NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC HSDPA -5

+ Truyền dẫn đa mã, lớp vật lý tốc độ cao L1

+ Yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ.

Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển

mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào các

chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ giúp điều

chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vô

tuyến tức thời.

Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chỉ

thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật

điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi

ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận

(Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình

truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng

UE trong một cell, Thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các

UE một cách công bằng .

Vấn đề chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh đường truyền của mỗi

người sử dụng độc lập và cách xác định nó. Ví dụ như: tỷ lệ công suất ký hiệu

trên tạp nhiếu ( tỷ số Es/No), chất lượng bộ tách UE. Nút B có thể ước lượng tốc

độ dữ liệu được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách giám sát các lệnh điều khiển công

suất phát theo chu kỳ một giá trị chỉ thị chất lượng kênh (CQI – Channel Quality

Indicator) đặc thù của HSDPA trên kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao

( HS-DPCCH) đường lên, kênh này cũng mang cả thông tin báo hiệu chấp nhận /

33

không chấp nhận (Ask / Nask) ở dạng gói dựa trên L1 cho mỗi kênh liên kết.

Khi đã ước tính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ tài nguyên mã và công

suất HS-DSCH giữa những người sử dụng khác nhau.

Lớp điều khiển truy nhập môi trường ( MAC – Medium Access Control)

được đặt tại nút B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường

tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như có thể kiểm

soát chất lượng QoS chặt chẽ hơn. So sánh với kỹ thuật DMA truyền thống,

kênh HS-DSCH không thực hiện với điều kiện công suất phát nhanh và hệ số

trải phổ cố định. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hoá Turbo tốc độ thay đổi,

điều chế 16 QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS- DSCH hỗ trợ

tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120 Kbps tới hơn 10Mbps. Quá trình điều chế và mã hoá

thích ứng cơ bản có một dải động khoảng 20dB, và được mở rộng hơn nữa số

đa mã khả dụng.

Bảng 3: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp

Tốc độ dữ liệu Tốc độ dữ liệu Tốc độ dữ liệu

TFRC

(1 mã ) (5 mã) (15 mã)

QPSK, tỷ lệ mã hoá 1/2 120 kpbs 600 kbps 1.8 Mbps

QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 240 kpbs 1.2 Mbps 3.6 Mbps

16 QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2 360 kpbs 1.8 Mbps 5.3 Mbps

480 kpbs 2.4 Mbps 7.2 Mbps QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2

34

QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 720 kpbs 3.6 Mbps 10.7 Mbps

Từ bảng 3 ta có thể phần nào hình dung được kết nối giữa một khuôn dạng

truyền tải và kết nối tài nguyên (TFRC) có thể và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng.

2.4 Cấu trúc HSDPA

2.4.1 Mô hình giao thức HSDPA

Hình 13: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH

Trong cấu trúc HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển

mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào các

chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ giúp điều

chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vô

tuyến tức thời.

Nếu như tất cả các kênh truyền tải theo kiến trúc R99, chúng đều chấm dứt tại

RNC thì kênh HS-DSCH lại chấm dứt ngay tại Node B nhằm mục đích điều khiển

kênh HS-DSCH, lớp MAC-hs (lớp điều khiển truy cập trung gian tốc độ cao), sẽ điều

35

khiển các tài nguyên của kênh này và nằm ngay tại Node B. Do đó, cho phép nhận các

bản tin về chất lượng kênh hiện thời để có thể tiếp tục theo dõi giám sát chất lượng

kênh hiện thời để có thể liên tục theo dõi giám sát chất lượng tín hiệu cho thuê bao tốc

độ thấp. Vị trí này của MAC-hs tại Node B cũng cho phép kích hoạt giao thức HARQ

từ lớp vật lý, nó giúp cho các quá trình phát lại diễn ra nhanh hơn.

Hình 14: Cấu trúc lớp MAC – hs

Đặc biệt hơn, lớp MAC – hs chịu trách nhiệm quản lý chức năng HARQ cho mỗi

user, phân phối tài nguyên HS-DSCH giữa tất cả các MAC-d theo sự ưu tiên của

chúng ( ví dụ như lập lịch gói), và lựa chọn khuôn dạng truyền tải thích hợp cho mỗi

TTI (ví dụ như thích ứng liên kết). Các lớp giao diện vô tuyến nằm trên MAC không

thay đổi so với kiến trúc R99 bởi vì HSDPA chỉ tập trung vào việc cải tiến truyền tải

của các kênh logic.

Lớp MAC-hs cũng lưu giữ dữ liệu của user được phát qua giao diện vô tuyến,

điều đó đã tạo ra một số thách thức đối với việc tối ưu hóa dung lượng bộ nhớ đệm của

Node B.

Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chỉ thị

chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật điều

36

chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi ở dưới

các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận (Ack/Nack) ứng với

mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình truyền dữ liệu. Cùng với

chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng UE trong một cell, Thiết bị

sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE một cách công bằng .

2.4.2 Cấu trúc kênh

Hình 15: Giao diện vô tuyến của HSDPA

Tài nguyên chung của người sử dụng trong ô tế bào bao gồm các bộ mã kênh

và công suất phát. Khái niệm HSDPA được giới thiệu bao gồm một số kênh vật lý

thêm vào:

- Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-PDSCH (High Speed Physical

Downlink Shared Channel)

- Kênh điều khiển vật lý HS-DPCCH (HS-Physical Control Channel).

2.4.2.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao: HS-PDSCH

37

Trong kênh này thời gian và mã hoá được chia sẽ giữa những người sử dụng gắn

liền với Node-B. Đây là cơ cấu truyền tải cho các kênh logic được thêm vào:

+ Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH (HS-Downlink Shared Channel)

+ Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH (HS-Shared Control Channel).

Những tài nguyên mã hoá HS-DSCH gồm có một hoặc nhiều bộ mã định hướng

với hệ số phân bố cố định SF 16. Phần lớn 15 bộ mã này có thể phân bổ cho những

yêu cầu về truyền dẫn dữ liệu và điều khiển. Các tài nguyên mã hoá sẵn sàng được

chia sẻ chủ yếu trong miền thời gian nhưng nó có thể chia sẻ tài nguyên mã hoá bằng

cách dùng mã hoá đa thành phần. Khi cả thời gian và bộ mã được chia sẽ, từ hai đến

bốn người sử dụng có thể chia sẽ tài nguyên mã hoá trong cùng một TTI.

Hình 16: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH

Đặc tính quan trọng của kênh HS-DSCH là tính linh động của nguồn được chia

sẻ trong khoảng thời gian rất ngắn 2ms.Khi đó dữ liệu người dùng được đặt trên kênh

HS-DSCH, chúng liên tục được gửi đi trong khe thời gian 2ms đó.

38

Ngược lại, với phiên bản R99 của WCDMA còn có thêm khoảng DTX - khoảng

truyền gián đoạn nằm trên khe DPDCH, nó có tác dụng lọc nhiễu trên đường truyền

nhưng không thể đạt được tốc độ lớn nhất. Vì R99 ra đời với mục tiêu chính là tăng

dung lượng hệ thống cho các dịch vụ thoại so với hệ thống 2G (GSM) mà thôi chứ

chưa sự đạt được những yêu cầu và kỳ vọng đối dịch vụ số liệu vì tốc độ hỗ trợ dữ liệu

còn thấp (khoảng 384 kbps). Đối với dịch vụ thoại thì chúng ta đã biết, nguồn tài

nguyên (mã, công suất, nhiễu) yêu cầu để truyền dẫn dịch vụ này là không thay đổi (do

tốc độ truyền dẫn là không thay đổi) do đó điều khiển công suất thực sự hiệu quả vì nó

giảm nhiễu MAI làm cho dung lượng kênh thoại mà hệ thống có thể đáp ứng trên một

đơn vị tài nguyên vô tuyến tăng lên.

Tuy vậy khi triển khai các dịch vụ số liệu ( File Transfer, Internet Access, E-

mail,…) chúng ta thấy rằng đặc thù của những dịch vụ này là yêu cầu nguồn tài

nguyên rất lớn và trong khoảng một thời gian ngắn. Ví dụ như nếu truy nhập vào một

trang web nào đó thì cùng một lúc nội dung văn bản và hình ảnh của website cần

truyền đến máy đầu cuối trong một khoảng nhất định. Sau khi nội dung trang web đã

download về máy đầu cuối thì thông thường người sử dụng sẽ xem nội dung và không

truy nhập tài nguyên hệ thống nữa. Những dịch vụ mà yêu cầu nguồn tài nguyên lớn

và trong khoảng thời gian ngắn như vậy trong kỹ thuật người ta gọi chung một tên là

“bursty data service”.

Với kênh HS-DSCH trong HSDPA thì người ta cấp phát 15 mã trải phổ với hệ số

trải 16 để dùng chung giữa các máy trong cùng một sector. Các máy được cấp phát tài

nguyên trong từng khoảng thời gian nhất định (TDM). Bộ scheduler sẽ cấp phát tài

39

nguyên: bao nhiêu mã trải phổ, công suất là bao nhiêu phụ thuộc vào yêu cầu dịch vụ,

trạng thái kênh của user đó.

Hình 17: Trạng thái kênh của các user

Như hình vẽ trên, tại khoảng thời gian đầu tiên User 1 có trạng thái kênh tốt nên

bộ scheduler đưa ra quyết định cấp phát tài nguyên cho User này. Khi đã quyết định

cấp phát tài nguyên cho User 1 này kỹ thuật thích ứng cũng được áp dụng. Nếu trạng

thái kênh của User lúc này tốt và nhu cầu về tốc độ truyền dẫn lớn thì máy phát có thể

dùng điều chế 16-QAM hoặc mã kênh với tỷ lệ mã lớn để truyền tốc lớn hơn. Đến

khoảng thời gian thứ 2, User 2 sẽ được cấp phát để truyền dẫn vì User 2 có trạng thái

kênh tốt hơn như trên hình vẽ. Bằng việc cấp phát tài nguyên động, kết hợp với kỹ

thuật thích ứng (ACM) chúng ta có thể thấy rằng kênh truyền dẫn chung luôn có chất

lượng kênh ở mức tốt được thể hiện ở đường nét đứt trên hình vẽ.

40