Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS

1.4.4 Mạng li CN Core Network Những chức năng chính của việc nghin cứu mạng li UMTS l:  Quản lí di động, điều khiển bo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE v mạng li  Bo hiệu giữa cc nt tr

3

Luận văn

Hệ thống thơng tin di động thế hệ ba UMTS

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3

UMTS

Cng với sự pht triển mạnh mẽ của cơng nghệ thơng tin, để đáp ứng nhu cầu ngy cng cao về cc dịch vụ của hệ thống thơng tin di động, nhất l cc dịch vụ truyền

số liệu địi hỏi cc nh khai thc phải đưa ra hệ thống thơng tin di động mới Trước bối cảnh đó hiệp hội viễn thơng quốc tế ITU đ đưa ra đề n tiu chuẩn hố để xy dựng hệ thống thơng tin di động thế hệ ba với với tn gọi l IMT- 2000 Đồng thời cc cơ quan

về tiu chuẩn hố xc tiến việc xy dựng một tiu chuẩn hố p dụng cho IMT- 2000 thơng

qua dự n 3GPP (Third Generation Partnership Project) Hệ thống thơng tin di động

thế hệ ba được ra đời từ dự n 3GPP được gọi l hệ thống thơng tin di động UMTS/WCDMA

Trong chương ny sẽ trình by tổng quan về hệ thống thơng tin di động thế hệ

ba v một bộ phận quan trọng của nĩ l hệ thống UMTS thơng qua tìm hiểu cấu trc mạng

Hệ thống thơng tin di động thế hệ ba xy dựng trn cơ sở tiu chuẩn chung IMT- 2000 (Internaltional Mobile Telecommunications 2000–Viễn thơng di động quốc tế 2000) Cc tiu chí chung để xy dựng IMT- 2000 như sau :

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau : + Đường ln : 1885 – 2025 MHz

+ Đường xuống : 2110 – 2200 MHz

- L hệ thống thơng tin di động tồn cầu cho cc hình loại thơng tin vơ tuyến:

+ Tích hợp cc mạng thơng tin hữu tuyến v vơ tuyến + Tương tc cho mọi loại dịch vụ viễn thơng

5

- Sử dụng cc mơi trường khai thc khc nhau như :

+ Trong cơng sở + Ngồi đường + Trn xe + Vệ tinh

- Đảm bảo cc dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch knh v số liệu chuyển mạch gĩi

- Dễ dng hỗ trợ cc dịch vụ mới xuất hiện

- Cung cấp hai mơ hình truyền dữ liệu đồng bộ v khơng đồng bộ

- Cĩ khả năng chuyển vng tồn cầu

- Cĩ khả năng sử dụng giao thức Internet

- Hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn cc hệ thống đ cĩ

Mơi trường hoạt động của IMT- 2000 được chia thnh bốn vng với tốc độ bit

- WCDMA được xy dựng trn cơ sở cộng tc của Chu u v Nhật Bản

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

WCDMA cĩ cc đặc điểm cơ bản sau :

- L hệ thống đa truy cập phn chia theo m trải phổ trực tiếp, cĩ tốc độ bit ln cao (ln đến 2 Mbps)

- Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sĩng mang 5 MHz, do đó hỗ trợ tốc

độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phn tập

- Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi lin tục Mỗi người sử dụng cung cấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng tốc độ cĩ thể thay đổi từ khung ny đến khung khc

- Hỗ trợ hai mơ hình vơ tuyến FDD v TDD Trong mơ hình FDD sĩng mang 5 MHz sử dụng cho đường ln v đường xuống, cịn trong mơ hình TDD sĩng mang 5 MHz chia xẻ theo thời gian giữa đường ln v đường xuống

- WCDMA hỗ trợ hoạt động khơng đồng bộ của cc trạm gốc, do đó dễ dng pht triển cc trạm gốc vừa v nhỏ

- WCDMA sử dụng tch sĩng cĩ tham chiếu đến sĩng mang dựa trn knh hoa tiu, do đó cĩ thể nng cao dung lượng v vng phủ

- WCDMA được thiết kế dễ dng nng cấp hơn cc hệ thống CDMA như tch sĩng đa người sử dụng, sử dụng anten thơng minh để nng cao dung lượng v vng phủ

- WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vng phủ sĩng v dung lượng của mạng

- Lớp vật lý mềm dẻo dễ thích hợp được tất cả thơng tin trn một sĩng mang

- Hệ số ti sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phn tập pht v cc cấu trc thu tin tiến

Nhược điểm chính của W_CDMA l hệ thống khơng cho php trong băng TDD pht lin tục cũng như khơng tạo điều kiện cho cc kỹ thuật chống nhiễu cc mơi trường lm việc khc nhau

7

Hệ thống thơng tin di động thế hệ ba WCDMA cĩ thể cung cấp cc dịch vụ với tốc độ bit ln đến 2 Mbps Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng v khơng đối xứng, thơng tin điểm đến điểm v thơng tin đa điểm Với khả năng

đó, cc hệ thống thơng tin di động thế hệ ba cĩ thể cung cấp dễ dng cc dịch vụ mới như: điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngồi ra nĩ cịn cung cấp cc dịch vụ đa phương tiện khc

1.4.1 Tổng quan

Hệ thống thơng tin di động thế hệ thứ 3 được xy dựng với mục đích cung cấp cho một mạng di động tồn cầu với cc dịch vụ phong ph bao gồm thoại, nhắn tin, Internet v dữ liệu băng rộng Tại Chu u hệ thống thơng tin di động thế hệ thứ 3 đ được tiu chuẩn hố bởi học viện tiu chuẩn viễn thơng Chu u (ETSI: European

Telecommunications Standard Institute) ph hợp với tiu chuẩn IMT- 2000 của ITU

(International Telecommunication Union) Hệ thống cĩ tn l UMTS (hệ thống di động viễn thơng tồn cầu) UMTS được xem l hệ thống kế thừa của hệ thống 2G GSM

(Global System for Mobile Communication), nhằm đáp ứng cc yu cầu pht triển của

cc dịch vụ di động v ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn ln tới 2 Mbps v cung cấp một tiu chuẩn chuyển vng tồn cầu

UMTS được pht triển bởi Third Generation Partnership Project (3GPP) l dự

n pht triển chung của nhiều cơ quan tiu chuẩn hố (SDO) như : ETSI (Chu u), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hn Quốc) v CWTS (Trung Quốc)

Hội nghị vơ tuyến thế giới năm 1992 đ đưa ra cc phổ tần số dng cho hệ thống UMTS:

 1920 ÷ 1980 MHz v 2110 ÷ 2170 MHz dnh cho cc ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: ghp knh theo tần số) đường ln v đường xuống, khoảng cch knh l 5 MHz

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

Hình 1.1: Cc phổ tần dng cho hệ thống UMTS

 1900 MHz ÷ 1902 MHz v 2010 ÷ 2025 MHz dnh cho cc ứng dụng TDD – TD/CMDA, khoảng cch knh l 5 MHz

 1980 MHz ÷ 2010 MHz v 2170 MHz ÷ 2200 MHz dnh cho đường xuống v đường ln vệ tinh

Năm 1998 3GPP đ đưa ra 4 tiu chuẩn chính của UMTS:

- Dịch vụ

- Mạng li

- Mạng truy nhập vơ tuyến

- Thiết bị đầu cuối

cc tham số Q0S (Quality of Service: chất lượng dịch vụ) khc nhau cho độ trễ truyền dẫn tối đa, độ trễ truyền biến thin v tỉ lệ lỗi bit (BER) Những tốc độ dữ liệu được

yu cầu l :

( 144 Kbps cho mơi trường vệ tinh v nơng thơn ( 384 Kbps cho mơi trường thnh phố (ngồi trời) ( 2084 Kbps cho mơi trường trong nh v ngồi trời với khoảng cch gần

Hệ thống UMTS cĩ 4 loại Q0S sau:

 Loại hội thoại (thoại, thoại thấy hình, trị chơi)

 Loại luồng (đa phương tiện, video theo yu cầu…)

 Loại tương tc (duyệt web, trị chơi qua mạng, truy nhập cơ sở dữ liệu)

 Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống) Yếu tố chủ yếu để phn biệt cc loại ny l độ nhạy cảm với trễ, ví dụ như hội thoại rất nhạy với trễ cịn loại cơ bản thì ít nhạy cảm với trễ nhất

Cc loại Q0S của UMTS được tổng kết ở bảng (1.1)

Bảng 1.1 Cc loại Q0S của hệ thống UMTS

Loại lưu lượng

Loại hội thoại Loại luồng Loại tương tc Loại cơ bản

Cc đặc tính cơ bản

Dnh trước quan hệ thời gian giữa cc thực thể thơng tin của luồng Mẫu hội thoại (chặt chẽ v độ trễ nhỏ)

Dnh trước quan hệ thời gian giữa cc thực thể thơng tin của luồng

Yu cầu mẫu trả lời trước Dnh trước số liệu tồn vẹn

Nơi nhận khơng đợi số liệu trong khoảng thời gian nhất định Dnh trước số liệu tồn vẹn

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

Thí dụ về ứng dụng

- Thoại

- Thoại thấy hình

Luồng đa phương tiện

- Duyệt Web -Cc trị chơi qua mạng

- Tải dữ liệu xuống

- Email

1.4.3 Cấu trc của hệ thống UMTS

Phần ny ta sẽ xt tổng quan cấu trc hệ thống UMTS Cấu trc bao gồm cc phần

tử mạng logic v cc giao diện H? th?ng UMTS s? d?ng cng c?u trc như hệ thống thế

hệ 2, thậm chí một phần cấu trc của hệ thống thế hệ 1

Mỗi phần tử mạng logic cĩ một chức năng xc định Trong tiu chuẩn cc phần

tử mạng được định nghĩa cũng thường được thực hiện ở dạng vật lí tương tự, nhất l

cĩ một số giao diện mở (giao diện sao cho ở mức chi tiết cĩ thể sử dụng được thiết bị của hai nh sản xuất khc nhau ở cc điểm cuối) Cĩ thể nhĩm cc phần tử mạng theo cc chức năng giống nhau hay theo mạng con m chng trực thuộc

11

Để hồn thiện, hệ thống cịn cĩ thiết bị người sử dụng (UE :User Equipment)

để thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống v cần định nghĩa giao diện vơ tuyến

Cấu trc hệ thống mức cao được thể hiện trong hình (1.2) Từ quan điểm chuẩn hố, cả UE v UTRAN đều bao gồm cc giao thức mới Việc thiết kế cc giao thức ny dựa trn những nhu cầu của cơng nghệ vơ tuyến WCDMA mới Tri lại, việc định nghĩa CN dựa trn GSM Điều ny cho php hệ thống với cơng nghệ vơ tuyến mới mang tính tồn cầu dựa trn cơng nghệ CN đ biết v đ pht triển

Một phương php chia nhĩm khc cho mạng UMTS l chia chng thnh cc mạng con Trn khía cạnh ny, hệ thống UMTS được thiết kế theo Modun Vì thế, cĩ thể cĩ nhiều phần tử mạng cho cng một kiểu Khả năng cĩ nhiều phần tử của cng một kiểu cho php chia hệ thống UMTS thnh cc mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cng với cc mạng con khc Cc mạng con ny được phn biệt bởi cc nhận dạng duy nhất

Một mạng con như vậy được gọi l mạng di động mặt đất cơng cộng UMTS (UMTS PLMN:UMTS Public Land Mobite Network) Thơng thường, mỗi PLMN được khai thc duy nhất, v nĩ được nối đến cc PLMN khc như ISDN, PSTN, Internet

Cc tiu chuẩn UMTS được cấu trc sao cho khơng định nghĩa chi tiết chức năng bn trong của cc phần tử mạng nhưng định nghĩa giao diện giữa cc phần tử mạng logic Cc giao diện mở chính l:

 Giao diện Cu: l giao diện thẻ thơng minh USIM v ME Giao diện ny tun theo một khuơn dạng tiu chuẩn cho cc thẻ thơng minh

 Giao diện Uu: l giao diện vơ tuyến của WCDMA, giao diện giữa UE v Node B Đây l giao diện m qua đó UE truy cập cc phần tử cố định của hệ thống

vì thế nĩ l giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

 Giao diện Iu nối UTRAN với CN Nĩ cung cấp cho cc nh khai thc khả năng trang bị UTRAN v CN từ cc nh sản xuất khc nhau

- Iu- CS dnh cho dữ liệu chuyển mạch knh

- Iu- PS dnh cho dữ liệu chuyển mạch gĩi

 Giao diện Iur: giao diện giữa hai RNC Đây l giao diện mở, cho php chuyển giao mềm giữa cc RNC từ cc nh sản xuất khc nhau

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

 Giao diện Iub: kết nối một nt B với một RNC Nĩ cho php hỗ trợ sự cạnh tranh giữa cc nh sản xuất trong lĩnh vực ny UMTS l hệ thống điện thoại di động đầu tin cĩ Iub được tiu chuẩn hố như một giao diện mở hồn tồn

1.4.4 Mạng li CN (Core Network)

Những chức năng chính của việc nghin cứu mạng li UMTS l:

 Quản lí di động, điều khiển bo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE v mạng li

 Bo hiệu giữa cc nt trong mạng li

 Định nghĩa cc chức năng giữa mạng li v cc mạng bn ngồi

 Những vấn đề lin quan đến truy nhập gĩi

 Giao diện Iu v cc yu cầu quản lí v điều hnh mạng Mạng li UMTS cĩ thể chia thnh 2 phần: chuyển mạch knh v chuyển mạch gĩi

Thnh phần chuyển mạch knh gồm: MSC, VLR v cổng MSC Thnh phần chuyển mạch gĩi gồm nt hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support

Node) v cổng nt hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node) Một số thnh

phần của mạng như HLR v AUC được chia sẽ cho cả hai phần Cấu trc của mạng li

cĩ thể được thay đổi khi cc dịch vụ mới v cc đặc điểm mới của hệ thống được đưa

ra

Cc phần tử chính của mạng li như sau :

 HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường tr) l một cơ sở

dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nh của người sử dụng để lưu trữ thơng tin chính

về lý lịch dịch vụ của người sử dụng, bao gồm thơng tin về cc dịch vụ bổ sung như trạng thi chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

 MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tm chuyển mạch dịch vụ di động) l tổng đài (MSC) v cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp cc dịch vụ chuyển mạch knh cho UE tại vị trí hiện thời của nĩ Nhiệm vụ của MSC l sử dụng cc giao dịch chuyển mạch knh VLR lm nhiệm vụ giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng cũng như vị trí chính xc hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ CS l phần mạng đựơc truy nhập qua MSC/VLR

 GMSC (Gateway MSC) l chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bn ngồi

13

 SGSN (Serving GPRS: General Packet Radio Network Service Node) cĩ chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho cc dịch vụ chuyển mạch gĩi PS (Packet Switch) Vng PS l phần mạng được truy nhập qua SGSN

 GGSN (Gateway GPRS Support Node) cĩ chức năng giống như cc dịch

vụ điện thoại, ví dụ như ISDN hoặc PSTN

 Cc mạng PS đảm bảo cc kết nối cho những dịch vụ chuyển mạch gĩi, ví

dụ như Internet

1.4.4 Truy nhập vơ tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess

Network)

UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vơ tuyến RNS (Radio

Network Subsystem) Một RNS l một mạng con trong UTRAN v gồm một bộ điều

khiển mạng vơ tuyến RNC (Radio Network Controller) v một hay nhiều Node B

Cc RNC v cc Node B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub

Cc đặc tính chính của UTRAN :

 Hỗ trợ UTRAN v tất cả cc chức năng lin quan Đặc biệt l cc ảnh hưởng chính

ln việc thiết kế l yu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều ơ tích cực) v cc thuật tốn quản lý ti nguyn đặc th WCDMA

 Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch knh v chuyển mạch gĩi bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vơ tuyến duy nhất v bằng

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

cch sử dụng cng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vng PS v CS của mạng li

 Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết

 Sử dụng truyền tải ATM l cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

Hai thnh phần trong UTRAN: bộ điều khiển mạng vơ tuyến (RNC) v node B

Bộ điều khiển mạng vơ tuyến RNC

RNC l phần tử mạng chịu trch nhiệm điều khiển cc ti nguyn vơ tuyến của UTRAN Nĩ giao diện với CN (thơng thường với một MSC v một SGSN) v kết cuối

giao thức điều khiển ti nguyn vơ tuyến RRC (Radio Resource Control), giao thức

ny định nghĩa cc bản tin v cc thủ tục giữa MS v UTRAN Nĩ đóng vai trị như BSC

Cc chức năng chính của RNC :

- Điều khiển ti nguyn vơ tuyến

- Cấp pht knh

- Thiết lập điều khiển cơng suất

- Điều khiển chuyển giao

Chức năng chính của Node B l thực hiện xử lý L1 của giao diện vơ tuyến (m

hố knh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…) Nĩ cũng thực hiện một phần khai thc quản lý ti nguyn vơ tuyến như điều khiển cơng suất vịng trong Về phần chức năng

nĩ giống như trạm gốc ở GSM Lc đầu Node B được sử dụng như l một thuật ngữ

tạm thời trong qu trình chuẩn hố nhưng sau đó nĩ khơng bị thay đổi

1.4.6 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment)

UE l sự kết hợp giữa thiết bị di động v module nhận dạng thu bao USIM (UMTS subscriber identity) Giống như SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM l thẻ

cĩ thể gắn vo my di động v nhận dạng thu bao trong mạng li

15

 Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) l đầu cuối vơ tuyến được sử dụng cho thơng tin vơ tuyến giao diện Uu

 Modun nhận dạng thu bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity

Modulo) l một thẻ thơng minh chứa thơng tin nhận dạng thu bao, thực hiện cc thuật

tốn nhận thực v lưu giữ cc khố nhận thực cng một số thơng tin thu bao cần thiết cho đầu cuối

1.5.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động

Chuyển giao l một khi niệm cơ bản của sự di chuyển trong cấu trc cell

Trong hệ thống UMTS cĩ nhiều loại chuyển giao khc nhau để ph hợp với cc yu cầu khc như: điều khiển tải, cung cấp vng phủ sĩng v thoả mn chất lượng dịch vụ

Mục tiu của chuyển giao l cung cấp sự lin tục của dịch vụ di động khi người

sử dụng di chuyển qua vng bin của cc cell trong kiến trc cell Để người sử dụng cĩ thể tiếp tục thơng tin v băng qua bin của cell thì cần cung cấp ti nguyn vơ tuyến mới cho người sử dụng ở cell mới, hay cịn gọi l cell đích Bởi vì cường độ tín hiệu thu được xấu hơn cell đích m người sử dụng chuyển qua Qu trình xử lý đường xuống cịn tồn tại kết nối trong cell hiện tại v thiết lập kết nối mới trong cell ln cận gọi l chuyển giao Tính năng của mạng tế bo thể hiện qua chuyển giao l chủ yếu nhằm cung cấp dịch vụ hấp dẫn như cc ứng dụng thời gian thực hay luồng đa phương tiện như cc dự n trong mạng di động thế hệ 3 ba đưa ra Số lượng chuyển giao khơng thnh cơng thể hiện thủ tục chuyển giao khơng hồn thnh

1.5.2 Cc loại chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA

Chuyển giao trong mạng WCDMA cĩ thể được phn loại theo nhiều cch khc nhau Cĩ thể phn thnh: chuyển giao cng tần số, chuyển giao khc tần số v chuyển giao giữa cc mạng khc nhau WCDMS với GSM Trong phần ny, ta lại chia chuyển giao trong WCDMA thnh bốn loại: chuyển giao trong cng hệ thống, chuyển giao ngồi hệ thống, chuyển giao cứng, chuyển giao mềm v mềm hơn

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

Hình 1.4: cc loại chuyển giao trong hệ thống 3G

 Chuyển giao trong cng hệ thống Chuyển giao trong cng hệ thống cĩ thể được chia thnh chuyển giao cng tần số v chuyển giao khc tần số Chuyển giao cng tần số xuất hiện giữa cc cell cng sĩng mang WCDMA Chuyển giao khc tần số xuất hiện giữa cc cell hoạt động trn cc tần số sĩng mang khc nhau

 Chuyển giao ngồi hệ thống Chuyển giao ngồi hệ thống xuất hiện giữa cc cell thuộc hai kỹ thuật truy

nhập vơ tuyến khc nhau RAT (RAT: Radio Access Technology) hoặc giữa

hai node UTRAN FDD v UTRAN TDD

 Chuyển giao cứng l loại chuyển giao m kết nối cũ bị ph vỡ trước khi cĩ kết nối vơ tuyến mới được thiết lập giữa thiết bị người sử dụng v mạng truy nhập vơ tuyến Loại chuyển giao ny sử dụng trong mạng GSM để gn cc knh tần số khc nhau cho cc cell Người sử dụng đi vo cell mới sẽ huỷ bỏ kết nối cũ v thiết lập kết nối mới với tần số mới

Chuyển giao cứng trong mạng UMTS sử dụng để thay đổi knh tần số của UE

v UTRAN Trong suốt qu trình bố trí tần số của UTRAN, nĩ sẽ xc định rằng mỗi hoạt động UTRAN l dễ dng để yu cầu thm vo phổ tần để đạt được dung lượng khi

17

cc cấp độ sử dụng hiện tại đ hết Trong trường hợp ny vi băng tần xấp xỉ 5 MHz được sử dụng bởi một người v cần chuyển giao giữa chng

Chuyển giao cứng cịn p dụng để thay đổi cell trn cng tần số khi mạng khơng

hỗ trợ tính đa dạng lớn Trong trường hợp khc l khi knh truyền đ được xc định trong khi người sử dụng đi vo cell mới thì chuyển giao cứng sẽ thực hiện nếu chuyển giao mềm v mềm hơn khơng thực hiện được

Thơng thường chuyển giao cứng chỉ dng cho vng phủ v tải, cịn chuyển giao mềm v mềm hơn l yếu tố chính hỗ trợ di động Chuyển giao giữa hai mode UTRAN FDD v UTRAN TDD cũng thuộc loại chuyển giao cứng

 Chuyển giao mềm v mềm hơn

Chuyển giao mềm l chuyển giao giữa hai BS khc nhau, cịn chuyển giao mềm hơn l chuyển giao giữa ít nhất 2 sector của cng một BS Trong suốt qu trình chuyển giao mềm, MS giao tiếp một cch tức thì với hai (chuyển giao hai đường) hoặc nhiều cell của cc BS khc nhau thuộc cng RNC (Intra-RNC) hoặc cc RNC khc nhau (Inter-RNC) Trn đường xuống my di động nhận hai tín hiệu với tỉ số kết hợp lớn nhất; ở đường xuống, my di động m hố knh được tch bởi cng hai BS (chuyển giao hai đường), v được gởi đến RNC cho việc lựa chọn kết hợp Hai hoạt động điều khiển cơng suất vịng đặc biệt trong chuyển giao mềm cho một BS Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, MS được điều khiển ít nhất bởi hai sector của cng BS, do đó chỉ cĩ một hoạt động điều khiển cơng suất vịng Chuyển giao mềm v mềm hơn chỉ

sử dụng một sĩng mang, do đó đây l chuyển giao trong cng hệ thống Hình (1.5) thể hiện cc loại chuyển giao khc nhau

 chuyển giao hai đường l chuyển giao m ở đĩ MS thơng tin với hai đoạn của hai ơ khc nhau

 chuyển giao ba đường l chuyển giao m ở đĩ MS thơng tin với ba đoạn của hai

ơ khc nhau

BS điều khiển trực tiếp qu trình xử lý cuộc gọi trong qu trình chuyển giao mềm được gọi l BS sơ cấp.BS sơ cấp cĩ thể khởi đầu bản tin điều khiển đường xuống, cc BS khc khơng xử lý cuộc gọi gọi l BS thứ cấp.Chuyển giao mềm kết thc khi hoặc BS sơ cấp hoặc BS thứ cấp bị loại bỏ

Hệ thống thơng tin di động thế hệ 3 cịn gọi l IMT- 2000 đ được cc tổ chức quốc tế đưa ra cc tiu chuẩn về kỹ thuật nhằm đáp ứng kịp thời cho việc triển khai hệ thống vo thực tế Trong đó UMTS l một hệ thống thơng tin di động cĩ nhiều ưu điểm nổi trội hơn cc hệ thống 2G Tuy nhin nĩ pht triển dựa trn cc thế hệ trước

Chương ny đ trình by cc vấn đề cơ bản về cấu trc mạng truy nhập vơ tuyến UMTS,

sơ lược về những dịch vụ v ứng dụng của nĩ trong hệ thống thơng tin di động thế hệ

ba Trong chương 2, ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về cc kỹ thuật điều khiển cơng suất trong

hệ thống thơng tin di động thế hệ ba

19

CHƯƠNG 2

CC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 UMTS

Vì trong một mạng WCDMA rất nhiều người sử dụng cng hoạt động trn cng một tần số, nn nhiễu đồng knh l một vấn đề nghim trọng, PC chịu trch nhiệm điều chỉnh cơng suất trn đường ln v đường xuống để giảm thiểu mức nhiễu ny nhằm đảm bảo QoS yu cầu

Trong chương ny chng ta đi su vo phn tích một số kỹ thuật điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động thế hệ ba UMTS

Để minh hoạ việc điều khiển cơng suất cần thiết như thế no trong hệ thống WCDMA, chng ta xem xt một ơ đơn lẻ cĩ hai thu bao giả định Thu bao 1 gần trạm gốc hơn thu bao 2 Nếu khơng cĩ điều khiển cơng suất, cả hai thu bao sẽ pht một mức cơng suất cố định p, tuy nhin do sự khc nhau về khoảng cch nn cơng suất thu

từ thu bao 1 l pr1 sẽ lớn hơn thu bao 2 l pr2 Giả sử rằng vì độ lệch về khoảng cch như vậy m pr1 lớn gấp 10 lần pr2 thì thu bao 2 sẽ chịu một sự bất lợi lớn

Nếu tỷ số SNR yu cầu l (1/10) thì chng ta cĩ thể nhận ra sự chnh lệch giữa cc SNR của hai thu bao Hình (2.1) minh hoạ điều ny Nếu chng ta bỏ qua tạp m nhiệt thì SNR của thu bao 1 sẽ l 10 v SNR của thu bao 2 sẽ l (1/10) Thu bao 1 cĩ một SNR cao hơn nhiều v như vậy nĩ sẽ cĩ được một chất lượng rất tốt, nhưng SNR của thu bao 2 chỉ vừa đủ so với yu cầu Sự khơng cn bằng ny được xem l bi tốn “xa-gần” kinh điển trong một hệ thống đa truy cập trải phổ

Hệ thống nĩi trn được coi như đ đạt tới dung lượng của nĩ Lý do l nếu chng

ta thử đưa thm một thu bao thứ 3 pht cng mức cơng suất p vo bất cứ chỗ no trong ơ thì SNR của thu bao thứ 3 đó sẽ khơng thể đạt được gi trị yu cầu Hơn nữa, nếu chng ta cố đưa thm thu bao thứ 3 vo hệ thống thì thu bao thứ 3 đó sẽ khơng những

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

khơng đạt được SNR yu cầu m cịn lm cho SNR của thu bao 2 bị giảm xuống dưới

mức SNR yu cầu

Việc điều khiển cơng suất được đưa vo để giải quyết vấn đề “xa–gần” v để tăng tối đa dung lượng hệ thống Điều khiển cơng suất l điều khiển cơng suất pht từ mỗi thu bao sao cho cơng suất thu của mỗi thu bao ở trạm gốc l bằng nhau Trong một ơ, nếu cơng suất pht của mỗi thu bao được điều khiển để cơng suất thu của mỗi thu bao ở trạm gốc l bằng với Pr thì nhiều thu bao hơn cĩ thể sử dụng trong hệ thống Ví dụ trn, nếu SNR yu cầu vẫn l (1/10) thì tổng cộng cĩ thể cĩ 11 thu bao được sử dụng trong ơ (hình 2.1) Dung lượng được tăng tối đa khi sử dụng điều khiển cơng suất

Điều khiển cơng suất nhằm mục đích để chống lại hiệu ứng Fading Rayleigh trn tín hiệu truyền đi bởi việc b cho Fading nhanh của knh truyền

Ngồi ra việc điều khiển cơng suất cịn cĩ tc dụng giảm nhiễu đa đường Vì cơng suất pht của my di động thấp nn lm tăng tuổi thọ của pin

Cĩ nhiều phương php điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin tế bo

Khi xt đến một hệ thống điều khiển cơng suất thực tế, cần xem xt những mặt sau:

- Tiu chuẩn chất lượng: tiu chuẩn chất lượng được đánh gi thơng qua tỉ số

SIR (Signal to Interference) v BER (Bit Error Rate) Nếu cường độ tín hiệu v nhiễu

khơng đổi SIR v BER bao gồm cc thơng tin tương đương về chất lượng

21

- Những php đo: thơng thường những php đo được đưa ra trong bo co bao

gồm cc chỉ số chất lượng QI (Quality Indicator) phản nh chất lượng v chỉ số cường

độ tín hiệu nhận được RRSI (received signal strength indicator) phản nh cường độ

tín hiệu thu được của my thu Những gi trị ny được lượng tử hố thơ để sử dụng ít mẫu

- Thời gian trễ : tín hiệu đo lường v điều khiển cần thời gian dẫn đến lm

xuất hiện thời gian trễ trong mạng

2.3.1 Điều khiển cơng suất cho đường xuống v đường ln

Điều khiển cơng suất cho đường ln (từ MS đến BS) DS-CDMA l một yu cầu

hệ thống rất quan trọng vì hiệu ứng gần-xa Trong trường hợp ny, cần cĩ một dải động để điều khiển khoảng chừng 80 dB Ở đường xuống, khơng yu cầu điều khiển cơng suất trong hệ thống đơn tế bo, từ đó cc tín hiệu được truyền cng nhau v thay đổi cng nhau Tuy nhin trong hệ thống đa tế bo, nhiễu giao thoa từ cc ơ bn cạnh lm giảm sự độc lập từ vị trí cc ơ đ cho v do đó lm giảm hiệu suất Như vậy, phải sử dụng điều khiển cơng suất trong trường hợp ny để lm giảm sự giao thoa giữa cc ơ

2.3.2 Điều khiển cơng suất phn tn v tập trung

Một bộ điều khiển tập trung cĩ tất cả cc thơng tin về cc kết nối được thiết lập

v độ lợi knh, v điều khiển tất cả cc mức cơng suất trong mạng hay một phần của mạng Điều khiển cơng suất tập trung theo yu cầu tín hiệu điều khiển phạm vi rộng trong mạng v khơng thể ứng dụng trong thực tế Chng cĩ thể sử dụng để đưa ra giới hạn về hiệu suất của thuật tốn phn tn

Bộ điều khiển phn tn chỉ điều khiển cơng suất của một trạm pht đơn v thuật tốn chỉ phụ thuộc vo nội bộ, như SIR hay độ lợi knh của người sử dụng đặc biệt

Những thuật tốn ny thực hiện tốt trong trường hợp lý tưởng, nhưng trong cc hệ thống thực tế cĩ một số hiệu ứng khơng thích hợp như :

- Tín hiệu đo v điều khiển lm mất thời gian dẫn đến thời gian trễ trong hệ thống

- Cơng suất pht hợp lý của my pht bị hạn chế bởi giới hạn vật lý v sự lượng tử hĩa Những hạn chế bn ngồi khc như cơng suất pht cực đại trn một knh đặc biệt tc động đến cơng suất ra

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

- Chất lượng l một sự đo đạc chủ quan v cần phải tận dụng sự đo đạc khch quan hợp lý

2.3.3 Phn loại điều khiển cơng suất theo phương php đo

Theo phương php đo, kỹ thuật điều khiển cơng suất được phn thnh 3 loại:

- Trn cơ sở cường độ

- Trn cơ sở SIR

- Trn cơ sở BER Trn cơ sở cường độ, cường độ một tín hiệu đến BS từ MS được đánh gi để xc định l nĩ cao hơn hay thấp hơn cường độ mong muốn Sau đó BS sẽ gởi lệnh để điều khiển cơng suất cao hơn hay thấp hơn thích hợp

Trn cơ sở SIR, phương php đo l SIR khi m tín hiệu bao gồm nhiễu knh v nhiễu giữa cc người sử dụng Điều khiển cơng suất dựa vo cường độ dễ thực hiện hơn điều khiển cơng suất dựa vo SIR, nĩ phản nh hiệu suất sử dụng hệ thống tốt hơn như: QoS v dung lượng Một vấn đề quan trọng gắn với điều khiển cơng suất dựa

vo SIR l cĩ khả năng gy hồi tiếp dương lm nguy hiểm đến sự vững vng của hệ thống Hồi tiếp dương xuất hiện trong trừơng hợp khi một MS dưới sự chỉ dẫn của

BS đ tăng cơng suất của nĩ v điều đó lặp lại với cc MS khc Trong trường hợp cĩ

N-MS trong hệ thống, điều ny lm t liệt cả N-N-MS

Trong điều khiển cơng suất dựa vo BER, BER được định nghĩa l một số lượng trung bình của cc bit lỗi so với chuỗi bit chuẩn Nếu cơng suất tín hiệu v

Hình 2.2 Phn loại kỹ thuật điều khiển cơng suất cơng suất

23

nhiễu l hằng số thì BER l hm của SIR, v trong trường hợp ny thì QoS l tương đương Tuy nhin, trong thực tế SIR l hm thời gian v như vậy SIR trung bình sẽ khơng tương ứng với BER trung bình Trong trường hợp ny, BER l cơ sở đo đạt chất lượng tốt hơn

2.3.4 Điều khiển cơng suất vịng kín, điều khiển cơng suất vịng hở

Tồn tại ba phương php điều khiển cơng suất sau đây:

 Điều khiển cơng suất vịng hở

 Điều khiển cơng suất nhanh vịng kín gồm điều khiển cơng suất vịng trong v điều khiển cơng suất vịng ngồi

Điều khiển cơng suất vịng hở thực hiện đánh gi gần đúng cơng suất đường xuống của tín hiệu knh hoa tiu dựa trn tổn hao truyền sĩng của tín hiệu ny Nhược điểm của phương php ny l do điều kiện truyền sĩng của đường xuống khc với đường

ln nhất l do fading nhanh nn sự đánh gi sẽ thiếu chính xc Ở hệ thống CDMA trước đây, người ta sử dụng phương php ny kết hợp với điều khiển cơng suất vịng kín, cịn

ở hệ thống WCDMA phương php điều khiển cơng suất ny chỉ được sử dụng để thiết lập cơng suất gần đúng khi truy cập mạng lần đầu

Phương php điều khiển cơng suất nhanh vịng kín như hình (2.3) Ở phương php ny BS (hoặc MS) thường xuyn ước tính tỷ số tín hiệu trn can nhiễu thu được SIR v so snh nĩ với tỷ số SIR đích (SIR_đích) Nếu SIR_ướctính cao hơn SIR_đích thì BS (MS) thiết lập bit điều khiển cơng suất để lệnh cho MS (BS) hạ thấp cơng suất, tri lại nĩ ra lệnh MS (BS) tăng cơng suất Chu kỳ đo-lệnh-phản ứng ny được thực hiện 1500 lần trong một giy ở cdma2000 Tốc độ ny sẽ cao hơn mọi sự thay đổi tổn hao đường truyền v thậm chí cĩ thể nhanh hơn fading nhanh khi MS chuyển động tốc độ thấp

Giải trải phổ

Thu RAKE

Đo chất lượng công suất dài hạn

Đo SIR

So snh v SIR đích

So sánh và quyết định

Chất lượng đích

Vòng ngoài

Vòng trong

Tín hiệu băng gốc thu

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng kín như vậy được gọi l vịng trong cũng được sử dụng cho đường xuống mặc d ở đây khơng cĩ hiện tượng gần xa vì tất cả cc tín hiệu đến cc MS trong cng một ơ đều bắt đầu từ một BS Tuy nhin lý do điều khiển cơng suất ở đây như sau Khi MS tiến đến gần bin giới ơ, nĩ bắt đầu chịu ảnh hưởng ngy cng tăng của nhiễu từ cc ơ khc Điều khiển cơng suất trong trường hợp

ny để tạo một lượng dự trữ cơng suất cho cc MS trong trường hợp nĩi trn Ngồi ra điều khiển cơng suất đường xuống cho php bảo vệ cc tín hiệu yếu do fading Rayleigh gy ra, nhất l khi cc m sửa lỗi lm việc khơng hiệu quả

Điều khiển cơng suất vịng ngồi thực hiện đánh gi di hạn chất lượng đường truyền trn cơ sở tỷ lệ lỗi khung FER hoặc BER để quyết định SIRđích cho điều khiển cơng suất vịng trong

Hình (2.4a) cho thấy hoạt động của điều khiển cơng suất đường ln ở một knh fading ở tốc độ chuyển động thấp của MS Cc lệnh điều khiển cơng suất sẽ điều khiển cơng suất của MS tỷ lệ nghịch với cơng suất thu được (hay SIR) tại BS Nhờ đảm bảo dự trữ để chỉnh cơng suất theo từng nấc, nn chỉ cịn một lượng fading nhỏ v knh trở thnh knh hầu như khơng fading (nhìn từ phía BS)

Hình 2.3 Nguyn lý điều khiển cơng suất vịng kín

25

Tuy nhin việc loại bỏ phading phải trả gi bằng tăng cơng suất pht Vì thế khi

MS bị phading su, cơng suất pht sử dụng lớn v nhiễu gy ra cho cc ơ khc cũng tăng

Điều khiển cơng suất vịng ngồi thực hiện điều chỉnh gi trị SIRđích ở BS (MS) cho ph hợp với từng yu cầu của từng đường truyền vơ tuyến để đạt được chất lượng cc đường truyền vơ tuyến như nhau Chất lượng của cc đường truyền vơ tuyến thường được đánh gi bằng tỷ số bit lỗi BER hay tỷ số khung lỗi FER (Frame Error Rate) Lý do cần đặt lại SIRđích như sau : SIR yu cầu (tỷ lệ với Eb/No) chẳng hạn l FER=1% phụ thuộc vo tốc độ của MS v đặc điểm truyền nhiều đường Nếu ta đặt SIRđích cho trường hợp xấu nhất (cho tốc độ cao nhất) thì sẽ lng phí dung lượng cho cc kết nối ở tốc độ thấp Như vậy, tốt nhất l để SIRđích thả nổi xung quanh gi trị tối thiểu đáp ứng được yu cầu chất lượng Hình (2.4b) cho thấy sự thay đổi SIRđích theo thời gian

MS không chuyển động

SIR đích

Thời gian

Hình 2.4a. Điều khiển cơng suất vịng kín b trừ fading nhanh

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

Để thực hiện điều khiển cơng suất vịng ngồi, mỗi khung số liệu của người sử dụng được gắn chỉ thị chất lượng khung l CRC Việc kiểm tra chỉ thị chất lượng ny

sẽ thơng bo cho RNC về việc giảm chất lượng v RNC sẽ lệnh cho BS tăng SIRđích

Lý do đặt điều khiển vịng ngồi ở RNC vì chức năng ny thực hiện sau khi thực hiện kết hợp cc tín hiệu ở chuyển giao mềm

2.4.1 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng hở đường ln

Chức năng PC (Power Control) được thực hiện cả ở đầu cuối v UTRAN

Chức năng ny địi hỏi một số thơng số điều khiển được pht quảng b trong ơ v cơng

sut m tín hiệu thu được RSPC (Received Signal Code Power) được đo tại UE trn

P-CPICH tích cực Dựa trn tính tốn vịng hở, UE thiết lập cc cơng suất khởi đầu trn tiền tố PRACH v cho DPCCH đường ln trước khi khởi đầu PC vịng trong Trong thủ tục truy cập ngẫu nhin, cơng suất của AP đầu tin được thiết lập bởi UE như sau : Preamble_Initial_Power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP (2.1) + UL_interference +UL_required_CI

Trong đó cơng suất P_CPICH (CPICH_Tx_Power) v C/I yu cầu đường ln (UL_required_CI) (trong 3GPP được định nghĩa l gi trị khơng đổi khi thiết lập quy hoạch vơ tuyến) v nhiễu đường ln (UL_interference) (trong 3GPP l tổng cơng suất băng rộng tại my thu) được đo tại Node B v được truyền quảng b trn BCH UE cũng

sẽ tiến hnh thủ tục khi lập mức cơng suất ban đầu cho CD-AP

Khi tính tốn DPCCH đầu tin, UE khởi đầu PC vịng trong tại cơng suất như sau :

DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP (2.2)

Trong đó cơng suất m tín hiệu thu của P_CPICH (CPICH_RSCP) được đo tại UE v dịch cơng suất DPCCH (DPCCH_Power_offset) được tính tốn bởi điều khiển cho php AC trong RNC v được cung cấp cho UE khi kết nối RRC hay trong

qu trình vật mang vơ tuyến hay khi lập lại cấu hình knh vật lý như sau :

Hình 2.4b Điều khiển cơng suất vịng ngồi

27

DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_power + UL_interference + SIRDPCCH

+10lg(SFDPDCH) (2.3)Trong đó SIRDPCCH l SIR đích khởi đầu do AC tạo ra đối kết nối cụ thể ny

l SFDPCCH l hệ số trải phổ đối với DPDCH tương ứng

2.4.2 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng hở đường xuống

Trn đường xuống, PC vịng hở để thiết lập cơng suất khởi đầu cc knh đường xuống trn cơ sở bo co đo đạt từ UE Chức năng ny được thực hiện cả ở UE v UTRAN Giải thuật để tính tốn gi trị cơng suất khởi đầu DPCCH khi dịch vụ mang đầu tin được thiết lập như sau :

P Tx Intinial

Eb No PtxTotal

power Tx

CPICH W

No Eb Rb

CPICH

DL

/

_ _ )

/ (

Cơng suất truyền dẫn ở cc knh chung đường xuống được xc định bởi mạng

Nĩi chung tỷ lệ giữa cơng suất pht của knh chung đường xuống khc nhau khơng được đặc tả trong 3GPP v thậm chí cĩ thể thay đổi linh hoạt Cc mức cơng suất knh chung được cho ở bảng (2.1)

Knh chung đường xuống

Mức cơng

Bảng 2.1 Cc mức cơng suất knh chung đường xuống điển hình

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

hình

P-CPICH P-SCH v S-SCH P-CCPCH PICH AICH

A-CCPCH

30 – 33 dBm -3 dB

-5 dB -8 dB -8 dB

-5dB

2 – 10% cơng suất pht cực đại của ơ (20 W)

So với cơng suất P-CPICH

So với cơng suất P-CPICH

So với cơng suất P-CPICH v N=72 Cơng suất của một chỉ thị bắt (AI) so với P-CPICH

So với cơng suất P-CPICH v SF-256 (15 kbps)

Cơng suất pht của P-CPICH, P-SCH, S-SCH, v P-CCPCH l cc thơng số đặc th ơ được thiết lập trong qu trình quy hoạch mạng theo kích thước ơ Thơng thường cơng suất P-CPICH bằng 5 đến 10% tổng cơng suất pht cĩ thể cấp pht cho ơ Cơng suất pht của cc knh chung khc nhau thiết lập tương đối so với cơng suất pht của P-CPICH

Cơng suất pht của AICH v PICH l cc thơng số cấu hình TrCH chung được thiết lập tương đối so với cơng suất pht P-CPICH trong qu trình quy hoạch mạng vơ tuyến để đảm bảo phủ tồn bộ ơ Cc thơng số ny được chuyển đến Node B mỗi khi TrCH chung tương ứng được thiết lập hay lập lại cấu hình Cơng suất pht PICH phụ thuộc vo thơng số PI trn khung (N) Số PI trn khung cng lớn thì PI cng được lặp nhiều trn khung v cơng suất PICH tương đối so với P-PICH cng cần cao hơn Gi trị điển hình của khoảng dịch cơng suất l -10 dB (N=18 hay 36), -8 dB (N=72) v -5 dB (N=144)

Theo tiu chuẩn, khi thiết lập hoặc lặp lại cấu hình S-CCPCH (nghĩa l FACH

v PCH), Node B được cung cấp thơng tin dịch cơng suất (PO1 cho TFCI), PO3 cho hoa tiu (hình 2.6) Trn knh FACH cĩ thể p dụng PC chậm dựa trn tỷ số Eb/No của một giải thuật ring để cải thiện dung lượng đường xuống Trong trường hợp ny gi trị chỉ thị l dịch m so với cơng suất cực đại được lập cấu hình cho S-CCPCH mang FACH Nếu ta coi rằng cơng suất như nhau đối với tất cả TrCH ghp trn cng knh vật

lý, cc gi trị cơng suất điển hình cho S-CCPCH so với P-CPICH l +1 đối với SF

29

= 64 (60 kbps), -1dB đối với SF = 128 (30 kbps) v -5 dB đối với SF = 256 (15 kbps) Đối với CCPCH, cc gi trị điển hình cĩ thể l 2 dB cho 15 kbps, 3 dB cho 30 kbps v 4 dB cho 60 kbps Trong qu trình thơng tin, dịch cơng suất cĩ thể thay đổi tuỳ theo tốc độ bit được sử dụng

Điều khiển cơng suất vịng trong (điều khiển cơng suất nhanh) dựa trn thơng tin hồi tiếp lớp 1 từ đầu kia của đường truyền vơ tuyến Thơng tin ny cho php UE/Node B điều chỉnh cơng suất pht của mình dựa trn mức SIR thu được để b trừ fading của knh vơ tuyến Chức năng điều khiển cơng suất vịng hở trong ở UMTS được sử dụng cho cc knh ring cả đường ln v đường xuống v đối với CPCH chỉ ở đường ln Trong WCDMA, PC nhanh được thực hiện ở tần số 1,5 kHz.Tổng quan

cc thủ tục điều khiển cơng suất vịng trong được cho ở hình (2.7)

(b) (c)

(f)

(d) (e)

Iub

Uu

DL PC vòng ngoài +∆SIR= f(FLERorBLER) +Quản lý SIR đích SIR ước tính so với SIR đích Lệnh DL TPC

SIR ước tính so với SIR đích

Lệnh UL PC

Node B

UL PC vòng ngoài +∆SIR= f(FLERor BLER) + Quản lý SIR đích MDC và phân chia

(a): RRC: DL BER đích, cc hệ số khuếch đại UL, cc gi trị UL RM DPC_mode

MDC :Macro Diversity Combiner : bộ kết hợp phân

tập vĩ mô

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

2.6.1 Điều khiển cơng suất vịng trong đường ln

Điều khiển cơng suất vịng trong đường ln được sử dụng để thiết lập cơng suất DPCH v CPCH đường ln Node B nhận được SIR đích từ UL PC vịng ngồi ở RNC

v so snh nĩ với SIR ước tính trn ký hiệu hoa tiu của DPCCH đường ln trong từng khe Nếu SIR thu được lớn hơn SIR đích, Node B pht lệnh “hạ thấp” đến UE, ngược lại Node B pht lệnh“tăng thm”đến UE trn DPCCH đường xuống

Kích thước bước PC theo tiu chuẩn phụ thuộc vo tốc độ UE Đối với đích chất lượng cho trước, kích thước bước UL PC tốt nhất l kích thước cho SIR đích nhỏ nhất Với tốc độ điều khiển cơng suất 1500 Hz, kích thước bước PC 1dB cĩ thể theo kịp knh phading Raleigh với tần số ln đến 55 Hz (30 Km/h) Tại tốc độ cao hơn (tới 80 Km/h) kích thước bước PC 2dB sẽ tốt hơn Tại tốc độ cao hơn 80 Km/h, điều khiển cơng suất vịng trong khơng theo kịp phading v vì thế tạp

m vo đường dẫn đường ln Cĩ thể giảm ảnh hưởng xấu ny bằng cch sử dụng bước

PC nhỏ hơn 1 dB Ngồi ra đối với tốc độ UE thấp hơn 3 Km/h, khi tần suất phading knh rất nhỏ, sử dụng bước PC nhỏ cĩ lợi hơn

Hai giải thuật (giải thuật 1 v 2) được đặc tả cho UE để diễn giải cc lệnh TPC

từ Node B Giải thuật 1 sử dụng khi tốc độ UE đủ thấp để b trừ phading knh Bước

PC được thiết lập trong qu trình quy hoạch mạng vơ tuyến l 1 đến 2dB Giải thuật 2 được thiết kế để mơ phỏng ảnh hưởng khi sử dụng bước nhỏ hơn 1 dB v cĩ thể sử dụng để b trừ xu thế phading chậm của knh truyền sĩng Nĩ hoạt động tốt hơn giải thuật 1 khi UE chuyển động nhanh hơn 80 Km/h v chậm hơn 3 Km/h Trong giải thuật bước PC cố định bằng 1 dB UE khơng thay đổi cơng suất pht cho đến khi nhận được lệnh TCP tiếp theo Tại cuối khe thứ 5, dựa trn quyết định cứng, UE điều chỉnh cơng suất theo quy tắc như sau :

Hình 2.6 Cc thủ tục điều khiển cơng suất vịng trong v vịng ngồi

31

 Nếu tất cả 5 lệnh TPC l “giảm”, cơng suất giảm 1 dB

 Nếu tất cả 5 lệnh TPC l “tăng”, cơng suất pht tăng 1 dB

 Tri lại cơng suất pht khơng đổi Trước khi khởi đầu UL DPDCH, UE cĩ thể được mạng hướng dẫn sử dụng tiền tố UL DPDCH, PC khi nhận được DPDCH đường xuống Độ di của tiền tố DPDCH PC l một thơng số được thiết lập khi quy hoạch mạng vơ tuyến trong dải từ

0 đến 7 khung Trong tiền tố UL DPDCH PC, cc lệnh TPC do Node B pht luơn tun theo giải thuật 1 để đảm bảo đạt cơng suất pht đường ln nhanh hơn trước khi bắt đầu điều khiển cơng suất thơng thường

Trong UMTS, cc sơ đồ phn tập chỉ p dụng cho cc knh ring Sau khi đạt được đồng bộ lớp 1, một hay nhiều ơ tham gia vo chuyển giao phn tập sẽ bắt đầu PC vịng trong đường ln Mỗi ơ trong số cc ơ nối đến UE sẽ đo SIR đường ln v so snh SIR ước tính với SIR đích để tạo ra lệnh TPC gởi đến UE Nếu tất cả cc ơ đều yu cầu tăng cơng suất thì UE mới tăng cơng suất

Khi UE ở chuyển giao HO (Hand Over) mềm, Node B phục vụ sẽ thơng bo cho UE

để nĩ kết hợp cc lệnh TPC đến từ cng một tập đoạn nối vơ tuyến vo một lệnh TPC

UE

RAKE MDC (cc ký hiệu số liệu v hoa tiu) SIR1 so với SIR đích -> cc lệnh UL TPC1 Giải thuật 1hay2 kết hợp

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

theo giải thuật 2 hoặc 1 Cc thủ tục kết hợp cc lệnh TPC từ cc đoạn nối vơ tuyến trong HO mềm được minh họa ở hình (2.8)

Nếu cc lệnh TPC đến từ cc ơ khc nhau v giải thuật 1 được sử dụng, thì UE rt ra một lệnh TPC kết hợp trn cơ sở quyết định mềm v thay đổi cơng suất pht của mình theo bước PC quy định trước Nếu giải thuật 2 được sử dụng, thì UE thực hiện quyết định cứng theo gi trị của từng lệnh TPC từ cc đoạn vơ tuyến khc nhau cho năm khe lin tiếp sau đồng chỉnh Sau đó UE rt ra lệnh TPC cho khe thứ năm theo nguyn tắc sau:

 Nếu gi trị trung bình của cc ước tính lệnh TPC tức thời lớn hơn 0,5, tăng cơng suất 1 dB

 Nếu gi trị trung bình của cc ước tính lệnh TPC tức thời nhỏ hơn 0,5, giảm cơng suất 1 dB

 Tri lại khơng thay đổi cơng suất Trong tính tốn đường ln, lệnh “tăng” được thể hiện bằng gi trị “+1” cịn lệnh

“giảm” bằng gi trị “-1”

Trong qu trình kết hợp, sau khi p dụng điều chỉnh cơng suất DPCH, tiu chuẩn yu cầu UE phải cĩ khả năng giảm cơng suất pht của mình ít nhất đến -50 dBm Giả sử cơng suất pht cực đại của UE l 21 dBm (250 mW), ta được dải động điều khiển cơng suất vo khoảng 70 dB

2.6.2 Điều khiển cơng suất vịng trong đường xuống

UE nhận BLER đích do RNC thiết lập cho DL PC vịng ngồi cng với cc thơng

số điều khiển khc UE so snh SIR ước tính với SIR đích Nếu ước tính lớn hơn đích,

UE pht lệnh TPC “giảm” đến Node B, ngược lại nĩ pht lệnh TPC “tăng” đến Node

B

Công suất phát đường

PO2

PO1

33

Nếu DPC_MODE = 0 UE pht một lệnh TPC cho mỗi khe, tri lại nĩ pht một lệnh TPC cho ba khe Cc lệnh TPC được pht trn UL DPCCH để điều khiển cơng suất của DL DPDCH v cc DPDCH tương ứng với nĩ bằng cng một lượng cơng suất

Dịch cơng suất của cc ký hiệu TFCI (PO1), TPC (PO2) v hoa tiu (PO3) của knh DL DPCCH so với knh DL DPDCH được cho ở hình (2.8)

Kích thước bước DL PC l một thơng số của qu trình quy hoạch mạng vơ tuyến cc bước cĩ thể l 0,5; 1; 1,5 hoặc 2 dB Bước bắt buộc tối thiểu l 1dB cịn cc bước khc l tuỳ chọn Nếu UE ở chuyển giao mềm SHO (Soft Hand Over), tất cả cc

ơ nối đến UE phải cĩ bước PC như nhau để trnh trơi cơng suất Trong trường hợp nghẽn, RNC cĩ thể lệnh cho Node B khơng thực hiện lệnh TPC “tăng” của UE

DL PC vịng trong trong qu trình HO mềm hơn hoạt động giống như trong trường hợp đoạn nối vơ tuyến Chỉ cĩ một DPCCH được pht ở đường ln, bo hiệu v phần số liệu nhận được từ cc anten khc nhau được kết hợp cho ký hiệu trong Node

3 dB

28 dB

Dải động DLPC

Dải động công suất

DL 18 dB

Công suất phát Node B cực đại

Công suất kênh

mã cực đại

Không kênh lưu lượng nào tích cực Công suất kênh thu mã tối thiểu

Hình 2.8. Dịch cơng suất (PO) để cải thiện chất lượng bo hiệu đường xuống

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com

B Trn đường xuống Node B điều khiển đồng thời cơng suất của tập đoạn nối vơ tuyến v chia luồng nhận được từ DCH-FP cho tất cả cc ơ tham gia vo HO mềm hơn

Trong SHO, DL PC vịng trong găäp hai vấn đề khc với trường hợp một đoạn nối vơ tuyến trơi cơng suất v pht hiện tin cậy cc lệnh TPC Hoạt động DL PC vịng trong trong khi SHO được minh hoạ trn hình (2.10)

Trơi cơng suất

MDC và phân chia

UL PC vòng ngoài +∆ SIR=f (BLER or BER) + Quản lý SIR đích

Nhánh bổ sung Nhánh chính Iub Iub

DL TPC

UE

+DPC_MODE=0: quyết định TPC trn từng khe +DPC_MODE=1: quyết định TPC trn 3 khe +Cơng suất = cơng suất +/- TPC

dB

+DPC_MODE=0: quyết định TPC trn từng khe +DPC_MODE=1: quyết định TPC trn 3 khe +Cơng suất = cơng suất+/- TPC

dB

+ RAKE MDC (MRC cc ký hiệu hoa tiu v số liệu) + So snh SIR ước tính với SIR đích hay TPC= 0 hay

1 + DPC_MODE = 1 một lệnh

SRNC