nghiên cứu các công nghệ trong truy cập đường lên tốc độ cao hsupa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (521.83 KB, 30 trang )
Thông tin di động phát triển rất nhanh, theo hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU)
số thuê bao điện hoại di động toàn cầu hiện đạt mức 4,6 tỷ thuê bao và dùng rộng
rãi thế hệ thứ ba (3G), có thể cung cấp đa dạng dịch vụ với tốc độ cao, chất lượng
cao, và đang hướng đến 4G.
Các mạng 3G đã triển khai nhiều nước trên thế giới, ngay cả trước khi chúng
được khai thác, các hoạt động nâng cấp chúng đã được quan tâm – đề án công tác
thế hệ ba (3GPP – The Third Generation Partnership Project). Khoảng 10 năm
trước, số thuê bao di động 3G trên toàn thế giới khoảng trên 300 triệu, nhưng đến
năm 2007 đã lên tới 3,1 tỷ và hiện nay là 4,6 tỷ (nghĩa là hơn một nửa số dân trên
thế giới). Theo thống kê, hiện trên thế giới có khoảng hơn 300 mạng UMTS, trong
đó có hơn 35 mạng HSPA đang hoạt động, với hơn 200 triệu khách hàng. Nói cách
khác, gần 40% thuê bao 3G trên thế giới hiện đang được sử dụng công nghệ truyền
tải dữ liệu tốc độ cao HSPA, ngoài ra đến 2011 LTE – giai đoạn đầu của 4G cũng
sẽ được triển khai.
Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA – High Speech Downlink
Packet Access) là một mở rộng của hệ thống 3G UMTS đã có thể cung cấp tốc độ
lên tới 10 Mbps trên đường xuống. HSDPA là một chuẩn tăng cường của 3GPP –
3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế điều biến QPSK trong
3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA. HSDPA hoạt động trên cơ sở kết hợp
ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử dụng AMC
(Adaptive Modulation and Coding – mã hóa kênh và điều biến thích nghi). Để
đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu.
Các kỹ thuật tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong chuẩn HSUPA
(High Speech Uplink Packet Access – truy nhập gói đường lên tốc độ cao) là công
nghệ mạng di động ra đời sau HSDPA và được xem là công nghệ 3,5G. Đây là
công nghệ chiếm ưu thế ở tốc độ đường lên: từ 1,4Mbps đến 5,76Mbps. Ngược lại
với HSDPA, HSUPA sử dụng kênh truyền nâng cao tốc độ đường lên E-DCH
(Enhanced Dedicated Channel) theo các kỹ thuật tương tự HSDPA. Mục tiêu chủ
yếu của HSUPA là cải tiến tốc độ tải lên cho các thiết bị di động và giảm thời gian
1
trễ trong ứng dụng game, email, chat HSUPA là công nghệ phát triển sau
HSDPA nhằm thỏa mãn nhu cầu tương tác thời gian thực với các ứng dụng đòi hỏi
tốc độ và độ tin cậy cao.
Để tìm hiểu rõ hơn về HSUPA em đã chọn đề tài “Nghiên cứu các công nghệ
trong truy cập đường lên tốc độ cao HSUPA” nhằm mục đích nghiên cứu cấu
trúc các kênh số liệu và báo hiệu được sử dụng cho HSUPA.
Lời ni đu……………………………………………………………………… 1
Bng thut ng vit tt 4
2
Danh mc hnh v 8
Lộ trình phát triển thông tin di động từ 3G lên 4G ……………… 9
1.1. Kiến trúc chung của mạng thông tin di động3G …………………………
9
1.2. Các hạn chế của 3G……………………………………………………
10
1.3. Lộ trinh phát triển thông tin di động từ 3G lên 4G………………………. 10
: Truy nhập gói đường lên tốc độ cao ……………………………. 12
2.1. Khác biệt giữa HSDPA và HSUPA……………………………………… 12
2.2. Lập biểu chow HSUPA………………………………………………… 12
2.3. HARQ với kết hợp mềm trong HSUPA………………………………… 14
2.4. Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH)…………… 16
2.5. Kênh riêng tăng cường E-DCH trong HSUPA………………………… 18
2.5.1. E-DCH và các kênh báo hiệu………………………………………… 18
2.5.2. Điều khiển công suất trong E-DCH……………………………………. 23
2.5.3. Điều khiển tài nguyên cho E-DCH…………………………………… 24
2.6. Khoảng thời gian truyền TTI………………………………………… 25
2.7. Thủ tục hoạt động lớp vật lí……………………………………………… 26
2.7.1. Thủ tục hoạt động lớp vật lý cho giao thức HARQ……………………. 26
2.7.2. Thủ tục lớp vật lý cho HARQ và chuyển giao mềm…………………… 27
Tài liệu tham khảo 30
Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt
3G Third Generation Thế hệ thứ ba
4G Fourth Generation Thế hệ thứ tư
3GPP 3
rd
Generation Partnership Đề án các đối tác thế hệ thứ
3
Project ba
3GPP2
3
rd
Generation Partnership
Project 2
Đề án các đối tác thế hệ thứ
ba – 2
ACK Acknowledgement Công nhận
ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động
AWGN Additive Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng
BPSK Binary Phase Shift Keying
Khóa chuyển pha hai trạng
thái
BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc
CDMA
Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã
Cell Cellular Ô
CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển
DL Downlink Đường xuống
DPCCH
Dedicated Physical Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng
DPDCH
Dedicated Physical Data
Channel
Kênh số liệu vật lý riêng
DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng riêng
DTX Discontinuons Transmission Phát không liên tục
E – DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường
FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống
F – DPCH Fractional DPCH DPCH một phần (phân đoạn)
FDD Frequency Division Duplex
Ghép song công phân chia
theo thời gian
FDMA
Frequency Division Multiplex
Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số
GSM
Global System For Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
HARQ
Hybrid Automatic Repeat
reQuest
Yêu cầu phát lại tự động linh
hoạt
HS - High – Speed Dedicated Kênh điều khiển vật lý riêng
4
DPCCH Physical Control Channel tốc độ cao
HS – DSCH
High – Speed Dedicated
Shared Channel
Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao
HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao
HS –
PDSCH
High – Speed Physical
Dedicated Shared Channel
Kênh chia sẻ riêng vật lý cao
HS – SCCH
High – Speed Shared Control
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc
độ cao
HSUPA
High Speed Uplink Packet
Access
Truy nhập gói đường lên tốc
độ cao
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ITU
International
Telecommunications Union
Liên đoàn Viễn thông quốc tế
Iub Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC
Iur Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC
LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn
MIMO Multi – Input Multi – Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra
NCK Negative Acknowledgement Không công nhận
NodeB Nút B
OFDMA
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số trực giao
PDCCH
Physical Dedicated Control
Channel
Kênh điều khiển riêng vật lý
PDCP
Packet – Data Convergence
Protocol
Giao thức hội tụ số liệu gói
PDSCH
Physical Downlink Shared
Channel
Kênh chia sẻ đường xuống
vật lý
PDU Protocol Data Unit
Giao thức đơn vị số liệu
PS Packet Switch Chuyển gói kênh
QAM
Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ vuông góc
Q
o
S Quality of Service Chất lượng dịch vụ
5
QPSK
Quadrature Phase Shift
Keying
Khóa chuyển pha vuông góc
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RRC Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô
tuyến
RR Round Robin Quay vòng
SC – FDMA
Single Carrier – Frequency
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số đơn sóng mang
SDMA
Spatial Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
không gian
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
TCP/IP
Transmission Control
Protocol IP
Giao thức điều khiển truyền
dẫn IP
TDD Time Division Duplex
Ghép song công phân chia
theo thời gian
TDM Time Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
thời gian
TD –
SCDMA
Time Division – Synhcronous
Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã đồng bộ - phân chia theo
thời gian
TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền
UE User Equipment Thiết bị người dùng
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
UTRA
UMTS Terrestrial Radio
Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
UTRAN
UMTS Terrestrial Radio
Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất UMTS
WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã băng rộng
VoIP Voice over IP Thoại trên IP
6
!"#
Thứ tự Mô tả
Hình 1.1
Kiến trúc t„ng quát của một mạng di động kết hớp cả
CS và PS
Hình 1.2 Lịch trình ngiên cứu phát triển trong 3GPP
Hình 1.3 Lộ trình phát triển từ 3G lên 4G
Hình 2.1 Chương trình khung lập biểu của HSUPA
Hình 2.2 Các phát lại trong chuyển giao mềm
Hình 2.3 Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH
Hình 2.4 Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA
Hình 2.5 Sắp xếp tách riêng xử lí E-DCH và DCH
Hình 2.6 Cấu trúc kênh HSDPA và HSUPA
Hình 2.7 Chia sẻ tài nguyên công suất giữa DCH và E-DCH
Hình 2.8 Minh họa chia sẻ tài nguyên giữa các kênh E_DCH và DCH
Hình 2.9 †p dụng 2ms TTI và 10 ms TTI cho một ô
Hình 2.10 Định thời xử lí HSUPA khi TTI = 10ms
7
Hình 2.11 Định thời xử lí HSUPA khi TTI = 2ms
Hình 2.12 Hoạt động HARQ trong chuyển giao mềm
8
$%
&'"(')* &+,-.
/0/012345677879:;4<42=2>?,
Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các
vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và
tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng
công nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch
kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu
lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng
một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình 1.1 dưới đây cho thấy
thí dụ về một kiến trúc t„ng quát của TTDĐ 3G kết hợp cả CS và PS
Hình 1.1 Kiến trúc t„ng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS
RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến
BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc
BSC: Base Station Controller: bộ điều khiển trạm gốc
RNC: Rado Network Controller: bộ điều khiển trạm gốc
CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh
PS: Packet Switch: chuyển mạch gói
SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin
Server: máy chủ
PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
PLMN: Public Land Mobile Network: mang di động công cộng mặt đất
Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng
một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng
này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức
9
năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói
(SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho
phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng
tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn.
3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Hệ thống thông
tin di động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN. Kiểu thứ nhất sử dụng công
nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy
nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial
Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS). Kiểu thứ hai sử
dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio
Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM).
Tài liệu chỉ xét đề cập đến công nghệ duy nhất trong đó UMTS được gọi là 3G
WCDMA UMTS.
/0@0A7;7379,
Mạng 3G tạo ra bước tiến triển lớn trong sự phát triển của hệ thống thông tin
di động cá nhân.Thực tế 3G có khả năng hỗ trợ hàng loạt các dịch vụ internet di
động với chất lượng dịch vụ cải thiện đáng kể.Giao diện vô tuyến WCDMA được
thiết kế để hỗ trợ vùng cải thiện với dung lượng cao cải thiện đáng kể hiệu suất ở
chế độ truyền dẫn mạch gói.Tuy nhiên 3G có những hạn chế:
Việc đạt được tốc độ truyền số liệu cao là rất khó đối với công nghệ CDMA do
can nhiễu giữa các dịch vụ.
Khó có thể tạo ra một dải đầy đủ các dịch vụ đa tốc độ với yêu cầu về hiệu
năng và QOS khác nhau do những hạn chế đối với mạng lõi gây ra bởi tiêu chuẩn
giao diện vô tuyến.
Ngoài ra,dải tần dành cho hệ thống 3G sẽ sớm bị bão hòa và có những ràng
buộc khi kết hợp chế độ song công phân chia theo tần số và thời gian.
/0,0?45BCA4452D4<42=2>?EF.
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên hình
1.3 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình 1.2.
Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP
10
Hình 1.3 Lộ trình phát triển từ 3G lên 4G
AMPS: Advanced Mobile Phone System
TACS: Total Access Communication System
GSM: Global System for Mobile Telecommucations
WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access
EVDO: Evolution Data Only
IMT: International Mobile Telecommnications
IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers
WiFi: Wireless Fidelitity
WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access
LTE: Long Term Evolution
UMB: Untra Mobile Broadband
11
$%
'G$-H&!IJK!L
2.1. Một số điểm khác biệt chủ yếu giữa HSUPA và HSDPA :
HSUPA tuy dùng công nghệ giống HSDPA nhưng cũng có một số khác biệt
căn bản so với HSDPA, mà các khác biệt này ảnh hưởng đến việc thực hiện tính
năng :
Bảng 2.1 Bảng so sánh HSDPA và HSUPA
HSDPA HSUPA
Trên đường xuống thì các tài nguyên
chia sẻ (công suất, mã) đều được đặt
tại một nút trung tâm (nút B).
Với HSUPA, tài nguyên chia sẻ là đại
lượng nhiễu đường lên cho phép.
Bộ lập biểu và các bộ đệm phải được
đặt trong cùng một nút
Bộ lập biểu được đặt trên nút B, còn bộ
đệm được phân tán trong các UE
Các kênh được phát trực giao Các kênh đường lên không trực giao
nên xảy ra nhiễu giữa các đường truyền
dẫn trong cùng một ô
Điều biến bậc cao hơn Điều biến bậc thấp hơn
Sử dụng HARQ không đồng bộ thích
ứng
HARQ đồng bộ không thích ứng được
sử dụng
HSDPA chỉ có một điểm kết cuối giao
thức HARQ- UE
Trong HSUPA, UE thu ACK/NAK từ
các tất cả các nút B tham gia vào
chuyển giao mềm
HSDPA sử dụng chỉ thị số liệu mới
một bit
Một số trình tự phát lại hai bit (RSN :
Retransmission Sequence Number)
được sử dụng cho HSUPA
2.2. Lập biểu cho HSUPA :
• Chức năng:
Đối với HSUPA, bộ lập biểu là phần tử quyết định để điều khiển việc khi nào
và tại tốc độ số liệu nào một UE được phép phát và phải đảm bảo tăng tạp âm
trong giới hạn cho phép, Rõ ràng tốc độ đầu cuối càng cao thì công suất thu được
tại nút B cũng càng cao để đảm bảo tỷ số E
b
/N
0
cần thiết cho giải điều biến. Tuy
nhiên do đường lên không trực giao, nên công suất thu từ UE sẽ gây nhiễu đối với
12
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 truyền dẫn trong ô, các kênh
điều khiển và các truyền dẫn đường lên không được lập biểu có thể bị thu sai.
Nhưng nếu mức nhiễu quá thấp cho thấy rằng các UE đã bị điều chỉnh thái quá
không khai thác hết dung lượng hệ thống. Vì thế HSUPA sử dụng bộ lập biểu để
cho phép người sử dụng có số liệu cần phát được phép sử dụng tốc độ số liệu cao
tới mức có thể mà không vượt mức cho phép trong ô.
Không như HSDPA, bộ lập biểu và các bộ đệm phát đều được đặt tại nút B,
trong HSUPA bộ lập biểu vẫn đặt trong nút B để điều khiển hoạt động phát của
UE, nhưng thông tin trạng thái bộ đệm lại phân tán trong các nút UE. 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 các 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 cho
phép). Các quyết định lập biểu được đưa ra bởi ô phục vụ, ô này chịu trách nhiệm
chính cho lập biểu như chỉ ra trên hình 2.1
Hnh 2.1 - Chương trnh khung lp biểu của HSUPA
Nhiễu giữa các ô cũng cần được điều khiển, thậm chí nếu bộ lập biểu đã cho
phép UE phát tại tốc độ số liệu cao trên cơ sở mức nhiễu trong ô chấp thuận được,
nhưng vẫn có thể gây nhiễu không thể chấp nhận được đối với các ô lân cận. Vì
thế trong chuyển giao mềm, ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho hoạt động lập
13
biểu, nhưng UE giám sát thông tin lập biểu từ tất cả các ô mà UE nằm trong
chuyển giao mềm. Các ô không phục vụ yêu cầu 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 „n định trong mạng.
• CACEMCN2D8
Lp biểu quay vòng: là một thí dụ về chiến lược lập biểu trong đó các đầu
cuối lần lượt phát trên đường lên. Phương pháp này tránh được nhiễu nội ô nhưng
không sử dụng hiệu quả công suất.
Một giải pháp khác là ấn định tốc độ số liệu như nhau cho tất cả các người sử
dụng có số liệu cần phát và chọn tốc độ số liệu tuân theo quy định tải trong ô cực
đại. Điều này dẫn đến sự công bằng cực đại xét về tốc độ số liệu như nhau, nhưng
không đạt được dung lượng ô cực đại. Lợi ích của giải pháp này là hoạt động của
bộ lập biểu đơn giản- không cần ước tính kênh đường lên và trạng thái công suất
phát đối với từng UE.
Với phương pháp “làm no kẻ thèm ăn”, đầu cuối có các điều kiện vô tuyến tốt
nhất sẽ được ấn định tốc độ số liệu cao nhất tới mức có thể.
Như vậy, rõ ràng lập biểu nhanh cung cấp một chiến lược cho phép kết nối
mềm dẻo hơn. Vì cơ chế lập biểu cho phép xử lý tình trạng trong đó nhiều người
sử dụng cần phát đồng thời, nên số người sử dụng số liệu gói tốc độ cao mang tính
cụm được cho phép lớn hơn. Nếu điều này gây ra mức nhiễu cao không chấp nhận
được trong hệ thống, thì bộ lập biểu có thể phản ứng nhanh để hạn chế các tốc độ
số liệu mà các UE có thể sử dụng.
2.3. HARQ với kết hợp mềm trên HSUPA :
HSUPA sử dụng HARQ với kết hợp mềm nhằm mục đích là để đảm bảo tính
bền vững chống lại các lỗi truyền dẫn ngẫu nhiên, hơn nữa còn cải thiện hiệu suất
đường truyền để tăng dung lượng và (hoặc) vùng phủ. Đối với từng khối truyền tải
được phát trên đường lên, một bit được phát từ nút B đến UE để thông báo giải mã
thành công (ACK) hay yêu cầu phát lại khối truyền tải bị mắc lỗi (NAK).
Khi UE nằm trong chuyển giao mềm, nghĩa là giao thức HARQ kết cuối tại
nhiều ô. Vì thế trong nhiều trường hợp số liệu truyền dẫn có thể được thu thành
14
công tại một nút B này nhưng thất bại tại nút B khác. Nếu UE nhận được ACK ít
nhất từ một nút B, UE hoàn toàn khẳng định đã thu thành công .
Cũng giống HSDPA, định thời ACK / NAK được sử dụng để liên kết ACK /
NAK với một xử lý HARQ. Sau một khoảng thời gian quy định rõ ràng sau khi
thu được khối truyền tải đường lên, nút B sẽ tạo ra ACK / NAK. Khi nhận được
NAK, UE thực hiện phát lại và nút B thực hiện kết hợp mềm với phần dư tăng.
Đối với HSUPA khai thác HARQ đồng bộ không thích ứng được sử dụng.
Nhờ có hoạt động đồng bộ, các phát lại xảy ra tại một thời điểm định trước sau
phát lần đầu, nghĩa là chúng không được lập biểu rõ ràng. Vì thế không cần lập
biểu rõ ràng cho các phát lại và cũng không cần báo hiệu về phiên bản dư mà UE
sẽ sử dụng. Đây chính là lợi điểm chính của khai thác HARQ đồng bộ - giảm thiểu
chi phí báo hiệu. Tất nhiên, khả năng thích ứng khuôn dạng truyền dẫn của các
phát lại đối với mọi thay đ„i điều kiện kênh sẽ bị mất, nhưng vì bộ lập biểu đường
lên tại nút B có ít thông tin về trạng thái máy phát (thông tin này nằm tại UE và
chỉ được cung cấp cho nút B thông qua báo hiệu trong băng sau khi số liệu thu đã
được HARQ giải mã thành công) so với bộ lập biểu đường xuống.Vì thế t„n thất
này ít hơn độ lợi nhận được từ việc giảm chi phí cho báo hiệu điều khiển đường
lên.
Tình trạng truyền không theo thứ tự cũng xảy ra đối với đường lên, vì thế
trong trường hợp này cũng cần có cơ chế sắp đặt lại thứ tự, cơ chế sắp đặt lại thứ
tự trong HSUPA cần có thể truy nhập đến các khối truyền tải được truyền đi từ tất
cả các nút B đến RNC và vì thế nó phải đặt tại RNC.
Đối với HSUPA, chỉ thị số liệu mới một bít cũng có thể hoạt động khi có
chuyển giao mềm. Chỉ thị cả NAK và báo hiệu điều khiển đường lên đều bị hiểu
sai thì bộ đệm mềm trong nút B mới bị sửa đ„i sai. Tuy nhiên khi có chuyển giao
mềm, phương pháp đơn giản này là chưa đủ. Thay vào đó, một số trình tự phát lại
hai bit (RSN : Retransmission Sequence Number) được sử dụng cho HSUPA.
Truyền dẫn lần đầu RSN vào 0 và sau mỗi lần phát lại RSN tăng thêm 1. Ngay cả
khi RSN chỉ nhận giá trị trong dải từ 0-3, vẫn có thể đáp ứng cho mọi lần phát lại,
chỉ cần duy trì RSN bằng 3 cho lần phát lại thứ ba và sau đó. Cùng với khai thác
giao thức đồng bộ, nút B biết được khi nào xảy ra phát lại nhờ RSN. Hình 2.2 cho
15
thấy một thí dụ đơn giản về khai thác này. Vì nút B thứ nhất công nhận gói A, nên
UE phát tiếp gói B mặc dù nút B thứ hai không giải mã đúng gói A. Tại thời điểm
phát gói B, nút B thứ 2 đợi phát lại gói A nhưng do các điều kiện kênh tại thời
điểm này, nút B thứ hai thậm chí không phát hiện được một phát mới.
Hnh 2.2 Các phát lại trong chuyển giao mềm
2.4. Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) :
Để có hiệu quả, bộ lập biểu phải có khả năng khai thác các thay đ„i nhanh
theo mức nhiễu và các điều kiện đường truyền. HARQ với kết hợp mềm cũng cho
lợi từ các phát lại nhanh và điều này giảm chi phí cho các phát lại. Vì thế hai chức
năng này phải được đặt gần giao diện vô tuyến. Do đó, cũng giống như HSDPA
chức năng lập biểu và HARQ của HSUPA phải đặt tại nút B. Ngoài ra cũng giống
như HSDPA cũng cần giữ nguyên các lớp cao hơn lớp MAC, nghĩa là mã mật điều
khiển cho phép… vẫn đặt dưới quyền điều khiển của RNC. Điều này cho phép đưa
HSUPA dễ dàng vào các vùng được chọn lựa, trong đó các ô không hỗ trợ truyền
dẫn E-DCH có thể sử dụng chuyển mạch kênh để sắp xếp luồng số của người sử
dụng lên DCH.
16
Cũng như HSDPA, một thực thể MAC mới (MAC-e) được đưa vào UE và
nút B. Trong nút B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải các phát lại HARQ và lập
biểu, còn trong UE, chịu trách nhiệm chọn lựa tốc độ số liệu trong các giới hạn do
bộ lập biểu trong MAC-e của nút B đặt ra.
Khi UE nằm trong chuyển giao mềm với nhiều nút B, các khối truyền tải
khác nhau có thể được giải mã có thể được giải mã đúng tại các nút B khác nhau.
Kết quả là một khối truyền tải có thể thu đúng tại một nút B, trong khi đó một nút
B khác vẫn tham gia và phát lại của một khối truyền tải được phát sớm hơn. Vì thế
để đảm bảo chuyển các khối truyền tải đúng trình tự đến giao thức RLC, cần có
chức năng sắp xếp lại thứ tự trong RNC ở dạng một thực thể mới MAC-e. Trong
chuyển giao mềm, nhiều thực thể MAC-e được sử dụng cho một UE số liệu được
thu từ nhiều ô. Tuy nhiên MAC-e trong ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho lập
biểu, MAC-e trong ô không phục vụ chủ yếu xử lý giao thức HARQ như hình 2.3.
Hnh 2.3 Kin trúc mạng được lp cấu hnh E-DCH (và HS-DSCH)
17
@0O01-'-P$JQR L'IK!
2.5.1. E-DCH và các kênh báo hiệu :
Để hỗ trợ lập biểu và HARQ với kết hợp mềm trong WCDMA, một kiểu
kênh mới, E-DCH đã được đưa vào trong phát hành R6. E-DCH được lập cấu
hình đồng thời với một hay nhiều kênh DCH (Dedicated Channel) khác. Như vậy,
truyền dẫn số liệu gói tốc độ cao trên kênh E-DCH có thể xảy ra đồng thời với các
dich vụ sử dụng DCH từ cùng một UE. Các kênh truyền tải E-DCH hỗ trợ lập biểu
nhanh dựa trên nút B, HARQ nhanh với tăng phần dư và tuỳ chọn TTI ngắn hơn
(2ms). Tuy nhiên khác với HSDPA, E-DCH của HSUPA không phải là kênh chia
sẻ mà là kênh riêng và cấu trúc thì nó rất giống R3 DCH hơn, nhưng khác với
DCH, E-DCH có lập biểu nhanh và HARQ.
Hnh 2.4 Các kênh cn thit cho một UE c kh năng HSUPA
Dưới đây ta tổng kt các kênh của HSUPA:
1. E-DPCH bao gồm hai kênh truyền đồng thời: E-DPDCH và DPCCH. E-
DPDCH có hệ số trải ph„ khả biến từ 2 đến 256 với cấu hình cực đại
2xSF2+2SF4 (tốc độ số liệu đỉnh bằng 5,76 Mbps với tỷ lệ mã hóa 1/1). Khoảng
thời gian truyền dẫn (TTI) của E-DPDCH có thể là 2ms (tốc độ số liệu lớn hơn
2Mbps) hoặc 10ms (tốc độ số liệu bằng hoặc dưới 2Mbps). DPCCH truyền
đồng thời với E-DPDCH chứa các thông tin hoa tiêu và điều khiển công suất
(TPC).
2. E-DPCCH là kênh vật lý mới đường lên tồn tại song song với E-DPDCH để
truyền thông tin ngoài băng liên quan đến truyền dẫn E-DPDCH. E-DPCCH có
18
hệ số trải ph„ 256 chứa các thông tin sau:
- E-TFCI (Enhanced-Transport Format Combination Indicator: chỉ thị
kết hợp khuôn dạng truyền tải) để thông báo cho máy thu nút B về
kích thước khối truyền tải được mang trên các E-DPDCH. Từ thông tin
này máy thu rút ra số kênh E-DPDCH và hệ số trải ph„ được sử dụng
- Số thứ tự phát lại (RSN: Retransmission Sequence Number) để thông báo về
số thứ tự của khối truyền tải hiện thời được phát trong chuỗi HARQ.
- Bit hạnh phúc để thông báo rằng UE có hài lòng với tốc độ hiện thời
(công suất tương đối ấn định cho nó) hay không và nó có thể sử dụng
được ấn định công suất cao hơn hay không.
3. HICH (HARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ) là kênh vật lý
đường xuống để truyền ACK hoặc NAK cho HARQ.
4. E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối E-
DCH) là kênh vật lý đường xuống mới để phát lệnh tăng/giảm một nấc
công suất của lập biểu (thường chỉ 1dB) so với giá trị tuyệt đối được ấn định
bởi kênh E-AGCH. E- RGCH được sử dụng cho các điều chỉnh nhỏ trong khi
đang xẩy ra truyền số liệu. 20E-RGCH được ghép chung với 20HICH trên cơ
sở 40 chữ ký vào một DPDCH có mã định kênh với hệ số trải ph„ 12
5. E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối) là kênh
vật lý đường xuống mới có mã định kênh với hệ số trải ph„ 128 để chỉ thị mức
công suất chính xác của E-DPDCH so với DPCCH. E-AGCH chứa:
- Giá trị cho phép tuyệt đối chỉ thị tỷ số công suất E-DPDCH/DPCCH mà UE
có thể sử dụng
- Phạm vi cho phép tuyệt đối để cho phép hoặc cấm UE phát theo HARQ
- Số nhận dạng UE sơ/thứ cấp cho phép UE xác định kênh E-AGCH này có
dành cho nó hay không
Bảng 2.5 là t„ng hợp các khả năng áp dụng các tính năng của DCH, HSDPA và
HSUPA.
Bảng 2.5 Bảng so sánh HSDPA, HSUPA và DCH
TÝnh n¨ng DCH
HSDPA
(HSDSCH)
HSUPA
(E-DCH)
HÖ sè tr¶i phæ kh¶ biÕn Cã Kh«ng Cã
§iÒu khiÓn c«ng suÊt nhanh Cã Kh«ng Cã
§iÒu biÕn thÝch øng Kh«ng Cã Kh«ng
LËp biÓu dùa trªn nót B Kh«ng Cã Cã
HARQ líp 1 nhanh Kh«ng Cã Cã
TÝnh n¨ng DCH
HSDPA
(HSDSCH)
HSUPA
(E-DCH)
ChuyÓn mÒm giao mÒm Cã Kh«ng Cã
§é dµi TTI (ms) 80,40,20,10 2 10,2
19
Như vậy, không như HSDPA, HSUPA không hỗ trợ điều biến thích ứng (xem
bảng 2.5) vì nó không hỗ trợ các sơ đồ điều biến bậc cao. Do các sơ đồ điều biến
bậc cao phức tạp hơn và đòi hỏi phát nhiều hơn năng lượng trên một bit, vì thế để
đơn giản đường lên sử dụng sơ đồ BPSK kết hợp với truyền dẫn nhiều mã định
kênh song song.
Đặc tính then chốt của HSUPA để hỗ trợ số liệu gói hiệu quả là trễ thấp, vì
thế HSUPA hỗ trợ TTI ngắn 2ms, để đảm bảo thích ứng nhanh các thông số truyền
dẫn và giảm các trễ người dùng đầu cuối liên quan đến truyền dẫn gói. Điều này
không chỉ giảm chi phí phát lại mà còn giảm thời gian phát lần đầu. Trễ xử lý lớp
vật lý thường tỷ lệ với khối lượng số liệu cần xử lý và TTI càng ngắn thì khối
lượng số liệu cần xử lý trong từng TTI càng nhỏ đối với một tốc độ số liệu cao cho
trước. Tuy nhiên khi triển khai với các tốc độ số liệu vừa phải (trong ô lớn chẳng
hạn) có thể cần có TTI dài hơn vì TTI 2ms trở nên quá ngắn không cần thiết và sẽ
dẫn đến chi phí cho thông tin b„ sung quá lớn.
Vì thế E-DCH hỗ trợ hai TTI, 2ms và10ms để mạng lập cấu hình tuỳ chọn
hợp lý hơn. Về nguyên tắc,các UE khác nhau có thể được lập cấu hình với các TTI
khác nhau. E-DCH được sắp xếp lên một tập các mã định kênh đường lên và được
gọi là các kênh số liệu vật lý riêng của E-DCH (E-DPCH: Enhanced Dedicated
Physical Data Channel). Phụ thuộc vào số liệu tức thời, số các E-DPCH và các hệ
số trải ph„ có thể thay đ„i.
Như đã phân tích, E-DCH và DCH có thể được phát đồng thời. Để tương
thích ngược đòi hỏi nút B không hỗ trợ HSUPA đường lên không thể nhìn thấy E-
DCH. Điều này được giải quyết bằng cách tách riêng xử lý DCH, E-DCH và sắp
xếp các tập mã định kênh khác nhau như trên hình 2.5.
20
Hnh 2.5 Sp xp tách riêng xử lý E – DCH và DCH
Nếu UE nằm trong chuyển giao mềm với nhiều ô, thì các ô không hỗ trợ E-
DCH không thể nhìn thấy nó. Điều này cho phép nâng cấp dần mạng hiện có. Một
ích lợi nữa của cấu trúc này là nó đơn giản hóa và đưa ra TTI 2ms và cũng cho
phép tự do hơn việc lựa chọn xử lý HARQ.
Báo hiệu điều khiển đường xuống cần cho hoạt động của E-DCH. Các kênh
điều khiển đường xuống này cũng như đường lên cần thiết cho hoạt động của E-
DCH, được minh họa trên hình 2.6 cùng với kênh sử dụng cho HSDPA.
Hnh 2.6 Cấu trúc kênh tổng thể HSDPA và HSUPA
21
Trong cơ chế HARQ, nút B phải có khả năng yêu cầu UE phát lại. Thông tin
này (ACK/NAK) được phát trên kênh vật lý riêng đường xuống E-HICH (E-
DCH : Hybrid ARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ của E-DCH). Mỗi UE
được lập cấu hình E-DCH sẽ thu E-HICH của mình từ từng ô tham gia vào chuyển
giao mềm với nó.
Các cho phép lập biểu (được phát đi từ bộ lập biểu đến UE để điều khiển cho
phép khi nào và tại tốc độ nào UE được phát) có thể được phát đến UE trên kênh
cho phép tuyệt đối của E-DCH chia sẻ, E-AGCH. E-AGCH chỉ được phát từ ô
phục vụ về đây là ô chịu trách nhiệm chính cho hoạt động lập biểu và chỉ các UE
được lập cấu hình E-DCH là có thể thu được. Ngoài ra, thông tin cho phép lập
biểu cũng có thể được truyền dẫn đến UE thông qua kênh cho phép tương đối của
E-DCH, E-RGCH. E-RGCH được sử dụng cho các điều chỉnh nhỏ trong khi đang
xảy ra truyền số liệu.
Trên đường lên, cần có báo hiệu điều khiển để cung cấp cho nút B thông tin
cần thiết cho giải điều biến và giải mã truyền dẫn số liệu. Vì về nguyên lý, ô phục
vụ trong chuyển giao mềm đã có thông tin này và nó đã được phát đi các cho
phép lập biểu, nhưng các ô không phục vụ trong chuyển giao mềm không có thông
tin này. Ngoài ra , E-DCH cũng hỗ trợ các truyền dẫn không được lập biểu. Vì thế
có báo hiệu điều khiển ngoài băng trên đường lên và kênh E-DPCCH (E-DCH
Dedicated Physical Control Channel) được sử dụng cho mục đích này.
Rõ ràng, quan hệ giữa DCH và E-DCH trong truyền dẫn đồng thời từ một UE
rất đơn giản. Trước tiên chọn kết hợp khuôn dạng truyền tải TFC (Transport
Format Combination) được thực hiện cho DCH và công suất được sử dụng cho
quá trình này tất nhiên không còn khả dụng cho quá trình chọn E-TFC (Enhanced
TFC). Điều này có nghĩa là DCH có quyền tuyệt đối trước tiên đối với tài nguyên
công suất, hay nói một cách khác DCH có ưu tiên tuyệt đối so với E-DCH. Vì E-
DCH được thiết kế cho truy nhập gói đường lên và vì thế nếu có bất kỳ dịch vụ
chuyển mạch kênh nào thì dịch vụ này phải được sắp xếp lên DCH. Do các dịch
vụ chuyển mạch kênh chịu đựng rất kém đối với các thay đ„i tốc độ số liệu thường
xuyên và đột biến, vì thế có thể nói rằng cuộc thoại tốc độ thích ứng AMR
(Adaptive Multi Rate) thông thường sẽ nhận công suất mà nó cần và phát công
22
sut ny lờn DCH v ch cụng sut cũn li l c s dng cho E-DCH. n nh
cụng sut ca quỏ trỡnh TFC v E-TFC ca UE c ch ra trờn hỡnh 2.7 Cn lu
ý, tc DCH cho phộp cc i khi c lp cu hỡnh song song vi E-DCH l
64kbps.
Hnh 2.7 Chia s ti nguyờn cụng sut gia DCH v E-DCH
2.5.2. iu khin cụng sut trong E-DCH :
iu khin cụng sut lm vic tng t nh vi DCH v vic a vo E-
DCH khụng lm thay i kin trỳc iu khin cụng sut tng th. iu khin cụng
sut vũng trong iu chnh cụng sut phỏt ca DPCCH. Cụng sut phỏt E-DPDCH
c thit lp bi E-TFC tng i so vi DPCCH theo cỏch tng ng nh
vic thit lp cụng sut phỏt DPDCH bi chn la TFC. iu khin cụng sut
vũng ngoi c t trong nỳt B a ra quyt nh da vo S/R ớch c thit lp
bi iu khin cụng sut vũng ngoi t ti RNC.
Vũng ngoi trong cỏc phỏt hnh u tiờn ch yu c iu khin bi DCH
BLER (t l li khi) ti RNC. Nu DCH c thit lp cu hỡnh, vũng ngoi
(thc hin theo gii thut c thự ) cú th ch tỏc ng lờn DCH. Gii phỏp ny
hot ng tt chng no cú cỏc ln phỏt trờn kờnh DCH, nhng hiu nng gim
nu s ln phỏt DCH tha hn.
Nu khụng cú DCH no c lp cu hỡnh, v nu s ln phỏt xy ra trờn
DCH tha, cn xột n thụng tin v cỏc ln phỏt E-DCH. Tuy nhiờn vic a ra
HARQ cho E-DCH, E-DCH BLER cú th khụng thớch hp l u vo cho iu
23
Chọn E-TFC có
thể sử dụng công
suất còn lại sau
khi chọn TFC, bị
giới hạn bởi công
suất khả dụng và
công suất cực đại
đ ợc lập biểu
Chọn TFC
ấn định toàn
bộ công
suất cần
thiết để phát
DPDCH tại
tốc độ số
liệu đ ợc
chọn
Công suất khả dụng cho
truyền dẫn E-DCH
Công suất
khả dụng cho
EDPCCH/E-DPDCH
Công suất
DPCCH + DPDCH
Công suất phát UE cực đại
Bộ lập biểu nút B điều
khiển công suất t ơng
đối cực đại mà lựa
chọn E-TFC có thể sử
dụng
Công suất phát UE
Công suất phát DPDCCH -
ớc tính
khin cụng sut vũng ngoi . Trong phn ln cỏc trng hp, E-DCH BLER ti
RNC gn bng 0 dn n vic vũng ngoi h thp S/R ớch v dn n mt
DPCCH ng lờn nu ch s dng E-DCH lm u vo cho c ch vũng ngoi.
Vỡ th h tr iu khin cụng sut vũng ngoi , s ln phỏt li thc t c s
dng phỏt mt khi truyn ti c nỳt B thụng bỏo cho RNC. RNC cú th s
dng thụng tin ny nh l mt b phn ca vũng ngoi thit lp S/R ớch cho
vũng trong.
2.5.3. iu khin ti nguyờn cho E-DCH :
Ging nh HSDPA, mt b phn qun lý ti nguyờn cho HSUPA c x lý
bi nỳt B ch khụng phi ti RNC. Tuy nhiờn RNC vn chu trỏch nhim tng th
cho qun lý ti nguyờn bao gm iu khin cho phộp v x lý nhiu gia cỏc ụ. Vỡ
th cn phi giỏm sỏt v iu khin mc s dng ti nguyờn ca cỏc kờnh E-
DCH t c s cõn i tt gia cỏc ngi s dng E-DCH v khụng s dng
E-DCH, nh mụ t trờn hỡnh 2.8.
Hnh 2.8 Minh ha chia s ti nguyờn gia cỏc kờnh E-DCH v DCH
iu khin cho phộp, RNC s dng tng cụng sut thu bng rng (RTWP:
Received Total Wideband Power), RTWP ch th tng mc s dng ti nguyờn
trong ụ. iu khin cho phộp cng cú th s dng tc bit c E-DCH cung
cp. Cựng vi vic o RTWP cú th thit k gii thut cho phộp ỏnh giỏ
khong cũn trng ca b lp biu cho mt loi u tiờn c th.
iu khin ti trong ụ, RNC cú th thụng bỏo RTWP ớch cho nỳt B trong
trng hp nỳt B phi lp biu cỏc cuc truyn dn E-DCH duy trỡ RTWP
trong gii hn ny. RNC cng cú th khụng thụng bỏo RTWP tham kho nỳt B
24
Các ngời sử dụng E-
DCH nội ô
Các ngời sử dụng
DCH nội ô
Nhiễu giữa các ô
Tạp âm nhiệt
Bộ lập biểu
RTWP đo
Tạp âm nền đ-
ợc ớc tính
Nút B
Khả
dụng
cho E-
DCH
RNC
RTWP
đích
Tạp âm
nền
Không sử dụng
RTWP
báo cáo
Điều khiển
cho phép
Điều khiển
nghẽn
RTWP
đích
RTWP
tham khảo
có thể cải thiện ước tính tải đường lên trong ô. Lưu ý rằng chuẩn không quy định
việc bộ lập biểu phải sử dụng kết quả đo tuyệt đối (RTWP) hay tương đối (tăng tạp
âm, được xác định bằng tỷ số giữa t„ng công suất thu chia cho công suất tạp âm:
PRX/PN). Bản thân nút B thực hiện mọi phép đo cần thiết cho một thiết kế bộ lập
biểu cụ thể.
Để RNC có thể điều khiển tỷ số nhiễu giữa các ô và nhiễu nội ô, RNC có thể
thông báo cho nút B về tỷ số giữa công suất không phục vụ E-DCH và t„ng công
suất E-DCH. Bộ lập biểu phải tuân thủ giới hạn này khi thiết lập chỉ thị quá tải và
không được phép chặn các UE không phục vụ E-DCH nếu giới hạn này không bị
vượt quá. Giải pháp này nhằm phòng ngừa việc một ô làm t„n hại đến các UE
trong các ô lân cận. Nếu không sử dụng giải pháp này, bộ lập biểu về nguyên tắc
có thể thường xuyên thiết lập chỉ thị quá tải để “đánh cắp” tài nguyên từ các ô lân
cận, đây là điều không thể chấp nhận.
2.6. Khoảng thời gian truyền TTI.
Trong khi HSDPA chỉ hỗ trợ cho TTI 2 ms thì HSUPA có thể hỗ trợ cho hai
TTI (2ms và 10ms). TTI 2ms được hỗ trợ để giảm trễ còn TTI 10 ms được hỗ trợ
để đảm bảo tại biên ô.
Đối với tốc độ số liệu thấp hơn 2 Mbps dung lượng không phụ thuộc vào TTI.
Tuy nhiên khi tốc độ số liệu cao hơn 2 Mbps, kích thước khối sử dụng độ dài
10ms quá lớn và vì thế có thể đảm bảo các tốc độ số liệu cao hơn 2 Mbps bằng
cách sử dụng TTI 2ms. Đối với các ô vĩ mô, các tốc độ bit trên đường lên cũng bị
giới hạn do hạn chế công suất phát. Điều này có nghĩa là TTI 10ms sẽ là giá trị
ban đầu khi mới triển khai hệ thống, điều này cũng được thể hiện ở các khả năng
của UE (2ms TTI là tùy chọn cho hầu hết các loại UE).
Nếu không xảy ra quá nhiều phát lại thì việc sử dụng 2ms TTI là có rất có lợi
vì trễ giữa các phát lại sẽ ngắn hơn so với 10ms. Tuy nhiên sẽ gặp phải vấn đề khi
tiến đến gần biên ô, khi này báo hiệu sử dụng chu kỳ 2ms bắt đầu tiêu thụ nhiều
công suất đặc biệt tại nút B như minh họa trên 2.9.
25
