Chương 8

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN

Các giải thuật quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio
Resource Management) chịu trách nhiệm chuyển đổi các tăng cường
lớp vật lý của HSDPA và HSUPA thành độ lợi dung lượng trong khi
vẫn đảm bảo hiệu năng người sử dụng đầu cuối và tính ổn định của hệ
thống.
Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm:
Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến của HSDPA
Các giải thuật RNC cho HSDPA
Các giải thuật nút B cho HSDPA
Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến HSUPA
Các giải thuật RNC cho HSUPA
Các giải thuật nút B cho HSUPA
Mục đích chương nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức về
các giải thuật quản lý tài nguyên cho HSDPA và HSUPA bao gồm các
giải thuật dựa trên RNC (Radio Network Controller) và dựa trên nút B.
Để hiểu được chương này sinh viên cần đọc kỹ tư liệu được trình
bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [1], [9], [10], [11], [14],
[15] và trả lời các câu hỏi cuối chương.


236

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

8.1. TỔNG QUAN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN CỦA
HSDPA

Hình 8.1. Tổng quan các giải thuật HSDPA RRM
Hình 8.1 trình bày tổng quan các giải thuật HSDPA RRM quan
trọng nhất tại RNC và nút B. Tại RNC, các giải thuật HSDPA mới bao
gồm ấn định tài nguyên, điều khiển cho phép và quản lý di động.
Trong ngữ cảnh này, ấn định tài nguyên là chức năng ấn định công
suất và các mã định kênh cho nút B để truyền dẫn HSDPA trong từng
ô. Điều khiển cho phép của HSDPA khác với điều khiển cho phép của
R3 DCH vì HSDPA dựa trên khái niệm kênh chia sẻ. Quản lý di động
cho HSDPA cũng là một chức năng mới, vì số liệu chỉ được phát
trong một ô đến UE tại một thời điểm và cần có quản lý bộ đệm hiệu
dụng của nút B trong các chuyển giao do kiến trúc phân bố. Các giải
thuật HSDPA RRM sẽ được trình bày kỹ hơn trong phần 8.1.1. Tại
nút B, cần có một chức năng thích ứng đường truyền HS-DSCH mới
để điều chỉnh tốc độ bit của HS-DSCH trong từng TTI phụ thuộc vào
chất lượng thu của người sử dụng. Điều khiển công suất kênh HSSCCH cần thiết để giảm thiểu chi phí cơng suất trong khi vẫn đảm bảo
thu tin cậy. Cuối cùng, bộ lập biểu gói của MAC-hs trong nút B điều
khiển tần suất phục vụ các người sử dụng dược phép trên kênh HSDSCH. Một bộ lập biểu gói MAC-hs được thiết kế tốt có khả năng


Chương 8: Quản lý tài ngun vơ tuyến

237

cực đại hóa dung lượng hệ thống trong khi vẫn đảm bảo trải nghiệm
thú vị của người sử dụng đầu cuối. Các giải thuật HSDPA RRM mới
tại nút B được trình bày trong phần 8.1.2. Lưu ý rằng 3GPP chỉ định
nghĩa các giao diện và các yêu cầu hiệu năng tối thiểu của UE. Vì thế
các nhà sản suất thiết bị mạng có thể tự mình thiết kế các nút B và các
giải thuật RRM dựa trên nút B và dựa trên RRC theo yêu cầu
thị trường.

8.2. CÁC GIẢI THUẬT RNC CHO HSDPA

8.2.1. Ấn định tài nguyên
Trước khi nút B có thể truyền dẫn số liệu trên HS-DSCH, RNC
điều khiển cần ấn định các mã điều khiển và công suất cho truyền dẫn
HSDPA. Ít nhất, một mã HS-SCCH với hệ số trải phổ SF=128 và một
mã HS-DPSCH với hệ số trải phổ SF=16 phải được ấn định cho nút B.
Sử dụng giao thức NBAP (Node B Application Part) được định nghĩa
trong 3GPP, RNC và nút B thông báo cho nhau. Các tài nguyên được
ấn định bằng các gửi đi một bản tin ‘NBAP: yêu cầu lập lại cấu hình
kênh chia sẻ vật lý’ từ RNC điều khiển đến nút B (hình 8.2). Vì thế
việc ấn định các mã định kênh cho truyền dẫn HSDPA chỉ yêu cầu
báo hiệu giữa RNC và nút B. Nói chung nên ấn định càng nhiều mã
HS-DSCH cho nút B càng tốt vì điều này cho phép cải thiện hiệu suất
sử dụng phổ tần của HS-DSCH. Tuy nhiên việc ấn định quá nhiều mã
HS-DSCH có thể dẫn đến chặn các người sử dụng R3 DCH vì khơng
cịn mã để truyền đồng thời các kênh R3 DCH. Rất may là nếu nghẽn
mã định kênh bị phát hiện, RNC điều khiển có thể nhanh chóng giải
phóng một số mã đã ấn định cho HS-DSCH để ngăn chặn nghẽn các
kết nối thoại hay video R3.

Hình 8.2. Báo hiệu để ấn định tài nguyên HSDPA


238

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

Truyền dẫn HS-DSCH đến nhiều người sử dụng đồng thời trong
một TTI đòi hỏi nhiều mã HS-SCCH và nhiều mã HS-PDSCH. Thông

thường ghép kênh mã là giải pháp hữu ích đối với các kịch bản trong
đó một nút B ấn định nhiều mã HS-PDSCH hơn so với số mã được hỗ
trợ bởi các đầu cuối HSDPA. Nút B có thể hỗ trợ 10-15 mã HSPDSCH trong khi đầu cuối HSDPA thường chỉ có thể hỗ trợ 5 mã HSPDSCH. Giải thuật để ấn định các mã HS-SCCH cho nút B vì thế có
thể được rút ra như là một hàm phụ thuộc vào các mã HS-PDSCH
được ấn dịnh và các loại HSDPA UE trong ô.
Trong hầu hết các trường hợp, tài nguyên đường xuống khan
hiếm nhất là công suất. Hình 8.3 cho thấy quỹ cơng suất đường xuống
cho một ơ có cả truyền dẫn HSDPA lẫn các kênh R3. Quỹ công suất
bao gồm công suất cần cho các kênh chung như P-CPICH, công suất
cho các truyền dẫn R3 DCH và công suất cho truyền dẫn HSDPA.
Công suất cho các DCH thời gian thực được quản lý bởi điều khiển
cho phép của RNC cịn cơng suất DCH phi thời gian thực được điều
khiển bởi bộ lâp biểu gói của RNC. Công suất cho DCH phi thời gian
thực được đặc trưng như là công suất khả điều khiển, nghĩa là có thể
được điều chỉnh thơng qua thay đổi tốc độ bit, trong khi công suất cho
các kênh chung và cho DCH thời gian thực được coi là không thể điều
khiển. Thí dụ về trường hợp ấn định cơng suất được minh họa trên
hình 8.3.
Giả thiết là mơ hình RRM theo cơng suất, giải thuật RNC RRM
có nhiệm vụ duy trì tổng công suất cho tất cả các kênh R3 thấp hơn
PtxTarget (đích cơng suất phát). Để có thể thực hiện các sơ đồ này với
cả HSDPA, nút B có thể được lập cấu hình để báo cáo các kết quả đo
cơng suất trung bình trên một sóng mang khơng dùng cho HSDPA
(như minh họa trên hình 8.3). Dựa trên các kết quả đo này, RNC có
thể tiến hành điều khiển cho phép và lập biểu cho các kênh R3 với
truyền dẫn HSDPA đồng thời.


Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến


239

Công suất phát sóng mang
Cơng suất cực đại

Tổng cơng
suất

HSDPA
PtxTarget

Cơng suất
khơng do
HSDPA phát

R3 phi thời gian
thực
R3 thời gian thực
Các kênh chung

Hình 8.3. Minh họa quỹ cơng suất đường xuống
Có hai tùy chọn chính để ấn định công suất cho từng nút B:
Tùy chọn 1. RNC điều khiển ấn định một khối lượng cố định
công suất truyền dẫn HSDPA cho từng ơ. Sau đó nút B có thể sử dụng
cơng suất này để truyền dẫn HS-SCCH và HS-PDSCH. Sau này RNC
có thể cập nhật ấn định công suất truyền dẫn HSDPA tại mọi
thời điểm.
Tùy chọn 2. Nếu RNC không ấn định tường minh công suất
truyền dẫn HSDPA cho nút B, nút B được phép sử dụng tồn bộ cơng
suất thừa trong ơ cho truyền dẫn HSDPA. Nghĩa là nút B có thể điều

chỉnh cơng suất truyền dẫn HSDPA sao cho nó bằng cơng suất phát
cực đại trừ đi công suất được sử dụng cho các kênh không phải
HSDPA.
Hành vi của tùy chọn 1 và tùy chọn 2 được minh họa trên hình
8.4. Lưu ý rằng công suất không phải HSDPA thay đổi theo thời gian
do (1) điều khiển công suất nhanh của các DCH, (2) xẩy ra các cuộc


240

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

gọi thời gian thực mới, (3) kết thúc các cuộc gọi DCH và (4) thay đổi
tốc độ bit của các cuộc gọi gói trên DCH.

Hình 8.4. Các ngun lý ấn định công suất
Tùy chọn 1 ấn định công suất HSDPA tường minh từ RNC, Tùy
chọn 2 ấn định công suất nhanh dựa trên nút B. * Điều chỉnh công
suất bởi RNC.
Với sử dụng tùy chọn 2, tổng công suất khả dụng có thể được sử
dụng tốt hơn, vì nút B có thể nhanh chóng điều chỉnh cơng suất truyền
dẫn HSDPA dựa trên các kết quả đo ngắn hạn công suất hiện đang
được sử dụng cho các kênh không phải HSDPA. Vì thế tùy chọn 2
được coi là hấp dẫn hơn tùy chọn 1. Đặc biệt là trong các kịch bản khi
tăng tổng cơng suất sóng mang dẫn đến tăng trực tiếp dung lượng ô.
Tuy nhiên trong các kịch bản hạn chế dung lượng, sẽ không nhận
được độ lợi dung lượng khi tăng công suất phát nút B cho tất cả các ô
trong mạng.
Không phục thuộc vào tùy chọn 1 hoặc tuy chọn 2 được chọn cho
ấn định công suất HSDPA, RNC luôn luôn điều khiển chia sẻ tổng

công suất giữa các kênh HSDPA và các kênh khác. Nếu RNC cho
phép tăng công suất trong các kênh không phải HSDPA, chẳng hạn
tăng PtxTarget, thì cơng suất khả dụng cho truyền dẫn HSDPA sẽ thấp


Chương 8: Quản lý tài ngun vơ tuyến

241

hơn. Vì thế giải pháp tiên tiến là sử dụng giải thuật động tại RNC, giải
thuật này có thể điều chỉnh chia sẻ công suất giữa các kênh HSDPA
và các kênh không phải HSDPA dựa trên các thông số chất lượng dịch
vụ (QoS) đối với các cuộc gọi đang diễn ra trên hai kiểu kênh này.
8.2.2. Thông số QoS
QoS cho các kênh R3 DCH là một hàm phụ thuộc vào loại lưu
lượng (TC: Class Traffic) của người sử dụng, ưu tiên sở hữu ấn định
(ALC Allocation Retention Priority) và ngồi ra cịn có các thông số
kênh mang khác của UMTS. Các thông số QoS từ giao diện Iu không
khả dụng cho nút B để lập biểu gói MAC-hs. Các thơng số mới đã
được định nghĩa cho giao diện Iub giữa RNC và nút B. Các thông số
QoS của HSDPA trong Iub là:
Tốc độ bit đảm bảo (GBR: Guaranteed Bit Rate)
Chỉ thị ưu tiên lập biểu (SPI: Scheduling Priority Indicator)
Bộ định thời xóa (DT: Discard Timer)
Hình 8.5 minh họa các thơng số QoS của 3GPP và các giao diện
của chúng. 3GPP không định nghĩa cách chuyển đổi các thông số này
trong RNC cũng như cách sử dụng các thông số QoS này bởi bộ lập
biểu gói MAC-hs.

Hình 8.5. Các thơng số QoS của 3GPP trong các giao diện Iu-ps và

Iub
Chỉ thị ưu tiên lập biểu (SPI) nhận các giá trị trong dải [0,1,…,15],
trong đó số lớn chỉ thị ưu tiên cao hơn còn số nhỏ chỉ thị ưu tiên thấp
hơn. DT đặc tả thời gian cực đại mà gói được phép nhớ đệm trong


242

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

MAC-hs của nút B trước khi bị xóa. Đối với các loại lưu lượng luồng
và hội thoại, thông số HSDPA GBR có thể được thiết lập tùy theo yêu
cầu tốc độ bit được đặc tả trong thuộc ngữ UMTS cho loại lưu lượng
này. Một SPI cao có thể được ấn định cho dịch vụ luồng video hay các
dịch vụ thời gian thực, trong khi các ứng dụng truy nhập internet nói
chung có thể được ấn định giá trị SPI thấp. Các đặc tả 3GPP cũng cho
phép thực hiện các tùy chọn tiên tiến trong đó SPI được điều chỉnh
động trong một phiên gói. Như sẽ xét dưới đây, giá trị của GBR và
SPI cho các người sử dụng HSDPA mới khi họ đang yêu cầu truy
nhập cũng có thể được sử dụng cho quyết định điều khiển cho phép.
8.2.3. Điều khiển cho phép
Điều khiển cho phép là chức năng quyết định có cho phép
các đầu cuối HSDPA truy nhập ô hay không và các đầu cuối này sẽ
được phục vu bởi HSDPA hay DCH. Quyết định cho phép truy nhập
dược thực hiện tại RNC. Trong trường hợp các dịch vụ chuyển mạch
kênh (thoại AMR hoặc video) quyết định liên quan đến DCH. Đối với
các dịch vụ chuyển mạch gói, giải thuật trong RNC cần xem xét các
thơng số được đảm bảo bởi mạng lõi cũng như tình trạng tài nguyên
nói chung trong mạng. Nếu chỉ lưu lượng nỗ lực nhất với các yêu cầu
QoS không chặt chẽ được truyền trên HSDPA, thì giải thuật điều

khiển cơng suất có thể được thực hiện chỉ đơn giản bằng cách kiểm tra
sự khả dụng trong RNC và các tài nguyên phần cứng của nút B để
phục vụ người sử dụng HSDPA mới. Nếu các dịch vụ đòi hỏi cao hơn
với các yêu cầu QoS chặt chẽ hơn thì phải cần đến giải thuật điều
khiển cho phép tiên tiến hơn để đảm bảo các yêu cầu QoS cho các
người sử dụng HSDPA hiện hữu trong ô cũng như các yêu cầu của
người sử dụng mới sau khi cho phép. Hình 8.6 cho thấy thí dụ các các
kết quả đo và các thơng số sử dụng cho điều khiển cho phép HSDPA
trong RNC: nút B báo cáo tổng cơng suất phát sóng mang trung bình
và cơng suất phát khơng phải HSDPA. Với hai kết quả đo này, RNC


Chương 8: Quản lý tài ngun vơ tuyến

243

có thể tính tốn khối lượng cơng suất phát HSDPA khả dụng trong ô.
Nút B báo cáo công suất HSDPA cần thiết để phục vụ các người sử
dụng HSDPA hiện hữu với tốc độ bit đảm bảo của họ. Cuối cùng,
người sử dụng yêu cầu truy nhập HSDPA sẽ gửi báo cáo đo Ec/N0 của
kênh hoa tiêu chung (CPICH) đến RNC. RNC có thể sử dụng kết quả
đo này để đánh giá chất lượng tín hiệu HS-DSCH của người sử dụng
này. Dựa trên các kết quả đo cùng với các thuộc ngữ (các thơng số)
QoS của người sử dụng, RNC có thể ước tính liệu có dung lượng
HSDPA để cho phép người sử dụng mới truy nhập mà không vi phạm
các yêu cầu QoS của các người sử dụng hiện có trong ơ hay không. Các
nghiên cứu cho thấy giải thuật điều khiển cho phép này hỗ trợ hiệu quả
các dịch vụ luồng chất lượng cao và các dịch vụ VoIP trên HSDPA.
Cuối cùng cần lưu ý rằng kết quả đo công suất khơng phải HSDPA từ
nút B cũng có thể được sử dụng cho điều khiển cho phép thông thường

đối với các kênh R3 đồng tồn tại trên cùng một sóng mang.

Hình 8.6. Mô tả các kết quả đo và các thông số áp dụng cho điều
khiển cho phép HSDPA
8.2.4. Quản lý di động
HSDPA khơng sử dụng chuyển mạch mềm, vì truyền dẫn
HS-DSCH và HS-SCCH chỉ xẩy ra trong một ô được gọi là ‘ô phục vụ
HS-DSCH’. RNC quyết định ô phục vụ HS-DSCH cho HSDPA UE.
Ơ phục vụ là một ơ trong tập tích cực của UE. Thay đổi ơ phục vụ một
cách đồng bộ được hỗ trợ giữa UTRAN và UE. Tính năng này cho
phép đảm bảo phủ hồn tồn và di động hồn tồn cho HSDPA. Ơ


244

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

phục vụ có thể thay đổi mà khơng cần cập nhật tập tích cực của người
sử dụng đối với các kênh riêng R3 hoặc kết hợp với thiết lập, giải
phóng hay lập lại cấu hình các kênh DCH. Thông thường việc thay đổi
ô phục vụ HSDPA được thực hiện dựa trên báo cáo kết quả đo từ UE.
3GPP R5 chứa một thủ tục đo mới để thông báo cho RNC về ô phục
vụ HS-DSCH tốt nhất.
Trong mục dưới đây ta sẽ xét ngắn gọn các sự kiện đo mới của
UE để hỗ trợ di động cho các người sử dụng HSDPA cũng như các
thủ tục chuyển giao nội nút B và giữa các nút B đối với HS-DSCH.
Cuối cùng ta sẽ xét chuyển giao từ HS-DSCH đến R3 DCH. Chuyển
giao với chế độ nén cũng được hỗ trợ cho các người sử dụng HSDPA
nhưng không xét trong mục này.
8.2.4.1. Sự kiện đo cho ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất

RNC quyết định các ơ nào sẽ có mặt trong tập tích cực để truyền
dẫn các DCH. RNC phục vụ đưa ra quyết định chuyển giao dựa trên
các báo cáo đo kênh CPCH từ UE. Sự kiện đo ‘1d’ được định nghĩa
cho HSDPA, nghĩa là thay đổi ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất. Báo cáo
kết quả đo về CPICH Ec/N0 của ô tốt nhất được khởi động khi ô tốt
nhất thay đổi (hình 8.7). Có thể lập cấu hình sự kiện đo này sao cho tất
cả các ô trong tập ứng cử của người sử dụng đều được xét hay chỉ giới
hạn sự kiện đo sao cho chỉ có các ô trong tập tích cực đối với các
DCH của người sử dụng là được xét. Cũng có thể sử dụng ngưỡng trễ
để tránh thay đổi nhanh trong ô phục vụ HS-DSCH đối với sự kiện đo
này, cũng như đặc tả dịch ô để ưu tiên cho một số ô chẳng hạn để mở
rộng vùng phủ HSDPA của các ô này.
Mặc dù các thay đổi ô phục vụ HS-DSCH thường được khởi động
bởi các kết quả đo đường xuống của UE, nhưng chúng cũng có thể
được khởi động bởi các kết quả đo đường lên của nút B. Các kết quả
đo đường lên của nút B cũng có thể được sử dụng để đảm bảo rằng số
liệu không bị mất do phủ sóng đường lên cho ơ phục vụ q tồi. Ô


Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến

245

phục vụ phải nhận được kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao vì nó
mang thơng tin chất lượng kênh (CQI) và các bản tin ACK/NAK. HSPDCCH không thể sử dụng phân tập vĩ mơ và vì thế mức cơng suất
cao hơn cũng như lặp được sử dụng trên HS-DPCCH trong chuyển
giao mềm để cải thiện độ tin cậy của báo hiệu. Nếu chất lượng kết nối
đường lên đến ô phục vụ trở nên tồi, thì cần thay đổi ơ phục vụ HSDSCH để duy trì báo hiệu đường lên tin cậy. Kết quả đo SIRerror
được chuẩn hóa của nút B là một thí dụ đo đường lên có thể sử dụng
để khởi động các thay đổi ô phục vụ HS-DSCH. SIRerror là đo hiệu

số giữa tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) trên và SIR đích sử dụng cho
điều khiển cơng suất vịng kín. Vì thế nếu SIRerror q cao, thì có
nghĩa là chất lượng báo hiệu đường lên quá kém trong ơ được xét.

Hình 8.7. Minh họa đo ơ HS-DSCH tốt nhất từ UE
8.2.4.2. Chuyển giao từ HS-DSCH đến HS-DSCH giữa các nút B
HSDPA hỗ trợ di dộng cả giữa các đoạn ô của cùng một nút B và
giữa hai nút B khác nhau. Chuyển giao giữa các nút B được minh họa


246

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

trên hình 8.8, trong đó UE chuẩn bị thay đổi ô phục vụ HS-DSCH từ
một ô nguồn sang một ơ đích.
Thủ tục và trễ chuyển giao đối với trường hợp giữa các nút B
được minh họa trên hình 8.9.
Nút B #2

Nút B #1

RNC phục vụ

Ô nguồn tại
nút B #1

Ơ đích tại
nút B #


UE chuyển từ nút B #1
sang nút B #2

Hình 8.8. Chuyển giao từ HS-DSCH sang HS-DSCH giữa các nút B.
Phân tích trễ giả thiết rằng kênh mang báo hiệu (SRB) được
chuyển đổi vào HS-DSCH và kênh riêng đường lên tăng cường (EDCH) cho đường lên với TTI=10ms. Trước hết, UE gửi báo cáo đo
trên SRB khi khởi động sự kiện đo 1d hoàn thành. Truyền dẫn bắt đầu
tại thời điểm t1 và RNC nhận được bản tin tại t2. Tiếp theo RNC dành
trước các tài nguyên trạm gốc và các tài nguyên Iub cho nút B đích.
Dành trước tài ngun có thể được thực hiện nhanh hơn bằng cách lập
cấu hình trước nếu các tài nguyên này đã được đặt trước. Sau khi các
tài nguyên này đã sẵn sàng tại thời điểm t3, RNC sẽ gửi bản tin lập cấu
hình kênh mang vơ tuyến đến UE. Khi này UE này vẫn thu số liệu từ
nút B nguồn. Khi UE giải mã bản tin lập lại cấu hình và thời gian tích


Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến

247

cực đã hết tại thời điềm t4, UE sẽ chuyển từ ô nguồn sang thu từ ơ đích.
UE bắt đầu nghe HS-SCCH từ ơ đích mới. Nó cũng đo chất lượng
kênh của ơ mới này và giửi các báo cáo CQI đến ô mới. MAC-hs đối
với người sử dụng trong ô mới được khởi tạo lại tại thời điểm thay đổi
ô và các đơn vị số liệu tải tin (PDU) được nhớ đệm sẽ bị xóa. Đồng
thời đơn vị điều khiển luồng trong MAC-hs trong ơ đích bắt đầu u
cầu các PDU từ RNC phục vụ để có thể bắt đầu phát số liệu trên HSDSCH đến người sử dụng. Đối với RNC cũng có thể phát kép gói đến
cả hai nút B trong q trình chuyển ơ. khi RNC nhận được bản tin
‘hồn thành lập lại cấu hình’ từ UE, nó có thể giải phóng các tài
ngun từ ơ nguồn.


Hình 8.9. Thủ tục chuyển giao từ HS-DSCH
sang HS-DSCH giữa các nút B
Khoảng trống truyền dẫn được ký hiệu là thời gian B trên hình
8.9 là rất nhỏ vì UE thực hiện thay đổi ô đồng bộ với việc mạng
chuyển mạch truyền dẫn từ ơ nguồn sang ơ đích. Điều này đảm bảo di
động êm ả cho dịch vụ thời gian thực trễ thấp như VoIP.


248

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

Trễ A của thủ tục được định nghĩa là trễ từ thời điểm t1 (khi UE
gửi báo cáo kết quả đo) đến thời điểm t4 (khi UE nhận số liệu từ ô
mới). Trễ này liên quan đến sự kiện rằng các điều kiện kênh và
phađinh thay đổi rất nhanh. Với giả thiết là xác suất phát lại RLC thấp,
trễ này là 200-250 ms. Trễ t3-t2 đối với dành trước tài nguyên mạng
phụ thuộc vào sự sử dụng cấu hình được lập trước và vào cấu hình
mạng vơ tuyến. Một cách gần đúng quỹ trễ bằng:
t2-t1= 50ms
t3-t2= 50ms
t4-t3= 50ms
tổng cộng: 200-250ms
Trước khi thay đổi ơ phục vụ HS-DSCH, có thể có một số PDU
đối với người sử dụng được nhớ đệm trong MAC-hs nguồn, đây là các
PDU chưa từng được phát đến người sử dụng và các PDU treo trong
bộ quản lý HARQ hoặc đang đợi ACK/NACK trên HS-DPCCH
đường lên hoặc đang đợi phát lại. Các PDU được nhớ đệm trong ơ
nguồn sẽ bị xóa và chúng có thể được phục hồi bởi các phát lại RLC

(điều khiển liên kết vơ tuyến) nếu RLC chế độ có cơng nhận được sử
dụng. Khi giao thức RLC nhận thấy rằng các PDU gốc được gửi đến ô
nguồn nhưng không được công nhận, nó sẽ khởi đầu phát lại và các
phát lại này sẽ chuyển chúng đến ơ đích mới. Để giảm trễ truyền dẫn
PDU trong giai đoạn khôi phục này, giao thức RLC tại UE có thể
được lập cấu hình để gửi trạng thái RLC đến RNC ngay sau khi ô
phục vụ HS-DSCH thay đổi. Điều này có nghĩa là giao thức RLC
trong RNC có thể ngay lập tức bắt đầu chuyển các PDU đã bị xố
trong ơ nguồn trước khi thay đổi ơ phục vụ HA-DSCH.
Có các ứng dụng khơng sử dụng các phát lại lớp cao, chẳng hạn
các ứng dụng sử dụng giao thức bó số liệu (UDP) và sử dụng chế độ
RLC trong suốt hay không công nhận. Các ứng dụng chạy trên chế độ
RLC trong suốt và không công nhận như vậy thường là các ứng dụng


Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến

249

trễ thấp, như VoIP và chúng chỉ sử dụng nhớ đệm rất ngắn trong nút B.
Vì thế, số lượng các PDU bị xóa rất nhỏ hoặc bằng không. Các đặc tả
3GPP cũng cho phép truyền kép các PDU từ RNC đến cả hai nút B
trong thời gian thay đổi ô để đảm bảo khơng bị mất gói.
8.2.4.3. Chuyển giao từ HS-DSCH sang HS-DSCH nội nút B
Chuyển giao từ HS-DSCH sang HS-DSCH nội nút B giữa hai
đoạn ơ cũng được hỗ trợ (hình 6.10). Thủ tục chuyển giao này cũng
giống như chuyển giao giữa các nút B, ngoại trừ việc chuyển các gói
được nhớ đệm và việc thu HS-DPCCH đường lên.

Hình 8.10. Chuyển giao HS-DSCH sang HS-DSCH

giữa các đoạn ô trong nút B.
Giả thiết rằng nút B hỗ trợ duy trì MAC-hs, tất cả các gói PDU
cho người sử dụng được chuyển từ MAC-hs trong ơ nguồn đến MAChs trong ơ đích trong khi chuyển giao HS-DSCH. Điều này có nghĩa là


250

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

trạng thái của bộ quản lý HARQ cũng được giữ nguyên không khởi
động bất kỳ phát lại nào trong khi chuyển giao từ HS-DSCH sang HSDSCH nội nút B.
DPCH đường lên sử dụng chuyển giao mềm khi chuyển giao HSDSCH sang HS-DSCH nội nút B. Trong các điều kiện này, cũng có
thể coi HS-DPCCH đường lên đang ở chuyển giao mềm hơn hai
đường, vì thế các ngón RAKE để giải điều chế HS-DPCCH được đặt
tại cả hai ô trong tập tích cực của người sử dụng. điều này có nghĩa là
phủ sóng đường lên của HS-DPCCH được cải thiện đối với các người
sử dụng trong chuyển giao mềm hơn.
8.2.4.4. Chuyển giao HS-DSCH sang DCH
Chuyển giao từ HS-DSCH sang DCH có thể cần cho các người sử
dụng HSDPA khi họ chuyển dịch từ một ơ có HSDPA sang một ơ
khơng có HSDPA (hình 8.11).

Hình 8.11. Thí dụ về chuyển giao HS-DSCH sang R3 DCH


Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến

251

Sau khi RNC phục vụ quyết định khởi xướng chuyển giao này,

bản tin chuẩn bị lập lại cấu hình đường truyền vơ tuyến được gửi đến
các nút B tham gia, đồng thời bản tin lập lại cấu hình kênh vật lý RRC
được gửi đến người sử dụng. Tương tự như đối với chuyển giao HSDSCH sang HS-DSCH giữa các nút B, chuyển giao HS-DSCH sang
DCH dẫn đến khởi tạo lại các PDU trong MAC-hs trong ơ nguồn, sau
đó các PDU này được khơi phục lại thông qua phát lại của các lớp cao
hơn, chẳng hạn các phát lại RLC.
R5 cũng hỗ trợ thực hiện chuyển giao từ DCH sang HS-DSCH.
Kiểu chuyển giao này cũng có thể được sử dụng trong trường hợp khi
người sử dụng chuyển dịch từ một ơ khơng có khả năng HSDPA sang
một ơ có khả năng HSDPA.
Bảng 8.1 tổng kết các kiểu chuyển giao và các đặc tính của chúng.
Bảng 8.1. Các kiểu chuyển giao HSDPA và các đặc tính của chúng
HS-DSCH sang
HS-DSCH nội nút B

HS-DSCH sang
HS-DSCH giữa các
nút B

HS-DSCH sang
DCH

Đo cho chuyển
giao

Thường là UE nhưng cũng có thể nút B

Quyết định
chuyển giao


Bởi RNC phục vụ

Các phát lại gói

Các gói được chuyển
từ MAC-hs nguồn
sang MAC-hs đích

Các gói khơng được
chuyển. Các phát lại
RLC từ SRNC được
sử dụng

Các phát lại RLC
từ SRNC được
sử dụng

Các mất gói

Khơng

Khơng, khi chế độ
RLC có cơng nhận
được sử dụng hoặc
khi phát kép gói trên
chế độ RLC không
công nhận

Không, khi chế độ
RLC công nhận

được sử dụng

HS-DPCCH
đường lên

HS-DPCCH có thể sử
dụng chuyển giao
mềm hơn

HS-DPCCH chỉ
được thu bởi một ô


252

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

8.3. CÁC GIẢI THUẬT NÚT B CHO HSDPA

8.3.1. Các kỹ thuật thích ứng đường truyền
Giải thuật thích ứng đường truyền tại nút B điều chỉnh tốc độ bit
phát trên HS-DSCH trong từng TTI cho truyền dẫn của người sử dụng
được lập biểu. Trường hợp lý tưởng, tốc độ bit phát của HS-DSCH
phải được điều chỉnh như một hàm phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu trên
nhiễu cộng tạp âm của HS-DSCH trên một TTI mà người sử dụng đầu
cuối trải nghiệm. Nguyên lý thích ứng đường truyền của HS-DSCH
được minh họa trên hình 8.12.

1)UE báo cáo chất lượng kênh thấp và nút B ấn định tốc độ bit thấp.
2) UE báo cáo chất lượng kênh cao và nút B ấn định tốc độ bit cao


Hình 8.12. Nguyên lý thích ứng đường truyền
Các nguồn khác nhau gây ra thay đổi HS-DSCH SINR được minh
họa trên hình 8.13.
Tổng cơng suất từ ô phục vụ HS-DSCH thay đổi theo thời gian do
truyền dẫn của các kênh DCH được điều khiển công suất, kênh vô
tuyền đường xuống phụ thuộc thời gian nếu người sử dụng chuyển


Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến

253

động và nhiễu từ ô khác tại đầu cuối của người sử dụng cũng thay đổi
theo thời gian. Để thích ứng đường truyền HS-DSCH, UE định kỳ
phát CQI đến ô phục vụ HS-DSCH trên HS-DPCCH đường lên (xem
chương 6). CQI chỉ thị kích thước khối truyền tải cực đại mà UE có
thể thu với xác suất tối thiểu 90%. Thông tin này được thông báo qua
chỉ số CQI nằm trong dải từ 0 đến 31, trong đó mỗi bước tương ứng
với một nấc 1dB trong HS-DSCH SINR.

Hình 8.13. Sơ đồ khối cho thấy tín hiệu thu tại đầu cuối HSDPA và
báo cáo CQI cho ơ phục vụ HS-DSCH
Giải thuật thích ứng đường truyền đơn giản sẽ tuân theo các giá
trị CQI được báo cáo bởi UE. Tuy nhiên có thể cần phải điều chỉnh
CQI do UE báo cáo để bổ sung một khoảng dịch vì các lý do sau.
Cơng suất phát HS-DSCH từ nút B cho người sử dụng có thể khác với
cơng suất phát HS-DSCH mà UE thừa nhận tại thời điểm nó rút ra báo
cáo CQI. UE thừa nhận rằng cơng suất phát HS-DSCH bằng công suất
kênh hoa tiêu chung sơ cấp (P-CPICH) cộng Γ, trong đó Γ là thơng số

khoảng dịch công suất được thông báo cho UE thông qua báo hiệu
RRC từ RNC.


254

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

Các nghiên cứu về ảnh hưởng trễ phản hồi lên hiệu năng thích
ứng đường truyền cho thấy cần sử dụng giải thuật thích ứng đường
truyền vịng ngồi để điều chỉnh thêm chỉ số CQI từ người sử dụng
trước khi áp dụng nó để điều chỉnh khn dạng truyền dẫn HS-DSCH.
Giải thuật vịng ngồi có thể dựa trên ACK/NAK từ các lần
truyền quá khứ. Giải thuật này điều chỉnh các giá trị khoảng dịch để
đạt được xác suất phát lại trung bình đích. Q nhiều phát lại sẽ bổ
sung thêm trễ khơng cần thiết trong khi q ít lại biểu thị rằng các
kích thước khối truyền khơng đủ lớn dẫn đến giảm thơng lượng một
cách khơng cần thiết. Thích ứng đường truyền HS-DSCH vịng ngồi
có thể dựa trên cùng một nguyên lý như các giải thuật điều khiển công
suất vịng ngồi của R3. Giải thuật thích HS-DSCH ứng vịng ngồi
được tổng kết trong sơ đồ khối trên hình 8.14.

Hình 8.15. Sơ đồ khối thích ứng đường truyền tại nút B
8.3.2. Điều khiển công suất
Chất lượng thu HS-SCCH tin cậy là quan trọng vì khối truyền tải
trên HS-DSCH chỉ có thể được giải mã nếu trước hết HS-SCCH được
thu đúng. Vì thế cần ấn định cơng suất cho truyền dẫn HS-SCCH để
đảm bảo thu tin cậy. Mặt khác, cũng cần giảm công suất truyền dẫn
HS-SCCH để giảm nhiễu trong mạng. Vì thế cần điều khiển cơng suất
HS-SCCH trong từng TTI, theo đó cơng suất phát HS-SCCH được



Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến

255

điều chỉnh sao cho người sử dụng mong muốn có xác suất giải mã
kênh đúng cao (hình 8.15). Khối lượng cơng suất HS-SCCH lớn được
sử dụng UE1 tại biên ô, trong khi khối lượng nhỏ hơn có thể được sử
dụng cho người sử dụng UE3 gần trạm gốc. Trái lại về phần HSDSCH, nó sử dụng thích ứng đường truyền chứ khơng phải điều khiển
công suất nhanh.
Các đặc tả 3GPP không định nghĩa tường minh cơ chế điều khiển
công suất cho HS-SCCH. Điều khiển cơng suất HS-SCCH có thể dựa
trên các đầu vào sau:
√ Các lệnh điều khiển công suất của kênh DPCCH liên kết.
Công suất phát HS-SCCH được điều chỉnh tương đối với công
suất phát của DPCCH đường xuống liên kết. Điều này có thể
thực hiện vì DPCCH được điều chỉnh cơng suất vịng kín và
khoảng dịch cơng suất giữa HS-SCCH và DPCCH có thể được
thiết lập khi biết trước hiệu năng SINR tương đối giữa hai
kênh
√

Các báo cáo CQI. Công suất phát được điều chỉnh như là một
hàm của báo cáo CQI nhận được từ người sử dụng. Điều này
có thể thực hiện nếu có một bảng tại nút B biểu thị khoảng
dịch công suất giữa chỉ số CQI và công suất HS-SCCH
yêu cầu.

Như vậy trong cả hai trường hợp, đều có thể thực hiện một sơ đồ

điều khiển cơng suất tựa như vịng kín cho HS-SCCH dựa trên thơng
tin phản hồi từ người sử dụng về hoặc chất lượng thu DPCCH liên kết
hoặc HS-DSCH (CQI). Chung cho cả hai cách tiếp cận là Nút B cần
thông số khoảng dịch công suất trước khi nó có thể điều chỉnh cơng
suất phát HS-SCCH như một hàm phụ thuộc hoặc vào công suất
DPCCH hoặc CQI. Độ lớn khoảng dịch công suất quyết định xác suất
lỗi khối dư (BLEP) trên kênh HS-SCCH. Vì thế cũng cần sử dụng giải
thuật điều khiển cơng suất vịng ngoài tại nút B để tinh chỉnh khoảng


256

Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

dịch cơng suất nói trên nhằm đáp ứng BLEP đích trên HS-SCCH. Như
vậy ta có thể áp dụng ở đây giải thuật vịng ngồi tương tự như thích
ứng đường truyền HS-DSCH.

Nút B

UE3
UE2
UE1
HS-SCCH với điều
khiển cơng suất

UE1

UE2


UE3

UE1

UE2

UE3

HS-DSCH với thích ứng đường
truyền và cơng suất cố định

Hình 8.15. Ngun lý điều khiển cơng suất HS-SCCH.
Nút B biết được HS-SCCH có được thu thành cơng hay khơng
nếu nó liên tục nhận được ACK hay NAK. Nếu nút B không thu được
ACK/NAK (UE không phát HS-DPCCH: DTX ), nghĩa là UE không
phát hiện truyền dẫn HS-SCCH. Thơng tin này có thể được sử dụng để
điều khiển công suất HS-SCCH. Báo cáo ACK/NAK được tăng cường
hơn trong 3GPP R6, trong đó UE trước hết phát một bản tin tiền tố
đặc biệt cho ACK/NAK để nút B phân biệt được DTX.

Hình 8.16. Sơ đồ khối giải thuật điều khiển công suất HS-SCCH


Chương 8: Quản lý tài ngun vơ tuyến

257

Hình 8.16 cho thấy sơ đồ khối tổng kết giải thuật điều khiển công
suất HS-SCCH tại nút B. Giải thuật điều khiển công suất HS-SCCH là
giải thuật đặc thù kết nối.

8.3.3. Bộ lập biểu gói
Phần này trình bày chức năng của bộ lập biểu gói và đưa ra các
kiểu giải thuật lập biểu khác nhau cũng như giải thích cách cân đối
giữa tốc độ bit của người sử dụng và dung lượng ô.
8.3.3.1. Lý thuyết cơ sở
Vấn đề cơ sở mà một bộ lập biểu gói phải giải quyết là làm cách
nào để chia sẻ các tài nguyên cho tập hợp các người sử dụng có đủ
điều kiện để nhận số liệu. Kelly đã đề xuất một cách trình bày vấn đề
này. Kelly sử dụng khái niệm hàm tiện ích, Un(rn), trong đó n ký hiệu
cho người sử dụng HSDPA thứ n và rn là thơng lượng trung bình cho
người sử dụng thứ n này. Nếu coi hàm tiện ích là số đo “mức độ thỏa
mãn hay hạnh phúc” nhận được từ việc được lập biểu. Thì giải pháp
lập biểu tốt nhất là giải pháp cực đại hóa tổng các hàm tiện ích cho tất
cả các người sử dụng tại mọi thời điểm cho trước. Tổng các hàm này
được gọi là ‘hàm đối tượng’.
Giả sử một hàm tiện ích Un(rn) hợp lý đã được định nghĩa, khi này
sẽ xuất hiện một vấn đề khác là hành vi phụ thuộc thời gian của hệ
thông tổ ong. Dung lượng kênh của từng người sử dụng cũng như
dung lượng của tồn bộ ơ thay đổi theo thời gian. Nghiên cứu cho thấy
rằng tốt nhất là sử dụng giải thuật tìm kiếm gradient, giải thuật này
cho phép cực đại hóa hơn nữa hàm đối tượng cho từng quyết định lập
biểu. Như vậy, hệ thống cần lập biểu người sử dụng HSDPA trong
TTI tiếp theo để thỏa mãn:
∂U (r )
n* = argmax {M n } , trong đó M n = d n . n n ,
(8.1)
∂rn
n



Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G

258

Trong đó:
- Mn ký hiệu cho số đo lập biểu,
- dn là tốc độ số liệu tức thời mà người sử dụng n có thể hỗ trợ
trong TTI tiếp theo.
Lưu ý dn nhận được bằng cách tham vấn giải thuật thích ứng
đường truyền HSDPA (đã xét trong 8.1.2.1). Thông lượng được
chuyển cho các người sử dụng trong quá khứ có thể được cập nhật
trong từng TTI cho tất cả các người sử dụng bằng biểu thức đệ quy,
nghĩa là :
⎧⎪(1 − a)rn , cò + ad n nÕu ngời sử dụng n đợc phục vụ
(8.2)
rn =
nếu khác
(1 − a)rn , cị
Trong đó:
- rn,cũ là giá trị cũ của rn
- a là hệ số quên (Forgetting Factor).
Vì thế a-1 bằng chu kỳ trung bình tương đương được đo bằng số
lượng các TTI đối với bộ lọc làm nhẵn hàm mũ. Tính tốn thơng
lượng cho một người sử dụng chỉ có thể được thực hiện cho các chu
kỳ thời gian khi người sử dụng có số liệu trong bộ đệm nút B. Điều
này là quan trọng để đảm bảo ổn định các phương pháp lập biểu gói
nhận thức QoS, nếu khơng nó sẽ tìm cách đền bù cho các người sử
dụng khơng tích cực khơng có số liệu để truyền.
8.3.3.2. Các giải thuật lập biểu gói
Các bộ lập biểu gói kinh điển khác nhau được liệt kê trong bảng

8.2 theo tiện ích của chúng và theo chức năng giám sát lập biểu.
Bộ lập biểu quay vòng (RR: Round Robin) là một bộ lập biểu
tham chuẩn phổ biến, trong đó các người sử dụng được lập biểu với
xác suất như nhau không phụ thuộc vào điều kiện kênh.


Chương 8: Quản lý tài nguyên vô tuyến

259

Bảng 8.2. Các ngun lý lập biểu gói
Bộ lập biểu

Hàm tiện ích, Un(rn)

Số đo lập biểu

Quay vịng (RR)

1

0

C/I hay thơng
lượng cực đại
(max-C/I )

rn

dn


Cơng bằng tỷ lệ
(PF)

Log(rn)

Lập biểu tốc độ
bit cực tiểu (minGBR)

rn+[1-exp(-β(rn-rmin))]

dn{1+[1-exp(-β(rn-rmin))}

Lập biểu tốc độ
bit cực tiểu với
công bằng tỷ lệ
(min-GBR+PF)

log(rn)+[1-exp(-β(rn-rmin))]

⎡1
⎤
d n ⎢ + β exp ( -β (rn − rmin ) ) ⎥
⎣ rn
⎦

Lập biểu trễ cực
đại (max-Del)

− log(δ n ) log(rn )


dn
rn

d HOL ,n
d req , n

⎡ − log(δ n ).d HOL ,n ⎤
dn ⎢
⎥
rn .d req , n
⎣⎢
⎦⎥

rmin là đích tốc độ bit cực tiểu chẳng hạn tốc độ bit đảm bảo (GBR: Guaranteed
Bit Rate)
β là hằng số điều khiển tính năng nổ của bộ lập biểu (giá trị khuyến nghị β=0,5)
dHOL,n là trễ gói đầu hàng
dreq,n là yêu cầu trễ gói cực đại

δn là xác suất vi phạm (hay hệ số năng nổ) đối với giải thuật.
Bộ lập biểu tỷ số sóng mang trên nhiễu cực đại (max C/I) hay nói
chính xác hơn bộ lập biểu thơng lượng cực đại được thiết kế để cực
đại hóa thơng lượng ơ HSDPA. Bộ lập biểu max-C/I tập trung các tài
nguyên ô cho một tập con nhỏ các người sử dụng và có thể có một số
người sử dụng tại biên ơ sẽ chẳng bao giờ được lập biểu. Để đảm bảo
phân chia công bằng tài nguyên giữa các người sử dụng, bộ lập biểu
‘công bằng tỷ lệ’ (PF: Propotional Fair) thường được xem xét. Bộ lập
biểu PF đảm bảo cân đối giữa tính cơng bằng và thơng lượng ơ
HSDPA có thể đạt được và đảm bảo mở rộng vùng phủ đáng kể. Cách