Trong hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA, kênh DSCH có tính chất đặc thù và rất hữu dụng cho việc truyền lưu lượng gói lớn ở đường xuống.DSCH cung cấp các tài nguyên mã mà chúng có thể được chia sẻ bởi nhiều người sử dụng khác nhau theo phương thức ghép theo thời gian.Việc chia sẻ các tài nguyên cho phép cải thiện dung lượng và tránh được sự thiếu hụt về mã định kênh khi xảy ra trường hợp mỗi user được cấp phát một kênh DCH.Như đã đề cập ở trên, khái niệm HSDPA dựa trên một loại kênh truyền tải mới, kênh HS-DSCH, nó có thể được xem như một sự phát triển của kênh DSCH.HS-DSCH được xếp vào nhóm các kênh vật lý được ký hiệu là HS-DSCHs và được chia sẻ giữa tất cả các user theo phương thức ghép theo thời gian.Hệ số trải phổ của kênh HS-DCSHs được cố định là 16, và MAC-hs có thể sử dụng một số mã (còn gọi là đa mã), tối đa lên đến 15 mã.Hơn
nữa, bộ lập lịch có thể sử dụng ghép theo mã bằng cách truyền các HS-DSCHs tách biệt tới các user khác nhau trong cùng TTI.Cấu trúc kênh đường lên và đường xuống của HSDPA được mô tả trong hình 12.Khái niệm HSDPA còn bao gồm kênh HS-SCCH để báo hiệu cho các user khi chúng được phục vụ cũng như các thông tin cần thiết cho quá trình giải
mã.HS-SCCH mang những thông tin sau:
• Mặt nạ ID cảu UE: để xác định user được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo. • Thông tin liên quan đến khuôn dạng truyền tải: mô tả các mã định kênh, và
phương thức/kỹ thuật điều chế được sử dụng.Tỉ lệ mã hoá thực được trích ra từ kích cỡ của block truyền tải và các tham số khuôn dạng truyền tải khác.
• Thông tin liên quan đến HARQ: ví dụ như chu kỳ phát tiếp theo sẽ là một block mới hay là một block được phát lại (do có lỗi trước đó) và thông tin về các bản thừa.
Thông tin điều khiển này chỉ được sử dụng cho UE sẽ được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo, như vậy kênh báo hiệu này là một kênh chia sẻ theo thời gian cho tất cả các user.
RNC cũng có thể chỉ rõ công suất được khuyến nghị cho HS-SCCH (độ lệch liên quan tới các bit hoa tiêu của kênh DPCH kết hợp).Công suất phát của HS-SCCH có thể là hằng số hoặc thay đổi theo thời gian tuỳ theo một chiến lược điều khiển công suất nào đó mặc dầu các tiêu chuẩn của 3GPP không thiết lập bất kỳ mô hình điều khiển công suất nào cho HS-SCCH.
Một kênh HS-DPCCH đường lên mang các thông tin điều khiển cần thiết ở đường lên, được gọi là, sự xác nhận ARQ (ARQ acknowledgements), và các thông báo chỉ thị chất lượng kênh CQI (Channel Quality Indicatior).Các bản tin CQI sẽ được mô tả ở phần sau.Để hỗ trợ hoạt động điều khiển công suất của HS-DPCCH, mỗi người sử dụng sẽ được cấp phát một kênh DPCH liên kết.
Hình 12: Cấu trúc lớp vật lý đường xuống và đường lên của HSDPA. 3.5. AMC và kỹ thuật phát đa mã.
Như đã đề cập trong mục 2, HSDPA sử dụng các kỹ thuật thích ứng khác để thay thế các kỹ thuật điều khiển công suất và hệ số trải phổ biến thiên vốn được sử dụng trong hệ thống WCDMA.Để đối phó với dải rộng của tại đầu cuối UE, HSDPA thích ứng quá trình điều chế, tỉ lệ mã hoá và số mã định kênh với các điều kiện vô tuyến hiện thời.Sự kết hợp của hai kỹ thuật đầu tiên được gọi là Điều chế và Mã hoá Thích ứng (AMC).
Bênh cạnh QPSK, HSDPA kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế 16QAM để tăng tốc đô dữ liệu đỉnh cảu các user được phục vụ dưới điều kiện vô tuyến thích hợp.Việc hỗ trợ cho QPSK có tính chất bắt buộc đối với thông tin di động, còn đối với 16QAM là một tuỳ chọn cho mạng và UE.Sử dụng đồng thời cả hai phương thức điều chế này, đặc biệt là phương thức điều chế cấp cao 16QAM, đưa ra một số thách thức nhất định đối với độ phức tạp của bộ thu đầu cuối, nó cần phải xác định được biên độ tương ứng của các ký hiệu nhận được, trong khi đối với phương pháp điều chế QPSK truyền thống chỉ yêu cầu tách pha tín hiệu.Một bộ mã hoá turbo dựa trên bộ mã hoá turbo R99 với tỉ lệ mã hoá 1/3, mặc dù các tỉ lệ mã hoá hiệu dụng khác trong phạm vi (xấp xỉ từ 1/6 đến 1/1) cũng có thể có được bằng các kỹ thuật ghép, chích và lặp mã.Kết quả là tạo ra một dải tỉ lệ mã có tới 64 giá trị khác nhau.Sự kết hợp của một kiểu điều chế và một tỉ lệ mã được gọi là Lược đồ Mã
hoá và Điều chế (MCS-Modulation and Coding Scheme).Bảng 6 chỉ ra một số tập MSC
thường được sử dụng cho HSDPA và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng với mỗi MSC. Ngoài kĩ thuật AMC, phát đa mã cũng có thể xem như một công cụ thích ứng liên kết.Nếu user có các điều kiện vô tuyến tốt, Node B có thể lợi dụng điều kiện này bằng cách
phát nhiều mã song song với nhau, nhằm đạt được thông lượng đỉnh khá lớn.Ví dụ với MCS 5 và một bộ 15 đa mã, có thể đạt được tốc độ tối đa lên tới 10,8 Mbps.
Với kỹ thuật phát đa mã, toàn bộ dải động cảu AMC có thể được tăng lên một lượng: 10. 12 dBs.Toàn bộ dải rộng thích ứng liên kết do AMC kết hợp với phát đa mã xấp xỉ 30 dB.Chú ý rằng, dải rộng của kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trong WCDMA xấp xỉ 20 dB, có nghĩa là bé hơn khoảng 10 dB so với dải rộng thích ứng trong HSDPA.
Bảng 6: ví dụ về MSC của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã
3.6 Thích ứng liên kết
Chức năng thích ứng liên kết của Node B có vai trò thích ứng điều chế, khuôn dạng mã hoá, và số lượng đa mã với các điều kiện vô tuyến hiện thời.Để hiểu được các nguyên tắc điều khiển chức năng này, trước tiên cần xem xét hiệu qủa phổ tần của các MCS khác nhau.
Hình 13 mô tả nhận được đối với mỗi bit dữ liệu (với mỗi user định kênh có SF=16) tại BLER=10%, các giá trị MSC được mô tả trong bảng 6 với user đi bộ, tốc độ 3km/h.Trên hình vẽ được biể diễn là đường bao thấp hơn và nó là một hàm của PDR với mã định băng tần hạn chế theo lý thuyết của Shannon.Với lưu ý rằng, dung lượng kênh theo lý thuyết mô tả giới hạn chất lượng tối ưu.Từ kết quả mô phỏng, có thể kết luận rằng việc sử dụng của hầu hết các mấu MCS đều cho kết quả tốt hơn lý thuyết, có nghĩa là có thể tiết kiệm mức thấp nhất về chi phí nếu xét theo tỉ lệ thu được với mỗi bit dữ liệu.
Hình 13: Năng lượng bit tín hiệu nhận được trên mật độ phổ tạp âm so với tỉ lện dữ liệu đỉnh (PDR-Peak Data Rate) trên mã.Hình vẽ bao gồm dung lượng Shannon lý thuyết và dung lượng theo kết quả mô phỏng mức liên kết tại BLER = 10%, user đi bộ với tốc độ 3km/h.
Hình 13 mô tả sự kết hợp giữa số lượng đa mã và MCS cho nhằm đạt được thông lượng truyền dẫn cao nhất.Các kết quả được tính toán với tập giá trị MSC cho ở bảng 6.Với mật độ phân giải rất mịn của tỉ lệ mã hoá, khi tất cả các đa mã khả dụng đã được sử dụng hết, giá trị càng lớn khi sử dụng MSC bậc càng cao.
Hình 14: Số mã tối ưu và MSC là một hàm của của mỗi TTI. Giả thiết chất lượng kênh lý tưởng, user đi bộ, tốc độ 3km/h.
Tiếp theo, chúng ta sẽ đi phân tích chi tiết hơn các phương pháp thích ứng liên kết được sử dụng trong HSDPA.Như đã mô tả ở trên, chức năng thích ứng liên kết phải lựa chọn được MSC và số lượng đa mã để thích ứng, chúng với giá trị tức thời.Tuy nhiên, tiêu chí lựa chọn có thể dựa trên các tài nguyên biến thiên sau:
• Chỉ thị chất lượng kênh (CQI – Channel Quality Indicator): UE gửi theo đường lên một bản tin về CQI chứa các thông tin tuyệt đối về chất lượng tín hiệu tức thời nhận được bởi user đó.CQI chi biết kích thước block truyền tải, số mã và phương thức điều chế từ một tập các phương thức điều chế mà UE có khả năng hỗ trợ.RNC ra lệnh UE thông báo về CQI với một chu kỳ lấy từ tập
[2,4,8,10,20,40,80,160] ms, và cũng có thể huỷ bỏ các thông báo này.
• Đo lường công suất của kênh DPCH liên kết: mỗi người sử dụgn được xếp trên một kênh HS-DSCH hoạt động song song với kênh DPCH với mục đích báo hiệu, công suất phát của chúng có thể được sử dụng để dự đoán thông tin về
trạng thái tức thời của chất lượng kênh truyền.Thông tin này sẽ được sử dụng để thích ứng liên kết cũng như lập lịch gói.Với giải pháp này, Node B yêu cầu một bảng các giá trị tương ứng , độ lệch công suất phát giữa DPCH và HS-DSCH với các MSC khác nhau cùng với một giá trị đích BLER cho trước. • Xác nhận HARQ: việc xác nhận tương ứng với giao thức HARQ cũng có thể
cung cấp các thông tin về chất lượng kênh, mặc dù tham số này thì ít khi được sử dụng hơn hai tham số trước bởi vì chỉ có thể nhận được tham số này khi user đã được phục vụ.Do đó, nó không cung cấp thông tin chất lượng kênh tức thời.
• Kích thước bộ nhớ đệm: độ lớn dữ liệu được lưu giữ trong buffer của MAC-hs cũng có thể được sử dụng kết hợp với các tham số trên để lựa chọn cac tham số phát.
3.7 HARQ nhanh
HSDPA kết hợp chặt chẽ với chức năng phát lại ở vật lý cho phép cải thiện đáng kể chất lượng dịch vụ và tăng khả năng chống lại các lỗi thích ứng liên kết.Bởi vì chức năng HARQ được đặt tại thực thể MAC-hs của Node B, quá trình phát lại các khối truyền tải sẽ nhanh hơn đáng kể so với sự phát lại lớp RLC bởi vì RLC hoặc Iub không tham gia vào quá trình này.
Giao thức phát lại được lựa chọn trong HSDPA là Dừng và Chờ (SAW-Sop And Wait) do sự đơn giản của kiểu giao thức này đối với ARQ.Trong SAW, bộ phát cố gắng phát block tiếp theo.Do có thể xảy ra trường hợp phát liên tục một UE nào đó, N tiến trình SAW-ARQ có thể hoạt động song song để phục vụ tới một UE đó, và các tiến trình khác nhau sẽ phát trong các TTI tách biệt.Số tiến trình SAW-ARQ tối đa cho mối UE là 8.Theo ước lượng RTT lớp 1, trễ giữa thời điểm phát và thời điểm phát lại lần thứ nhất khoảng 12 ms, có nghĩa là nó yêu cầu 6 tiến trình SAW phát liên tục tới một UE riêng lẻ.Giao thức SAW dựa trên sưu không đồng bộ đường xuống và đồng bộ đường lên.Điều này có nghĩa là ở đường xuống, HS-SCCH phải xác định được tiến trình HARQ đang phát trên kênh HS- DSCH, trong khi ở đường lên, các xác nhận tiến trình SAW được gắn liền với việc định thời.Hình 12 là một ví dụ với N kênh giao thức SAW phát một chuỗi các gói lần lượt P1, P2,...,P6.
Kỹ thuật HARQ là điểm khác nhau cơ bản so với kỹ thuật phát lại trong WCDMA bởi vì bộ giải mã UE kết hợp các thông tin “mềm” của nhiều quá trình phát lại của cùng một block ở cấp độ bit.Chú ý rằng, kỹ thuật này đưa ra một số yêu cầu về mở rộng dung lượng
bộ nhớ của UE, do UE phải lưu giữ các thông tin “mềm” của những lần phát giải mã không thành công.Các phương pháp HARQ như sau:
• Kết hợp khuôn (CC: Chase Combining): mỗi lần phát lại chỉ đơn giản là sự lặp lại của từ mã đã được sử dụng cho lần phát đầu tiên.
• Độ dư gia tăng (IR: Incremental Redundancy): sự phát lại bao gồm cả thông tin dư thừa bổ xung và thông tin này được phát kèm thêm nếu cố lỗi giải mã trong lần phát đầu tiên.
Hình 15: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh
Mạng vô tuyến mới WDMA/HSDPA hứa hẹn sẽ hỗ trợ các dịch vụ với tốc độ dữ liệu rất cao, lên tới 10 Mbps, và đạt được hiệu quả phổ tần cao hơn đối với dữ liệu chuyển mạch gói.Có thể xem HSDPA là một bước đột phá thực sự trong quá trình phát triển của mạng truy nhập vô tuyến kể từ năm 1997.Các khái niệm cơ bản về HSDPA được đề cập trong bài này không ngoài mục đích từng bước xây dựng kiến trúc của mạng thông tin di động 3,5G trong tương lai.
Một vấn đề cần quan tâm xem xét, là nghiên cứu khả năng tương hợp (harmonization) giữa hai họ công nghệ WCDMA/HSDPA và 1xEV-DV/1xEV-DO (đều là công nghệ 3,5G) trong quá trình phát triển của mạng truy cập vô tuyến sau 3G.Do có nhiều điểm tương đồng vễ kỹ thụat cũng như khả năng hỗ trợ dịch vụ của hai họ công nghệ WCDMA/HSDPA và 1xEV-DV/1xEV-DO vấn đè tương hợp giữa chúng về mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi all-IP duy nhất trở thành một trong những vấn đề được quan tâm phát triển nhất hiện nay.
CHƯƠNG 4
SO SÁNH HIỆU NĂNG CỦA HSDPA VÀ WCDMA (3GPP PHIÊN BẢN 99)
Hiệu năng của HSDPA trong môi trường đa người dùng được đánh giá chất lượng bằng phương pháp mô phỏng mạng động với nhiều cell và nhiều người dùng. Việc mô tả cung cấp một khung cảnh mà trong đó có sự kết hợp của cả WCDMA phiên bản 99 DCH và HSDPA 5 phiên bản trong đó người dùng được phục vụ trên cùng một sóng mang. Với phiên bản 5 HSDPA chúng ta sẽ mô phỏng HS-DSCH, HS-SCCH và một sự kết hợp với DCH tại tốc độ 3.4kbps. Với DCH kết hợp chỉ được giả sử là mang báo hiệu mạng vô tuyến cho báo hiệu lớp 3. Với phiên bản 99 DCH được mô phỏng với vòng lặp bên trong và
điều khiển công suất lặp bên ngoài, chức năng chuyển giao mềm, và điều khiển cho phép dựa trên công suất. Chúng ta có thể làm rõ tính ưu việt của hiệu năng HSDPA so với WCDMA( phiên bản 99 ) qua các vấn đề sau: