1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
2.2.2. Những cải tiến của HSDPA so với WCDMA
Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh nhằm giữ ổn định chất lượng tín hiệu nhận được (Eb/No) bằng cách tăng công suất phát nhằm chống lại sự suy hao của tín hiệu thu được. Điều này sẽ tạo ra các giá trị đỉnh trong công suất phát và tăng nền nhiễu đa truy cập, do đó sẽ làm giảm dung lượng của toàn mạng. Hơn thế nữa, sự hoạt động của điều khiển công suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức dự trữ nhất định trong tổng công suất phát của Node B để thích ứng với các biến đổi của nó. Loại bỏ được điều khiển
công suất sẽ tránh được các hiệu ứng tăng công suất kể trên cũng như không cần tới dự trữ công suất phát của tế bào.
Hình 2.12 so sánh cơ bản giữa WCDMA và HSDPA.
Tuy nhiên, do không sử dụng điều khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ thuật thích ứng liên kết khác để thích ứng các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục bám theo các biến thiên của kênh truyền vô tuyến. Một trong những yêu cầu thích ứng liên kết sẽ được đề cập trong khuôn khổ bài khoá luận này được gọi là “điều chế và mã hoá thích ứng - AMC”. Với kỹ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hoá đựoc thích ứng một cách liên tục với chất lượng kênh thay cho việc hiệu chỉnh công suất. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trong WCDMA do khả năng thích ứng chậm đối với sự biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao.
Do HSDPA không còn sử dụng điều khiển công suất vòng kín, phải tối thiểu hoá sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời
44 Được sử dụng trong HSPDA Không được sử dụng trong HSDPA Phát triển trên HSDPA Công nghệ WCDMA cơ bản AMC HARQ TTI=2ms Cải tiến PS Hệ thống đa mã Chuyển giao mềm Điều khiển công suất Biến thiên SF
gian TTI, vấn đề này được thực hiện nhờ việc giảm độ rộng của TTI từ 10 ms ở WCDMA xuống còn 2ms ở HSDPA. Với sự bổ sung kỹ thuật HARQ nhanh, nó còn cho phép phát lại một cách nhanh nhất các block dữ liệu đã bị mất hoặc bị lỗi và khả năng kết hợp với thông tin mềm ở lần phát đầu tiên với các lần phát lại sau đó.
Để thu thập được thông tin về thông tin chất lượng kênh hiện thời cho phép các kỹ thuật thích ứng liên kết và lập lịch gói theo dõi giám sát một cách liên tục các điều khiển vô tuyến hiện tại của thuê bao di động, lớp điều khiển trung gian MAC thì làm nhiệm vụ giám sát kênh nhanh cho phép Bộ lập lịch gói nhanh và đặc tính chia sẻ theo thời gian của kênh HS-DSCH về bản chất có thể xem như phân tập lựa chọn đa người dung với những lợi ích rât to lớn đối với việc cỉa thiện thông lượng của tế bào. Việc chuyển dịch chức năng lập lịch đến Node B là thay đổi chính về kiến trúc nếu so sánh với phiên bản R99 của WCDMA.
Khác biệt quan trọng giữa khai thác số liệu gói HSDPA so với trên R99 DCH như sau
Không có điều khiển công suất nhanh, thay vào đó là thích ứng đường truyền bằng cách chọn tổ hợp các mã định kênh, tỷ lệ mã hóa kênh và điều chế thích hợp
Hỗ trợ điều chế bậc cao hơn DCH. Với sử dụng điều chế biên độ 16 – QAM số bít mang trên một ký hiệu tăng gấp đôi so với điều chế QPSK của R99.
Nút B lập biểu cho người sử dụng ( ấn định tài nguyên vô tuyến ) trong từng TTI=2ms và thông báo kết quả lập biểu bằng báo hiueej nhanh lớp vật lý. Với DHC báo hiệu lớp cao hơn từ RNC ấn định mã bán cố định (SF tương ứng). TTI của DCH cũng lâu hơn (10, 20, 40 hoặc 80ms).
Sử dụng phát lại lớp vật lý và kết hợp mềm phát lại, trong khi với DCH nếu có sử dụng phát lại thì sử dụng phát lại mức RLC.
Hoạt động đa mã với một SF cố định. Chỉ SF=16 là được sử dụng, trong khi với DCH thì hệ số trải phổ có thể là từ 4 đến 512. Với HSDPA chỉ có mã turbo được sử dụng. trong khi DCH mã xoắn cũng được sử dụng.
Không có phát không liên tục (DTX) tại mức khe. HS-PDSCH hoặc được phát toàn bộ hoặc hoàn toàn không được phát trong 2ms TTI.
CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ HSDPA 3.1. Nguyên lý hoạt động trong HSDPA
Mục tiêu quan trọng của HSDPA là duy trì tối đa sự phân chia chức năng giữa các lớp và các nút của R3. Cần giảm thiểu sự thay đổi kiến trúc, vì điều này sẽ đơn giản hóa việc đưa HSDPA vào các mạng đã triển khai cũng như đảm bảo hoạt động trong các môi trường mà ở đó không phải tất cả các ô đều được nâng cấp bằng chức năng HSDPA. Vì thế HSDPA đưa vào nút B một lớp con MAC mới, MAC-hs, chịu trách nhiệm cho lập biểu, điều khiển tốc độ và khai thác giao thức HARQ. Do vậy ngoại trừ các tăng cường cho RNC như điều khiển cho phép HSDPA đối với người sử dụng, HSDPA chủ yếu tác động lên nút B. Do đó ta có sơ đồ kiến trúc hoạt động HSDPA hình 3.1.
Hình 3.1 Kiến trúc HSDPA
Mỗi UE sử dụng HSDPA sẽ thu truyền dẫn HS-DSCH từ một ô (ô phục vụ). Ô phục vụ chịu trách nhiệm lập biểu, điều khiển tốc độ, HARQ và các
chức năng MAC-hs khác cho HSDPA. Chuyển giao mềm đường lên được hỗ trợ trong đó truyền dẫn số liệu đường lên sẽ thu được từ nhiều ô và UE sẽ nhận được các lệnh điều khiển công suất từ nhiều ô.
Di động từ một ô hỗ trợ HSDPA đến một ô không hỗ trợ HSDPA được xử lý dễ ràng. Có thể đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn cho người sử dụng (mặc dù tại tốc độ số liệu thấp hơn) bằng chuyển mạch kênh trong RNC trong đó người sử dụng được chuyển mạch đến kênh dành riêng (DCH) trong ô không có HSDPA. Tương tự, một người sử dụng được trang bị đầu cuối có HSDPA có thể chuyển mạch từ kênh riêng sang HSDPA khi người này chuyển vào ô có hỗ trợ HSDPA.
Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi vào một chỉ thị chất lượng kênh CQI tới Node B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật điều chế và mã hóa, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận (ACK/NACK) ứng với mỗi gói giúp Node B biết được thời điểm lặp lại quá trình truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng UE trong một cell. Thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE một cách công bằng.
Vấn đề mà chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh, đường truyền của mỗi người sử dụng độc lập và cách xác định nó. Ví dụ như tỷ lệ công suất ký hiệu trên tạp âm (Tỷ số Es/No), chất lượng bộ tách UE. Node B có thể ước lượng tốc độ dữ liệu được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách giám sát các lệnh điều khiển công suất phát theo chu kỳ một giá trị chỉ thị chất lượng kênh (CQI) đặc thù của HSDPA trên kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao (HS-DPCCH) đường lên, kênh này cũng mang cả thông tin báo hiệu chấp nhận/không chấp nhận (ACK/NACK) ở dạng gói dựa trên L1 cho mỗi kênh liên kết. Khi đã ước tính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ tài nguyên mã và công suất HS-DSCH giữa những người sử dụng khác nhau.
Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) được đặt tại Node B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như có thể kiểm soát chất lượng QoS chặt chẽ hơn. So sánh với kỹ thuật DMA truyền thống, kênh HS-DSCH không thực hiện với điều kiện công suất phát nhanh và hệ số trải phổ cố định. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hóa Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16-QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS-DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120 Kb/s tới hơn 10 Mb/s. Quá trình điều chế và mã hóa thích ứng cơ bản có một dải động khoảng 20 dB, và mở rộng hơn nữa số đa mã khả dụng
3.2. Chuyển giao trong HSDPA
Chuyển giao là quá trình được thực hiện khi UE đã có kết nối vô tuyến để duy trì chất lượng truyền dẫn.
Trong HSDPA chỉ có chuyển giao cứng gồm các chuyển giao sau: - Chuyển giao trong cùng một RNC
- Chuyển giao từ kênh HS-DSCH sang DCH - Chuyển giao giữa các RNC
Để thực hiện chuyển giao UE phải báo cáo cho SRNC về ô tốt nhất.
3.2.1. Xác định ô tốt nhất và chuyển giao
Dựa trên kết quả đo Ec/I0 trên kênh P-CPICH của các ô nằm trong tập tích cực của chuyển giao mềm đường lên (có thể có cả các ô hay đoạn ô nằm trong tập có khả năng), UE báo cáo ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất cho SRNC để nó quyết định chuyển giao cứng cho HS-DSCH. Hình 3.2 cho thấy ô 2 là ô được chọn và sau khoảng thời gian ∆T+∆D thì HS-DSCH ô 1 được chuyển sang ô 2
Hình 3.2 Đo và báo cáo ô (đoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất
3.2.2. Chuyển giao HS-DSCH giữa các ô (hay đoạn ô) trong cùng một RNC
Hình 3.3 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô cùng một RNC
Quá trình chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô của cùng một Node B được minh họa như hình 3.3. Sau khi quyết định chuyển giao, SRNC gửi bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến đã được đồng bộ đến các Node liên quan
B và đồng thời gửi bản tin RRC về đặt lại cấu hình kênh vật lý đến UE để chúng thực hiện chuyển giao.
Quá trình chuyển giao từ Node B này đến Node B khác của cùng một RNC cũng tương tự.
3.2.3. Chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau nhau
Quá trình chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau được minh họa trên hình 3.4. Sau khi SRNC đã quyết định chuyển giao, nó gửi bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến đã được đồng bộ đến các Node B liên quan đồng thời gửi bản tin RRC đặt lại cấu hình kênh vật lý đến UE để thực hiện chuyển giao. Trong trường hợp này bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến được SRNC gửi đến Node B đích thông qua DRNC
Hình 3.4 Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô hai RNC khác nhau
3.2.4. Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH
Hình 3.5 minh họa quá trình chuyển giao HS-DSCH từ ô (đoạn ô) có HS-DSCH sang một Node B chỉ có DCH. Sau khi SRNC đã quyết định chuyển giao, nó gửi bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến đã được đồng bộ
đến các Node B liên quan và đồng thời gửi bản tin RRC về đặt lại cấu hình kênh vật lý đến người sử dụng để chúng thực hiện chuyển giao. Trong trường hợp này bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến được SRNC gửi đến Node B đích thông qua DRNC.
Hình 3.5 Chuyển giao HS-DSCH từ Node B có HS-DSCH sang một Node B chỉ có DCH
Ta có bảng tổng quan về các loại chuyển giao HSDPA và các đặc tính của nó như bảng 3.1:
Bảng 3.1: Tổng quan về các loại chuyển giao trong HSDPA và các đặc tính của nó
Chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (đoạn ô) thuộc cùng một Node B Chuyển giao HS- DSCH giữa các đoạn ô thuộc hai RNC khác nhau Chuyển giao HS-DSCH từ Node B có HS- DSCH sang một Node B chỉ có DCH Đại lượng
chuyển giao Đặc trưng bởi UE, nhưng cũng có thể đặc trưng bởi nút B
Quyết định
chuyển giao Bởi RNC cung cấp
Truyền lại gói Các gói được chuyển tiếp từ MAC-hs nguồn đến MAC-hs đích
Các gói không được chuyển tiếp. Việc truyền lại RLC được dùng từ SRNC Truyền lại RLC được dùng từ SRNC. Mất gói Không Không, khi mà chế độ báo nhận RLC được hoạt động, hoặc khi các gói bản sao được gửi đi trong chế độ không báo nhận RLC. Không, khi mà chế độ báo nhận RLC được sử dụng. HS-DPCH đường lên HS-DPCCH có thể sử dụng chuyển giao mềm. HS- DPCCH được thu bởi một cell.
3.3. Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH
HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA sử dụng các phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác. Nó tạo ra một kênh truyền dữ liệu bên trong W-CDMA được gọi là HS-DSCH còn gọi là kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn khác biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện download với tốc độ vượt trội. Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc download. Nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp từ nguồn đến điện thoại. Song quá trình ngược lại tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA. Ngoài ra công nghệ này có thể
được chia sẻ giữa tất cả các người dùng sử dụng sóng radio là sóng cho hiệu quả download nhanh nhất.
3.3.1. Điều chế trong HS-DSCH
Trong khi DCH chỉ sử dụng điều chế QPSK thì HS-DSCH có thể thêm vào sử dụng điều chế bậc cao hơn là 16-QAM( minh họa trong hình 3.6). QPSK cho phép truyền hai bit trên một kí hiệu, còn 16-QAM cho phép truyền 4 bit trên một kí hiệu. việc sử dụng điều chế cao hơn đưa ra quyết định bổ sung đường biên. Với 16-QAM không chỉ có cấu hình pha đầu ra chính xác mà những yêu cầu biên độ còn được dự tính đối với dự đoán pha đúng hơn, vì thế mà chất lượng tín hiệu được yêu cầu tốt hơn khi sử dụng 16-QAM.
Hình 3.6 sơ đồ chùm sao tín hiệu QPSK và 16-QAM
HS-DSCH là kênh truyền tải được sắp xếp lên nhiều kênh vật lý HS- DPSCH để truyền tải lưu lượng gói chia sẻ cho nhiều người sử dụng, trong đó mỗi HS-DPSCH có hệ số trải phổ không đổi và bằng 16. Cấu hình cực đại của HS-DSCH là 15SF16 (tương ứng với tốc độ đỉnh khi điều chế 16QAM và tỷ lệ mã 1/1 là 14,4Mbps). Các người sử dụng chia sẻ HS-DSCH theo số kênh vật lý HS-DPSCH (số mã với SF16) và khoảng thời gian truyền dẫn TTI=2ms.
54
- HS-SCCH sử dụng hệ số trải phổ 128 và có cấu trúc thời gian dựa trên một khung con có độ dài 2ms bằng độ dài của HS-DSCH. Các thông tin sau đây được mang trên HS-SCCH:
+ Số mã định kênh + Sơ đồ điều chế
+ Kích thước khối truyền tải
+ Gói được phát là gói mới hay phát lại (HARQ) hoặc HARQ theo RNC RLC
+ Phiên bản dư
+ Phiên bản chùm tín hiệu.
Khi HSDPA hoạt động trong chế độ ghép thời gian, chỉ cần lập cấu hình một HS-SCCH, nhưng khi HSDPA hoạt động trong chế độ ghép theo mã thì cần có nhiều HS-SCCH hơn. Một UE có thể xem xét được nhiều nhất là 4 HS-SCCH tùy vào cấu hình được thiết lập bởi hệ thống.
- HS-DPCCH đường lên có hệ số trải phổ 256 và cấu trúc từ 3 khe 2ms chứa các thông tin sau đây:
+ Thông tin phản hồi CQI để báo cho bộ lập biểu node B về số liệu tốc độ mà UE mong muốn
+ ACK/NAK công nhận và phủ nhận cho HARQ.
F-DPCH đường xuống có hệ số trải phổ 256 chứa thông tin điều khiển công suất cho 10 người sử dụng để tiết kiệm tài nguyên mã trong truyền dẫn