HSDPA kết hợp chặt chẽ với các chức năng phát lại ở lớp 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 H-ARQ 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 RNC hoặc Iub không tham gia vào quá trình này. Điều khiển H-ARQ lớp 1 được đặt tại Node B, do đó việc lưu trữ các gói dữ liệu phi báo nhận cùng với chức năng sắp xếp các gói của quá trình tái truyền dẫn là không phụ thuộc và RNC. Như vậy sẽ tránh được trễ tái truyền dẫn, ngoài ra các trễ này sẽ thấp hơn trễ gây ra bởi quá trình tái truyền dẫn RLC thông thường [1].
Kỹ thuật H-ARQ là điểm khác cơ bản so với kỹ thuật phát lại trong W-CDMA bởi bộ giải mã UE kết hợp các thông tin “mềm” của quá trình phát lại của cùng một block ở cấp độ bit. Kỹ thuật này đưa ra một số yêu cầu về mở rộng dung lượng bộ nhớ của UE, do UE phải lưu các thông tin “mềm” của những lần phát giải mã không thành công.
Giao thức phát lại được lựa chọn trong HSDPA là dừng và chờ (SAW) do sự đơn giản của kiểu giao thức này đối với ARQ. Trong SAW, bộ phát cố gắng phát block truyền tải hiện tại cho đến khi nó được nhận thành công trước khi khởi tạo quá trình phát block tiếp theo. Do có thể xảy ra trường hợp phát liên tục tới một UE nào đó, N tiến trình SAW-ARQ có thể hoạt động song song để phục vụ cho UE đó, và các tiến trình khác nhau sẽ phát trong các TTI tách biệt. Số tiến trình SAW-ARQ tối đa cho mỗi UE là 8 (N=8) tuy nhiên thông thường chọn giá trị N từ 4-6. Theo ước lượng RTT lớp 1, thời gian trễ nhỏ nhất cho phép giữa thời điểm phát và thời điểm phát lại lần thứ nhất khoảng 12ms, có nghĩa là nó yêu cầu 6 tiến trình SAW phát liên tục tới một UE riêng lẻ. Giao thức SAW dựa trên sự 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 SAW được gắn liền với việc định thời. Hình 4.3 là một ví dụ với N kênh giao thức SAW phát một chuỗi các lần lượt P1, P2,…, P6[1].
Hình 4.3 Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh (định thời không được mô tả)
[1]
AMC sử dụng kỹ thuật điều chế thích hợp và cơ cấu mã hóa theo các điều kiện của kênh truyền dẫn. Thậm chí sau AMC, có thể bắt được các lỗi trong các gói thu vì trong thực tế các kênh có thể thay đổi trong suốt quá trình các gói di chuyển trong không gian. Tỷ lệ lỗi khối BLER sau lần truyền dẫn đầu tiên là 10%-20%. Một cơ cấu yêu cầu lặp lại tự động có thể được sử dụng để khôi phục lại các lỗi trong đường truyền thích ứng. Khi gói phát đi bị thu lỗi thì bên nhận yêu cầu bên phát phát lại các gói bị lỗi. Kỹ thuật cơ bản là sử dụng tín hiệu phát đi trước đó cùng với tín hiệu được phát lại sau này để giải mã các block. Có hai cơ cấu trong H-ARQ, đó là:
- Kết hợp khuôn CC: Cơ cấu này bao gồm việc phát lại các gói dữ liệu mà bên thu đã nhận được bị lỗi. Một khi các gói phát lại nhận được, bên thu kết hợp các giá trị mềm của tín hiệu gốc và tín hiệu phát lại có SNR ưu tiên để giải mã gói dữ liệu.
• Ưu điểm: Việc truyền và truyền lại được giải mã riêng lẻ (tự giải mã), tăng tính đa dạng thời gian, có thể tăng tính đa dạng đường truyền.
• Nhược điểm: Việc phát lại toàn bộ các gói sẽ lãng phí về băng thông.
- Tăng độ dư IR: Sự phát lại bao gồm cả thông tin dư thừa bổ sung và thông tin này được phát kèm thêm nếu có lỗi giải mã trong lần phát đầu tiên. Ta có quá trình truyền lại Block dữ liệu IR như hình 4.4
Hình 4.4 Quá trình truyền lại block dữ liệu IR
Tăng độ dư được sử dụng để nhận được tính năng tối đa trong băng thông sẵn sàng. Lúc này block được phát lại chỉ bao gồm dữ liệu sữa chữa của tín hiệu gốc được truyền đi chứ không phải thông tin thực sự. Lượng thông tin dư thêm vào được gửi đi ngày càng tăng lên khi quá trình phát lại lặp đi lặp lại mà bên thu vẫn nhận bị lỗi.
• Ưu điểm: Giảm bớt băng thông/lưu lượng hữu dụng của một người sử dụng và dùng nó cho những người khác
• Nhược điểm: Các bit hệ thống chỉ được gửi đi khi truyền lần đầu và không thể truyền lại, điều đó làm cho quá trình truyền lại không thể tự giải mã. Vì thế,
nếu quá trình truyền lần đầu bị mất thì fading rất lớn sẽ tác động và không có cơ hội khôi phục lại dữ liệu trong hoàn cảnh này.
- Tăng độ dư từng phần: Tăng độ dư từng phần là sự kết hợp của CC và IR bị loại bỏ bằng cách thêm vào các bit hệ thống cùng với các bit dư gia tăng trong quá trình truyền lại. Điều đó làm cho cả tín hiệu ban đầu và tín hiệu phát lại đều tự giải mã được[6].
4.1.4 Lập lịch nhanh và hợp lý tại Node B
Trong mạng W-CDMA tiêu chuẩn trình tự các gói được thực hiện tại kết nối mạng vô tuyến RNC, nhưng trong HSDPA trình tự gói (medium access layer-hs) được di chuyển đến Node B. Điều đó làm cho các quyết định về trình tự gói hầu như xảy ra ngay lập tức. Vì độ dài TTI ngắn hơn 2 ms, do đó trình tự này được thực hiện rất nhanh với mỗi TTI.
Để có một trình tự hợp lý có thể sử dụng phương pháp lược đồ quay vòng (Round-Robin), nơi mỗi người sử dụng được phục vụ theo kiểu liên tục, để tất cả người sử dụng nhận được thời gian như nhau. Tuy nhiên, với yêu cầu tốc độ sắp xếp trình tự gói cùng với khả năng của AMC, nơi kênh truyền dẫn được bố trí theo các điều kiện kênh ngay lập tức, một trình tự gói phổ biến khác là trình tự gói hợp lý cân đối. Ở đây, thứ tự của dịch vụ được xác định bởi mức độ đáp ứng ngay lập tức cao nhất chất lượng kênh liên quan. Từ đó sự lựa chọn được dựa trên các điều kiện liên quan, mỗi người sử dụng nhận được xấp xỉ số lượng thời gian phân phối giống nhau phụ thuộc vào điều kiện kênh truyền dẫn[7]. Lập lịch nhanh và hợp lý tại Node B được mô tả như hình 4.5
4.1.5 Lựa chọn vị trí tế bào nhanh FCSS (Fast Cell Site Selection)
Trung bình 20%-30% của trạm di động MS thực hiện chuyển giao mềm hoặc khá mềm. Chuyển giao mềm là chuyển giao giữa hai Node B, chuyển giao mềm dẻo hơn là giữa các sector của Node B. FCSS cho phép một UE chọn Node B với đặc tính truyền dẫn hiện tại tốt nhất. Lợi thế của hệ thống này là tốc độ dữ liệu cao hơn có thể đạt được trong phần lớn thời gian [7].
Hình 4.5 Lập lịch nhanh và hợp lý [7]
4.1.6 Khoảng thời gian truyền dẫn ngắn TTI
Trong HSDPA, HS-DSCH được thêm vào sử dụng TTI ít hơn 2ms so với TTI kênh truyền dẫn phiên bản Re’99. Do đó làm giảm thời gian đi vòng, tăng tốc độ xử lý và khả năng hiệu chỉnh bám theo thời gian tốt hơn với những kênh vô tuyến thay đổi. Trên thực tế độ dài của khung thay đổi và được chọn dựa trên lưu lượng được hỗ trợ và số người sử dụng được hỗ trợ. Giá trị tiêu biểu là 2ms[7].
4.2 Chuyển giao trong HSDPA
Trong HSDPA chỉ có chuyển giao cứng gồm các chuyển giao sau: • Chuyển giao trong cùng một RNC
• Chuyển giao giữa các RNC
• Chuyển giao từ kênh HS-DSCH sang DCH
Để thực hiện chuyển giao UE phải báo cáo cho SRNC về ô tốt nhất[6].
4.2.1 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 4.6 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[6].
Hình 4.6 Đo và báo cáo ô (đoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất [4]
4.2.2 Chuyển giao HS-DSCH giữa các ô (hay đoạn ô) trong cùng một RNC
Quá trình chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô của cùng một Node B được minh họa như hình 4.7. 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 [6].
4.2.3 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau
Quá trình chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau được minh họa trên hình 4.8. 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 [6].
Hình 4.7 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô thuộc cùng một RNC [6]
Hình 4.8 Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô thuộc hai RNC khác nhau [6]
4.2.4 Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH
Hình 4.9 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[6].
Hình 4.9 Chuyển giao HS-DSCH từ Node B có HS-DSCH sang một Node B chỉ có DCH [6]
Ta có bảng tổng quan về các loại chuyển giao HSDPA và các đặc tính của nó như bảng 4.3.
Bảng 4.3 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. HSDPCH
đường lên HSDPCCH có thể sử dụng chuyển giao mềm.
HSDPCCH được thu bởi một cell.
4.3 Tham số Iub
Hoạt động của HSDPA cần số lượng lớn tham số mà phải được căn cứ vào các thiết bị đầu cuối và Node B. Tốc độ dữ liệu lớp vật lý được xác định dựa theo các tham số sau:
• Số lượng mã sử dụng • Điều chế
• Tốc độ mã hóa hiệu dụng
Nó được cung cấp từ Node B tới RNC dựa trên một thuật toán cung cấp đặc biệt và báo hiệu dung lượng đầu cuối bằng một thiết bị tới RNC sử dụng tín hiệu RRC trong suốt quá trình thiết lập bộ nối[4].
Các tham số có thể được phân chia thành các loại như sau: • Tham số đối với việc cấp phát nguồn Node B để chỉ dẫn • Tham số kế hoạch
• Tham số đầu cuối đặc trưng
Node B cần được nhận biết dung lượng đầu cuối có nghĩa là phải quan tâm đến số lượng mã sử dụng và sự điều chế như điện áp giữa các giới hạn TTI. Việc điều khiển theo lịch trình có thể cho phép quản lý chất lượng dịch vụ QoS ở Node B theo sơ đồ. Mỗi sơ đồ chỉ dẫn ưu điểm khác nhau lại có thể được dùng đối với người sử dụng hay là đối với dịch vụ [4]
4.4 Tham số QoS
QoS đối với DCH Re’99 được tạo ra như là một chức năng của lớp lưu lượng người sử dụng (TC), quyền được ưu tiên thực hiện lưu lượng (THP), quyền ưu tiên duy trì phân phối và điện áp cũng được hệ thống truyền thông di động toàn cầu UMTS truyền tải đi các đặc tính. Tham số QoS từ giao diện Iu không thể ở trong
Node B đối với sự sắp xêp gói MAC-hs. Tham số QoS mới được xác định đối với giao diện Iub giữa RNC và Node B. Tham số QoS HSDPA trong Iub là:
• Tốc độ bit đảm bảo (GBR) • Báo hiệu ưu tiên sắp xếp (SPI) • Loại bỏ bộ định thời (DT)
DT đặc trưng cho thời gian tối đa mà một gói làm vật đệm trong MAC-hs của Node B trước khi nó có thể bị loại bỏ.
Đối với lưu lượng dòng và thoại, tham số GBR HSDPA có thể được điều chỉnh theo các đặc tính yêu cầu tốc độ bit trong thuộc tính truyền tải của UMTS đối với lớp lưu lượng này[4].
Một SPI cao có thể được phân phối tới dòng vô tuyến hoặc các dịch vụ thời gian thực khác, trong khi đầu vào internet chung có thể được gán một giá trị SPI thấp. Kỹ thuật của 3GPP cũng cho phép thực hiện các lựa chọn cao hơn khi mà SPI được điều chỉnh động trong công suất cuộc gọi gói.
4.5 Sắp xếp gói4.5.1 Nguyên lý cơ sở 4.5.1 Nguyên lý cơ sở
Vấn đề cơ bản trong việc sắp xếp gói là làm thế nào để chia sẻ nguồn tài nguyên có ích tới tất cả người sử dụng để có thể thu nhận được dữ liệu. Để khắc phục khó khăn đó ta xem hàm lợi ích là một phép đo khả năng có thể được gia tăng từ việc sắp xếp. Giải pháp sắp xếp tốt nhất là một giải pháp mà có tối đa tổng của các chức năng có ích đối với tất cả người sử dụng tại bất cứ thời điểm nào. Tổng của các hàm lợi ích được gọi là hàm mục tiêu. Ở đây ta sử dụng thuật toán tìm kiếm độ chênh lệch nhằm đẩy mạnh tối đa đối với mỗi quyết định sắp xếp. Do đó, hệ thống có thể sắp xếp người sử dụng HSDPA trong TTI tiếp theo theo công thức 4.2:
, , log( ). . n HOL n n n req n d d r d δ − n
* = arg maxn{Mn}, khi Mn=dn n
n n r r U ∂ ∂ ( ) (4.2) Trong đó:
- Un(rn) là hàm lợi ích với n là người sử dụng HSDPA thứ n riêng lẻ
- rn là công suất trung bình của người sử dụng n và được xác định theo công thức 4.3:
Nếu người sử dụng n được phục vụ. (4.3) còn lại.
Khi rn,old là giá trị cũ của rn và α là nhân tố đang quên. Do đó α−1 bằng với chu kì tương đương trong một số lượng của các TTI với bộ lọc hàm số mũ đều.
- dn chỉ tốc độ dữ liệu tức thời mà người sử dụng HSDPA thứ n có thể truyền dẫn trong TTI tiếp theo – dn được thu bởi kết quả của thuật toán thích ứng kết nối HS-DSCH.
- Mnchỉ ra metric lập lịch biểu các cuộc gọi đã thực hiện