Đồ án Đánh giá hoạt động và ứng dụng HSDPA

0 1/1 2/1 3/1 4/1 5/1 6/1 7/1 X 1 1/2 2/2 3/2 4/2 5/2 6/2 7/2 X 2 1/3 2/3 3/3 4/3 5/3 6/3 7/3 X 3 1/4 2/4 3/4 4/4 5/4 6/4 7/4 X 4 1/5 2/5 3/5 4/5 5/5 6/5 7/5 X 5 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6 6/6 7/6 X 6 1/7 2/7 3/7 4/7 5/7 6/2 7/7 X 7 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 X 8 1/9 2/9 3/9 4/9 5/9 6/9 7/9 8/8 9 1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 9/7 8/7 10 1/11 2/11 3/11 4/11 5/11 10/6 9/6 8/6 11 1/12 2/12 3/12 4/12 11/5 10/5 9/5 8/5 12 1/13 2/13 3/13 12/4 11/4 10/4 9/4 8/4 13 1/14 2/14 13/3 12/3 11/3 10/3 9/3 8/3 14 1/15 14/2 13/2 12/2 11/2 10/2 9/2 8/2 15 15/1 14/1 13/1 12/1 11/1 10/1 9/1 8/1 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. Phần hai bao gồm các thông tin về kích thước khối truyền tải trong TTI (6 bit), chỉ số tiến trình HARQ phục vụ cho quá trình phát lại (3 bit), phiên bản phần dư (3 bit), cờ chỉ thị dữ liệu mới (1 bit) và mã nhận dạng UE (16 bit). 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 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 Xrv,1 là MSB. Với ba bit mã hoá, Xrv nhận 8 giá trị từ 0 đến 7, mỗi giá trị Xrv qui định các tham số r, s của các phiên bản phần dư cũng như thông số chòm mã b được qui định trong bảng 3-5. 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. Thông số chòm mã b qui định cách sắp xếp lại luồng bit trước khi đưa vào điều chế 16QAM. Thông số chòm mã b luôn có giá trị là “0” trong trường hợp điều chế QPSK. Bảng 3-4. Loại phần dư và tham số chòm mã. Xrv Điều chế 16QAM Điều chế QPSK s r b s r 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 2 1 1 1 1 1 3 0 1 1 0 1 4 1 0 1 1 2 5 1 0 2 0 2 6 1 0 3 1 3 7 1 1 0 0 3 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. RV coding r s b Tính CRC và ngẫu nhiên hoá với UE ID X2 Mux Xrv Xtbs Xhap Xnd Mã hoá kênh Y Phối hợp tốc độ Z2 Mux Xccs Xms Ngẫu nhiên hoá với UE ID R1 Phối hợp tốc độ Z1 Mã hoá kênh X1 Xue Sắp xếp lên kênh vật lý R2 HS-PSCCH Hình 3-12. Quá trình mã hoá kênh HS-SCCH. S1 Xue Quá trình mã hoá kênh HS-SCCH được minh hoạ trong hình trên. Các bit thông tin mã định kênh Xccs,1; Xccs,2; …; Xccs,7 và bit thông tin điều chế Xms,1 được ghép lại với nhau tạo thành chuỗi 8 bit X1,1; X1,2;….; X1,8. X1,i = Xccs,i i = 1,2,…,7 X1,i = Xms,i-7 i = 8 Đồng thời các bit thông tin kích thước khối truyền tải Xtbs,1; Xtbs,2;….; Xtbs,6, các bit chỉ số HARQ Xhap,1; Xhap,2; Xhap,3, các bit qui định loại phần dư Xrv,1; Xrv,2; Xrv,3 và bit cờ chỉ thị dữ liệu mới Xnd,1 cũng được ghép lại với nhau tạo thành chuỗi 13 bit X2,1; X2.2;….; X2,13 với. X2,i = Xtbs,i i = 1,2,…,6. X2,i = Xhap,i-6 i = 7,8,9. X2,i = Xrv,i-9 i = 10,11,12. X2,i = Xxd,i-12 i = 13. Tính CRC Phần 1 Phần 2 CRC 8 bits 12 bits 16 bits Hình 3-13. Tính toán mã CRC cho kênh HS-SCCH. Một mã CRC gồm 16 bit C1, C2,…, C16 được tính từ chuỗi các 21 bit X1,1; X1,2;….; X1,8; X2,1; X2,2;….; X2,13. Chuỗi 16 bit CRC này sẽ được ngẫu nhiên hoá bằng 16 bit UE ID: Xue,1; Xue,2; Xue,3;…… Xue,16. Chuỗi bit sau khi được ngẫu nhiên hoá sẽ được ghép phía sau dãy bit X2,1; X2,1;….; X2,13 để được chuỗi 29 bit Y1, Y2, …, Y29, với. Yi = X2,i i=1,2,…,13 Yi = (Ci-13 + Xeu,i-13) i=14,15,…,29 Chuỗi bit của phần một là X1,1; X1,2;….; X1,8 được mã hoá xoắn với tốc độ mã R = 1/3 để được 48 bit Z1,1; Z1.2; …; Z1,48. Đồng thời chuỗi bit của phần 2 là Y1, Y2, …, Y29 cũng được mã hoá tương tự cho ra 111 bit Z2,1; Z2,2; …, Z2,111. Các bộ mã hoá xoắn được sử dụng có hệ số K = 9 (bộ mã hoá xoắn sử dụng 8 phần tử nhớ) để phối hợp tốc độ, sau khi mã hoá các luồng bit sẽ được lược bỏ một số bit. Cụ thể là các bit Z1,1; Z1,2; Z1,4; Z1,8; Z1,12; Z1,45; Z1,47; Z1,48 trong chuỗi bit Z1,1; Z1,2;…; Z1,48 sẽ được lược bỏ để cho ra chuỗi 40 bit R1,1; R1,2;…R1,40 vừa với khe đầu tiên của khung HS-SCCH. Tương tự các bit Z2,1; Z2,2; Z2,3; Z2,4; Z2,5; Z2,6; Z2,7; Z2,8; Z2,12; Z2,14; Z2,15; Z2,24; Z2,42; Z2,48; Z2,54; Z2,57; Z2,60; Z2,66; Z2,69; Z2,96; Z2,99; Z2,101; Z2,102; Z2,1043; Z2,105; Z2,106; Z2,107; Z2,108; Z2,109; Z2,110; Z2,111 cũng được lược bỏ để được chuỗi 80 bit R2,1; R2,2; …; R2,80 cho hai khe còn lại của khung HS-SCCH. Mã hoá xoắn R = 1/2 cộng phối hợp tốc độ XOR 40 bits by repeating the first 8 bits Mã khối (32,10) Phần 1 40 bits 40 bits ngẫu nhiên 10 bits UE ID Hình 3-14. Ngẫu nhiên hoá phần một của kênh HS-SCCH. Sau khi được phối hợp tốc độ, luồng bit của phần một gồm 40 bit R1,1; R1,2;…; R1,40 được ngẫu nhiên hoá bằng 16 bit UE ID để được 40 bit S1,1; S1,2;…; S1,40. Các bit UE ID phải được mã hoá và lược bỏ trước khi được dùng để ngẫu nhiên cho 40 bit phần một. Bằng phương pháp mã hoá xoắn với tốc độ mã hoá R = 1/2, chuỗi 16 bit UE ID được chuyển thành 48 bit, sau khi được lược bỏ 8 bit, luồng bit còn lại là C1; C2;…; C40 được dùng để ngẫu nhiên hoá cho 40 bit R1,1; R1,2;…; R1,40. Quá trình ngẫu nhiên hoá được thực hiện cho ra 40 bit cuối cùng S1,k = (R1,k + Ck) mod 2 với k = {1,2,…,40 } dùng phát đi trên kênh vật lý HS- SCCH. Điều khiển công suất kênh HS-SCCH: 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 sao cho khung HS-SCCH được phát thành công đến UE mà vẫn đảm bảo không làm tăng nhiễu trong hệ thống. Hình 3-15 minh hoạ công suất phát kênh HS-SCCH cho mỗi UE ở các vị trí khác nhau trong ô. Giả sử người dùng thứ nhất đang đứng tại biên của ô nên kênh HS-SCCH phát trong TTI dành cho UE#1 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 3-15. Điều khiển công suất phát kênh HS-SCCH. UE#1 UE#2 UE#3 Node B Công suất kênh HS-SCCH Công suất kênh HS-DSCH UE#1 UE#2 UE#3 UE#1 UE#2 UE#3 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 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. 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. 3.4.3. Kênh vật lý điều khiển 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 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. Tslot = 2560 chips Hình 3-16. Cấu trúc khung kênh HS-DPCCH. Khung con #i Khung con #0 Khung con #4 Khung vô tuyến Tf = 10ms HARQ-ACK CQI 2xTslot = 5120 chips Khung con HS-DPCH Bảng 3-5. Thông số kênh HS-DPCCH. Tôc độ kênh (Kbps) Tốc độ ký hiệu (Ksps) SF Bit/khung con Bit/khe thời gian Số ke thời gian/ khung con 15 15 256 30 10 3 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 khết thúc của khối dữ liệu trên kênh HS-DSCH tương ứng như minh hoạ trên hình 3-17. 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 19200 chip (7.5 khe thời gian) cho đến 19200 + 256 chip. Hình 3-17. Định thời kênh HS-DPCCH. HS-DPCCH HS-DPCCH DPCCH DPDCH ACK/NACK CQI HS-DSCH TTI 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 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. 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. a0, a1, a2, a4 Mã hoá kênh Sắp xếp lên kênh vật lý HARQ-ACK PhCH w0, w1, w2,… w9 Mã hoá kênh Sắp xếp lênh kên vật lý CQI PhCH b0, b1, b2,… b19 Hình 3-18. Quá trình mã hoá kênh HS-DPCCH. Bảng 3-6. Mã hoá 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 Bảng 3-7. Mã khối (20,5). i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Mi,0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 Mi,1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 Mi,2 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 Mi,3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 Mi,4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Quá trình mã hoá kênh HS-DPCCH được trình bày cụ thể trong hình 3-18. Phần thông tin ACK/NACK gồm một bit được lặp lại thành 10 bit có giá trị như trong bảng 3-7. Sau đó, chuỗi 10 bit này được sắp xếp lên kênh vật lý và phát đến UE trong khe thời gian đầu của khung HS-DPCCH. Bản tin chỉ thị chất lượng kênh truyền CQI gồm có 5 bit là a0, a1, a2, a3, a4 (với a0 là LSB và a4 là MSB) để mã hoá 30 giá trị của CQI. Mã khối (20,5) được sử dụng để mã hoá 5 bit CQI này thành chuỗi 20 bit b0, b1, …, b19 tương ứng với 2 khe thời gian còn lại của khung HS-DPCCH. Trong đó bi= n=04(anxMi,n ) mod2 (với i = 0, 1, 2, …,19). Sau khi được mã hoá, luồng 20 bit này cũng được sắp xếp lên kênh vật lý và phát đi trong hai khe thời gian còn lại của khung HS-DPCCH. 3.5. Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA. 3.5.1. Kỹ thuật lập biểu kênh phụ thuộc. Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA là việc lập biểu phụ thuộc kênh nhanh được thực hiện tại Nút B nhờ những thông tin phản hồi về chất lượng kênh truyền từ UE. Một trong những khác biệt cơ bản trong kiến trúc giữa WCDMA R99 và phát hành R5 là bộ lập biểu kênh HS-DSCH được đặt tại Nút B. Bộ lập biểu sử dụng các tham số đầu vào khác nhau để lập biểu phục vụ cho các người dùng trong ô. Các tham số đầu vào này bao gồm các tham số về tài nguyên được cấp phát, thông tin phản hồi từ UE và các đặc tính liên quan đến chất lượng dịch vụ QoS. Hình 3-19. Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSPDA Time User 1 User 1 User 2 User 3 Chất lượng kênh User 1 User 2 User 3 User 1 User 2 User 3 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 điều này được thể hiện trong hình 3-19. 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 Fading nhanh là hiệu ứng không mong muốn và rằng cần chống lại nó, bằng cách lập biểu phụ thuộc kênh pha đinh có lợi và cần khai thác nó. Chiến lược của bộ lập biểu thực tế là khai thác các thay đổi ngắn hạn (do Fading 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. 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 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 3-20. 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. Phản hồi 1 Phản hồi 1 Số liệu Số liệu Lập biểu nhanh tại node B dự trên: Phản hồi chất lượng. Khả năng UE. Khả năng tài nguyên. Trạng thái bộ đệm. QoS và mức ưu tiên. Hình 3-20. Nguyên lý lập biểu tại node B 3.5.1.1. Tham số chất lương dịch vụ. Chỉ số ưu tiên kết nối ARP (Allocation and Retention Priority) quy 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. 3.5.1.2. Khả năng hổ trợ các 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 3.9) 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. Bảng 3-8. Phân loại thiết bị đầu cuối HSDPA. Loại UE Số mã tối đa TTImin Bit/TTI Kết hợp HARQ Rmax (Mbps) 1 5 3 7298 Chase 1.2 2 5 3 7298 IR 1.2 3 5 2 7298 Chase 1.8 4 5 2 7298 IR 1.8 5 5 1 7298 Chase 3.6 6 5 1 7298 IR 3.6 7 10 1 14411 Chase 7.2 8 10 1 14411 IR 7.2 9 15 1 20251 Chase 10.2 10 15 1 27952 IR 14.4 11 5 2 3630 Chase 0.9 12 5 1 3630 Chase 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 xử 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. Nên node 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. 3.5.1.3. 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 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 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 C/I tối đa - Max. C/I. 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 cân bằng tỉ lệ - PF. Thuật toán PF sẽ cấp phát tài nguyên cho người dùng dùng trên chất lượng kênh truyền hiện tại của UE và lượng dữ liệu trung bình mà UE đã được phát thành công trước đó: Pi = Ri(t)λi(t) với i = 1, 2,..n (3.1) 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 thay đổi nhanh của Fading tác động lên kênh truyền. 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. λi= αi(t)(t- ti) với t ≥ ti (3.2) 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: Pi= Ri(t)λi(t) maxjRj(t)Ri(t) (3.3) 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 là tốc độ tối đa trung bình của UE thứ i và maxj Rj(t) là tốc độ tối đa trung bình lớn nhất của các UE trong ô. Thuật toán C/I trung bình - Avg. C