Phần dưới của hình 2.8 mô tả ấn định tài nguyên mã HS-DSCH cho từng người sử dụng trên cơ sở TTI=2ms (TTI: Transmit Time Interval: Khoảng thời gian truyền dẫn). HSPDA sử dụng TTI ngắn để giảm trễ và cải thiện quá trình bám theo các thay đổi của kênh cho mục đích điều khiển tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh (sẽ xét trong phần dưới).
Ngoài việc được ấn định một bộ phận của tổng tài nguyên mã khả dụng, một phần tổng công suất khả dụng của ô phải được ấn định cho truyền dẫn HS-DSCH. Lưu ý rằng HS-DSCH không được điều khiển công suất mà được điều khiển tốc độ. Trong trường hợp sử dụng chung tần số với WCDMA, sau khi phục vụ các kênh WCDMA, phần công suất còn lại có thể được sử dụng cho HS-DSCH, điều này cho phép khai thác hiệu quả tổng tài nguyên công suất khả dụng.
2.5.2 Điều chế và mã hoá thích ứng-Kỹ thuật truyền dẫn đa mã
HSDPA sử dụng các kỹ thuật thích ứng khác nhau 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. Trong thông tin di động, tỉ lệ tín trên tạp (SINR) của tín hiệu nhận được tại một thiết bị người sử dụng luôn biến đổi trong khoảng từ 30 – 40dB do fading nhanh và các đặc điểm về địa hình trong một cell. HSDPA thích ứng quá trình điều chế, tỉ lệ mã hóa 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 hóa thích ứng (AMC).
Bên cạnh QPSK, HSDPA kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế 16QAM để tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của 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 tùy 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 thức điều chế QPSK truyền thống chỉ yêu cẩu tách pha tín hiệu. Một bộ mã hóa Turbo dựa trên bộ mã hóa Turbo R99 với tỉ lệ mã hóa 1/3 , mặc dù các tỉ lệ mã hóa 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 dãy tỉ lệ mã có tới 64 giá trị khác nhau. Sự kết hợp của một kiểu điều chế và một tì lệ mã được gọi là Lược đồ Mã hóa và Điều chế (MCS – Modulation and Coding Scheme). Bảng 2.1 chỉ ra một số tập MCS thường được sử dụng cho HSDPA và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng với mỗi MCS.
Ngoài kỹ thuật AMC, phát đa mã cũng có thể xem như một công cụ thích ứng liên kết. Nếu user có các điều kiện kênh vô tuyến phù tốt, Node-B có thể lợi dụng điều kiện này bằng cách phát nhiều mã song song với nhau, nhằm đạt được thông lượng dữ liệu đỉnh khá lớn. Ví dụ với MCS 5 và một bộ 15 đa mã, có thể đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh tối đa lên tới 14Mbps với tỉ lệ mã hóa gần 1.
Với kỹ thuật phát đa mã, toàn bộ dải động của AMC có thể được tăng lên một lượng 10.log10(15) xấp xỉ 12dBs. Toàn bộ dải động thích ứng liên kết do AMC kết hợp với phát đa mã xấp xỉ 30db. Chú ý rằng, dải động của kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trong WCDMA xấp xỉ 20dB, có nghĩa là bé hơn khoảng 10dB so với dải động thích ứng liên kết trong HSDPA.
Bảng 2.2: Tốc độ bit tối đa khả dụng
Điều chế
Tỉ lệ
mã
Thông lượng với 5
mã
Thông lượng với 10
mã
Thông lượng với 15
mã
QPSK
1/4 600 Kbit/s 1,2 Mbit/s 1,8 Mbit/s 2/4 1,2 Mbit/s 2,4 Mbit/s 3,6 Mbit/s 3/4 1,8 Mbit/s 3,6 Mbit/s 5,4 Mbit/s
16 QAM
2/4 2,4 Mbit/s 4.8 Mbit/s 7,2 Mbit/s 3/4 3,6 Mbit/s 7,2 Mbit/s 10,7 Mbit/s
2.5.3 Kỹthuật H-ARQ với kết hợp mềm
Khi vận hành HSDPA ở lân cận hiệu suất phổ cao nhất, tỉ lệ lỗi khối BLER sau lần truyền dẫn đầu tiên được khuyến nghị trong khoảng từ 10 - 20%. Cơ chế yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ được ứng dụng trong giải pháp HSDPA nhằm giảm trễ và tăng hiệu suất của quá trình tái truyền dẫn dữ liệu. Hybrid automatic repeat request (Hybrid ARQ hay HARQ) là sự kết hợp của mã hóa sửa lỗi trước (FEC) và điều khiển lỗi ARQ cho các lỗi phát hiện được nhưng không sửa được. Trong ARQ chuẩn, các bit dư thừa được thêm vào dữ liệu truyền sử dụng một mã kiểm tra lỗi nào đó như CRC. Trong Hybrid ARQ, một mã được sử dụng có thể làm cả công việc sửa lỗi trước thêm vào việc phát hiện lỗi (ED) (như là mã Reed-Solomon, mã xoắn hay mã turbo), để sửa một tập con trong tất cả các lỗi mà nếu dùng ARQ thì không thể sửa trong lần đầu tiên phát. Kết quả là Hybrid ARQ hiệu quả tốt hơn ARQ trong các điều kiện tín hiệu không tốt, nhưng trong dạng đơn giản nhất này đi kèm với hiệu quả thông lượng thấp hơn đáng kể trong điều kiện tín hiệu tốt. Thường có một điểm chất lượng tín hiệu mà dưới đó thì Hybrid ARQ tốt hơn và chất lượng trên nó thì ARQ tốt hơn.
+ Hybrid ARQ đơn giản
Phiên bản đơn giản nhất của HARQ, kiểu I HARQ, thêm cả thông tin ED và FEC cho mỗi bản tin trước khi truyền. Khi khối dữ liệu được mã hóa đã được nhận, máy thu đầu tiên sẽ giải mã mã sửa lỗi. Nếu chất lượng kênh đủ tốt, tất cả các lỗi truyền dẫn có thể sửa chữa được, và máy thu có thể có được khối dữ liệu chính xác. Nếu chất lượng kênh xấu, và không phải tất cả các lỗi truyền dẫn đều có thể sửa được, máy thu sẽ nhận ra tình huống này bằng việc sử dụng mã phát hiện lỗi, sau đó khối dữ liệu nhận sẽ bị
loại bỏ và một quá trình truyền lại sẽ được yêu cầu bởi máy thu, như là ARQ thông thường.
Trong một dạng phức tạp hơn, kiểu II HARQ, bộ khởi tạo bản tin sẽ xen kẽ giữa các bit thông tin suốt chiều dài bản tin với các bit chẵn lẻ phát hiện lỗi. Khi truyền lần đầu tiên nhận không bị lỗi, các bít chẵn lẻ FEC không bao giờ được gửi. Hơn nữa, hai quá trình truyền liên tục có thể được kết hợp để phát hiện lỗi nếu có lỗi.
Để hiểu sự khác nhau giữa kiểu I và kiểu II, xem xét kích thước của ED và FEC được thêm thông tin: phát hiện lỗi chỉ thêm một vài byte tho một bản tin, cái mà chỉ gia tăng độ dài. FEC, mặt khác, thường có thể gấp đôi hoặc gấp ba lần độ dài của bản tin với các tỉ lệ sửa lỗi.
Trong trường hợp thông lượng, ARQ chuẩn thường dùng thêm vài phần trăm dung lượng kênh để bảo đảm tin cậy chống lại các lỗi, trong khi FEC thường chiếm một nửa hoặc nhiều hơn dung lượng của cả kênh để cải thiện kênh.
Ở ARQ chuẩn một quá trình phát phải không có lỗi trong bất kỳ chỗ nào. Ở kiểu II, lần đầu tiên truyền chỉ chứa dữ liệu và mã phát hiện lỗi (không khác gì ARQ). Nếu nhận không lỗi, mọi việc đã xong. Nếu dữ liệu nhận lỗi, lần truyền thứ 2 sẽ bao gồm FEC và ED. Nếu nhận không lỗi, ok. Nếu nhận lỗi, việc sửa lỗi có thể được thử bằng cách ghép thông tin nhận được trong cả 2 lần truyền.
Chỉ kiểu I chịu mất trong điều kiện tín hiệu mạnh. Kiểu II thì không vì các bit FEC chỉ được truyền trong lần phát lại sau nếu cần thiết. Trong điều kiện tín hiệu mạnh, kiểu II hoạt động tốt như ARQ thường. Trong trường hợp tín hiệu yếu, kiểu II tốt như FEC chuẩn.
+ Hybrid ARQ với kết hợp mềm
Trong thực tế, các khối dữ liệu đã mã hóa nhận được không chính xác thường được lưu lại ở máy thu hơn là gạt đi, và khi khối dữ liệu được truyền lại, và chúng được kết hợp với nhau. Điều này được gọi là Hybrid ARQ với kết hợp mềm. Mặc dù có thể hai lần truyền không thể giải mã mà không lỗi, như tổ hợp của các lần truyền nhận được sai có thể cho chúng ta đủ thông tin để giải mã chính xác. Có hai phương pháp kết hợp mềm chính trong HARQ:
Kết hợp theo đuổi (Chase combining - CC): mọi quá trình truyền lại đều có cùng thông tin (dữ liệu và các bit kiểm tra). Máy thu sử dụng kết hợp tỉ lệ tối đa để kết hợp các bit nhận được với các từ các lần truyền trước. Bởi vì tất cả các quá trình truyền thì
giống nhau, kết hợp theo đuổi có thể xem như là mã hóa lặp lại. Người ta có thể suy nghĩ mỗi lần truyền lại như bổ xung thêm năng lượng cho quá trình truyền thông qua tăng tỉ số Eb/N0.
Tăng độ dư (Incremental Redundancy – IR): mọi lần truyền lại đều chứa thông tin khác nhau so với lần trước. Nhiều bộ của các bit mã được tạo ra, mỗi cái đại diện cho cùng một tập hợp các bit thông tin. Việc truyền lại thường sử dụng các kiểu mã hóa khác với lần truyền trước đó, với các phiên bản độ dư khác nhau được tạo ra bằng cách đục lỗ đầu ra bộ giải điều chế. Vì vậy mỗi lần truyền lại, máy thu lại nhận thêm thông tin.
Có một vài biến thể của 2 phương pháp chính, ví dụ, ở phần kết hợp theo đuổi chỉ có một tập con của các bit trong lần truyền ban đầu được truyền lại. Ở phương pháp tăng độ dư, các bit có hệ thống luôn được thêm vào mỗi lần truyền lại thì đều có thể giải điều chế.
Một ví dụ của HARQ tăng độ dư trong HSDPA: khối dữ liệu đầu tiên được mã hóa với kiểu mã hóa Turbo 1/3 được đục lỗ, sau mỗi lần truyền khối đã mã hóa , mỗi lần truyền dùng một khối đục lỗ khác nhau (ví dụ chỉ có một khối được chọn) và được gửi. Kiểu đục lỗ được sử dụng trong mỗi lần truyền khác nhau, các bit mã hóa rất khác nhau trong mỗi lần truyền. Mặc dù HSDPA chuẩn hỗ trợ cả 2 kiểu, người ta thường dùng kiểu tăng độ dư vì với đa số trường hợp nó có hiệu quả tốt hơn với cùng một chi phí của sự phức tạp.
HARQ có thể được sử dụng trong chế độ dừng và đợi hoặc chế độ tùy chọn phát lặp lại. Chế độ dừng và đợi thì đơn giản hơn, nhưng việc chờ đợi tín hiệu xác nhận làm giảm hiệu quả. Vì vậy nhiều quá trình HARQ dừng và đợi thường được làm song song trong thực tế: khi một tiến trình HARQ đợi xác nhận, những tiến trình khác có thể sử dụng kênh để gửi dữ liệu khác.
Trong cơ chế SAW, phía truyền dẫn luôn luôn ở quá trình truyền dẫn các block đang hiện hành cho tới khi thiết bị người sử dụng hoàn toàn nhận được dữ liệu. Để tận dụng thời gian khi Node- B chờ các báo nhận, có thể thiết lập N tiến trình SAW-ARQ song song cho thiết bị người dùng. Do đó, các tiến trình khác nhau truyền dẫn trong các TTI riêng biệt. Số tiến trình SAW-ARQ song song được thiết lập tối đa là 8 (N=8), tuy nhiên thông thường chọn giá trị N từ 4-6.
Thời gian trễ nhỏ nhất cho phép giữa quá trình truyền dữ liệu gốc so với quá trình tái truyền dẫn dữ liệu lần đầu tiên trong HSDPA là 12ms.
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 vào 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.
Kỹ thuật HARQ là điểm khác cơ bản so với kỹ thuật phát lại trong WCDMA 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.