Nguyễn Phạm Anh Dũng Chương 8 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG 4G LTE 8. GIỚI THIỆU CHUNG 8. 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. 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.
Mục đích chương Hiểu được các vấn đề cơ bản về quản lý tài nguyên vô tuyến 8. TÓM TẮT QOS VÀ CÁC KÊNH TRONG LTE 8. Tóm tắt QoS và các thông số liên quan Kênh mang EPS (Evlolved Packet System: hệ thống gói phát triển) là kết hợp nhiều kênh mang để điều khiển QoS mức kênh mang trong EPC (Evolved Packet Core: mạng lõi gói phát triển) và E-UTRAN (Elvolved Universal 324 TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng 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. E-UTRAN EPC Internet UE eNodeB S-GW P-GW Thực thể đồng cấp Dịch vụ đầu cuối đầu cuối Kênh mang EPS Kênh mang ngoài Kênh mang vô tuyến Kênh mang S1 Kênh mang S5/S8 Vô tuyến S1 S5/S8 Gi 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. 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 325 TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng 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. Tóm tắt tương tác giữa các giao thức của eNodeB, UE và các kênh truyền tải và các kênh vật lý 8. 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 Ước tính CSI (Channel State Infornation: thông tin trạng thái kênh) hay CQI (Channel Quality Information: thông tin chất lượng kênh) cho các các lớp cao hơn. Lớp con RLC (Radio Link Control: điều khiển liên kết vô tuyến) trong L2 thực hiện phân đoạn và tái hợp các PDU (Packet Data Unit: đơn vị số liệu gói) cho lớp cao hơn cũng như phát lại để cải thiện độ tin cậy liên kết vô tuyến (trong chế độ có 326 TS.
Nguyễn Phạm Anh Dũng 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). UE eNodeB RLC RLC MAC MAC PHY PHY Hình 8. Tương tác giữa các lớp giao thức của eNodeB và UE (tập trung lên các lớp PHY và MAC).
Cấu trúc khung bình thường cho chế độ E-UTRA FDD được cho trên hình 8. Mỗi khung vô tuyến 10 được chia thành 10 khe 1ms trong đó mỗi khe gồm hai khung con 0,5ms. Mỗi khung con chữa 14 ký hiệu OFDM, tương ứng mỗi khe chứa 7 ký hiệu OFDM. Thời gian truyền dẫn một khe 1ms được gọi là TTI (Time Transmission Interval: khỏng thời gian truyền dẫn).
Thời gian một ký hiệu OFDM: T=1/14ms. Lập biểu và thích ứng miền tần số nhanh phải được thực hiện trong một TTI. Nguyễn Phạm Anh Dũng Khung 10 ms (10 khe 1ms, 10 khung con 1ms, 20 khe 0,5ms) Khung con (TTI= 1ms) Khe 0,5ms 2x7=14 ký hiệu OFDM Ký hiệu OFDM (T=1/14ms) Hình 8. 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 lý), PMCH (Physical Multicast Channel: kênh đa phương vật lý), PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel: kênh chỉ thị khuôn dạng điều khiển vật lý), PDCCH (Physical Downlink Control Channel: kênh đều khiển đường xuống vật lý, PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ vât lý).
Sắp xếp các kênh truyền tải đường xuống lên các kênh vật lý đường xuống đựơc cho trên hình 8. Nguyễn Phạm Anh Dũng BCH MCH PCH DL-SCH Các kênh truyền tải đường xuống Các kênh vật lý đường xuống PBCH PMCH PDSCH PDCCH PCFICH PHICH Hình 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.
UL-SCH RACH Các kênh truyền tải đường lên Các kênh vật lý PUSCH PRACH PUCCH đường lên Hình 8. Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải đường lên và các kênh vật lý đường lên. 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.