Tương tự với WCDMA/HSPA cũng như là hầu hết những hệ thống truyền thơng hiện đại khác, quy trình kỹ thuật dành cho LTE được cấu trúc thành nhiều lớp vật lý khác nhau. Mặc dù có một số lớp trong những lớp này thì tương tự với những lớp được sử dụng cho WCDMA/HSPA nhưng vẫn có một số khác biệt, chẳng hạn như sự khác nhau về kiến trúc tổng thể giữa WCDMA/HSPA và LTE. Chương này sẽ đi sâu mô tả các lớp giao thức bên trên lớp vật lý, sự tương tác giữa chúng, và sự giao tiếp với lớp vật lý.
Tổng quan về kiến trúc giao diện LTE cho đường xuống được minh họa trong Hình 3.1. Có một vấn đề sẽ trở nên rõ ràng hơn trong phần thảo luận tiếp theo đó là khơng phải tất cả những phần tử được minh họa trong Hình 3.1 đều được áp dụng trong mọi trường hợp. Ví dụ như trong trường hợp Broadcast thơng tin hệ thống thì MAC Scheduling và Hybrid ARQ đều không được sử dụng. Hơn nữa, kiến trúc giao diện LTE liên quan đến đường lên thì tương tự với kiến trúc đường xuống trong Hình 3.1, mặc dù cũng có một số sự khác biệt về sự lựa chọn định dạng truyền tải (Transport Format Selection) và truyền dẫn đa anten (Multi-Antenna Transmission) và vấn đề này cũng sẽ được thảo luận.
Dữ liệu được truyền trên đường xuống dưới dạng các gói IP trên một trong những tải tin SAE (SAE Bearers). Trước khi truyền đi qua giao diện vơ tuyến, những gói IP đến (Incoming IP Packets) sẽ đi qua nhiều phần tử, được tổng kết dưới đây và được mô tả chi tiết hơn trong những phần sau:
- Giao thức hội tụ dữ liệu gói (Packet Data Convergence Protocol -PDCP): thực hiện việc nén tiêu đề IP (IP Header) để làm giảm số lượng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến. Cơ chế nén tiêu đề dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn được sử dụng trong WCDMA cũng như là trong các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng đảm nhiệm việc mã hóa và bảo vệ tính tồn vẹn của dữ liệu được truyền đi. Tại phía thu, giao thức
PDCP sẽ thực hiện công việc giải nén và giải mã thông tin. Chỉ có một phần tử PDCP trên một tải tin vơ tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động. - Điều khiển liên kết vô tuyến (Radio Link Control - RLC): đảm nhiệm việc phân đoạn/ghép nối, điều khiển việc truyền lại, và phân phát lên các lớp cao hơn theo thứ tự. Không giống như WCDMA, giao thức RLC được định vị trong eNodeB vì chỉ có một loại node đơn trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE (LTE Radio Access Network Architecture). RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dưới dạng các tải tin vô tuyến. Chỉ có một phần tử RLC trên một tải tin vơ tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.
- Điều khiển truy cập môi trường (Medium Access Control - MAC): điều khiển việc truyền lại Hybrid ARQ và hoạch định đường lên, đường xuống. Chức năng hoạch định được định vị trong eNodeB, và nó chỉ có một phần tử MAC cho một tế bào, cho cả đường lên và đường xuống. Phần giao thức Hybrid ARQ có mặt trong cả đầu cuối phát và thu của giao thức MAC. Khối MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic.
- Lớp vật lý (Physical Layer – PHY): điều khiển việc mã hóa/giải mã, điều chế/ giải điều chế, ánh xạ đa anten (Multi Antenna Mapping), và các chức năng lớp vật lý tiêu biểu khác. Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dưới dạng các kênh chuyển tải (Transport Channels).
Những phần sau sẽ cung cấp những mô tả chi tiết hơn về các giao thức RLC và MAC của LTE cũng như là tổng quan về lớp vật lý khi được nhìn từ lớp MAC, trong khi những chi tiết đầy đủ của lớp vật lý LTE sẽ được đề cập đến trong Chương 4. Những thơng tin khác có thể được tìm thấy trong đặc tính kỹ thuật của LTE và những tham khảo trong đó.
3.2. Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC - Radio Link Control)
RLC LTE, tương tự như WCDMA/HSPA, đảm nhiệm việc phân đoạn (nén tiêu đề) các gói IP, cịn được xem như là RLC SDUs, từ PDCP thành những đơn vị nhỏ hơn, RLC PDUs (Nhìn chung, các phần tử dữ liệu đến/từ một lớp giao thức cao hơn thì được xem như là một Đơn vị dữ liệu dịch vụ SDU (Service Data Unit) và phần tử tương ứng đến/từ một lớp giao thức thấp hơn được biểu thị như Đơn vị dữ liệu giao thức PDU (Protocol Data Unit)). Nó cũng điều khiển việc truyền lại các PDUs bị nhận nhầm, cũng như là xóa bỏ những PDUs bị nhân đôi (Duplicate Removal) và ghép nối các PDUs nhận được. Cuối cùng, RLC sẽ đảm bảo việc phân phát theo trình tự các RLC SDUs lên các lớp bên trên.
Cơ chế truyền lại RLC có trách nhiệm cung cấp dữ liệu phân phát không bị lỗi cho các lớp cao hơn. Để làm được điều này, sẽ có một giao thức truyền lại hoạt động giữa các phần tử RLC tại đầu thu và đầu phát. Bằng việc giám sát các số thứ tự đi đến (Incoming Sequence Numbers), RLC thu có thể phát hiện ra những PDUs bị thiếu. Các báo cáo trạng thái sẽ được phản hồi trở về RLC phát, yêu cầu truyền lại các PDUs bị
thiếu. Khi phản hồi một trạng thái báo cáo được cấu hình, một báo cáo đặc trưng chỉ chứa thơng tin về nhiều PDUs và ít khi được truyền đi. Dựa trên báo cáo trạng thái thu được, phần tử RLC tại đầu phát có thể đưa ra những hành động thích hợp và truyền lại những PDUs bị thiếu nếu được yêu cầu.
Khi RLC được cấu hình để yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu như được mô tả ở trên, nó được gọi là đang hoạt động trong chế độ báo nhận (Acknowledged Mode - AM). Điều này cũng giống như cơ chế tương ứng được dùng trong WCDMA/HSPA. Thông thường AM được sử dụng cho các dịch vụ dựa trên TCP như khi truyền tập tin mà yếu tố phân phát dữ liệu không bị lỗi được đặt lên hàng đầu.
Hình 3.2: Phân đoạn và hợp đoạn RLC.
Tương tự như WCDMA/HSPA, RLC cũng có thể được cấu hình theo chế độ không 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.