đồ án kỹ thuật viễn thông Tìm hiểu về công nghệ mạng đa truy nhập sử dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS

Tại UE chức năng MAC-e mớiđược sử dụng để xử lý lập biểu và HARQ dưới sự điều khiển của MAC-e trong nút B.Chức năng MAC mới MAC-es được đặt trong RNC để sắp xếp lại thứ tự gói trướckhi c

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động này nay phát triển rất nhanh chóng với con số thuê bao di động

vô cùng lớn Các thế hệ di động bắt đầu phát triển từ thế hệ 1G rồi 2G, hiện nay là 3G

và tương lai là thế hệ 4G Nó đáp ứng được nhu cầu của con người về thông tin cũng như sử dụng các dịch vụ mới như MP3, PDA, Camera, truyền số liệu, Internet

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 được chuẩn hóa bởi IMT-2000 bắt đầu phát triển tại Nhật Bản vào tháng 10-2001 Từ đó đến nay 3G đã phát triển một cách nhanh chóng và đóng vai trò quan trọng việc phát triển các loại hình dịch vụ đa

phương tiện Với xu hướng phát triển như hiện nay, chúng ta tin rằng trong tương lai không xa, thông tin di động sẽ đóng một vai trò quan trọng hơn nữa trong cuộc sống hàng ngày, và việc sử dụng điện thoại di động là một phần không thể thiếu của người dân trong mọi hoạt động

Chính vì lý do đó, nhóm sinh viên lớp Kỹ thuật viễn thông A–K47 trường ĐH Giao Thông Vận Tải chúng em đã chọn đề tài tìm hiểu về công nghệ mạng đa truy nhập sử dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba, mà cụ thể là UMTSNội dung trình bày của đề tài gồm 6 chương:

- Chương 1 Tổng quan mạng 3G UMTS

- Chương 2 Công nghệ đa truy nhập WCDMA

- Chương 3 Truy nhập gói tốc độ cao HSPA

- Chương 4 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

- Chương 5 Công nghệ EDGE

- Chương 6 WLAN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Cảnh Minh và cô Đàm Mỹ Hạnh

đã động viện, giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài này Do trình độ và thời gian có hạn, chúng em không thể tránh khỏi những sai sót, mong nhận được sự thông cảm và góp ý của các thầy cô giáo trong bộ môn Một lần nữa chúng em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của các thầy cô

Hà Nội ngày 26 tháng 3 năm 2010

Nhóm sinh viên thực hiện:

Phạm Việt HưngPhan Thị Thu TrangNguyễn Đình KhánhPhạm Thế Hoàn

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG 3G UMTS

1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G………3

1.2 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G…… 4

1.3 KIẾN TRÚC 3G UMTS R3……….5

1.4 KIẾN TRÚC 3G UMTS R4……….6

1.5 KIẾN TRÚC 3G UMTS R5 & R6……… 7

Chương 2 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP WCDMA 2.1 TỔNG QUAN WCDMA……….9

2.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD……… 10

2.3 TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ……… 11

2.4 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT……….13

2.5 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA……… 14

Chương 3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO HSPA 3.1 TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO HSPA………16

3.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG……… 17

3.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG HSDPA……… 19

3.4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN HSUPA……….25

3.5 CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA……… 31

Chương 4 DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS 4.1 TỔNG QUAN……… 35

4.2 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG GPRS……… 36

4.3 KIẾN TRÚC MẠNG GPRS……….37

4.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU GPRS……… 38

4.5 MỘT SỐ DỊCH VỤ CỦA GPRS……… 39

Chương 5 CÔNG NGHỆ EDGE 5.1 TỔNG QUAN……… 41

5.2 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG EDGE………42

5.3 GIAO TIẾP VÔ TUYẾN……… 43

5.4 CÁC KẾ HOẠCH CẦN THỰC HIỆN KHI ÁP DỤNG EDGE TRÊN MẠNG GSM……….44

Chương 7 WLAN 6.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG WLAN……… 46

6.2 NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC CỦA WLAN……… 46

6.3 CÁC TÙY CHỌN CÔNG NGHỆ………48

6.4 CHUẨN IEEE 802.11……… 50

Thuật ngữ viết tắt……… 53

Tài liệu tham khảo 58

Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG 3G UMTS

1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G

Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên hình 1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình 1.2

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

Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G

Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP

Hình 1.3 cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

1.2 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG 3G

Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùngchuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Cáctrung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trênđường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằngchuyển 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 1.4 dưới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của TTDĐ 3G kết hợp cả

CS và PS trong mạng lõi

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

Hình 1.4 Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằngmột nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năngnày được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý Chẳng hạn có thể thực hiện chức năngchuyển 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 vàtruyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệudung 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 đatruy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phânchia 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 truynhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truynhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM)

Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.5) UE bao gồm ba thiết bị: thiết

bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM:UMTS Subscriber Identity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS:Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộđiều khiển mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó Mạng lõi CN bao gồm miềnchuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà)

HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực),HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipment IdentityRegister: Bộ ghi nhận dạng thiết bị)

Hình 1.5 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

1.4 KIẾN TRÚC 3G UMTS R4

Hình 1.6 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4 Sự khác nhau cơ bản giữaR3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm Thay choviệc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúcchuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào

Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW:Media Gateway) MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động

có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch Ma trậnchuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSCServer

Hình 1.6 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4

Hình 1.7 Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6

Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đaphương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) Đây là một miền mạng IP được thiết

kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP Từ hình 1.7 ta thấy tiếng và

số liệu không cần các giao diện cách biệt; chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cảphương tiện Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGWriêng

Chương 2 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP WCDMA

2.1 MỞ ĐẦU

WCDMA là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM

để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba WCDMA sử dụng mạng đa truy nhập vôtuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS W-CDMA cóthể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số(FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD:Time Division Duplex) Hiện nay mới chỉ có WCDMA/FDD được triển khai

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau

190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz,đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz Mặc dù 5MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5MHz với nấc tăng là 200 KHz Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránhđược nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác

Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ

2010 MHz đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băngtần

Giao diện vô tuyến của W-CDMA/FDD (để đơn giản ta sẽ bỏ qua ký hiệu FDDnếu không xét đến TDD) hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA sử dungphương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps Trong WCDMAmạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork) Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vôtuyến của GSM Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế,

đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA

W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có chomạng của mình Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từmạng hiện có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM.

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênhlogic, kênh truyền tải và kênh vật lý pha Dưới đây ta xét kiến trúc giao thức của giaodiện vô tuyến WCDMA

2.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ

TUYẾN WCDMA/FDD

Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA được cho trên hình 2.1

UP: Mặt phẳng người sử dụng

CP: Mặt phẳng điều khiển

Hình 2.1 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD.

Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớp giao thức:

 Lớp vật lý (L1) Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều chế

và mã hóa, trải phổ v.v

 Lớp liên kết nối số liệu (L2) Lập khuôn số liệu vào các khối số liệu và đảm bảo

truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể đồng cấp

 Lớp mạng (L3) Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến

2.3 TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ

2.3.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộngbăng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát.Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không cóhiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thểdùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệusuất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:

* Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin.

* Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-SequenceSpreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) vànhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum) Cũng có thể nhận đượccác hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên WCDMA sử dụng DSSS DSSS đạtđược trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip(Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gianmột bit) của luồng số cần phát Hình 2.2 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc

hay Rc=15Rb Hình 2.2a cho thấy sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng

số cần truyền x có tốc độ Rb được nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồngđầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb của luồng vào Các hình 2.2b và2.2b biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số

Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằngcách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=yc

x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; T là thời gian một bit của luồng số cần phát,

R b =1/T b là tốc độ bit của luồng số cần truyền; T c là thời gian một chip của mã trải phổ, R c =1/

T c là tốc độ chip của mã trải phổ R c =15R b và T b =15T c

Hình 2.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

2.3.2 Áp dụng DSSS cho CDMA

Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng

Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở

CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu

số trong miền tần số Hình 2.3 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tạimáy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát

từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k Hình 2.3a cho thấy sơ đồ giải trải phổDSSS Hình 2.3b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ K máy phát sau trảiphổ, hình 2.3c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình2.3d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb

Hình 2.3 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín

hiệu.

Từ hình 2.3 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio)

là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.3.b và tổng diện tích cáchình chữ nhật trắng trên hình 2.3.c: SIR=S1/S2 Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb vì thế tỷ

số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain)

2.4 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút Bchẳng hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệutrên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình Hiệntượng này được gọi là hiện tượng gần và xa Để tránh hiện tượng này hệ thống phảiđiều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau(lý tưởng) Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:

 Điều khiển công suất vòng hở

 Điều khiển công suất vòng kín

Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiệnthủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát

đi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này Còn điều khiển công suất vòng kínđược thực hiện khi UE đã kết nối với nút B Điều khiển công suất vòng hở lại đượcchia thành:

 Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B Điều khiển công suấtvòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánhSIR thu với SIR đích

 Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích chonút B Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu đượcvới tỷ lệ đích.

2.5 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA

Thông thường chuyển giao (HO: Handover) được hiểu là quá trình trong đókênh lưu lượng của một UE được chuyển sang một kênh khác để đảm bảo chất lượngtruyền dẫn Tuy nhiên trong CDMA khái niệm này chỉ thích hợp cho chuyển giaocứng còn đối với chuyển giao mềm khái niệm này phức tạp hơn, ta sẽ xét cụ thể trongphần dưới đây

Có thể chia HO thành các kiểu HO sau:

 HO nội hệ thống xẩy ra bên trong một hệ thống WCDMA Có thể chia nhỏ HO

này thành

o HO nội hệ thống giữa các ô thuộc cùng môt tần số sóng mang WCDMA

o HO giữa các tần số (IF-HO) giữa các ô hoạt động trên các tần số WCDMA

khác nhau

 HO giữa các hệ thống (IS-HO) giữa các ô thuộc hai công nghệ truy nhập vô tuyến

(RAT) khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khác nhau Trườnghợp thường xuyên xẩy ra nhất đối với kiểu thứ nhất là HO giữa các hệ thốngWCDMA và GSM/EDGE Tuy nhiên cũng có thể là IS-HO giữa WCDMA và hệthống các hệ thống CDMA khác (cdma2000 1x chẳng hạn) Thí dụ về HO giữacác RAM là HO giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA TDD

Có thể có các thủ tục HO sau:

 Chuyển giao cứng (HHO) là các thủ tục HO trong đó tất cả các đường truyền vô

tuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi thiết lập các đường truyền vôtuyến mới

 Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (xem hình 2.4) là các thủ tục

trong đó UE luôn duy trì ít nhất một đường vô tuyến nối đến UTRAN Trongchuyển giao mềm UE đồng thời được nối đến một hay nhiều ô thuộc các nút Bkhác nhau của cùng một RNC (SHO nội RNC) hay thuộc các RNC khác nhau(SHO giữa các RNC) Trong chuyển giao mềm hơn UE được nối đến ít nhất là haiđoạn ô của cùng một nút B SHO và HO mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trên cùng mộttần số sóng mang và trong cùng một hệ thống

Hình 2.4 Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b)

Chương 3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA)

3.1 TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA)

Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down LinkPacket Access) được 3GPP chuẩn hóa ra trong R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiênvào năm 2002 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) được 3GPP chuẩn hóatrong R6 và tháng 12 năm 2004 Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA.Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vào thương mại vào năm 2005 và HSUPA đượcđưa vào thương mại vào năm 2007 Các thông số tốc độ đỉnh của R6 HSPA được chotrong bảng 3.1

Bảng 3.1 Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA

HSDPA (R6) HSUPA (R6)Tốc độ đỉnh (Mbps) 14,4 5,7

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8Mbps và tăng đến 3,6 Mbps và7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 14,4Mbps năm 2008.Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2Mbps trong giai đoạn hai tốc độ này cóthể đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008

HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng mang hoặc sửdụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao (xem hình 3.1)

Hình 3.1 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với

Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao diện như nhau (384kbps cho tốc độ cực đại chẳng hạn), tốc độ số liệu HSPA trên các giao diện khác nhau.Hình 3.2 minh họa điều này cho HSDPA Tốc độ đỉnh (14,4Mbps trên 2 ms) tại đầucuối chỉ xẩy ra trong thời điểm điều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc độ trung bình có thểkhông quá 3Mbps Để đảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, nút cần có bộđệm để lưu lại lưu lượng và bộ lập biểu để truyền lưu lượng này trên hạ tầng mạng

Hình 3.2 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA)

3.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG

Hình 3.3 cho thấy kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệungười sử dụng Số liệu từ các dịch vụ khác nhau được nén tiêu đề IP tại PDCP (PacketData Convergence Protocol) MAC-hs (High Speed: tốc độ cao) thực hiện chức nănglập biểu nhanh dựa trên nút B

Đối với HSDPA chức năng MAC mới (MAC-hs) được đặt trong nút B để xử lý phát lại nhanh dựa trên HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request: yêu cầu phát lại tự động lai ghép), lập biểu và ưu tiên

Đối với HSUPA chức năng MAC mới (MAC-e) được đặt trong nút B để xử lýphát lại nhanh dựa trên HARQ, lập biểu và ưu tiên Tại UE chức năng MAC-e mớiđược sử dụng để xử lý lập biểu và HARQ dưới sự điều khiển của MAC-e trong nút B.Chức năng MAC mới (MAC-es) được đặt trong RNC để sắp xếp lại thứ tự gói trướckhi chuyển lên các lớp trên Sự sắp xếp lại này là cần thiết, vì của chuyển giao mềm cóthể dẫn đến các gói từ các nút B khác nhau đến RNC không theo thứ tự

MAC-hs: High Speed MAC: MAC tốc độ cao

MAC-e: E-DCH MAC: MAC kênh E-DCH, MAC-es: thực thể MAC kênh E-DCH để sắp đặt lại thứ tự

Hình 3.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử

dụng

Hình 3.4 cho thấy các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưavào HSPA

Hình 3.4 Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSPA.

3.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA)

HSDPA được thiết kế để tăng thông lượng số liệu gói đường xuống bằng cáchkết hợp các công nghệ lớp vật lý sau đây

3.3.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ

Đặc điểm chủ yếu của HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ Trong truyền dẫnkênh chia sẻ, một bộ phận của tổng tài nguyên vô tuyến đường xuống khả dụng trong

ô (công suất phát và mã định kênh trong WCDMA) được coi là tài nguyên chung đượcchia sẻ động theo thời gian giữa các người sử dụng Truyền dẫn kênh chia sẻ đượcthực hiện thông qua kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH: High-SpeedDowlink Shared Channel) HS-DSCH cho phép cấp phát nhanh một bộ phận tàinguyên đường xuống để truyền số liệu cho một người sử dụng đặc thù Phương phápnày phù hợp cho các ứng dụng số liệu gói thường được truyền theo dạng cụm và vì thể

có các yêu cầu về tài nguyên thay đổi nhanh

Cấu trúc cơ sở thời gian và mã của HS-DSCH được cho trên hình 3.5 Tàinguyên mã cho HS-DSCH bao gồm một tập mã định kênh có hệ số trải phổ 16 (xemphần trên của hình 3.5), trong đó số mã có thể sử dụng để lập cấu hình cho HS-DSCHnằm trong khoảng từ 1 đến 15 Các mã không dành cho HS-DSCH được sử dụng chomục đích khác, chẳng hạn cho báo hiệu điều khiển, các dịch vụ MBMS hay các dịch

vụ chuyển mạch kênh

Hình 3.5 Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH

Phần dưới của hình 3.5 mô tả ấn định tài nguyên mã HS-DSCH cho từng người

sử dụng trên cở sở TTI=2ms (TTI: Transmit Time Interval: Khoảng thời gian truyềndẫn) HSPDA sử dụng TTI ngắn để giảm trễ và cải thiện quá trình bám theo các thayđổi của kênh cho mục đích điều khiển tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh (sẽ xét trongphần dưới)

Ngoài việc được ấn định một bộ phận của tổng tài nguyên mã khả dụng, mộtphần tổng công suất khả dụng của ô phải được ấn định cho truyền dẫn HS-DSCH Lưu

ý rằng HS-DSCH không được điều khiển công suất mà được điều khiển tốc độ Trongtrường hợp sử dụng chung tần số với WCDMA, sau khi phục vụ các kênh WCDMA,phần công suất còn lại có thể được sử dụng cho HS-DSCH, điều này cho phép khaithác hiệu quả tổng tài nguyên công suất khả dụng

3.3.2 Lập biểu phụ thuộc kênh

Lập biểu (Scheduler) điều khiển việc dành kênh chia sẻ cho người sử dụng nàotại một thời điểm cho trước Bộ lập biểu này là một phần tử then chốt và quyết định rấtlớn đến tổng hiệu năng của hệ thống, đặc biệt khi mạng có tải cao Trong mỗi TTI, Bộlập biểu quyết định HS-DSCH sẽ được phát đến người (hoặc các người) sử dụng nàokết hợp chặt chẽ với cơ chế điều khiển tốc độ (tại tốc độ số liệu nào)

Dung lượng hệ thống có thể được tăng đáng kể khi có xét đến các điều kiệnkênh trong quyết định lập biểu: lập biểu phụ thuộc kênh Vì trong một ô, các điều kiệncủa 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 vớiđỉnh của nó (hình 3.6) Vì thế có thể truyền tốc độ số liệu cao đối với đường truyền vôtuyến này Giải pháp này cho phép hệ thống đạt được dung lượng cao Độ lợi nhậnđược khi truyền dẫn dành cho các người sử dụng có các điều kiện đường truyền vôtuyến thuận lợi thường được gọi là phân tập đa người sử dụng và độ lợi này càng lớnkhi thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng trong một ô càng lớn Vì thế trái vớiquan điểm truyền thống rằng phađinh nhanh là hiệu ứng không mong muốn và rằngcần chống lại nó, bằng cách lập biểu phụ thuộc kênh phađinh có lợi và cần khai thácnó.

Chiến lược của bộ lập biểu thực tế là khai thác các thay đổi ngắn hạn (dophađinh đa đường) và các thay đổi nhiễu nhanh nhưng vẫn duy trì được tính công bằngdài hạn giữa các người sử dụng Về nguyên tắc, sự mất công bằng dài hạn càng lớn thìdung lượng càng cao Vì thế cần cân đối giữa tính công bằng và dung lượng

Hình 3.6 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA

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 đợitruyền dẫn cho dù điều kiện kênh của người sử dụng này tốt Ngoài ra một số dịch vụcần được cho mức ưu tiên cao hơn Chẳng hạn các dịch vụ luồng đòi hỏi được đảmbảo tốc độ số liệu tương đối không đổi dài hạn, trong khi các dịch vụ nền như tảixuống 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 3.7 Nút B đánh giá chấtlượng kênh của từng người sử dụng HSDPA tích cực dựa trên thông tin phản hồi nhậnđược từ đường lên Sau đó lập biểu và thích ứng đường truyền được tiến hành theo giảithuật lập biểu và sơ đồ ưu tiên người sử dụng

Hình 3.7 Nguyên lý lập biểu HSDPA của nút B

3.3.3 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao

Điều khiển tốc độ đã được coi là phương tiện thích ứng đường truyền cho cácdịch vụ truyền số liệu hiệu quả hơn so với điều khiển công suất thường được sử dụngtrong CDMA, đặc biệt là khi nó được sử dụng cùng với lập biểu phụ thuộc kênh

Đối với HSDPA, điều khiển tốc độ được thực hiện bằng cách điều chỉnh động

tỷ lệ mã hóa kênh và chọn lựa động giữa điều chế QPSK và 16QAM Điều chế bậc caonhư 16QAM cho phép đạt được mức độ sử dụng băng thông cao hơn QPSK nhưng đòihỏi tỷ số tín hiệu trên tạp âm (Eb/N0) cao hơn Vì thế 16 QAM chủ yếu chỉ hữu íchtrong các điều kiện kênh thuận lơi Nút B lựa chọn tốc độ số liệu độc lập cho từng TTI2ms và cơ chế điều điều khiển tốc độ có thể bám các thay đổi kênh nhanh

3.3.4 HARQ với kết hợp mềm

HARQ với kết hợp mềm cho phép đầu cuối yêu cầu phát lại các khối thu mắclỗi, đồng thời điều chỉnh mịn tỷ lệ mã hiệu dụng và bù trừ các lỗi gây ra do cơ chếthích ứng đường truyền Đầu cuối giải mã từng khối truyền tải mã nó nhận được rồibáo cáo về nút B về việc giải mã thành công hay thất bại cứ 5ms một lần sau khi thuđược khối này Cách làm này cho phép phát lại nhanh chóng các khối số liệu thukhông thành công và giảm đáng kể trễ liên quan đế phát lại so với phát hành R3

Nguyên lý xử lý phát lại HSDPA được minh họa trên hình 3.8 Đầu tiên góiđược nhận vào bộ nhớ đệm của nút B Ngay cả khi gói đã được gửi đi nút B vẫn giữgói này Nếu UE giải mã thất bại nó lưu gói nhận được vào bộ nhớ đệm và gửi lệnhkhông công nhận (NAK) đến nút B Nút B phát lại cả gói hoặc chỉ phần sửa lỗi của góitùy thuộc vào gải thuâth kết hợp gói tại UE UE kết hợp gói phát trước với gói đượcphát lại và giải mã Trong trường hợp giải mã phía thu thất bại, nút B thực hiện phát lại

mà không cần RNC tham gia Máy di động thực hiện kết hợp các phát lại Phát theoRNC chỉ thực hiện khi xẩy ra sự cố hoạt động lớp vật lý (lỗi báo hiệu chẳng hạn) Phátlại theo RNC sử dụng chế độ công nhận RLC, phát lại RLC không thường xuyên xẩyra.

Hình 3.8 Nguyên lý xử lý phát lại của nút B

Không như HARQ truyền thống, trong kết hợp mềm, đầu cuối không loại bỏthông tin mềm trong trường hợp nó không thể giải mã được khối truyền tải mà kết hợpthông tin mềm từ các lần phát trước đó với phát lại hiện thời để tăng xác suất giải mãthành công Tăng phần dư (IR) được sử dụng làm cơ sở cho kết hợp mềm trongHSDPA, nghĩa là các lần phát lại có thể chứa các bit chẵn lẻ không có trong các lầnphát trước IR có thể cung cấp độ lợi đáng kể khi tỷ lệ mã đối với lần phát đầu cao vìcác bit chẵn lẻ bổ sung làm giảm tổng tỷ lệ mã Vì thế IR chủ yếu hữu ích trong tìnhtrạng giới hạn băng thông khi đầu cuối ở gần trạm gốc và số lượng các mã định kênhchứ không phải công suất hạn chế tốc độ số liệu khả dụng Nút B điều khiển tập các bitđược mã hóa sẽ sử dụng để phát lại có xét đến dung lượng nhớ khả dụng của UE

Các hình 3.9 cho thấy thí dụ về sử dụng HARQ sử dụng mã turbo cơ sở tỷ lệ

mã r=1/3 cho kết hợp phần dư tăng Trong lần phát đầu gói bao gồm tất cả các bitthông tin cùng với một số bit chẵn lẻ được phát Đến lần phát lại chỉ các bit chẵn lẻkhác với các bit chẵn lẻ được phát trong gói trước là được phát Kết hợp gói phát trước

và gói phát sau cho ra một gói có nhiều bit dư để sửa lỗi hơn và vì thế đây là sơ đồ kếthợp phần dư tăng

Hình 3.9 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo

3.3.5 Kiến trúc

Từ các phần trên ta thấy rằng các kỹ thuật HSDPA dựa trên thích ứng nhanh đốivới các thay đổi nhanh trong các điều kiện kênh Vì thế các kỹ thuật này phải được đặtgần với giao diện vô tuyến tại phía mạng, nghĩa là tại nút B Ngoài ra một mục tiêuquan trọng của HSDPA là duy trì tối đa sự phân chia chức năng giữa các lớp và cácnút của R3 Cần giảm thiểu sự thay đổi kiến trúc, vì điều này sẽ đơn giản hóa việc đưaHSDPA vào các mạng đã triển khai cũng như đảm bảo hoạt động trong các môi trường

mà ở đó không phải tất cả các ô đều được nâng cấp bằng chức năng HSDPA Vì thếHSDPA đưa vào nút B một lớp con MAC mới, MA-hs, chịu trách nhiệm cho lập biểu,điều khiển tốc độ và khai thác giao thức HARQ Do vậy ngoại trừ các tăng cường choRNC như điều khiển cho phép HSDPA đối với các người sử dụng, HSDPA chủ yếutác động lên nút B (hình 3.10)

Di động từ một ô hỗ trợ HSDPA đến một ô không hỗ trợ HSDPA được xử lý dễràng Có thể đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn cho người sử dụng (mặc dù tại tốc

độ số liệu thấp hơn) bằng chuyển mạch kênh trong RNC trong đó người sử dụng đượcchuyển mạch đến kênh dành riêng (DCH) trong ô không có HSDPA Tương tự, mộtngười sử dụng được trang bị đầu cuối có HSDPA có thể chuyển mạch từ kênh riêngsang HSDPA khi người này chuyển vào ô có hỗ trợ HSDPA

Cấu trúc kênh tổng thể của HSDPA kết hợp WCDMA được cho trên hình 3.11

Hình 3.11 Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA 3.4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA)

Cốt lõi của HSUPA cũng sử dụng hai công nghệ cơ sở như HSDPA: lập biểunhanh và HARQ nhanh với kết hợp mềm Cũng giống như HSDPA, HSUPA sử dụng

khoảng thời gian ngắn 2ms cho TTI đường lên Các tăng cường này được thực hiệntrong WCDMA thông qua một kênh truyền tải mới, E-DCH (Enhanced DedicatedChannel: kênh riêng tăng cường).

Mặc dù sử dụng các công nghệ giống HSDPA, HSUPA cũng có một số khácbiệt căn bản so với HSDPA và các khác biệt này ảnh hưởng lên việc thực hiện chi tiếtcác tính năng:

 Trên đường xuống, các tài nguyên chia sẻ là công suất và mã đều được đặttrong một nút trung tâm (nút B) Trên đường lên, tài nguyên chia sẻ là đạilượng nhiễu đường lên cho phép, đại lượng này phụ thuộc vào công suất củanhiều nút nằm phân tán (các nút UE)

 Trên đường xuống bộ lập biểu và các bộ đệm phát được đặt trong cùng mộtnút, còn trên đường lên bộ lập biểu được đặt trong nút B trong khi đó các bộđệm số liệu được phân tán trong các UE Vì thế các UE phải thông báo thôngtin về tình trạng bộ đệm cho bộ lập biểu

 Đường lên WCDMA và HSUPA không trực giao và vì thế xẩy ra nhiễu giữacác truyền dẫn trong cùng một ô Trái lại trên đường xuống các kênh được pháttrực giao Vì thế điều khiển công suất quan trọng đối với đường lên để xử lývấn đề gần xa E-DCH được phát với khoảng dịch công suất tương đối so vớikênh điều khiển đường lên được điều khiển công suất và bằng cách điều chỉnhdịch công suất cho phép cực đại, bộ lập biểu có thể điều khiển tốc độ số liệu E-DCH Trái lại đối với HSDPA, công suất phát không đổi (ở mức độ nhất định)cùng với sử dụng thích ứng tốc độ số liệu

 Chuyển giao được E-DCH hỗ trợ Việc thu số liệu từ đầu cuối tại nhiều ô là cólợi vì nó đảm bảo tính phân tập, trong khi đó phát số liệu từ nhiều ô trongHSDPA là phức tạp và chưa chắc có lợi lắm Chuyển giao mềm còn có nghĩa

là điều khiển công suất bởi nhiều ô để giảm nhiễu gây ra trong các ô lân cận vàduy trì tương tích ngược với UE không sử dụng E-DCH

 Trên đường xuống, điều chế bậc cao hơn (có xét đến hiệu quả công suất đốivới hiệu quả băng thông) được sử dụng để cung cấp các tốc độ số liệu caotrong một số trường hợp, chẳng hạn khi bộ lập biểu ấn định số lượng mã địnhkênh ít cho truyền dẫn nhưng đại lượng công suất truyền dẫn khả dụng lại khácao Đối với đường lên tình hình lại khác; không cần thiết phải chia sẻ các mãđịnh kênh đối với các người sử dụng khác và vì thể thông thường tỷ lệ mã hóakênh thấp hơn đối với đường lên Như vậy khác với đường lên điều chế bậccao ít hữu ích hơn trên đường lên trong các ô vĩ mô và vì thế không được xemxét trong phát hành đầu của HSUPA

4.4.1 Lập biểu

Đối với HSUPA, bộ lập biểu là phần tử then chốt để điều khiển khi nào và tạitốc độ số liệu nào một UE được phép phát Đầu cuối sử dụng tốc độ càng cao, thì côngsuất thu từ đầu cuối tại nút B cũng phải càng cao để đảm bảo tỷ số Eb/N0 (Eb=Pr/Rb, Pr

là công suất thu tại nút B còn Rb là tốc độ bit được phát đi từ UE) cần thiết cho giảiđiều chế Bằng cách tăng công suất phát, UE có thể phát tốc độ số liệu cao hơn Tuynhiên do đường lên không trực giao, nên công suất thu từ một UE sẽ gây nhiễu đối vớicác 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 điềukhiển và các truyền dẫn đường lên không được lập biểu có thể bị thu sai Trái lại mứcnhiễu quá thấp cho thấy rằng các UE đã bị điều chỉnh thái quá và không khai thác hếttoàn bộ dung lượng hệ thống Vì thế HSUPA sử dụng bộ lập biểu để cho phép cácngười sử dụng có số liệu cần phát được phép sử dụng tốc độ số liệu cao đến mức cóthể nhưng vẫn đảm bảo không vượt quá mức nhiễu cực đại cho phép trong ô.

Nguyên lý lập biểu HSUPA được cho trên hình 3.12

Hình 3.12 Nguyên lý lập biểu HSUPA của nút B

Khác với HSDPA, bộ lập biểu và các bộ đệm phát đều được đặt tại nút B, sốliệu cần phát được đặt tại các UE đối với đường lên Tại cùng một thời điểm bộ lậpbiểu đặt tại nút B điều phối các tích cực phát của các UE trong ô Vì thế cần có một cơchế để thông báo các quyết định lập biểu cho các UE và cung cấp thông tin về bộ đệm

từ các UE đến bộ lập biểu Chương trình khung HSUPA sử dụng các cho phép lập biểuphát đi từ bộ lập biểu của nút B để điều khiển tích cực phát của UE và các yêu cầu lậpbiểu phát đi từ UE để yêu cầu tài nguyên Các cho phép lập biểu điều khiển tỷ số côngsuất giữa E-DCH và hoa tiêu được phép mà đầu cuối có thể sử dụng; cho phép lớn hơn

có nghĩa là đầu cuối có thể sử dụng tốc độ số liệu cao hơn nhưng cũng gây nhiễu nhiềuhơn trong ô Dựa trên các kết quả đo đạc mức nhiễu tức thời, bộ lập biểu điều khiểncho phép lập biểu trong từng đầu cuối để duy trì mức nhiễu trong ô tại mức quy định(hình 3.13)

Trong HSDPA, thông thường một người sử dụng được xử lý trong một TTI.Đối với HSUPA, trong hầu hết các trường hợp chiến lược lập biểu đường lên đặc thùthực hiên lập biểu đồng thời cho nhiều người sử dụng Lý do vì một đầu cuối có côngsuất nhỏ hơn nhiều so với công suất nút B: một đầu cuối không thể sử dụng toàn bộdung lượng ô một mình

Hình 3.13 Chương trình khung lập biểu của HSUPA

Nhiễu giữa các ô cũng cần được điều khiển Thậm chí nếu bộ lập biểu đã chophép một UE phát tại tốc độ số liệu cao trên cơ sở mức nhiễu nội ô chấp thuận được,nhưng vẫn có thể gây nhiễu không chấp nhận được đối với các ô lân cận Vì thế trongchuyển giao mềm, ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho họat động lập 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 sốliệu E-DCH bằng cách phát đi chỉ thị quá tải trên đường xuống Cơ chế này đảm bảohoạt động ổn định cho mạng

Lập biểu nhanh cung cấp một chiến lược cho phép kết nối mềm dẻo hơn Vì cơchế lập biểu cho phép xử lý tình trạng trong đó nhiều người sử dụng cần phát đồngthời, nên số người sử dụng số liệu gói tốc độ cao mang tính cụm được cho phép lớnhơn Nếu điều này gây ra mức nhiễu cao không thể chấp nhận được trong hệ thống, thì

bộ lập biểu có thể phản ứng nhanh chóng để hạn chế các tốc độ số liệu mà các UE cóthể sử dụng Không có lập biểu nhanh, điều khiển cho phép có thể chậm trễ hơn vàphải dành một dự trữ nhiễu trong hệ thống trong trường hợp nhiều người sử dụng hoạtđộng đồng thời

4.4.2 HARQ với kết hợp mềm

HARQ nhanh với kết hợp mềm được HSUPA sử dụng với mục đích cơ bảngiống như HSDPA: để đảm bảo tính bền vững chống lại các sai lỗi truyền dẫn ngẫunhiên Sơ đồ được sử dụng giống như đối với HSDPA Đối với từng khối truyền tảiđược phát trên đường lên, một bit được phát từ nút B đến UE để thông báo giải mãthành công (ACK) hay yêu cầu phát lại khối truyền tải thu bị mắc lỗi (NAK)

Điểm khác biệt chính so với HSDPA bắt nguồn từ việc sử dụng chuyển giaomềm trên đường lên Khi UE nằm trong chuyển giao mềm, nghĩa là giao thức HARQkết cuối tại nhiều ô Vì thế trong nhiều trường hợp số liệu truyền dẫn có thể được thuthành công tại một số nút B nhưng lại thất bại tại các nút B khác Nhìn từ phía UE,điều này là đủ, vì ít nhất một nút B thu thành công số liệu Vì thế trong chuyển giaomềm tất cả các nút B liên quan đều giải mã số liệu và phát ACK hoặc NAK Nếu UEnhận được ACK ít nhất từ một nút B, UE coi rằng số liệu đã được thu thành công

HARQ với kết hợp mềm có thể được khai thác không chỉ để đàm bảo tính bềnvững chống lại nhiễu không dự báo được mà còn cải thiện hiệu suất đường truyền để

tăng dung lượng và (hoặc) vùng phủ Các bit được mã hóa bổ sung chỉ được phát khicần thiết Vì thế tỷ lệ mã sau các lần phát lại được xác định theo tỷ lệ mã cần thiết chođiều kiện kênh tức thời Đây cũng chính là mục tiêu mà thích ứng tốc độ cố gắng đạtđược, điểm khác chính là thích ứng tốc độ cố gắng tìm ra tỷ lệ mã phù hợp trứơc khiphát

4.4.3 Kiến trúc

Để hoạt động hiệu quả, bộ lập biểu phải có khả năng khai thác các thay đổinhanh theo mức nhiễu và các điều kiện đường truyền HARQ với kết hợp mềm cũngcho lợi từ các phát lại nhanh và điều này giảm chi phí cho các phát lại Vì thế hai chứcnăng này phải được đặt gần giao diện vô tuyến Vì thế cũng giống như HSDPA, cácchức năng lập biểu và HARQ của HSUPA được đặt tại nút B Ngoài ra cũng giốngnhư đối với HSDPA, cũng cần đảm bảo giữ nguyên các lớp cao hơn lớp MAC Vì thếmật mã, điều khiển cho phép … vẫn đặt dưới quyền điều khiển của RNC Điều nàycho phép đưa HSUPA êm ả vào các vùng được chọn lựa; trong các ô không hỗ trợtruyền dẫn E-DCH, có thể sử dụng chuyển mạch kênh để sắp xếp luồng số của người

sử dụng lên DCH

Giống như triết lý thiết kế HSDPA, một thực thể MAC mới (MAC-e) được đưavào UE và nút B Trong nút B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải các phát lại HARQ

và lập biểu, còn trong UE, chiu 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 khácnhau có thể được giải mã đúng tại các nút B khác nhau Kết quả là một khối truyền tải

có thể được thu đúng tại một nút B, trong khi đó một nút B khác vẫn tham gia và cácphát lại của một khối truyền tải được phát sớm hơn Vì thế để đảm bảo chuyển cáckhối truyền tải đúng trình tự đến giao thức RLC, cần có chức năng sắp xếp lại thứ tựtrong RNC ở dạng một thực thể mới: MAC-es Trong chuyển giao mềm, nhiều thựcthể MAC-e được sử dụng cho một UE vì 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 vụchủ yếu xử lý giao thức HARQ (hình 3.14)