3.4.1.Tổng quan hoạt động HARQ trong HSUPA :
Trong HSUPA, HARQ với kết hợp mềm cú mục đớch giống như HARQ trong HSDPA, để bảo đảm tớnh bền vững chống lại lỗi truyền dẫn. Tuy nhiờn HARQ với kết hợp mềm khụng chỉ là cụng cụ chống lại lỗi ngẫu nhiờn, mà nú cũn cú thể được sử dụng để tăng dung lượng như đó chỉ ra ở phần tổng quan. Do phỏt lại nhanh, nhiều dịch vụ cho phộp một hay hai phỏt lại. Cựng với kết hợp phần dư tăng, HARQ hỡnh thành một cơ chế điều khiển tốc độ ẩn tàng. Vỡ thế HARQ với kết hợp mềm cú thể được sử dụng theo hai cỏch sau:
• Để đảm bảo tớnh bền vững, chống lại cỏc thay đổi chất lượng tớn hiệu thu.
• Tăng hiệu quả đường truyền bằng cỏch phỏt lại nhiều lần chẳng hạn ấn định số lần phỏt lại cực đại và khai thỏc điều khiển vũng ngoài dựa trờn lỗi dư sau khi kết hợp mềm.
Cỏc yờu cầu đối với HARQ, với một mức độ nào đú giống như trong HSDPA, vỡ thế thiết kế HARQ cho HSUPA khỏ giống thiết kế được sử dụng cho HSDPA, mặc dự vẫn cú một số điểm khỏc biệt mà chủ yếu là xuất phỏt từ việc hỗ trợ chuyển giao mềm trờn đường lờn. Cũng như HSDPA, trong HSUPA, HARQ nằm cả ở lớp MAC và lớp vật lý. Việc xử lý song song dừng và đợi cho HARQ đó được chứng minh là hiệu quả đối với HSDPA và nú cũng được sử dụng cho HSUPA vỡ cỏc lý do giống nhau: Phỏt lại nhanh và dung lượng cao cựng với chi phớ cho bỏo hiệu ACK / NAK thấp. Khi nhận được một khối truyền tải trong một TTI đối với một xử lý HARQ nào đú, nỳt B sẽ giải mó tập bit và kết quả giải mó(ACK / NAK) được thụng bỏo cho UE; để giảm thiểu chi phớ cho ACK / NAK chỉ một bớt được sử dụng. Rừ ràng rằng, UE cần phải biết bit ACK / NAK thu được liờn quan đến HARQ nào. Vấn đề này được giải quyết giống HSDPA, nghĩa là định thời ACK / NAK được sử dụng để liờn kết ACK / NAK với một xử lý HARQ. Sau một khoảng thời gian quy định rừ ràng sau khi thu được khối truyền tải đường lờn, nỳt B sẽ tạo ra ACK / NAK. Khi nhận được NAK, UE thực hiện phỏt lại và nỳt B thực hiện kết hợp mềm với phần dư tăng.
Quỏ trỡnh xử lý phỏt lại (hay chớnh xỏc hơn là thực hiện phỏt lại ) là một trong cỏc khỏc biệt giữa HARQ đường lờn và đường xuống như hỡnh 3.11.
Hỡnh 3.11 - HARQ đồng bộ và HARQ khụng đồng bộ
Đối với HSDPA, cỏc phỏt lại được lập biểu giống như mọi số liệu khỏc và nỳt B tự do lập biểu phỏt lại cho UE tại mọi thời điểm và sử dụng một phiờn bản dư theo lựa chọn của nỳt B. Nỳt B cũng cú thể tiến hành cỏc xử lý HARQ theo thứ tự bất kỳ, nghĩa là nú cú thể quyết định thực hiện cỏc phỏt lại cho một xử lý này chứ khụng cho một xử lý khỏc trong cựng một UE. Kiểu khai thỏc này thường được gọi là HARQ khụng đồng bộ thớch ứng. Gọi là thớch ứng vỡ nỳt B cú thể thay đổi khuụn dạng truyền dẫn và khụng đồng bộ vỡ cỏc phỏt lại cú thể xảy ra tại mọi thời điểm sau khi thu được ACK/NAK.
Trỏi lại, đối với HSUPA khai thỏc HARQ đồng bộ khụng thớch ứng được sử dụng. Nhờ cú hoạt động đồng bộ, cỏc phỏt lại xảy ra tại một thời điểm định trước sau phỏt lần đầu, nghĩa là chỳng khụng được lập biểu rừ ràng. Khai thỏc khụng thớch ứng, nghĩa là khuụn dạng truyền dẫn và phiờn bản dư sử dụng cho mỗi lần phỏt lại đó biết ngay từ thời điểm phỏt lần đầu. Vỡ thế khụng cần lập biểu rừ ràng cho cỏc phỏt lại và cũng khụng cần bỏo hiệu về phiờn bản dư mà UE sẽ sử dụng. Đõy chớnh là lợi điểm chớnh của khai thỏc HARQ đồng bộ - giảm thiểu chi phớ bỏo hiệu. Tất nhiờn, khả năng thớch ứng khuụn dạng truyền dẫn của cỏc phỏt lại đối với mọi thay đổi điều kiện kờnh sẽ
bị mất, nhưng vỡ bộ lập biểu đường lờn tại nỳt B cú ớt thụng tin về trạng thỏi mỏy phỏt (thụng tin này nằm tại UE và chỉ được cung cấp cho nỳt B thụng qua bỏo hiệu trong băng sau khi số liệu thu đó được HARQ giải mó thành cụng) so với bộ lập biểu đường xuống.Vỡ thế tổn thất này ớt hơn độ lợi nhận được từ việc giảm chi phớ cho bỏo hiệu điều khiển đường lờn.
Ngoài sự khỏc nhau về đồng bộ và khụng đồng bộ của giao thức HARQ, một khỏc biệt nữa giữa HARQ đường lờn và đường xuống là việc sử dụng chuyển giao mềm cho đường lờn. Trong chuyển giao mềm giữa cỏc nỳt B, giao thức HARQ kết cuối tại nhiều nỳt B tham gia và chuyển giao mềm. Đối với HSDPA chỉ cú một điểm kết cuối giao thức HARQ- UE. Trong HSUPA, UE thu ACK/NAK từ cỏc tất cả cỏc nỳt B tham gia vào chuyển giao mềm. Vỡ thế từ quan điểm của UE, chỉ cần một trong số cỏc nỳt B này thu đỳng khối truyền tải là đủ và nú coi rằng số liệu đó được chuyển thành cụng đến mạng khi nhận được ớt nhất là một ACK từ một nỳt B núi trờn. Quy tắc này đụi khi được gọi là “OR-OF-ACKS” (hoặc một trong số cỏc ACK). Phỏt lại chỉ xảy ra khi tất cả cỏc nỳt B liờn quan điều phỏt NAK.
Như đó biết từ HSDPA, việc sử dụng song song nhiều xử lý HARQ khụng thể đảm bảo chuyển giao đỳng trỡnh tự cỏc khối truyền tải, vỡ vậy cần cú một cơ chế sắp xếp lại thứ tự như đó chỉ ra trờn hỡnh 3.12.
Đối với HSDPA, rừ ràng việc sắp xếp lại thứ tự được đặt tại UE. Tỡnh trạng truyền khụng theo thứ tự cũng xảy ra đối với đường lờn, vỡ thế trong trường hợp này cũng cần cú cơ chế sắp đặt lại thứ tự. Tuy nhiờn hỗ trợ chuyển giao mềm, sắp đặt lại thứ tự khụng thể đặt tại nỳt B. Số liệu được phỏt trong một xử lý HARQ cú thể được giải mó thành cụng tại một nỳt B, trong khi đú số liệu được phỏt trong xử lý HARQ tiếp theo lại cú thể được giải mó thành cụng tại một nỳt B khỏc. Ngoài ra, trong một số tỡnh trạng một số nỳt B hoàn lại cú thể đồng thời thành cụng giải mó cựng một khối truyền tải. Vỡ vậy, cơ chế sắp đặt lại thứ tự cần cú thể truy nhập đến cỏc khối truyền tải được truyền đi từ tất cả cỏc nỳt B đến RNC và vỡ thế nú phải đặt tại RNC. Sắp đặt lại cũng loại bỏ mọi phỏt đỳp cỏc khối truyền tải được phỏt hiện trong nhiều nỳt B.
Sự tồn tại của chuyển giao mềm trờn đường lờn cũng ảnh hưởng đến thiết kế bỏo hiệu. Giống HSDPA, cần chỉ thị cho đầu cuối thu là cú cần xúa bộ đệm mềm hay khụng (nếu đõy là lần phỏt đầu) hoặc cần thực hiện kết hợp mềm với thụng tin được lưu trong cỏc lần phỏt trước trong xử lý HARQ này. HSDPA sử dụng chỉ thị số liệu mới một bit. Nếu nỳt B hiện nhầm NAK thành ACK và phỏt tiếp gúi tiếp theo, UE cú thể húa giải lỗi này bằng cỏch quan sỏt “chỉ thị số liệu mới” một bit (chỉ thị này tăng đối với mỗi lần phỏt gúi mới).
Nếu chỉ thị số liệu mới một bớt tăng, UE sẽ xúa bộ đệm mềm cho dự nội dung của nú khụng được giải thành cụng và giả mó lần phỏt mới. Mặc dự khối truyền tải bị mất và phải được phỏt lại bởi giao thức RLC, UE cũng khụng thực hiện kết hợp mềm cỏc bit được mà được mó húa từ cỏc khối truyền tải khỏc nhau và vỡ thế bộ đệm mềm khụng bị sửa đổi sai : Nếu cả NAK và chỉ thị số liệu mới đều bị hiểu nhầm (ớt khi xảy ra) thỡ bộ đệm mềm ớt bị sửa đổi sai.
Đối với HSUPA, chỉ thị số liệu mới một bớt cũng cú thể hoạt động khi cú chuyển giao mềm. Chỉ thị cả NAK và bỏo hiệu điều khiển đường lờn đều bị hiểu sai thỡ bộ đệm mềm trong nỳt B mới bị sửa đổi sai. Tuy nhiờn khi cú
chuyển giao mềm, phương phỏp đơn giản này là chưa đủ. Thay vào đú, một số trỡnh tự phỏt lại hai bit (RSN : Retransmission Sequence Number) được sử dụng cho HSUPA. Truyền dẫn lần đầu RSN vào 0 và sau mỗi lần phỏt lại RSN tăng thờm 1. Ngay cả khi RSN chỉ nhận giỏ trị trong dải từ 0-3, vẫn cú thể đỏp ứng cho mọi lần phỏt lại, chỉ cần duy trỡ RSN bằng 3 cho lần phỏt lại thứ ba và sau đú. Cựng với khai thỏc giao thức đồng bộ, nỳt B biết được khi nào xảy ra phỏt lại nhờ RSN. Hỡnh 3.13 cho thấy một thớ dụ đơn giản về khai thỏc này. Vỡ nỳt B thứ nhất cụng nhận gúi A, nờn UE phỏt tiếp gúi B mặc dự nỳt B thứ hai khụng giải mó đỳng gúi A. Tại thời điểm phỏt gúi B, nỳt B thứ 2 đợi phỏt lại gúi A nhưng do cỏc điều kiện kờnh tại thời điểm này, nỳt B thứ hai thậm chớ khụng phỏt hiện được một phỏt mới.
Hỡnh 3.13 - Cỏc phỏt lại trong chuyển giao mềm
Nỳt B thứ nhất lại cụng nhận phỏt và UE phỏt tiếp gúi C. Khi này nỳt B thứ 2 nhận được phỏt mới và nhờ khai thỏc HARQ đồng bộ nú hiểu rằng
Nếu đõy là phỏt lại gúi A, RSN sẽ phải tăng bằng 2. Thớ dụ này minh họa việc cải thiện tớnh chắc chắn khi sử dụng RSN hai bit cựng với khai thỏc HARQ đồng bộ. Sơ đồ sử dụng “chỉ thị số liệu mới” (cú thể coi như RSN một bit) sẽ khụng cú khả năng xử lý trường hợp thường gặp khi nỳt B thứ hai khụng nhận được phỏt mới. Chỉ thị số liệu mới trong trường hợp này sẽ bằng 0; cả trong trường hợp phỏt lại gúi A và trường hợp phỏt lần đầu gúi C vỡ thế dẫn đến sửa đổi bộ đệm mềm sai.
Khi kết hợp mềm trong cơ chế HARQ cho HSUPA được xõy dựng theo tăng phần dư. Việc tạo ra cỏc phiờn bản tăng phần dư được thực hiện theo cỏch tương tự như cho HSDPA bằng việc sử dụng cỏc mẫu đục lỗ cho phiờn bản dư khỏc nhau.
3.4.2. Quỏ trỡnh xử lý HARQ tại lớp vật lý của HSUPA:
Xử lý lớp vật lý hỗ trợ HARQ giống như đối với HS-DSCH, tuy nhiờn chỉ sử dụng một tầng phối hợp tốc độ, khỏc với HS-DSCH, phải sử dụng hai tầng, vỡ tầng phối hợp tốc độ là để xử lý giới hạn cỏc bộ nhớ đệm trong UE, nhưng đối với E-DCH , giới hạn bộ nhớ đệm trong nỳt B cú thể lập cấu hỡnh bởi mạng. Chẳng hạn mạng cú thể giới hạn cỏc E-TFC trong UE sao cho khụng thể phỏt nhiều bit hơn khả năng nhớ đệm của nỳt B.
Hỡnh 3.14 - Phối hợp tốc độ E-DCH và cỏc thụng số s,r. Thủ tục chọn bit cũng giống như chọn bit QPSK
Hỡnh 3.14 chỉ ra phối hợp tốc độ đối với E-DCH nhằm hai mục đớch : • Để phối hợp số bit được mó húa với số bit khả dụng trờn kờnh vật lý E-DPDCH cho khuụn dạng truyền tải E-DCH được chọn.
• Để tạo ra cỏc tập bit được mó húa khỏc nhau cho tăng phần dư theo điều khiển của hai thụng số r và s sẽ được xột dưới đõy.
Ta thấy, số lượng cỏc bit kờnh phụ thuộc vào hệ số trải phổ và số lượng cỏc kờnh E-DPDCH được ấn định cho một khuụn dạng kờnh truyền tải E- DCH. Núi một cỏch khỏc bộ phận chọn E-TFC sẽ quyết định số lượng kờnh E- DPDCH và cỏc hệ số trải phổ của chỳng. Từ quan điểm hiệu năng, mó húa kờnh luụn tốt hơn trải phổ và nờn chọn số mó định kờnh càng nhiều càng tốt và hệ số trải phổ tương ứng của chỳng càng nhỏ càng tốt. Điều này cho phộp trỏnh được việc đục lỗ và vỡ thế sử dụng được hết khả năng của mó turbo mẹ tốc độ 1/3. Tuy nhiờn cũng khụng nờn chọn hệ số trải phổ quỏ nhỏ, vỡ khi này để phối hợp tốc độ phải lặp quỏ nhiều trong khối phối hợp tốc độ. Ngoài ra từ quan điểm thực hiện, số lượng E-DPDCH càng ớt càng tốt để giảm thiểu chi phớ trong mỏy thu nỳt B vỡ mỗi kờnh E-DPDCH cần một tập bộ giải trải phổ. Để thực hiện điều này cần đưa ra quy định về giới hạn đục lỗ (PL : Punturing Limit). PL được sử dụng để điều khiển số lượng đục lỗ cực đại mà UE được phộp thực hiện. UE sẽ chọn một số lượng cỏc mó định kờnh nhỏ với hệ số trải phổ cao tới mức cú thể mà khụng vượt quỏ cỏc giới hạn đục lỗ, nghĩa là khụng được đục lỗ lớn hơn một phần (1-PL) của cỏc bit được mó húa. Điều này được minh họa trờn hỡnh 3.15, trong đú đục lỗ được phộp tăng cho đến khi phải sử dụng kờnh E-DPDCH bổ sung. Hai giới hạn đục lỗ được định nghĩa : PLmax và PLnon-max. Giới hạn PLmax được xỏc định bởi thể loại UE và nú được sử dụng nộn số lượng kờnh E-DPDCH và hệ số trải phổ của chỳng bằng khả năng UE và vỡ thế UE cú thể tăng số kờnh E-DPDCH. Trỏi lại PLnon-max
cho phộp đạt được tốc độ số liệu cực đại cao hơn vỡ càng đục lỗ nhiều tốc độ số liệu càng cao. Thụng thường, cỏc kờnh E-DPDCH bổ sung được sử dụng khi tỷ lệ mó lớn hơn khoảng 0,5. Tuy nhiờn, đối với cỏc tốc độ số liệu cao nhất cần thực hiện đục lỗ khỏ nhiều, vỡ khụng thể tăng thờm số mó.
Hỡnh 3.15 - Khối lượng đục lỗ phụ thuộc vào kớch thước khối truyền tải
Đục lỗ (hay lặp) điều khiển bởi hai thụng số r và s theo cỏch giống như đối với tầng phối hợp tốc độ thứ hai của HS-DSCH, xem hỡnh 3.14. Nếu s=1, cỏc bit hệ thống được ưu tiờn và khối lượng đục lỗ như nhau đối với hai luồng bit chẵn lẻ. Nếu s=0, trước hết đục lỗ được ỏp dụng cho cỏc bit hệ thống. Mẫu đục lỗ được điều khiển bởi thụng số r. Đối với truyền dẫn lần đầu, r được đặt bằng 0 và nú được tăng dần trong mỗi lần phỏt lại. Vỡ thế, bằng cỏch thay đổi r nhiều lần và phần nào chồng lấn lờn nhau, cú thể tạo ra cỏc tập bit được mó húa thể hiện cỏc bớt thụng tin. Lưu ý rằng, thay đổi s cũng ảnh hưởng đến mẫu đục lỗ ngay cả khi r khụng thay đổi, vỡ cỏc khối lượng của cỏc bit hệ thống và cỏc bit chẵn lẻ khỏc nhau sẽ được đục lỗ đối với hai giỏ trị của s.
Lặp được ỏp dụng như nhau cho cả ba luồng, nếu số lượng bit kờnh khả dụng lớn hơn số lượng cỏc bit nhận được từ bộ mó húa turbo, ngược lại đục lỗ được ỏp dụng. Khỏc với DCH, nhưng giống như HS-DSCH, quỏ trỡnh phối hợp tốc độ của E-DCH đục lỗ cú thể ỏp dụng cho cả cỏc bit hệ thống chứ khụng phải chỉ cho cỏc bit chẵn lẻ. Điều này được sử dụng để tăng phần dư, khi một số phỏt lại chứa chủ yếu cỏc bit chẵn lẻ.
Cỏc giỏ trị s và r được xỏc định từ phiờn bản phần dư (RV: Redundancy Version), đến lượt mỡnh RV lại liờn kết với số thứ tự phỏt đi (RSN). RSN được đặt bằng 0 cho lần phỏt đầu và tăng thờm một cho mỗi lần phỏt lại.
So với HS-DSCH, điểm khỏc biệt chớnh là sự hỗ trợ chuyển giao mềm trờn kờnh E-DCH. Vỡ khụng phải tất cả cỏc ụ liờn quan đều cú thể thu được truyền dẫn trong chuyển giao mềm. Nờn trong trường hợp này truyền dẫn với khả năng tự giải mó (s=1) lợi hơn vỡ cỏc bớt hệ thống quan trọng hơn cỏc bit chẵn lẻ để đạt được giải móthành cụng. Nếu phần dư tăng toàn bộ được sử dụng trong chuyển giao mềm thỡ cú thể xảy ra truyền dẫn lần đầu chứa cỏc hệ thống (s=1) khụng được thu tin cậy trong một ụ, trong khi đú truyền dẫn lần hai chứa hầu hết cỏc bớt chẵn lẻ (s=0) được thu. Điều này cú thể dẫn đến giảm