Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) xử lý ghép kênh logic, các phát lại HARQ, lập biểu đường lên và đường xuống. Khác với HSPA, trong đó sử dụng phân tập vĩ mô vì thế phải định nghĩa cả ồ phục vụ và các ô không phục vụ, LTE chỉ định nghĩa ô phục vụ vì không có phân tập vĩ mô đường lên. Ô phục vụ là ô mà đầu cuối di động nói đến và chịu trách nhiệm lập biểu và HARQ.
3.3.3.1.Các kênh logic và các kênh truyền tải
MAC cung cấp dịch vụ cho RLC trong dạng các kênh logic. Kênh logic được định nghĩa bởi kiểu thông tin mà nó mang. Nói chung các kênh này được phân thành các kênh điều khiển (được sử dụng để truyền dẫn thông tin điều khiển và cấu hình cần thiết đệ vận hành hệ thống LTE) và các kênh lưu lượng để truyền dẫn số liệu người sử dụng. Tập các kênh logic của LTE bao gồm:
Kênh điều khiển quảng bá (BCCH: Broadcast Control Channel) Được sử dụng để truyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cả các máy di động trong ô. Trước khi truy nhập hệ thống, đầu cuối di động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết được hệ thống được lập cấu hình như thế nào, chẳng hạn băng thông hệ thống.
Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH: Paging Control Channel) được sử dụng để tìm gọi các đầu cuối di động vì mạng không thể biết được vị trí của chúng ở cấp độ ộ và vì thế cần phát các bản tin tìm gọi trong nhiều ô (vùng định vị)
Kênh điều khiển riêng (DCCH: Dedicated Control Channel) được sử dụng để truyền các thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di động chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau.
Kênh điều khiển đa phương (MCCH: Multicast Control Channel) được sử dụng để truyền thông tin điều khiển cần thiết để thu kênh MTCH.
Kênh lưu lượng riêng (DTCH: Dedicate Traffic Channel) được sử dụng để truyền số liệu của người sử dụng đến/từ một đầu cuối di động. Đây là kiểu kênh logic được sử dụng để truyền tất cả số liệu đường lên của người sử dụng và số liệu đường xuống của người sử dụng không phải MBMS.
Kênh lưu lượng đa phương (MTCH: Multicast Traffìc Channel) được sử
dụng để phát các dịch vụ MBMS.
Các kênh logic có cấu trúc như các kênh được sử dụng cho WCDMA/HSPA, cấu trúc kênh logic của LTE phần nào đom giản hom với số lượng kiểu kênh ít hơn.
Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng các dịch vụ trong dạng các kênh truyền tải. Kênh truyền tải được định nghĩa bởi cách thức và các đặc tính mà thông tin được phát trên giao diện vô tuyến. Cũng giống như HSPA, số liệu trên một kênh truyền tải được tổ chức thành các khối truyền tải. Trong mỗi khoảng thời gian tniyền dẫn (TTI: Transmission Time Interval) tối đa một khối truyền tải với một kích thước nhất định được phát trên giao diện vô tuyến khi không có ghép kênh không gian. Trong trường hợp có ghép kênh không gian (MIMO) có thể có đến hai khối truyền tải trên một TTI.
Liên kết với mỗi khối truyền tải là khuôn dạng truyền tải (TF: Transport Identity) để đặc tả cách thức sẽ truyền khối truyền tải này trên giao diện vô tuyến. Khuôn dạng truyền tải bao gồm thông tin về kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế và cách sắp xếp anten. Cùng với ấn định tài nguyên, tỷ lệ mã cũng có thể được rút ra từ khuôn dạng truyền tải. Bằng cách thay đổi khuôn dạng truyền tải, lớp MAC có thể thực hiện các tốc độ số liệu khác nhau. Vì thế điều khiển tốc độ cũng được coi là chọn lựa khối truyền tải.
Tập các kênh truyền tải được định nghĩa trong LTE bao gồm:
Kênh quảng bá (BCH: Broadcast Channel) có khuôn dạng truyền tải cố định do chuẩn cung cấp. Nó được sử dụng để phát thông tin trên kênh logic BCCH.
Kênh tìm gọi (PCH: Paging Channel) được sử dụng để phát thông tin tìm gọi trên kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX: Discontinuos Reception) để cho phép đầu cuối tiết kiệm công suất acqui bằng cách ngủ và chỉ thức để thu PCH tại các thời điểm qui định trước.
Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH: Downlink - Shared Channel) là kênh truyền tải được sử dụng để phát số liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ các tính năng của LTE như thích ứng tốc độ động và lập biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số. Nó cũng hỗ trợ DRX để giảm tiêu thụ công suất của đầu cuối di
động mà vẫn đảm bảo cảm giác luôn kết nối giống như cơ chế CPC (Continuos Packet Connectivity: kết nối gói liên túc) trong HSPA.PL-SCH TTI là 1ms.
Kênh đa phương (MCH: Multicast Channel) được sử dụng để hỗ trợ MBMS. Nó được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải bán tĩnh và lập biểu bán tĩnh. Trong trường hợp phát đa ô sử dụng MBSFN, lập biểu và lập cấu hình khuôn dạng truyền tải được điều phối giữa các ô tham gia phát MBSFN.
Kênh chia sẻ đường lên (UL-SCH) là đối tác đường lên của DL-SCH
Một bộ phận của chức năng MAC là ghép các kênh logic và sắp xếp chúng lên các kênh truyền tải tương ứng. Khác với MAC-hs trong HSDPA, MAC trống LTE hỗ trợ ghép các RLC PDU từ các kênh vô tuyến khác nhau vào cùng một khối truyền tải. Vì kiểu thông tin và cách phải phát nó có mối quan hệ nhất định, nên sẽ có các quy định về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải. Thí dụ sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải được cho trên hình 3.8.
Hình 3.8. Thí dụ về sắp xếp các kềnh logic lên các kênh truyền tải
3.3.3.2.Lập biểu đường xuống
Một trong các nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là truyền dẫn kênh chia sẻ trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian-tần số được chia sẻ động giữa các người sử dụng trên cả đường lên và đường xuống. Bộ lập biểu là một bộ phận của lớp MAC, nó điều khiển ấn định tài nguyên đường lên và đường xuống. Trong LTE, lập biểu đường lên và đường xuống được tách riêng và các quyết định lập biểu đường lên và đường xuống có thể được đưa ra độc lập ( Trong
các giới hạn được đặt ra bởi việc phân chia đường lên/đường xuống trong trường hợp khai thác TDD). Phần còn lại của phần này sẽ xét lập biểu đường xuống.
Nguyên tắc chung của bộ lập biểu đường lên là quyết định động (trong từng khoảng thời gian 1 ms) đầu cuối nào sẽ được thu truyền dẫn DL-SCH và trên các tài nguyên nào. Nhiều đầu cuối có thể được lập biểu đồng thời, trong trường hợp này một DL-SCH được dành cho một đầu cuối được lập biểu, mỗi DL-SCH được sắp xếp đến một tập các tài nguyên tần số. Đơn vị thời gian-tần số cơ sở trong bộ lập biểu được gọi là khối tài nguyên là một đơn vị rộng 180 kHz trong miền tần số. Trong mỗi khoảng lập biểu 1 ms, bộ lập biểu ấn định các khối tài nguyên cho một đầu cuối để thu truyền dẫn DL-SCH. Bộ lập biểu cũng chịu trách nhiệm chọn kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế và cách sắp xếp anten (trong trường hợp phát nhiều anten). Như vậy thực chất bộ lập biểu điều chỉnh tốc độ, vì thế phân đoạn RLC và ghép kênh MAC cũng chịu ảnh hưởng của quyết định lập biểu.
Mặc dù chiến lược lập biểu là một thực hiện đặc thù và không được 3GPP đặc tả, nhưng mục đích chung của hầu hết các bộ lập biểu là lợi dụng các thay đổi kênh giữa các đầu cuối và lập biểu ưu tiên truyền dẫn đến đầu cuối có các điều kiện kênh ưu việt. Vì thế hoạt động bộ lập biểu LTE về nguyên lý giống như bộ lập biểu trong HSPA. Tuy nhiên do sử dụng OFDM làm sơ đồ truyền dẫn đường xuống, nên LTE có thể khai thác được các thay đổi kênh cả trong miền thời gian và miền tần số, trong khi lập biểu HSPA chỉ có thể khai thác các thay đổi miền thời gian. Đổi với các băng thông lớn hơn được LTE hỗ trợ, khi mà phadinh chọn lọc tần số xảy ra khá lớn, khả năng bộ lập biểu khai thác các thay đổi kênh miền tần số sẽ càng trở nên quan trọng so với chỉ khai thác thay đổi kênh miền thời gian. Nhất là tại các tốc độ thấp, khi thay đổi kênh trong miền thời gian khá chậm so với các yêu cầu trễ được đặt ra bởi nhiều dịch vụ, khả năng khai thác được cả các thay đổi miền tần số lại càng hữu lợi.
Thông tin về các điều kiện kênh đường xuống cần thiết để lập biểu phụ thuộc kênh được phạn hồi từ đầu cuối di động đến eNodeB thông qua các báo hiệu chất lượng kênh. Báo cáo chất lượng kênh (còn được gọi là chỉ thị chất lượng kênh: CQI) không chỉ chứa thông tin về chất lượng kênh tức thời trong miền tần số mà còn thông
tin cần thiết để quyết định xử lý anten phù hợp trong trường hợp ghép kênh không gian. Cơ sở của các báo cáo CQI là các kết quả đo các tín hiệu thảm khảo đường xuống. Tuy nhiên, các nguồn thông tin kênh bổ sung, như tính đảo lẫn kênh trong trường hơp khai thác TDD, cũng có thể được khai thác bởi một thực hiện đặc biệt của bộ lập biểu như là một thông tin bổ xung thêm cho các báo cáo CQI.
Ngoài chất lượng kênh, bộ lập biểu hiệu năng cao cũng phải xét đến trạng thái bộ đệm và các mức ưu tiên trong các quyết định lập biểu. Ngoài ra các khác biệt về kiểu dịch vụ và kiểu đăng ký cũng có thể ảnh hưởng lên mức ưu tiên lập biểu. Chẳng hạn, một người sử dụng VoIP với đăng ký đắt tiền sẽ được đảm bảo chất lượng dịch vụ của mình ngay cả khi tải hệ thống cao, trong khi một người sử dụng tải file xuống và có đăng kí giá rẻ có thể phải thỏa mãn với các tài nguyên không dùng cho các người sử dụng khác.
Điều phối nhiễu cũng là một bộ phận của bộ lập biểu.Vì chuẩn không quy định chiến lược lập biểu này, nên sơ đồ điều phối nhiễu (nếu được sử dụng) là đặc thù của nhà cung cấp thiết bị và chúng có thể đon giản hoặc tiên tiến.
3.3.3.3. Lập biểu đường lên
Sơ đồ cơ sở của bộ lập biểu đường lên cũng giống như đường xuống, nghĩa là nó quyết định trong từng khoảng 1 ms các đầu cuối nào sẽ được phát trên các UL- SCH của chúng và phát trên các tài nguyên đường lên nào. lập biểu đường lên cũng được sử dụng cho HSUPA, nhưng do các sơ đồ đa truy nhập khác nhau được sử dụng, nên giữa các sơ đồ này có các khác biệt đáng kể.
Trong HSUPA, tài nguyên đường lên chia sẻ trước hết là nhiễu cho phép tại trạm gốc. Bộ lập biểu đường lên HSPA chỉ thiết lập một giới hạn về lượng nhiễu đường lên mà một đầu cuối đi động được phép tạo ra. Dựa trên giới hạn này, đầu cuối di động tự quyết chọn khuôn dạng truyền tải phù hợp. Chiến lược này chỉ có nghĩa cho đường lên không trực giao như ở trường hợp HSPA. Một đầu cuối nếu không sử dụng toàn bộ tài nguyên được cho phép sẽ phát công suất thấp hơn và vì thế giảm nhiễu giữa các ô. Vì thế tài nguyên chia sẻ không được sử dụng hết bởi một đầu cuối di động có thể được một đầu cuối di động khác sử dụng thông qua ghép kênh thống kê. Vì chọn lựa khuôn dạng truyền tải được đặt trong đầu cuối di
động đổi với đường lên của HSPA, nên cần cỏ báo hiệu ngoài băng để thông báo cho nút B về chọn lựa này.
Đối với LTE, đường lên là trực giao và tài nguyên chia sẻ được điều khiển bởi bộ lập biểu eNodeB là các đơn vị tài nguyên thời gian tần số. Vì thể khi một tài nguyên không được sử dụng hết bởi một đầu cuối di động, phần thừa của tàỉ nguyên này không thể được sử dụng cho một thiết bị di động khác, nên rất ít lợi ích nhận được khi để đầu cuối di động tự chọn khuôn dạng truyền tải như trong HSPA. Vì thế ngoài việc ấn định tài nguyên thời gian tần số cho đầu cuối di động, bộ lập biểu của eNodeB cũng chịu trách nhiệm điều khiển khuôn dạng truyền tải (kích thước tải tin, sơ đồ điều chế) mà đầu cuối di động cần sử dụng. Vì bộ lập biểu đã biết được khuôn dạng truyền tải mà đầu cuối di động sẽ sử dụng để phát, nên không cần báo hiệu điều khiển ngoài băng từ đầu cuối di động đến eNodeB. Xét từ góc độ vùng phủ cách làm này là có lợi vì nếu xét giá thành trên một bit cho phát thông tin báo hiệu ngoài băng so với giá truyền dẫn số liệu, thì giá cho trường hợp đầu cao hơn nhiều vì thông tin báo hiệu phải được thu với độ tin cậy cao hơn.
Ngoài việc bộ lập biểu eNodeB quyết định khuôn dạng truyền tải cho đầu cuối đi động, cần nhấn mạnh rằng quyết định đường lên được đưa ra cho một đầu cuối di động chứ không phải cho một kênh mang vô tuyển. Như vậy mặc dù bộ lập biểu eNodeB điều khiển tải tin của đầu cuối di động được lập biểu, đầu cuối này vẫn chịu trách nhiệm để chọn kênh mang vô tuyến nào mà từ đó số liệu được lấy ra. Vì thế đầu cuối di động tự quyết xử lý ghép kênh logic. Điều này được minh họa trên phần phải của hình 3.9, trong đó bộ lập biểu eNodeB điều khiển khuôn dạng truyền tải và đầu cuối dị động điều khiển ghép kênh logic. Để so sánh, phần trái của hình 3.9 minh họa tình trạng trong đó eNodeB điêu khiên cả khuôn dạng truyền tải và
Hình 3.9. Chọn khuôn dạng truyền tải trên đường xuống (trái), trên đường lên (phải)
Ghép kênh mạng vô tuyến trong đầu cuối di động được thực hiện theo các quy tắc, trong đó các thông số của các quy tắc này được lập cấu hình bởi báo hiệu RRC từ eNodeB. Mỗi kênh mang vô tuyến được ấn định một mức ưu tiên và một tốc độ bít ưu tiên. Đầu cuối đi động sẽ chọn ghép kênh mang vô tuyến sao cho các kênh mang này được phục vụ theo thứ tự ưu tiên cho tốc độ số liệu ưu tiên. Các tài nguyên còn lại, nếu còn sau khi đã phục vụ tốc độ bít ưu tiên, sẽ được trao cho các kênh mang theo thứ tự ưu tiên.
Để hỗ trợ lập biểu đường lên khi đưa ra các quyết định, đầu cuối di động có thể phát thông tin lập biểu đến eNodeB bằng một bản tin MAC. Rõ ràng rằng thông tin này chỉ có thể phát nếu đầu cuối di động được cấp phép lập biểu hợp lệ. Nếu không được cho phép lập biểu, đầu cuối sẽ phát đi một chỉ thị rằng nó cần tài nguyên cho đường lên và chỉ thị này được cung cấp bởi một bộ phận của cấu trúc báo hiệu điều khiển L1/L2.
Lập biểu phụ thuộc kênh thường được sử dụng cho đường xuống, về nguyên tắc, nó cũng có thể được sử dụng cho đường lên.Tuy nhiên, đánh giá chật lượng kênh đường lên là không đơn giản như trong trường hợp đường xuống. Các điều kiện kênh đường xuống được đo bởi tất cả các đầu cuối di động trong ô chỉ đơn giản bằng cách quan trắc các tín hiệu tham khảo phát đi từ eNodeB và tất cả các đầu cuối có thể chia sẻ cùng một tín hiệu tham khảo cho mục đích ước tính chất lượng kênh. Tuy nhiên ước tính chất lượng kênh đường lên đòi hỏi phát tín hiệu chuẩn thăm dò từ từng đầu cuối di động mà eNodeB muốn ước tính chất lượng kênh. LTE hỗ trợ tín hiệu tham khảo thăm dò này , tuy nhiên phải trả giá bằng thông tin bổ sung. Vì thế cần có thêm phương tiện để cung cấp phân tập đường lên phụ trợ cho lập biểu đường lên.
3.3.3.4.HARQ
LTE HARO với kết hợp mềm phục vụ mục tiêu giống như HARQ cho HSPA- để đảm bảo tính bền vững chống lai các lỗi truyền dẫn. Đây cũng là công cụ để tăng cường dung lượng. Vì phát lại HARQ xảy ra nhanh, nên đây cũng là cơ chế điều khiển tốc độ ẩn tàng (vòng kín) đổi với nhiều dịch vụ. Cũng như HSPA, giao thức