Quản lý tài nguyên vô tuyến trong WCDMA

Các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) chịu trách nhiệm sử dụng 1 cách hiệu quả tài nguyên giao diện vô tuyến. Cần phải có RRM để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS), duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định và để cung cấp dung lượng cao. Trong các mạng 3G, việc phân bố tài nguyên và định cỡ quá tải của mạng không còn khả thi nữa do các nhu cầu không dự đoán trước và các yêu cầu khác nhau của các dịch vụ khác nhau. Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần : Đặt cấu hình và đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến. Việc đặt cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tài nguyên một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đang đưa đến hệ thống để cho mạng không bị quá tải và duy trì tính ổn định. Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiện trong mạng 3G vì sự di chuyển của người sử dụng. Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trong phạm vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện. Chức năng này có nhiệm vụ đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanh chóng và có thể điều khiển được. Các thuật toán RRM có thể được chia thành điều khiển chuyển giao, điều khiển công suất, điều khiển truy nhập, điều khiển tải, và các chức năng lập lịch gói.

Third Generation Cellular

Advanced Mobile Phone SystemAdaptive Multi-Rate

Bit Error RateBlock Error RateBinary Phase Shift KeyingBase Station

Base Station ControllerBase Station Identity Code

Code Division Multiple AccessCore Network

Common pilot channelChannel Switch

Down linkDelicated Physical ChannelFrequency Division Duplex

Gateway GPRS Support Node Gateway Mobile Switching Centre

Global System of Mobile

Hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ ba

Tỷ số lỗi bit

Tỷ số lỗi blockĐiều chế pha nhị phânTrạm gốc

Bộ điều khiển trạm gốcGiải mã nhận dạng trạm gốc

Đa truy cập phân chia theo mãMạng lõi

Kênh hoa tiêu chungChuyển mạch kênh

Đường xuốngKênh vật lý dành riêngSong công phân chia theo tần số

Node hỗ trợ cổng GPRSTrung tâm chuyển mạch cổng di động

Hệ thống thông tin di động toàn

Integated Service Digital NetworkInternational Telecomunication Union

Medium Access ControlMoblile EquipmentMobile StationMobile Switching CentreMobile Telephone SystemNordic Mobile Telephone

Orthogonal variable spreading factor

Packet Data Convergence Protocol

Public land mobile networkPacket Switch

Primary synchronisation channelPublic Switch Telephone Network

Quality of ServiceQuadrature Phase Shift Keying

Thanh ghi định vị thường trúChuyển giao

Truy nhập gói đường xuống tốc

độ caoTruy nhập gói tốc độ caoTruy nhập gói đường lên tốc độ cao

Tiêu chuẩn viễn thông di động toàn cầu 2000

Hệ thống điện thoại di động pháttriển

Mạng số tích hợp đa dịch vụLiên minh viễn thông quốc tế

Điều khiển truy nhập trung gianThiết bị nhận dạng thuê bao Máy di động

Trung tâm chuyển mạch di động

Hệ thống điện thoại di độngĐiện thoại di động Bắc Âu

Hệ số trải phổ biến đổi trực giao

Giao thức hội tụ dữ liệu gói

Mạng di động mặt đất công cộngChuyển mạch gói

Kênh đồng bộ sơ cấpMạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Chất lượng dịch vụĐiều chế pha cầu

System frame numberServing GPRS Support NodeSignal to Interference RatioSignal Noise Ratio

Secondary synchronisation channel

Site selection diversity transmission

Space-time block coding based transmit diversity

Total Access Communication System

Time Division Duplex Time switched transmi diversity

User Equipment

Up linkUniversal Mobile Telecommunication SystemUMTS Subscriber Indentity Module

Universal Terrestrial Radio Access

UMTS Terrestrial Radio Access Network

Visitor Location Register

Wideband Code Division MultipleAccess

Điều khiển kết nối vô tuyếnĐiều khiển mạng vô tuyếnPhân hệ mạng vô tuyếnĐiều khiển tài nguyên vô tuyếnQuản lý tài nguyên vô tuyến

Số hiệu khung hệ thốngNode hỗ trợ dịch vụ GPRS

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

Tỷ số tín hiệu trên tạp âmKênh đồng bộ thứ cấp

Truyền dẫn phân tập lựa chọn site

Phân tập phát dựa trên mã khối thời gian- không gian

Hệ thống thông tin truy nhập tổng

Song công phân chia theo thời gian

Phân tập phát chuyển mạch theo thời gian

Thiết bị người sử dụngĐường lên

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Module nhận dạng thuê bao UMTS

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đấtUMTS

Thanh ghi định vị tạm trú

Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu thông tin ngày càng đòi hỏi cấpbách đối với cuộc sống con người Hiện tại và trong thời gian tới, yêu cầu pháttriển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, internet và đặc biệt là các loại hìnhdịch vụ di động ngày một tăng và không thể tách rời đời sống xã hội Để đápứng sự phát triển đó, các hệ thống thông tin di động đòi hỏi phải có cấu trúc hiệnđại, linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu cầu về dịch vụ đa phương tiện Do đómạng thông tin di động thế hệ thứ 3 đã và đang được phát triển mạnh mẽ tại ViệtNam để cung cấp dịch vụ truyền thông chất lượng cao Và một trong nhữngnhiệm vụ cốt lõi trong triển khai hệ thống thông tin di động thứ 3 là quản lý tàinguyên vô tuyến (RRM), đó cũng là nội dung của đề tài mà em tìm hiểu trong

đồ án tốt nghiệp của mình

Các thuật toán RRM chịu trách nhiệm sử dụng 1 cách hiệu quả tài nguyêngiao diện vô tuyến Cần phải có RRM để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS),duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định và để cung cấp dung lượng cao

Trong các mạng 3G, việc phân bố tài nguyên và định cỡ quá tải của mạngkhông còn khả thi nữa do các nhu cầu không dự đoán trước và các yêu cầu khácnhau của các dịch vụ khác nhau Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần :Đặt cấu hình và đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến

Việc đặt cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tàinguyên một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đang đưa đến hệ thống để chomạng không bị quá tải và duy trì tính ổn định Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiệntrong mạng 3G vì sự di chuyển của người sử dụng

Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trongphạm vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện Chức năng này cónhiệm vụ đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanhchóng và có thể điều khiển được

Các thuật toán RRM có thể được chia thành điều khiển chuyển giao, điềukhiển công suất, điều khiển truy nhập, điều khiển tải, và các chức năng lập lịchgói.

Phạm vi đồ án sẽ trình bày về điều khiển công suất và chuyển giao.Chương 1 sẽ trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G Điều khiểncông suất giữ cho nhiễu ở mức tối thiểu trong giao diện vô tuyến và đáp ứng cácyêu cầu chất lượng dịch vụ, được mô tả tại chương 2 Chuyển giao trong các hệthống di động giúp xử lý vấn đề di chuyển của các thiết bị người dùng (UE) quacác biên giới tế bào, được trình bày tại chương 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

1.1 Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động

Cuối thế kỷ XIX, các thí nghiệm của nhà bác học người Italia MarconiGuglielmo đã cho thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thuphát ở xa nhau và di động Năm 1902, Marconi thử nghiệm thành công liên lạc

vô tuyến giữa 2 bờ Đại Tây Dương Năm 1928, sở cảnh sát Detroit đã thành lậptrung tâm liên lạc vô tuyến di động giữa một trạm trung tâm với các máy diđộng trên xe, nhưng chất lượng thông tin di động hồi đó rất kém

Năm 1935 Amstrong phát minh ra kỹ thuật điều tần áp dụng cho thông tin

di động, có khả năng chống nhiễu rất lớn Năm 1946 tại Mỹ đã triển khai hệthống MTS với đặc điểm là trung tâm có công suất lớn và anten đặt rất cao Tuynhiên nó tồn tại một số nhược điểm như là: hạn chế việc sử dụng lại tần số dẫnđến số cuộc gọi đồng thời hạn chế, ở chế độ bán song công, không có chuyểngiao cuộc gọi Năm 1960 với sự ra đời của hệ thống IMTS đã cải tiến được cuộcgọi hoàn toàn tự động, số kênh tăng từ 3 kênh lên 23 kênh

Khái niệm tế bào do D.H.Ring đề xuất được các kỹ sư của hãng Bell pháttriển với ý tưởng: chia vùng phủ sóng ra thành nhiều khu vực nhỏ, mỗi khu vực

sẽ được đặt một trạm trung tâm với công suất nhỏ hơn Do vậy sau mỗi khoảngcách nhất định ta có thể sử dụng lại tần số Các trạm gốc được nối với nhau quađường dây vào trung tâm chuyển mạch di động MSC Máy di động MS có thể dichuyển từ tế bào này sang tế bào khác, gọi là quá trình chuyển giao cuộc gọi

HO Tuy nhiên việc quản lý và chuyển giao cuộc gọi rất phức tạp

Năm 1978 tại Chicago đã thử nghiệm hệ thống di động tế bào Năm 1979

hệ thống thông tin di động tế bào đầu tiên mới được triển khai và đưa vào phục

vụ tại Nhật do hãng NTT Những năm thập kỷ 1980 đã chứng kiến sự ra đời củamột số hệ thống tế bào tương tự thường được gọi là các mạng vô tuyến di độngmặt đất công cộng PLMN, làm việc ở dải UHF, các mạng này cho thấy sự thayđổi vượt bậc về sự phức tạp của hệ thống thông tin liên lạc dân sự Chúng cho

phép người sử dụng có được các cuộc đàm thoại trong khi di động với bất kỳ đốitượng nào có nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN hoặc cácmạng đa dịch vụ số ISDN Năm 1981 hệ thống NMT được triển khai tại bán đảoScanđinavơ Năm 1983 hệ thống AMPS đã được triển khai tại Mỹ Năm 1985 hệthống TACS được triển khai tại Anh Nhược điểm cơ bản nhất của hệ thốngthông tin di động tế bào thế hệ một là: dung lượng hệ thống còn thấp, các hệthống không tương thích nhau

Trong những năm 1990 đã có những bước tiến hơn nữa trong thông tin diđộng với việc áp dụng các mạng tế bào số và các hệ thống không dây số Ngoàicác dịch vụ điện thoại truyền thống, các hệ thống vô tuyến di động số thế hệ hai

sẽ cung cấp một mảng các dịch vụ mới khác như tiếng nói, truyền số liệu, truyềnfax, truyền các tin ngắn,…Năm 1991 hệ thống GSM đã được triển khai tại Châu

Âu Năm 1993 hệ thống IS-95 được đưa vào khai thác tại Mỹ Tuy nhiên tốc độtruyền dữ liệu thấp 14,4 kb/s Thông tin di động đã và đang phát triển hết sứcmạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới, càng ngày càng tiến tới chia sẻ thị trường

và thay thế từng mảng các dịch vụ thông tin cố định

Để khắc phục những hạn chế của hệ thống thông tin di động tế bào thế hệhai, như hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu thấp chỉ khoảng 14,4 kb/s, hệ thốngthông tin di động tế bào thế hệ ba đã ra đời trên cơ sở từ hệ thống thế hệ hai Đó

là hệ thống EDGE phát triển lên từ hệ thống GSM, tốc độ có thể lên tới 473kb/s Hệ thống CDMA 2000, 1x, 3x phát triển lên từ IS-95, tốc độ truyền lên tới

2 Mb/s Từ năm 1997, liên minh viễn thông quốc ITU đã xây dựng tiêu chuẩnchung cho thông tin di động thứ ba trong dự án IMT-2000 Mục đích của IMT-

2000 là xây dựng tiêu chuẩn chung nhất cho các hệ thống thông tin di động toàncầu, phục vụ nhiều loại hình dịch vụ với tốc độ tối đa lên tới 2 Mb/s Từ năm

2002, các hệ thống IMT 2000 sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo

mã băng rộng (W-CDMA) bắt đầu được khai thác W-CDMA là công nghệ xâydựng trên cơ sở kỹ thuật trải phổ, với tốc độ tối đa đạt được là 2 Mbps Thực tế

hệ thống này chỉ cung cấp được các dịch vụ dữ liệu với chất lượng cao ở 384

Kbps Chính vì vậy, để đáp ứng các yêu cầu về băng thông và chất lượng ngàycàng cao của con người, các hệ thống thông tin di động tiếp theo được nghiêncứu Các tổ chức viễn thông quốc tế cũng như một số nhà khai thác di độnghàng đầu trên thế giới tiếp tục nghiên cứu , đề xuất và thử nghiệm các công nghệcủa mình Điển hình là các công nghệ truy nhập gói tốc độ cao (HSPA), baogồm truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) và truy nhập gói tốc độcao đường lên (HSUPA) Các công nghệ này cho phép nâng cao tốc độ truyềndẫn dữ liệu của hệ thống UMTS HSDPA được 3GPP phát triển trong phiên bảnRel’5, có thể nâng cao tốc độ dữ liệu đường xuống lên tới 14,4 Mbps (về mặt lýthuyết) và gia tăng đáng kể dung lượng của mạng di động HSUPA là bước pháttriển mới cho các mạng UMTS được giới thiệu trong phiên bản Rel’6 của 3GPP.Mục tiêu của HSUPA là tăng tốc độ truyền dẫn gói dữ liệu ở đường lên tới 5,76Mbps Hơn nữa, HSUPA cũng sẽ tăng dung lượng và giảm trễ Sự kết hợp của

cả hai công nghệ HSDPA và HSUPA sẽ mang lại những lợi ích to lớn, cho phéptruyền tải dữ liệu gói tối ưu ở cả đường xuống và đường lên Truy nhập gói tốc

độ cao (HSPA) là bước phát triển đầu tiên của hệ thống W-CDMA và là mộtphần của hướng phát triển cải tiến 3G trong họ công nghệ GSM Phần lớn cácmạng W-CDMA sẽ tương thích với việc nâng cấp lên HSPA để cung cấp chấtlượng băng rộng di động tốc độ cao

1.2 Giới thiệu về W-CDMA

1.2.1 Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế hệ thống đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA

Các yêu cầu đối với IMT-2000 bao gồm tính linh hoạt, tính kinh tế và cáckhả năng truyền số liệu tốc độ cao Yêu cầu hoạt động tối thiểu về tốc độ truyềndẫn là 2 Mbps ở môi trường trong nhà, 384 Kbps trong chế độ đi bộ và 144Kbps ở chế độ di chuyển bằng xe Đối với hệ thống vô tuyến, phương pháp đatruy nhập phân chia theo mã băng rộng (W-CDMA)- phương pháp có thể thựchiện tốt các yêu cầu đã nêu- được đề xuất là giao diện vô tuyến Điểm đáng chú

ý của IMT-2000 là nó mang tính toàn cầu hơn các chuẩn khác và nhiều nỗ lựcnghiên cứu đã được tiến hành để hợp các chuẩn có tính cạnh tranh khác nhautrong quá trình chuẩn hóa IMT-2000 có vai trò quan trọng trong việc phát triểnmột giao diện vô tuyến chung toàn cầu để đảm bảo sự chia sẻ các thiết bị đầucuối W-CDMA đã được phê chuẩn là một trong các giao diện trong khuyếnnghị của tổ chức viễn thông quốc tế (ITU), trong đó nó được gọi là hệ thống trảiphổ trực tiếp IMT-2000.

Về các dịch vụ, một trong những mục tiêu chính là cung cấp đầy đủ cácchức năng đa phương tiện trong thế giới thông tin di động Khả năng truyền dẫntốc độ cao sẽ biến mục tiêu này thành khả thi đối với hệ thống di động W-CDMA Theo các tốc độ truyền số liệu khác nhau, cung cấp đồng thời nhiềudịch vụ và đáp ứng được cả các dịch vụ chuyển mạch gói (PS) cũng như cácdịch vụ chuyển mạch kênh (CS) W-CDMA là một phương thức hiệu quả để đápứng tốt các yêu cầu này

Băng tần sử dụng theo IMT-2000 là băng tần 2 GHz, do băng tần này làcao hơn so với băng tần 800 MHz sử dụng trong các hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ hai (2G) nên về mặt lý thuyết thì việc thiết kế các ô có bán kính lớn làkhó hơn do suy hao truyền lan sóng Hơn nữa, các yêu cầu về thiết kế đườngtruyền cũng nghiêm ngặt hơn do nhu cầu truyền tin lớn hơn cho các dịch vụ sốliệu tốc độ cao làm tăng các yêu cầu về công suất phát Do đó, việc xây dựngmột hệ thống có tính kinh tế trở thành một mục tiêu quan trọng trong kế hoạchphát triển nhằm đảm bảo vùng phủ sóng tương đương với cùng một số trạm gốcnhư hệ thống di động 2G hiện có Để làm được điều này đòi hỏi phải ứng dụngnhiều công nghệ khác nhau

1.2.2 Tính năng, tham số của W-CDMA

Có hai chế độ song công là FDD (Frequency Division Duplex - Songcông phân chia theo tần số) và TDD (Time Division Duplex - Song công phânchia theo thời gian) Trong chế độ song công phân chia theo tần số, thông tin

được trải trên dải thông xấp xỉ 5 MHz với tốc độ chíp 3,84 Mchip/s Trong chế

độ song công phân chia theo thời gian có 2 tùy chọn được xác định Trong 1 tùychọn, thông tin được trải trên dải thông xấp xỉ 5 MHz với tốc độ chíp 3,84Mchip/s Trong tùy chọn kia, thông tin được trải trên dải thông xấp xỉ 1,6 MHzvới tốc độ chíp 1,28 Mchip/s và tùy chọn này chủ yếu dựa trên công nghệ antenthông minh Chiều dài khung là 10ms, mỗi khung chia thành 15 khe (2560chip/khe với tốc độ chip 3,84 Mchip/s) Hệ số trải phổ thay đổi từ 256 đến 4 ởđường lên và từ 512 đến 4 ở đường xuống Vì thế tốc độ điều chế symbol tươngứng là từ 960 k symbol/s đến 15 k symbol/s (7,5 k symbol/s) cho FDD đườngxuống Hệ số trải phổ biến đổi trực giao OVSF mã kênh được sử dụng cho phânkênh từ nguồn chung Ở đường xuống, mã Gold với chu kỳ 10ms (38400 chipvới 3,84 Mc/s) được sử dụng để phân biệt các tế bào khác nhau Ở đường lên,

mã Gold với chu kỳ 10ms, hay lựa chọn mã ngắn với chu kỳ 256 chip, được sửdụng để phân biệt người dùng khác nhau

Trong W-CDMA, điều khiển công suất được thực hiện cho cả đường lên

và đường xuống Điều khiển công suất đường xuống nhằm tối thiểu nhiễu đếncác tế bào khác, bù nhiễu do các tế bào khác gây ra cũng như nhằm đạt đượcmức SNR (tỷ số tín/tạp) yêu cầu

Tuy nhiên, điều khiển công suất đường xuống không thực sự cần thiết nhưđiều khiển công suất đường lên Điều khiển công suất đường lên nhằm khắcphục hiệu ứng xa gần bằng cách duy trì mức công suất truyền dẫn của các máy

di động trong tế bào như nhau tại tại máy thu trạm gốc với cùng một QoS Hệthống W-CDMA sử dụng hai phương pháp điều khiển công suất: Điều khiểncông suất vòng mở và điều khiển công suất vòng kín

Có 3 lựa chọn cho mã hoá kênh: dùng mã xoắn, dùng mã Turbo haykhông dùng mã kênh Việc chọn phương pháp mã hóa được quyết định bởi cáclớp cao hơn Bit chèn được sử dụng để ngẫu nhiên hóa các lỗi truyền dẫn Điềuchế kết hợp là QPSK Khoảng cách sóng mang là 200 KHz và có thể nằm trong

khoảng từ 4,2 đến 5,4 MHz W-CDMA thực hiện chuyển giao mềm và chuyểngiao khác tần số.

Bảng 1.1: Các tham số của W- CDMA

Băng thông kênh 5 MHz

Điều chế trải phổ Điều chế QPSK cân bằng(đường xuống)

Điều chế QPSK (đường lên)Mạch trải phổ tổ hợp

Điều chế dữ liệu QPSK(đường xuống)

BPSK(đường lên)

Tách sóng Coherent Tín hiệu lái được ghép theo thời gian dành cho

người sử dụng (ở cả đường lên và đường xuống), tínhiệu lái chung ở đường xuống

Ghép kênh đường

xuống

Ghép theo thời gian cho các kênh điều khiển vàkênh dữ liệu

Ghép kênh đường lên Ghép theo thời gian cho các kênh dẫn đường và

kênh điều khiển

Ghép kênh I & Q cho các kênh điều khiển và kênh

dữ liệu

Đa tốc độ Biến đổi mã trải phổ đa mã

Hệ số trải phổ 4-256 (đường lên),4-512 (đường lên)

Điều khiển công suất Điều khiển công suất vòng mở

Điều khiển công suất vòng kín Trải phổ đường xuống Mã OVSF cho phân kênh (mã dài)

Mã Gold 218

-1 cho tế bào và phân biệt kênh ngườidùng (chu kỳ 10ms)

Trải phổ đường lên Mã OVSF , mã Gold 241

cho phân biệt kênh ngườidùng (dịch thời gian khác nhau ở kênh I và kênh Q,chu kỳ 10ms)

Chuyển giao Chuyển giao mềm

Chuyển giao khác tần số

1.2.3 Mô hình phân lớp

Các thủ tục giao diện vô tuyến thực hiện chức năng thiết lập, duy trì vàgiải phóng kết nối vô tuyến trong mạng UTRA (Universal Terrestrial RadioAccess – Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu) Chúng thực hiện các chức năngcủa 3 lớp đầu (lớp vật lý – L1, lớp liên kết dữ liệu – L2, lớp mạng – L3) trong

mô hình OSI tương ứng Cấu trúc thủ tục giao diện vô tuyến của hệ thống

UMTS được cho trên hình 1.1

Hình 1 1: Mô hình phân lớp.

Trên hình 1.1, lớp liên kết L2 bao gồm các phân lớp: điều khiển truy nhậptrung gian (MAC), điều khiển liên kết vô tuyến (RLC), thủ tục hội tụ gói số liệu(PDCP) và lớp điều khiển quảng bá (BMC) Lớp cao nhất là lớp điều khiển tàinguyên vô tuyến (RRC) tương ứng với lớp mạng trong mô hình OSI Giao diệngiữa các lớp và các phân lớp được thực hiện thông qua các điểm truy nhập dịch

vụ (SAP) Các kênh truyền dẫn được truyền qua các điểm truy nhập dịch vụ giữa

PDCP PDCP

lớp vật lý (L1) và phân lớp điều khiển truy nhập trung gian (MAC) để thực hiệnviệc giao tiếp giữa lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu (L2) Các kênh logic thựchiện việc giao tiếp trong L2 giữa các phân lớp MAC và RLC Còn các kênh vật

lý được truyền bên trong lớp vật lý

1.2.4 Cấu trúc mạng

Theo các đặc tả của IMT-2000, ba khối cơ bản tạo thành UMTS là: thiết

bị người dùng (UE); mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) vàmạng lõi (CN) Các phần tử được đấu nối với nhau và với mạng ngoài khi cầnthiết

Hình 1 2: Cấu trúc mạng UMTS

RNS RNS

Thiết bị người dùng (UE) cung cấp phương tiện để người dùng truy nhậpvào hệ thống Nó gồm thiết bị di động (ME) và modul nhận dạng thuê baoUMTS (USIM).

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) bao gồm một tập cácphân hệ mạng vô tuyến (RNS), mỗi phân hệ bao gồm bộ điều khiển mạng vôtuyến (RNC) và một hoặc nhiều thực thể gọi là nút B RNC hỗ trợ điều khiểntruy nhập vô tuyến, điều khiển kết nối, định vị địa lý và chuyển tiếp kết nối truynhập Nó sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến trong miền của nó, tạothành điểm truy nhập dịch vụ cho các tất cả các dịch vụ mà UTRAN cung cấpcho CN Về logic nó tương ứng với thực thể đã biết rõ là BSC

Mạng lõi (CN) có chức năng hỗ trợ liên lạc với UTRAN và với các CNkhác Nó cung cấp phương tiện để hỗ trợ tính di động người dùng và các dịch vụngười dùng Một vài phần tử có thể tạo nên CN Cụ thể, các phần tử dùng chocác dịch vụ chuyển mạch kênh là các phần tử của hệ thống 2G, trong khi đó cácphần tử dùng cho dịch vụ chuyển mạch gói là các phần tử của công nghệ GPRS.Các phần tử cơ bản của CN, là MSC/VLR, HLR, GMSC, nút hỗ trợ dịch vụGPRS (SGSN), nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN)

Trong hình 1.2, các kết nối đến mạng ngoài bao gồm kết nối với dịch vụchuyển mạch kênh như là PLMN, PSTN, ISDN và các kết nối với dịch vụchuyển mạch gói như là Internet Mặt khác, các giao diện khác nhau giữa cácphần tử này được xác định; các giao diện mở chính là giao diện Cu, Uu, Iu, Iub,Iur Các giao diện mở cho phép các nhà khai thác thiết lập thiết bị của họ với cácphần tử từ các nhà sản xuất khác nhau

Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa USIM và ME và được xác địnhtrên cơ sở

các đặc tả vật lý bao gồm kích thước, tiếp điểm, chỉ tiêu điện, giao thức… Giaodiện này tuân theo định dạng tiêu chuẩn đối với các thẻ thông minh

Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến giữa ME và UTRAN

Giao diện Iu: Đây là giao diện giữa UTRAN và CN, tồn tại trong hai trường

hợp Cụ thể là chuyển mạch kênh Iu (Iu CS) và chuyển mạch gói Iu (Iu PS) Iu

CS nối UTRAN đến miền chuyển mạch kênh của CN, còn Iu PS nối UTRANđến miền chuyển mạch gói của CN.

Giao diện Iur: Đây là giao diện giữa các RNC của các RNS khác nhau Nó có

thể được chuyển chở trên kết nói vật lý trực tiếp giữa các RNC hoặc qua mạngchuyên chở thích hợp bất kỳ Iur ban đầu được thiết kế để hỗ trợ chuyển giaomềm liên RNC

Giao diện Iub: Đây là giao diện giữa nút B và RNC Giao diện này hỗ trợ tất cả

các thủ tục vận hành logic và bảo dưỡng (O&M) của nút B, như là cấu hình vàquản lý lỗi Nó cũng hỗ trợ tất cả các báo hiệu qua các cổng điều khiển dànhriêng để xử lý ngữ cảnh của UE đã cho Sau khi liên kết vô tuyến đã được thiếtlập cho UE này

1.2.5 Các công nghệ then chốt trong W-CDMA

Sử dụng chế độ không đồng bộ giữa các BS và phân chia mã đườngxuống

Chế độ không đồng bộ được áp dụng khi không cần duy trì một quá trìnhđồng bộ chính xác giữa tất cả các BS Nó được sử dụng nhằm mục đích đảm bảo

dễ dàng triển khai phủ kín sóng bởi các BS cho cả môi trường truyền sóng trongnhà và ngoài trời

Cấu trúc hoa tiêu

Quá trình tách sóng nhất quán nhất quán có sự trợ giúp của ký hiệu hoatiêu được áp dụng không chỉ với đường xuống mà với cả đường lên Các ký hiệuhoa tiêu trong đường xuống được ghép theo thời gian với các ký hiệu số liệu đểgiảm thiểu độ trễ cho quá trình điều khiển công suất phát và đơn giản hóa quátrình thu trong UE Ký hiệu hoa tiêu đã sử dụng cho các kênh riêng ghép theothời gian trong đường xuống cũng có hiệu quả trong quá trình điều chỉnh côngsuát phát nhanh ở đường xuống

Mặt khác, đối với đường lên các ký hiệu số liệu được ghép vuông pha(I/Q) với các ký hiệu hoa tiêu Hay nói cách khác, chúng được điều chế BPSK

và được kết hợp ở hai trạng thái pha 0 và π / 2 Điều này làm cho các quá trình

truyền dẫn tốc độ biến thiên ở đường lên được liên tục và không thay đổi bấtthường Nó cũng giảm thiểu hệ số đỉnh trong dạng sóng truyền dẫn và giảm bớtcác yêu cầu cho bộ khuếch đại phát trong UE Đối với đường xuống, kênh hoatiêu chung CPICH đã được sử dụng để giải điều chế các kênh chung cũng được

sử dụng để giải điều chế các kênh riêng Các ký hiệu hoa tiêu riêng được ghéptrên các kênh riêng cũng là một giải pháp hữu hiệu để đảm bảo khả năng mởrộng, khả năng ứng dụng các anten thích nghi và các công nghệ khác để pháttriển hơn nữa

Phương pháp truyền gói

Khi mà truyền gói trở thành kỹ thuật then chốt đối với các dịch vụ 3G thìnhiều nghiên cứu khác nhau đã được tiến hành trên các công nghệ truyền W-CDMA chọn giải pháp sử dụng hệ thống có khả năng chuyển đổi thích ứng giữacác kênh chung và các kênh riêng theo lưu lượng số liệu

Khi lượng số liệu cần truyền lớn thì việc ấn định kênh riêng DPCH là hiệuquả hơn và công suất sử dụng là thấp nhất nhờ quá trình điều khiển công suấtphát Ngược lại, khi lượng số liệu cần truyền nhỏ và lưu lượng thay đổi đột ngột

sẽ chuyển đổi thích ứng giữa các kênh chung và kênh riêng theo lưu lượng sốliệu

Các phương pháp khác cũng được sử dụng, bao gồm phương pháp dùngkênh chia sẻ (chung) đường xuống, trong đó một kênh đường xuống được chia

sẻ bởi nhiều thuê bao Các kênh riêng tốc độ thấp được gắn vào kênh chia sẻđường xuống Các kênh điều khiển vật lý trên các kênh riêng này thực hiện việcđiều khiển và chỉ ra thông tin cần để giải mã kênh chia sẻ Kênh chia sẻ đườngxuống được tin cậy để truyền số liệu tốc độ cao ở đường xuống một cách hiệuquả

Phân tập truyền dẫn

Một số công nghệ phân tập truyền dẫn đã được nghiên cứu và sau đó được

áp dụng để nâng cao hiệu suất gồm: phương pháp phân tập anten phát chuyển

mạch thời gian (TSTD) và phân tập anten phát dựa trên mã khối thời không gian (STTD) dạng vòng mở- trong đó không sử dụng vòng hồi tiếp.TSTD chuyển đổi anten phát trong mỗi khe, ngược lại STTD cải thiện hiệu quảsửa lỗi nhờ việc ngẫu nhiên hóa các lỗi tại điểm thu bằng cách mã hóa số liệugiống nhau và gửi đồng thời chúng tới hai anten phát Dạng vòng kín, được ápdụng với các kênh riêng sẽ làm giảm ảnh hưởng của pha đinh bằng cách điềuchỉnh pha sóng mang phát ra từ hai anten theo tín hiệu tham chiếu phản hồi từ

gian-UE tại điểm thu

Với những đặc điểm như vậy, hệ thống truyền thông di động toàn cầuUMTS (W- CDMA) có tốc độ lý thuyết tối đa đạt được là 2 Mbps, nhưng trênthực tế, hệ thống này chỉ cung cấp được tốc độ đạt tới 384 Kbps

1.3 Kết luận chương

Trong chương này, chúng ta đã đi vào giới thiệu sự hình thành và pháttriển của hệ thống thông tin di động và có cái nhìn tổng quan về WCDMA, baogồm các yêu cầu và mục tiêu thiết kế hệ thống WCDMA, tính năng và tham sốcủa WCDMA, mô hình phân lớp, cấu trúc mạng, các công nghệ then chốt trongWCDMA Đây sẽ là cơ sở để đi sâu hơn vào 2 kỹ thuật quan trọng trong RRMWCDMA là điều khiển công suất và chuyển giao, sẽ được trình bày trong haichương sau

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Trong các phần sau đây sự cần thiết của điều khiển công suất nhanh vàđiều khiển công suất ngoài vòng lặp sẽ được biểu diễn qua mô phỏng Hai khíacạnh đặc biệt của điều khiển công suất nhanh được trình bày chi tiết tại mục 2.1:mối quan hệ giữa điều khiển công suất nhanh và phân tập; điều khiển công suấtnhanh trong chuyển giao mềm

2.1 Ý nghĩa của điều khiển công suất

Để minh hoạ việc điều khiển công suất cần thiết như thế nào trong hệthống WCDMA, chúng ta xem xét một ô đơn lẻ có hai thuê bao giả định Thuêbao 1 gần trạm gốc hơn thuê bao 2 Nếu không có điều khiển công suất, cả haithuê bao sẽ phát một mức công suất cố định p, tuy nhiên do sự khác nhau vềkhoảng cách nên công suất thu từ thuê bao 1 là pr1 sẽ lớn hơn thuê bao 2 là pr2.Giả sử rằng vì độ lệch về khoảng cách như vậy mà pr1 lớn gấp 10 lần pr2 thìthuê bao 2 sẽ chịu một sự bất lợi lớn

Nếu tỷ số SNR yêu cầu là (1/10) thì chúng ta có thể nhận ra sự chênh lệchgiữa các SNR của hai thuê bao Nếu chúng ta bỏ qua tạp âm nhiệt thì SNR củathuê bao 1 sẽ là 10 và SNR của thuê bao 2 sẽ là (1/10) Thuê bao 1 có một SNRcao hơn nhiều và như vậy nó sẽ có được một chất lượng rất tốt, nhưng SNR củathuê bao 2 chỉ vừa đủ so với yêu cầu Sự không cân bằng này được xem là bàitoán “xa-gần” kinh điển trong một hệ thống đa truy cập trải phổ

Hệ thống nói trên được coi như đã đạt tới dung lượng của nó Lý do lànếu chúng ta thử đưa thêm một thuê bao thứ 3 phát cùng mức công suất p vàobất cứ chỗ nào trong ô thì SNR của thuê bao thứ 3 đó sẽ không thể đạt được giátrị yêu cầu Hơn nữa, nếu chúng ta cố đưa thêm thuê bao thứ 3 vào hệ thống thìthuê bao thứ 3 đó sẽ không những không đạt được SNR yêu cầu mà còn làm choSNR của thuê bao 2 bị giảm xuống dưới mức SNR yêu cầu

Việc điều khiển công suất được đưa vào để giải quyết vấn đề “xa–gần” và

để tăng tối đa dung lượng hệ thống Điều khiển công suất là điều khiển côngsuất phát từ mỗi thuê bao sao cho công suất thu của mỗi thuê bao ở trạm gốc làbằng nhau Trong một ô, nếu công suất phát của mỗi thuê bao được điều khiển

để công suất thu của mỗi thuê bao ở trạm gốc là bằng với Pr thì nhiều thuê baohơn có thể sử dụng trong hệ thống Ví dụ trên, nếu SNR yêu cầu vẫn là (1/10)thì tổng cộng có thể có 11 thuê bao được sử dụng Dung lượng được tăng tối đakhi sử dụng điều khiển công suất

Điều khiển công suất nhằm mục đích để chống lại hiệu ứng FadingRayleigh trên tín hiệu truyền đi bởi việc bù cho Fading nhanh của kênh truyền

Ngoài ra việc điều khiển công suất còn có tác dụng giảm nhiễu đa đường

Vì công suất phát của máy di động thấp nên làm tăng tuổi thọ của pin

2.2 Điều khiển công suất nhanh

Trong WCDMA, cả đường lên và đường xuống đều được hỗ trợ điềukhiển công suất nhanh tại tần số 1,5 kHz Trong GSM, chỉ có điều khiển côngsuất chậm (tần số xấp xỉ 2Hz) được sử dụng Trong IS-95, điều khiển công suấtnhanh chỉ được hỗ trợ ở đường lên với tần số 800Hz

2.2.1 Độ lợi của điều khiển công suất nhanh

Phần này sẽ trình bày về lợi ích của việc điều khiển công suất nhanh Dịch

vụ được mô phỏng có tốc độ 8 kbps với BLER = 1% và ghép xen 10ms Môphỏng được thực hiện với trường hợp có và không có điều khiển công suấtnhanh bước công suất 1 dB Điều khiển công suất chậm giữ cho công suất trungbình ở mức mong muốn Điều khiển công suất chậm cũng có khả năng bù đắpcho tác động của hiệu ứng suy hao đường truyền và hiệu ứng bóng râm, trongkhi điều khiển công suất nhanh cũng có thể bù đắp cho pha đinh nhanh Máyphân tập thu hai nhánh giả định đặt tại Node B ITU Vehicular A là một kênh 5nhánh trong WCDMA, và ITU Pedestrian A là một kênh 2 nhánh trong đó kênh

thứ hai rất yếu Tỉ số Eb/N0 và công suất truyền trung bình yêu cầu trong trườnghợp có và không có điều khiển công suất nhanh được thể hiện trong bảng 2.1 vàbảng 2.2.

Bảng 2.1: Giá trị E b /N 0 yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển

công suất nhanh

Điều khiểncông suấtchậm (dB)

Điều khiển côngsuất nhanh tần số1.5KHz (dB)

Độ lợi của điềukhiển công suấtnhanh (dB)

Bảng 2.2: Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và không có

điều khiển công suất nhanh

Điều khiểncông suấtchậm (dB)

Điều khiển côngsuất nhanh tần số1.5KHz (dB)

Độ lợi của điềukhiển công suấtnhanh (dB)

- độ lợi cho UE có tốc độ thấp lớn hơn so với UE có tốc độ cao;

- độ lợi theo tỷ số Eb/N0 yêu cầu lớn hơn so với độ lợi công suất truyền tải;

- các trường hợp trên chỉ có cùng một ít phân tập đa đường, như trong kênh ITUPedestrian A Mối quan hệ giữa điều khiển công suất nhanh và phân tập được đềcập tại mục 2.2.2.

Trong bảng 2.1 và 2.2 độ lợi âm ở tốc độ 50 km / h chỉ ra rằng điều khiểncông suất chậm lý tưởng sẽ cho hiệu suất tốt hơn so với điều khiển công suấtnhanh thực tế Những độ lợi âm này là do sự không chính xác trong tính toánSIR, các lỗi tín hiệu điều khiển công suất nhanh, và trễ của vòng lặp điều khiểncông suất

Độ lợi của điều khiển công suất nhanh trong bảng 2.1 có thể được sử dụng

để ước tính dự trữ pha đinh nhanh yêu cầu Công suất truyền của UE cần phải có

dự trữ pha đinh nhanh để duy trì đầy đủ điều khiển công suất nhanh vòng kín.Kích thước tối đa của tế bào được tính theo công suất không đổi đầy đủ UEtruyền tải, tức là không có độ lợi của điều khiển công suất nhanh Giá trị điểnhình cho độ dự trữ pha đinh nhanh của điện thoại di động tốc độ thấp là 2-5 dB

2.2.2 Điều khiển công suất và phân tập

Tầm quan trọng của phân tập sẽ được phân tích cùng với điều khiển côngsuất nhanh Với các UE tốc độ thấp, điều khiển công suất nhanh có thể bù đựơcpha đinh của kênh và giữ cho mức công suất thu không đổi Các nguyên nhânchính của các lỗi trong công suất thu là do việc tính toán SIR không chính xác,các lỗi báo hiệu và trễ trong vòng điều khiển công suất Việc bù pha đinh gây rasuy giảm công suất truyền dẫn Trong hình 2.1 là trường hợp có ít phân tập Sựbiến đổi công suất phát trong trường hợp hình 2.1 cao hơn trong trường hợp 2.2

do sự khác nhau về số lượng phân tập Các trường hợp phân tập như: phân tập

đa đường, phân tập anten thu, phân tập anten phát hay phân tập vĩ mô

Với sự phân tập ít hơn thì sự biến động lớn hơn trong công suất phát,nhưng công suất phát trung bình cũng cao hơn Mức tăng công suất là được địnhnghĩa là tỷ số giữa công suất truyền dẫn trung bình trên kênh pha đinh và trên

kênh không có pha đinh khi mức công suất thu giống nhau trên cả 2 kênh có phađinh và không có pha đinh Mức tăng công suất được mô tả trong hình 2.3.

Hình 2 1: Công suất phát và thu trong kênh pha đinh Rayleigh 2 nhánh (công

suất khoảng hở trung bình 0dB,- 10dB) tại 3km/h

Hình 2 2: Công suất phát và thu trong kênh pha đinh Rayleigh 3 nhánh (công

suất khoảng hở như nhau)

Hình 2 3: Công suất tăng trong kênh pha đinh với điều khiển công suất nhanh

Kết quả ở mức liên kết cho sự tăng công suất đường lên thể hiện trongBảng 2.3 Sự mô phỏng được thực hiện tại các mức UE khác nhau trên kênhITU pedestrian 2 đường với công suất thành phần đa đường từ 0 đến -12.5dB.Trong sự mô phỏng này công suất phát và công suất thu được tập hợp trong từngkhe Với điều khiển công suất lý tưởng, mức tăng công suất là 2,3 dB Điều đóchứng tỏ điều khiển công suất nhanh hoạt động có hiệu quả trong việc bù nănglượng cho pha đinh Với các UE tốc độ cao (>100km/h), mức tăng công suất rấtnhỏ do điều khiển công suất nhanh không thể bù được pha đinh

Bảng 2.3: Các mức tăng công suất được minh hoạ của kênh

ITU Pedestrian A đa đường với phân tập anten.

Tốc độ UE Mức tăng công suất trung bình

không ảnh hưởng đến dung lượng Trên đường lên, công suất phát xác định tổngnhiễu đến các cell lân cận, và công suất thu xác định tổng nhiễu đến các UEkhác trong cùng một cell Chẳng hạn như chỉ có một cell WCDMA trong mộtvùng, dung lượng đường lên của cell này sẽ được tăng tối đa bằng cách giảm tốithiểu công suất thu yêu cầu, và mức tăng công suất sẽ không ảnh hưởng đếndung lượng đường lên

2.2.3 Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm

Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm có hai vấn đề chính khácnhau trong các trường hợp liên kết đơn: vấn đề trôi công suất trong Nút B trênđường xuống , và phát hiện tin cậy các lệnh điều khiển công suất đường lêntrong UE

2.2.3.1 Sự trôi công suất đường xuống:

Sự trôi công suất là trường hợp xảy ra khi thực hiện chuyển giao mềm mà

UE gửi một lệnh đơn để điều khiển công suất phát đường xuống đến tất cả cácNút B trong tập hợp “tích cực” Các Nút B sẽ phát hiện các lệnh này một cáchđộc lập, bởi vì các lệnh này sẽ không được kết hợp trong các bộ điều khiểnmạng RNC do sẽ gây ra nhiều trễ và báo hiệu trong mạng Chính vì các lỗi báohiệu trên giao diện vô tuyến, các Nút B sẽ phát hiện các lệnh điều khiển côngsuất theo các cách khác nhau Có thể một Nút B sẽ làm giảm công suất phát của

nó tới UE, một Nút B khác có thể lại tăng mức công suất phát tới UE Sự khácnhau đó dẫn đến tình huống công suất đường xuống bắt đầu trôi theo hướngkhác nhau Hiện tượng đó gọi là trôi công suất

Hiện tượng trôi công suất là không mong muốn, bởi vì nó làm giảm hiệusuất chuyển giao đường xuống Vấn đề này có thể được điều khiển bởi RNC.Phương pháp đơn giản nhất là thiết lập giới hạn tương đối nghiêm ngặt chokhoảng biến động công suất đường xuống Giới hạn này cho công suất phát cụthể của các UE Rõ ràng khoảng biến động điều khiển công suất cho phép càng

nhỏ thì độ trôi công suất lớn nhất càng nhỏ Mặt khác khoảng biến đổi điểukhiển công suất thường cải thiện hiệu suất điều khiển công suất.

Hình 2 4: Trôi công suất đường xuống trong chuyển giao mềm

Một cách khác để giảm sự trôi công suất RNC có thể nhận thông tin từcác Nút B về các mức công suất phát của kết nối chuyển giao mềm Các mứcnày được tính trung bình trên một số các lệnh điều khiển công suất, ví dụ nhưtrong 500ms, hay trên 750 lệnh điều khiển công suất Dựa vào các thông số đođạc này, RNC có thể gửi các giá trị tham khảo về công suất phát đường xuốngtới các Nút B Các Nút B đang thực hiện chuyển giao mềm sử dụng các giá trịtham khảo này cho việc điều khiển công suất đường xuống cho các kết nối đểgiảm hiện tượng trôi công suất Như vậy cần một sự hiệu chỉnh nhỏ mang tínhđịnh kỳ để hướng tới công suất tham khảo Kích cỡ hiệu chỉnh này tỷ lệ thuậnvới độ chênh lệch giữa công suất phát thực tế và công suất phát tham khảo.Phương pháp này sẽ giảm bớt hiện tượng trôi công suất Sự trôi công suất chỉxảy ra nếu có điều khiển công suất nhanh trên đường xuống Trong IS-95 chỉ cóđiều khiển công suất chậm trên đường xuống nên không cần phương pháp điềukhiển sự trôi công suất đường xuống

2.2.3.2 Độ tin cậy của các lệnh điều khiển công suất đường lên:

Tất cả các Nút B trong tập hợp “tích cực” gửi một lệnh điều khiển côngsuất độc lập đến các UE để điều khiển công suất phát đường lên Chỉ cần mộttrong các Nút B trong tập hợp tích cực nhận đúng tín hiệu đường lên là đủ Vìthế UE có thể giảm công suất phát nếu một trong các Nút B gửi các lệnh côngsuất xuống Có thể áp dụng sự kết hợp theo tỷ số lớn nhất các bit dữ liệu trongchuyển giao mềm tại UE do dữ liệu giống nhau được gửi từ tất cả các Nút Bthực hiện chuyển giao mềm, nhưng sự kết hợp này không áp dụng cho các bitđiều khiển công suất vì nó chứa thông tin khác nhau đối với mỗi Nút B trong tậphợp “tích cực” Vì thế độ tin cậy của các bit điều khiển công suất không tốt bằngcác bit dữ liệu, và tại UE, một ngưỡng được sử dụng để kiểm tra độ tin cậy củacác lệnh điều khiển công suất Các lệnh không đáng tin cậy phải được huỷ bỏ vìchúng đã bị hỏng do nhiễu

Hình 2 5: Kiểm tra độ tin cậy của điều khiển công suất đường lên tại UE trong

chuyển giao mềm 2.2.3.3 Cải thiện chất lượng báo hiệu điều khiển công suất:

Chất lượng báo hiệu điều khiển công suất có thể được cải thiện bằng cáchthiết lập một công suất cao hơn cho các kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH)

so với mức công suất của kênh dữ liệu vật lý riêng (DPDCH) trên đường xuốngnếu như UE đang trong trạng thái chuyển giao mềm Độ chênh lệch công suấtgiữa hai kênh này có thể khác cho các cho các loại kênh DPCCH khác nhaunhư: các bit điều khiển công suất, các bit pilot và TFCI

Độ giảm công suất phát UE thông thường có thể đạt được tới 0,5dB với

sự chênh lệch công suất này Độ giảm này có thể đạt được do chất lượng củabáo hiệu điều khiển công suất được cải thiện

2.3 Điều khiển công suất vòng ngoài

Điều khiển công suất vòng ngoài cần để giữ chất lượng thông tin ở cácmức yêu cầu bằng việc thiết lập mục tiêu cho việc điều khiển công suất nhanh.Mục đích của điều khiển công suất vòng ngoài là cung cấp chất lượng đạt yêucầu Chất lượng quá cao sẽ tốn rất nhiều dung lượng Điều khiển công suất vòngngoài cần thiết trên cả đường lên và đường xuống Vòng ngoài đường lên đượcđặt trong RNC còn vòng bên ngoài đường xuống đặt trong UE Trong IS-95,điều khiển công suất vòng ngoài chỉ sử dụng trên đường lên vì không có điềukhiển công suất nhanh trên đường xuống

Chất lượng đường lên nhận được sau khi kết hợp phân tập vĩ mô trongRNC và SIR mục tiêu được gửi đến các Nút B Tần số của điều khiển công suấtnhanh là 1,5KHz và tần số điều khiển công suất vòng ngoài thường từ 10-100Hz

2.3.1 Độ lợi của điều khiển công suất vòng ngoài

SIR mục tiêu cần phải được điều chỉnh khi tốc độ của UE hoặc môitrường truyền sóng đa đường thay đổi SIR mục tiêu chính là Eb/N0 Kết quả môphỏng với các dịch vụ thoại đa tốc độ thích nghi (AMR) và BLER=1% được chỉ

ra trong bảng 2.4 sử dụng điều khiển công suất vòng ngoài

Có 3 loại đa đường được sử dụng: kênh không có pha đinh tương ứng vớiphần tử LOS khoẻ, kênh pha đinh ITU pedestrian A, và kênh pha đinh 3 đườngvới công suất trung bình bình đẳng của các phần tử đa đường Giả sử không cóphân tập anten ở đây

Bảng 2.4: Kết quả mô phỏng dịch vụ AMR , BLER= 1%, sử dụng điều khiển

công suất vòng ngoài

Hiện trạng đa đường Tốc độ UE Mục tiêu E b /N 0 trung bình

Công suất bằng nhau trên 3 đường 3 km/h 6.0dB

Công suất bằng nhau trên 3 đường 20 km/h 6.4dB

Công suất bằng nhau trên 3 đường 50 km/h 6.4dB

Công suất bằng nhau trên 3 đường 120 km/h 6.9dB

Mục tiêu Eb/N0 trung bình thấp nhất cần trong các kênh không pha đinh vàmục tiêu cao nhất đối với kênh ITU Pedestrian A với các UE tốc độ cao Kết quảnày cho thấy rằng mức công suất thay đổi công suất thu càng cao, thì mục tiêu

Eb/N0 cần thiết để đạt được cùng chất lượng cũng cao hơn Nếu ta chọn mục tiêu

Eb/N0 cố định là 5.3dB theo kênh tĩnh, và tốc độ lỗi khung của kết nối sẽ quá caotrong các kênh pha đinh và chất lượng thoại sẽ giảm đi Nếu chọn mục tiêu

Eb/N0 cố định 7.1dB, thì chất lượng đủ tốt nhưng công suất cao không cần thiết

sẽ được sẽ được sử dụng trong hầu hết các trường hợp Chúng ta có thể kết luận

rõ ràng cần điều chỉnh mục tiêu của điều khiển công suất vòng kín nhanh theođiều khiển công suất vòng ngoài

2.3.2 Tính toán chất lượng thu

Một số phương pháp để đo chất lượng thu sẽ được giới thiệu trong phầnnày Một phương pháp đơn giản và đáng tin cậy là sử dụng kết quả của việc pháthiện lỗi- kiểm tra độ dư thừa tuần hoàn CRC để phát hiện có lỗi hay không Ưuđiểm của CRC : đó là một bộ phát hiện lỗi khung rất tin cậy và đơn giản

Phương pháp dựa vào CRC rất phù hợp với các dịch vụ cho phép xuất hiện lỗi, ítnhất là một lỗi trong vài giây, như là các dịch vụ dữ liệu gói phi thời gian thựctrong đó tốc độ lỗi block có thể lên tới 10-20% trước khi truyền lại và các dịch

vụ thoại với BLER=1% cung cấp chất lượng đạt yêu cầu Với các bộ mã/giải mãthoại AMR khoảng chèn là 20ms và BLER=1% ,tương ứng với một lỗi trong 2giây

Chất lượng thu có thể được tính toán dựa vào thông tin về độ tin cậy củakhung mềm Những thông tin đó có thể là:

- Tốc độ lỗi bit (BER) được tính toán trước bộ mã hoá kênh, được gọi là BERthô và BER kênh vật lý

- Thông tin mềm từ bộ giải mã Viterbi với các mã xoắn

- Thông tin mềm từ bộ giải mã Turbo, ví dụ như BER hay BLER sau sự lặp lạigiải mã trung gian

- Eb/N0 thu được

Các thông tin mềm cần thiết đối với các dịch vụ chất lượng cao BER thôđược sử dụng như là thông tin mềm qua giao diện Iub Sự tính toán chất lượngđược minh hoạ trong hình 2.6

Hình 2 6: Tính toán chất lượng trong vòng ngoài tại RNC

2.3.3 Thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài

Một trong các thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài là dựa vào kếtquả kiểm tra dữ liệu CRC và có thể được đặc trưng bởi các mã giả Thuật toánnày như sau:

IF CRC check OK

Step_down = BLER_target * Step_size;

Eb/N0_target (n+1) = Eb/N0_target (n) – Step_down;

ELSE

Step_up = Step_size – BLER_target * Step_size;

Eb/N0_target (n+1) = Eb/N0_target (n) + Step_up;

END

Trong đó: E b /N 0 _target(n): E b /N 0 mục tiêu trong khung n,

BLER_target là BLER mục tiêu cho cuộc gọi,

Step_size là một thông số kích cỡ bậc, thường bằng 0.3-0.5dB.

Hình 2 7: E b /N 0 mục tiêu trong kênh ITU Pedestrian A, bộ mã hoá/giải mã

thoại MR, BLER mục tiêu 1%, bậc 0,5dB, tốc độ 3km/h.

Nếu BLER của kết nối là một hàm giảm đều của E b /N 0 mục tiêu, thì thuật

toán này sẽ cho kết quả là BLER bằng với BLER mục tiêu nếu cuộc gọi đủ dài.Thông số kích cỡ bậc xác định tốc độ hội tụ của thuật toán đến mục tiêu mongmuốn và cũng xác định tổng phí gây ra bởi thuật toán Theo nguyên tắc, kích cỡbậc càng cao sự hội tụ càng nhanh và tổng phí càng cao Hình 2.7 đưa ra một ví

dụ mô tả hoạt động của thuật toán với BLER mục tiêu là 1% và kích cỡ bậc là0.5dB.

2.3.4 Dịch vụ chất lượng cao

Dịch vụ chất lượng cao với BLER rất thấp (<10-3) được yêu cầu hỗ trợ bởicác mạng thế hệ 3 Lỗi trong các dịch vụ này thường không đáng kể NếuBLER yêu cầu = 10-3 và độ rộng chèn là 40ms, một lỗi xuất hiện trong40s(=40/10-3 ms) Nếu chất lượng thu được tính toán dựa trên các lỗi phát hiện

được bởi các bit CRC, sự điều chỉnh E b /N 0 mục tiêu rất chậm và sự hội tụ của

E b /N 0 mục tiêu đến giá trị tối ưu rất lâu Vì thế, đối với các dịch vụ chất lượng

cao, thông tin độ tin cậy khung mềm đem lại nhiều ưu điểm Thông tin mềm cóthể nhận được từ mọi khung dù là chúng không có lỗi

2.3.5 Giới hạn biến động điều khiển công suất

Tại sườn của vùng hội tụ, UE có thể đạt tới công suất phát lớn nhất của

nó Trong trường hợp BLER thu được có thể cao hơn mong muốn, nếu chúng ta

áp dụng trực tiếp thuật toán vòng ngoài đã nêu, thì SIR mục tiêu ở đường lên sẽtăng Việc tăng SIR mục tiêu không cải thiện chất lượng đường lên nếu như Nút

B đã chỉ gửi các lệnh tăng công suất ( power-up) tới UE Trong trường hợp hợp

đó E b /N 0 mục tiêu có thể cao quá mức cần thiết Khi UE trở về gần với Nút Bhơn, chất lượng của kết nối đường lên cao quá mức cần thiết trước khi vòng

ngoài hạ thấp E b /N 0 mục tiêu trở về giá trị tối ưu Trong ví dụ này, các dịch vụ

thoại AMR có chèn 20ms được minh hoạ sử dụng thuật toán điều khiển côngsuất vòng ngoài đã nêu Trong đó sử dụng BLER mục tiêu là 1% và kích cỡ bậc

là 0.5dB.Với độ biến động công suất lớn nhất, một lỗi phải xuất hiện trong 2giây để cung cấp BLER là 1% với khoảng ghép chèn là 20ms Công suất phátlớn nhất của UE là 125mW, tức là 21dBm

Vấn đề tương tự có thể xuất hiện nếu UE đạt tới công suất phát nhỏ nhất

Trong trường hợp đó, E b /N 0 mục tiêu sẽ trở thành thấp quá mức cần thiết Các