Với việc giới thiệu những thiết bị thu tiờn tiến trong Rel.’7, khả năng hoạt động của hệ thống và giới hạn tốc độ đỉnh sẽ tăng lờn đỏng kể. Vỡ vậy, 64 QAM đó được quyết định là một phần trong cỏc tớnh năng của Rel.’7 để tận dụng những lợi thế cung cấp hiệu suất cao của thế hệ mỏy thu mới.
Kết hợp cựng với MIMO, 64 QAM cú thể cung cấp thờm tớnh linh hoạt cho cỏc nhà khai thỏc để tăng năng lực cho HSDPA. Tuy nhiờn khả năng này khụng được chấp nhận trong cỏc tiờu chuẩn cho đến khi giới thiệu Rel.’8. Việc triển khai MIMO thường đũi hỏi phải thay đổi vị trớ của nhiều anten. Trong nhiều trường hợp, nhà khai thỏc khụng cú quyền lựa chọn thực hiện như vậy vỡ cỏc vấn đề liờn quan đến quy hoạch, chi phớ, cấu trỳc mạng, mụi trường. Giới thiệu 64 QAM là cung cấp thờm một tựy chọn giỳp nhà khai thỏc
cú thờm khả năng tăng tốc ở những vựng mật độ lưu lượng cao như trung tõm mua sắm, sõn bay… mà khụng cần đến việc phỏt triển địa điểm liờn quan. Trong nhiều trường hợp, 64 QAM cú thể được thực hiện như một sự nõng cấp phần mềm mà khụng cú bất kỳ sự tỏc động phần cứng nào.
Tốc độ bit đạt được [Mbps]
Tốc độ bit đạt được [Mbps]
Ngoài 64 QAM trờn đường xuống, 16 QAM được thờm vào cho HSUPA. Nhờ vậy, tốc độ đỉnh đường lờn tăng từ 5.76 Mbps lờn 11.5 Mbps. Tớnh năng này được đỏp ứng là nhờ thế hệ thiết bị thu mới tại Node B, cú thể kết hợp để loại bỏ nhiễu hoặc cõn bằng HSUPA. Mặt khỏc, việc triển khai 16 QAM trong đường lờn cú thể dẫn đến can nhiễu đường lờn tăng. Trong giai đoạn đầu của quỏ trỡnh triển khai HSUPA với Rel.’6 thiết bị đầu cuối (với chỉ QPSK trờn E-DCH) luụn đũi hỏi là thiết bị đầu cuối cao cấp,ngay cả ở những nơi cú điều kiện súng vụ tuyến tốt. Thờm điều chế bậc cao hơn trờn đường lờn sẽ làm tăng mức tiờu thụ pin của UE hơn đồng thời cũng sẽ làm tăng mức nhiễu đường lờn trong mạng. Thụng thường hệ thống sẽ xếp cỏc UE vào những vị trớ cú khả năng 16 QAM, bởi vỡ sự gia tăng tạp õm của những người sử dụng 16 QAM cú thể gõy ra sự giảm chất lượng của những người sử dụng khỏc, đặc biệt là ở rỡa tế bào.
Thờm điều chế bậc cao hơn sẽ làm tăng thụng lượng đỉnh của hệ thống UMTS/HSPA. Tuy nhiờn, tớnh năng này đũi hỏi tỷ số tớn hiệu trờn nhiễu cao hơn nhiều và cỏc loai mụi trường vụ tuyến đỏp ứng được yờu cầu của điều chế bậc cao cũng cú hạn. Túm lại, những tớnh năng mới (MIMO và HOM) về cơ bản là tập trung vào việc cải thiện tốc độ đỉnh của người sử dụng, cũn việc cải thiện hiệu quả phổ của HSPA vẫn dựa vào cỏc tớnh năng của thiết bị nhận tiờn tiến để nõng cao chất lượng liờn kết vụ tuyến.
3.3.2 MIMO
Một cụng nghệ đang nổi lờn khỏc để làm tăng cụng suất trong điều kiện tớn hiệu tốt là MIMO (Multiple Input Multiple Output). Về cơ bản, cụng nghệ truyền MIMO sử dụng hai ăng-ten hoặc nhiều hơn, ở cả phớa bộ phỏt súng lẫn phớa bộ thu súng, để truyền đồng thời những dũng dữ liệu độc lập trờn cựng dải tần. Cỏch này làm tốc độ truyền tăng tỉ lệ thuận với số ăng-ten. Như vậy, một bộ hai ăng-ten phỏt và hai ăng-ten thu (2x2) như đang được chỉ định cho HSPA+ cú thể làm tăng gấp đụi tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống trong những điều kiện tớn hiệu lý tưởng. Release 7 của bộ chuẩn 3GPP dự đoỏn là
MIMO sẽ được sử dụng kết hợp với điều chế 16-QAM ở hướng xuống. Cho nờn, nếu nhà cung cấp dịch vụ mạng chọn triển khai một bộ ăng-ten tăng cường như vậy cho trạm cơ sở, tốc độ truyền dữ liệu tối đa về lý thuyết 14.4 Mbit/s sẽ tăng lờn đến 28.8 Mbit/s. Cú bốn loại kết hợp anten khỏc nhau trong quỏ trỡnh truyền nhận dữ liệu như mụ tả trong hỡnh 3.3 [12].Trong hầu hết cỏc nhà khai thỏc mạng, cấu hỡnh nhiều đầu vào một đầu ra (MISO: Multi- Input Single-Output) đang được sử dụng rộng rói trờn đường lờn.
Hỡnh 3.3 Những kiểu kết hợp anten truyền-nhận điển hỡnh
Ở phớa đường xuống, do yếu tố hỡnh thức và yờu cầu tiờu thụ pin hạn chế nờn đa đường thu chỉ thực hiện trong thẻ dữ liệu. Đối với nhiều thiết bị cầm tay chỉ cú một anten nhận đơn, do đú hầu hết đường xuống cú cấu hỡnh
hệ thống là một đầu vào, một đầu ra (SISO: Single-Input Single-Output). Gần đõy, đó cú những nỗ lực rất lớn trong việc giảm cụng suất tiờu thụ cho pin điện thoại và đưa vào thiết kế kiểu anten mới cho thiết bị cầm tay. Trong tương lai gần thế hệ điện thoại di động với nhiều anten thu sẽ được tung ra thị trường.
Tựy thuộc vào cỏch thức thực hiện mà MIMO cú thể được chia thành nhiều loại khỏc nhau. Đa đường phỏt sử dụng nhiều anten Tx để hạn chế hiệu ứng của kờnh fadinh. Nú giỳp cải thiện thụng lượng trung bỡnh của tế bào bằng cỏch ỏp dụng sơ đồ mó húa khụng gian-thời gian cho một luồng dữ liệu duy nhất. Tuy nhiờn, tốc độ dữ liệu cao nhất cho một người sử dụng khụng tăng lờn nếu cỏc bit thụng tin từ nhiều anten là những dũng dữ liệu giống nhau. Cú thể tăng thụng lượng đỉnh bằng cỏch truyền nhiều dũng dữ liệu khỏc nhau thụng qua nhiều anten khỏc nhau, phương phỏp này được gọi là ghộp kờnh khụng gian (SM). Trong 3GPP Rel.’7 trọng tõm của MIMO chủ yếu là ghộp kờnh khụng gian.
Cú nhiều đề xuất cho MIMO trong tiờu chuẩn đầu, tuy nhiờn chỉ cú hai đề xuất đó được hoàn thành trong Rel.’7 đú là Per-Antenna Rate Control (PARC-Điều khiển tốc độ trờn từng anten) và Double Transmit Adaptive Array (DTxAA - Dàn thớch nghi kộp). Trong năm 2006, cỏc đề xuất này đó được phỏt triển để trở thành chuẩn húa trong Rel.’7.
- PARC được chọn cho hệ thống TDD (Time Division Duplex);
- DTxAA được chọn cho hệ thống FDD (Frequency Division Duplex). Trong hỡnh 3.4 [13] giới thiệu sơ đồ của DTxAA cho FDD.
Việc đạt được hiệu suất cao được cung cấp bởi MIMO cũn phụ thuộc rất nhiều vào cấu hỡnh mạng. Núi chung, ghộp kờnh khụng gian chỉ đạt hiệu quả cao nhất trong cựng gần với Node B, ở nơi tỷ số tớn hiệu trờn nhiễu cao. Trong cỏc mạng khụng dõy thụng thường thỡ cỏc khu vực cú đủ cỏc tiờu chớ để cú thể truyền tải theo chế độ ghộp kờnh khụng gian là rất hạn chế. Năng lực của MIMO cú thể đạt được ở mức tốt khi thực hiện trong vựng microcell của
mụi trường vụ tuyến chẳng hạn như trung tõm mua sắm, sõn bay và trung tõm hội nghị. Những khu vực này cũng cú đặc điểm mụi trường giàu tớnh tỏn xạ, ở đú cú thể sử dụng MIMO để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh thụng qua cỏc kờnh MIMO song song. Ở những nơi cú tỷ số tớn trờn nhiễu thấp, sử dụng luồng dữ liệu đơn với mó húa khụng gian thời gian (STC: Space Time Codes) sẽ mang lại hiệu suất cao hơn. Nghiờn cứu cụng nghiệp đó cho thấy từ 17% đến 28% cụng suất đạt được trong mụi trường microcell và khoảng 15% trong macrocell.
Hỡnh 3.4 Cấu trỳc truyền đường xuống MIMO cho HS-PDSCH
Mặc dự MIMO đó được giới thiệu trong Rel.’7 và là một trong những cải tiến giao diện vụ tuyến chớnh. Nhưng nú đó khụng chấp nhận rộng rói trong ngành cụng nghiệp vụ tuyến như là một tớnh năng phải cú cho HSPA+ do sự tăng năng lực hạn chế. Trong khi đú, cỏc tớnh năng như thu tiờn tiến cho HSPA đó được chứng minh là cú lợi hơn nhiều trong việc cải thiện hiệu suất truyền dữ liệu. Ở phớa đường xuống, khi sử dụng MIMO cú nghĩa là sẽ phải cú nhiều khụng gian cần thiết ở trờn thỏp hoặc nơi thuận tiện để gắn kết anten (một ngoại lệ sẽ là 2x2 MIMO với anten phõn cực). Điều này sẽ tỏc động đến cả chi phớ vận hành/bảo trỡ mạng và sự phỏt triển. Ngoài ra, sự phức tạp cũng
gia tăng trong cấu trỳc (thỏp cell, mỏi nhà,…) điều này cú thể gõy ra sự chậm trễ liờn quan đến quỏ trỡnh quy hoạch của địa phương, đõy là vấn đề mà cỏc nhà khai thỏc luụn cố gắng để trỏnh. Trờn đường lờn, thờm một lần truyền chuỗi RF cú nghĩa là sự tiờu thụ điện năng sẽ tăng lờn và tuổi thọ pin của thiết bị cầm tay sẽ ngắn hơn.
Qua những đỏnh giỏ trờn thỡ dự kiến MIMO sẽ được triển khai trong cỏc lĩnh vực cụ thể với nhu cầu băng thụng cao (thường là cỏc điểm núng tại cỏc khu đụ thị cú mật độ thuờ bao dày đặc) hơn là triển khai trờn một mạng lưới rộng khắp.[2]
3.3.3 Khả năng truyền gúi liờn tục
Continuous Packet Connectivity (CPC) là một tập hợp cỏc tớnh năng đặc biệt (feature) được giới thiệu trong cỏc chuẩn 3GPP để cải thiện việc xử lý cỏc thuờ bao di động trong khi họ cú một đường truyền gúi được thiết lập, tức là trong khi họ được cấp phỏt một địa chỉ IP. Phối hợp với nhau, chỳng nhằm giảm số lượng thay đổi trạng thỏi để tối thiểu thời gian trễ và phụ phớ bỏo hiệu, bằng cỏch đưa ra những phương thức cải tiến để giữ cho một thiết bị ở trờn cỏc kờnh tốc độ cao (ở trạng thỏi HSPA Cell-DCH) càng lõu càng tốt, cho dự khụng cú cuộc truyền dữ liệu nào đang diễn ra. Vỡ mục đớch này, cần phải giảm thiểu mức tiờu thụ điện năng trong khi cỏc UE lắng nghe cỏc kờnh dựng chung, và đồng thời giảm thiểu yờu cầu thụng lượng cho hệ thống bỏo hiệu vụ tuyến nhằm làm tăng số lượng UE cú thể giữ được ở trạng thỏi HSPA Cell-DCH.
CPC khụng đưa ra những tớnh năng mới cú tớnh cỏch mạng. Thay vỡ vậy, những tớnh năng cú sẵn được sửa đổi lại để đạt được những kết quả mong muốn. Để hiểu cỏch thức hoạt động của những cải tiến này, cần phải nghiờn sõu hơn một chỳt vào bộ chuẩn. Đặc tả 3GPP TR 25.903 cung cấp một cỏi nhỡn tổng thể về những thay đổi được đề xuất, và cỏc tiểu mục sau đõy bàn về những tớnh năng đó được cỏc nhà cung cấp dịch vụ mạng chọn thực hiện.
Với việc triển khai HSPA, cỏc nhà khai thỏc mạng ngày càng cú khả năng cung cấp cỏc ứng dụng dữ liệu khỏc nhau. Đối với thuờ bao khụng dõy, thực hiện cuộc gọi điện thoại đang trở thành chỉ là một phần nhỏ của việc sử dụng thiết bị cầm tay hàng ngày của họ. Luụn luụn duy trỡ kết nối với thế giới xung quanh là một khỏi niệm đó được phổ biến ở nhiều người trong chỳng ta hiện nay. Người dựng đang sử dụng kết nối dữ liệu chậm và thụng qua cỏc dịch vụ 2G thấp, bõy giờ được tiếp xỳc với nhiều ứng dụng mới (lưu lượng theo yờu cầu, video chia sẻ, …) mà chỉ cú thể đạt được nhờ cụng nghệ mới như HSPA. Cỏc ứng dụng này trong nhu cầu thụng tin liờn tục cập nhật thụng qua kết nối luụn luụn. Một số dịch vụ cũn yờu cầu thụng tin thời gian thực với độ trễ thấp. Để đỏp ứng yờu cầu đú, hệ thống cần thiết phải giảm thiểu tần số của chuyển mạch kờnh và chấm dứt trễ do sự tỏi lập kờnh vụ tuyến.
Trong hệ thống giai đoạn trước Rel.’7, chuyển mạch kờnh đó được triển khai để giữ số lượng người sử dụng hoạt động thấp đó được chuyển xuống Cell-FACH hoặc Cell-PCH để người dựng khỏc được vào hệ thống. í tưởng này là để tiết kiệm tài nguyờn vụ tuyến của hệ thống để tăng số lượng cỏc ‘hoạt động’ của người sử dụng mà hệ thống cú thể hỗ trợ. Tuy nhiờn, những hạn chế là gia tăng trễ do tỏi thành lập kờnh và tiếng ồn tăng cao hơn do qua nhiều tớn hiệu trờn kờnh điều khiển chỉ từ khi mở vũng điều khiển cụng suất được thực hiện ở giai đoạn trước khi thành lập. Đối với cỏc ứng dụng như VoIP, chat trực tiếp hoặc chơi game trực tuyến với cỏc gúi nhỏ và khoảng cỏch khụng đổi giữa cỏc lần truyền, sẽ cú nhiều kờnh chuyển đổi, chấm dứt và tỏi thành lập sự kiện trong một phiờn ứng dụng. Cỏc ứng dụng làm tăng độ trễ của mạng, tiờu tốn nhiều thời gian và tài nguyờn cho việc truyền những gúi nhỏ, điều đú sẽ làm giảm hiệu quả của mạng [10].
Những hạn chế trong hệ thống Rel.’6 hoặc những hệ thống cũ hơn là số lượng người sử dụng HSPA , những người được hỗ trợ bởi một cell và độ trễ được giới thiệu bởi cỏc chuyển mạch kờnh. Trờn đường xuống, nhõn tố chớnh hạn chế số lượng người sử dụng HSDPA đồng thời là nguồn tài nguyờn mó.
Trờn đường lờn, kể từ khi cỏc yếu tố lõy lan cho E-DCH thấp (SF = 2 và SF = 4), điện thoại di động phải truyền tải điện năng nhiều hơn để bự đắp cho sự mất mỏt của truyền đạt. Tạp õm tăng lờn trờn đường lờn đú, núi chung khụng phải là một mối quan tõm cho hệ thống WCDMA, trở thành yếu tố hạn chế để hỗ trợ một số lượng lớn cỏc dữ liệu người dựng.
Chuẩn 3GPP Rel.’6 đó xỏc định một số vấn đề và bao gồm cỏc tớnh năng phõn chia kờnh DPCH (Dedicated Physical Channel), điều này thực sự là bước đầu tiờn hướng tới một hệ thống cú thể đạt được kết nối gúi liờn tục.
Phõn chia kờnh dành riờng (F-DPCH: Fractional Dedicated Channel) đó được giới thiệu trong Rel.’6 để thay thế kờnh liờn kết dành riờng (A- DPCH: Associated Dedicated Channel), do đú giảm kờnh bỏo hiệu.
Hỡnh 3.5 [13] minh họa kiến trỳc mới. Mỗi người sử dụng HSDPA là liờn kết với một kờnh điều khiển dành riờng (A-DPCH) cú thể mang theo cả lệnh TPC và thụng tin tớn hiệu RRC.
Hỡnh 3.5 Kiến trỳc kờnh F-DPCH
Cú hai yếu tố hạn chế chớnh khi sử dụng A-DPCH là: Số người dựng cú thể được hỗ trợ HSDPA là cú giới hạn và sự tiờu thụ năng lượng của kờnh truyền tớn hiệu (A-DPCH) sẽ làm giới hạn năng lực hệ thống. F-DPCH thực hiện chia tỏch cỏc thụng tin điều khiển giữa cỏc bit TPC, được sử dụng cho điều khiển cụng suất nhanh cho liờn kết bỏo hiệu, và phần cũn lại là của thụng tin (TFCI, hoa tiờu, thụng bỏo nội dung bỏo hiệu,…). Trong khi cỏc bit TCP
vẫn cũn đang gửi kờnh qua kờnh DCH, phần cũn lại của thụng tin cú thể được gửi đường hầm tốc độ cao hơn trờn HS-DSCH. Do đú, cỏc kờnh F-DPCH cú thể được chia sẻ bởi nhiều người sử dụng trong cựng thời gian và nhiều hơn nữa người sử dụng hoạt động cú thể được hệ thống tổ chức mà khụng cú một tỏc động lớn nào vào năng lực hệ thống. Người sử dụng một phiờn hoạt động, trong khi khụng truyền chỉ tiờu thụ một phần nhỏ tài nguyờn hệ thống và khụng yờu cầu tỏi thành lập kờnh khi truyền dữ liệu. Nếu tài nguyờn hệ thống ớt được sử dụng cho tớn hiệu thỡ hệ thống cú đủ khả năng phục vụ nhiều người sử dụng hoạt động hơn. Điều này trỏnh được việc cú thờm kờnh chuyển đổi hoặc cấp phỏt kờnh trong một phiờn bản hoạt động và gõy ra độ trễ gõy ra bởi sự tỏi thành lập kờnh vụ tuyến được giảm đỏng kể.
Kỹ thuật F-DPCH mang lại những lợi ớch sau:
- Sự hạn chế phần cứng của HSDPA, người sử dụng mó cú sẵn cho liờn kết DCH của họ được cải thiện rất nhiều. Với F-DPCH, cú thể lờn đến 10 người sử dụng được phộp trong cựng một kờnh vật lý DPCH;
- Người sử dụng cú khả năng ở lại lõu hơn trong trạng thỏi cell DCH; - Sự cải thiện thời gian bỏo hiệu đạt được bằng cỏch gửi cỏc bản tin điều khiển với tốc độ cao hơn, nhờ đú cú thể cú tỏc động đỏng kể đến hiệu suất của cell trong HSDPA.
Túm lại, với F-DPCH cảm nhận của người sử dụng về chất lượng mạng sẽ được cải thiện đỏng kể do giảm thời gian phản ứng với cỏc ứng dụng. Hơn nữa, việc sử dụng F-DPCH sẽ nõng cao năng lực hệ thống do đề ỏn bỏo hiệu hiệu quả hơn. Đặc biệt, sử dụng F-DPCH trờn HSDPA cú thể cung cấp nhiều hơn 15% năng lực so với VoIP sử dụng A-DCH.
Từ sự giới thiệu F-DPCH trong Rel.’6, 3GPP đó cú thờm một số tớnh