CHƯƠNG II : CÁC LỚP GIAO THỨC TRONG CÔNG NGHỆ LTE
4. Lớp MAC – Mobile Accesss Control – Điều khiển truy cập
Lớp MAC là lớp nằm giữa hai lớp RLC và lớp PHY. MAC truyền dữ liệu tới lớp
RLC dưới dạng các kênh logic. Lớp PHY truyền dữ liệu tới lớp MAC dưới dạng
các kênh truyền.
Kênh logic tồn tại ở trên đỉnh của MAC. Nó biểu diễn các dịch vụ truyền dữ liệu được cung cấp bởi MAC và được xác định bởi loại thơng tin nó mang. Nhìn chung được phân thành một số loại như sau:
- Kênh điều khiển được sử dụng để truyền điều khiển và thơng tin cấu hình cần
30 PHẠM NHƯ NGỌC
- Kênh lưu lượng được sử dụng cho dữ liệu.
Kênh truyền (Transport channel) là trong các transport blocks và ở đáy của lớp
MAC. Kênh này biểu diễn những dịch vụ được cung cấp bởi lớp PHY và được xác
định bởi thông tin được truyền trên giao diện vô tuyến như thế nào và với những đặc tính gì như cách điều chế ở lớp vật lý và cách giải mã.
Hình 18 : Giao tiếp của lớp vật lý (PHY) với MAC và lớp RLC
Dữ liệu trên kênh truyền được tổ chức thành từng khối truyền (transport blocks). Mỗi khoảng thời gian truyền (Transmisstio Time Interval), mỗi transport block có
kích thước cố định sẽ được truyền trên giao diện vô tuyến tới thiết bị di động. Mỗi transport block này được kết hợp với định dạng truyền (Transport Format) như kích thước, cơ chế điều chế, và ánh xạ anten (antenna mapping). Với sự thay đồi về định dạng truyền, lớp MAC có thể nhận được tốc độ dữ liệu khác nhau. Do đó
điều khiển ngồi ra cịn được biết đến như lựa chọn định dạng truyền.
4.1. Chiều xuống
Đối với chiều xuống, lớp MAC chịu trách nhiệm quản lý chức năng hybrid
ARQ, tự động xử lý lại mức transport –block. Ngồi ra, MAC cịn thực hiện truyền
như ánh xạ logic, có chức năng chia nhỏ các kênh logic khác nhau theo transport
block cho các lớp cao hơn. Việc lựa chọn định dạng và đo đạc cung cấp thông tin về mạng . Nó cần thiết cho việc quản lý tồn bộ mạng, điều khiển nguồn vô tuyến.
31 PHẠM NHƯ NGỌC
Hybrid ARQ
Quá trình Hybrid Automatic Repeat-reQuest (HARQ) được thực hiện trong sự kết hợp giữa lớp MAC và PHY để truyền lại những transport block (TBs) bị lỗi. PHY thực hiện việc kết hợp lại, lưu trữ lại (tăng độ dư thửa) và MAC thực hiện việc quản lý và báo hiệu.
MAC chỉ ra NACK khi có một transport block CRC bị lỗi, PHY ln ln chỉ ra lỗi. Việc truyền lại được thực hiện bởi eNodbB và bộ phát trên tuyến xuông sử dụng một loại mã hóa khác. Mã hóa sẽ được truyền đi và lưu trữ trong bộ đệm của eNodeB. Thậm chí, sau một hoặc hai lần attempt, sẽ có đủ dữ liệu để khơi
phục lại tín hiệu. Trong hoạt động của HARQ, việc truyền lại không phải đúng hồn tồn. Nó sẽ đúng hơn nếu kết hợp việc tính tốn với transport block trước để tạo ra transport block tốt. Đây là cách hiệu quả nhất để cung cấp chức năng ARQ này. Khi tính tốn tại transport block level, có các cơ chế xử lý ARQ khác vận hành trong RLC.
Các bước cơ bản của quá trình HARQ:
- MAC gửi bản tin NACK khi transport block bị lỗi CRC - Những transport block lỗi được lưu trữ lại.
- PHY truyền lại mã đánh thủng khác nhau.
- Quá trình truyền lại kết hợp với việc lưu lại các transport block. - Khi transport block đúng được giải mã, MAC sẽ báo hiệu ACK.
- Nhiều q trình HARQ có thể chạy song song để khôi phục lại các
transport block chưa giải quyết.
32 PHẠM NHƯ NGỌC
MAC Downlink Mapping
Khi một transport block có giá trị thu được sau q trình HARQ, các kênh transport được ánh xạ tới kênh logic.
Hình 20 : MAC Downlink Mapping
Hình vẽ trên biểu diễn kênh điều khiển lớp vật lý ở đáy của hình, tiếp tục
lên trên, nó kết thúc ở lớp MAC. Nó được sử dụng để lập lịch, báo hiệu và thực hiện một số chức năng mức thấp nữa. Kênh downlink shared chứa đựng cả kênh truyền cho paging và tuyến xuống. Kênh quảng bá vật lý sẽ đi quá tât cả các đường
để quảng bá.
Multicast channel được tơ xám trong hình vẽ trên bởi vì chúng khơng được chỉ trong Realease 8 của chuẩn LTE. Những kênh này sẽ được đánh địa chỉ lại
33 PHẠM NHƯ NGỌC
Kênh transport sử dụng cách mã hóa và điều chế khác nhau. Kênh quảng bá và paging phải đươc nhận ở bất cứ đâu trong cell vì vậy chúng phải được điều chế lớn. DL-SCH có thể được tối ưu bởi UE.
Hình vẽ trên minh họa một số kênh logic sau:
- Paging Control Channel(PCCH) : kênh downlink truyền thông tin paging và thông tin hệ thống. Kênh này được sử dụng khi mạng khơng biết vị trí cell của UE. - Dedicated Traffic Channel (DTCH): Kênh point-to-point, dành riêng cho UE, để truyền thơng tin người dùng. DTCH có thể có ở downlink và uplink.
- Broadcast Control Channel (BCCH) : kênh downlink dung để quảng bá thông tin
điều khiển hệ thống.
- Common Control Channel (CCCH) : kênh để truyền thông tin điều khiển giữa
UE và mạng. Kênh này được sử dụng cho UEs khơng có kết nối RRC với mạng. - Dedicated Control Channel (DCCH) : kênh hai hướng point-to-point truyền thông
tin điều khiển riêng giữa UE và mạng. Thường được dùng cho UE có kết nối RRC.
- Multicast Control Channel (MCCH): kênh downlink point-to-multipoint được sử dụng để truyền thông tin điều khiển MBMS từ mạng tới UE, với một hoặc vài MTCHs. Kênh này chỉ được sử dụng khi UEs nhận MBMS.
- Multicast Traffic Channel (MTCH) : kênh downlink pont-to-multipoint truyền dữ liệu lưu lượng từ mạng tới UE. Kênh này chỉ được sử dụng khi UEs nhận MBMS.
Lựa chọn định dạng MAC và phương pháp tính tốn.
Q trình lựa chọn định dạng chuẩn bị cho lớp vật lý để mã hóa và điều chế khối transport tiếp theo. Trên tuyến xuống, MAC trong UE sẽ thông dịch định dạng truyền. eNodeB gồm thông tin trong từng transport block mà chỉ rõ định dạng sử
dụng Modulation Coding Scheme (MCS) cho transport block tiếp theo. Nó có thể
34 PHẠM NHƯ NGỌC Đo tọa độ MAC từ local PHY tới RRC liên quan đến trạng thai local, điều
kiện và RRC thông báo lại cho eNodeB sử dung bản tin điều khiển. Từ eNodeB tới
RRC, RRC điều khiển việc điều chế local PHY và cài đặt cấu hình.
Việc đo đạc MAC hỗ trợ lập lịch cho tuyến xuống. Tốc độ và điều kiện vô tuyến ở UE được sử dụng cho eNodeB. Trạng thái bộ đệm và những loại tín hiệu
khác được truyền lên lớp cao hơn thông qua bản tin RRC. Nếu tốc độ cao, số time slot ít hơn được yêu cầu để truyền dữ liệu. Cả tuyến lên và tuyến xuống được lập
lịch đấy đủ bởi eNodeB. 4.2. Chiều lên
Quá trình xử lý trên tuyến lên cũng tương tự như tuyến xuống. Điều khác nhau
quan trọng là tốc độ dữ liệu bằng nửa tuyến xuống, Truy cập được thực hiện bởi eNodeB. Có sự thay đổi một số kênh logic, kênh truyền, truy cập ngẫu nhiện được sử dụng cho việc truyền ban đầu.
Đối với tuyến lên, chức năng của MAC bao gồm : kênh truy cập ngẫu nhiên, lập
lịch. Tạo header và lựa chọn định dang truyền (Transport Format Selection)
Lựa chọn định dạng truyền (Transport Format Selection)
Lớp MAC quyết định định dạng truyền. sử dụng nó như thế nào, đóng gói thơng tin như thế nào và mã hóa, điều chế như thế nào đã có sẵn và cấu hình PHY tương ứng để sẵn sàng truyền. Những thay đổi về định dạng được điều chế và mã hóa, nó
sẽ quyết định tốc độ dữ liệu. Lớp MAC sẽ quyết định dung lượng của transport block dựa vào định dạng truyền.
35 PHẠM NHƯ NGỌC
Hình 21 : MAC Uplink Mapping
Common Control Channel (CCCH), Dedicated Control Channel (DCCH), Dedicated Traffic Channel (DTCH), tất cả các kênh này được ánh xạ tới UL-SCH.
Việc truyền MAC trên UL-SCH phải được lập lich bởi thủ tục kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH). Khi UE khơng được kết nối, khộng có transmit slot nào được lập lịch. RACH cung cấp phương tiện cho thiết bị không được kết nối truyền. Việc truyền treen UL-SCH yêu cầu cấp phát nguồn từ eNodeB. Mặt khác, thủ tục
RACH được yêu cầu.
Thủ tục truy cập ngẫu nhiên
Thủ tục RACH được sử dụng trong 4 trường hợp sau:
- Truy cập ban đầu từ trạng thái không kết nối (RRC_IDLE) hoặc lỗi vô tuyến. - Chuyển giao (handover) yêu cầu thủ tục truy cập ngẫu nhiên.
- Dữ liệu DL hoặc UL đến khi RRC_CONNECTED sau khi UL PHY mất đồng bộ (có thể do công suất lưu trữ sự hoạt động).
36 PHẠM NHƯ NGỌC
- Dữ liệu UL đến khi khơng có kênh u cầu lập lịch rành riêng (PUCCH)
Thời gian là tới hạn bởi UE có thể di chuyển những khoảng cách khác nhau từ trạm cơ sở, và LTE yêu cầu chính xác đến từng micro giây. Trễ đường truyền tốc độ ánh sáng có thể là nguyên nhân làm thay đổi vấn đề đụng độ hoặc thời gian nếu khơng được duy trì.
Có hai dạng thủ tục RACH: Contention-base, cung cấp cho bốn vấn đề trên và non-contention-based, chỉ cung cấp cho trương hợp handover và dữ liệu DL
đến.
Truy cập ngẫu nhiên contention-based
Hình 22 : Thủ tục contention-based
Hình vẽ trên minh họa 4 bước của thủ tục RACH contention-based:
1. Khởi đầu truy cập ngẫu nhiên : gửi trên một tập nguồn của lớp vật lý, nó gồm nhóm những thuê bao được cấp phát cho mục đích này.
37 PHẠM NHƯ NGỌC
- Sử dụng chuỗi Zadoff-Chu, mã hóa giống CDMA, đồng thời cho phép transmistion được giải mã.
- ID là 6 bit ngẫu nhiên.
2. Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên.
- Gửi trên kênh điều khiển đường xuống vất lý (PDCCH) - Gửi trong một cửa sổ thời gian của một vài TTI.
- Để truy cập ban đầu, ít nhất truyền đạt RA-khởi đầu định danh, liên kết thông tin thời gian, UL cấp ban đầu , và phân công của C-RNTI tạm thời.
- Một hoặc nhiều UEs có thể được đánh địa chỉ trên một đáp ứng. 3. Truyền scheduled
- Sử dụng HARQ và RLC ở chế độ transparent trên UL-SCH. - Truyền UE xác định.
4. Contention resolution : eNodeB sử dụng bước tùy chọn này để kết thúc thủ tục RACH.
Truy cập ngẫu nhiên non-contention-based
Trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên non-contention-based, sẽ khơng có cơ hội cho việc đụng độ ban đầu bởi vì mã hóa được thực hiện trước bởi eNodeB. Hình vẽ
38 PHẠM NHƯ NGỌC
Hình 23 : Thủ tục non-contention based.
1. Công việc của truy cập ngẫu nhiên ban đầu là eNodeB tạo ra mã ban đầu gồm có 6 bit.
2. Khởi đầu truy cập ngẫu nhiênK UE truyền mã ban đầu.
3. Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên : cũng giống như đối với contention-based RA.
- Gửi trên PDCCH (Physical Downlink Control Channel) - Gửi trong một cửa sổ thời gian của một vài TTI.
- Truyền đạt ít nhất các thông tin sắp xếp thời gian và cấp Ul ban đầu cho việc bàn giao, và sự liên kết thông tin Thời gian cho dữ liệu DL đến. Ngoài ra, RA-nhận dạng ban đầu, nếu gửi cho RA-RNTI trên L1/L2 kênh điều khiển.
- Một hoặc nhiều UEs có thể được đánh địa chỉ trên một đáp ứng. 5. Lớp Điều khiển vô tuyến – Radio Resource Control RRC.
Lớp RLC nằm giữa lớp PDCP (lớp trên) và lớp MAC (lớp dưới). Lớp này giao tiếp cùng với lớp PDCP thông qua các điểm truy cập dịch vụ (SAP). Và giao tiếp với lớp MAC thông qua các kênh logic. Lớp RLC định dạng các PDCP PDU để phù hợp với kích thước của lớp MAC. Chính vì vậy, RLC phía phát sẽ phân mảnh các
39 PHẠM NHƯ NGỌC
PDCP PDU, và phía thu sẽ lắp ghép các RLC PDU để tái cấu trúc lại giống như phía thu.
Hơn nữa, RLC sẽ sắp xếp các RLC PDU nếu chúng thu được khơng đúng trình tự do thao tác HARQ được thực hiện bên trong lớp MAC. Đây là điểm khác nhau
chủ yếu so với …, trong đó HARQ việc tái sắp xếp được thực hiện trong lớp
MAC. Ưu điểm của việc tái sắp xếp cấu trúc trong RLC đó là khơng có các SN được thêm vào và bộ đệm nhận cần cho việc sắp xếp HARQ. Trong LTE, RLC
SN và bộ đệm thu RLC được sử dụng cho việc tái sắp xếp HARQ và các thao tác
liên quan đến ARQ mức RLC.
Các chức năng lớp RLC được thực hiện bằng các thực thể RLC. Một thực thể RLC
được cấu hình để làm việc ở một trong ba chế độ truyền dẫn: Transparent Monde
™, Unacknowledged Mode (UM) và Acknowledged Mode (AM). Trong AM, các chức năng đặc biệt được định nghĩa để hỗ trợ việc truyền tải lại. Khi UM và AM
được sử dụng, việc lựa chọn giữa hai chế độ này được thực hiện tại node B trong
suốt thủ tục thiết lập phần vận chuyển vô tuyến, dựa trên các yêu cầu về chất lượng dịch vụ của phần vận chuyển EPS. Các chế độ của RLC sẽ được mô tả chi tiết
trong các phần dưới đây.
5.1. Các thực thể RLC trong suốt.
Trong chế đô TM RLC entity được chuyển trong suốt tới các PDU, RLC
không thực hiện chức năng gì, khơng có phần mào đầu của RLC được đưa thêm vào. Khi khơng có phần mào đầu như vậy, một RLC SDU được ánh xạ trực tiếp tới
RLC PDU và ngược lại.
Chính vì vậy, việc sử dụng của RLC TM rất hạn chế. Chỉ có các bản tin RRC, khơng cần thiết phải cấu hình RLC có thể ứng dụng TM RLC, chẳng hạn như các bản tin quảng bá thơng tin của hệ thống, các bản tin tìm gọi, và các bản tin RRC được gửi đi khơng có phần vận chuyển báo hiệu vô tuyến SRB (signaling
40 PHẠM NHƯ NGỌC radio Bearers). TM RLC không được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu của người sử dụng của LTE.
TM RLC cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu vơ hướng. Hay nói cách khác, một thực thể TM RLC đơn được cấu hình khi phát các thực thể TMRLC hoặc khi thu các thực thể TM RLC
Hình 24 : Mơ hình thực thể TM RLC.
5.2 Trạng thái không cố định RLC
UM RLC cung cấp dịch vụ truyền tải một hướng giống như TM RLC. UM
RLC được sử dụng chủ yếu trong các dịch vụ nhạy cảm với trễ và ít lỗi, như là các
hệ thống VoIP, và trong các dịch vụ truyền tải yêu cầu độ trễ thấp khác. Các dịch vụ point-to-multipoint như MBMS (Multimedia Broadcast/ Multicast Service)
cũng sử dụng UM RLC-khi khơng có đường feedback trong các dịch vụ point –to-
41 PHẠM NHƯ NGỌC
Hình 25 : Sơ đồ khối của các thực thể UM RLC .
Các chức năng chính của UM RLC có thể được tổng kết như sau - Tách và ghép nối các RLC SDU.
- Sắp xếp lại các RLC PDU.
- Phát hiện ra các RLC PDU bị lặp. - Lắp ghép lại các RLC SDU.
Một thực thể UM RLC có thể được cấu hình để truyền hoặc nhận các RLC PDU
thông qua các kênh logic sau DL/UL DTCH, nó sẽ thực hiện truyền và nhận các PDU còn gọi là các UMD PDU.
Quá trình truyền thực thể UM RLC từ RLC SDU, nó sẽ đóng gói và/hoặc kết nối
các RLC SDU để các UMD PDU sẽ phù hợp với kích thước tổng cộng của RLC PDU đồng thời nó sẽ đưa các header RLC liên quan vào UMD PDU.
Khi nhận các UMD PDU nó sẽ phát hiện ra các UMD PDU này có bị lặp lại hay khơng, nếu bị lặp lại nó sẽ loại bỏ các UMD PDU lặp lại đó.
42 PHẠM NHƯ NGỌC
Phát hiện ra việc bị mất các UMD PDU tại các lớp thấp hơn để tránh cho việc trễ do tái sắp xếp kiến trúc khung tại phía thu.
Lắp ghép lại các RLC SDU từ các UMD PDU đã được sắp xếp lại (việc lắp ghép này sẽ không đếm các RLC PDU đã bị mất trên đường truyền và bị phát hiện) và