Đánh giá hiệu năng trong mạng HSPA

HIỆU NĂNG HSUPA
Chương này trình bày hiệu năng HSUPA bao gồm: tốc độ bit, dung lượng ô và
vùng phủ. Phần 8.1 xét tổng quan các nhân tố hiệu năng chính. Sau phần này, các
phần 8.2 và 8.3 nghiên cứu các khiá cạnh hiệu năng mức đường truyền, phân tích
các độ lợi nhận được từ lập biểu nút B và HARQ. Phần cuối cùng, phần 8.4, trình
bày các tăng cường đường lên cho anten và các giải pháp băng thông.
8.1. CÁC NHÂN TỐ HIỆU NĂNG CHUNG
Giống như HSDAP, hiệu năng HSUPA phụ thuộc rất lớn vào kịch bản
được lựa chọn, triển khai và các thông số dịch vụ. Rất nhiều các thông số quan
trọng giống như các thông số đã được giải thích cho HSDPA. Dưới đây ta nhắc lại
các nhân tố quan trọng nhất:
√ Các giải thuật mạng - các giải thuật đặc thù HSUPA như: bộ lập biểu dựa
trên nút B, ấn định tài nguyên HSUPA và giải thuật thay đổi ô.
√ Kịch bản triển khai – Các mức nhiễu khả dụng trong ô phụ thuộc vào các
nhân tố như tổn hao truyền sóng, nhiễu các ô khác và truyền sóng đa
đường
√ Khả năng máy phát của UE – Tốc độ bit cực đai và công suất phát cực đại
được hỗ trợ
√ Hiệu năng và khả năng của máy thu UE – Số anten thu, kiểu máy thu và
các dự trữ thực hiện
√ Lưu lượng – kết hợp lưu lượng kênh riêng (DCH) và lưu lượng HSUPA,
kiểu lưu lượng như luồng và nhắn tin, số lượng các người sử dụng tích cực
Trong chương này ta sẽ cố gắng tôn trọng nhất các giả thiết cơ sở đã dược
thỏa thuận trong 3GPP. Trong quá trình phân tích các kết quả ta sẽ thấy các nhân
tố nào nói trên đóng vai trò quan trong nhất.
Chương này sử dụng các số đo hiệu năng dưới đây:
√ Thông lượng ô trung bình – Khối lượng số liệu trung bình có thể thu được
từ tất cả các người sử dụng trong một khoảng thời gian nhất định
√ 10% thông lượng cuộc gọi gói – trình bày trải nghiệm của người sử dụng
đầu cuối. Nó biểu thị 10% thông lượng kém phẩm chất (90% người sử
dụng đầu cuối trải nghiệm gói tốt hơn giá trị này)

√ E
b
/N
0
–

công

suất trên một bit thông tin trên tạp âm yêu cầu để thu được
một tốc độ bit nhất định với xác suất lỗi khối cho trước. Thông số này ảnh
hưởng lên tải cuả hệ thống
√ E
c
/N
0
– công suất trên một chip trên tạp âm yêu cầu để thu được một tốc độ
bit nhất định với một xác suất lỗi khối cho trước
Các số đo khác ít quan trọng hơn sẽ được bổ sung cho các kết quả được
trình bày.
8.2. Hiệu năng của người sử dụng đơn
Hiệu năng đường truyền của một đường truyền E-DCH được khảo sát trong
phần này. Trong quá trình nghiên cứu mức đường truyền ta sử dụng các ‘kênh
tham chuẩn cố định’ (FRC: Fixed Reference Channel). FRC là một tạp các cấu
hình E-DCH được định nghiã trong 3GPP để đo kiểm hiệu năng. Các kênh này
đựơc cho trong bảng 8.1.
FRC1 đến FRC3 sử dụng TTI 2ms, còn các FRC khác sử dụng TTI 10ms.
Tốc độ bit cực đại thay đổi theo số lượng mã, FRC3 cung cấp tốc độ số liệu đỉnh
lớn hơn 4Mbps. Các yêu cầu hiệu năng 3GPP sử dụng các FRC này được đặc tả
trong tiêu chuẩn cua 3GPP. Các yêu cầu này đặc tả hiệu năng cực tiểu trong các
điều kiện nhất định.

Bảng 8.1. Các kênh tham chuẩn (FRC) được định nghĩa cho E-DCH
FRC Độ dài
TTI
(ms)
Kích
thước
khối
truyền tải
Số mã Tỷ lệ mã
hóa
Tốc độ
bit cực
đại
(kbps)
Loại
UE
1 2 2688 2xSF4 0,71 1353 2
2 2 5376 2xSF2 0,71 2706 4
3 2 8064 2xSF4+2xSF2 0,71 4059 6
4 10 4800 1xSF4 0,53 508 1
5 10 9600 2xSF4 0,51 980 2 và 3
6 10 19200 2xSF2 0,51 1960 4 và 5
7 10 640 1xSF16 0,29 69 1
Đối với từng FRC, tồn tại một cặp tỷ lệ công suất được đề suất giữa kênh
số liệu vật lý riêng tăng cừơng (E-DPDCH), kênh điều khiển vật lý riêng tăng
cường (E-DPCCH) và kênh DPCCH. Các tỷ lệ công suất được đề suất này đựơc
gọi là ‘các hệ số beta’. Hệ số beta được định nghĩa như là một giá trị trung bình
của các kênh đa đường. Các hệ số beta được tổng kết trong bảng 8.2. Trong bảng
này các giá trị này đựơc làm tròn đến các giá trị báo hiệu khả dụng và đối với
FRC3 giá trị đựơc cho tương ứng với các mã SF4. Công suất cuả mã SF2 được rút

ra từ giá trị này bằng cách nhân với
2
. Các hệ số beta này đựơc thiết kế cho thu
phân tập anten, còn đối với anten đơn cần cộng thêm 3dB.
Bảng 8.2. Các hệ số beta được định nghĩa cho các kênh tham chuẩn
E-DPDCH/DPCCH
(dB)
E-DPCCH/DPCCH
(dB)
FRC1 9 2.05
FRC2 10 4.05
FRC3 6 0
FRC4 9 -1,94
FRC5 9 -1,94
FRC6 10 -5,64
FRC7 6 0
Dưới đây hiệu năng đường truyền đơn của FRC2,5 va 6 được trình bày với
các giả thiết được liệt kê trong bảng 8.3. FRC5 trình bày HSUPA UE giai đoạn
đầu, trong khi đó FRC2 và RFC6 trình bày các UE của phát hành tương lai. Lưu ý
rằng điều khiển công suất trong các mô phỏng này bị tắt. Các yêu cầu hiệu năng
được định nghĩa cho tất cả các FRC với phân tập thu ngoại trừ 2 và 3 với thu anten
đơn.
Bảng 8.3. Các giả thiết mô phỏng đường truyền
Kết hợp HARQ Phần dư tăng
Sô xử lý HARQ Bốn
Máy thu trạm gốc Bốn đối với TTI 10ms và tám đối với
TTI 2ms
Codec turbo R=1/3, K=4, 8 lần lặp, Max log MAP
Đối với mô phỏng E-DPDCH:
Giải điều chế E-DPCCH

Các thông số được mô phỏng
Tắt
Thông lượng phụ thuộc vào E
c
/N
0
tổng
Đối với mô phỏng E-DPCCH:
Giải điều chế E-DPDCH
Các thông số được mô phỏng
Tắt
Tách sóng hỏng và cảnh váo sự cố phụ
thuộc vào tổng E
c
/N
0
. Dự trữ cảnh báo
được sử dụng là 2dB
Hình 8.1 cho thấy tốc độ số liệu không có điều khiển công suất phụ thuộc
vào E
c
/N
0
trên một anten trạm gốc. Hiệu năng FRC2 với 2ms TTI và FRC6 10ms
TTI khá giống nhau. FRC2 có thể cung cấp các tốc độ đỉnh cao hơn khi E
c
/N
0
đủ
lớn. Để đạt được tốc độ số liệu lớn hơn 2Mbps, cần có E

c
/N
0
cao hơn 0dB trong
trường hợp này.
Hình 8.1. Thông lượng HSUPA trong kênh xe cộ A tốc độ 30 km/giờ, không
điều khiển công suất (tương tự như trường hợp đo kiểm của 3GPP)
Độ tin cậy của kênh điều khiển E-DPCCH phải đủ cao để giả mã đúng kênh
E-DPCCH. Nếu mất E-DPCCH hay từ mã bị thu sai, các bộ đệm HARQ dễ ràng
bị hỏng bởi kết hợp mềm sai. Xác suất phát hiện mất phải thấp hơn 0,2%. Đây là
trường hợp khi UE đã phát số liệu nhưng nút B không thu đúng E-DPCCH. Hình
8.2 minh họa xác suất phát hiện mất trong các lý lịch kênh đa đường khác nhau. Vì
E-DPCCH không được mã hóa CRC, nên cần sử dụng phương pháp phát hiện
công suất kênh dựa trên ngưỡng. Ngưỡng được dịnh nghiã bằng ‘mức độ cảnh báo
sai”, mức độ này này liên quan đến trường hợp khi UE không phát số liệu nhưng
một từ mã E-DCCH bị giải mã sai tại máy thu nút B.
Hình 8.2. Hiệu năng pháp hiện E-DPCCH DTX đối với 2ms TTI
Các mô phỏng đường truyền cho thấy rằng E
c
/N
0
thu phải khá cao để đạt
dược tốc độ số liệu cao. Hình 8.3 cho thấy tăng tạp âm do người sử dụng đơn gây
ra phụ thuộc vào E
c
/N
0
. Nếu E
c
/N

0
thu bằng 0dB, công suất tín hiệu và công suất
tạp âm bằng nhay dẫn đến tăng tạp âm là 3dB. Nếu E
c
/N
0
. Nếu E
c
/N
0
là 5dB, người
sử dụng đơn có tăng tạp âm 6dB. Khi tăng tạp âm tăng, vùng phủ sóng đối với các
người sử dụng đồng thời khác trên cùng một sóng mang se co lại. Để giới hạn tăng
tạp âm và đảm bảo vùng phủ, Sử dụng các giá trị E
c
/N
0
cao trong các ô vĩ mô lớn
là không thực tế.
Hình 8.3. Tăng tạp âm nhiệt đường lên gây ra mởi người sử dụng đơn phụ
thuộc vào E
c
/N
0
yêu cầu
Phần còn lại của phần này ta sẽ xét các kết quả hiệu năng mức đường
truyền khi không có lập biểu gói. Các giả thiết được cho trong bảng 8.4.
Bảng 8.4. Các giả thiết để phân tích tốc độ bit của người sử dụng
Tốc độ bit UE cực đại Loại 3 với 1,45Mbps cực đại
Công suất phát UE cực đại Loại 3 với 24dBm cực đại

Mức tạp âm trạm gốc -105dBm
Mức công suất CPICH 33dBm
Chi phí RLC 5%
Lệch chuẩn phađinh chậm 8dB
Hình 8.4 cho thấy thông lượng người sử dụng đơn tại mức RLC (điều khiển
liên kết vô tuyến) đo bằng kbps phụ thuộc vào công suất mã tín hiệu thu (RSCP)
trong UE. RSCP thấp hơn có nghĩa là tổn hao đường truyền lớn hơn và thông
lượng đường lên thấp hơn. Thông lượng đựơc giả hiết là bị giới hạn bởi mức công
suất UE cực đại (không xét các khía cạnh dung lượng và lập biểu). Tốc độ bit đỉnh
1,4Mbps (đặc trưng của UE loại 3 của HSUPA) có thể đạt được tại RSCP bằng
-92dBm. Rõ ràng rằng HSUPA cung cấp tốc độ bit cao hơn WCDMA 384kbps UE
khi mức RSCP cao hơn -100dBm. HSUPA còn cung cấp một độ lợi thông lượng
nhất định với các mức RSCP thấp hơn nhờ L1 HARQ.
Hình 8.4. Thông lượng đường lên tức thời của người sử dụng đơn phụ thuộc
vào CPICH RSCP
Hình 8.5 cho thấy phân bố tích lũy tốc độ số liệu đường lên trong ô vĩ mô
lớn có phađinh che tối và chuyển giao mềm. Kích thước ô được xác đinh sao cho
có thể cung cấp 64kbps với xác suất phủ 95%. Tốc độ đường lên 384 kbps có thể
được đảm bả với xác suất 70% và 1,4Mbps với xác suất 40% từ quan điểm công
suất.
Hình 8.5. Phân bố tốc độ bit của người sử dụng
Tốc độ bit trung bình và tốc độ bit 90% từ hình 8.5 được minh họa trong
bảng 8.5. HSUPA có thể nhận được độ lợi tốc độ bit đỉnh cao hơn WCDMA và có
thể cho tốc độ bit trung bình cao hơn WCDMA 2,7 lần. Tại điểm xác suất 95%
HSUPA nhận được độ lợi nhất định, nhưng thấp hơn một cách rõ ràng so với độ
lợi tính theo tốc dộ trung bình.
Bảng 8.5. Tốc độ bit người sử dụng trung bình và phủ 95% trong ô
WCDMA 384kbps
(kbps)
HSUPA 1,4Mbps

(kbps)
Độ lợi từ
HSUPA
Tốc độ bit trung bình
của người sử dung
324 881 2,7x
Tốc độ bit 95% phủ
sóng của người sử dụng
64 82 1,3x
8.3. DUNG LƯỢNG Ô
Khác với phần trước xét hiệu năng đường truyền đơn, phần này sẽ xét dung
lượng bị giới hạn bởi nhiễu. Độ lợi dung lượng nhận được từ HSUPA chủ yếu là
do sử dụng L1 HARQ và lập biểu dựa trên nút B. Hai tính năng này sẽ được xét
trong hai mục dưới đây.
8.3.1. HARQ
Các sơ đồ phát lại lớp vật lý tiên tiến sử dụng kết hợp mềm dựa trên phần
dư tăng và trễ phát lại nhỏ là một tính năng chính của HSUPA. Việc sử dụng các
sơ đồ L1 HARQ có hai ưu điểm:
1. Các phát lại tại lớp 1 trong HSUPA nhanh hơn so với các phát lại dựa trên
L2 RLC trong R3
2. Kết hợp mềm các phát lại được sử dụng trong HSUPA
Nói một cách khác, các phát lại gây thay đổi trễ với sử dụng các sơ đồ phát
lại được điều khiển bởi lớp 1 (được đặt trong nút B) ít hơn so với sử dụng các sơ
đồ phát lại dựa trên lớp 2 (được đặt tại RNC. Phát lại nhanh cho phép ta đạt được
xác suất phát lại cao hơn trong khi vẫn duy trì hiệu năng trễ của người sử dụng cao
hơn. Điều này dẫn đến giảm E
b
/N
0
yêu cầu và vì thế tăng hiệu năng sử dụng phổ

tần. Các kỹ thuật kết hợp như kết hợp săn đuổi (CC: Chase Combining) và phần
dư tăng (Incremental Redunduncy) có thể cải hiện hơn nữa hiệu năng của các sơ
đồ phát lại lớp một được điều khiển bởi nút B.
Để khảo sát ảnh hưởng của các sơ đồ phát lại lớp 1 và các kỹ thuật kết hợp
lên hiệu năng thông lượng người sử dụng và ô, ta sử dụng các định nghĩa sau:
1. Xác suất lỗi khối (BLEP: B;ock Error Probability) là xác suất tách khung số
liệu thất bại tại làn phát thưa nhất. Nó là một hàm phụ thuộc vào E
b
/N
0
đích
được sử dụng trong giải thuật điều khiển công suất cũng như phụ thuộc vào
môi trường truyền sống và di động
2. Tỷ lệ xóa khung (FER: Frame Erasure Rate) được tính toán trong một
khoảng thời gian đủ dài và được định nghiã như sau:
1FER = −
C¸c khung sè liÖu thu ®óng
C¸c khung sè liÖu ®îc ph¸t
(8.1)
3. Cuối cùng, E
b
/N
0
hiệu dụng được định nghĩa như là tỷ số giữa E
b
/N
0
cần
thiết với FER tương ứng.
`

0
0
/
/
1
b
N
E N
FER−
b
E
hiÖu dông =
(8.2)
Hình 8.6 minh họa ảnh hưởng của các kỹ thuật HARQ lên tốc độ số liệu
được trải nghiệm bởi người sử dụng.
Hình 8.6. Tốc độ số liệu người sử dụng trong kênh xe cộ A, 30 km phụ thuộc
vào E
b
/N
0
thu khi sử dụng và không sử dụng HARQ.
Đối với tỷ số năng lượng một bit thông tin thu trên tạp âm, phần dư tăng
cung cấp FER thấp hơn trường hợp không có HARQ, điều này dẫn đến thông
lượng người sử dụng cao hơn. Độ lợi nhận được từ tăng phần dư (HARQ) rõ ràng
phụ thuộc vào điểm hoạt động của hệ thống: E
b
/N
0
yêu cầu càng cao thì BLEP tại
lần phát đầu càng thấp và độ lợi từ HARQ càng thấp.

Theo định nghĩa thông lượng ô, hiệu suất phổ tần đường lên tỷ lệ nghịch
với E
b
/N
0
hiệu dụng. Điểm hoạt động tối ưu thường phụ thuộc vào kịch bản di
động và truyển sóng cũng như vào việc có sử dụng kỹ thuật kết hợp hay không.
Các kết quả mô phỏng được thể hiện trên hình 8.7 cho thấy hiệu suất phổ tần được
cải thiện như thế nào khi tăng BLEP tại lần phát đầu tiên (điều này dẫn đến giảm
yêu cầu E
b
/N
0
). Chẳng hạn, độ lợi hiệu suất phổ tần khi tăng BLEP tại lần phát đầu
1% đến 10% sẽ nằm trong khoảng từ 0,6 dB đến 0,7dB tương ứng với thông lượng
ô tăng vào khoảng 15-20%.
Hình 8.7. E
b
/N
0
phụ thuộc BLEP tại lần phát đầu cho FRC5, kênh xe ô tô A,
30km/giờ có và không có HARQ
Có thể triển khai thành công phần dư tăng để tăng thêm hiệu suất phổ tần,
mặc dù độ lợi nhận được từ HARQ chỉ thực sự thể hiện thực sự rõ ràng đối với các
giá trị FER lớn hơn 50%. Trên hình 8.8, E
b
/N
0
hiệu dụng với phần dư tăng đạt cực
tiểu tại 300 kbps, tương ứng với FER vào khoảng 70% và với BLEP tại phát lần

đầu cao hơn 90% trên hình 8.7. Giả thiết rằng với các phát lại RLC, kênh vật lý
hoạt động tại xác suất lỗi 1%, độ lợi hiệu suất phổ nhận được từ L1 HARQ gần
bằng 2dB (tương ứng tăng thông lượng ô 60%). Tuy nhiên cái giá phải trả là trễ
truyền dẫn tăng đáng kể, tốc độ số liệu người sử dụng giảm và công suất xử lý tại
trạm gốc lớn hơn do phát lại nhiều lần. Giả thiết vùng hoạt động thực tế hơn đối
với BLEP tại phát lần đầu nằm trong khoảng 20% và 30%, thì độ thông lượng ô từ
L1 HSRQ vào khoảng từ 15% đến 20%.
Hình 8.8. E
b
/N
0
hiệu dụng phụ thuộc tốc độ số liệu người sử dụng đối với
FRC5, kênh xe ô tô A tốc độ 30km/giờ có và không có HARQ
8.3.2. Lập biểu nút B
Lập biểu dựa trên nút B với báo hiệu điều khiển L1 có thể hoạt động nhanh
hơn lập biểu dựa trên RNC với báo hiệu điều khiển L3. Nó có thể đảm bảo cho hệ
thông hai lợi điểm sau:
1. Có thể điều khiển công suất thu đường lên chặt hơn bằng cách lập biểu gói
nút B nhanh nhờ vậy thích ứng các thay đổi nhiễu nhanh hơn. Có thể giảm
giá trị trần của công suất yêu cầu và hệ thống có thể hoạt động với các mức
nhiễu cao hơn dẫn đến thông lượng ô cao hơn
2. Lập biểu nút B cho phép ấn định lại tài nguyên vô tuyến giữa các người sử
dụng nhanh hơn. Trễ lập biểu dài liên quan đến truyền dẫn các yêu cầu
dung lượng từ UE đến RNC và truyền dẫn các cho phép dung lượng từ
RNC đến UE là nhược điểm chính của thực hiện bộ lập biểu gói RNC. Để
giảm các trễ này, các giải thuật lập biểu nút B được xét trong phần này dựa
trên sử dụng các tài nguyên vô tuyến được ấn định và không đòi hỏi báo
hiệu yêu cầu dung lượng tường minh từ UE đến nút B. Về nguyên lý, mục
đích của giải thuật lập biểu được đề xuất là linh hoạt lấy các tài nguyên từ
các người sử dụng có mức độ sử dụng tài nguyên vô tuyến được ấn định

thấp để phân phối lại chúng giữa các người sử dụng có mức độ sử dụng
cao. Các thông số lập biểu gói được thiết lập cho cả lập biểu RNC và nút B
đựơc cho trong bảng 8.6. Thời gian lập biểu và thay đổi sẽ quyết định tần
suất lập biểu gói theo ô và theo người sử dụng.
Bảng 8.6. Thiết lập các thông số lập biểu gói cho mô phỏng lập biểu RNC và
nút B
Lập biểu nút B
(ms)
Lập biểu RNC
(ms)
Thời gian lập biểu gói 100 100
Thời gian thay đổi tốc độ
số liệu
100 600
Trễ ấn định 40 100
Bô định thời không tích
cực
Sau khi đã không tích cực
trong khoảng thời gian
này, UE hạ tốc độ số liệu
xuống tốc độ cho phép
cực tiểu
100 2000
Với cả lập biểu RNC và nút B, giả thiết là nút B có phân tập anten hai
nhánh với máy thu RAKE. Cả giải thuật điều khiển công suất vòng trong và vòng
ngòi đều được sử dụng trong bộ mô phỏng mức đường truyền. Mô phỏng cũng sử
dụng chuyển giao mềm và mềm hơn với kết hợp tỷ lệ cực đại tại nút B cho chuyển
giao mềm hơn. Mô hình được sử dụng để mô phỏng lưu lượng số liệu gói là mô
hình trò chơi được cải tiến. Như minh họa trên hình 8.9, có thể chia trang thái của
người sử dụng được mô phỏng liên quan đến tạo lập và truyền dẫn các gói số liệu

thành ba giai đoạn chính:
1. Trong giai đoạn đầu của cuộ gọi gói, sô liệu nguồn được tạo lập trong bộ
đệm RLC của người sử dụng. Trong giai đoạn đầu này, số liệu được phát
tùy thuộc vào mức độ chiếm bộ đệm và tốc độ số liệu được ấn định bởi bộ
lập biểu gói
2. Trong giai đoạn hai, tạo lập số liệu trong RLC kết thúc. Trong khi đó, đầu
cuối vẫn tiếp tục phát số liệu mà nó đã tích lũy trong thời gian cuộc gọi gói.
Giai đoạn hai kết thúc khi tất cả số liệu nhớ đệm đã được phát thành công
3. Trong giai đoạn cuối cùng, giai đoạn ba, không có số liệu được tạo lập
trong bộ đệm RLC. Giai đoạn này được coi là ‘thời gian đọc’. Vì bộ đệm
rỗng khi bắt đầu giai đoạn ba, nên trong thời gian đọc không phát số liệu
Hình 8.9. Mô hình lưu lượng nguồn và tính năng vòng kín của nó
Tốc độ số liệu nguồn trong thời gian các cuộc gọi gói là 250kbps.
Hiệu năng của giải thuật lập biểu nút B được so sánh với hiệu năng của
thực hiện bộ lập biểu gói R3 RNC. Để tập trung lên hiệu năng lập biểu gói, mô
phỏng được giả thiết với phát lại L1 không có kết hợp mềm. Vì thế hệ thống được
giả thiết hoạt động với BLEP tại lần phát thứ nhất bằng 10%. Ý đồ ở đây là so
sánh hai kịch bản lập biểu khi vần hành kênh vật lý tại cùng xác suất lỗi để tập
trung lên hiệu suất của giải thuật ấn định tài nguyên.
Ta có thể thấy đựơc ảnh hưởng của lập biểu nút B nhanh lên hiệu năng hệ
thống từ minh họa trên hình 8.10 cho các phân bố tăng tạp âm đối với lập biểu
RNC và lập biểu nút B. Cả hai phân bố đều có ngưỡng tăng tạp âm 5% bằng 6dB,
nghĩa là xác suất tăng tạp âm vượt quá 6dB là 5%. Lập biểu gói nút B nhanh cho
phép hệ thống điều khiển tổng công suất thu đường lên hiệu quả hơn so với trường
hợp lập biểu RNC và vì thế giảm giá trị trần của công suất yêu cầu để ngăn chặn
hệ thống rơi vào vùng tải không mong muốn. Vì thế có thể tăng tải trung bình
đường lên đáp ứng quy định ngưỡng tăng tạp âm và vì thế dung lượng ô đươc cải
thiện. Hình 8.11 minh họa cải thiện thông lượng ô trung bình với lập biểu nút B.
Độ lợi nhận được so với lập biểu RNC nằm trong khoảng 6% đến 9% và hầu như
độc lập với số người sử dụng trung bình trong ô.

Hình 8.10. Phân bố tăng tạp âm đối với lập biểu RNC và lập biểu nút B, kênh xe cộ
A tốc độ 30km/giờ, trung bình 20 người sử dụng trong ô, ngưỡng tăng tạp âm 5% bằng
6dB

Hình 8.11. Thông lượng ô trung bình phụ thuộc số người sử dụng trung bình
trong ô cho lập biểu RNC và lập biểu nút B, ngưỡng tăng tạp âm 5% là 6dB
Để thể hiện được cả mức cải thiện dịch vụ trong hệ thống có lập biểu nút B,
hình 8.12 cho thấy kết quả thông lượng ô trung bình phụ thuộc vào ngưỡng thông
lượng cuộc gói 10%. Hình 8.12 cho thấy có thể triển khai lập biểu nút B như thế
nào để vừa tăng hiệu năng thông lượng ô vừa tăng tổng chất lượng dịch vụ trong
hệ thống. Chẳng hạn với ngưỡng thông lượng cuộc gọi gói 10% là 90kbps, độ lợi
thông lượng ô nhận được từ lập biểu nút B so với lập biểu RNC là 20%. Đối với
tải ô 1,3Mbps, điểm ngưỡng 10% tăng khoảng 100% từ 50kbps lên hơn 100kbps
so với lập biểu RNC.
Hình 8.12. Thông lượng ô trung bình phụ thuộc ngưỡng thông lượng 10% đối
với lập biểu RNC và lập biểu nút B
Cuối cùng ta đánh giá độ lợi kết hợp khi sử dụng cả các sơ đồ phát lại
nhanh L1 và lập biểu nhanh dựa trên nút B L1. Các kịch bản mô phỏng khác nhau
được sử dụng: (1) WCDMA R3 với BLER đích 1%, lập biểu và phát lại chậm dựa
trên RNC, (2) HSUPA với lập biểu và phát lại nhanh dựa trên nút B; cả hai kịch
bản đều sử dụng kết hợp mềm (L1 HARQ) và không có kết hợp mềm (L1 ARQ).
Các kết quả dụng lượng được cho trên hình 8.13 và 8.14 đối với kênh xe ô tô A
tốc độ km/giờ và 30 km/giờ.
Hình 8.13. Thông lượng ô trung bình với kênh xe ô tô A tốc độ 3km/giờ,
ngưỡng tăng tạp âm 5% là 6dB, ngưỡng thông lượng 10% là 64kbps
Hình 8.14. Thông lượng ô trung bình với kênh xe ô tô A tốc độ 50km/giờ,
ngưỡng tăng tạp âm 5% là 6dB, ngưỡng thông lượng 10% là 64kbps
Với các giả thiết nói trên, độ lợi thông lượng ô của HSUPA so với
WCDMA R3 là từ 25% đến 60% phụ thuộc vào kịch bản di dộng. Có thể giải
thích lý do độ lợi thông lượng cao hơn đối với tốc độ UE 50km/giờ như sau. Khi

tăng BLEP đích tại phát lần đầu từ 1% lên 10%, độ lợi hiệu suất phổ tần cao hơn,
vì khó đạt được BLEP thấp tại tốc độ cao do độ chính xác điều khiển công suất
không tốt bằng tại tốc độ thấp.
Hầu hết độ lợi từ các sơ đồ phát lại L1 nhận được từ khai thác kênh vật lý
tại xác suất lỗi cao hơn chứ không phải sử dụng các kỹ thuật kết hợp mềm. Lập
biểu nút B đảm bảo tăng thông lượng ô vào khoảng từ 15% đến 20% cộng thêm độ
lợi nhận được từ L1 HARQ.
8.4. CÁC TĂNG CƯỜNG HIỆU NĂNG HSUPA
Hiệu suất phổ đường lên và tốc độ số liệu có thể được cải thiện bằng các
giải phép anten và băng gốc. Phần này sẽ trình bày ngắn gọn phân tập anten, kết
hợp loại bỏ nhiễu và tách tín hiệu đa người sử dụng (MUD).
Phân tập và tạo búp anten đa nhánh – mảng anten có thể hoạt động trong hai chế
độ: (1) chế độ phân tập hay (2) chế độ tạo búp. Các kỹ thuật phân tập dựa trên sự
độc lập thông kê giữa các phàn tử anten để giảm xác suất phađinh sâu và cho phép
cung cấp tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm (SINR) cao hơn bằng cách kết hợp
nhất quan các tín hiệu thu tại từng phần tử anten. Các kỹ thuật tạo búp hướng các
bút hẹp đến từng người sử dụng để giảm nhiễu đa người sử dụng bằng cách lọc
không gian và triệt tín hiẹu nhiễu. Chọn lựa cơ sở là hoặc cực đại hóa phân tập
hoặc độ lợi anten. Các đánh giá hiệu năng của các phương pháp tạo mảng
antenkhác nhau cho đường lên WCDMA đã được thực hiện. Nó cho thấy các khái
niệm phân tập và tạo búp có hiệu năng giống nhau như thế nào khi số phần tử
anten trên một đoạn ô nhỏ, tuy nhiên khi số phần tử anten trên đoạn ô lớn và trải
góc phương vị nhỏ phương pháp tạo búp bắt đầu vượt trội các kỹ thuật phân tập.
Tuy nhiên các kỹ thuật phân tạp tỏ ra hoạt động tốt hơn trong các môi trường di
động chậm vì có thể áp dụng thời gian lấy trung bình dài hơn để ước tính kênh tốt
hơn. Ngoài ra, nghiên cứu cũng cho thấy rằng đối với các môi trường kenh có trải
góc lớn, các sơ đồ phân tập không gian với truệt nhiễu tỏ ra là giải pháp hấp dẫn
hơn so với tạo búp xét từ quan điểm phức tạp và độ bền chắc chống lại các sai lỗi
do hiệu chỉnh mảng anten.
Kết hợp lạo bỏ nhiễu – kết hợp phân tập anten truyền thống sử dụng kết hợp tỷ lệ

cực đại (MRC) trong đó nhiễu được coi là nhiễu trắng. Kết hợp loại bỏ nhiễu
(IRC: Interference Reject Conbining) khai thác các thuộc tính không gian của
nhiễu. MRC chủ định cực đại hóa công suất tín hiệu thu, trong khi đó IRC chủ
định cực đại hóa tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm. IRC có thể cải thiện đáng
kể hiệu năng trong trường hợp các nguồn nhiễu nổi trội. Vì HSDUPA cho phép
các tốc độ số liệu đỉnh cao nên có thể dẫn đến các kich bản nhiễu được đặc trưng
bởi các nguồn nhiễu nổi trội, nên IRC có khả năng cung cấp dung lượng đảng kể
và độ lợi phủ sóng. Trong trường hợp các người sử dụng tốc độ thấp trong
WCDMA, không có các nguồn nhiễu nổi trội và IRC không cho bất kỳ độ lợi nào.
Có thể sử dụng IRC cho các máy thu trạm gốc GSM để cải thiện hiệu năng vì các
nguồn nhiễu nổi trội thường có trong GSM.
Tách sóng đa người sử dụng – Mặ dù nhiễu đa truy nhập (MAI) thường đựơc xấp
xỉ hóa bằng AWGN (tạp âm Gauss trắng cộng), nhưng trong thực tế nó gồm các
tín hiệu thu của các người sử dụng CDMA. Vì thế nhiễu đa truy nhập có một cấu
trúc nhất định và có thể sử dụng điều này tại máy thu. Verdú đã đạt được việc mô
tả rằng các hệ thống CDMA không phải hạn chế nhiễu mà đúng hơn là hạn chế bởi
bởi bộ lọc phối hợp thông thường. Tuy nhiên bộ tách tín hiệu đa người sử dụng tối
ưu do ông trình bày có một nhược điểm chính: mức độ phức tạp thực hiện nó tăng
theo hàm mũ vớí số người sử dung và vì thế không khả thi đối với hầu hết các máy
thu CDMA thực tế. Khảo sát các kỹ thuật MUD khác nhau cho các hệ thống MUD
đã đựơc trình bày trong một số các bài báo. Các bài báo này đã đưa ra các cân đối
giữa hiệu năng và độ phức tạp cuả các bộ tách sóng đa người dùng. Một cách để
thực hiện MUD là triệt nhiễu: nguyên lý cơ sở của nó là tái sinh nhiễu CDMA để
có thể trừ đi một số hoặc tất cả nhiễu đa truy nhập nhìn từ góc độ người sử dụng.
Hình 8.15 mô tả cấu trúc được đơn giản hóa của máy thu triệt nhiễu song song một
tầng đối với hai người sử dụng.
Hình 8.15. Máy thu triệt nhiễu song song cho hai người sử dụng
Các máy thu tạm gốc tiên tiến cókhả năng tăng cường đáng kể tốc độ số
liệu của người sử dụng đầu cuối. Chẳng hạn, máy thu phân tập anten bốn nhánh và
triệt nhiễu đảm bảo độ lợi đối với HSUPA cao hơn so với R3, vì HSUPA cho phép

các tốc độ bit cao hơn nhiễu so với R3. Điều này được minh họa trong bảng 8.7
cho các tốc độ số liệu của người sử dụng trong trường hợp năm người sử dụng.
Giả thiết được sử dụng cho hình 8.7 là triệt nhiễu loại bỏ 70% nhiễu nội ô. Do tốc
độ số liệu đỉnh cao trong HSUPA, triệt nhiễu có thể cải thiện tốc độ số liệu
HSUPA vào khoảng 40%, nhưng đối với R3 độ lợi này không đáng kể. Các tốc độ
số liệu của người sử dụng R3 bị giới hạn bởi tốc độ đỉnh 384kbps.
Các kỹ thuật triệt nhiễu cũng được triển khai thành công để cải thiện vùng
phủ đường lên. Vùng phủ của ô được minh họa trên hình 8.16: quỹ đường truỳen
được cải thiện khoảng 2dB, nghĩa là máy thu trạm gốc triệt nhiễu có thể cung cấp
cùng một tốc độ tại 2dB thấp hơn so với máy thu RAKE.
Bảng 8.7. Các tốc độ số liệu cho kịch bản năm người sử dụng trong ô
Tốc độ số liệu của
người sử dụng
(kbps)
Độ lợi với triệt
nhiễu (IC)
%
R3 Không triệt nhiễu
Hiệu suất triệt nhiễu 70%
375
384
-
2
HSUPA Không triệt nhiễu
Hiệu suất triệt nhiễu 70%
414
583
-
41
Hình 8.16. Tốc độ số liệu trung bình của người sử dụng phụ thuộc CPICH

RSCP với phân tập anten bốn nhánh, có và không có triệt nhiễu (CPICH
RSCP được tính toán với giả thiết tổn hao cáp đường xuống 4dB và công suất
phát CPICH 33dBm)
Cũng có thể sử dụng các kỹ thuật triệt nhiễu để cài thiện phủ sóng đường
lên. Vùng phủ của ô được minh họa trên hình 8.16; quỹ đường truyền được cải
thiện 2dB, nghĩa là máy thu trạm gốc với triệt nhiễu có thê cung cấp cùng một tốc
độ số liệu với mức tín hiệu 2dB thấp hơn so với máy thu RAKE.
Độ lợi thông lượng nhận được từ triệt nhiễu cũng đã được nghiên cứu. Kết
quả nghiên cứu cho thấy rằng dựa trên phương trình tải đường lên, ta có thể biểu
diễn độ lợi thông lượng ô nhận được từ triệt nhiễu một cách gần đúng như sau:
1
1 .
UL
i
G
i
β η
+
≅
+ −
(8.3)
Trong đó i là tỷ số nhiễu từ ô khác trên nhiễu nội ô, η
UL
là tải một phần của đường
lên và β là hiệu suất triệt nhiễu. Độ lợi thông lượng ô từ triệt nhiễu tăng cùng với
hiệu suất MUD β và giảm cùng với i, vì triệt nhiễu chỉ hiệu quả đối với nhiễu nội
ô. Ngoài ra ảnh hưởng của hiệu suất MUD lên độ lợi thông lượng ô cũng tăng lên
bởi hệ số tải một phần đường lên η
UL
. Lý do vì độ lợi tách sóng đa người sử dụng

tăng khi số nhiễu bị triệt tiêu tăng.
Các hình 8.17 và 8.18 minh họa độ lợi dung lượng ô từ triệt nhiễu lý thuyết
phụ thuộc vào tải một phần đường lên η
UL
đối với β bằng 0,3 và 0,7 và đối với các
giá trị tỷ số nhiễu ô khác trên nhiễu nội ô i khác nhau. Trong ô cách ly đầy tải
(η
UL
=1, i=0) độ lợi dung lượng lý thuyết là 40% đối với hiệu suất triệt nhiễu 30%
và 230% đối với hiệu suất triệt nhiễu 70%. Tuy nhiên nếu giả thiết tải ô vào
khoảng 75% và tỷ số nhiễu ô khác trên nhiễu nội ô nằm trong giải từ 0,4 đến 0,6,
thì độ lợi dung lượng ô từ triệt nhiễu giảm đáng kể xuống còn vào khỏang 20% và
50% đối với β bằng 0,3 và 0,7.
Hình 8.17. Độ lợi thông lượng ô lý thuyết nhận được từ triệt nhiễu phụ thuộc
η
UL
đối với β=0,3
Hình 8.18. Độ lợi thông lượng ô lý thuyết nhận được từ triệt nhiễu phụ thuộc
η
UL
đối với β=0,7
Độ lợi hiệu năng kết hợp nhận được từ HSUPA với phân tập anten bốn
nhánh và triệt nhiễu so với WCDMA R3 được minh họa trên hình 8.19. Các giá trị
độ lợi được cho tương đối so với kịch bản tham chuẩn R3 với phân tập anten hai
nhánh, máy thu lọc phối hợp, đích BLER 1% và các phát lại ARQ lớp 2. Tăng
cừng thổng độ lợi ô nằm trong khoảng 200% và 300% phụ thuộc vào của máy thu
hiệu suất triệt nhiễu được sử dụng.
Hình 8.19. Thông lượng ô trung bình đối với các kịch bản phân tập anten và
triệt nhiễu khác nhau với PS nút B và L1 HARQ so với hiệu năng của kịch
bản WCDMA R3 (RNC PS và L2 ARQ)

8.5. TỔNG KẾT
WCDMA R3 trong thực tế cung cấp tốc độ số liệu cực đại 384kbps trên
đường lên trong khi HSUPA lúc đầu cung cấp tốc độ bit đỉnh 1-2Mbps sau đó lên
đến 3-5Mbps. HSUPA đạt được tốc độ bit cao hơn mà không sử dụng điều chế bậc
cao để đảm bảo hiệu suất bộ khuyếch đại công suất cao và vùng phủ tốt hơn cho
các tốc độ số liệu cao. Từ quan điểm vùng phủ, có thể đảm bảo tốc độ bit HSUPA
cao (trên 1Mbps) thậm chí trong ô vĩ mô với xác suất 50%.
HSUPA sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để cải thiện dung lương ô và hiệu
suất sử dụng phổ trong các ô tải cao. Các kỹ thuật này bao gồm các phát lại lớp 1
nhanh với HARQ và lập biểu dựa trên nút B nhanh. Các phát lại nhanh cho phép
tỷ số lỗi cao hơn trong HSUPA so với R3 DCH mà vẫn đảm bảo trễ đầu cuối như
nhau. Nếu tỷ số lỗi khối tăng từ 1% đến 10%, độ lợi dung lượng ô là 15%-20% và
thậm chí còn cao hơn đối với các mức tỷ số lỗi khối cao hơn. Lập biểu nút B
nhanh cho phép sử dụng các mức nhiễu trung bình cao hơn trong HSUPA so với
R3 DCH vì lập biểu nhanh làm cho phân bố tỷ số tín hiệu trên nhiễu hẹp hơn và
giảm xác suất chặn của nhiễu. Độ lợi dung lượng ô nhận đựơc từ lập biểu nhanh là
10-20% phụ thuộc vào xác suất chặn yêu cầu. Gộp lại, độ lợi dung lượng kỳ vọng
trong HSUPA là 25-60%.
Có thể cải thiện dung lương HSUPA hơn nữa bằng cách sử dụng tạo búp
trạm gốc, thu bốn nhánh, kết hợp loại nhiễu và triệt nhiễu. Tất cả các giải pháp này
đều được hỗ trợ bởi chuẩn 3GPP HSUPA. Các kỹ thuật này có thể giảm tổng
lượng nhiễu và nhờ vậy cung cấp các tốc dộ số liệu và dung lượng ô cao hơn.