Trong hệ thống truy nhập vụ tuyến WCDMA, kờnh DSCH cú tớnh chất đặc thự và rất hữu dụng cho việc truyền lưu lượng gúi lớn ởđường xuống. DSCH cung cấp cỏc tài liệu nguyờn mó mà chỳng cú thể chia sẻ bởi nhiều người sử dụng khỏc nhau theo phương thức ghộp thời gian. Việc chia sẻ cỏc tài nguyờn cho phộp cải thiện dung lượng và trỏnh được sự thiếu hụt về mó định kờnh khi xảy ra trường hợp mỗi user được cấp phỏt một kờnh DCH. Như đó đề cập ở trờn, khỏi niệm HSDPA giới thiệu thờm một loại kờnh truyền tải mới, kờnh HSDPA, nú cú thể xem như là một sự
phỏt triển của kờnh DSCH. Một số kờnh vật lý cũng được giới thiệu, đú là kờnh chia sẻđường xuống vật lý tốc độ cao (HS-PDSCH) và một kờnh điều khiển vật lý tốc độ
cao (HS-DPCCH).
HS-PDSCH là kờnh chia sẻ cả về thời gian và mó giữa những người sử dụng kết nối tới Node B. Đú là kỹ thuật phỏt cho cỏc kờnh logic thờm là kờnh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH và kờnh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH.
HS-DPCCH là kờnh đường lờn mang cỏc thụng tin điều khiển ở đường lờn,
cụng suất của HS-DPCCH, mỗi người sử dụng sẽ được cấp phỏt một kờnh DPCH liờn kết.
Hỡnh 2.6 cho biết những kờnh thờm vào trong HSDPA và sự kết hợp của chỳng với cỏc kờnh khỏc khi phỏt. Khi truyền dữ liệu xuống thỡ chỳng được truyền trờn kờnh truyền tải HS-DSCH qua kờnh vật lý HS-PDSCH, cựng phối hợp với cỏc kờnh DSCH, và kờnh HS-SCCH.
Hỡnh 2.6: Cỏc kờnh vật lý cho HSDPA.
HSDPA dựa trờn một loại kờnh truyền tải mới, kờnh HS-DSCH, nú cú thểđược xem như một sự phỏt triển của kờnh DSCH. HS-DSCH được xếp vào nhúm cỏc kờnh vật lý được ký hiệu là HS-DSCHs và được chia sẻ giữa tất cả cỏc user theo phương thức ghộp thời gian. Hệ số trải phổ của kờnh HS-DSCHs được cố định là 16, và MAC-hs cú thể sử dụng một hoặc một số mó (cũn gọi là đa mó), tối đa lờn
đến 15 mó. Khi cả thời gian và mó được chia sẻ, hai đến bốn người sử dụng cú thể
Hỡnh 2.7: Chia sẻ thời gian và mó
Cấu trỳc kờnh đường lờn và đường xuống của HSDPA được mụ tả trong hỡnh 2.8. Khỏi niệm HSDPA cũn bao gồm kờnh HS-SCCH để bỏo hiệu cho cỏc user khi chỳng được phục vụ cũng như cỏc thụng tin cần thiết cho quỏ trỡnh giải mó. HS- SCCH mang những thụng tin sau:
Mặt nạ ID của UE: để xỏc định user được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo.
Thụng tin liờn quan đến khuụn dạng truyền tải: mụ tả cỏc mó định kờnh, và phương thức, kỹ thuật điều chế được sử dụng. Tỷ lệ mó húa thực được trớch ra từ kớch cỡ của block truyền tải và cỏc tham số khuụn dạng truyền tải khỏc. Thụng tin liờn quan đến HARQ: vớ dụ như chu kỳ phỏt tiếp theo sẽ là một
block mới hay là một block được phỏt lại(do lỗi trước đú) và thụng tin về cỏc phiờn bản thừa.
Thụng tin điều khiển này chỉ được sử dụng cho UE sẽ được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo, như vậy kờnh bỏo cỏo tớn hiệu này là một kờnh chia sẻ theo thời gian cho tất cả cỏc user.
SCCH cú thể là hằng số hoặc thay đổi theo thời gian tựy theo một chiến lược điều khiển cụng suất nào đú mặc dầu cỏc tiờu chuẩn của 3GPP khụng thiết lập bất kỡ mụ hỡnh điều khiển cụng suất nào cho HS-SCCH.
Hỡnh 2.8: Cấu trỳc lớp vật lý đường xuống và đường lờn của HSDPA 2.2Cỏc tớnh năng tiờn tiến trong cụng nghệ HSDPA
2.2.1 Kỹ thuật điều chế và mó húa thớch ứng với AMC
HSDPA sử dụng cỏc kỹ thuật thớch ứng khỏc để thay thế cỏc kỹ thuật điều khiển cụng suất và hệ số trải phổ biến thiờn vốn được sử dụng trong hệ thống WCDMA.
Để đối phú với dải động của Eb/No tại đầu cuối UE, HSDPA thớch ứng quỏ trỡnh
điều chế, tỉ lệ mó hoỏ và số mó định kờnh với cỏc điều kiện vụ tuyến hiện thời. Sự
kết hợp của hai kỹ thuật đầu tiờn được gọi là Điều chế và Mó hoỏ Thớch ứng (AMC).
Bờn cạnh QPSK, HSDPA kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế 16QAM
đờ tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của cỏc user được phục vụ dưới điều kiện vụ tuyến thớch hợp. Việc hỗ trợ cho QPSK cú tớnh chất bắt buộc đối với thụng tin di động, cũn đối với 16QAM là một tuỳ chọn cho mạng và UE. Sử dụng đồng thời cả hai phương thức điều chế này, đặc biệt là phương thức điều chế cấp cao 16QAM, đưa ra một số
thỏch thức nhất định đối với độ phức tạp của bộ thu đầu cuối, nú cần phải xỏc định
được biờn độ tương ứng của cỏc ký hiệu nhận được, trong khi đối với phương phỏp
điều chế QPSK truyền thống chỉ yờu cầu tỏch pha tớn hiệu. Một bộ mó hoỏ turbo dựa trờn bộ mó hoỏ turbo R99 với tỉ lệ mó hoỏ 1/3, mặc dự cỏc tỉ lệ mó hoỏ hiệu
dụng khỏc trong phạm vi (xấp xỉ từ 1/6 đến 1/1) cũng cú thể cú được bằng cỏc kỹ
thuật ghộp, chớch và lặp mó. Kết quả là tạo ra một dải tỉ lệ mó cú tới 64 giỏ trị khỏc nhau. Sự kết hợp của một kiểu điều chế và một tỉ lệ mó được gọi là Lược đồ Mó hoỏ và Điều chế (MCS – Modulation and Coding Scheme). Bảng chỉ ra một số tập MCS thường được sử dụng cho HSDPA và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng với mỗi MCS.
Ngoài kỹ thuật AMC, phỏt đa mó cũng cú thể xem như một cụng cụ thớch ứng liờn kết. Nếu user cú cỏc điều kiện kờnh vụ tuyến phự tốt, Node B cú thể lợi dụng
điều kiện này bằng cỏch phỏt nhiều mó song song với nhau, nhằm đạt được thụng lượng dữ liệu đỉnh khỏ lớn. Vớ dụ với MCS 5 và một bộ 15 đa mó, cú thểđạt được tốc độ dữ liệu đỉnh tối đa lờn tới 10,8 Mbps.
Với kỹ thuật phỏt đa mó, toàn bộ dải động của AMC cú thể được tăng lờn một lượng 10.log15 (12 dBs). Toàn bộ dải động thớch ứng liờn kết do AMC kết hợp với phỏt đa mó xấp xỉ 30dB. Chỳ ý rằng, dải động của kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiờn trong WCDMA xấp xỉ 20 dB, cú nghĩa là bộ hơn khoảng 10 dB so với dải động thớch ứng liờn kết trong HSDPA.
2.2.2 Định trỡnh nhanh
Hỡnh 2.9: Ưu thế của định trỡnh ở Node B (tham khảo: Nokia)
Với mỗi TTI, bộ định trỡnh quyết định người sử dụng HS-DSCH nào nờn được phỏt, cần dựng kỹ thuật thớch ứng liờn kết, loại điều chế và số lượng mó như thế nào. Bộ định trỡnh là một trong những thành phần quan trọng của HSDPA. Đối với mỗi TTI, nú xỏc định điểm cuối mà HS-DSCH nờn được phỏt, cựng với AMC tại tốc độ dữ liệu. Một thay đổi quan trọng so với cỏc kờnh R’99 là lịch trỡnh được thiết lập tại nỳt B thay vỡ được thực hiện tại RNC. Hỡnh 2.10 mụ tảưu thế của việc định trỡnh tại Node B. Nhờ vào định trỡnh nhanh ở Node B nờn thời gian phỏt lại rất nhanh chúng, cựng với TTI ngắn (2ms) và phản hồi CQI, điều này cú thể làm cho
định trỡnh nhanh kờnh UE và thớch ứng tốc độ dữ liệu được chỉ định theo. Nhiều thuật toỏn cú thể sử dụng cho định trỡnh như RR (Round Robin: phương phỏp quay vũng), C/I (Maximum Carrier to Interference: Súng mang trờn nhiễu lớn nhất), PF (Proportional Fair: Tỷ lệ hợp lý).
Hỡnh 2.10: Truyền dẫn tới cỏc user với điều kiện vụ tuyến thuận lợi
Định trỡnh RR sử dụng theo phương phỏp First In First Out (vào trước ra trước). Nú cung cấp độ chớnh xỏc cao giữa những người sử dụng, nhưng lại tốn kộm thụng lượng hoạt động của hệ thống (và do đú là hiệu quả sử dụng hiệu quả phổ chưa cao), khi một số người sử dụng cú thểđược phục vụ thậm chớ cả khi họđang thu tớn hiệu yếu (do phadinh).
Tỷ lệ súng mang trờn nhiễu lớn nhất sắp xếp định trỡnh cho người sử dụng với C/I cao nhất trong suốt TTI. Điều này tự nhiờn dẫn tới thụng lượng hệ thống cao nhất khi nhiều người sử dụng kờnh tốt nhất.
Sắp xếp tỷ lệ đỳng PF cho phộp sự thỏa hiệp tốt giữa RR và C/I. Bộ định trỡnh PF phục vụ người sử dụng với chất lượng kờnh quan hệ lớn nhất:
) ( ) ( R t t i i i P = λ i=1,…,N
Ở đõy, Pi(t) chỉ thị ưu tiờn người dựng, Ri(t) là tốc độ dữ liệu tức thời thu được bởi người sử dụng i nếu nếu nú được bộ định trỡnh phục vụ, và λi là thụng lượng
kiện kờnh vụ tuyến tức thời rất thuận tiện cho người sử dụng trung bỡnh của nú, vỡ vậy cú lợi cho sự thay đổi thời gian của kờnh pha dinh nhanh. PF định trỡnh người sử dụng theo tỷ lệ giữa tốc độ dữ liệu đạt được tức thời và tốc độ dữ liệu phục vụ
trung bỡnh. Điều này dẫn đến làm cho tất cả người sử dụng cú cựng khả năng được phục vụ mặc dự chỳng cú thể thu chất lượng kờnh trung bỡnh rất khỏc nhau. Sự sắp xếp này cung cấp một sự cõn bằng tốt giữa thụng lượng hệ thống và tỷ lệ hợp lý. Một việc quan trọng nữa là sự triển khai cỏc chất lượng dịch vụ tạo những ràng buộc mới trờn bộđịnh trỡnh.
2.2.3 Phỏt lại nhanh HARQ
HSDPA kết hợp chặt chẽ với chức năng phỏt lại ở lớp vật lý cho phộp cải thiện
đỏng kể chất lượng dịch vụ và tăng khả năng chống lại cỏc lỗi thớch ứng liờn kết. Bởi vỡ chức năng HARQ được đặt tại thực thể MAC-hs của Node B, quỏ trỡnh phỏt lại cỏc khối nguyờn truyền tải sẽ nhanh hơn đỏng kể so với sự phỏt lại của lớp RLC bởi vỡ RNC hoặc Iub khụng tham gia quỏ trỡnh này.
Hỡnh 2.11: Hoạt động của giao thức SAW
Giao thức phỏt lại được lựa chọn trong HSDPA là Dừng và Chờ (SAW- Stop And Wait) do sự đơn giản của kiểu giao thức này đối với ARQ. Trong SAW, bộ
phỏt cố gắng phỏt Block truyền tải hiện đại cho đến khi nhận được thành cụng trước khi khởi tạo quỏ trỡnh phỏt Block tiếp theo. Do đú cú thẻ xảy ra trường hợp phỏt liờn tục tới một UE đú, và cỏc tiến trỡnh khỏc nhau sẽ phỏt trong cỏc TTI tỏch biệt. Số
thời điểm phỏt và thời điểm phỏt lại lần thứ nhất khoảng 12 ms, cú nghĩa là nú yờu cầu 6 tiến trỡnh SAW phỏt liờn tục tới một UE riờng lẻ. Giao thức SAW dựa trờn sự
khụng đồng bộ đường xuống và đồng bộ đường lờn. Điều này cú nghĩa là ởđường xuống, HS-SCCH phải xỏc định được tiến trỡnh HARQ đang phỏt trờn kờnh HS- DSCH, trong khi ởđường lờn, cỏc xỏc nhận tiến trỡnh SAW được gắn liền với việc
định thời. Hỡnh 2.11 là một vớ dụ với N kờnh giao thức SAW phỏt một chuỗi cỏc gúi lần lượt P1,P2,…,P6.
Kỹ thuật HARQ là điểm khỏc nhau cơ bản so với kỹ thuật phỏt lại trong WCDMA bởi vỡ bộ giải mó UE kết hợp cỏc thụng tin “mềm” của nhiều quỏ trỡnh phỏt lại của cựng một Block ở cấp độ bit. Chỳ ý rằng, kỹ thuật này đưa ra một số
yờu cầu cơ bản về mở rộng dung lượng bộ nhớ của UE, do UE phải lưu giữ cỏc thụng tin “mềm” của những lần phỏt giả mó khụng thành cụng. Cỏc phương phỏp HARQ như sau:
Kết hợp khuụn (CC: Chase Combining) : Mỗi lần phỏt lại chỉđơn giản là sự
lặp lại của từ mó được sử dụng cho lần phỏt đầu tiờn. Khi phỏt lại được thu, mỏy thu tổ hợp tớn hiệu gốc và tớn hiệu phỏt lại để giải mó dữ liệu gúi.
Độ dư gia tăng (IR: Incremental Redundancy): Sự phỏt lại bao gồm cả thụng tin dư thừa bổ xung và thụng tin này được phỏt kốm nếu cú lỗi giải mó trong lần phỏt đầu tiờn.
Sau khi thu được khối dữ liệu, bờn thu kiểm tra coi khối sữ liệu cú bị lỗi khụng, nếu bị lỗi thỡ đưa ra thụng tin vềđộ dư, hỡnh 2.12. Trong lần phỏt lại, bờn phỏt tổ hợp với dữ liệu với thụng tin vềđộ dư.
Hỡnh 2.12: Gúi dữ liệu thu
Hỡnh 2.13: Phỏt lại gúi dữ liệu
2.2.4 Thớch ứng liờn kết nhanh
Trong cỏc mạng WCDMA hiện nay, điều khiển cụng suất nhanh được sử dụng cho thớch ứng liờn kết. Trong HSDPA, cụng suất truyền được giữ khụng đổi qua TTI và sử dụng cỏc kỹ thuật thớch ứng khỏc để thay thế cỏc kỹ thuật điều khiển cụng suất và hệ số trải phổ biến thiờn vốn được sử dụng trong hệ thống WCDMA. Đểđối phú với dải động của Eb/No tại đầu cuối UE, HSDPA thớch ứng với quỏ trỡnh điều chế, tỉ
lệ húa và mó số mó định kờnh với cỏc điều kiện vụ tuyến hiện thời. Sự kết hợp của hai kỹ thuật đầu tiờn được gọi là Điều chế và Mó húa Thớch ứng (AMC).
Bờn cạnh QPSK, HSDPA kết hợp chặt chẽ với cỏc phương thức điều chế
16QAM để tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của cỏc user được phục vụ dưới điều kiện vụ tuyến thớch hợp.Việc hỗ trợ cho QPSK cú tớnh chất bắt buộc đối với thụng tin di
động, cũn đối với 16QAM là một tựy chọn cho mạng và UE. Sử dụng đồng thời cả
hai phương thức điều khiển này, đặc biệt là phương thức điều chế cấp cao 16QAM,
đưa ra một số thỏch thức nhất định đối với độ phức tạp của độ thu đầu cuối, nú cần phải xỏc định được biờn độ tương ứng của cỏc kớ hiệu nhận được, trong khi đối với phương phỏp điều chế QPSK truyền thống chỉ yờu cầu tỏch pha tớn hiệu. Một bộ mó húa turbo dựa trờn bộ mó húa turbo R99 với tỉ lệ mó húa 1/3, mặc dự tỉ lệ mó húa hiệu dụng khỏc trong phạm vi (xấp xỉ 1/6 đến 1/1) cũng cú thể cú được bằng cả giỏ trị ghộp, chớch và lặp mó. Kết quả tạo ra một dải cú tới 64 giỏ trị khỏc nhau. Sự kết hợp của một kiểu điều chế và một tỉ lệ mó được gọi là Lược đồ Mó húa và Điều chế
(MCS- Modulation and Coding Scheme).
Ngoài kĩ thuật AMC, phỏt đa mó cũng cú thể xem như một cụng cụ thớch ứng liờn kết. Nếu user cú cỏc điều kiện vụ tuyến tốt, Node B cú thể lợi dụng điều kiện này bằng cỏch phỏt nhiều mó song song nhau, nhằm đạt được thụng lượng dữ liệu
đỉnh khỏ lớn. Vớ dụ với MCS 5 và một bộđa mó, cú thểđạt được tốc độ dữ liệu đỉnh tối đa lờn tới 10,8 Mbps.
Một lợi ớch khỏc của AMC là nú cú thể lợi hơn cho cụng suất Node B. Trừ phi cụng suất cưỡng ộp là đặc biệt, cụng suất dư từ kờnh riờng cú thểđược chỉđịnh cho HS-DSCH, dẫn đến sử dụng cụng suất gần như là tối đa.
Với kỹ thuật phỏt đa mó, toàn bộ dải rộng của AMC cú thể tăng được lờn một lượng 10.log10(15)≅ 12 dBs. Toàn bộ dải rộng thớch ứng liờn kết do ACM kết hợp
với phỏt đa mó xấp xỉ 30dB. Chỳ ý rằng, dải rộng của kĩ thuật hệ số trải phổ biến thiờn trong WCDMA xấp xỉ 20 dB, cú nghĩa là bộ hơn khoảng 10 dB so với dải rộng thớch ứng liờn kết trong HSDPA.
cỏc nguyờn tắc điều khiển chức năng này, trước tiờn cần xem xột hiệu quả phổ tần của cỏc MCS khỏc nhau.
Hỡnh 2.14 mụ tả Eb/No nhận được đối với mỗi bit dữ liệu (với mỗi mó định kờnh cú SF=16) tại BLER =10%, cỏc giỏ trị MCS được mụ tả trong Bảng với user đi bộ, tốc
độ 3km/h. Trờn hỡnh vẽ Eb/No được lịch diễn là đường bao thấp hơn và nú là một hàm của PDR với mó định kờnh cú SF=16, đường bao thấp hơn này được tớnh theo dung lượng kờnh của kờnh AWGN băng tần hạn chế theo lý thuyết Shannon. Với lưu ý rằng, dung lượng kờnh theo lý thuyết mụ tả giới hạn chất lượng tối ưu. Từ kết