Tìm kiếm nhanh và chính xác hơn với google tùy chỉnh

Thứ Tư, 8 tháng 2, 2012

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA

1. GIỚI THIỆU

Ngay sau khi giải pháp HSDPA được giới thiệu vào cuối năm 2005, và được các công ty cung cấp giải pháp mạng truyền thông hàng đầu lựa chọn cho các thiết bị mạng của mình thì số lượng các thuê bao UMTS trên toàn thế giới không ngừng gia tăng mạnh mẽ. Các thuê bao thế hệ mới có thể sử dụng card dữ liệu tích hợp trong thiết bị notebook để truy nhập dữ liệu khi đang di chuyển, hoặc có thể sử dụng điện thoại di dộng của mình để truy nhập vào những ứng dụng mới, như xem truyền hình di dộng hoặc tải các file âm thanh hình ảnh… Hệ thống UMTS cung cấp các dịch vụ dữ liệu chất lượng cao, tốc độ dữ liệu đạt được khoảng 384 kbit/s. Tuy nhiên người sử dụng trong nhiều trường hợp vẫn yêu cầu chất lượng truyền tải dữ liệu cao hơn. Chẳng hạn một thương gia khi di chuyển do nhu cầu mở rộng thị trường của mình và họ cần phải đính kèm rất nhiều file tài liệu vào e-mail rồi gửi chúng tới máy tính xách tay, hay trường hợp một người dùng bình thường khác yêu cầu được thực hiện truyền thông trực tiếp với nhau (person-to-person), gửi các video clip và bài hát cho nhau, tải lên các tệp âm thanh lên trang web nhật ký điện tử (Blogs)… Để đáp ứng được những yêu cầu của khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ mạng truyền thông phải:

- Cải thiện năng lực hệ thống tải lên
- Tăng thông lượng đường lên của người dùng
- Giảm trễ

Vì những lý do nêu trên, giải pháp truy nhập gói dữ liệu tốc độ cao ở đường lên HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) được phát triển ngay sau khi giải pháp truy nhập gói dữ liệu tốc độ cao ở đường xuống HSDPA ( High Speed Downlink Packet Access) ra đời nhằm tăng cường kỹ thuật cho hệ thống UMTS trong truyền tải dữ liệu.

HSDPA đã được giới thiệu trong ấn bản R.5 của 3GPP và bước đầu được phát triển trong mạng di dộng 3G toàn cầu. HSDPA tăng tốc độ tải dữ liệu đường xuống tới 14 Mbit/s (về mặt lý thuyết) và gia tăng đáng kể dung lượng của mạng di dộng.

HSUPA là bước phát triển mới cho các mạng UMTS. Giải pháp công nghệ này còn có tên là E-DCH (Enhanced Uplink DCH) được giới thiệu trong ấn bản R.6 của 3GPP. Mục tiêu của HSUPA là tăng tốc độ truyền dẫn gói dữ liệu ở đường lên tới 5,76 Mbps. Hơn nữa HSUPA cũng sẽ gia tăng dung lượng đường xuống và giảm trễ. Một sự kết hợp giữa HSDPA và HSUPA sẽ giúp tối ưu hóa quá trình truyền tải gói dữ liệu trên cả hai đường: lên và xuống.

2. TỔNG QUAN VỀ HSUPA

HSUPA khi vận hành cùng với HSDPA sẽ tạo ra sự thay đổi quan trọng trong toàn bộ hệ thống truyền thông di động. HSUPA hỗ trợ ngay cả khi người dùng di chuyển ở vận tốc cao (xấp xỉ 120 km/h). Tuy nhiên, cũng như các hệ thống khác, hệ thống ứng dụng giải pháp HSUPA có thể hỗ trợ ở mức thấp hơn mức tính toán về mặt lý thuyết. Nếu so sánh với hệ thống ứng dụng kỹ thuật theo ấn bản Rel’99 thì hệ thống 3GPP có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn như sau:

- Tăng dung lượng hệ thống lên 70 %
- Giảm trễ truyền dẫn gói tại điểm cuối người dùng xuống 55 %

- Tăng thông lượng người dùng lên 50 %

Tổng quát, giải pháp HSUPA gồm các khái niệm chính sau đây:

2.1 SẮP XẾP ĐƯỜNG LÊN (UPLINK SCHEDULING)

Cơ chế sắp xếp đường lên là đặc điểm quan trọng của HSUPA. Thiết bị sắp xếp đường lên được đặt tại Node B gần với giao diện vô tuyến (giống với giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp đường xuống cũng được đặt tại Node B).

Thiết bị sắp xếp đường lên có chức năng điều khiển các tài nguyên đường lên được các thiết bị người dùng UE sử dụng trong cell. Do đó, nó cho phép cấp phát tối đa tỷ lệ công suất nguồn phát tới mỗi UE, thực tế giới hạn kích thước khối vận tải giúp UE có thể lựa chọn tốc độ dữ liệu đường lên.

Cơ chế sắp xếp dựa trên nguyên lý cấp phát tương đối và tuyệt đối (absolute and relative grants). Cấp phát tuyệt đối (absolute grant) được sử dụng để khởi tạo quá trình xử lý sắp xếp và cung cấp các tốc độ truyền dẫn tuyệt đối tới các thiết bị người dùng UE, ngược lại nguyên lý cấp phát tương đối (relative  grant) được sử dụng nhằm tăng / giảm công suất phát cho phép.

     Cần chú ý rằng mỗi UE đều có các lệnh sắp xếp từ các tuyến liên kết vô tuyến khác nhau, là do HSUPA sử dụng một mật độ lớn các đường lên khác nhau.

2.2 SẮP XẾP NHANH TẠI NODE B

Node B có chức năng điều khiển tốc độ truyền dẫn và quá trình chỉ định UE (sắp xếp). Qúa trình sắp xếp được thực hiện tại Node B nhằm giảm nhiễu cho mức được yêu cầu (Tín hiệu gửi tới nguồn gây nhiễu – Signal to Noise Power). Tín hiệu mức L1 của Node B giới hạn tỷ lệ cực đại của nhiễu (Bù công suất kênh DPCCH). Tại thời điểm trễ điều khiển ngắn hơn trễ tại Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC, quá trình điều khiển thích ứng được thực hiện tương đương với quá trình thăng giáng tỷ lệ nhiễu. Khi một quá trình gia tăng tạp âm ở vùng biên (Noise Raise Margin) có giá trị thấp hơn được thiết lập, dung lượng của đường lên Uplink sẽ được gia tăng.

Thiết bị người dùng UE gửi tín hiệu điều khiển yêu cầu tốc độ (Rate Request) cho đường lên Uplink tới Node B. Node B gửi trở lại tín hiệu cấp phát tốc độ  Rate Grant) L1 cho UE. Tín hiệu mức 1 (L1) được gửi đi từ UE chính là yêu cầu tăng tốc độ dựa trên kích thước của bộ đệm. UE gửi tín hiệu yêu cầu tốc độ (Rate Request) mức 2 (L2) chứa thông tin về kích thước bộ đệm của luồng dữ liệu ưu tiên cao nhất. Tín hiệu điều khiển gửi xuống từ Node B chính là tín hiệu cấp phát tuyệt đối (absolute grant – AG) và cấp phát tương đối (Relative Grant – RG). AG là giá trị tuyệt đối của công suất bù cho phép được sử dụng. Lúc này Node B điều khiển một cell phục vụ có thể gửi tín hiệu AG. Không có bất kỳ tín hiệu AG nào được truyền đi từ Node B đang điều khiển các cell ở trạng thái không phục vụ (Non-serving cells). Tín hiệu RG được sử dụng nhằm điều khiển quá trình thăng giáng công suất bù và tín hiệu này được gửi đi từ tất cả các cell trong nhóm cell lân cận HSUPA.


Hình 1. Quá trình sắp xếp tại Node B

2.3 HARQ

Giao thức yêu cầu lặp tự động hỗn hợp HARQ là dạng giao thức tái truyền dẫn, được ứng dụng để cải thiện tính chất chống chịu các lỗi tương thích liên kết. Node B có thể yêu cầu tái truyền dẫn các gói dữ liệu đã nhận bị lỗi, đồng thời gửi cho mỗi gói một báo nhận (ACK) hoặc hồi âm báo nhận các gói dữ liệu không nguyên vẹn (NACK) tới UE. Hơn nữa, Node B có thể thực hiện phối hợp mềm (soft combine), chẳng hạn phối hợp các quá trình tái truyền dẫn với quá trình truyền dẫn gốc trong bộ thu dữ liệu. Trong đó Node B thực hiện gửi lặp các gói giống nhau, ngoài ra Node B còn thực hiện mã hóa bằng cách gửi đi các bit chẵn lẻ (parity bits).

Giao thức HARQ trong HSUPA thuộc dạng giao thức Dừng lại và đợi (Stop and Wait) giữa Node B và UE. Điều này làm giảm thời gian trễ tái truyền dẫn xuống mức thấp nhất so với RLC tại RNC trong các hệ thống Rel’99. Kết quả của việc khởi tạo tỷ lệ lỗi truyền dẫn trong lớp vật lý có thể thiết lập ở mức tương đối: từ 10 tới 20 %. Giảm trễ truyền dẫn sẽ cải thiện được thông lượng. Tuy nhiên vẫn có một số khác biệt trong giao thức HARQ của HSUPA và HSDPA. HARQ trong HSUPA dựa trên quá trình tái truyền dẫn đồng bộ tại đường lên. Không tồn tại giới hạn mã hóa tài nguyên đường lên giống như ở đường xuống. Biểu đồ sau đây cho chúng ta thấy quá trình xử lý HARQ
                   
Hình 2. Quá trình xử lý HARQ

2.4 CHUYỂN GIAO MỀM

Bộ điều khiển mạng vô tuyến phục vụ SRNC thực hiện chuyển giao mềm giữa hai Node B. Thiết bị người dùng UE nhận tín hiệu ACK/NACK từ cả hai Node B. Khi UE thu được bất kỳ một tín hiệu báo nhận ACK nào từ Node B, UE sẽ nhận biết được ý nghĩa của tín hiệu đó và lập tức dừng quá trình xử lý tái truyền dẫn. Trong trường hợp truyền dẫn dữ liệu mới, UE sẽ đăng ký một chuỗi số tuần tự tái truyền dẫn RSN và gửi đi thông báo về việc đã nhận được dữ liệu mới này. Sau khi nhận được dữ liệu mới, Node B sẽ xóa hết dữ liệu cũ lưu trong bộ đệm. Bộ điều khiển mạng vô tuyến phục vụ SRNC quyết định cell nào sẽ phục vụ giữa một loạt các cell đang ở trạng thái tích cực và chỉ định cell này cho Node B và UE. Node B cùng với cell phục vụ đã được xác định thực hiện gửi tín hiệu AG hoặc RG tới UE, trong khi đó Node B khác sẽ gửi tín hiệu RG tới UE như là một chỉ thị báo quá tải nhằm tránh gây nhiễu cho UE.

     
     Hình 3. Quá trình xử lý chuyển giao mềm giữa hai Node B

2.5 THỜI GIAN TRUYỀN DẪN TTI

Nhằm gia tăng quá trình sắp xếp gói và giảm trễ, HSUPA cho phép chia thời gian truyền dẫn TTI từ 2 ms tương ứng thành 3 khe thời gian. Một khung vô tuyến WCDMA dài 5 ms, do đó sẽ chứa 5 khung con.

Tuy nhiên khác với HSDPA, hỗ trợ thời gian truyền dẫn TTI 2 ms tại UE không có tính bắt buộc, nhằm thay thế cho khả năng của UE. Điều này được cấu hình tại thời điểm thiết lập cuộc gọi nhằm lựa chọn thời gian truyền dẫn TTI 2 ms hay TTI 10 ms để thực hiện truyền dẫn HSUPA.

2.6 TÁC ĐỘNG CỦA HSDPA LÊN KIẾN TRÚC MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

Như đã phân tích ở trên, quá trình sắp xếp đường lên và giao thức HARQ được đặt tại Node B, nhằm dịch chuyển quá trình xử lý tiến gần hơn tới giao diện vô tuyến và có thể tái phản ứng một cách nhanh nhạy hơn với các tình huống trong truyền dẫn vô tuyến.

Giải pháp HSUPA cung cấp tính đa dạng cho quá trình truyền dẫn dữ liệu, chẳng hạn các gói dữ liệu đường lên có thể được nhận bởi nhiều hơn 1 cell. Luôn luôn tồn tại một cell phục vụ (Serving Cell) điều khiển tuyến liên kết vô tuyến phục vụ dành cho UE. Cell phục vụ điều khiển toàn bộ quá trình xử lý sắp xếp và gửi tín hiệu cấp phát tuyệt đối AG tới UE. Thiết lập tuyến liên kết vô tuyến phục vụ là quá trình hình thành tổ hợp cell trong đó tồn tại ít nhất một cell phục vụ và có thể có thêm các liên kết vô tuyến thêm vào trong cùng một Node B. Thiết bị người dùng UE có thể thu và kết hợp tín hiệu cấp phát tương đối RG từ quá trình thiết lập tuyến liên kết vô tuyến phục vụ này.

Ngoài ra còn có thể thêm vào các tuyến liên kết vô tuyến phi phục vụ (non-serving radio links) tại Node B còn lại. UE có thể không sở hữu, hoặc sở hữu một hay nhiều tuyến liên kết vô tuyến phi phục vụ và nhận một tín hiệu cấp phát tương đối RG từ mỗi tuyến liên kết ấy.

Các Node B khác nhau sẽ phân phát chính xác các gói dữ liệu nhận được tới bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC. Do đó sẽ cần thêm một số chức năng kết hợp tùy chọn được trang bị trong RNC.

Các chức năng liên quan đến HSUPA trong Node B và RNC được phản ánh trong kiến trúc giao thức (Hình 4) (Đi cùng với RNC điều khiển và phục vụ).


Hình 4. Cấu trúc giao thức HSUPA

Node B bao gồm thực thể điều khiển truy nhập trung bình MAC mới có tên là MAC-e, và khối điều khiển mạng vô tuyến RNC chứa thực thể điều khiển truy nhập trung bình MAC-es. Cả MAC-E và MAC-es đều kết cuối tại lớp điều khiển truy nhập trung bình của UE.

Như vậy, có thể nhận thấy có sự thay đổi trong kiến trúc giao thức để hỗ trợ HSUPA như sau:

Tại UE:
- MAC-es / MAC-e nên được thêm vào dưới MAC-d. Các chức năng như tái truyền dẫn HARQ, sắp xếp và ghép kênh MAC-d PDU… được nhận biết trong MAC-es / MAC-e

Tại Node B:
- Thêm vào MAC-e. Tái truyền dẫn HARQ, sắp xếp và ghép kênh MAC-e PDU được thực hiện tại đây.
    
Tại RNC:
- Thêm vào MAC-e. Thực hiện chức năng tái yêu cầu (Re-Ordering) và kết hợp dữ liệu từ một Node B khác.

3. CÁC KÊNH CHUYỂN TẢI VÀ VẬT LÝ MỚI TRONG HSUPA

Trong HSUPA, kênh dành riêng tăng cường E-DCH được giới thiệu như một kênh vận tải mới có chức năng truyền tải dữ liệu người dùng trên đường lên. Tại lớp vật lý, nó được biên dịch thành hai kênh đường lên mới sau đây:

- Kênh dữ liệu vật lý dành riêng E-DCH (E-DPDCH), và
- Kênh điều khiển vật lý dành riêng E-DCH (E-DPCCH).

Kênh E-DPCCH mang thông tin điều khiển liên kết với E-DPDCH. Trên đường xuống, 3 kênh mới giới thiệu sau đây có chức năng điều khiển:

- E-AGCH : Kênh cấp phát tuyệt đối E-DCH mang các tín hiệu cấp phát tuyệt đối.
- E-RGCH :  Kênh cấp phát tương đối E-DCH mang các tín hiệu cấp phát tương đối.
- E-HICH: Kênh chỉ thị HARQ mang các tín hiệu ACK/NACK.

Kênh E-AGCH chỉ được truyền đi từ cell phục vụ. E-RGCH và E-HICH được truyền đi từ các tuyến liên kết vô tuyến chính là một phần của quá trình thiết lập tuyến liên kết vô tuyến phục vụ và từ các tuyến liên kết vô tuyến phi phục vụ.

Hình 5 cho thấy tổng quan  các kênh HSUPA.

Hình 5- Tổng quan các kênh HSUPA

Cần ghi nhớ rằng các kênh HSUPA được sắp xếp tại trên cùng của các kênh dành riêng đường lên/đường xuống, do đó mỗi UE có thêm một kênh vật lý dành riêng đường lên và đường xuống (DPCH). Tại đường lên, một phân kênh dành riêng (Factional Dedicated Channel F-DPCH) có thể tùy chọn sử dụng. Kênh F-DPCH được giới thiệu trong ấn bản R.6 của 3GPP nhằm tối ưu quá trình ứng dụng mã hóa kênh đường xuống. Theo đó, một số UE có thể chia sẻ cùng một mã kênh đường xuồng với thông số dãn SF 256. Để đạt được điều này, kênh F-DPCH sử dụng một cấu trúc khe mới chỉ chứa các bit điều khiển công suất truyền dẫn TPC mà không chứa các trường tiêu đề hay trường dữ liệu như cấu trúc khe DPCH đường xuống thông thường. Bằng cách gán cho mỗi UE một khoảng bù thời gian (Timing offset), có thể cho phép ghép tối đa 10 UE trên một mã kênh dành cho F-DPCH.

5. PHÂN LOẠI UE HSUPA

Cũng giống như HSDPA, có nhiều loại UE được thiết kế dành cho HSUPA. Phân loại các UE dựa trên số lượng cực đại mã E-DCH được sử dụng, thông số dãn cực tiểu, TTI, và kích thước block vận tải cực đại. Dưới đây là bảng phân loại các UE được thiết kế cho HSUPA:

Phân loại HSUPA
Số lượng cực đại mã HSUPA truyền đi
Thông số dãn cực tiểu
Hỗ trợ HSUPA TTI 10 ms và 2 ms
Số lượng bit cực đại được truyền đi cùng với HSUPA TTI 10 ms
Số lượng bit cực đại được truyền đi cùng với HSUPA TTI 2 ms
Tố độ bit
cực đại
Loại 1
1
SF4
TTI 10 ms
7296
-
0.73 Mbit/s
Loại 2
2
SF4
TTI 10 ms và TTI 2 ms
14592
2919
1.46 Mbit/s
Loại 3
2
SF4
TTI 10 ms
14592
-
1.46 Mbit/s
Loại 5
2
SF2
TTI 10 ms
20000
-
2.00 Mbit/s
Loại 6
4
SF2
TTI 10 ms và TTI 2 ms
20000
11520
5.76 Mbit/s
   
     Chú ý: Khi truyền đồng thời 4 mã song song, hai mã sẽ được truyền với SF 2, hai mã truyền với SF 4

Như vậy, sau khi được đề xuất, giải pháp HSUPA được chọn là giải pháp tối ưu không những cho hệ thống UMTS/WCDMA mà có thể cả mạng truyền thông di động thế hệ 3,75G hoặc xa hơn, là 4G. Kế hoạch phát triển ứng dụng HSUPA cho mạng thế hệ 3,75G và 4G sẽ được công ty T-Mobile của Áo giới thiệu vào khoảng cuối 2007 hoặc đầu 2008. Ngoài ra, UbiNetics, một công ty của Mỹ chuyên sản xuất đầu cuối WCDMA và HSDPA cũng đã ứng dụng HSUPA vào thế hệ sản phẩm TM500 Mobile của mình. 

0 nhận xét:

:) , :D , :)) , =)) , :( , :(( , x-( , :-/ , :|

Đăng nhận xét

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites More

 
Design by NewWpThemes | Blogger Theme by Lasantha - Premium Blogger Themes | New Blogger Themes