2.2.2.2.1.Kênh HS-SCCH
Kênh HS-SCCH là một kênh vật lý chia sẻ đường xuống mang các thông tin điều khiển cần thiết cho một UE có thể thực hiện giải trải phổ, giải điều chế và giải mã kênh HS-DSCH. Trong mỗi 2ms (tương ứng với 1 TTI của kênh HS-DSCH), một kênh HS-SCCH thực hiện báo hiệu cho một UE riêng biệt. Bởi vì HSDPA hỗ trợ kênh HS-DSCH cho nhiều người dùng đồng thời theo nguyên lý ghép kênh phân chia theo mã – CDM (Code Division Multilplexing), do đó cần đến một vài kênh HS-SCCH trong một ô. Dựa theo các đặc tính kỹ thuật, trong một ô thường được cấu hình với 4 kênh HS-SCCH hoạt động đồng thời và UE cũng thường được hỗ trợ giám sát đồng thời 4 kênh HS-SCCH.
Kênh HS-SCCH được trải phổ với hệ số SF = 128 và có cấu trúc mỗi khung con có độ dài 2ms. Một khung con HS-SCCH được chia thành 3 khe có độ dài mỗi khe là 40 bit (tốc độ kênh HS-SCCH là 60Kbps).
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 30
Hình 2.14 Cấu trúc khung con HS-SCCH
Các trường thông tin của gói HS-SCCH mang nội dung báo hiệu điều khiển khác nhau. Tuỳ thuộc vào tuần tự sử dụng tại đầu thu, mà chúng được sắp xếp lên gói HS- SCCH theo thứ tự trước sau. Các thông tin cần cho mục đích giải trải phổ và giải điều chế phải cung cấp cho UE phải đến trước khi các gói tin HS-PDSCH đến, nên chúng phải được xếp ở đầu của gói tin. Trong khi các thông tin về kích thước gói và thông tin HARQ liên quan cần thiết cho quá trình giải mã và kết hợp chỉ được sử dụng khi UE nhận xong khối dữ liệu HS-DSCH trong 2ms, nên chúng được xếp ở phần sau của gói tin HS-SCCH. Cấu trúc gói tin HS-SCCH được chia thành hai phần. Phần một gồm 8 bit và phần hai gồm 13 bit.
Phần một bao gồm các bit báo hiệu về mã định kênh HS-PDSCH và phương pháp điều chế được sử dụng cho kênh HS-DSCH.
Tập mã định kênh của HS-PDSCH ( 7 bit ): Xccs,1; Xccs,2; …; Xccs,7
Phương pháp điều chế kênh HS-DSCH là QPSK hay 16QAM ( 1 bit ): Xms,1 Phần hai bao gồm các thông tin về kích thước khối truyền tải trong TTI, chỉ số tiến trình HARQ phục vụ cho quá trình phát lại và kết hợp dữ liệu tại UE, phiên bản phần dư cũng như cờ chỉ thị dữ liệu mới và mã nhận dạng UE.
Thông tin kích thước của khối truyền tải trên HS-DSCH (6 bit): Xtbs,1; Xtbs,2; Xtbs,3;….; Xtbs,6
Chỉ số tiến trình HARQ gồm 3 bit : Xhap,1 ; Xhap,2 ; Xhap,3 Phiên bản phần dư gồm 3 bit: Xrv,1, Xrv,2, Xrv,3
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 31
Mã nhận dạng thiết bị người dùng - UE ID (User Equipment Identifier) dùng nhận dạng UE ( 16 bit ) : Xue,1; Xue,2; Xue,3;…… Xue,16
Trường chứa thông tin tập mã định kênh CCS áp dụng cho kênh HS-PDSCH gồm 7 bit: Xccs,1; Xccs,2; …; Xccs,7 được chia làm hai phần. Phần đầu gồm ba bit (có giá trị là A) báo hiệu cho UE biết tổng số mã định kênh được dùng cho kênh HS-PDSCH phát đến UE và phần còn lại gồm bốn bit (có giá trị là B) được dùng để chỉ ra vị trí bắt đầu của các mã được sử dụng trên cây mã định kênh. Có tất cả 15 mã định kênh có thể sử dụng đồng thời cho kênh HS-DSCH và vị trí của các mã theo thứ tự từ 1 đến 16.
HSPDA sử dụng hai phương pháp điều chế là QPSK và 16QAM, do đó với một bit Xms,1 có hai trạng thái có thể báo hiệu cho UE biết được phương pháp điều chế nào đã được sử dụng. Nếu kênh HS-DSCH được điều chế QPSK thì Xms,1 = 0 và nếu 16QAM được sử dụng thì Xms,1 = 1.
HSDPA sử dụng phương pháp thích ứng kênh truyền bằng mã hoá và điều chế thích ứng – AMC, vì vậy trong một TTI, khối dữ liệu được phát đi có kích thước khác nhau do chúng được điều chế và mã hoá bằng các phương pháp khác nhau. Ngoài ra, số mã định kênh được ấn định cho một UE xác định trong TTI đó cũng ảnh hưởng đến kích thước khối dữ liệu được phát. Các bit thông tin về kích thước khối truyền tải sẽ được phát trên kênh HS-PDSCH gồm 6 bit Xtbs,1; Xtbs,2; Xtbs,3;….; Xtbs,6. Việc biết trước kích thước khối dữ liệu sẽ được nhận giúp cho UE có thể cấu hình bộ đệm để lưu trữ và thực hiện quá trình HARQ nếu cần thiết.
Các thông tin về loại phần dư – RV (Redundancy Version) và thông số chòm mã điều chế 16QAM được mang trên ba bit Xrv,1, Xrv,2, Xrv,3. Với ba bit mã hoá, Xrv nhận 8 giá trị từ 0 đến 7. Các tham số loại phần dư được sử dụng để báo hiệu cho UE về cách thức đục lỗ tại đầu ra của bộ mã hoá Turbo. Các thông số này cần thiết cho quá trình giải mã Turbo và kết hợp dữ liệu của HARQ.
Cờ chỉ thị dữ liệu mới được dùng để báo cho UE biết khối dữ liệu sắp được phát trên kênh HS-PDSCH là dữ liệu mới hay là dữ liệu được phát lại sau khi Nút B nhận được NACK. Cờ chỉ thị dữ liệu được sử dụng với một bit Xnd,1. Nếu là dữ liệu là mới thì trạng thái của bit Xnd,1 sẽ thay đổi từ 0 sang 1 (hoặc ngược lại); và nếu dữ liệu được phát lại, bit Xnd,1 sẽ giữ nguyên trạng thái của nó trong với khung HS-SCCH mà UE nhận trước đó.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 32
Các gói tin HS-SCCH cần phải được nhận với độ chính xác cao tại đầu thu vì nó quyết định đến khả năng giải mã thành công các gói tin HS-DSCH. Do đó công suất phát kênh HS-SCCH phải đủ lớn để đảm bảo các gói tin HS-SCCH được nhận một cách chính xác. Tuy nhiên, công suất phát HS-SCCH cũng không được quá lớn nhằm tránh gây nhiễu giữa các ô lân cận. Do đó, cần có cơ chế điều khiển công suất cho kênh HS-SCCH trong mỗi TTI sau cho khung HS-SCCH được phát thành công đến UE mà vẫn đảm bảo không làm tăng nhiễu trong hệ thống. Hình 2.15 minh hoạ công suất phát kênh HS-SCCH cho mỗi UE ở các vị trí khác nhau trong ô. Người dùng thứ nhất giả sử đang đứng tại biên của ô nên kênh HS-SCCH phát trong TTI dành cho UE1 được phát với công suất lớn trong khi người dùng thứ ba ở gần trạm gốc nhất nên kênh HS-HS-SCCH lúc đó được phát với công suất nhỏ hơn. Đồng thời, ta còn thấy rõ sự khác biệt về công suất giữa kênh HS-SCCH và kênh HS-DSCH. Đối với kênh HS-DSCH, công suất phát được giữ cố định do có chế thích ứng kênh truyền của HSDPA không thực hiện điều khiển công suất mà thực hiện điều khiển tốc độ.
Hình 2.15 Điều khiển công suất phát kênhHS-SCCH
Các tiêu chuẩn của 3GPP không qui định các cơ chế cho việc điều khiển công suất kênh HS-SCCH. Do dó, các thuật toán điều khiển công suất có thể được thiết kế bởi các nhà sản xuất. Điều khiển công suất kênh HS-SCCH có thể dựa vào bản tin CQI hoặc dựa vào công suất phát kênh DPCCH. Công suất phát kênh HS- SCCH có thể được điều chỉnh như là một hàm của các bản tin CQI nhận về từ UE. Điều này có thể được thực hiện bằng cách thiết lập tại Nút B một tập các giá trị công suất phát cho kênh HS-SCCH tương ứng với mỗi giá trị CQI. Dựa vào bản tin CQI nhận về trong gói HS-DPCCH trước đó mà Nút B xác định mức công suất phát thích hợp cho kênh HS-SCCH trong TTI tiếp theo. Thông tin thứ hai có thể
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 33
được dùng để điều khiển công suất phát kênh HS-SCCH là công suất phát kênh DPCCH ở đường xuống. Các kênh DPCCH được điều khiển công suất vòng kín nên có thể thiết lập công suất phát cho kênh HS-SCCH dựa theo công suất phát của kênh DPCCH.
Hình 2.16 Sơ đồ giải thuật điều khiển công suất kênh HS-SCCH
Quá trình thiết lập công suất phát cho kênh HS-SCCH dựa vào các chỉ thị chất lượng kênh truyền CQI có thể được xem như quá trình điều khiển công suất vòng trong. Ngoài ra, có thể thực hiện thêm quá trình điều khiển công suất vòng ngoài để điều chỉnh quan hệ giữa công suất phát kênh HS-SCCH với các chỉ số CQI. Điều chỉnh công suất vòng ngoài được thực hiện nhờ vào các bản tin báo nhận ACK/NACK được gửi về từ UE. Dựa vào các bản tin báo nhận này, Nút B có thể tính được một cách tương đối xác lỗi khối – BLEP (Block Error Probability) của các khối dữ liệu gửi đến UE. Sau khi so sánh xác suất lỗi BLEP tính được với một xác suất BLEPchuẩn , Nút B có thể tiến hành điều chỉnh quan hệ giữa công suất phát kênh HS-SCCH với các giá trị CQI sao cho xác suất lỗi BLEP nhận được gần với xác suất BLEPchuẩn nhất.
2.2.2.2.2.Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao (HS-DPCCH)
Các thông tin điều khiển đường lên được sử dụng nhằm mục đích phục vụ cho hoạt động của cơ chế HARQ cũng như cung cấp cho Nút B thông tin điều kiện kênh truyền. Các thông tin điều khiển này được mang trên kênh HS-DPCCH. Kênh HS- DPCCH được trải phổ với SF = 256 và được phát song song với các kênh đường lên khác của WCDMA R99. Với hệ số trải phổ SF = 256, kênh HS-DPCCH mang 30 bit trên mỗi khung 2ms được chia thành 3 khe thời gian. Các thông tin
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 34
điều khiển được mang trên kênh HS-DPCCH bao gồm các bản tin báo nhận HARQ được mang trong khe đầu của khung và các chỉ thị chất lượng kênh truyền CQI được mang trong 2 khe còn lại.
Hình 2.17 Cấu trúc khung HS-DPCCH
Để giảm thiểu thời gian trễ khứ hồi - RTT( Roundtrip Time) của HARQ, thời gian phát kênh HS-DPCCH không được đồng chỉnh ở mức khe với các kênh đường lên khác. Thay vào đó, thời gian của kênh HS-DPCCH được xác định dựa vào thời điểm kết thúc của khối dữ liệu trên kênh HS-DSCH tương ứng như minh hoạ trên Hình 2.18. Thời gian từ lúc kết thúc khối dữ liệu trên kênh HS-PDSCH cho đến khi UE phát bản tin báo nhận ACK/NACK trên kênh HS-DPCCH là khoảng 7.5 khe thời gian (khoảng 19200 chip trong 5ms). Nếu kênh HS-DPCCH được đồng chỉnh ở mức khe thời gian với kênh đường lên DPCH sẽ làm cho thời gian trễ giữa kênh HS-DPCCH và kênh HS-DSCH tăng lên, điều này có thể kéo dài thời gian trễ khứ hồi RTT. Mặc dù kênh đường lên HS-DPCCH và kênh DPCH không cần thiết phải được đồng chỉnh ở mức độ khe, nhưng thời gian trễ không được vượt quá 256 chip nhằm đảm bảo tính trực giao ở đường lên. Do đó, thời gian phát kênh HS-DPCCH không phải luôn luôn được phát đúng 7.5 khe thời gian sau khi nhận được gói tin HS- DSCH mà có thể dao động trong khoảng từ 19 200 chip (7.5 khe thời gian) cho đến 19200 + 256 chip.
Các bản tin báo nhận HARQ bao gồm một bit ACK hay NACK duy nhất dùng để thông báo kết quả kiểm tra CRC khối dữ liệu được phát trên kênh HS-PDSCH. Bit báo hiệu ACK có giá trị là “1” và NACK có giá trị là “0”. Bản tin báo nhận ACK/NACK chỉ được phát khi UE nhận gói tin báo hiệu điều khiển đường
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 35
xuống HS-SCCH. Nếu không có báo hiệu điều khiển HS-SCCH được phát đến cho UE thì sẽ không có thông tin báo nhận được phát trong trường ACK/NACK của khung HS-DPCCH (phát DTX). Điều này làm giảm nhiễu đường lên vì chỉ có những UE nào có dữ liệu được phục vụ bởi kênh HS-DSCH phát ACK/NACK ở đường lên.
Hình 2.18 Định thời kênh HS-DPCCH
Để cung cấp các thông tin về chất lượng kênh truyền cho Nút B, UE phải tính toán giá trị CQI sẽ được gửi về cho Nút B. Chỉ thị chất lượng kênh truyền CQI được gửi về từ UE nhận 31 giá trị từ 0 đến 30. Do đó, để thực hiện báo hiệu 31 giá trị này cần sử dụng 5 bit để mã hoá. Sau khi được mã hoá, giá trị trị của CQI được mang trong hai khe còn lại của khung HS-DPCCH ở đường lên. Các chỉ thị chất lượng kênh truyền thường được thiết lập gửi về Nút B sau mỗi 10ms. Tuy nhiên, khi chất lượng kênh truyền không có nhiều thay đổi thì các chỉ thị này có thể được gửi về Nút B sau các chu kì dài hơn.
Bảng 2.1 Mã hóa các bản tin báo nhận ACK/NACK
Chuỗi bit W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 ACK 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 NACK 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 36
Hình 2.19 Quá trình mã hóa kênh HS-DPCCH
2.2.2.2.3.Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH
Kênh HS-DSCH là kênh truyền tải chính được sử dụng để chuyển tải dữ liệu đến người dùng trong HSDPA. Tại lớp vật lý, kênh HS-DSCH được sắp xếp lên kênh HS-PDSCH. So với kênh truyền tải mang dữ liệu gói DCH trong R99, HS-DSCH có những khác biệt tương đối lớn.
Kênh HS-DSCH không được điều khiển công suất mà thay vào đó là kỹ thuật thích ứng kênh truyền bằng cách điều khiển tốc độ thực hiện mã hoá và điều chế thích ứng AMC. Do được thích ứng kênh truyền bằng điều chế và mã hoá thích ứng, quá trình xử lý tín hiệu trước khi phát luôn bám sát vào những thay đổi của điều kiện kênh truyền. Do đó, trong những điều kiện môi trường thuận lợi, phương pháp điều chế bậc cao là 16QAM với 4 bit được mang trên mỗi kí hiệu có thể được sử dụng. Khi chất lượng kênh truyền kém hơn, phương pháp điều chế QPSK được lựa chọn để điều chế tín hiệu.
Việc cấp phát tài nguyên cho người dùng được thực hiện bởi bộ lập biểu của Nút B sau mỗi TTI = 2ms dựa kênh việc báo hiệu nhanh từ UE. Trong khi đó, việc cấp
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 37
phát tài nguyên cho kênh DCH (mã định kênh và hệ số trải phổ SF) được thực hiện bởi lớp cao hơn từ RNC và các khoảng thời gian truyền dẫn TTI cũng dài hơn với TTI = 10, 20, 40 hoặc 80ms. HSDPA cũng hoạt động truyền đa mã nhưng với hệ số trải phổ cố định SF = 16 trong khi DCH có thể được trải phổ với SF từ 4 đến 512.
Kênh HS-PDSCH không được phát DTX ở mức độ khe, quá trình phát tín hiệu sẽ được diễn ra liên tục trên toàn TTI. Ngoài ra, kênh HS-PDSCH cũng không có chế độ nén, do đó việc mã hoá kênh có thể được thực hiện dễ dàng hơn so với kênh DCH.
Hình 2.20 Cấu trúc khung kênh HS-DSCH
Cấu trúc khung của kênh HS-DSCH có độ dài 2ms phát trong một TTI và được chia thành ba khe thời gian. Mỗi khe thời gian có độ dài là 2560 chip và (M*10*2k) bit; với k = 4 và M là số bit của mỗi kí hiệu điều chế, với điều chế QPSK thì M = 2 và với điều chế 16QAM thì M = 4.
Quá trình mã hoá kênh HS-DSCH gồm các bước được trình bày trong hình 2.21. Chức năng gán mã CRC có nhiệm vụ thêm mã CRC cho khối dữ liệu được phát trong mỗi TTI. Trong trường hợp này, mã CRC gán cho mỗi khối dữ liệu luôn có độ dài 24 bit. Chức năng ngẫu nhiên hoá làm cho luồng bit trước khi mã hoá tăng thêm tính ngẫu nhiên nhằm tránh các chuỗi quá dài các bit “0” hoặc bit “1”, điều này gây khó khăn cho việc đồng bộ tại đầu thu.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 38
Hình 2.21 Quá trình mã hóa kênh HS-DSCH