi thời điểm
Cần thông báo rõ ràng số thứ tự xử lý HARQ
Số thứ tự xử lý HARQ HARQ đồng bộ
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 75
Hình 2.44 HARQ đồng bộ và HARQ không đồng bộ
Trái lại , đối với đường lên khai thác HARQ đồng bộ không thích ứng được sử dụng. Nhờ có hoạt động đồng bộ, các phát lại xẩy ra tại một thời điểm định trước sau phát lần đầu, nghĩa là chúng không được lập biểu rõ ràng. Khai thác không thích ứng nghĩa là khuôn dạng truyền dẫn và phiên bản dư sử dụng cho mỗi lần phát lại đã biết ngay từ thời điểm phát lần đầu. Vì thế không cần lập biểu rõ ràng cho các phát lại và cũng không cần báo hiệu về phiên bản dư mà UE sẽ sử dụng. Đây chính là lợi điểm chính của khai thác HARQ đồng bộ - giảm thiểu chi phí cho báo hiệu. Tất nhiên, khả năng thích ứng khuôn dạng truyền dẫn của các phát lại đối với mọi thay đổi điều kiện kênh sẽ bị mất, nhưng vì bộ lập biểu đường lên tại nút B có ít thông tin về trạng thái máy phát (thông tin này nằm tại UE và chỉ được cung cấp cho nút B thông qua báo hiệu trong băng sau khi số liệu thu đã được HARQ giải mã thành công) so với bộ lập biểu đường xuống, vì thế tổn thất này ít hơn độ lợi nhận được từ việc giảm chi phí cho báo hiệu điều khiển đường lên.
Ngoài sự khác nhau về hoạt động đồng bộ và không đồng bộ của giao thức HARQ, một khác biệt chính giữa HARQ đường lên và đường xuống là việc sử dụng chuyển giao mềm cho đường lên. Trong chuyển giao mềm giữa các nút B, giao thức HARQ kết cuối tại nhiều nút B tham gia vào chuyển giao mềm. Đối với HSDPA, chỉ có một điểm kết cuối giao thức HARQ – UE. Trong HSUPA, UE thu ACK/NAK từ tất cả các nút B tham gia vào chuyển giao mềm. Vì thế từ quan điểm của UE, chỉ cần một trong số các nút B này thu đúng khối truyền tải là đủ và nó coi rằng số liệu đã được truyền thành công đến mạng khi nhận được ít nhất là một ACK từ một nút B nói trên. Quy tắc này đôi khi được gọi là ‘or-of-ACKs’ (hoặc một trong số các ACK). Phát lại chỉ xẩy ra khi tất cả các nút B liên quan đều phát NAK để chỉ thị là không nút nào trong số chúng có thể giải mã đựơc số liệu đã phát.
Như đã biết từ phần trình bày HSDPA, việc sử dụng song song nhiều xử lý HARQ không thể đảm bảo chuyển đúng trình tự và cần có một cơ chế sắp đặt lại thứ tự (hình 2.45). Đối với HSDPA, rõ ràng rằng sắp đặt lại thứ tự được đặt tại UE. Tình trạng truyền không theo thứ tự cũng xẩy ra đối với đường lên, vì thế trong trường hợp này cũng cần có một cơ chế sắp đặt lại thứ tự. Tuy nhiên do hỗ trợ chuyển giao mềm, sắp đặt lại thứ tự không thể đặt tại nút B. Số liệu được phát trong một xử lý HARQ có thể được giải mã thành công tại một nút B, trong khi đó số liệu được phát trong xử lý HARQ tiếp sau lại có thể được giải mã đúng trong một nút B khác. Ngoài ra trong một số tình trạng, một số nút B liên quan lại có thể đồng thời thành công trong giải
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 76
mã cùng một khối truyền tải. Vì các lý do này, cơ chế sắp đặt lại thứ tự cần có thể truy nhập đến các khối truyền tải được truyền đi từ tất cả các nút B đến RNC và vì thế nó phải được đặt tại RNC. Sắp đặt lại cũng sẽ loại bỏ mọi phát đúp các khối truyền tải được phát hiện trong nhiều nút B.
Xử lý của máy thu Xử lý của máy thu Xử lý của máy thu
TrBlk: khối truyền tải
TBlk0 1 2 3 0 4 5 3 0 4
Xử lý của máy thu
Xử lý của máy thu Xử lý của máy thu Xử lý của máy thu Xử lý của máy thu
Đến chức năng sắp xếp lại trong RNC
RSN=0 RSN=0 RSN=0 RSN=1 RSN=0 RSN=0 RSN=1 RSN=2 RSN=0
Được thông báo
Được rút ra Proc=0 RV=0 Proc=1 RV=0 Proc=2 RV=0 Proc=0 RV=1 Proc=1 RV=0 Proc=2 RV=0 Proc=3 RV=1 10ms TTI Nút B UE TrBlk3 TrBlk5 TrBlk2 TrBlk1 Proc=0 RV=2 Proc=1 RV=0 RSN=0 Proc=3 RV=0
Hình 2.45 Nhiều xử lý HARQ cho HSUPA
Sự tồn tại của chuyển giao mềm trên đường lên cũng ảnh hưởng đến việc thiết kế báo hiệu. Tương tự với HSDPA, cần chỉ thị cho đầu cuối thu rằng có cần xóa bộ đệm mềm hay không (nếu đây là lần phát đầu) hoặc cần thực hiện kết hợp mềm với thông tin được lưu trong các lần phát trước trong xử lý HARQ này. HSDPA sử dụng chỉ thị số liệu mới một bit. Nếu nút B hiểu nhầm NAK là ACK và phát gói tiếp theo, UE có thể hóa giải sự kiện lỗi này bằng cách quan sát ‘chỉ thị số liệu mới’ một bit (chỉ thỉ này tăng đối với mỗi lần phát gói mới). Nếu chỉ thị số liệu mới một bit tăng, UE sẽ xóa bộ đệm mềm, cho dù nội dung của nó không được giải mã thành công và giải mã lần phát mới. Mặc dù khối truyền tải bị mất và phải được phát lại bởi giao thức RLC, UE cũng không thực hiện kết hợp mềm các bit được mã hóa từ các khối truyền tải khác nhau và vì thế bộ đệm mềm không bị sửa đổi sai. Nếu cả NAK và chỉ thị số liệu mới đều bị hiểu nhầm (trường hợp này ít khi xẩy ra) thì bộ đềm mềm sẽ bị sửa đổi sai. Đối với HSUPA, chỉ thị số liệu mới một bit cũng có thể hoạt động khi có chuyển giao mềm. Chỉ khi cả NAK và báo hiệu điều khiển đường lên đều bị hiểu sai thì bộ đệm mềm trong nút B mới bị sửa đổi sai. Tuy nhiên khi có chuyển giao mềm, phương pháp đơn giản này là chưa đủ. Thay vào đó, một số trình tự phát lại hai bit (RSN: Retransmission Sequence Number) đựơc sử dụng cho HSUPA. Truyền dẫn lần đầu đặt RSN vào không và sau mỗi lần phát lại RSN tăng thêm một. Ngay cả khi RSN chỉ nhận giá trị trong dải từ 0 đên 3, vẫn có thể đáp ứng cho mọi số lần phát lại; chỉ cần
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 77
duy trì RSN bằng 3 cho lần phát lại thứ ba và sau đó. Cùng với khai thác giao thức đồng bộ, nút B biết được khi nào xẩy ra phát lại nhờ RSN. Hình 2.46 cho thấy một thí dụ đơn giản về khai thác này. Vì nút B thứ nhất công nhận gói A, nên UE phát tiếp gói B mặc dù nút B thứ hai không giải mã đúng gói này. Tại thời điểm phát gói B, nút B thứ hai đợi phát lại gói A nhưng do các điều kiện kênh tại thời điểm này, nút B thậm chí không phát hiện được một phát mới. Nút B thứ nhất lại công nhận phát và UE phát tiếp gói C. Khi này nút B thứ hai nhận đựơc phát mới và nhờ khai thác HARQ đồng bộ nó hiểu rằng đây là phát gói mới.
Hình 2.46 Ví dụ về các phát lại trong chuyển giao mềm
Nếu đây là phát lại gói A, RSN sẽ phải bằng 2. Thí dụ này minh họa việc cải thiện tính chắc chắn khi sử dụng RSN 2 bit cùng với khai thác HARQ đồng bộ. Sơ đồ sử dụng ‘chỉ thị số liệu mới’ (có thể coi như RSN một bit) sẽ không có khả năng xử lý trường hợp thường gặp khi nút B thứ hai không nhận được phát mới. Chỉ thị số liệu mới trong trừơng hợp này sẽ bằng không, cả trong trường hợp phát lại gói A và trường hợp phát lần đầu gói C vì thế dẫn đến sửa đổi bộ đệm mềm sai.
Kết hợp mềm trong cơ chế HARQ đối với HSUPA được xây dựng theo tăng phần dư. Việc tạo ra các phiên bản tăng phần dư đựơc thực hiện theo cách tương tự như đối với HSDPA bằng các sử dụng các mẫu đục lỗ cho các phiên bản dư khác nhau.
Đối với các mã turbo, các bit hệ thống có tầm quan trọng cao hơn các bit chẵn lẻ. Vì thế các bit hệ thống bắt buộc phải có trong lần phát đầu để tăng khả năng giải mã
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 78
ngay trong lần phát đầu. Ngoài ra để nhận được độ lợi tốt nhất với tăng phần dư, các phát lại phải chứa các chẵn lẻ bổ sung. Vì thế thiết kế phải cho phép tự giải mã ngay lần phát đầu, nghĩa là lần phát đầu phải chứa tất cả các bit hệ thống cũng như một số bit chẵn lẻ, còn các lần phát lại chủ yếu sẽ chỉ chứa các bít chẵn lẻ không đựơc phát trong các lần trước.
Tuy nhiên trong chuyển giao mềm, không phải tất cả các nút B đều có thể thu tất cả các lần phát. Có thể xẩy ra trừơng hợp trong đó một nút B không thu được phát lần đầu có chứa các bit hệ thống, mà chỉ thu đựơc các bit chẵn lẻ trong các lần phát lại. Điều này sẽ dẫn đến giảm hiệu năng, vì thế nên đảm bảo rằng tất cả các phiên bản dư được sử dụng trong chuyền giao mềm đều có thể tự giải mã và chứa các bit hệ thống. Quy tắc được sử dụng để chuyển RSN vào các phiên dư nói trên dẫn đến việc sử dụng tất cả các phiên bản dư có khả năng tự giải mã cho các tốc độ số liệu thấp (thường đựơc sử dụng trong chuyển giao mềm tại biên ô), trong khi chỉ sử dụng tăng phần dư đầy đủ cho các tốc độ cao (không giống như được sử dụng trong chuyển giao mềm).