Cơ chế HARQ sẽ hiệu chỉnh cỏc lỗi truyền dẫn do tạp õm và cỏc thay đổi khụng dự bỏo đƣợc của kờnh. Nhƣ đó xột trƣớc đõy, RLC cũng cú khả năng yờu cầu
Receiver prcessing Receiver prcessing Receiver prcessing Receiver prcessing Receiver prcessing Receiver prcessing Receiver prcessing Receiver prcessing TTI #0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Demultiplexed info logical chanel and forwarded to RLC reordering
TrBlk 1 TrBlk 2 TrBlk 5 TrBlk 3
TrBlk 0 TrBlk 1 TrBlk 2 TrBlk 3 TrBlk 0 TrBlk 4 TrBlk 5 TrBlk 3 TrBlk 0 TrBlk 4 ANK ACK ACK ANK
ANK ANK ACK
ACK
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
phỏt lại, thoạt nhỡn cú vẻ nhƣ điều ấy là khụng cần thiết. Tuy nhiờn, mặc dự cỏc phỏt lại RLC ớt khi cần thiết vỡ HARQ dựa trờn MAC đó cú khả năng sửa hầu hết lỗi truyền dẫn, HARQ cú thể đụi khi thất bại khi truyền cỏc khối số liệu khụng mắc lỗi đến RLC và gõy ra khoảng trống trong chuỗi cỏc khối số liệu khụng mắc lỗi đƣợc chuyển đến RLC. Điều này thƣờng xảy ra do bỏo hiệu phản hồi bị lỗi, chẳng hạn NAK bị mỏy phỏt nhận nhầm là ACK dẫn đến mất số liệu. Xỏc suất của việc xảy ra điều này cú thể khoảng 1%, đõy là một xỏc suất lỗi quỏ cao đối với cỏc dịch vụ dựa trờn TCP đũi hỏi chuyển cỏc gúi TCP hầu nhƣ khụng mắc lỗi. Đặc biệt, đối với cỏc tốc độ số liệu cao vƣợt quỏ 100Mbps, yờu cầu xỏc suất mất gúi thấp hơn 10-5. Về căn bản, TCP nhỡn nhận tất cả cỏc lỗi gúi nhƣ là do nghẽn. Vỡ thế cỏc lỗi gúi sẽ khởi động cơ chế loại bỏ nghẽn bằng cỏch giảm tốc độ số liệu và duy trỡ hiệu năng tốt tại cỏc tốc độ số liệu cao, RLC – AM phục vụ mục đớch quan trọng này để đảm bảo (hầu nhƣ) chuyển số liệu khụng mắc lỗi đến TCP.
Từ phõn tớch trờn ta thấy, nguyờn nhõn cần cú hai cơ chế phỏt lại chồng lờn nhau là ở bỏo hiệu phản hồi. Vỡ mục đớch của cơ chế HARQ là phỏt lại nhanh, nờn cần gửi bit bỏo cỏo trạng thỏi ACK/NAK đến mỏy phỏt càng nhanh càng tốt trong một TTI . Mặc dự về nguyờn tắc cú thể đạt đƣợc một xỏc suất lỗi thấp bất kỳ của phản hồi ACK/NAK, tuy nhiờn điều này phải trả giỏ bởi cụng suất truyền dẫn ACK/NAK . Giỏ thành này sẽ đƣợc duy trỡ hợp lý nếu tỷ số lỗi hồi tiếp vào khoảng 1% và điều này quyết định tỷ lệ lỗi bit dƣ của HARQ. Vỡ cỏc bỏo cỏo trạng thỏi RLC đƣợc phỏt thƣa hơn nhiều so với ACK/NAK nờn giỏ thành nhận đƣợc độ tin cậy ...... là khỏ thấp. Vỡ thế, kết hợp HARQ và RLC cho phộp nhận đƣợc kết hợp giữa thời gian truyền vũng nhỏ và chi phớ hồi tiếp khiờm tốn trong đú hai phần từ này bổ xung cho nhau.
Vỡ RLC và HARQ đƣợc đặt trong cựng một nỳt, nờn cú thể đảm bảo tƣơng tỏc chặt chẽ giữa hai giao thức và vỡ thế việc phỏt lại cỏc PDU bị mất của RLC nhanh hơn. Chẳng hạn nếu cơ chế HARQ phỏt hiện một lỗi khụng thể khụi phục đƣợc, thỡ phỏt bỏo cỏo trạng thỏi RLC đƣợc khởi động tức thỡ và khụng cần chờ phỏt bỏo cỏo trạng thỏi định kỡ. Ở mức độ nhất định, kết hợp HARQ và RLC cú thể đƣợc coi nhƣ là một cơ chế với hai cơ chế bỏo hiệu phản hồi trạng thỏi.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Về nguyờn tắc, cũng cú thể ỏp dụng phƣơng phỏp núi trờn cho trƣờng hợp HSPA. Tuy nhiờn RLC và HARQ đƣợc đặt tại cỏc nỳt khỏc nhau đối với HSPA, nờn núi chung khụng thể đảm bảo tƣơng tỏc chặt chẽ [1]
1.3.4. Lớp vật lý
Lớp vật lý chịu trỏch nhiệm mó húa, xử lý HARQ lớp vật lý, điều chế, xử lý đa anten và sắp xếp tớn hiệu đến cỏc tài nguyờn thời gian – tần số vật lý tƣơng ứng.
Hỡnh 1.14 mụ tả tổng quan quỏ trỡnh xử lý DL – SCH.
Khi một đầu cuối di động đƣợc lập biểu trong một TTI lờn DL – SCH, lớp vật lý nhận đƣợc khối truyền tải của số liệu cần phỏt. Đối với mỗi khối truyền tải, CRC đƣợc gắn thờm và mỗi khối truyền tải với CRC gắn thờm này đƣợc mó húa riờng. Tỷ lệ mó húa bao gồm cả thớch ứng tốc độ nếu cần, đƣợc xỏc định ẩn tàng bởi kớch thƣớc khối truyền tải, sơ đồ điều chế và khối lƣợng tài nguyờn đƣợc ấn định cho lập biểu đƣờng xuống. Tất cả cỏc đại lƣợng này đƣợc lựa chọn bởi bộ lập biểu đƣờng xuống. Phiờn bản dƣ sẽ sử dụng đƣợc điều khiển bởi giao thức HARQ và nú sẽ ảnh hƣởng lờn xử lý phối hợp tốc độ để tạo ra tập cỏc bit đƣợc mó húa đỳng. Cuối cựng trong trƣờng hợp ghộp kờnh khụng gian, sắp xếp anten cũng đƣợc điều khiển bởi bộ lập biểu đƣờng xuống.
Đầu cuối di động thi tớn hiệu đƣợc phỏt và thực hiện xử lý lớp vật lý ngƣợc với phớa phỏt. Lớp vật lý tại đầu cuối di động cũng thụng bỏo cho giao thức HARQ về việc truyền dẫn cú đƣợc giải mó thành cụng hay khụng. Thụng tin này đƣợc phõn chức năng HARQ của MAC trong đầu cuối di động sử dụng để quyết định cú nờn yờu cầu phỏt lại hay khụng.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hỡnh 1.14. mụ tả đơn giản cấu trỳc và xử lý lớp vật lý cho DL – SCH
Xử lý lớp vật lý cho UL – SCH rất gần giống với xử lý DL – SCH. Tuy nhiờn cần lƣu ý rằng bộ lập biểu trong eNodeB chịu trỏch nhiệm để chọn ra khuụn dạng truyền tải của đầu cuối di động và cỏc tài nguyờn sẽ sử dụng cho đƣờng lờn. Xử lý lớp vật lý UL – SCH đƣợc minh họa ở dạng đơn giản húa trờn (hỡnh 1.15).
Cỏc kờnh truyền tải đƣờng xuống cũn lại đều dựa trờn quỏ trỡnh xử lý tổng quỏt nhƣ DL – SCH, mặc dự cú một số qui định trong tập cỏc tớnh năng sẽ sử dụng trong tƣơng lai. Đối với phỏt quảng bỏ thụng tin hệ thống trờn BCH, đầu cuối di động phải cú khả năng thu đƣợc kờnh thụng tin này nhƣ là một trong cỏc bƣớc đầu tiờn để truy nhập hệ thống. Vỡ thế khuụn dạng truyền dẫn kờnh này phải đƣợc đầu cuối biết trƣớc và khụng cú bất kỳ điều khiển động nào của lớp MAC đồi với cỏc thụng số truyền dẫn trong trƣờng hợp này.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hỡnh 1.15: Xử lý lớp vật lý ở dạng đƣợc đơn giản húa cho UL-SCH
Đối với phỏt cỏc bản tin tỡm gọi trờn PCH, ở mức độ nhất định thớch ứng động cỏc thụng số truyền dẫn cũng cú thể đƣợc sử dụng. Tổng quỏt quỏ trỡnh xử lý trong trƣờng hợp này cũng giống nhƣ quỏ trỡnh xử lý tổng quỏt của DL – SCH. MAC cú thể điều khiển điều chế, khối lƣợng tài nguyờn và sắp xếp anten. Tuy nhiờn vỡ đƣờng lờn vẫn chƣa đƣợc thiết lập khi đầu cuối di động đang đƣợc tỡm gọi, nờn khụng thể sử dụng HARQ vỡ đầu cuối di động khụng thể phỏt ACK/NAK.
MCH đƣợc sử dụng để phỏt MBMS, thụng thƣờng bằng khai thỏc mạng một tần số với phỏt đi từ nhiều ụ trờn cựng một tài nguyờn với cựng một khuụn dạng trong cựng một thời gian. Vỡ thế, lập biểu cỏc tài nguyờn phải đƣợc phối kết hợp giữa cỏc ụ tham gia và MAC khụng thể chọn lọc động cỏc thụng số truyền dẫn [1]
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Trong LTE, đầu cuối cú thể nằm trong một số trạng thỏi nhƣ minh họa trờn hỡnh 1.16. Khi bật nguồn, đầu cuối nhập vào trạng thỏi LTE – DETACHED. Trong trạng thỏi này mạng khụng biết đầu cuối. Trƣớc khi cú thể thực hiện bất kỳ một cuộc truyền tin nào giữa đầu cuối di động và mạng, đầu cuối di động phải đăng ký với mạng bằng cỏch sử dụng thủ tục truy nhập ngẫu nhiờn để vào trạng thỏi LTE – ACTIVE. LTE – DETACHED chủ yếu là trạng thỏi đƣợc sử dụng khi bật nguồn, sau khi đầu cuối đó đăng ký với mạng, thƣờng nú vào một trong hai trạng thỏi sau: LTE – ACTIVE hoặc LTE – IDLE.
OUT – OF – SYNC : mất đồng bộ IN – SYNC : cú đồng bộ
DL DRX : thu khụng liờn tục đƣờng xuống Hỡnh 1.16. Cỏc trạng thỏi của LTE
LTE – ACTIVE là trạng thỏi đƣợc sử dụng khi đầu cuối di động tớch cực phỏt số liệu và thu số liệu. Trong trƣờng hợp này, đầu cuối di động đƣợc nối đến một ụ trong mạng. Một địa chỉ IP đƣợc gỏn cho đầu cuối di động cựng với một số nhận dạng (C-RNTI: Cell Radio-Network Temporary Indentifier: số nhận dạng ụ mạng vụ tuyến tạm thời) đƣợc sử dụng cho mục đớch bỏo hiệu giữa đầu cuối di động và mạng. Cú thể coi LTE-ACTIVE cú hai trạng thỏi con, IN-SYNC (đồng bộ) và OUT-OF-SYNC (khụng đồng bộ) phụ thuộc vào việc đƣờng lờn cú đồng bộ hay khụng đồng bộ. Vỡ LTE sử dụng đƣờng lờn dựa trờn FDMA/TDMA trực giao, nờn
LTE-DETACHED -Khụng địa chỉ -Khụng biết vị trớ Bật nguồn LTE-ACTIVE - Địa chỉ định trƣớc - Nối đến một ụ biết trƣớc OUT_OF-SYNC -Khụng thể thu đƣờng xuống -Khụng thể thu đƣờng xuống IN-SYNC -Cú thể thu đƣờng xuống -Cú thể thu đƣờng xuống LTE-IDLE - Địa chỉ IP đƣợc ấn định - Chu kỳ DL DXR
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
cần đồng bộ truyền dẫn đƣờng lờn từ cỏc đầu cuối di động. Thủ tục để đạt đƣợc đồng bộ và duy trỡ đồng bộ là eNodeB đo thời gian tới của cỏc đƣờng truyền dẫn từ từng đầu cuối di động phỏt tớch cực và gửi lệnh hiệu chỉnh thời gian xuống đƣờng xuống. Chừng nào cũn trạng thỏi IN-SYNC, truyền dẫn số liệu ngƣời sử dụng đƣờng lờn vẫn là bỏo hiệu điều khiển L1/L2 đƣợc đảm bảo. Trong trƣờng hợp truyền dẫn đƣờng lờn khụng xảy ra trong một cửa sổ thời gian cho trƣớc, đồng bộ thời gian khụng đƣợc đảm bảo và đƣờng lờn đƣợc thụng bỏo là OUT-OF-SYNC. Trong trƣờng hợp này, đầu cuối di động cần thực hiện thủ tục truy nhập ngẫu nhiờn để khụi phục đồng bộ.
LTE-IDLE là trạng thỏi tớch cực thấp trong đú đầu cuối di động ngủ hầu hết thời gian để giảm tiờu thụ acqui. Đồng bộ đƣờng lờn khụng đƣợc duy trỡ và vỡ thế chỉ cú thể tớch cực đƣờng truyền dẫn đƣờng lờn ở dạng truy nhập ngẫu nhiờn là cú thể thực hiện để chuyển vào LTE-ACTIVE. Trờn đƣờng xuống, đầu cuối di động cú thể định kỳ tỉnh giấc để nghe tỡm gọi cho cỏc cuộc gọi.Đầu cuối di động giữ địa chỉ IP và cỏc thụng tin nội bộ khỏc để cú thể chuyển nhanh vào LTE-ACTIVE khi cần. Mạng chỉ biết một phần vị trớ của đầu cuối di động , chẳng hạn mạng biết nhúm cỏc ụ trong đú sẽ thực hiện tỡm gọi đầu cuối di động [1]
1.3.6. Luồng số liệu
Để tổng kết quỏ trỡnh chuyển luồng số liệu qua tất cả cỏc lớp giao thức , thớ dụ minh hoạ cho trƣờng hợp ba gúi IP , hai trờn một kờnh mang vụ tuyến và một trờn một kờnh mang mang vụ tuyến khỏc. Luồng số liệu trong trƣờng hợp truyền dẫn đƣờng lờn cũng tƣơng tự . PDCP thực hiện nộn tiờu đề IP và sau đú là mật mó hoỏ . Tiờu đề PDCP đƣợc bổ xung để mang thụng tin cần thiết cho dải mật mó trong đầu cuối di động . Đầu ra của PDCP là RLC .
Giao thức RLC thực hiện múc nối và phõn đoạn cỏc PDCP PDU và bổ xung tiờu đề RLC . Tiờu đề này đƣợc sử dụng để chuyển theo đỳng thứ tự (trờn kờnh logic ) trong đầu cuối di động và để nhận dạng cỏc PLC PDU trong trƣờng hợp phỏt lại . Cỏc RLC PDU đƣợc chuyển đến lớp MAC , lớp này lấy ra số thứ tự của RLC PDU , lắp rỏp cỏc RLC PDU vào một MAC SDU và gắn liền tiờu đề MAC để tạo nờn một khối truyền tải . Kớch thƣớc khối truyền tải phụ thuộc vào tốc độ số liệu tức thời do cơ chế thớch ứng đƣờng truyền chọn . Vỡ thế thớch ứng đƣờng truyền ảnh
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
hƣởng cả xử lý MAC lẫn xử lý RLC . Cuối cựng lớp vật lý gắn thờm CRC cho khối truyền tải để phỏt hiện lỗi thực hiện mó hoỏ điều chế và phỏt tớn hiệu tổng vào khụng gian .
Nhƣ vậy ta đó xột kiến trỳc phõn lớp tổng quỏt của giao diện vụ tuyến . Sau đú xột cụ thể cấu trỳc của cỏc lớp của kiến trỳc này nhƣ : Cấu trỳc và xử lớp điều khiển liờn kết vụ tuyến (RLC), cấu trỳc và xử lý lớp điều khiển truy nhập mụi trƣờng , cấu trỳc và xử lý lớp vật lý . Ngoài ra chƣơng này cũng xột một số vấn đề đặc thự của giao diện vụ tuyến nhƣ : HARQ , cỏc trạng thỏi LTE và cấu trỳc luồng số liệu của LTE [1]
1.4. Hiệu quả của LTE
Cú thể túm tắt cỏc nhiệm vụ nghiờn cứu LTE và SAE nhƣ sau: Về phần vụ tuyến LTE:
Cải thiện hiệu suất phổ tần thụng lƣợng ngƣời sử dụng, trễ. Đơn giản húa mạng vụ tuyến.
Hỗ trợ hiệu quả cỏc dịch vụ gúi nhƣ: MBMS, IMS. Về phần mạng (AE):
Cải thiện trễ, dung lƣợng và thụng lƣợng. Đơn giản mạng lừi.
Tối ƣu húa lƣu lƣợng IP và cỏc dịch vụ.
Đơn giản húa việc hỗ trợ và cỏc chuyển giao đến cỏc cụng nghệ khụng phải là 3GPP.
Kết quả nghiờn cứu của LTE là đƣa ra đƣợc chuẩn mạng truy nhập vụ tuyến với tờn gọi là E-UTRAN (mạng truy nhập vụ tuyến mặt đất toàn cầu tăng cƣờng), để đơn giản trong tài liệu này ta sẽ gọi chung là LTE. Trong cỏc phần dƣới đõy ta sẽ xột tổng quan kiến trỳc LTE và kế hoạch nghiờn cứu nú trong 3GPP, [1].
1.4.1. Tốc độ số liệu đỉnh
LTE sẽ hỗ trợ tốc độ đỉnh tức thời tăng đỏng kể. Tốc độ này đƣợc định cỡ tựy theo kớch thƣớc của phổ đƣợc ấn định.
LTE sẽ đảm bảo tốc độ số liệu đỉnh tức thời đƣờng xuống lờn đến 100Mbps khi băng thụng đƣợc cấp phỏt cực đại là 20MHz (5bps/Hz) và tốc độ đỉnh đƣờng lờn 50Mbps,
Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
khi băng thụng đƣợc cấp phỏt cực đại là 20MHz (2,5bps/Hz). Băng thụng LTE đƣợc cấp phỏt linh hoạt từ 1,25MHz lờn đến 20MHz (gấp bốn lần băng thụng 3G - UMTS).
Lƣu ý rằng tốc độ đỉnh cú thể phụ thuộc vào số lƣợng ăng ten phỏt và ăng ten thu tại UE. Cỏc mục tiờu về tốc độ số liệu đỉnh núi trờn đƣợc đặc tả trong UE tham chuẩn gồm: (1) Khả năng đƣờng xuống với hai ăng ten tại UE, (2) khả năng đƣờng lờn với một ăng ten tại UE. Trong trƣờng hợp phổ đƣợc dựng chung cho cả đƣờng lờn và đƣờng xuống, LTE khụng phải hỗ trợ tốc độ số liệu đỉnh đƣờng xuống và đƣờng lờn núi trờn đồng thời, [1].
1.4.2. Thụng lƣợng số liệu
Thụng lƣợng đƣờng xuống trong LTE sẽ gấp ba đến bốn lần thụng lƣợng đƣờng xuống trong R6 HSDPA tớnh trung bỡnh trờn một MHz. Cần lƣu ý rằng thụng lƣợng HSDPA trong R6 đƣợc xột cho trƣờng hợp một ăng ten tại nỳt B với tớnh năng tăng cƣờng và một mỏy thu trong UE, tring khi đú LTE sử dụng cực đại hai ăng ten tại nỳt B và hai ăng ten tại UE. Ngoài ra cũng cần lƣu ý rằng khi băng thụng cấp phỏt tăng thụng lƣợng cũng phải tăng.
Mặt khỏc thụng lƣợng đƣờng lờn trong LTE cũng gấp hai đến ba lần thụng lƣợng đƣờng lờn trong R6 HSUPA tớnh trung bỡnh trờn một MHz. Trong đú giả thiờt rằng R6 HSUPA sử dụng một ăng ten phỏt tại UE và hai ăng ten thu tại nỳt B, cũn đƣờng lờn trong LTE sử dụng cực đại hai ăng ten phỏt tại UE và hai ăng ten thu tại nỳt B, [1].
1.4.3. Hiệu suất phổ tần
LTE phải đảm bảo tăng đỏng kể hiệu suất phổ tần và tăng tốc độ bit tại biờn ụ trong khi vẫn đảm bảo duy trỡ cỏc vị trớ đặt trạm hiện cú của UTRAN và EGED.
Trong mạng cú tải hiệu suất phổ tần kờnh đƣờng xuống của LTE phải gấp ba