2.3.2.1. MAC-e và xử lý lớp vật lý
Giống như HSDPA, trễ nhỏ và thích ứng nhanh là các nét quan trọng của HSUPA. Để thực hiện điều này một thực thể mới chịu trách nhiệm lập biểu và khai thác giao thức HARQ được đưa vào nút B, đó là MAC-e. Lớp vật lý cũng được tăng cường để đảm bảo hỗ trợ cần thiết cho TTI ngắn và cho kết hợp mềm trong HARQ.
Trong chuyển giao mềm, dữ liệu đường lên có thể được nhận từ nhiều Node B, do đó cần thiết phải có một thực thể MAC-e trong mỗi Node B liên quan để quan lý giao
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 65
thức HARQ lai. Ngoài ra MAC-e trong ô phục vụ còn chịu trách nhiệm cho việc quản lý hoạt động lập biểu.
Để quản lý quá trình xử lý HSUPA trong đầu cuối, cũng cần có một thực thể MAC-e trong UE. Điều này có thể được nhìn thấy trong hình 2.39, MAC-e trong UE bao gồm ghép kênh, lựa chọn định dạng truyền tải và phần giao thức của cơ chế HARQ.
Hỗn hợp các dịch vụ như file đường lên đồng thời với VoIP cũng được hỗ trợ. Vì chỉ có một kênh truyền tải E-DCH, nên số liệu từ nhiều luồng MAC-d có thể được ghép chung thông qua ghép kênh MAC-e. Trong trường hợp này các dịch vụ khác nhau thường được phát trên các luồng MAC-d khác nhau vì chúng có thể có các yêu cầu chất lượng phục vụ khác nhau.
Chỉ có UE là có thông tin chính xác về tình trạng bộ đệm và công suất trong UE tại thời điểm phát một khối truyền tải trên đường lên. Vì thế UE được phép tự động chọn tốc độ số liệu hay nói một cách chặt chẽ là chọn E-TFC (TFC: Transport Format Combination: Tổ hợp khuôn dạng truyền E-DCH). Tất nhiên, UE cần xem xét các quyết định lập biểu trước khi lựa chọn khuôn dạng truyền tải; quyết định truyền tải thể hiện giới hạn trên của tốc độ số liệu mà UE không được phép vượt qua. Tuy nhiên cũng có thể sử dụng tốc độ số liệu thấp hơn chẳng hạn nếu công suất truyền không đảm bao được tốc độ số liệu theo lập biểu. Lựa chọn E-TCF và ghép kênh MAC-e sẽ được xem xét cùng với lập biểu.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 66
Hình 2.39 MAC-e và xử lý lớp vật lý
Giao thức HARQ cũng tương tự được sử dụng như trong HSDPA, có nhiều quá trình HARQ dừng và đợi hoạt động song song. Một điểm khác biệt chính là mặc dù khi đầu cuối ở trong quá trình chuyển giao mềm với một vài Node B thì giao thức HARQ vẫn kết thúc trong nhiều Node B.
Xử lý lớp vật lý trong HSUPA khá đơn giản và có nhiều điểm tương đồng với việc xử lý lớp vật lý HS-DSCH. Từ MAC-e trong UE, dữ liệu qua lớp vật lý dưới dạng một khối truyền tải trên từng TTI trên kênh E-DCH. So với chuỗi ghép kênh và mã hóa DCH, cấu trúc của xử lý lớp vật lý E-DCH là đơn giản hơn khi chỉ có một E- DCH duy nhất và do đó không cần ghép kênh lớp vận chuyển.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 67
24 bit CRC được gắn vào khối truyền tải E-DCH đơn để cho phép cơ chế HARQ trong Node B dò ra bất kỳ lỗi nào trong khối truyền tải nhận được. Giống như HSDPA, mã hóa được sử dụng là mã Turbo với tỷ lệ mã là 1/3. HARQ cũng được thực hiện tương tự, lặp hoặc đục lỗ các bit từ bộ mã hóa Turbo được sử dụng để điều chỉnh số bit mã hóa từ các bit kênh. Bằng việc điều chỉnh mẫu đục lỗ, các phiên bản phần dư khác nhau có thể được tạo ra. Phân đoạn kênh vật lý phân phối các bit mã hóa tới các mã kênh khác nhau được sử dụng, tiếp sau đó là quá trình đan xem và điều chế.
2.3.2.2. Lập biểu
Đối với HSUPA, bộ lập biểu là phần tử then chốt để điều khiển việc khi nào và tại tốc độ số liệu nào một UE được phép phát. Đầu cuối sử dụng tốc độ càng cao thì công suất thu từ đầu cuối tại nút B cũng phải càng cao để đảm bảo tỷ số Eb/N0 cần thiết cho giải điều chế. Bằng cách tăng công suất phát, UE có thể phát tốc độ số liệu cao hơn. Tuy nhiên do đường lên không trực giao, nên công suất thu từ UE sẽ gây nhiễu đối với các đầu cuối khác. Vì thế tài nguyên chia sẻ đối với HSUPA là đại lượng công suất nhiễu cho phép trong ô. Nếu nhiễu quá cao, một số kênh truyền dẫn trong ô, các kênh điều khiển và các truyền dẫn đường lên không được lập biểu có thể bị thu sai. Trái lại mức nhiễu quá thấp cho thấy rằng các UE đã bị điều chỉnh thái quá và không khai thác được hết toàn bộ dung lượng hệ thống. Vì thế HSUPA sử dụng bộ lập biểu cho phép người sử dụng có số liệu cần phát được phép sử dụng tốc độ số liệu cao đến mức có thể nhưng vẫn đảm bảo không vượt quá mức nhiễu cực đại cho phép trong ô.
Khác với HSDPA, bộ lập biểu và các bộ đệm phát đều được đặt tại nút B, số liệu cần phát được đặt tại UE đối với các đường lên. Tại cùng một thời điểm bộ lập biểu đặt tại nút B điều phối các tích cực phát của UE trong ô. Vì thế cần có một cơ chế để thông báo các quyết định lập biểu cho các UE và cung cấp các thông tin về bộ đệm từ các UE đến bộ lập biểu. Chương trình khung HSUPA sử dụng các cho phép lập biểu phát đi từ bộ lập biểu của nút B để điều khiển tích cực phát của UE và các yêu cầu lập biểu phát đi từ UE để yêu cầu tài nguyên. Các cho phép lập biểu điều khiển tỷ số công suất giữa E-DCH và hoa tiêu mà đầu cuối có thể sử dụng. Dựa trên các kết quả đo đạc mức nhiễu tức thời, bộ lập biểu điều khiển cho phép lập biểu trong từng đầu cuối để duy trì mức nhiễu trong ô tại mức quy định.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 68
Hình 2.40 Chương trình khung lập biểu
Trong HSUPA, thông thường một người sử dụng được xử lý trong một TTI. Đối với HSUPA, trong hầu hết các trường hợp chiến lược lập biểu đường lên đặc thù thực hiện đồng thời cho nhiều người sử dụng. Lý do vì một đầu cuối có công suất nhỏ hơn nhiều so với công suất Node B (một đầu cuối không thể sử dụng toàn bộ dung lượng ô của mình).
Nhiễu giữa các ô cũng cần được điều khiển. Thậm chí nếu bộ lập biểu đã cho phép một UE phát tại tốc độ số liệu cao trên cơ sở mức nhiễu nội ô được chấp thuận, nhưng vẫn có thể gây nhiễu không được chấp thuận đối với các ô lân cận. Vì thế trong chuyển giao mềm, ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho hoạt động lập biểu, nhưng UE giám sát thông tin lập biểu từ tất cả các người sử dụng mà nó không phục vụ hạ tốc độ số liệu E-DCH bằng cách phát đi chỉ thị quá tải trên đường xuống. Cơ chế này đảm bảo hoạt động ổn định cho mạng.
Lập lịch nhanh cho phép nhiều kết nối rỗi tập trung lại với nhau. Một lượng lớn khối dữ liệu gói mức cao của người dùng có thể được nhận vào hệ thống, như thế cơ chế lập lịch có thể điều khiển trạng thái khi nhiều người dùng cần truyền tải trong cùng 1 thời điểm. Nếu nó tạo ra một cấp độ nhiễu cao quá tầm cho phép, bộ lập lịch có thể phản ứng lại tức thì và hạn chế mức dữ liệu họ có thể dùng. Không có lập lịch nhanh, điều khiển nhập vào sẽ phải duy trì và dự trữ lượng dư thừa trong hệ thống trong trường hợp nhiều người dùng cùng truyền tải.
2.3.2.2.1.Chương trình khung lập biểu
Chương trình khung lập biểu cho HSUPA chỉ tổng quát ở chỗ nó chỉ đưa ra quy định báo hiệu điều khiển cho các thực hiện lập biểu khác nhau. Điểm khác biệt chính
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 69
giữa lập biểu đường lên và đường xuống là vị trí đặt bộ lập biểu và thông tin cần thiết cho các quyết định lập biểu.
Trong HSDPA, bộ lập biểu và trạng thái bộ đệm đều nằm ở cùng một nút, nút B. Vì thế chiến lược lập biểu hoàn toàn phụ thuộc vào thực hiện và không cần tiêu chuẩn báo báo hiệu trạng thái để hỗ trợ các quyết định lập biểu.
Trong HSUPA, bộ lập biểu vẫn được đặt tại nút B để điều khiển hoạt động phát cuả các UE, nhưng thông tin trạng thái bộ đệm lại phân tán trong các nút UE. Ngoài trạng thái bộ đệm, bộ lập biểu cũng cần thông tin về công suất khả dụng trong UE; nếu UE đã phát gần với công suất phát cực đại thì việc lập biểu tốc độ cao là không cần thiết. Vì thế cần phải đặc tả báo hiệu mang thông tin trạng thái bộ đệm và công suất phát khả dụng từ UE đến nút B.
Cơ sở cho chương trình khung lập biểu là các cho phép được phát đi từ nút B đến các UE cùng với giới hạn tốc độ số liệu E-DCH và các yêu cầu lập biểu được phát đi từ UE đến nút B để yêu cầu cho phép phát (tại tốc độ cao hơn tốc độ hiện được phép). Các quyết định lập biểu được đưa ra bởi ô phục vụ, ô này chịu trách nhiệm chính cho lập biểu như minh họa trên hình 2.41 (trong trường hợp đồng thời có cả HSDPA và HSUPA, cùng một ô phục vụ cho cả hai đường xuống và đường lên). Tuy nhiên trong trường hợp chuyển giao mềm, các ô không phục vụ cũng có thể tác động lên hành vi của UE để điều khiển nhiễu giữa các ô.
Cung cấp cho bộ lập biểu thông tin cần thiết về tình trạng UE, đưa ra quyết định lập biểu dựa trên thông tin này và thông báo quyết định ngược trở lại cho UE đòi hỏi một khoảng thời gian nhất định. Tình trạng UE (trang thái bộ đệm và công suất phát khả dụng) có thể khác nhau tại thời điểm phát so với thời điểm mà thông tin này đựơc cung cấp cho nút B. Chẳng hạn UE có thể có số liệu được truyền ít hơn tính toán của bộ lập biểu do số liệu ưu tiên hơn đã nhập vào bộ đệm truyền dẫn hoặc các điều kiện kênh trở nên tồi hơn dẫn đến UE có công suất khả dụng cho truyền dẫn số liệu thấp hơn. Để xử lý các tình trạng này và khai thác các giảm nhiễu do tốc độ số liệu thấp hơn, cho phép lập biểu không thiết lập tốc độ số liệu mà chỉ đưa ra giới hạn trên của mức độ sử dụng tài nguyên. UE sẽ chọn tốc độ số liệu, hay chính xác hơn, chọn tổ hợp khuôn dạng truyền tải E-DCH (E-TFC) trong các giới hạn do bộ lập biểu thiết lập.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 70
Hình 2.41 Tổng quan hoạt động lập biểu
Cho phép phục vụ (Serving Grant) là một biến nội bộ trong từng UE, nó được sử dụng để theo dõi khối lượng tài nguyên cực đại mà UE được phép sử dụng. Nó được biểu diễn như là tỷ số giữa công suất cực đại E-DPDCH trên DPCCH và UE được phép phát từ một luồng MAC-d bất kỳ và sử dụng một kích thước khối truyền tải bất kỳ chừng nào không vượt quá cho phép phục vụ. Vì thế, bộ lập biểu chịu trách nhiệm cho lập biểu giữa các UE, còn các UE tự chịu trách nhiệm để lập biểu các luồng MAC-d theo các quy định trong đặc tả. Về cơ bản luồng ưu tiên cao phải được phục vụ trước luồng ưu tiên thấp.
Lý do biểu diễn cho phép phục vụ bằng tỷ số công suất cực đại xuất phát từ việc chất lượng cơ bản mà bộ lập biểu cố gắng điều khiển là nhiễu đường lên. Nhiễu này tỷ lệ thuận với công suất phát. Công suất phát E-DPCH được định nghĩa tương đối so với DPCCH để đảm bảo rằng E-DPDCH phải chịu tác động của các lệnh điều khiển công suất. Vì công suất phát E-DPDCH thường lớn hơn nhiều so với công suất phát DPCCH, nên một cách gần đúng, tỷ số công suất E-DPCH trên DPCCH tỷ lệ thuận với tổng công suất phát, (PE-DPCH+PDPCCH)/PDPCCH≈ PE-DPCH/PDPCCH và vì thế việc thiết lập giới hạn cho tỷ số công suất E-DPCH với DPCCH tương ứng với điều khiển công suất phát cực đại của UE.
Nút B có thể cập nhật cho phép phục vụ trong UE bằng cách phát đi cho phép tuyệt đối (Absolute Grant) hay cho phép tương đối (Relative Grant) đến UE (hình
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 71
2.42). Các cho phép tuyệt đối được phát trên kênh E-AGCH chia sẻ và được sử dụng cho các thay đổi cho phép phục vụ tuyệt đối. Thông thường các thay đổi này khá lớn chẳng hạn để ấn định một tốc độ số liệu cao cho UE để truyền dẫn gói đường lên.
Hình 2.42 Quan hệ giữa cho phép tuyệt đối , cho phép tương đối và cho phép phục vụ Các cho phép tương đối được phát trên E-RGCH và được sử dụng để thay đổi tương đối cho phép phục vụ. Không như các cho phép tuyệt đối, các thay đổi này chỉ nhỏ; thay đổi do cho phép tuơng đối thường chỉ vào khoảng 1 dB. Trong chuyển giao mềm, các thay đổi tương đối có thể được phát từ cả ô phục vụ lẫn ô không phục vụ. Tuy nhiên tồn tại khác biệt rất lớn giữa hai trường hợp này và chúng được xử lý tách riêng.
Các thay đổi tương đối từ ô phục vụ được dành cho một UE, nghĩa là mỗi UE thu cho phép tương đối riêng để có thể điểu chỉnh các cho phép phục vụ riêng trong các UE khác nhau. Thay đổi tương đối này thường được sử dụng cho các cập nhật nhỏ tốc độ số liệu, có thể xẩy ra thường xuyên trong một truyền dẫn gói đang diễn ra. Cho phép tương đối từ ô phục vụ có thể có ba giá trị: ‘UP’, ‘HOLD’ hoặc ‘DOWN’. Lệnh ‘UP’ (‘DOWN’) chỉ thị UE tăng (giảm) cho phép phục vụ, nghĩa là tăng (giảm) tỷ số công suất E-DPCH trên DPCCH so với tỷ số công suất được sử dụng cuối cùng trong TTI trước trong cùng một xử lý HARQ. Lệnh ‘HOLD’ chỉ thị UE không thay đổi cho phép tương đối. Hoạt động này đựơc mô tả trên hình 2.43.
Đồ án tốt nghiệp Chương II Công nghệ HSDPA
Trần Văn Hiếu – D07VT2 72
Hình 2.43 Mô tả sử dụng cho phép tương đối
Các cho phép tương đối từ các ô không phục vụ được sử dụng để điều khiển nhiễu giữa các ô. Bộ lập biểu trong ô phục vụ không có thông tin về nhiễu gây ra đối với các ô lân cận cho các quyết định lập biểu. Chẳng hạn tải trong ô phục vụ có thể thấp và từ cách nhìn này, nó có thể lập biểu truyền dẫn tốc độ cao. Tuy nhiên ô lân cận có thể không chịu được nhiễu bổ sung do tốc độ truyền dẫn cao này gây ra. Vì thế ô lân cận phải có thể tác động lên các tốc độ số liệu được sử dụng. Thực ra, có thể nhìn nhận điều này như là một ‘chỉ thị quá tải’ để ra lệnh cho các UE không được ô này phục vụ phải hạ thấp tốc độ số liệu của mình.
Mặc dù tên gọi ‘cho phép tương đối’ được sử dụng cho chỉ thị quá tải, nhưng hoạt động này hoàn toàn khác với hoạt động cho phép tương đối từ ô phục vụ. Trước hết, chỉ thị quá tải là một tín hiệu chung mà tất cả các UE thu được. Vì chỉ có ô không phục vụ là liên quan đến mức nhiễu tổng từ ô lân cận chứ không phải UE gây ra nhiễu này, vì thế một báo hiệu chung là đủ. Ngoài ra vì ô không phục vụ không biết được các mức ưu tiên lưu lượng của các UE mà nó không phục vụ, nên không cần thiết phải