Chương 8 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến Trong 4G Lte Giáo Trình Đa Truy Nhập Vô Tuyến.pdf

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN TS Nguyễn Phạm Anh Dũng 324 Chương 8 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG 4G LTE 8 1 GIỚI THIỆU CHUNG 8 1 1 Các chủ đề được trình bầy  Tổng quan giải thuật RRM  Điều khiển cho phép v[.]

Chương 8 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG 4G LTE

8.1 GIỚI THIỆU CHUNG

8.1.1 Các chủ đề được trình bầy

 Tổng quan giải thuật RRM

 Điều khiển cho phép và các thông số QoS

 Thích ứng đa miền và lập biểu tiên tiến

 Lập biểu đường xuống động, thích ứng đường truyền và HARQ đường

xuống

 Lập biểu động, thích ứng đường truyền và HARQ đường lên

 Băng thông truyền dẫn thích ứng (ATB) và điều khiển công suất đường

lên

8.1.2 Hướng dẫn

 Học kỹ các tư liệu được trình bầy trong chương này

 Tham khảo thêm [2]

 Trả lời các câu hỏi và bài tập cuối chương

8.1.3 Mục đích chương

Hiểu được các vấn đề cơ bản về quản lý tài nguyên vô tuyến

8.2 TÓM TẮT QOS VÀ CÁC KÊNH TRONG LTE

Terrestrial Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển) Khi người sử dụng kết nối đến một PDN (Packet Data Network: mạng số liệu gói), thì một kênh mang EPS được thiết lập và được duy trì trong suốt thời gian kết nối PDN để đảm bảo kết nối thường xuyên trên IP đến PDN này Kênh mang này được gọi là kênh mang mặc định Các kênh mang bổ sung được thiết lập

từ UE đến PDN được gọi là các kênh mang riêng Mạng sẽ ấn định các giá trị thông số QoS mức kênh mang ban đầu cho kênh mang mặc định dựa trên các số liệu của thuê bao Chỉ EPC là có quyền quyết định thiết lập hay thay đổi một kênh mang riêng và các giá trị thông số QoS mức kênh mang luôn luôn được gán bới EPC

Một kênh mang EPS được gọi là kênh mang GBR (Garanteed Bit Rate: tốc

độ bit đảm bảo) nếu các tài nguyên mang dành riêng liên quan đến giá trị GBR và kênh mang này được ấn định cố định (bởi chức năng điều khiển cho phép trong eNodeB) khi thiết lập/thay đổi kênh mang Trái lại kênh mang EPS khác được gọi

là không phải GBR Một kênh mang dành riêng có thể là GBR hoặc không phải GBR, trong khi đó kênh mang EPS mặc định là không phải GBR Kiến trúc dịch

vụ kênh mang phân tầng được minh họa trên hình 8.1

đồng cấp

Dịch vụ đầu cuối đầu cuối

Kênh mang vô tuyến Kênh mang S1 Kênh mang S5/S8

E-UTRAN: Elvolved Universal Terrestrial Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển, EPC: Elvolved Packet Core: lõi gói phát triển, S-GW: Serving Gateway: cổng phục vụ, P-GW: Packet Data Network Gateway: cổng mạng số liệu gói

Hình 8.1 Kiến trúc dịch vụ kênh mang EPS

Mỗi kênh mang (GBR và không GBR) được liên kết với các thông số QoS mức kênh mang sau đây được thông báo từ aGW (Access Gateway: cổng truy nhập: S-GW/MME) đến eNodeB:

 QCI (Quality Class Identifier: số nhận dạng loại chất lượng): đại lượng vô hướng đựơc sử dụng làm tham chuẩn để truy nhập đến các thông số đặc thù nút, các thông số này điều khiển xử lý chuyển gói mức kênh mang (chẳng hạn

mức ưu tiên kênh mang, quỹ trễ gói và tỷ lệ mất gói) Các thông số này được lập cấu hình bởi nhà khai thác sở hữu eNodeB

 ARP (Allocation Retention Priority: mức ưu tiên ấn định và sử dụng): mục

đích đầu tiên của ARP là quyết định có tiếp nhận yêu cầu thiết lập/thay đổi kênh hay không hoặc phải từ chối vì hạn chế tài nguyên Ngoài ra ARP có thể được sử dụng bởi eNodeB để quyết định kênh mang (các kênh mang) nào cấn hủy bỏ trong thời điểm tài nguyên hạn chế (chuyển giao chẳng hạn)

Mỗi kênh mang GBR còn được liên kết thêm với thông số QoS mức kênh mang GBR: tốc độ bit kỳ vọng mà kênh mang GBR cần cung cấp GBR ký hiệu cho tốc độ bit của lưu lượng trên một kênh mang, còn AMBR (Aggregate Maximum Bit Rate: tốc độ bit cực đại tổng) ký hiệu cho tốc độ bit trên một nhóm kênh mang

Ngoài ra còn có PBR (Prioritized Bit Rate: tốc độ bit ưu tiên) được eNodeB thiết lập trên đường lên cho cả các kênh mang GBR và không GBR để tránh chết đói các luồng mức ưu tiên thấp Lưu ý rằng PRB chỉ liên quan đến các người sử dụng có nhiều kênh mang

8.2.2 Tóm tắt tương tác giữa các giao thức của eNodeB, UE và các kênh truyền tải và các kênh vật lý

8.2.2 Tóm tắt tương tác giữa các giao thức của eNodeB và UE

Hình 8.2 minh họa tương tác giữa các lớp giao thức của eNodeB và UE Trong đó tập trung lên lứp PHY (Physical: vật lý) và MAC (Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trường) trong ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng của E-UTRAN Lớp PHY thực hiện các chức năng chính sau:

 Mã hóa/giải mã FEC (Forward Error Correction: hiệu chỉnh lỗi trước) Để đảm bảo tính bền vững đối với kênh phađinh bằng cách thực hiện mã hoá kênh trên cơ dở đưa thêm các bit dư để sửa lỗi Mã hóa kênh số liệu được thực hiện tren cơ sở mã hóa turbo trong phát hành UTRAN R6

 Mã hóa/giải phát hiện lỗi dựa trên kỹ thuật CRC (Cyclic Redundance Check: kiểm tra vòng dư)

 Hỗ trợ HARQ với kết hợp mềm

 Điều chế và giải điều chế

công nhận) Lớp con MAC trong L2 chịu trách nhiệm lập biểu gói, LA (Link Adaptation: thích ứng đường truyền và HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request: yêu cầu phát lại tự động)

Khung 10 ms (10 khe 1ms, 10 khung con 1ms, 20 khe 0,5ms)

Khe 0,5ms

Khung con (TTI= 1ms)

2x7=14 ký hiệu OFDM

Ký hiệu OFDM (T=1/14ms)

Hình 8.3 Cấu trúc khung chế độ E-UTRA FDD

Các kênh truyền tải thể hiện cách thức cũng như các đặc tính mà với chúng

số liệu được truyền trên giao diện vô tuyến Các kênh vật lý tương ứng với các phần tử tài nguyên mang thông tin khởi nguồn từ các lớp cao hơn Sự chuyển đổi giữa hai loại kênh này xẩy ra giữa lớp 2 và lớp 1

Trên đường xuống có bốn kiểu kênh: BCH (Broadcast Channel: kênh quảng bá), DL-SCH (Downlink Shared Channel: kênh chia sẻ đường xuống, PCH (Paging Channel: kênh tìm gọi) và MCH (Multicast Channel: kênh đa phương) BCH được đặc trưng bởi một khuôn dạng cố định và được định nghĩa trước và được sử dụng để phát quảng bá trên toàn vùng phủ sóng của một ô Kênh DL-SCH

là kênh linh hoạt nhất có các tính năng sau: hỗ trợ HARQ, hỗ trợ thích ứng đường truyền thông qua thay đổi điều chế mã hóa kênh và công suất phát, có thể được phát quảng bá trền toàn bộ ô, hỗ trợ ấn định tài nguyên động và tĩnh, hỗ trợ DRX (Discontinuous Reception thu không liên tục) để tiết kiệm nguồn UE PCH có các đặc tính sau: phát quảng bá trên toàn bộ ô, hỗ trợ DRX để tiếp kiệm nguồn công suất MCH phát quảng bá trên toàn bộ ô và hỗ trợ truyền dẫn MBMS (Multimedia Broadcast and Multicast Service: dịch vụ quảng bá và đa phương đa phương tiện) Các kênh vật lý bao gồm: PDSCH (Physical Downlink Shared Channel: kênh chia

sẻ đường xuống vạt lý), PBCH (Physical Broadcast Channel: kênh quảng bá vật

Hình 8.8 Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải đường xuống và các kênh vật

lý đường xuống

Trên đường lên, có hai kiểu kênh truyền tải đường lên: UL-SCH; Uplink Shared Channel: kênh chia sẻ đường lên) và RACH (Random Access Channel: kênh truy nhập ngẫu nhiên) Giống như trên đường xuống, UL-SCH là kênh linh hoạt nhất với các đặc tính sau: hỗ trợ HARQ, thích ứng đường truyền, hỗ trợ ấn định tài nguyên động và bán cố định RACH đươc sử dụng để: truy nhập lần đầu đến hệ thống, thiết lập cuộc gọi và trao đổi thông tin điều khiển một cách hạn chế

Có ba kiểu kênh vật lý đường xuống: PUSCH (Physical Uplink Shared Channel: kênh chia sẻ đường lên vật lý), PUCCH (Physical Uplink Control Channel: kênh điều khiển đường lên vật lý) và PRACH (Physical Radom Access Channel: kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật

lý được trình bày trên hình 8.5

Các kênh truyền tải đường lên

Các kênh vật lý đường lên

UL-SCH RACH

Hình 8.5 Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải đường lên và các kênh vật lý đường lên

8.3 TỔNG QUAN GIẢI THUẬT RRM

Hình 8.6 cho thấy tổng quan ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng

và mặt phẳng điều khiển cũng như sắp xếp tương ứng các giải thuật sơ cấp liên quan đến RRM cho các lớp khác nhau Tập các giao thức RRM tại eNodeB khai thác các chức năng khác nhau từ lớp 1 đến lớp 3 được minh họa trên hình 8.6 Các chức năng tại lớp 3 như quản lý QoS, điều khiển cho phép và lập biểu bán cố định được đặc trưng bởi cơ chế bán cố định, vì chúng chủ yếu được thực hiện trong quá trình thiết lập các luồng số liệu mới Các giải thuật lớp 1 và lớp 2 như quản lý

HARQ, lập biểu gói động và thích ứng đường truyền là các chức năng động cao với các hành động mới trong từng khoảng thời gian 1 TTI (1ms) Vì thế các chức năng này đựơc đặc trưng bởi tính động cao

Lớp 2

Lớp 1

Các chức năng RRM Quản lý

QOS

Điều khiển cho phép Lập biểu

cố định

Bộ quản lý HARQ

Lập biểu động

Thích ứng đường truyền

Thích ứng PDCCH

Bộ quản lý chất lượng kênh Điều khiển công suất

Bộ quản lý CQI (Channel Quality Information: thông tin chất lượng kênh) tại lớp 1 xử lý các báo cáo CQI nhận được trên đường xuống và các SRS (Sounding Reference Signal: tín hiệu tham chuẩn thăm dò) trên đường lên từ các người sử dụng tích cực trong ô eNodeB sẽ sử dụng từng báo cáo để thực hiện thích ứng đường truyền cho đường xuống và đường lên

8.4 ĐIỀU KHIỂN CHO PHÉP VÀ CÁC THÔNG SỐ QoS

Giải thuật điều khiển cho phép (AC: Admission Control) quyết định đồng ý hay từ chối các yêu cầu về các kênh mang EPS mới trong một ô AC xem xét tình trạng tài nguyên trong ô, các yêu cầu QoS đối với kênh mang EPS mới, mức ưu tiên và và QoS đã cấp cho các phiên tích cực trong ô Yêu cầu mới chỉ được đồng

ý khi đánh giá cho thấy có thể thực hiện QoS cho kênh mang EPS mới, trong khi vẫn có thê cung cấp dịch vụ có thể chấp nhận được đối với các phiên đang tiến hành trong ô có cùng mức ưu tiên Các quy tắc quyết định và các giải thuật cho điều khiển cho phép là đặc thù của nhà cung cấp eNodeB chứ không được đặc tả

 Ưu tiên ấn định và sử dụng (ARP: Allocation and Retention Priority)

 Tốc độ bit đảm bảo (GBR: Garanteed Bit Rate) đường xuống và đường lên Đối với GBR ngoài một tốc độ bit tối thiểu được đảm bảo, MBR (Maximum Bit Rate: tốc độ bit cực đai) cũng được quy định

 Số nhận dạng loại QoS (QCI: Quality Class Identifier)

Thông số GBR chỉ được đặc tả cho các kênh mang GBR Đối với các kênh mang không phải GBR, AMBR (Aggregate Maximum Bit Rate: tốc độ bit cực đại tổng: tổng tốc độ bit của một nhóm các kênh mang không phải GBR)

Thông số của của ARP là một số nguyên từ 1 đên 16 Vai trò chung của ARP là định mức ưu tiên khi đưa ra các quyết định điều khiển cho phép

QCI là một con trỏ đến một tập chi tiết hơn các thuộc ngữ QoS QCI bao gồm các thông số như quỹ trễ lớp 2, tỷ lệ mất gói và mức ưu tiên lập biểu (xem bảng 1.5) Các thông số này có thể được eNodeB sử dụng để lập cấu hình cho điểm khai thác ARQ vòng ngoài cho giao thức RLC và quỹ trễ lớp 2 có thể đựơc

bộ lập biểu gói của eNodeB sử dụng để xử lý ưu tiên đối với một số hàng đợi nhằm đáp ứng các tiêu chí trễ gói đầu hàng

Một thông số bổ sung được gọi là PBR (Prioritized Bit Rate: tốc độ bit ưu tiên) được đặc tả cho từng kênh mang trên đường lên PBR được đưa ra để tránh vấn đề được gọi là ‘chết đói’ do lập biểu đường lên có thê xẩy ra đối với UE có nhiều kênh mang Vì thế đối với từng kênh mang, một chức năng điều khiển tốc

độ được đưa ra để chia sẻ tài nguyên vô tuyến giữa các kênh mang vô tuyến RRC điều khiển chức năng điều khiển tốc độ đường lên này bằng cách gán cho từng kênh mang một mức ưu tiên và một PRB PRB có thể được định nghiã cho cả các kênh mang không phải GBR Chức năng điều khiển tốc độ đường lên đảm bảo rằng UE phục vụ các kênh mang vô tuyến theo các bước sau (hình 8.7):

 Tất cả các kênh mang vô tuyến theo thứ tự ưu tiên giảm nhưng khối lượng số liệu trong MAC PDU bị giới hạn bởi PRB của chúng

 Sau khi tất cả các kênh mang được phục vụ theo PRB của chúng, tài nguyên còn lại sẽ được phục vụ tiếp theo thứ tự ưu tiên giảm Trong trường hợp này một kênh mang chỉ đựơc cấp tài nguyên khi kênh mang mức ưu tiên cao hơn khồng còn số liệu truyền dẫn

Khi PRB được đặt bằng không Bước thứ nhất đựơc bỏ qua và các kênh mang được phục vụ theo đúng thứ tự ưu tiên

Kênh 1

(Ưu tiên 1)

Kênh 2 (Ưu tiên 2) (Ưu tiên 3)Kênh 3

Hình 8.7 Thí dụ ghép các kênh vào MAC PDU

8.5 THÍCH ỨNG ĐA MIỀN VÀ LẬP BIỂU GÓI TIÊN TIẾN

Các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ sau như LTE sẽ được tối ưu hóa cho truyền số liệu gói Trong bối cảnh như vậy, thực thể PS (Packet Scheduling: lập biểu gói) đóng vai trò then chốt trong tổng thể hiệu năng hệ thống PS chính là thực thể chịu trách nhiệm để ấn định các tài nguyên cho các người sử dụng trên các kênh chia sẻ Mục đích của bộ lập biểu là để đạt được hiệu suất phổ cực đại,

Trong bối cành nhiều người sử dụng chia sẻ cùng một môi trường không dây, PS có thể cải thiện hiệu năng phổ bằng cách sử dụng tính cách thống kê của kênh vô tuyến cũng như tính cách thông kê của lưu lượng Bộ lập biều đòi hỏi biết trước các điều kiện kênh để hỗ trợ quá trình lập biểu nhận thức kênh Mục đích lập biểu nhận thức kênh là khai thác các tính chất phân tập thời gian, tần số, không gian và đa người sử dụng trong hệ thống để cải thiện hiệu suất phổ Chẳng hạn bộ lập biểu có thể sử dụng phân tập thời gian bằng cách trì hoãn truyền dẫn trên các đường vô tuyến bị phađing sâu cho đến khi chất lượng đường truyền được phục hồi Phân tập đa người sử dụng khai thác các đặc tính thông kê của phađinh đối với các người sử dụng khác nhau trong cùng một vùng phủ sóng Phân tập tần số được coi là đặc tính thông kê xầy ra tại các tần số không tương quan cách nhau đủ lớn và phân tập không gian được coi là đặc tính thống kê phađinh không tương quan được tạo bởi các anten phát hoặc thu trong đó khỏang cách giữa các anten được chọn lựa một cách cẩn thận Thích ứng đa miền và lập biểu bao hàm lập biểu gói, LA dựa trên thích ứng băng thông và (hoặc) thích ứng công suất, AMC (Adaptive Modulation and Coding: điều chế và mã hóa kênh thích ứng), HARQ (Hybrrid Automatic Repaeat Request: yêu cầu phát lại tự động lai ghép), phân tập anten phát/thu và MIMO (Multi-input Multi-output: nhiều đầu vào nhiều đầu ra) Thích ứng đa miền và lập biểu có tiềm năng cải thiện hiệu suất phổ, tuy nhiên chúng làm cho máy phát phức tạp và dẫn đến bổ sung báo hiệu trên đường xuống

và đường lên Nhất là đối với đường lên, báo hiệu bổ sung có thể quá lớn trong hệ thống OFDM FDD băng rộng Hình 8.8 minh họa khái niệm thích ứng đa miền và lập biểu gói

Thích ứng miền tần số và lập biểu (FDAS: Frequency Domain Adaptation and Scheduling) là khái niệm hẹp hơn của thích ứng đa miền bao hàm lập biểu gói,

LA dựa trên thích ứng băng thông và (hoặc) thích ứng công suất, AMC, HARQ và phân tập anten phát/thu Thích ứng và lập biểu nhanh được thực hiện với phân giải thời gian cho xử lý FDAS vào khoảng từ 0,5ms đến 1 ms Thích ứng miền tần số

và lập biểu (FDAS: Frequency Domain Adaptation and Scheduling) đòi hỏi phản hồi các báo cáo CSI (Channel State Information: thông tin trạng thái kênh) chi tiết với tính hạt mịn để cho phép thích ứng nhanh đa miền Ngoài ra bổ sung báo hiệu điều khiển đường xuống phải chuyển thông tin ấn định tài nguyên cho các người

sử được lập biểu Khối lượng báo hiệu đường xuống phụ thuộc vào só lượng người

sư dụng ghép theo tần số cũng như tính linh hoạt LA được phép (số lượng các thông số phát điều chỉnh được) Nói chung, sự phức tạp của các giải thuật FDAS

là cao khi quá trình tối ưu hóa thông lượng được thực hiện trên đa miền

HARQ LA dựa trên thích

ứng băng thông, công suất và AMC

Lập biểu nhận thức kênh

trong miền thời gian,tần

số và không gian

Phân tập anten phát, thu và MIMO

Thích ứng

đa miền và lập biểu

HARQ: Hybrid Automatic Repeat RequestL yêu cầu phát lại tự động lai ghép

LA: Link Adaptation: Thích ứng đường truyền

AMC: Adaptive Modulation and Coding: điều chế và mã hóa kênh thích ứng

MIMO: Multi-Input Multi-Output: nhiều đầu vào nhiều đầu ra

Hình 8.8 Khái niệm thích ứng đa miền và lập biểu gói

8.6 LẬP BIỂU ĐỘNG, THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ HARQ ĐƯỜNG XUỐNG

Lập biểu đường xuống động và thích ứng đường truyển là các tính năng quan trọng để đảm bảo hiệu suất phổ tần cao trong khi vẫn đảm bảo QoS trong ô HARQ đảm bảo truyền gói tin cậy trong quá trình lập biểu và thích ứng đường truyền

8.6.1 Chương trình khung lập biểu lớp 2 và thích ứng đường truyền

của lập biểu gói là để đạt được dung lượng ô cực đại, trong khi vẫn đảm bảo các yêu cầu QoS tối thiểu cho các kênh mang EPS và vẫn có một lượng tài nguyến thích hợp cho các kênh mang nỗ lực nhất (Best Effort) với các yêu cầu QoS không khắt khe Các quyết định lập biểu được thực hiện cho từng người sử dụng ngay cả khi người này có nhiều luồng số liệu Thực tế, mỗi người sử dụng với một kênh mang EPS có ít nhất hai luồng số liệu lớp hai: một cho mặt phẳng điều khiển và một cho mặt phẳng người sử dụng Ngoài ra người này còn có thể có thêm một hay nhiều luồng số liệu mặt phẳng người sử dụng cho các kênh mang vô tuyến Mỗi luồng số liệu được nhận dạng duy nhất bởi trường nhận dạng 5 bit LCID (Logical Channel Identification: số nhận dạng kênh logic) Khi được cho TBS (Transport Block Size: kích thước khối truyền tải) từ lập biểu đối với một người sử dụng, giao thức MAC dựa trên LCID quyết định khối lượng số liệu sẽ được gửi

Bộ quản lý HARQ chịu trách trách nhiệm lập biểu các phát lại Hình 8.8 minh họa tương tác giữa bộ lập biểu gói và bộ quản lý HARQ Đối với đường xuống, HARQ thích ứng được hỗ trợ bởi 8 kênh dừng-đợi cho từng từ mã, nghĩa là

bộ lập biểu phải hoạt động linh hoạt để lập biểu động cho quá trình chờ đợi các phát lại trong miền thời gian và tần số Đối với từng TTI, Bộ lập biểu gói phải quyết định giữa việc phát đi một gói mới hay phát lại HARQ cho từng người sử dụng được lập biểu Thích ứng đường truyền cung cấp thông tin cho bộ lập biểu gói về MCS (Modulation and Coding Scheme: sơ đồ điều chế và mã hóa kênh) cần

hỗ trợ cho một người sử dụng phụ thuộc vào tập các PRB được chọn Quyết định của đơn vị thích ứng đường truyền dựa trên thông tin phản hồi CQI từ các người

sử dụng trong ô Thích ứng đường truyền vòng ngoài cũng có thể được áp dụng

để điều khiển tỷ lệ bit lỗi của các lần phát dầu tiên dựa trên các HARQ NACK/ACK (công nhận hoặc phủ nhận) từ các lần phát trước đó

Bộ quản lý HARQ

Lập biểu gói

Thích ứng đường truyền

Lập biểu miền thời gian

Lập biểu miền tần số

Thích ứng đường truyền vòng trong Thích ứng MIMO

Đầu vào từ PHY: Rank CQI NACK/ACK Rank: cấp hạng (số luồng MIMO)

CQI: Channel Quality Indicator: chỉ thị chất lượng kênh

8.6.2 Mô hình hệ thống tổng quát thể hiện lập biểu gói và thích ứng đường truyền trên đừơng xuống LTE

Mô hình tổng quát để nghiên cứu lập biểu gói và thích ứng đường truyền đường xuống trong LTE được minh họa trên hình 8.11 Hình vẽ thể hiện một triển khai đa site, trong đó mỗi site bao gồm ba đoạn ô hình lục giác Các kênh PDSCH

để truyền số liệu đường xuống, còn kênh PDCCH (Physical Dowlink Control Channel: kênh vâtk lý điều khiển đường xuống) để truyền báo hiệu đường xuống Các kênh PUSCH (Physical Uplink Shared channel) để truyền số liệu đường lên

và báo hiệu lập biểu đường lên, còn kênh PUCCH (Physical Uplink Control Channel: kênh vật lý điều khiển đường lên) để truyền báo hiệu đường lên khi không có kênh PUSCH Ấn định tài nguyên động tại từng đoạn/ô đựơc quản lý bởi các thực thể chức năng sau: PS (Packet Scheduling: lập biểu gói), LA (Link Adaptation: thích ứng đường truyền) và HARQ Các phần tử này đựơc đặt tại eNodeB để hỗ trợ thích ứng và lập biểu nhận thức kênh

Lập biểu gói đường xuống dựa trên các báo hiệu đường lên sau đây:

 CQI

 Hybrid ARQ ACK/NACK

 Yêu cầu lập biểu (Scheduling request)

Báo hiệu được truyền trên các kênh điều khiển theo hai trường hợp sau::

 Tài nguyên PUSCH đường lên đã được ấn định  CQI và Ack/Nack được ghép chung với số liệu vào PUSCH

 Tài nguyên PUSCH đường lên chưa được ấn định  CQI và Ack/Nack transmitted on PUCCH

B iê

n giớ

i ô

PDSCH/PDCCH và PUSCH/PUCCH

CQI ,R,PMI và ACK/NACK

CQI,RI,PMI và ACK/NACK

CQI,RI,PMI và ACK/NACK

PDSCH/PDCCH và PUSCH/PUCCH

PDSCH/PDCCH và PUSCH/PUCCH UE2

UE1

UE3

PS, LA, HARQ

eNodeB

Biên giới ô Biên giới ô

PDSCH: Physical Downlink Shared Channel: kênh vật lý chia sẻ đường xuống

PDCCH: Physical Dowlink Control Channel: kênh vật lý điều khiển đường xuống

PUSCH: Physical Uplink Shared Channel: kênh vật lý chia sẻ đường xuống

PUCCH: Physical Uplink Control Channel: kênh vật lý điều khiển đường lên

như CQI và ACK/NACK)

CQI: Channel Quality Information: thông tin chất lượng kênh

RI: Rank Indicator: chỉ thị cấp hạng (số luồng trong ghép kênh không gian

PMI: Precoder Matrix Indictor: chỉ thị ma trân tiền mã hóa (cho MIMO)

ACK/NACK: Acknowledge/Nonacknowledge: công nhận/ phủ nhận

1 UE báo cáo CQI, PMI (Precoder Matrix Indicator: chỉ thị ma trận tiền mã hóa),

RI (Rank Indicator: chỉ thị cấp hạng) cho UE trên kênh PUCCH (kênh vật lý

y PUSCH

S1

X2

UE

Số lư ợng ante

n phát

Hình 8.12 Thủ tục lập biểu và LA đường xuống trong LTE

Truyền dẫn báo hiệu và số liệu cho đường xuống được minh họa trên hình 8.13

Hình 8.13 Truyền dẫn báo hiệu và số liệu cho đường xuống

Lập biểu có hai kiểu: lập biểu động và lập biểu bán cố định Trong lập biểu động, eNodeB cứ mỗi TTI 1ms lại gửi thông tin lập biểu một lần đến tập các UE được chọn lựa để điều khiển hoạt động truyền dẫn đường xuống và đường lên Trong lập biểu bán cố định, UE được cung cấp quyết định lập biểu trên kênh PDCCH cùng với chỉ thị rằng nó được áp dụng cho n khung con một lần cho đến khi có thông báo khác Chẳng hạn đối với VoIP, bộ lập biểu có thể lập cấu hình 20ms Trong trường hợp phát hiện được lệnh lập biểu động, lập biểu động sẽ đựơc

ưu tiên so với lập biểu cố định, Đối với đường xuống chỉ truyền dẫn ban đầu sử dụng lập biểu cố định Hình 8.14 giải thích sự khác nhau giữa lập biểu động và lập biểu cố định

Truyền dẫn theo lập biểu động Truyền dẫn theo lập biểu động, thay cho lập biểu bán cố định

PDCCH PDCCH

PDCCH

Chu kỳ

Hình 8.18 Sự khác nhau giữa lập biểu bán cố định và lập biểu động

Dựa trên lập biểu và thích ứng đường truyền, số liệu tức thời cho một UE trên đường xuống phụ thuộc vào:

 Sơ đồ điều chế

 Tỷ lệ mã

 Ấn định tài nguyên miền tần số (số lượng các sóng mang con)

 Số lượng anten phát (ghép kênh không gian)

8.6.3 Mô hình thể hiện tương tác giữa các thực thể RRM lớp PHY và MAC tham gia vào lập biểu gói và thích ứng đương truyền

Hình 8.15 thể hiện mô hình tương tác giữa các thực thể RRM lớp PHY và MAC tham gia vào lập biểu gói, các thực thể này là: PS (Packet Scheduling: lập biểu gói), LA (Link Adaptation: thích ứng đường truyền, HARQ manager (bộ quản lý HARQ và CQI manager (bộ quản lý CQI) Thực thể điều khiển là lớp con MAC được xây dựng trên cơ sở thực thể PS, tại đây chính sách lập biểu được áp

bảo BLER đích Tình trạng này xấy ra khi đo CQI không chính xác Các nghiên cứu cho thấy rằng thiết kế giải thuật OLLA phù hợp có thể giảm ảnh hưởng của các sai lỗi CQI lên hiệu năng LA Giải thuật PLLA trên hình 8.10 cung cấp một giá trị dịch thích ứng cho ILLA Thông thường ILLA đưa ra chọn lựa MCS, băng

thông và công suất để PS quyết định

HARQ Manager

Outer Loop Link Adaptation

Dịch

Inner Loop Link Adaptation

Packet Scheduler

Thông tin

LA và quyết định

CQI Manager (lưu giữ)

Các báo cáo CQI chọn lọc tần số từ các UE HARQ Ack/NackTín hiệu phát

Hình 8.15 Tương tác giữa các phần tử chức năng tham gia vào lập biểu gói

Các thực thể lập biểu và LA sử dụng phản hồi từ các người sử dụng (các UE), trong khi đó HARQ sử dụng các Ack/Nack từ các lần truyền dẫn trước Mô hình đơn ô sử dụng trung bình nhân của SINR trên tất cả các ký hiệu nằm trong một tài nguyên thời gian-tần số quy định SINR được đo tại đầu vào bộ giải mã Khi này CQI được biểu diễn như sau:

Trong đó CQIi ký hiệu cho CQI tương ứng với tài nguyên thời gian-tần số thứ i, SINRj ký hiệu cho ký hiệu OFDM trong tài nguyên thời gian-tần số thứ i và N ký hiệu cho số ký hiệu OFDM trong tài nguyên tần số thứ i

Bộ quản lý CQI lưu giữ các giá trị CQI thu được từ các người sử dụng và chuyển chúng đến môđul LA Bộ quản lý HARQ cung cấp thông tin trạng thái bộ đệm của các cuộc truyền dẫn mới và các cuộc phát lại HARQ đang chờ cũng như thông tin liên quan đến khuôn dạng của các cuộc truyền dẫn này Sau khi đạt đến

số lượng thử truyền không thành công cực đại cho phép, gói sẽ bị xoá Bộ quản lý HARQ sử dụng các Ack/Nack nhận được trên kênh điều khiển đường lên để quyết định gói đựơc thu đúng hay không đúng Thông tin điều khiển đường xuống được lập khuôn tại lớp PHY và được chèn vào AT (bảng ấn định) dựa trên đầu vào của

có thể cải thiện hiệu suất phổ và độ tin cậy trong các hệ thống không dây Nguyên

lý hoạt động của các giải thuật LA là định nghĩa một số đo CQI phù hợp để cung cấp thông tin về kênh và đảm bảo rằng khuôn dạng truyền dẫn hiệu suất nhất luôn luôn được sử dụng trong mọi điều kiện kênh

Ta sẽ xét mô hình toán học cho LA để đạt được tối ưu thông lượng mức liên kết (đường truyền) Ta ký hiệu N là tổng số các tài nguyên thời gian – tần số khả dụng trong băng thông hệ thống dựa trên độ phân giải lập biểu trong miền thời gian Độ phân giải lập biểu trong LTE được quy định là RB (một khung con 1ms gồm 14 ký hiệu OFDM trong miền thời gian và 12 sóng mang con trong miền tần số) Để đảm bảo hoạt động của LA miền tần số, mạng yêu cầu UE báo cáo giá trị CQI cho từng RB (hình 8.16)

Giá trị SINR tương đương

Báo cáo CQI

chọn lọc tần số

Tần số

Hình 8.16 Minh họa kịch bản báo cáo CQI chọn lọc tần số

Các phần tử và thuật ngữ liên quan đến LA trong kịch bản phađinh chọn lọc tần số được thể hiện trên hình 8.17

Nhiệm vụ của giải thuật LA là chọn lựa một tổ hợp các thông số truyền dẫn cho phép tối ưu hóa thông lượng hiệu dụng, nghĩa là chế độ cho phép đạt được dung lượng lớn nhất trong khi vẫn duy trì ranh giới BLER đích Công thức tối ưu

thông lượng dựa trên LA trong điều kiện quy định tổng công suất có dạng tổng quát như sau:

 * * *

và giải thuật LA

Xử lý LA được tiến hành tại một số bước xử lý của lớp 2 và lớp vật lý như trên hình 8.18 Trước hết LA định cỡ khối truyền tải tại lớp MAC, sau đó mã hóa CRC được thực hiện cho kênh truyền tải nhận được từ L2PDU Điều này được thực hiện để có thể phát hiện lỗi tại máy thu Sau đó là mã hóa kênh và phối hợp tốc độ HARQ Bộ phối hợp tốc độ có nhiệm vụ phối hợp kích thước của khối đã

mã hóa tại đầu ra của bộ mã hóa turbo phù hợp với dung lượng tại lớp vật lý Bằng cách làm này, nó điều chỉnh tốc độ mã cơ sở của bộ mã hóa kênh theo yêu cầu của

LA Cuối cùng các bit sau phối hợp được điều chế theo một sơ đồ QAM được chọn bởi LA và được ghép lên các RB như đã mô tả trên hình 8.18

rẽ

Tại máy thu, CP được loại bỏ để lọai trừ ISI và các mẫu thời gian của người

sử dụng thứ K được chuyển đổi bởi khối FFT thành các ký hiệu điều chế Khuôn dạng MCS và thông tin điều khiển công suất được truyền bởi kênh điều khiển đường xuống (AT: Allocation Table) được sử dụng để lập cấu hình cho các bộ giải điểu chế thích ứng, còn thông tin liên quan đến ấn định RB được sư dụng để lấy ta các bit sau giải điều chế từ các sóng mang con ấn định cho người sử dụng K

Máy phát Giải thuật ấn định

MSC, PRB, công suất CQI của từng RB từ K người sử dụng

Số liệu người sử dụng 1

Số liệu người sử dụng 2

Số liệu người sử dụng K

Sắp xếp RB lên sóng mang con

Bộ điều chế thích ứng 1

Bộ điều chế thích ứng 2

Bộ điều chế thích ứng N

Chèn CP

Kênh cho người sử dụng 1

Kênh cho người sử dụng 2

Kênh cho người sử dụng K

Kênh điều khiển DL

Máy thu cho UE K

Số liệu cho người

sử dụng K

Đến máy thu UE 1 Đến máy thu UE 2

 Truyền sóng đa đường vì nó giảm phađinh do phân tập đa đường

 Truyền dẫn đơn khối trong đó khuôn dạng MCS như nhau được sử dụng cho tất cả các RB được ấn định và

 Truyền dẫn đa khối trong đó tốc độ số liệu được tối ưu độc lập trên từng RB

Hình 8.20 a) Truyền dẫn đơn khôi, b) Truyền dẫn đa khối

Có thể biểu diễn mô hình truyền dẫn đơn khối như sau:

ref

SINR P SINR

P

nR Bs i

RB tích cực trong băng thông hệ thống Trong trường hợp truyền dẫn đa khối, phương trình (8.4) biểu diễn SINR cho từng khối mã vì trong trường hợp này

Các đường cong mô tả sự phụ thuộc của hiệu suất phổ vào SINR nhận được

từ định lý Shannon và định lý Shannon sửa đổi được minh họa trên hình 8.21

bởi quỹ công suất

Shannon sửa đổi

Hình 8.21 Các đường cong phụ thuộc hiệu suất phổ vào SINR tức thời nhận được từ định lý Shannon và định lý Shannon sửa đổi (Max SINR bị giới hạn tại 18 dB cho trường hợp ô vĩ mô của 3GPP)

Trong LTE giải thuật AMC được xây dưng trên các cơ sở bảng chuyển đổi giá trị SINR thu được vào một khuôn dạng MCS (tương đương với một kích thước khối truyền tài, TBS: Transport Block Size) Tùy chọn giá trị đầu vào chuyển đổi cũng có thể là BLER (Block Error Rate: tỷ lệ lỗi khối) đích Trên đường xuống LTE, các sơ đồ điều chế có thể là QPSK, 16QAM hoặc 64QAM

Thông lượng tức thời kỳ vọng trên một TTI đối với một MCS và SINR có thể được xác định như sau:

TP(MCS, SINR) = TBS(MCS) · (1 − BLEP(MCS, SINR)) (8.7)

Trong đó TP(.) là thông lượng kỳ vọng, BLEP (Block Error Probability: xác suất lỗi khối) là xác suất mà khối truyền dẫn có thể bị lỗi Tồn tại các giải thuật chọn MCS khác nhau như:

1 Chọn MCS để đạt đựơc thông lượng kỳ vọng cực đại, nghĩa là MCS được tính toán dựa trên BLEP kỳ vọng

2 Chọn MCS để đạt được thông lượng cực đại dựa trên một quy định rằng BLEP ước tính nhỏ hơn hoặc bằng BLER đích tại lần truyền đầu tiên

3 Chọn MCS để giảm thiểu sai số giữa BLEP kỳ vọng và BLER đích tại lần truyền đầu

8.6.4.3 Thích ứng đường truyền vòng ngoài (OLLA)

Hiệu năng LA phụ thuộc rất lớn vào độ chính xác của các báo cáo CQI Các nghiên cứu cho HSDPA trước đây cho thấy rằng cần phải có giải thuật OLLA cho các trường hợp trong đó phản hồi CQI từ các UE bị lỗi và trễ báo cáo OLLA là cơ chế vòng kín có thể sử dụng để giảm ảnh hởng của các sai lỗi CQI lên hiệu năng

LA

Đo CQI bị mắc lỗi vì nó dựa trên một số lượng có hạn các ký hiệu RS (Reference Signal: tín hiệu tham chuẩn) được chèn vào các khung con, vì trong chế độ LTE FDD chi phí cho RS chỉ vào khoảng 5% đối với trường hợp một luồng Ngoài ra thời gian dành cho việc ước tính và báo cáo CQI cũng rất ghạn chế chỉ bằng 1ms Vì thế phạm vi áp dụng các kỹ thuật lấy trung bình để giảm sai lỗi đo bị hạn chế Các yếu tố này dẫn đến mất chính xác khi đo CQI trong kịch bản thực tế

Trong trường hợp không thể hoàn toàn tránh khỏi các sai lỗi CQI, giải thuật OLLA thường được áp dụng để ổn định hiệu năng LA tổng thê Không có OLLA, BLER cho các truyền dẫn thực tế sẽ có khuynh hướng cao hơn BLER đích dự báo Điều này đặc biệt đúng khi giải thuật lập biểu gói cũng đưa ra quyết định dựa trên các báo cáo CQI

Để duy trì BLER tại lần phát đầu gần nhất với BLER đich, cần có một giải thuật dịch (điều chỉnh) các kết quả đo CQI như trên hình 8,21 đối với người sử dụng i và băng thông BW

Giá trị dịch O(i) được điều chỉnh theo quy tắc giống như điều khiển công suất vòng ngoài trong HSDPA:

1 Nếu lần truyền thứ nhất trên kênh PDSCH được thu đúng (nhận được Ack), O(i) được giảm một lượng:

D T

CRC cho từng truyền dẫn mới Dịch: O(i)

SINR(i.bw)=CQI(i,bw)-O(i) CQI(i, bw)

Bộ quản lý CQI

OLLA: Outer Loop Link Adatation, BLER: Block Error Rate: tỷ lệ lỗi khối, CRC: Cyclic Redundance Check: kiểm tra vòng dư AMC: Adaptive Modulation and Coding: điều chế và

mã hóa kênh thích ứng, CQI: Channel Quality Indication: chỉ thị chất lượng kênh, MCS: Modulation and Coding Scheme: sơ đồ điều chế và mã hóa, i: truyền dẫn i, bw: băng thông cho truyền dẫn i.

CQI

Hình 8.22 Tương tác giữa OLLA và AMC

Sau điều chỉnh vòng ngoài ta được SINR cho truyền dẫn i, băng thông BW như sau:

8.6.5 HARQ đường xuống

LTE hỗ trợ chức năng HARQ để đảm bảo truyền gói giữa các thực thể tại lớp 1 HARQ đảm bảo độ bền vững chống lại các sai lỗi LA do các sai lỗi trong đo CQI và báo cáo gây ra Trong HSDPA xác suất lỗi gói hiệu dụng đối với lần truyền dẫn thứ nhât là 10-40% Ngoài ra nếu dịch vụ có thể chịu đựng được trễ bổ sung, thì HARQ sẽ cải thiện hiệu suất phổ bằng cách cho phép LA mạnh hơn HARQ tại lớp con MAC có các tính năng sau:

 Giao thức dưng-và-đợi N xử lý dựa trên HARQ được sử dụng giữa eNodeB và

UE Máy phát cố gắng truyền dẫn mỗi gói bằng một số lần truyền thử trước khi xóa gói Các xử lý HARQ được phát trên N kênh thời gian song song để đảm bảo truyền dẫn liên tục đến một UE Việc lựa chọn thông số N phụ thuộc vào

độ dài của TTI, trễ phản hồi và quy định trễ của QoS Trong thực tế N được chọn trong khoảng từ 4 đến 6 (tối đa là 8) (Xem hìnhh 8.23)

 Được xây dựng trên cơ sở các bản tin ACK/NACK (Acnowledgement/Nonacknowledgment: công nhận/phủ nhận) NACk thông báo rằng yêu cầu phát lại hoặc ở dạng IR (Incremental Redundancy: tăng phần dư) hoặc CC (Chase Combining: kết hợp kiểu săn bắt) Kiểu phát lại thứ nhất bao gồm việc phát phần dư bổ sung tăng dần để hỗ trợ giải mã Kiểu thứ hai bao gồm phát lại toàn bộ bản sao gói để máy thu nhận được độ lợi SNR từ việc kết hợp mềm thông tin nhận được từ tất cả các lần phát

 Các phát lại tự động dị bộ cùng với các thông số truyền dẫn thích ứng được hỗ trợ trên đường xuống để đạt được mức độ linh hoạt lập biểu cao nhát tại PS HARQ dị bộ có nghĩa là các cuộc truyền dẫn (hoặc các phát lại) đối với một xử

lý HARQ có thể xẩy ra tại bất kỳ mọi thời điểm Vì thế cần báo hiệu tường minh cho HARQ tại AT Khai thác HARQ thích ứng trong miền tần số nghĩa là

có thể lập biểu phát lại trên các RB khác nhau so với phát lần đầu Tuy nhiên vẫn có quy định đối với các phát lại là phải sử dụng cùng một MCS Quy định này cho phép dễ ràng thực hiện các sơ đồ kết hợp tại máy thu và tránh được chi phí báo hiệu điều khiển liên quan

 Mỗi lần phát lại cần một PDCCH đi kèm

 ACK/NACK đồng bộ Quan hệ thời gian giữa thời điểm, phát gói DL và thời điểm phát ACK/NACK từ UE là cố định: sau khi giải mã số liệu DL được phát trung khung con n nhận được từ eNodeB, UE phát trả lời ACK/NACK tại thời gian n+4 (sau 4ms) vì thời gian xử lý tại UE bằng 3ms

Xử lý của máy thu

Xử lý của máy thu

TrBlk1 TrBlk2 TrBlk3 TrBlk4 TrBlk5 TrBlk6 TrBlk7 TrBlk8 TrBlk9 TrBlk10 TrBlk11

Số liệu từ các bộ đệm phát

Phát lần đầu TrBlk 1

trong xử lý HARQ 1 trong xử lý HARQ 1Phát lại TrBlk 1

Xử lý của máy thu Xử lý của máy thuXử lý của máy thuXử lý của máy thu

Xử lý của máy thu TTI 1ms

TrBlk2 TrBlk3 TrBlk5 TrBlk6 TrBlk1 TrBlk7 TrBlk8

Đến chức năng sắp xếp lại

Xử lý của máy thu

Xử lý của máy thu

K

TrBlk: khối truyền tải

TrBlk4

Hình 8.23 Thí dụ về HARQ dừng và đợi với 6 xử lý

Nếu các phát lại HARQ bịt thất bại hoặc số lần phát lại cực đại bị vượt quá quy định, lớp RLC sẽ xử lý các phát lại ARQ bổ sung Có thể không cần thiết các phát lại ARQ chẳng hạn trong trường hợp VoIP do quỹ đường truyền nhỏ Độ lợi HARQ phải trả giá bằng yêu cầu bộ nhới tại UE, phải có bộ đệm các bit mềm tại đầu vào của bộ giải mã turbo Ngoài ra quá trình kết hợp HARQ cũng làm tăng thêm trễ gói

8.6.6 Lâp biểu gói đường xuống

8.6.6.1 Tổng quan

Lập biểu gói (PS: Packet Scheduler) được đặt tại lớp con MAC (Medium Access Control) với mục đích sử dụng hiệu quả các tài nguyên đường xuống DL-SCH Nhiệm vụ chính của PS là ghép các người sử dụng vào miền thời gian và miền tần số Ghép được thực hiện bằng cách sắp xếp các người sử dụng lên các tài nguyên vật lý khả dụng Nếu hệ thông chịu ảnh hưởng của phađing chọn lọc tần

số, thực thể PS có thể khai thác phân tập đa người sử dụng bằng cách ấn định cho các người sử dụng các đoan băng thông thể hiện các điều kiện kênh thuận tiện Như vậy phađinh kênh vô tuyến từng là hạn chế đối với hiệu năng của hệ thống vô tuyến thì nay được coi là một lợi điểm khi nó được khai thác bởi bộ lập biểu nhận thức kênh Dưới đây ta sẽ xét tổng quan bộ lập biểu này thông qua hoạt động của

nó, báo hiệu các quyết định của bộ lập biểu và các đo đạc của UE để hỗ trợ cho hoạt động của bộ lập biểu

Hình 8.24 minh họa việc quản lý các hàng đợi của các người sử dụng trong

bộ quản lý HARQ cũng như tương tác của chúng với bộ lập biểu Thực thể PS ấn định động các tài nguyên vô tuyến cho các UE khi xét đế các điều kiện kênh, thể tích lưu lượng và các yêu cầu QoS của từng UE Các giải thuật lập biểu khác nhau

có thể áp dụng tại lớp con MAC để đảm bảo cân đối giữa thông lượng và tính công bằng Ta giả thiết là ấn định tài nguyên vô tuyến bởi PS có thể thay đổi theo từng TTI, nghĩa là lập biểu nhanh được áp dụng Ngoài ra cũng giả thiết là ấn định tài nguyên được thực hiện bằng cách sắp xếp các UE lên các RB khả dụng trong miền tần số Các UE nhận biết được các tài nguyên được ấn định cho chúng thông qua thu kênh điều khiển liên quan đến lập biểu (AT) chỉ thị khuôn dạng truyền tải được chọn và mẫu ấn định RB

Từ mạng lõi

Bộ quản lý HARQ

Bộ phân loại gói

Lưu giữ trạng thái

Báo cáo trạng thái Lớp MAC

Lớp vật lý

Quyết định lập biểu

Bộ lập biểu

eNodeBCRC: Cyclic Redundancy Check: kiểm tra vòng dư, FEC: Forward Error Code: mã sửa lỗi trước

Hình 8.28 Quản lý hàng đợi của các người sử dụng trong bộ quản lý HARQ

và tương tác với bộ lập biểu đường xuống Bộ quản lý HARQ khi được yêu

định của lập biểu có thể được xây dựng trên cơ sở QoS, các tải tin được nhớ đệm trong eNodeB, các phát lại HARQ đang chờ, các báo cáo CQI từ các UE, dung lượng của các UE, các chu kỳ ngủ của UE, các chu kỳ đo và các thông số hệ thống như băng thông, mức/mẫu nhiễu

Việc ấn định tài nguyên cần dựa trên cân đối cac tiêu chí như: hiệu suất phổ, công bằng và QoS Lập biểu gói là một vấn đề tối ưu hóa đã được trình bày bằng toán học trong nhiều nghiên cứu Ta sẽ xét tổng quan một trình bày lý thuyết dựa trên các hàm lý thuyết Hàm tiện ích chuyển đổi các tài nguyên mạng mà một người sử dụng vào một số thực Vì tốc độ số liệu khả tin cậy là một yếu tố quan trọng nhất để quyết định sự thỏa mãn của các người sử dụng, nên hàm tiện ích là một hàm không giảm của tốc độ số liệu r Tối ưu hóa lớp chéo hướng đến cực đại hóa tiện ích tổng của mạng được biểu diễn như sau:

8.6.6.2 Lập biểu gói miền tần số, FDPS

FPDS (Frequency Domain Packet Scheduling: lập biểu gói miền tần số) là một kỹ thuật mạnh để cải thiện dung lương của hệ thống LTE Nguyên lý cơ sở của FDPS được minh họa trên hình 8.25 Nguyên lý FDPS khai thác các thay đổi công suất phụ thuộc tần số trên tín hiệu mong muốn (phađing chọn lọc tần số) hoặc nhiễu (phađing hay một phần tải của ô khác) bằng cách chỉ lập biểu cho các người sử dụng trên các PRB cho chất lượng kênh cao đồng thời tránh lập biểu cho các người sử dụng trên các PRB bị pha đinh sâu Vì thế điều kiện để đạt được độ lợi FDPS là băng thông nhất quán hiệu dụng của kênh vô tuyến phải nhỏ hơn băng

thông hệ thống, đây thường là trường hợp của các triển khai ô vĩ mô và vi mô với băng thông hệ thống bằng hoặc lớn hơn 5MHz

Các nghiên cứu cho thấy rằng độ lợi FDPS có thể đạt được 40% đối với các tốc độ UE thấp và trung bình (dưới 5 km/giờ) Khi tốc độ UE cao hơn độ lợi giảm

do bộ lập biểu không theo dõi kịp kênh vô tuyến vì trễ báo cáo CQI đường lên

Hình 8.25 Nguyên lý lập biểu miền tần số

Độ lợi lập biểu miền thời gian trong LTE là khá thấp vì phân tập anten là một tính năng tiêu chuẩn trong đầu cuối LTE và LTE thường sử dụng băng thông rộng Mặc dụ hiệu suất sử dụng phổ đạt được cực đại khi khai thác tái sử dụng tần số toàn phần, hệ thống có thể khởi đầu hoạt động trong chế độ tải một phần nếu chỉ

có một khối lượng nhỏ số liệu trong eNodeB cho các người sử dụng trong ô Nếu xẩy ra tình trạng này, số liệu được nhớ đệm trong eNodeB chỉ được phát trên một

số lượng PRB cần thiết, còn các PRB còn lại không được phát

Tại các tình trạng tải một phần như vậy, bộ lập biểu gói vẫn hướng đến chọn các PRB có chất lượng kênh cao hơn dựa trên thông tin phản hồi CQI Hình 8.26 cho thấy thí dụ FDPS trong các tình trạng tải một phần Khi này chiến lược

ấn định PRB giữa hai ô được kết hợp sao cho ấn định được thực hiện cho các tập

bù nhau để giảm thiểu nhiễu giữa các ô Theo các kết quả nghiên cứu, SINR (Signal to Noise Ratio):tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu) được cải thiện 10 dB

so với trường hợp tải đầy khi mạng sử dụng 3 đoạn ô và tải một phần bằng 25% với sử dụng lập biểu được hỗ trợ bởi CQI

Hình 8.26 Nguyên lý FDPS tại tải một phần

8.6.6.3 Các giải thuật lập biểu kết hợp miền thời gian và miền tần số

Hình 8.27 minh họa lập biểu gói ba bước Bước thưa nhất gồm lập liểu miền thời gian (TD: Time Domain) để chọn N người sử dụng tiềm năng cho lập biểu trong TTI tiếp sau Bộ lập biểu chỉ chọn những người sử dụng có: (1) số liệu đang chờ truyền dẫn và (2) các người sử dụng được lập cấu hình cho lập biểu trong TTI tiêp theo, nghĩa là các người sử dụng không nằm trong chế độ DRX (Discontinous Reception: thu không liên tục) Bộ lập biểu TD gán một số đo ưu tiên cho từng người trong số N người được chọn, Bước thứ hai, thực hiện kiểm tra lập biểu kênh điều khiển để đánh giá xem dung lượng kênh điều khiển còn đủ để lập biểu cho tất cả các người sử dụng được chọn bởi bộ lập biểu TD hay không Đánh giá này kiểm tra xem còn đủ các tài nguyên truyền dẫn trong 3 ký hiệu OFDM đầu tiên hay không để đảm bảo truyền dẫn tin cậy PDCCH cho từng người sử dụng đựơc lựa chọn Nếu không đủ, thì chỉ một tập con của N người sử dụng đựơc chuyển cho bộ lập biểu FD (Frequency Domain: miền tần số) Trường hợp kênh điều khiển bị nghẽn, các người sử dụng có số đo ưu tiên từ bộ điều khiển

TD thấp nhất sẽ bị chặn.Các người sử dụng có các phát lại HARQ đang chờ có thể được ưu tiên Cuối cùng bộ lập biểu FD sẽ quyết định sẽ lập biểu như thế nào đối với các người sử dụng còn lại trên các PRB khả dụng So sánh với các phương pháp khác, phương pháp này đạt được cùng hiệu năng nhưng ít phức tạp hơn vì bộ lập biểu FD chỉ cần xét một tập con các người sử dụng để ghép lên các PRB

Bước 3:

Lập biểu FD

Ấn định các PRB cho các người sử dụng đựơc chọn.

Hình 8.27 Minh họa quy trình lập biểu gói ba bước

8.6.6.4 Lập biểu gói với MIMO

2x2MIMO có thê sử dụng một hoặc hai khối truyền tải được mã hóa độc lập đến người sử dụng trên các luồng ảo tại các PRB được ấn định Các khối truyền tải được mã hóa được gọi là các từ mã Truyền dẫn hai khối truyền tải mã hóa độc lập đòi hỏi cấp hạng (rank) ít nhất bằng hai Trong trường hợp này, phản hồi CQI từ người sử dụng sẽ chứa cả thông tin để khối thích ứng đường truyền có thể chọn MCS cho hai khối truyền tải được mã hóa độc lập này Các ACK/NACK

sé đựơc phát riêng cho từng từ mã để có thể thích ứng đường truyển và HARQ riêng rẽ eNodeB có thể chuyển mạch động giữa phát một hoặc hai từ mã phụ thuộc vào CQI và RI (Rank Indicator: chỉ thị cấp hạng) phản hồi từ người sử dụng được lập biểu Một cách đơn giản có thể thấy rằng, để sử dụng được truyền dẫn 2x2MIMO với cấp hạng 2, SINR trung bình phải lớn hơn 12dB

Từ quan điểm lập biểu gói, chức năng SU-MIMO (Single User- MIMO) một phần ẩn tàng trong khối thích ứng đường truyền mặc dù bộ lập biểu gói cũng biết được các khối truyền tải cần hỗ trợ

LTE cũng hỗ trợ truyền dẫn MIMO trong đo hai người sử dụng được lập biểu trên cùng các PRB bằng cách phát đi các khối truyền tải được mã hóa độc lập cho từng người sử dụng và áp dụng tập các trọng số phát anten khác nhau Hai trọng lượng phát anten tạo nên các vectơ trực giao trong khi vẫn có thể đạt được SINR thu tốt cho cả hai Để MU-MIMO (Multi User MIMO) hấp dẫn, nghĩa là đạt được tổng thông lượng cực đại phục vụ cho hai người sử dụng, cần chọn cẩn thận các trong số anten trong cả miền thời gian lẫn miền tần số Đối với trừơng hợp sau (FD: miền tần số) cũng cần các thao tác lập biểu gói kết hợp trong đó cặp người sử dụng phát chung PRB được chọn động phụ thuộc vào đặc tính kênh vô tuyến dung chung ngắn hạn Vì thế sử dụng các sơ đồ MU-MIMO cũng tăng thêm tính phức tạp cảu các bộ lập biểu gói và đòi hỏi nhiều báo hiệu hơn trên kênh PDCCH

8.6.6.5 Hiệu năng lập biểu gói đường xuống

Phần này sẽ trình bày các kết quả hiệu năng của lập biểu gói đường xuống Trứơc hết ta minh họa ảnh hưởng của lập biểu gói cơ sở, tốc độ di động và cấu hình anten lên thông lượng của người sử dụng và ô bằng cách sử dụng công cụ giả phỏng mạng Trong phần này ta cũng sẻ đánh giá ảnh hưởng của QoS lên thông lượng ô và dung lượng ô bằng cách tiến hành mô phỏng động mức hệ thống

Ảnh hưởng đáng kể đến thông lượng khi tốc độ di động tăng từ 3km/giờ đến 30km/giờ vì độ lợi lập biểu giảm

Ảnh hưởng không đáng kể đến thông lượng khi tốc độ di động tăng từ 30km/giờ đến 120km/giờ

Độ lợi nhận được từ thích ứng đường truyền tốt hơn tại tốc độ 3km/giờ

120km/giờ

PF: Proportional Fair: lập biểu công bằng tỷ lệ

RR: Round Robin : quay vòng

Hình 8.28 Thí dụ về thông lượng ô với các bộ lập biểu khác nhau và tốc độ di động khác nhau

Lập biểu công bằng tài nguyên

Lập biểu công bằng lưu lượng giảm thông lượng ô

2x2 MIMO cung cấp độ lợi cao hơn so với 1x2 khi sử dụng quay vòng so với khi sử dụng lập biểu công bằng tỷ lệ

PF: Proportional Fair: lập biểu công bằng tỷ lệ

PF TP Fair: lập biểu công bằng tỷ lệ theo lưu lượng

RR: Round Robin : quay vòng

Hình 8.28 Thí dụ về thông lượng người sử dụng và thông lượng ô đường xuống với các cấu hình anten và các bộ lập biểu khác nhau