Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 41
Lập biểu (Scheduler) là việc điều khiển việc dành kênh chia sẻ cho người sử dụng nào tại một thời điểm cho trước. Bộ lập biểu này là một phần tử then chốt và quyết định rất lớn đến tổng hiệu năng của hệ thống, đặc biệt khi mạng có tải cao. Trong mỗi TTI, bộ lập biểu quyết định HS-DSCH sẽ được phát đến người (hoặc các người) sử dụng nào kết hợp chặt chẽ với cơ chế điều khiển tốc độ (tại tốc độ số liệu nào).
Dung lượng hệ thống có thể được tăng đáng kể khi có xét đến các điều kiện kênh trong quyết định lập biểu: lập biểu phụ thuộc kênh. Vì trong một ô, các điều kiện của các đường truyền vô tuyến đối với các UE khác nhau thay đổi độc lập, nên tại từng thời điểm luôn luôn tồn tại một đường truyền vô tuyến có chất lượng kênh gần với đỉnh của nó (hình 2.24). Vì thế có thể truyền tốc độ số liệu cao đối với đường truyền vô tuyến này. Giải pháp này cho phép hệ thống đạt được dung lượng cao. Độ lợi nhận được khi truyền dẫn dành cho các người sử dụng có các điều kiện đường truyền vô tuyến thuận lợi thường được gọi là phân tập đa người sử dụng và độ lợi này càng lớn khi thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng trong một ô càng lớn. Vì thế trái với quan điểm truyền thống rằng phađinh nhanh là hiệu ứng không mong muốn và rằng cần chống lại nó, bằng cách lập biểu phụ thuộc kênh phađinh có lợi và cần khai thác nó.
Chiến lược của bộ lập biểu thực tế là khai thác các thay đổi ngắn hạn (do phađinh đa đường) và các thay đổi nhiễu nhanh nhưng vẫn duy trì được tính công bằng dài hạn giữa các người sử dụng. Về nguyên tắc, sự mất công bằng dài hạn càng lớn thì dung lượng càng cao. Vì thế cần cân đối giữa tính công bằng và dung lượng.
Hình 2.24 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA
Ngoài các điều kiện kênh, bộ lập biểu cũng cần xét đến các điều kiện lưu lượng. Chẳng hạn, sẽ vô nghĩa nếu lập biểu cho một người sử dụng không có số liệu đợi truyền dẫn cho dù điều kiện kênh của người sử dụng này tốt. Ngoài ra một số dịch vụ
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 42
cần được cho mức ưu tiên cao hơn. Chẳng hạn các dịch vụ luồng đòi hỏi được đảm bảo tốc độ số liệu tương đối không đổi dài hạn, trong khi các dịch vụ nền như tải xuống không có yêu cầu gắt gao về tốc độ số liệu không đổi dài hạn.
Nguyên lý lập biểu của HSDPA được cho trên hình 2.25 Nút B đánh giá chất lượng kênh của từng người sử dụng HSDPA tích cực dựa trên thông tin phản hồi nhận được từ đường lên. Sau đó lập biểu và thích ứng đường truyền được tiến hành theo giải thuật lập biểu và sơ đồ ưu tiên người sử dụng.
Hình 2.25 Nguyên lý lập biểu phụ thuộc kênh
Thông tin chất lượng kênh được phản hồi từ UE được sử dụng như là tham số chính để quyết định lập biểu. Việc đo chất lượng kênh tại UE nhằm bám sát theo sự thay đổi của kênh truyền, từ đó có thể tiến hành lập biểu cho những người dùng có điều kiện kênh truyền thuận lợi nhất. Tất cả các hoạt động dùng để thích ứng kênh truyền như báo cáo CQI, đo công suất kênh DPCH và các bản tin báo nhận HARQ đều có thể được dùng cho hoạt động lập biểu tại Nút B.
Lượng số liệu của người dùng tại bộ đệm của Nút B cũng được xem xét khi lập biểu, những người dùng có nhiều dữ liệu được lưu tại bộ đệm Nút B hơn sẽ được ưu tiên lập biểu. Ngoài ra, thuộc tính HARQ cũng được quan tâm khi lập biểu, các khối dữ liệu phát lại cần được ưu tiên phát đi trước các khối dữ liệu mới. Khả năng hỗ trợ của thiết bị đầu cuối người dùng cũng được xem xét khi lập biểu, tài nguyên được cấp phát cho bộ lập biểu không được vượt quá khả năng hỗ trợ của UE.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 43
Các đặc tính hỗ trợ của UE được quan tâm đó là số mã định kênh mà UE có khả năng xử lý tối đa, phương pháp điều chế được sử dụng và kích thước bộ đệm.
Tham số chất lượng dịch vụ
Chỉ số ưu tiên kết nối ARP (Allocation and Retention Priority) qui định mức ưu tiên cho các liên kết từ UE đến mạng lõi, giúp Nút B so sánh được mức độ ưu tiên của các liên kết từ các UE đến mạng lõi UMTS.
Chỉ thị ưu tiên lập biểu – SPI (Scheduling Priority Indicator) được thiết lập bởi RNC cho từng dịch vụ, SPI được dùng để phân biệt mức độ ưu tiên giữa các dịch vụ khác nhau khi thực hiện lập biểu.
Thời gian huỷ (Discard Timer) được cấu hình tại bộ lập biểu Nút B để giới hạn thời gian chờ tối đa của các đơn vị dữ liệu PDU MAC-d tại Nút B. Luồng dữ liệu chuyển từ RNC đến MAC-hs của Nút B qua giao diện Iub được đóng gói thành các PDU MAC-d. Tại đây, các PDU này được lưu vào bộ đệm, nếu quá thời gian huỷ mà các PDU này vẫn chưa được xử lý thì chúng sẽ bị loại bỏ.
Tốc độ bit tối thiểu cho mỗi lớp dịch vụ được đưa ra cho từng lớp dịch vụ khác nhau. Tại mỗi lớp dịch vụ, yêu cầu về tốc độ bit tối thiểu là khác nhau, bộ lập biểu phải đảm bảo được tốc độ bit này nhằm đảm bảo được mức chất lượng dịch vụ tối thiểu mà người dùng nhận được.
Bộ lập biểu tại Nút B dựa vào các tham số trên kết hợp với nguyên lý lập biểu để tính toán mức độ ưu tiên cho các người dùng trong một TTI. Quyết định cấp phát tài nguyên cho người dùng trong một TTI phải đảm bảo thoả mãn các điều kiện ràng buộc về tài nguyên sẵn có cũng như yêu cầu về chất lượng dịch vụ nhưng vẫn bám sát các chỉ thị chất lượng kênh truyền theo các nguyên lý lập biểu.
Khả năng hỗ trợ của thiết bị đầu cuối
Hỗ trợ HSDPA là một tính năng mở rộng của các thiết bị đầu cuối mạng UMTS. Khi được thiết kế để hỗ trợ hoạt động HSDPA, UE được chia thành 12 loại (bảng 2.2) với khả năng hỗ trợ tốc độ từ 0.9 đến 14.4Mbps. Dung lượng của HSDPA hoàn toàn độc lập với các kênh của phát hành R99, nhưng nếu kênh HS- DSCH được cấu hình cho UE thì kênh DCH đường xuống cho UE đó sẽ được giới hạn lại. Các thiết bị đầu cuối UMTS hoạt động trong phát hành R99 có tốc độ DCH đường xuống là 32, 64, 128 hoặc 384 Kbps. Như vậy giả sử một UE đang hoạt động với kênh DCH có tốc độ là 384Kbps, khi được cấu hình hỗ trợ HSDPA, kênh DCH sẽ được cấu hình lại ở tốc độ thấp hơn là 64Kbps.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 44
Loại UE Số mã tối đa
TTImin Bit/TTI Kết hợp HARQ Tốc độ tố đa (Mbps) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 5 5 5 5 5 10 10 15 15 5 5 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 7298 7298 7298 7298 7298 7298 14411 14411 20251 27952 3630 3630 Chase IR Chase IR Chase IR Chase IR Chase IR Chase Chase 1.2 1.2 1.8 1.8 3.6 3.6 7.2 7.2 10.2 14.4 0.9 1.8
Ngoài sự khác biệt về khả năng hỗ trợ tốc độ, các loại thiết bị đầu cuối HSDPA còn được phân biệt với nhau về khả năng sử lý số mã định kênh đồng thời. Đây là một tham số quan trọng cho bộ lập biểu tại Nút B sử dụng trong quá trình lập biểu phụ thuộc kênh. Ngoài ra, mỗi loại thiết bị HSDPA còn được qui định cụ thể phương pháp kết hợp lại các gói tin của quá trình HARQ là kiểu Chase hay IR.
Mười hai loại thiết bị đầu cuối HSDPA có khả năng hỗ trợ xử lý HSDPA khác nhau. Do đó, các chỉ thị bản tin CQI được các UE này gửi về Nút B cũng mang ý nghĩa khác nhau. Do đó, Nút B cần xác định được khả năng hỗ trợ của thiết bị người dùng khi tham gia mạng hay nói khác hơn là Nút B cần được biết chính xác loại thiết bị HSDPA của người dùng. Khi xác định được loại thiết bị HSDPA (từ 1-12), Nút B có thể dựa vào các chỉ thị chất lượng kênh truyền CQI tương ứng với từng loại UE để tiến hành lập biểu ấn định kênh cho người dùng cũng như điều khiển hoạt động điều chế và mã hoá thích ứng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các thuật toán lập biểu
Hoạt động của bộ lập biểu là quyết định tài nguyên mạng sẽ được cấp phát cho một hoặc một vài người dùng nào trong mỗi TTI phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền. Nhưng khi xét về phía người dùng, yêu cầu chất lượng đòi hỏi dịch vụ phải được cung cấp liên tục. Do đó hoạt động của bộ lập biểu phải đảm bảo tài nguyên mạng được cấp phát đồng đều giữa các người dùng HSDPA nhưng vẫn tận dụng được những ưu điểm nguyên lý lập biểu phụ thuộc kênh nhanh.
Dựa vào tốc độ xử lý của bộ lập biểu có thể chia các phương pháp lập biểu thành 2 nhóm. Nhóm các phương pháp lập biểu nhanh bao gồm thuật toán C/I tối đa - Max .C/I (Maximum C/I), thuật toán cân bằng tỉ lệ - PF (Proportional Fair) và thuật toán
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 45
cân bằng lưu lượng nhanh - FFTH (Fast Fair Throughput); nhóm các phương pháp lập biểu chậm gồm có thuật toán C/I trung bình - Avg. C/I (Average C/I), thuật toán RR (Round Robin) và thuật toán cân bằng lưu lượng - FTH (Fair Throughput).
Thuật toán Max. CI
Bộ lập biểu Max C/I hoàn toàn thích hợp để thích ứng với sự thay đổi nhanh chóng của kênh truyền. Trong suốt các TTI, kênh HS-DSCH được cấp phát cho các người dùng nào có điều kiện kênh truyền tốt nhất. Thật sự Nút B sử dụng các bản tin chỉ thị chất lượng kênh CQI được phản hồi từ UE để từ đó cấp phát kênh HS- DSCH cho người dùng có tỷ lệ SNR tốt nhất. Trong điều kiện lý tưởng khi mà chất lượng kênh truyền của tất cả người dùng HSDPA là như nhau thì phương pháp lập biểu này có thể nâng cao tối đa dung lượng của hệ thống là lưu lượng cho mỗi người dùng. Trên thực tế, tình trạng kênh truyền của từng người dùng là khác nhau vì người dùng ở gần Nút B hơn sẽ có tỷ lệ SNR trung bình tốt hơn người dùng ở xa Nút B cũng như sự khác biệt giữa người dùng đang đứng yên và người dùng đang di chuyển với tốc độ nhanh. Vì vậy, nếu sử dụng phương pháp lập biểu Max C/I trong thực tế, kênh HS-DSCH sẽ luôn có tốc độ tối đa nhưng sẽ gây gián đoạn dịch vụ đối với các UE có điều kiện kênh truyền kém. Phương pháp này nâng cao tối đa dung lượng của ô nhưng không giải quyết được vấn đề cân bằng lưu lượng cho các người dùng, nhất là đối với những người sử dụng HSDPA có vị trí ở biên của ô.
Thuật toán PF
Thuật toán PF sẽ cấp phát tài nguyên cho người dùng dựa trên chất lượng kênh truyền hiện tại của UE và lượng dữ liệu trung bình mà UE đã được phát thành công trước đó:
Với Pi(t) kí hiệu cho mức độ ưu tiên của người dùng, Ri(t) là tốc độ số liệu phát đến UE, nếu UE nếu được phục vụ trong TTI, và λi là lưu lượng trung bình của UE trong các TTI trước. Thuật toán PF sẽ phục vụ người dùng nào có chất lượng kênh tức thời tốt nhất nhưng vẫn xét đến các điều kiện kênh truyền trung bình của người dùng đó, do đó vẫn đảm bảo tận dụng được sự that đổi nhanh của fading tác động lên kênh truyền.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 46
Phương pháp cơ bản nhất để xác định lưu lượng trung bình của một UE là dựa vào tổng số dữ liệu mà UE nhận được từ lúc truy nhập ô cho đến thời điểm xét lập biểu:
Trong đó, αi là tổng dữ liệu được phát thành công đến UE từ lúc tham gia mạng cho đến thời điểm xét lập biểu (t) và ti là thời điểm lúc UE tham gia mạng.
Thuật toán FFTH
Thuật toán lập biểu này cân bằng được lưu lượng giữa những người dùng trong ô trong khi vẫn tận dụng được sự thay đổi nhanh của kênh truyền. Thuật toán FFTH được điều chỉnh từ thuật toán PF, mức độ ưu tiên lập biểu của từng người dùng được xác định như sau:
Với Pi là mức độ ưu tiên lập biểu của người dùng thứ i, λi là lưu lượng trung bình được phát đến UE thứ i đến thời điểm t, Ri(t) là tốc độ tối đa có thể phát đến người dùng thứ i tại thời điểm t, Ri(t) là tốc độ tối đa trung bình của UE thứ i và maxj Ri(t) là tốc độ tối đa trung bình lớn nhất của các UE trong ô.
Thuật toán Avg. CI
Trong phương pháp lập biểu này, tỷ lệ C/I trung bình của mỗi người dùng sẽ được tính trong khoảng 100ms. Thuật toán sẽ ấn định kênh cho người dùng có tỷ lệ C/I trung bình lớn nhất.
Thuật toán RR
Thuật toán RR thực hiện cấp phát kênh cho người dùng theo thứ tự xoay vòng nên thời gian các UE đươc cấp phát kênh là như nhau. Bởi vì bộ lập biểu không xét đến chất lượng kênh truyền nên mặc dù thời gian các UE được cấp kênh là như nhau nhưng lưu lượng cung cấp cho các người dùng là không bằng nhau do sự khác nhau về chất lượng kênh truyền giữa các UE. Các bộ lập biểu sử dụng thuật toán RR cho hiệu suất tương đối thấp trong điều kiện tải lớn nhưng với nguyên lý lập biểu đơn giản, việc triển khai thuật toán này tại Nút B là khá dễ dàng.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 47
Các bộ lập biểu sử dụng thuật toán này sẽ ấn định kênh truyền cho người dùng nào có lưu lượng trung bình thấp nhất nhất. Thuật toán này, chỉ chú trọng việc cân bằng lưu lượng cho các người dùng mà không xét đến điều kiện kênh của các người dùng.
Xét về mặt thực hiện các thuật toán lập biểu, các phương pháp lập biểu chậm có độ phức tạp ít hơn rất nhiều so với các bộ lập biểu nhanh bởi vì không cần phải đáp ứng cho thời gian trễ trong việc nhận các báo cáo đo lượng chất lượng kênh từ tất cả các UE trong ô cũng như thời gian trễ do xử lý các thông tin này.
2.2.4. Điều chế và mã hóa thích ứng AMC
Kỹ thuật thích ứng kênh truyền là một trong những kỹ thuật quan trọng của HSDPA. Hoạt động thích ứng kênh truyền được kết hợp chặt chẽ với hoạt động của bộ lập biểu. Khi bộ lập biểu quyết định khối dữ liệu sẽ được phát đến người dùng nào thì chức năng MAC-hs tại Nút B cũng lựa chọn một phương thức điều chế và mã hoá thích hợp nhất cho khối dữ liệu sắp được phát. Bằng việc sử dụng phương pháp điều chế và mã hoá thích ứng AMC, HSDPA có thể lựa chọn nhanh giữa điều chế QPSK hoặc 16QAM đồng thời kết hợp với việc thay đổi tốc độ mã hoá Turbo để điều chỉnh tốc độ thích hợp với chất lượng kênh truyền.
Trong thông tin di động, tỉ lệ tín trên tạp âm (SINR) của tín hiệu nhận được tại một thiết bị người sử dụng luôn biến đổi trong khoảng từ 30 – 40dB do fading nhanh và các đặc điểm về địa hình trong một cell. Nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống, tốc độ dữ liệu đỉnh, vùng phủ sóng… tín hiệu truyền tới người dùng được xác định nhằm tính toán quá trình thay đổi chất lượng tín hiệu thông qua quá trình xử lý liên kết thích ứng. Theo truyền thống, WCDMA ứng dụng chức năng điều khiển công suất nhanh cho các liên kết thích ứng. Ngược lại, HSDPA lưu công suất phát không đổi
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});