2 Điều chỉnh công suất trên đường truyền vềa Thăm dò truy nhập Một vấn đề cần phải giải quyết ngay trong việc điều chỉnh công suất đó là công suất phát ban đầu của máy di động.. b Vòng đ
Trang 1(2) Điều chỉnh công suất trên đường truyền về
(a) Thăm dò truy nhập
Một vấn đề cần phải giải quyết ngay trong việc điều chỉnh công suất đó là công suất phát ban đầu của máy di động Trước khi máy di động thiết lập liên hệ với trạm gốc, máy di động không thể được điều chỉnh công suất bởi trạm gốc Như vậy, câu hỏi
đặt ra là khi máy di động mới bắt đầu thử truy nhập vào trạm gốc thì mức công suất nào máy di động nên sử dụng để phát yêu cầu của nó ? ở thời điểm này, trạm gốc vẫn chưa tạo ra sự liên lạc với thuê bao di động và trạm gốc không biết vị trí của thuê bao
di động Có hai lựa chọn: lựa chọn thứ nhất là máy di động có thể thử truy nhập tới trạm gốc với một công suất cao Công suất cao như vậy sẽ làm tăng khả năng trạm gốc thu được yêu cầu truy nhập của máy di động Tuy nhiên, nhược điểm của việc phát công suất khởi đầu cao đó là công suất này sẽ gây nhiễu tới các thuê bao khác hiện
đang được quản lý trong ô Lựa chọn thứ hai là máy di động có thể yêu cầu truy nhập trạm gốc với một công suất phát thấp Công suất thấp như vậy sẽ làm giảm khả năng trạm gốc thu được yêu cầu truy nhập của máy di động Nhưng ưu điểm là máy di động này sẽ không gây nhiễu nhiều tới các thuê bao khác Giải pháp được chọn là khi máy di
động mới bắt đầu thử truy nhập hệ thống nó phát một chuỗi các thăm dò truy nhập.
Các thăm dò truy nhập là một chuỗi mức công suất phát tăng dần Máy di động phát thăm dò truy nhập đầu tiên của nó ở một mức công suất tương đối thấp, sau đó nó đợi một đáp ứng phản hồi từ trạm gốc Nếu sau một khoảng thời gian tuỳ ý máy di động không thu được một bản tin xác nhận từ trạm gốc thì máy di động phát thăm dò truy nhập thứ hai với một công suất hơi cao hơn Quá trình này sẽ lặp lại cho đến khi máy
di động thu được bản tin xác nhận phản hồi từ trạm gốc Ngoài ra, máy di động còn sử dụng mức công suất nó thu được từ trạm gốc để ước tính công suất ban đầu của nó Nói cách khác, nếu máy di động nhận được một tín hiệu mạnh từ trạm gốc thì nó cho rằng trạm gốc ở gần và như vậy nó sẽ phát khởi đầu với một mức công suất tương đối thấp Nếu máy di động nhận được một tín hiệu yếu từ trạm gốc thì nó cho rằng trạm gốc ở xa
và như vậy nó sẽ phát khởi đầu với một mức công suất tương đối cao
1
Trang 2(b) Vòng điều khiển mở
Quá trình đã mô tả ở trên được gọi là quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở, đó chỉ là một quá trình hoạt động điều khiển máy di động và không liên quan gì đến trạm gốc Quá trình điều khiển theo vòng mở này diễn ra liên tục sau khi trạm gốc xác nhận yêu cầu truy nhập của máy di động và sau khi máy di động bắt đầu phát trên một kênh lưu lượng
Sau khi một cuộc gọi được thiết lập và khi máy di động di chuyển trong phạm vi
ô, suy hao đường truyền giữa máy di động và trạm gốc sẽ liên tục thay đổi Kết quả là công suất thu tại máy di động sẽ thay đổi và hoạt động điều chỉnh công suất theo vòng
mở sẽ liên tục giám sát công suất thu của máy di động pr và sẽ tiếp tục điều chỉnh công suất phát của máy di động
Một chú ý quan trọng là quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở như đã mô tả ở trên dựa trên sự ước tính suy hao đường truyền đi Quá trình điều chỉnh công suất này được sử dụng để bù cho những thay đổi chậm và các ảnh hưởng của hiệu ứng che chắn (log-normal), trong đó có một sự tương quan giữa các suy hao trên đường truyền
đi và đường truyền về Tuy nhiên, do các đường truyền đi và về thường sử dụng các tần
số khác nhau (FDD), quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở là không đủ và quá chậm để bù cho hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh Lưu ý rằng hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh là phụ thuộc vào tần số và xảy ra trên mỗi khoảng nửa bước sóng Nói cách khác, do hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh là phụ thuộc vào tần số, chúng ta không thể sử dụng quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở ( trong đó giả thiết suy hao trên đường truyền hướng đi bằng với suy hao đường truyền hướng về ) để bù cho hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh
(c) Vòng điều khiển khép kín
Quá trình điều chỉnh công suất theo vòng khép kín được sử dụng để bù cho những dao động về công suất do hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh Nó là một vòng điều khiển khép kín trong đó liên quan đến cả trạm gốc và máy di dộng Mỗi khi máy di
động chiếm một kênh lưu lượng và bắt đầu thông tin với trạm gốc, quá trình điều chỉnh công suất theo vòng khép kín sẽ hoạt động cùng với quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở Trong quá trình điều chỉnh công suất theo vòng khép,
Trang 3trạm gốc liên tục giám sát đường truyền về và đo chất lượng đường truyền Nếu chất lượng đường truyền nhận được xấu thì trạm gốc sẽ ra lệnh cho máy di động, qua đường truyền đi, để tăng công suất Nếu chất lượng đường truyền là quá tốt thì
có nghĩa là công suất trên đường truyền về vượt mức, trong trường hợp này, trạm gốc sẽ ra lệnh cho máy di động giảm công suất Về mặt nguyên lý, tỷ lệ lỗi khung (FER) có thể dùng để chỉ thị về chất lượng đường truyền Nhưng vì cần một thời gian dài cho trạm gốc tích luỹ đủ các bít để tính toán FER nên Eb/No ( hoặc SIR)
được sử dụng làm thông tin để chỉ thị chất lượng đường truyền về
sau:
Quá trình điều chỉnh công suất theo vòng khép kín trên đường truyền về như
1 Trạm gốc liên tục giám sát Eb/No trên đường truyền về
2 Nếu Eb/No là quá cao ( tức là nếu nó vượt quá một ngưỡng nhất định) thì trạm gốc ra lệnh cho máy di động giảm công suất phát
3 Nếu Eb/No là quá thấp ( tức là nếu nó rớt xuống dưới một ngưỡng nhất
định) thì trạm gốc sẽ ra lệnh cho máy di động tăng công suất phát Trạm gốc gửi các lệnh điều chỉnh công suất tới máy di dộng qua đường truyền đi Các lệnh điều chỉnh công suất được đặt trong dạng các bít điều chỉnh công suất (PCBs) Lượng công suất của máy di động tăng và giảm trên mỗi PCB
thường là +1 dB và -1 dB Vì quá trình điều chỉnh công suất theo vòng khép kín là
để chống lại pha đinh Rayleigh nhanh nên đáp ứng của máy di động với các lệnh
điều chỉnh công suất này cần phải rất nhanh Vì lý do này, các PCB được gửi trực tiếp trên kênh lưu lượng Thực tế là các bít được Rút trộm (Robbed) ra khỏi kênh lưu lượng để gửi các PCB này
Có ba điểm bổ sung cho quá trình điều chỉnh công suất theo vòng khép kín.
Các bít điều chỉnh công suất không được bảo vệ chống lỗi Do các PCB được
ghép vào kênh lưu lượng hướng đi sau bộ mã hoá xoắn Vì thế, các PCB không
được bảo vệ chống lỗi Điều này được thực hiện để giảm trễ cố hữu khi giải mã và tách ra các bít bảo vệ chống lỗi Cần nhớ là điều chỉnh công suất theo vòng khép kín
được sử dụng để chống lại hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh; các PCB không được bảo vệ chống lỗi để máy di động có thể nhanh chóng thu lại PCB và điều chỉnh công
Trang 4suất phát của nó cho phù hợp Hậu quả là xác suất lỗi bít đối với kênh phụ điều chỉnh công suất có thể cao hơn so với kênh lưu lượng nếu không có sự dự phòng đặc biệt
Điều chỉnh công suất theo vòng khép kín có một vòng trong và một vòng ngoài Đến đây chúng ta mới chỉ mô tả vòng trong của quá trình điều chỉnh công
suất theo vòng kín Tiền đề của quá trình điều khiển vòng trong là có tồn tại một ngưỡng SIR được xác định trước bởi các quyết định tăng giảm công suất được tạo ra
Do chúng ta luôn cố duy trì một FER có thể chấp nhận được và do trong một môi trường di động không có sự tương quan một-một giữa FER và Eb/No, nên giá trị ngưỡng Eb/No cần phải được điều chỉnh động để duy trì một FER có thể chấp nhận
được Việc điều chỉnh ngưỡng Eb/No này ( đã sử dụng bởi điều chỉnh công suất vòng trong) được xem như vòng ngoài của quá trình điều chỉnh công suất theo vòng khép kín (xem hình 2.16) Quá trình điều khiển vòng ngoài không được qui định theo tiêu chuẩn và mỗi nhà sản xuất cơ sở hạ tầng tự do thực hiện các thuật toán điều chỉnh công suất vòng ngoài của chính họ Lưu ý rằng các thuật toán này hầu như luôn là
độc quyền của nhà sản suất
Vòng Ngoμi
Điều chỉnh ngưỡng E b /N o
Ngưỡng
E b /N o
Vòng trong
1 Đo E b /N o
2 So sánh với E b /N o
ngưỡng
3 Quyết định giá trị PCB cần gửi đi
Hình 2.16 Vòng điều khiển trong và vòng điều khiển ngoài
Điểm cuối cùng liên quan tới sự điều chỉnh công suất theo vòng khép kín trong quá trình chuyển giao mềm Trong quá trình chuyển giao mềm một máy di
động duy trì liên lạc với hai hoặc ba trạm gốc khi nó chuyển tiếp giữa chúng Trong thời gian chuyển giao mềm, máy di động thu các lệnh điều chỉnh công suất
từ hai hoặc ba trạm gốc và các lệnh này có thể có sự xung đột (tức là, một trạm gốc có thể yêu cầu máy di động tăng công suất trong khi các trạm gốc khác lại có thể yêu cầu máy di động giảm công suất) Trong tình huống này, máy di động tuân theo qui luật sau: nếu bất cứ một trạm gốc nào ra lệnh cho máy di động giảm