Tương tự như WCDMA/HSPA, RLC cũng có thể được cấu hình theo chế độ khơng báo nhận (Unacknowledged Mode - UM) và chế độ trong suốt (Transparent Mode - TM). Trong chế độ UM, sẽ cung cấp việc phân phát đúng thứ tự lên các lớp cao hơn, nhưng sẽ không truyền lại các PDUs bị thiếu. Thông thường UM được sử dụng cho những dịch vụ như VoIP khi mà việc phân phát không lỗi không quan trọng bằng thời gian phân phát ngắn. TM, mặc dù được hỗ trợ, nhưng chỉ được sử dụng cho những mục đích riêng biệt như truy cập ngẫu nhiên.
Mặc dù RLC có khả năng kiểm soát lỗi truyền dẫn do nhiễu, sự biến đổi kênh truyền khơng thể dự đốn (Unpredictable Channel Variations), v.v…, nhưng trong hầu hết trường hợp những lỗi này được kiểm soát bởi giao thức Hybrid ARQ dựa trên MAC. Việc sử dụng cơ chế truyền lại trong RLC có thể vì vậy mà trở nên không cần thiết. Tuy nhiên, như sẽ được thảo luận trong phần 3.3.4 dưới đây, không phải trường hợp nào cũng vậy và việc sử dụng cả hai cơ chế truyền lại dựa trên MAC và RLC trên
thực tế cũng có mặt tích cực khi mà có sự khác nhau trong việc truyền tín hiệu phản hồi.
Ngoài việc điều khiển việc truyền lại và phân phát theo trình tự, RLC cũng chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nối theo như minh họa trong Hình 3.2. Dựa trên quyết định của Scheduler (Scheduler Decision), một lượng dữ liệu nào đó được lựa chọn để truyền đi từ bộ đệm RLC SDU và các SDUs sẽ được phân đoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU. Do đó, đối với LTE thì kích thước RLC PDU thay đổi một cách động (Varies Dynamically), trong khi WCDMA/HSPA trước phiên bản 7 lại sử dụng kích thước PDU bán tĩnh (Semi-Static PDU Size). Khi mà tốc độ dữ liệu cao, kích thước PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ hơn tương ứng, còn khi mà tốc độ dữ liệu thấp, địi hỏi kích thước PDU phải nhỏ nếu khơng thì tải trọng sẽ trở nên quá lớn. Vì vậy, khi tốc độ dữ liệu nằm trong khoảng từ một vài kbps tới trên 100 Mbps, kích thước PDU động (Dynamic PDU Sizes) sẽ được điều chỉnh bởi LTE. Từ RLC, Scheduler và cơ chế thích ứng tốc độ đều được định vị tại eNodeB, và kích thước PDU động sẽ dễ dàng được hỗ trợ cho LTE.
3.3. Điều khiển truy nhập môi trường (MAC - Medium Access Control)
Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC quản lý việc ghép kênh luận lý (Logical Channel Multiplexing), việc truyền lại Hybrid ARQ, và hoạch định đường lên, đường xuống. Trong khi công nghệ HSPA sử dụng phân tập vĩ mô đường lên (Uplink Macro Diversity) và vì thế nó xác định cả những tế bào phục vụ và không phục vụ (Serving And Non-Serving Cells), thì LTE chỉ xác định một tế bào phục vụ vì khơng có phân tập vĩ mơ đường lên. Tế bào phục vụ (Serving Cell) là tế bào mà thiết bị đầu cuối di động được kết nối tới và tế bào mà chịu trách nhiệm cho việc hoạch định và điều khiển Hybrid ARQ.
3.3.1. Kênh logic và kênh truyền tải (Logical Channels And Transport Channels)
MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic. Một kênh logic được định nghĩa bởi dạng thơng tin mà nó mang theo và thường được phân loại thành các kênh điều khiển, được dùng cho việc truyền dẫn các thơng tin về cấu hình và điều khiển cần thiết cho hoạt động của hệ thống LTE, và các kênh lưu lượng (Traffic
Channels), được sử dụng cho dữ liệu người dùng. Tập hợp các loại kênh logic được chỉ định cho LTE bao gồm:
- Kênh điều khiển quảng bá (Broadcast Control Channel - BCCH): được sử dụng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất cả các thiết bị đầu cuối di động trong một tế bào. Trước khi truy nhập vào hệ thống, một thiết bị đầu cuối di động cần phải đọc những thông tin được truyền trên kênh BCCH để tìm ra cách thức hệ thống được cấu hình, ví dụ như băng thơng của hệ thống. - Kênh điều khiển tìm gọi (Paging Control Channel – PCCH): được sử dụng cho
việc tìm gọi của các thiết bị đầu cuối di động mà mạng không biết được vị trí của nó về mức tế bào (Cell Level) và vì vậy tin nhắn tìm gọi cần được truyền trong nhiều tế bào.
- Kênh điều khiển dành riêng (Dedicated Control Channel – DCCH): được dùng
cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển tới hoặc từ thiết bị đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho việc cấu hình riêng lẻ từng thiết bị đầu cuối di động ví dụ như những tin nhắn chuyển giao khác nhau.
- Kênh điều khiển Multicast (Multicast Control Channel - MCCH): được dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển được yêu cầu cho việc tiếp nhận của MTCH, xem phần dưới đây.
- Kênh lưu lượng dành riêng (Dedicated Traffic Channel - DTCH): được dùng cho việc truyền dữ liệu người dùng đến hoặc từ một thiết bị đầu cuối di động. Đây là 1 loại kênh logic được dùng để truyền dữ liệu người dùng đường lên và đường xuống phi-MBMS (Non-MBMS).
- Kênh lưu lượng Multicast (Multicast Traffic Channel – MTCH): được dùng cho
truyền dẫn đường xuống những dịch vụ MBMS.
Tương tự với kiến trúc kênh logic được dùng cho WCDMA/HSPA. Tuy nhiên, khi so sánh với WCDMA/HSPA, thì kiến trúc kênh logic LTE có phần đơn giản hơn, với việc giảm bớt số lượng các loại kênh logic.
Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng các dịch vụ dưới dạng các kênh truyền tải (Transport Channels). Một kênh truyền tải được định nghĩa bởi những đặc tính mà
thông tin được truyền đi qua giao diện vô tuyến. Theo những ghi chú từ HSPA, những phần được kế thừa cho LTE, dữ liệu trên 1 kênh truyền tải được tổ chức thành các khối truyền tải. Trong mỗi khoảng thời gian truyền tải (Transmission Time Interval – TTI), một khối truyền tải với kích thước nào đó được truyền đi qua giao diện vơ tuyến khi khơng có sự hiện diện của ghép kênh khơng gian. Trong trường hợp ghép kênh khơng gian (MIMO), có thể lên tới 2 khối truyền tải trên mỗi TTI.
Liên kết với mỗi khối truyền tải là một định dạng truyền tải (Transport Format - TF), xác định cách thức mà khối truyền tải được truyền đi thông qua giao diện vô tuyến. Định dạng truyền tải bao gồm thơng tin về kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế (The Modulation Scheme), ánh xạ anten (The Antenna Mapping). Cùng với việc phân bố tài nguyên, lưu lượng mã cuối cùng có thể nhận được từ định dạng truyền tải. Bằng việc thay đổi các định dạng truyền tải, lớp MAC có thể vì vậy mà nhận ra được các tốc độ dữ liệu khác nhau. Việc điều khiển tốc độ vì vậy mà cịn được xem như việc lựa chọn định dạng truyền tải.
Tập hợp các loại kênh truyền tải được chỉ định cho LTE bao gồm:
- Kênh quảng bá (Broadcast Channel - BCH): có một định dạng truyền tải cố định, được cung cấp bởi các đặc tính kỹ thuật. Nó được dùng cho việc truyền dẫn những thông tin trên kênh logic BCCH.
- Kênh Paging (Paging channel - PCH): được dùng cho việc Paging thông tin trên kênh logic PCCH. Kênh PCH hỗ trợ việc thu nhận không liên tục (Discontinous Reception - DRX) nhằm cho phép thiết bị đầu cuối di động tiết kiệm năng lượng pin bằng cách ngủ (Sleeping) và chỉ thức (Wake Up) khi nhận PCH tại những thời điểm xác định trước. Cơ chế Paging được mơ tả có phần chi tiết hơn trong Chương 5.
- Kênh chia sẻ đường xuống (Downlink Shared Channel - DL-SCH): là kênh truyền tải được dùng cho truyền dẫn dữ liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ những đặc tính của LTE như cơ chế thích ứng tốc độ động (Dynamic Rate Adaption) và hoạch định phụ thuộc kênh truyền (Channel Dependent Scheduling) trong miền thời gian và tần số, Hybrid ARQ, và ghép kênh không gian (Spatial Multiplexing). Nó cũng hỗ trợ DRX nhằm làm giảm năng lượng
tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối di động trong khi vẫn cung cấp trải nghiệm luôn mở (Always-On Experience), tương tự như cơ chế CPC trong HSPA. DL-SCH TTI là 1 ms.
- Kênh Multicast (Multicast Channel - MCH): được dùng để hỗ trợ MBMS và được đặc trưng bởi định dạng truyền tải bán tĩnh và hoạch định bán tĩnh (Semi- Static Transport Format And Semi-Static Scheduling). Trong trường hợp truyền dẫn nhiều tế bào (Multi-Cell Transmission) sử dụng MBSFN, cấu hình định dạng truyền tải và hoạch định được điều phối giữa những tế bào liên quan trong truyền dẫn MBSFN.
- Kênh chia sẻ đường lên (Uplink Shared Channel - UL-SCH): là đường lên tương ứng với DL-SCH.
Hình 3.3: Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền dẫn.
Một trong những chức năng của MAC là việc ghép các kênh logic khác nhau và ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền tải tương ứng. Không giống với MAC-HS trong HSDPA, MAC trong LTE hỗ trợ ghép kênh các RLC PDUs từ nhiều truyền tải vô tuyến khác nhau (Radio Bearers) vào cùng khối truyền tải. Vì có một vài mối quan hệ giữa loại thông tin và cách thức mà nó được truyền đi cho nên vẫn tồn tại những giới hạn nào đó trong việc ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền tải. Một ví dụ về ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền tải được đưa ra trong Hình 3.3. Những ánh xạ khác cũng được hình dung.
3.3.2. Hoạch định đường xuống
Một trong những nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là việc truyền dẫn chia sẻ kênh truyền trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian và tần số được chia sẻ động giữa những người dùng trong cả đường lên và đường xuống. Scheduler là một phần của lớp MAC và nó điều khiển việc phân bổ tài nguyên đường lên và đường xuống. Hoạch định đường lên và đường xuống được tách rời trong LTE và những quyết định phân bố đường lên, đường xuống có thể được đưa ra độc lập lẫn nhau (trong những giới hạn được thiết lập bởi sự phân chia UL/DL đối với hoạt động TDD). Hoạch định đường lên sẽ được bàn đến trong phần 3.3.3, trong khi phần còn lại của mục này sẽ tập trung vào hoạch định đường xuống.
Nguyên tắc cơ bản cho hoạch định đường xuống đó là quyết định động (Dynamically Determine), trong mỗi khoảng thời gian 1 ms, những thiết bị đầu cuối nào được phép thu truyền dẫn DL-SCH và trên những tài nguyên gì. Nhiều thiết bị đầu cuối có thể được hoạch định song song, trong mỗi trường hợp chỉ có 1 DL-SCH trên mỗi thiết bị đầu cuối được hoạch định, và nó sẽ được ánh xạ động (Dynamically Mapped) tới một tập hợp tài nguyên tần số duy nhất. Đơn vị thời gian-tần số cơ bản trong Scheduler còn được gọi là khối tài nguyên (Resource Block). Các khối tài nguyên được mô tả chi tiết hơn trong Chương 4 cùng với việc ánh xạ dữ liệu tới tài nguyên vật lý, nhưng về nguyên tắc cơ bản thì một khối tài nguyên là 1 đơn vị rộng 180 kHz trong miền tần số. Trong mỗi khoảng thời gian hoạch định 1ms, Scheduler sẽ phân bổ các khối tài nguyên cho một thiết bị đầu cuối để tiếp nhận việc truyền dẫn DL-SCH, một sự phân bổ được sử dụng bởi tiến trình lớp vật lý sẽ được mơ tả trong chương 4. Scheduler cũng đảm trách việc lựa chọn kích thước khối truyền tải (Transport Block). Như là một hệ quả của việc Scheduler điều khiển tốc độ dữ liệu, mà sự phân đoạn RLC và ghép kênh MAC cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi quyết định phân bố (Scheduling Decision). Đầu ra từ Scheduler đường xuống có thể được nhìn thấy trong Hình 3.1.
Mặc dù chiến lược hoạch định (Scheduling Strategy) là một đặc trưng bổ sung và không được chỉ định bởi 3GPP, mục tiêu chung của hầu hết những Scheduler là lợi dụng sự thay đổi kênh truyền giữa những thiết bị đầu cuối di động và ưu tiên hoạch
định truyền dẫn cho thiết bị đầu cuối di động trên những tài nguyên có điều kiện kênh truyền thuận lợi. Về mặt này, hoạt động của Scheduler LTE về cơ bản thì tương tự với hoạch định đường xuống trong HSDPA. Tuy nhiên, vì sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường xuống OFDM, LTE có thể khai thác sự biến đổi kênh truyền trong cả miền thời gian và tần số, trong khi HSDPA chỉ có thể khai thác sự biến đổi trong miền thời gian. Điều này đã được đề cập đến trong Chương 2 và được minh họa qua Hình 2.1. Đối với những băng thơng lớn hơn được hỗ trợ bởi LTE, khi mà lượng fading lựa chọn tần số (Frequency Selective Fading) sẽ thường xuyên xảy ra, khả năng khai thác sự biến đổi kênh của miền tần số của Scheduler sẽ trở nên càng quan trọng khi so với việc chỉ khai thác sự biến đổi trên miền thời gian. Đặc biệt tại những tốc độ thấp, khi mà sự biến đổi trong miền thời gian là tương đối chậm so với yêu cầu về độ trễ được đặt ra bởi nhiều dịch vụ, lúc này khả năng khai thác cả sự biến đổi miền tần số sẽ trở nên có lợi.
Thơng tin về trạng thái kênh truyền đường xuống, cần thiết cho việc hoạch định phụ thuộc kênh truyền, được phản hồi từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB thông qua những báo cáo chất lượng kênh truyền (Channel Quality Reports). Báo cáo chất lượng kênh truyền, còn được biết như Bộ chỉ thị chất lượng kênh truyền (Channel Quality Indicator), bao gồm những thông tin không chỉ về chất lượng kênh truyền hiện thời trong miền tần số, mà cịn những thơng tin cần thiết cho việc đưa ra những quyết định xử lý anten thích hợp trong trường hợp phân kênh khơng gian. Cơ sở cho những báo cáo CQI là việc đo lường những tín hiệu tham chiếu đường xuống (The Downlink Reference Signals). Tuy nhiên, những nguồn phụ về hiện trạng kênh truyền, ví dụ như sự trao đổi kênh truyền trong hoạt động TDD, cũng được khai thác bằng cách cài đặt một Scheduler riêng biệt như một sự bổ sung cho những báo cáo CQI.
Ngoài chất lượng kênh truyền, một Scheduler hiệu năng cao cũng phải cân nhắc đến tình trạng bộ đệm (Buffer Status) và mức độ ưu tiên trong quyết định phân bố (Decision Scheduling). Cả những khác nhau về loại dịch vụ cũng như là loại thuê bao (Subscription Type) có thể gây ảnh hưởng đến độ ưu tiên khi hoạch định. Ví dụ, một người dùng Voice Over IP với một đăng ký th bao đắt tiền phải ln được duy trì chất lượng dịch vụ cho dù tải trọng hệ thống đang ở mức cao, trong khi một người dùng đăng ký thuê bao chi phí thấp (A Low-Cost Subscription) đang tải về một file có
thể phải được thỏa mãn với những tài nguyên mà không được yêu cầu để hỗ trợ cho những người dùng khác.
Sự điều phối nhiễu, sẽ thực hiện việc điều khiển nhiễu liên tế bào trên cơ sở chậm (Slow Basis) được đề cập đến trong chương 2, cũng là một phần của Scheduler. Khi chiến lược hoạch định khơng được ủy nhiệm bởi những đặc tính kỹ thuật, sơ đồ điều phối nhiễu (nếu được sử dụng) là đặc thù của nhà khai thác và có thể nằm trong phạm vi từ những triển khai tái sử dụng bậc cao đơn giản (Simple Higher Order Reuse Deployments) tới những sơ đồ tiên tiến hơn.
3.3.3. Hoạch định đường lên
Chức năng cơ bản của hoạch định đường lên thì tương tự với đường xuống, cụ thể là việc quyết định động (Dynamically Determine) cho mỗi khoảng thời gian 1 ms, lúc đó những thiết bị đầu cuối di động truyền dữ liệu trên kênh UL-SCH của nó thuộc tài nguyên đường lên (Uplink Resources). Hoạch định đường lên cũng được dùng cho HSPA, nhưng vì có sự khác nhau giữa những sơ đồ đa truy nhập được sử dụng (The Different Multiple-Access Schemes), cho nên về khía cạnh này thì HSPA và LTE có một vài sự khác biệt đáng kể.
Trong HSPA, tài nguyên chia sẻ đường lên chính là độ giao thoa cho phép tại trạm gốc. Hoạch định đường lên HSPA chỉ thiết lập một giới hạn phía trên cho số lượng giao thoa đường lên mà thiết bị đầu cuối di động được phép tạo ra. Dựa trên sự giới hạn này, thiết bị đầu cuối di động sẽ tự động lựa chọn một định dạng truyền dẫn thích hợp. Chiến thuật này rõ ràng đã tạo ra sự nhạy cảm cho đường lên không trực giao mà trong trường hợp này là HSPA. Một thiết bị đầu cuối di động không sử dụng tất cả tài nguyên mà nó được cấp sẽ truyền tại mức năng lượng thấp hơn, bằng cách ấy có thể làm giảm được nhiễu nội tế bào (Intra-Cell Interference). Do đó, tài ngun chia sẻ khơng được sử dụng bởi một thiết bị đầu cuối di động có thể được khai thác bởi một