KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA

ðồ án ñược chia làm 4 chương và nội dung chính của từng chương như sau : Chương 1: “Tổng quan về cấu trúc mạng thông tin di ñộng số WCDMA” sẽ giới thiệu tổng quan các vấn ñề cơ bản về c

Trang 1

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II

_

ðỒ ÁN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ðIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HỆ ðÀO TẠO: ðẠI HỌC CHÍNH QUY

Lớp : ð05VTA1

TPHCM – 2009

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIỀN HƯỚNG DẪN

……….……

………

Giáo viên hướng dẫn

TS Hồ Văn Cừu

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIỀN PHẢN BIỆN

……….……

………

Giáo viên phản biện

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Học Viện Công Nghệ BCVT, ñặc biệt là các thầy cô khoa viễn thông II ñã cung cấp cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại Học Viện

Xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Văn Cừu ñã hướng dẫn, tận tình giúp ñỡ em

hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn bố, mẹ và những người thân trong gia ñình luôn ñộng viên, nhắc nhở, ñã tiếp sức mạnh và che chở cho em trên bước ñường ñi ñến tương lai Xin gởi lời cảm ơn ñến các bạn cùng khóa ñã luôn giúp ñỡ em trong những lúc khó khăn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 24/11/2009

Sinh viên thực hiện Nguyễn Viết Khải

Trang 5

Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu thông tin ngày càng ñòi hỏi cấp bách ñối với cuộc sống con người Hiện tại và trong thời gian tới, yêu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và ñặc biệt là các loại hình dịch vụ di ñộng ngày một tăng và không thể tách rời ñời sống xã hội ðể ñáp ứng lại sự phát triển ñó, các hệ thống thông tin di ñộng ñòi hỏi phải có cấu trúc hiện ñại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu cầu về dịch vụ ña phương tiện Do ñó mạng thông tin di ñộng thế hệ thứ 3 ñã

và ñang ñược phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam ñể cung cấp dịch vụ truyền thông chất lượng cao Và một kỹ thuật cốt lõi trong hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ 3 là kỹ thuật ñiều khiển công suất ðây là một kỹ thuật tối quan trọng ñể ñảm bảo dung lượng

và chất lượng của hệ thống trên giao diện vô tuyến bởi ñặc tính sử dụng chung tần số của hệ thống ña truy nhập phân chia theo mã Và ñó cũng là nội dung của ñề tài mà em tìm hiểu trong ñồ án tốt nghiệp của mình

Bằng việc tìm hiểu về các khái niệm chính của hệ thống thông tin di ñộng WCDMA, ta sẽ thấy ñược vai trò quan trọng của kỹ thuật ñiều khiển công suất Từ ñó

sẽ tiến hành tìm hiểu về hoạt ñộng của kỹ thuật bao gồm các yếu tố ảnh hưởng ñến nó, phân loại, các thuật toán cơ bản Sau ñó sẽ tìm hiểu thêm về các thuật toán nâng cao ñể cải thiện hiệu năng làm việc của kỹ thuật cho từng môi trường cụ thể Và cuối cùng ta

sẽ tiến hành mô hình hóa hệ thống dưới sự tác ñộng chính của hiện tượng phading nhanh xảy ra khi người sử dụng di chuyển với những vận tốc khác nhau Qua ñó sẽ thấy rõ hơn về hoạt ñộng của những thuật toán, lý thuyết ñược trình bày ở các chương trước

ðồ án ñược chia làm 4 chương và nội dung chính của từng chương như sau :

Chương 1: “Tổng quan về cấu trúc mạng thông tin di ñộng số WCDMA” sẽ

giới thiệu tổng quan các vấn ñề cơ bản về công nghệ WCDMA, mô hình của hệ thống, cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến WCDMA, sơ lược về các kênh trong UTRAN, cấu tạo bộ thu phát và kỹ thuật chuyển giao trong hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba

Chương 2: “Kỹ thuật ñiều khiển công suất trong hệ thống WCDMA” sẽ trình

bày về môi trường vô tuyến, ý nghĩa và phân loại các kỹ thuật ñiều khiển công suất, các yếu tố ảnh hưởng ñến kỹ thuật ðặc biệt tập trung phân tích các kiểu ñiều khiển công suất bao gồm : ñiều khiển công suất vòng hở, ñiều khiển công suất vòng kín ( bao gồm vòng trong và vòng ngoài) cho ñường lên và ñường xuống Qua ñó cũng trình bày

về thuật toán bước cố ñịnh ñược ñề xuất bởi tổ chức 3GPP

Chương 3: “Các thuật toán ñiều khiển công suất” nhằm nghiên cứu các mô

hình ñiều khiển công suất bước thích nghi ñường lên vòng trong ñể thấy sự hoạt ñộng cuả từng thuật toán, ưu nhược ñiểm của chúng ñối với từng trường hợp

Chương 4: “Kết quả mô phỏng và kết luận” dựa trên mô hình kênh truyền ñể

tính toán sự ñiều chỉnh công suất phát của từng phương pháp ñiều khiển Sau ñó thực

Trang 6

hiện so sánh hiệu quả của các phương pháp bằng chất lượng ñích cũng như tỉ số lỗi ñiều khiển công suất ðồ án ñã ñưa ra phương thức tính toán cụ thể ñể ñiều khiển công suất ñường lên ñồng thời kết quả ñược thể hiện chính xác thông qua chương trình mô phỏng sử dụng Matlab

Trong thời gian làm ñề tài em ñã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian có hạn cũng như vốn kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót , rất mong

sự chỉ bảo bổ sung của quý thầy cô và các bạn ñể ñồ án hoàn thiện hơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 24/11/2009

Sinh viên thực hiện Nguyễn Viết Khải

Trang 7

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ðỘNG SỐ

1.1 Giới thiệu chương 1

1.2 Tổng quan về sự hình thành và phát triển của mạng WCDMA 1

1.3 Cấu trúc mạng WCDMA 2

1.3.1 Mô hình khái niệm 2

1.3.2 Mô hình cấu trúc 3

1.3.2.1 UE 4

1.3.2.2 UTRAN 4

1.3.2.3 CN 4

1.3.2.4 Các mạng ngoài 5

1.3.2.5 Các giao diện vô tuyến 5

1.3.3 Cấu trúc quản lý tài nguyên 5

1.3.4 Cấu trúc dịch vụ 6

1.4 Các vấn ñề liên quan ñến kỹ thuật ñiều khiển công suất 7

1.4.1 Giao diện vô tuyến UTRAN 7

1.4.1.1 Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến 7

1.4.1.2 Node B 8

1.4.1.3 Các chức năng ñiều khiển của UTRAN 8

1.4.2 Các loại kênh trong UTRAN 9

1.4.2.1 Các kênh lôgic 9

1.4.2.2 Các kênh truyền tải 10

1.4.2.3 Các kênh vật lý 11

1.4.3 Các kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn ở hệ thống WCDMA 13

1.4.3.1 Sơ ñồ khối chung 13

1.4.3.2 Sơ ñồ khối của máy thu/phát 13

1.4.3.3 Máy thu RAKE 15

1.4.4 Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di ñộng 16

1.4.5 Kỹ thuật chuyển giao 17

1.4.5.1 Mục ñích của chuyển giao 17

Trang 8

1.4.5.2 Trình tự chuyển giao 17

1.4.5.3 Các loại chuyển giao 18

1.5 Kết luận chương 19

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA 20

2.2 Kênh truyền vô tuyến 20

2.2.1 Kênh truyền trên phạm vi rộng 21

2.2.2 Kênh truyền trên phạm vi hẹp 21

2.3 Ý nghĩa của kỹ thuật ñiều khiển công suất 21

2.4 Phân loại ñiều khiển công suất 22

2.4.1 ðiều khiển công suất cho ñường xuống và ñường lên 22

2.4.2 ðiều khiển công suất vòng hở, ñiều khiển công suất vòng kín 22

2.4.3 ðiều khiển công suất phân tán và tập trung 23

2.5 Các thông số ảnh hưởng ñến kỹ thuật ñiều khiển công suất 23

2.5.1 Kích thước của bước ñiều khiển công suất 23

2.5.2 Lỗi khi ước lượng SIR 24

2.5.3 Trễ trên vòng hồi tiếp 24

2.5.4 Tần số hoạt ñộng của kỹ thuật ñiều khiển công suất 25

2.5.5 Lỗi trên kênh hồi tiếp 25

2.6 ðiều khiển công suất trong hệ thống WCDMA 26

2.6.1 Kỹ thuật ñiều khiển công suất cho ñường lên 26

2.6.1.1 Kỹ thuật ñiều khiển công suất vòng hở ñường lên 26

2.6.1.2 Kỹ thuật ñiều khiển công suất vòng kín ñường lên 27

2.6.2 Kỹ thuật ñiều khiển công suất cho ñường xuống 31

2.6.2.1 Kỹ thuật ñiều khiển công suất ñường xuống vòng hở 31

2.6.2.2 Kỹ thuật ñiều khiển công suất ñường xuống vòng kín 31

CHƯƠNG 3 CÁC THUẬT TOÁN ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 34

3.2 Thuật toán ñiều khiển công suất bước ñộng dựa vào chất lượng tín hiệu 34

3.2.1 Một số khái niệm liên quan : ñộ dự trữ SIR và cửa sổ công suất 34

3.2.2 Sự hoạt ñộng của mạng 35

Trang 9

3.3 Thuật toán ựiều khiển công suất bước ựộng ước tắnh tắnh di ựộng của UE 37

3.3.1 Tắnh tương quan giữa các lệnh TPC và ựộ dịch tần số Doppler 37

3.3.2 Thuật toán 40

3.4 Thuật toán ựiều khiển công suất bước thắch nghi ựiều khiển 42

3.5 Thuật toán ựiều khiển công suất dùng thanh ghi ước tắnh tốc ựộ UE 43

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 45

4.2 Mô hình hệ thống , thông số và các công thức áp dụng 46

4.2.1 Mô hình kênh truyền 46

4.2.1.1 Mô hình suy hao Hata-Okamura 46

4.2.1.2 Mô hình kênh phading Dent 46

4.2.2 Quỹ ựường truyền tham khảo 47

4.3 Lưu ựồ của các thuật và kết quả mô phỏng 48

4.3.1 Thuật toán bước cố ựịnh ựược ựề xuất bởi 3GPP 48

4.3.1.1 Thuật toán thứ nhất 48

4.3.1.2 Thuật toán thứ hai 49

4.3.2 Thuật toán ựiều khiển công suất dựa vào QoS 50

4.3.3 Thuật toán ựiều khiển công suất dựa vào tốc ựộ chuyển ựộng của UE 52

4.3.4 Thuật toán ựiều khiển công suất dựa vào hệ số thắch nghi 54

4.3.5 Thuật toán ựiều khiển công suất dựa sử dụng thanh ghi ở UE 55

4.4 So sánh hiệu quả của các phương pháp 57

4.4.1 So sánh dựa trên công suất phát của các phương pháp 57

4.4.2 So sánh dựa trên chất lượng tắn hiệu với mức chuẩn là 10dB 57

4.4.3 Tỉ số lỗi ựiều khiển công suất 58

4.5 đánh giá kết quả mô phỏng 58

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢOẦẦẦ 61

PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNGẦẦẦ62

Trang 10

MỤC LỤC HÌNH

Hình I.1 Mô hình khái niệm mạng WCDMA 3

Hình I.2 Mô hình cấu trúc hệ thống UMTS 4

Hình I.3 Cấu trúc quản lý tài nguyên 6

Hình I.4 Cấu trúc dịch vụ 7

Hình I.5 Cấu trúc UTRAN 8

Hình I.6 Các loại kênh trong UTRAN 9

Hình I.7 Kênh truyền tải ñường lên và ñường xuống 11

Hình I.8 Sơ ñồ khối của thiết bị vô tuyến ở hệ thống thông tin số 13

Hình I.9 Sơ ñồ khối máy thu phát ở hệ thống WCDMA 14

Hình I.10 Cấu trúc máy thu RAKE 16

Hình I.11 Tín hiệu trải phổ 16

Hình I.12 Trình tự chuyển giao 18

Hình II.1 Các hiện tượng trong truyền sóng 20

Hình II.2 Sơ ñồ ñiều khiển công suất trong hệ thống WCDMA 23

Hình II.3 Lược ñồ thời gian trễ trong vòng ñiều khiển công suất 25

Hình II.4 ðiều khiển công suất ñường lên vòng ngoài 28

Hình II.5 Ảnh hưởng của bước công suất ñến chất lượng ñiều khiển 30

Hình II.6 Dịch công suất ñể cải thiện chất lượng báo hiệu ñường xuống 32

Hình III.1 ðộ dữ trữ SIR với những chất lượng dịch vụ khác nhau 35

Hình III.2 Mô hình ñiều khiển công suất thích nghi ñường lên 37

Hình III.3 ðộ lợi kênh khi UE di chuyển với tốc ñộ thấp 38

Hình III.4 ðộ lợi kênh khi UE di chuyển với tốc ñộ thấp 39

Hình III.5 Tương quan giữa CTR với tốc ñộ di chuyển và kích thước bước 40

Trang 11

Hình III.7 Tương quan giữa CTR với sự thay ñổi trong kích thước bước 41

Hình III.8 Mô hình thuật toán DKCS bước thích nghi ñiều khiển 42

Hình III.9 Sự hoạt ñộng của thuật toán 43

Hình III.10 Sơ ñồ khối phương pháp ñiều khiển công suất sử dụng thanh ghi 44

Hình IV.1 Giao diện của chương trình 45

Hình IV.2 Giao diện của quá trình thiết lập kênh truyền 47

Hình IV.3 Lưu ñồ thuật toán DKCS bước cố ñịnh loại 1 48

Hình IV.4 Kết quả DKCS bước cố ñịnh loại 1 49

Hình IV.5 Kết quả DKCS bước cố ñịnh loại 2 49

Hình IV.6 Lưu ñồ thuật toán DKCS bước cố ñịnh loại 2 50

Hình IV.7 Lưu ñồ thuật toán DKCS dựa vào chất lượng tín hiệu 51

Hình IV.8 Kết quả DKCS dựa vào QOS 52

Hình IV.9 Kết quả DKCS dựa vào CTR 52

Hình IV.10 Lưu ñồ thuật toán DKCS dựa vào vận tốc di chuyển 53

Hình IV.11 Lưu ñồ thuật toán DKCS dựa vào hệ số thích nghi 54

Hình IV.12 Kết quả DKCS dựa vào hệ số thích nghi 55

Hình IV.13 Kết quả DKCS dựa vào thanh ghi 56

Hình IV.14 Thuật toán DKCS bằng phương pháp thanh ghi 56

Hình IV.15 Sự khác biệt trong công suất phát của các phương pháp 57

Hình IV.16 Sự khác biệt trong chất lượng tín hiệu của các phương pháp 57

Trang 12

ACF Adaptive control factor Chỉ số ñiều khiển thích nghi

AICH Acquistion Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

ATM Asynchoronous Transfer Mode Kiểu truyền di bộ

B

BMC Broadcast/Multicast Control ðiều khiển quảng bá / ña

phương

C

CDMA Code Division Multiple Access ða truy cập phân chia theo

mã

D

DS-CDMA Direct Sequence Code Division ða truy nhập phân chia

DSSPC dynamic step-size power control ðiều khiển công suất theo

DPCCH Delicated Physical Control Channel Kênh ñiều khiển vật lý

DPDCH Delicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

E

ETSI European Telecommunications Học viện viễn thông

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution

Trang 13

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập ñường

xuống

FDD Fequency Division Duplex Ghép song công phân chia

theo tần số

G

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển mạch gói

vô tuyến GSM Global System of Mobile Hệ thống thông tin di ñộng

H

HDLA History Data Logic Analyzer Bộ phân tích dữ liệu gốc

HSCSD High speed circuit switch data Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc

ñộ cao

I

IMT-2000 International Mobile Tiêu chuẩn viễn thông di

ISDN Integated Service Digital Network Mạng số tích hợp ña dịch vụ ITU International Telecomunication Liên minh viễn thông quốc tế

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch

dịch vụ di dộng

O

P

PCE Power control error rate Tỉ số lỗi ñiều khiển công suất

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh gói chung vật lý

Trang 14

PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chung ñường

xuống PICH Paging Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di ñộng mặt ñất công

cộng PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

vật lý PSTN Public Switch Telephone Network Mạng ñiện thoại chuyển

mạch công cộng

Q

R

RNC Radio Network Controler Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến

vô tuyến RRM Radio Resouce Management Quản lí tài nguyên vô tuyến

tuyến

S

S-CCPCH Secondary Common Control Kênh vật lý ñiều khiển

SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ chuyển mạch gói SIM Subscriber Indentity Module Module nhận dạng thuê bao SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

T

theo thời gian TFCI Transport Format Combination Chỉ thị kết hợp khuôn dạng

U

Telecommunication System ñộng toàn cầu USIM UMTS Subscriber Indentity Module nhận dạng thuê bao

Trang 15

V

VLR Vistor Location Register Thanh ghi ñịnh vị tạm trú

W

Trang 16

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ðỘNG WCDMA

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ðỘNG SỐ WCDMA

1.1 Giới thiệu chương

Trong chương này ñầu tiên ta sẽ giới thiệu sơ lược về quá trình hình thành và phát triển của hệ thống thông tin di ñộng thứ 3 sử dụng kỹ thuật WCDMA.Sau ñó sẽ phân tích cấu trúc của hệ thống di ñộng WCDMA: mô hình khái niệm, cấu trúc phần cứng : các phần tử mạng truy cập vô tuyến, mạng lõi; chức năng của các phần tử, các giao diện mạng, mô hình giao thức phân lớp của hệ thống WCDMA Và cuối cùng là trình bày những vấn ñề liên quan ñến nội dung chính của ñề tài bao gồm : cấu trúc của giao diện UTRAN, ngoài ra giới thiệu về các loại kênh trong UTRAN , các kỹ thuật xử

lý số và truyền dẫn, cấu tạo của bộ thu phát, trình bày về kỹ thuật trải phổ, chuyển giao trong WCDMA

1.2 Tổng quan về sự hình thành và phát triển của mạng WCDMA

Các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ hai ñược xây dựng theo tiêu chuẩn: GSM, IS-95, PDC, IS-136 phát triển rất nhanh những năm 1990 Ngay từ những năm ñầu của thập niên 90, Liên minh Viễn thông quốc tế - Vô tuyến ITU-R ñã chú ý phát triển các

hệ thống thông tin di ñộng thế hệ 3, tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di ñộng toàn cầu IMT-2000 nhằm cải thiện và phát triển hệ thống di ñộng hiện tại Ở châu Âu, ETSI tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản của hệ thống này với tên

gọi là UMTS (hệ thống viễn thông di ñộng toàn cầu)

ðể ñến 3G có lẽ cần phải ñi qua giai ñoạn 2,5G Nói chung, 2.5 G bao gồm một hoặc tất cả các công nghệ sau: Dữ liệu chuyển mạch gói tốc ñộ cao (HSCSD), Dịch vụ

vô tuyến gói chung (GPRS), Tốc ñộ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE)

HSCSD là phương thức ñơn giản nhất ñể nâng cao tốc ñộ Thay vì một khe thời gian, một trạm di ñộng có thể sử dụng một số khe thời gian ñể kết nối dữ liệu Trong các ứng dụng thương mại hiện nay, thông thường sử dụng tối ña 4 khe thời gian, một khe thời gian có thể sử dụng tốc ñộ 9,6kbit/s hoặc 14,4kbit/s ðây là cách không tốn kém nhằm tăng dung lượng dữ liệu chỉ bằng cách nâng cấp phần mềm của mạng (dĩ nhiên là cả các máy tương thích HSCSD) Nhưng nhược ñiểm lớn nhất của nó là cách

sử dụng tài nguyên vô tuyến Bởi ñây là hình thức chuyển mạch kênh, HSCSD chỉ ñịnh việc sử dụng các khe thời gian một cách liên tục, thậm chí ngay cả khi không có tín hiệu trên ñường truyền

Giải pháp tiếp theo là GPRS và dường như là giải pháp ñược nhiều nhà cung cấp lựa chọn Tốc ñộ dữ liệu của nó có thể lên tới 115,2kbit/s bằng việc dùng 8 khe thời gian GPRS ñược quan tâm vì là hệ thống chuyển mạch gói, do ñó nó không sử

Trang 17

SVTH: Nguyễn Viết Khải ð05VTA1 Trang 2

dụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có một cái gì ñó ñể gửi ñi GPRS ñặc biệt thích hợp với các ứng dụng phi thời gian thực như email, lướt web Triển khai hệ thống GPRS thì tốn kém hơn hệ thống HSCSD Mạng này cần các thành phần mới, cũng như cần sửa ñổi các thành phần hiện có nhưng nó ñược xem là bước ñi cần thiết ñể tiến tới tăng dung lượng, dịch vụ

Công nghệ EDGE là một bước cải tiến của chuẩn GPRS ñể ñạt tốc ñộ truyền dữ liệu theo yêu cầu của thông tin di ñộng thế hệ ba Tăng tốc ñộ dữ liệu lên tới 384kbit/s với 8 khe thời gian Thay vì 14,4kbit/s cho mỗi khe thời gian, EDGE ñạt tới 48kbit/s cho một khe thời gian.Ý tưởng của EDGE là sử dụng một phương pháp ñiều chế mới ñược gọi là 8PSK EDGE là một phương thức nâng cấp hấp dẫn ñối với các mạng GSM vì nó chỉ yêu cầu một phần mềm nâng cấp trạm gốc Nó không thay thế hay nói ñúng hơn cùng tồn tại với phương pháp ñiều chế khóa dịch tối thiểu Gaussian (GMSK), ñược sử dụng trong GSM, nên các thuê bao có thể tiếp tục sử dụng máy di ñộng cũ của mình nếu không cần ñược cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn Nếu EDGE ñược sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này ñược gọi là GPRS nâng cấp (EGPRS), còn sự kết hợp của EDGE và HSCSD ñược gọi là ECSD

Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU ñã ñưa ra ñề án tiêu chuẩn hoá ñể xây dựng hệ thống thông tin di ñộng thế hệ ba với với tên gọi là IMT- 2000 ðồng thời các cơ quan

về tiêu chuẩn hoá xúc tiến việc xây dựng một tiêu chuẩn hoá áp dụng cho IMT- 2000

thông qua dự án 3GPP (Third Generation Partnership Project) Hệ thống thông tin di

ñộng thế hệ ba ñược ra ñời từ dự án 3GPP ñược gọi là hệ thống thông tin di ñộng UMTS/WCDMA WCDMA thực sự là một dịch vụ vô tuyến băng thông rộng sử dụng băng tần 5MHz ñể ñạt ñược tốc ñộ dữ liệu lên tới 2Mbit/s 3G hứa hẹn tốc ñộ truyền dẫn lên ñến 2,05Mbps cho người dùng tĩnh, 384Kbps cho người dùng di chuyển chậm

và 128Kbps cho người sử dụng trên ôtô Công nghệ 3G dùng sóng mang 5MHz chứ không phải là sóng mang 200KHz như của CDMA nên 3G nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G

1.3.1 Mô hình khái niệm

Theo quan ñiểm này, cấu trúc mạng ñược phân thành các hệ thống con dựa trên cấu trúc thủ tục, lưu lượng cũng như các phần tử vật lý Các giao diện là phương tiện

Trang 18

ñể các khối chức năng giao tiếp với nhau Dựa trên cấu trúc thủ tục và nhiệm vụ của chúng, mô hình mạng 3G ñược chia thành hai tầng: tầng truy cập và tầng không truy cập

Tầng truy cập bao gồm các thủ tục xử lý giao tiếp giữa thiết bị người sử dụng (UE) với mạng truy cập Tầng không truy cập chứa các thủ tục xử lý giao tiếp giữa UE với mạng lõi (khối chức năng CS/PS) tương ứng

Mạng thường trú chứa các thông tin ñăng ký và thông tin bảo mật Mạng phục

vụ là một phần của mạng lõi Mạng truyền tải là phần mạng lõi thực hiện kết nối thông tin giữa mạng phục vụ với các mạng bên ngoài

Hình I.1 Mô hình khái niệm mạng WCDMA

1.3.2 Mô hình cấu trúc

Hệ thống WCDMA ñược xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng

có thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy cập

vô tuyến (UTRAN), trong ñó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS, còn mạng truy cập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA Ngoài ra ñể hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống

Từ quan ñiểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN ñều bao gồm những giao thức mới ñược thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi ñược ñịnh nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM ðiều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

Trang 19

Hình I.2 Mô hình cấu trúc hệ thống UMTS

WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thông tin di ñộng, nó sẽ là công nghệ xây dựng cơ sở hạ tầng và kiến trúc mạng tế bào của hầu hết mạng 3G trên thế giới, hình thành kết nối giữa thiết bị di ñộng của người sử dụng cùng với mạng lõi

Như trên hình I.2 ta thấy mạng thông tin di ñộng thế hệ 3 WCDMA gồm hai phần mạng: mạng lõi và mạng truy cập vô tuyến

1.3.2.1 UE

Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống UE gồm hai phần:

- Thiết bị di ñộng (ME) : Là ñầu cuối vô tuyến ñược sử dụng cho thông tin

vô tuyến trên giao diện Uu

- Module nhận dạng thuê bao (USIM): Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho ñầu cuối

1.3.2.2 UTRAN

Mạng truy cập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan ñến truy cập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B: Thực hiện chuyển ñổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu

Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và ñiều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B ñược kết nối với nó) RNC còn là ñiểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

1.3.2.3 CN

Các phần tử chính của mạng lõi như sau:

- HLR : Là thanh ghi ñịnh vị thường trú lưu giữ thông tin chính về lý lịch

Trang 20

dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm : Thông tin về các dịch vụ ñược phép, các vùng không ñược chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR: Là tổng ñài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) ñể cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống ñang phục vụ

- GMSC : Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di ñộng cổng kết nối với mạng ngoài

- SGSN : Node hỗ trợ GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) ñang phục vụ,

có chức năng như MSC/VLR nhưng ñược sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói

- GGSN : Node hỗ trợ GPRS cổng, có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

ðể kết nối MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) Ngoài mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di ñộng như: AuC và EIR

1.3.2.5 Các giao diện vô tuyến

- Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện Uu: Là giao diện mà qua ñó UE truy cập các phần tử cố ñịnh của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC Iub ñược tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

1.3.3 Cấu trúc quản lý tài nguyên

Cấu trúc quản lý tài nguyên dựa trên cơ sở phân chia các chức năng quản lý chủ yếu sau:

Trang 21

• Quản lý kết nối (CM): bao gồm tất cả các thủ tục, các chức năng liên quan ñến việc quản lý kết nối của người sử dụng

• Quản lý di ñộng (MM): gồm tất cả các chức năng , các thủ tục quản lý

di ñộng và bảo mật như các thủ tục bảo mật kết nối, các thủ tục cập nhật vị trí

• Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM): bao gồm các thủ tục thực hiện việc quản lý tài nguyên vô tuyến (ñiều khiển công suất, chuyển giao và ñiều khiển tải hệ thống)

Các chức năng ñiều khiển ñược kết hợp với nhóm các dịch vụ ñiều khiển sau:

• ðiều khiển thông tin : duy trì các cơ chế như ñiều khiển cuộc gọi, ñiều khiển phiên trong chuyển mạch gói

• ðiều khiển di ñộng : duy trì ñiều khiển cập nhật vị trí và bảo mật

• ðiều khiển tài nguyên vô tuyến : thực hiện chức năng quản lý thiết lập kết nối vô tuyến và duy trì kết nối giữa UE với UTRAN

Hình I.3 Cấu trúc quản lý tài nguyên

1.3.4 Cấu trúc dịch vụ

Hệ thống 3G ñược xây dựng theo ñịnh hướng dịch vụ nhiều hơn so với mạng thông tin di ñộng truyền thống Theo quan ñiểm dịch vụ, mô hình mạng 3G có dạng như sau:

Trang 22

Hình I.4 Cấu trúc dịch vụ

Lớp thấp nhất là nền tảng cho các lớp còn lại là lớp truyền tải vật lý Các nút sử dụng phương tiện truyền tải vật lý hình thành một lớp gọi là lớp phần tử mạng Lớp thứ ba chứa các phần tử và chức năng tạo ra mỗi khối chức năng trong ñó hình thành các dịch vụ phục vụ người sử dụng ñầu cuối Lớp dịch ụ ở trên cùng trong mô hình dịch vụ tạo ra ngữ cảnh cho các dịch vụ phức tạp

1.4 Các vấn ñề liên quan ñến kỹ thuật ñiều khiển công suất

1.4.1 Giao diện vô tuyến UTRAN

Nhiệm vụ chính của UTRAN là tạo và duy trì các kênh mang truy cập vô tuyến

ñể thực hiện truyền thông tin giữa thiết bị di ñộng (UE) với mạng lõi (CN) UTRAN nằm giữa hai giao diện mở Uu và Iu Nhiệm vụ của UTRAN là phối hợp với mạng lõi thực hiện các dịch vụ mạng qua các giao diện này

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) Mỗi RNS bao gồm một số trạm gốc (node B) và một bộ ñiều khiển mạng

vô tuyến RNC RNC kết nối với node B bằng giao diện Iub Các RNS giao tiếp với nhau sử dụng giao diện mở Iur mang cả thông tin báo hiệu và lưu lượng

Các ñặc tính của UTRAN là cơ sở ñể thiết kế cấu trúc UTRAN, các chức năng

và giao thức UTRAN có các ñặc tính chính sau:

- Hỗ trợ các chức năng truy cập vô tuyến, ñặc biệt là chuyển giao mềm và các thuật toán quản lý tài nguyên ñặc thù của WCDMA

- ðảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói ñể kết nối từ UTRAN ñến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi

- ðảm bảo tính chung nhất với GSM

- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

1.4.1.1 Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm ñiều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN RNC kết nối với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) qua giao diện vô tuyến Iu RNC ñiều khiển node B chịu trách nhiệm ñiều khiển tải và tránh tắc nghẽn cho các cell của mình

Trang 23

Hình I.5 Cấu trúc UTRAN Khi một kết nối UE-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt:

- RNC phục vụ (Serving RNC): thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node B nào ñó ñược MS sử dụng ñể kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drift RNC): là một RNC bất kỳ khác với SRNC ñể ñiều khiển các cell ñược UE sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ ñịnh tuyến số liệu giữa các giao diện Iub và Iur Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

1.4.1.2 Node B

Chức năng chính của node B là thực hiện xử lý trên lớp vật lý của giao diện vô tuyến như mã hóa kênh, ñan xen, thích ứng tốc ñộ, trải phổ…Nó cũng thực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như ñiều khiển công suất vòng trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

1.4.1.3 Các chức năng ñiều khiển của UTRAN

ðể có thể ñiều khiển và quản lý các kênh mang vô tuyến , UTRAN thực hiện các chức năng khác ngoài chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến RRM Các chức năng ñó bao gồm:

• Phát quảng bá thông tin hệ thống

• Thiết lập các kênh mang báo hiệu và truy cập ngẫu nhiên

• Quản lý kênh mang vô tuyến

Trang 24

năng gọi hội nghị, giao diện vô tuy

kênh logic, các kênh truyền tả

Ở ñây ta chỉ phân tích các k

Hình I.6Kênh logic là các kênh

ñược phân loại theo chức nă

chúng và ñược gọi tên theo n

Kênh truyền tải là các kênh

ñược phân loại theo khuôn d

loại thông tin ñược truyền qua giao di

Các kênh vật lý ñược phân lo

biết bởi mã trải phổ, sóng mang v

1.4.2.1 Các kênh lôgic

Người ta ñịnh nghĩa m

truyền số liệu khác nhau ở lớ

chủ yếu là : nhóm kênh ñiều khi

Nhóm kênh ñiều khiể

• Kênh ñiều khiể

CÁU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ðỘNG WCDMA

ênh trong UTRAN

ng WCDMA, ñể xử lý linh hoạt các dịch vụ khác nhau v, giao diện vô tuyến ñược cấu trúc dựa vào 3 lớp kênh c

ền tải và các kênh vật lý

phân tích các kênh trong chế ñộ FDD

Hình I.6 Các loại kênh trong UTRAN

Kênh logic là các kênh ñược cung cấp từ lớp con MAC ñến lớp con RNC, nó

ức năng của các tín hiệu truyền dẫn và các ñặc tính logic c

ên theo nội dung mà nó truyền

à các kênh ñược cung cấp từ lớp vật lý ñến lớp con MAC, nó

i theo khuôn dạng truyền và ñược ñịnh rõ ñặc tính theo cách truy

ền qua giao diện vô tuyến

ợc phân loại theo các chức năng của lớp vật lý v, sóng mang và dạng ñiều chế của ñường lên( pha I, pha Q)

ĩa một bộ các kênh logic khác nhau sử dụng cho các d

ở lớp con MAC Các kênh logic có thể chia thành hai nhóm

ều khiển và nhóm kênh lưu lượng

ụng cho các dịch vụ chia thành hai nhóm

Trang 25

Nhóm kênh lưu lượng bao gồm:

• Kênh lưu lượng dành riêng – DTCH

• Kênh lưu lượng chung – CTCH

1.4.2.2 Các kênh truyền tải

Trong UTRAN số liệu ñược tạo ra ở các lớp cao ñược truyền tải trên ñường vô tuyến bởi các kênh truyền tải bằng cách sắp xếp các kênh này lên các kênh vật lý khác nhau Lớp vật lý ñược yêu cầu ñể hỗ trợ các kênh truyền tải với các tốc ñộ bit thay ñổi nhằm cung cấp các dịch vụ với ñộ rộng băng tần theo yêu cầu và ñể ghép nhiều dịch

vụ trên cùng một kết nối

Có hai kiểu kênh truyền tải: Các kênh riêng và các kênh chung ðiểm khác nhau giữa chúng là: Kênh chung là tài nguyên ñược chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm người sử dụng trong cell, còn tài nguyên kênh riêng ñược ấn ñịnh bởi một mã và một tần số nhất ñịnh ñể dành riêng cho một người sử dụng duy nhất

• Kênh truyền tải riêng:

Kênh truyền tải dành riêng (DCH : Dedicated Channel) là kênh thực hiện việc truyền thông tin ñiều khiển và thông tin thuê bao giữa UE và UTRAN DCH ñược truyền trên toàn bộ ô hoặc chỉ truyền trên một phần ô ñang sử dụng Thông thường chỉ

có một kênh truyền tải dành riêng sử dụng cho ñường lên hoặc ñường xuống ở chế ñộ TDD hoặc FDD

• Kênh truyền tải chung: UTRAN ñịnh nghĩa 6 kiểu kênh truyền tải chung

- Kênh quảng bá (BCH: Broadcast Channel): là một kênh truyền tải ñường xuống ñược sử dụng cho hệ thống quảng bá và thông tin cụ thể về ô BCH ðược truyền trên toàn bộ ô và phải ñược phát ở công suất khá cao ñể ñảm các các UE có thể nhận ñược thông tin của cell

- Kênh truy cập ñường xuống (FACH: Forward Access Channel): là một kênh truyền tải ñường xuống truyền thông tin ñiều khiển tới trạm di ñộng khi hệ thống biết ñược việc ñịnh vị cell của trạm di ñộng FACH có thể ñược truyền trên toàn bộ cell hoặc chỉ trên một phần cell ñang sử dụng và nó cũng có thể ñược sử dụng ñể truyền các lệnh ñiều khiển công suất chậm

- Kênh tìm gọi (PCH: Paging Channel) là một kênh truyền tải ñường xuống thường ñược truyền trên toàn bộ cell, ñược dùng ñể truyền thông tin ñiều khiển tới trạm di ñộng khi hệ thống không biết vị trí cell của trạm di ñộng Nó mang số liệu liên quan ñến thủ tục tìm gọi, chẳng hạn khi mạng muốn khởi ñầu thông tin với UE UE phải có khả năng thu ñược thông tin tìm gọi trong toàn bộ vùng phủ của cell

- Kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH: Random Access Channel) là kênh truyền tải ñường lên, thường thu ñược từ toàn bộ cell, thực hiện truyền thông tin ñiều khiển từ trạm di ñộng Nó ñược sử dụng ñể mang thông tin ñiều khiển từ UE như: yêu cầu thiết lập một kết nối

Trang 26

- Kênh gói chung (CPCH: Common Packet Channel) là kênh truyền tải ñường lên kết hợp với một kênh riêng ñường xuống tạo ra các lệnh ñiều khiển CPCH Nó ñược sử dụng ñể ñiều khiển công suất vòng trong

Hình I.7 Kênh truyền tải ñường lên và ñường xuống

- Kênh dùng chung ñường xuống (DSCH: Dedicated Shared Channel) ñược dùng chung bởi một vài UE , thực hiện truyền số liệu dành riêng hoặc lưu lượng Nó thường ñược kết hợp với một vài kênh DCH ñường xuống, có thể truyền trên toàn bộ cell hay chỉ trên một phần cell ñang sử dụng

- Các kênh truyền tải chung cần thiết cho việc hoạt ñộng căn bản của mạng là: RACH, FACH và PCH, còn việc sử dụng DSCH và CPCH là lựa chọn và có thể ñược quyết ñịnh bởi mạng

• Kênh vật lý ñường lên :

- Kênh vật lý dành riêng ñường lên : Có 2 kiểu kênh vật lý dành riêng ñường lên : kênh số liệu vật lý dành riêng(DPDCH) và kênh ñiều khiển vật lý dành riêng (DPCCH)

DPDCH: truyền kênh truyền dẫn DCH

DPCCH: truyền thông tin ñiều khiển lớp 1 như: các bit hoa tiêu ñể hỗ trợ ñánh giá việc xác ñịnh kênh trong quá trình phát hiện tương quan, các lệnh ñiều khiển công suất phát-TPC, thông tin phản hồi-FBI, và một bộ chỉ thị kết hợp ñịnh dạng truyền dẫn TFCI

Có một và chỉ một kênh DPCCH ñường lên trên một liên kết vô tuyến Tuy nhiên có thể không có hay có một vài kênh DPDCH ñường lên trên mỗi liên kết vô tuyến

BS

Trang 27

- Kênh vật lý dùng chung ñường lên: Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) : mang thông tin của kênh giao vận RACH Và kênh gói chung vật lý (PCPCH) : mang thông tin của kênh giao vận CPCH

• Kênh vật lý ñường xuống : Bao gồm 1 kênh vật lý dành riêng, 1 kênh phân chia và 5 kênh ñiều khiển chung

- Kênh vật lý dành riêng ñường xuống : chỉ có một kênh vật lý riêng duy nhất ( downlink DPCH) phát số liệu dành riêng ñược tạo ra từ lớp 2 và lớp cao hơn, trong bộ ghép trung gian với thông tin ñiều khiển tạo ra tại lớp 1( là các bit hoa tiêu,các lệnh TPC)

- Kênh vật lý dùng chung ñường xuống :

Kênh hoa tiêu chung (CPICH) : là kênh vật lý tốc ñộ cố ñịnh (30kb/s, SF=256) thực hiện truyền chuỗi bit xác ñịnh trước

Kênh vật lý ñiều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH) : là kênh vật lý tốc ñộ cố ñịnh (30kb/s, SF=256) truyền BCH,nó khác với DPCH ñường xuống ở chỗ nó không truyền các lệnh TPC hoặc các bit hoa tiêu

Kênh vật lý ñiều khiển chung thứ cấp ( S-CCPCH) : có 2 kiểu kênh CCPCH : một có TFCI và một không có TFCI truyền FACH và PCH

Kênh ñồng bộ (SCH) : là một tín hiệu ñường xuống sử dụng trong quá trình dò tìm khe

Kênh vật lý chia sẻ chung ñường xuống ( PDSCH) : người sử dụng dùng chung PDSCH dựa trên việc ghép mã Vì DSCH thường kết hợp nó với một hoặc một vài kênh DCH nên cũng có thể kết hợp PDSCH với một hoặc vài DPCH ñường xuống

Trang 28

1.4.3 Các kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn ở hệ thống WCDMA

1.4.3.1 Sơ ñồ khối chung

Sơ ñồ khối của thiết bị thu phát vô tuyến số ñược chỉ ra như hình Các khối dưới cho thấy quá trình biến ñổi tín hiệu từ máy phát sang nơi nhận Máy phát thường gồm tầng biến ñổi nâng tần, khuyếch ñại công suất và anten Máy thu gồm anten, bộ khuyếch ñại tạp âm nhỏ, bộ biến ñổi hạ tần và khuyếch ñại trung tần

Hình I.8 Sơ ñồ khối của thiết bị vô tuyến ở hệ thống thông tin số

Trong các bước xử lý tín hiệu thì bước lập khuôn, ñiều chế, giải ñiều chế là bắt buộc Lập khuôn thực hiện biến ñổi nguồn tin thành các tín hiệu số ñể nguồn tin tương thích với quá trình xử lý ở hệ thống ðiều chế thực hiện biến ñổi các ký hiệu này thành các dạng sóng thích hợp với kênh lưu thông dẫn vô tuyến Mã hóa nguồn thực hiện biến ñổi tương tự sang số (ñối với các nguồn tương tự) và loại

bỏ thông tin thừa không cần thiết Mã hóa ñể ngăn không cho kẻ lạ phá hoại thông tin Mã hóa kênh ñể giám xác suất lỗi và giảm yêu cầu ñối với tỷ số tín/tạp Trải phổ

ñể tạo ra tín hiệu ít bị ảnh hưởng của nhiễu, ñồng thời tăng ñộ bảo mật tín hiệu Ghép kênh và ña truy cập cho cho phép kết hợp sẽ cung cấp khả năng chia sẻ tài nguyên vô tuyến Trật tự của các khối trong hình có thể ñược thay ñổi tùy theo hệ thống truyền dẫn cụ thể

1.4.3.2 Sơ ñồ khối của máy thu/phát

Hình I.9 cho ta thấy sơ ñồ khối của máy phát và máy thu vô tuyến trong CDMA

Trang 29

W-SVTH: Nguyễn Viết Khải ð05VTA1 Trang 14

Hình I.9 Sơ ñồ khối máy thu phát ở hệ thống WCDMA Lớp vật lý bổ sung CRC cho từng khối truyền tải là ñơn vị số liệu gốc cần

xử lý Sau ñó số liệu ñược mã hóa kênh và ñan xen Số liệu sau ñan xen ñược bổ sung thêm các bit hoa tiêu và các bit ñiều khiển công suất phát (TCP) Số liệu ñược sắp xếp trên nhánh I và Q của QPSK, ñược trải phổ và ngẫu nhiên hóa Chuỗi chip sau khi ngẫu nhiên hóa ñược giới hạn trong băng tần 5MHz bằng bộ lọc Nyquist cosin nâng căn bậc hai và ñược biến ñổi thành tương tự bằng biến ñổi D/A

ñể ñưa lên ñiều chế vuông góc cho sóng mang Tín hiệu trung tần sau ñiều chế ñược biến ñổi nâng tần vào sóng vô tuyến (RF) trong băng tần 2GHz, sau ñó ñược khuyếch ñại trước khi chuyển ñến anten phát ñể vào không gian Tại máy thu, tín hiệu thu ñược khuyếch ñại bằng bộ khuyếch ñại tạp âm nhỏ, sau ñó ñược ñưa vào tầng trung tần, rồi lại ñược khuyếch ñại tuyến tính bởi bộ khuyếch ñại AGC (ñiều khiển ñộ khuyếch ñại tự ñộng) tín hiệu ñược giải ñiều chế ñể ñược các thành phần I

Trang 30

và Q Các tín hiệu tương tự của các thành phần này ñược biến ñổi thành số tại bộ biến ñổi A/D Sau ñó tín hiệu qua bộ lọc Nyquist cosin nâng căn bậc hai và ñược phân chia thời gian vào một số thành phần ñường truyền có thời gian trễ truyền sóng khác nhau Sau khi giải trải phổ, chúng ñược kết hợp bởi bộ kết hợp máy thu RAKE, tín hiệu tổng hợp ñược giải ñan xen, giải mã kênh, phân kênh thành các khối truyền tải và ñược phát hiện lỗi Cuối cùng chúng ñược ñưa ñến lớp cao hơn

1.4.3.3 Máy thu RAKE

Trong các hệ thống tế bào WCDMA, ñường downlink từ trạm gốc trong ô tới máy di ñộng sử dụng một máy thu quét gồm các bộ tương quan song song và ñường uplink từ máy di ñộng tới máy phát cũng sử dụng một máy thu như vậy nhưng có số

bộ tương quan song song nhiều hơn Thuật ngữ quét “n bộ tương quan” (n-finger), cho biết số các ñường truyền có thể ñược tổng hợp là n

Các máy thu quét làm nhiệm vụ phát hiện và ño các thông số của tín hiệu ña ñường ñể có thể sử dụng cho thu phân tập hoặc cho mục ñích chuyển giao và kết hợp các ñường tín hiệu một cách nhất quán (ñồng bộ tín hiệu) sau khi giải ñiều chế tín hiệu truyền theo một ñường riêng (tổng hợp sau khi tách sóng) Việc tách và ño các thông

số của các tín hiệu ña ñường ñược thực hiện bởi một “bộ thu tìm kiếm” (search receiver) ñã ñược lập trình ñể so sánh các tín hiệu thu với các phần của các mã PN kênh I và kênh Q các sóng nhiều tia tới máy thu gây ra hiện tượng tự khuếch ñại tạo thành ñỉnh tương quan xảy ra tại các thời ñiểm khác nhau Một giá trị biên ñộ của ñỉnh

tỉ lệ với ñường bao của tín hiệu trên ñường truyền và thời gian của mỗi ñỉnh liên quan ñến thời gian của tín hiệu ñến ñầu tiên

Vì tất cả các trạm gốc sử dụng cùng các mã PN I và Q chỉ khác nhau về bù pha của mã nên không chỉ các tín hiệu ña ñường mà còn cả tín hiệu của các trạm gốc khác

sẽ ñược phát hiện bởi sự tương quan với các phần trong các mã tương ứng với các trạm gốc ñã ñược chọn Như vậy bộ thu tìm kiếm có thể lưu trữ một bảng các tín hiệu

ña ñường mạnh và các tín hiệu trạm gốc ñể có thể kết hợp phân tập hoặc ñể chuyển giao Bảng này thường chứa thời gian ñến, cường ñộ tín hiệu và bù mã PN tương ứng

Trên ñường truyền về, máy thu của trạm gốc ñược ấn ñịnh ñể bám theo một máy phát di ñộng nhất ñịnh sử dụng các thời ñiểm ñến và chuỗi bù 0 trên kênh mã I Q

ñể xác ñịnh việc tìm kiếm các tín hiệu di ñộng từ các thuê bao liên lạc với trạm gốc

ñó Bộ thu tìm kiếm tại trạm gốc có thể nhận biết tín hiệu của máy di ñộng cần thu bằng chuỗi bù mã PN dài ngẫu nhiên hóa duy nhất của nó Trước khi bắt ñầu quá trình truyền dẫu số liệu trên ñường truyền, một ñoạn bit mở ñầu ñặc biệt ñược sử dụng cho mục ñích ñó Khi tiến hành cuộc gọi, bộ thu tìm kiếm có khả năng giám sát cường ñộ của các tín hiệu ña ñường từ máy di ñộng ñến trạm gốc và sử dụng nhiều hơn một ñường nhờ việc kết hợp phân tập

Trang 31

Hình I.10 Cấu trúc máy thu RAKE

1.4.4 Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di ñộng

Trong WCDMA với băng tần 5MHz thì chỉ tồn tại duy nhất phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp DS với tốc ñộ chip là 3.84 Mcps

Trong WCDMA ñể tăng tốc ñộ truyền dữ liệu, phương pháp ña truy cập kết hợp TDMA và FDMA trong GSM ñược thay thế bằng phương pháp ña truy cập CDMA hoạt ñộng ở băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trải phổ Trong các hệ thống thông tin thông thường, ñộ rộng băng tần là vấn ñề quan tâm chính và các hệ thống này ñược thiết kế ñể sử dụng càng ít ñộ rộng băng tần càng tốt

Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum), ñộ rộng băng tần của tín hiệu ñược mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi ñược phát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả Nhưng trong môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS và hệ thống sử dụng băng tần có hiệu quả mà vẫn duy trì ñược các ưu ñiểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin số ñược coi là trải phổ nếu: Tín hiệu ñược phát chiếm

ñộ rộng băng tần lớn hơn ñộ rộng băng tần tối thiểu cần thiết ñể phát thông tin.Trải phổ ñược thực hiện bằng một mã ñộc lập với số liệu

Hình I.11 Tín hiệu trải phổ

Trang 32

Có ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản:

• Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS: Direct Sequence Spreading Spectrum)

• Trải phổ kiểu nhảy tần (FH/SS: Frequency Hopping Spreading Spectrum)

• Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS: Time Hopping Spreading Spectrum)

Ngoài ra cũng có thể tổng hợp các hệ thống trên thành hệ thống lai ghép

Ở máy phát, bản tin ñược trải phổ bởi mã giả ngẫu nhiên Mã giả ngẫu nhiên phải ñược thiết kế ñể có ñộ rộng băng lớn hơn nhiều so với ñộ rộng băng của bản tin

Ở phía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trải phổ bên máy phát

Trong hệ thống DS/SS tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần

và phát tín hiệu ñồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác ñể lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách nén phổ Trong các hệ thống FH/SS và TH/SS mỗi người sử dụng ñược ấn ñịnh một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh ñược xung ñột

1.4.5 Kỹ thuật chuyển giao

Chuyển giao là kỹ thuật ñể ñảm bảo tính di ñộng của thuê bao Khi thuê bao chuyển ñộng từ vùng phủ sóng của một cell này sang một cell khác thì kết nối với cell mới phải ñược thiết lập và kết nối với cell cũ phải ñược hủy bỏ

1.4.5.1 Mục ñích của chuyển giao

Lý do cơ bản của việc chuyển giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn một bộ tiêu chuẩn nhất ñịnh Các ñiều kiện chuyển giao thường gặp là: ñiều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuê bao, sự phân bố lưu lượng, băng tần…

ðiều kiện chất lượng tín hiệu là ñiều kiện khi chất lượng hay cường ñộ tín hiệu

vô tuyến bị suy giảm dưới một ngưỡng nhất ñịnh Chuyển giao phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu ñược thực hiện cho cả hướng lên lẫn hướng xuống của ñường truyễn dẫn vô tuyến Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi dung lượng lưu lượng của cell ñạt tới một giới hạn tối ña cho phép hoặc vượt quá ngưỡng giới hạn ñó Khi ñó các thuê bao ở ngoài rìa của cell (có mật ñộ tải cao) sẽ ñược chuyển giao sang cell bên cạnh (có mật ñộ tải thấp) Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào tốc ñộ di chuyển của thuê bao Khi UE di chuyển theo một hướng nhất ñịnh không thay ñổi, tốc ñộ di chuyển của UE càng cao thì càng có nhiều chuyển giao thực hiện trong UTRAN Quyết ñịnh thực hiện chuyển giao thông thường ñược thực hiện bởi RNC ñang phục

vụ thuê bao ñó, loại trừ trường hợp chuyển giao vì lý do lưu lượng Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng ñược thực hiện bởi trung tâm chuyển mạch di ñộng (MSC)

1.4.5.2 Trình tự chuyển giao

Trình tự chuyển giao gồm có ba pha như trên hình I.12, bao gồm: pha ño lường, pha quyết ñịnh và pha thực hiện

Trang 33

ðo lường là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì hai lý do cơ bản sau: Mức tín hiệu trên ñường truyền dẫn vô tuyến thay ñổi rất lớn tùy thuộc vào fañinh và tổn hao ñường truyền Những thay ñổi này phụ thuộc vào môi trường trong cell và tốc ñộ di chuyển của thuê bao.Số lượng các báo cáo ño lường quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng ñến tải hệ thống.ðể thực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối, UE liên tục ño cường ñộ tín hiệu của các cell lân cận và thông báo kết quả tới mạng, tới bộ ñiều khiển truy nhập vô tuyến RNC

Hình I.12Trình tự chuyển giao Pha quyết ñịnh chuyển giao bao gồm ñánh giá tổng thể về QoS của kết nối so sánh nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các cell lân cận Tùy theo kết quả so sánh mà ta có thể quyết ñịnh thực hiện hay không thực hiện chuyển giao SRNC kiểm tra các giá trị của các báo cáo ño ñạc ñể kích hoạt một bộ các ñiều kiện chuyển giao Nếu các ñiều kiện này bị kích hoạt, RNC phục vụ sẽ cho phép thực hiện chuyển giao

1.4.5.3 Các loại chuyển giao

Tùy theo hình thức sử dụng trong các cơ chế chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao thành các nhóm như: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn

• Chuyển giao mềm và mềm hơn:

Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa nguyên tắc kết nối “nối trước khi cắt“ (“Make before break”)

Chuyển giao mềm hay chuyển giao giữa các cell là chuyển giao ñược thực hiện giữa các cell khác nhau, trong ñó trạm di ñộng bắt ñầu thông tin với một trạm gốc mới

mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ Chuyển giao mềm chỉ có thể ñược thực hiện khi cả trạm gốc cũ lẫn trạm gốc mới ñều làm việc ở cùng một tần số MS thông tin với 2 sector của 2 cell khác nhau (chuyển giao 2 ñường) hoặc với 3 sector của 3 cell khác nhau (chuyển giao 3 ñường)

Trang 34

Chuyển giao mềm hơn là chuyển giao ñược thực hiện khi UE chuyển giao giữa

2 sector của cùng một cell hoặc chuyển giao giữa 2 cell do cùng một BS quản lý ðây

là loại chuyển giao trong ñó tín hiệu mới ñược thêm vào hoặc xóa khỏi tập tích cực, hoặc thay thế bởi tín hiệu mạnh hơn ở trong các sector khác nhau của cùng BS

• Chuyển giao cứng :

Chuyển giao cứng ñược thực hiện khi cần chuyển kênh lưu lượng sang một kênh tần số mới Các hệ thống thông tin di ñộng tổ ong FDMA và TDMA ñều chỉ sử dụng phương thức chuyển giao này

Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc “cắt trước khi nối” (Break Before Make)

có thể ñược chia thành: chuyển giao cứng cùng tần số và chuyển giao cứng khác tần

số Trong quá trình chuyển giao cứng, kết nối cũ ñược giải phóng trước khi thực hiện kết nối mới Do vậy, tín hiệu bị ngắt trong khoảng thời gian chuyển giao Tuy nhiên, thuê bao không có khả năng nhận biết ñược khoảng ngừng ñó Trong trường hợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang của kênh truy cập vô tuyến mới khác

so với tần số sóng mang hiện tại

Nhược ñiểm của chuyển giao cứng là có thể xảy ra rớt cuộc gọi do chất lượng của kênh mới chuyển ñến trở nên quá xấu trong khi kênh cũ ñã bị cắt

1.5 Kết luận chương

Trong chương này, chúng ta ñã ñi vào giới thiệu sự hình thành và phát triển của mạng WCDMA , phân tích cấu trúc mạng WCDMA, bao gồm các phần tử mạng truy cập vô tuyến, mạng lõi; chức năng của các phần tử, các giao diện mạng, mô hình giao thức phân lớp của hệ thống WCDMA

Ngoài việc tìm hiểu về cấu trúc mạng, chúng ta cũng cần phải quan tâm ñến các kênh trong UTRAN, các kỹ thuật truyền dẫn xử lý số, cấu tạo của máy thu phát, phương thức trải phổ,chuyển giao ñược sử dụng trong mạng Các vấn ñề trên sẽ làm rõ cho nội dung chính của ñề tài là kỹ thuật ñiều khiển công suất trong hệ thống thông tin

di ñộng thứ 3 ñược trình bày trong các chương sau

Trang 35

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA

2.1 Giới thiệu chương

Do ñặc ñiểm chung của kỹ thuật CDMA là tất cả người dùng ñều sử dụng chung một băng tần nên vấn ñề can nhiễu lẫn nhau giữa các thuê bao là một vấn ñề rất quan trọng Nếu công suất của các thuê bao chênh lệch nhau quá lớn thì dù cho tín hiệu thu mong muốn ñã ñược giải trải phổ vẫn chịu ảnh hưởng khá lớn của nhiễu dẫn ñến chất lượng tín hiệu giảm ñi nhanh chóng Do ñó việc ñiều khiển công suất là một

kỹ thuật rất quan trọng trong hệ thống thông tin di ñộng thứ ba sử dụng kỹ thuật WCDMA

Trong chương này, ñầu tiên ta sẽ phân tích sơ lược về những ñặc ñiểm của kênh truyền vô tuyến ñể thấy sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường ñến chất lượng ñường truyền Sau ñó chúng ta sẽ giới thiệu về các kỹ thuật ñiều khiển công suất chính ñược

ñề xuất, các yếu tố quyết ñịnh hiệu suất làm việc của kỹ thuật ñiều khiển công suất

2.2 Kênh truyền vô tuyến

Trong thông tin di ñộng, do môi trường truyền dẫn ñặc thù là vô tuyến nên các yếu tố kênh truyền có những tác ñộng rất lớn ñến hoạt ñộng của hệ thống Và các nhân

tố chính có thể liệt kê như sự suy hao, nhiễu xạ, phản xạ, hay tán xạ

Hình II.1 Các hiện tượng trong truyền sóng Như hình trên mô tả cơ chế fading ña ñường khi tín hiệu từ UE ñến Node B Trong hầu hết các trường hợp, tầm nhìn thẳng giữa UE và Node B thường bị che khuất

do sự che chắn dày ñặc của môi trường truyền Và cơ chế lan truyền ña ñường thường dẫn tới chất lượng tín hiệu không ñạt yêu cầu Như trên ,có 3 nguyên nhân gây ra hiện tượng ña ñường : ñầu tiên là sự phản xạ xảy ra khi sóng vô tuyến gặp bề mặt nhẵn kích thước lớn (như tường của các tòa nhà,mặt ñường), một tia tới có thể phản xạ thành nhiều tia khác nhau theo những hướng khác nhau Thứ hai là hiện tượng nhiễu xạ xảy

Trang 36

CHƯƠNG II : KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA

ra khi một vật thể lớn che chắn đường truyền thẳng, dẫn tới những sĩng thứ cấp được hình thành phía sau vật chắn và tiếp tục truyền về đầu thu Và hiện tượng này cịn được gọi là hiện tượng che tối bởi những vật chắn lớn như các ngọn đồi, tịa nhà Và thứ ba là hiện tượng tán xạ khi tín hiệu gặp phải những bề mặt lớn, gồ ghề, và bị phân tán ra làm nhiều hướng

Do những nguyên nhân vật lý như trên, sĩng đến đầu thu sẽ cĩ biên độ cũng như pha rất khác nhau, và làm thăng giáng tín hiệu một cách vơ định do tính di động của thuê bao Nếu tốc độ của thuê bao càng nhanh, sự thay đổi của mơi trường truyền sĩng càng phức tạp Lúc này ngồi hiện tượng đa đường, người sử dụng cịn chịu ảnh hưởng của các hiện tượng vật lý quan trọng khác như sự suy hao, dịch tần số…

ðể phân tích ảnh hưởng của các yếu tố trên, ta sẽ phân kênh truyền ra thành 2 loại đĩ là :

Kênh truyền chịu ảnh hưởng trong phạm vi hẹp

Kênh truyền chịu ảnh hưởng trong phạm vi rộng lớn

2.2.1 Kênh truyền trên phạm vi rộng

Là khi cĩ duy nhất một tín hiệu truyền thẳng giữa đầu thu và đầu phát Và sự suy hao này cĩ thể áp dụng cơng thức suy hao tự do trong khơng gian để tính tốn Trong mơ hình này, suy hao trung bình của kênh truyền phụ thuộc vào tần số của sĩng mang và khoảng cách địa lý giữa 2 đầu thu phát Và một khía cạnh quan trọng khác là suy hao giữa đường xuống và lên trong mơ hình kênh truyền này cĩ một mối tương quan qua lại cĩ nghĩa ta cĩ thể dự đốn suy hao đường lên dựa vào tính tốn suy hao đường xuống ðây là một tính chất quan trọng được sử dụng trong phương pháp điều khiển cơng suất vịng mở được trình bày sau này

2.2.2 Kênh truyền trên phạm vi hẹp

Kiểu kênh truyền này khơng những làm thay đổi biên độ của tín hiệu mà cịn gây ra hiện tượng phân tán thời gian dẫn tới giao thoa của các ký tự Như đã phân tích lúc đầu, tín hiệu nhận được là sự tổng hợp của tất cả tín hiệu đến từ các đường truyền với biên độ và pha tới khác nhau Thời gian giữa 2 trũng phading phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của UE và tần số phát Một cách gần đúng cĩ thể coi khoảng cách giữa hai điểm trũng bằng một nửa bước sĩng ðối với tần số WCDMA 1950 GHz, khoảng cách này vào khoảng 7.5cm Vì thế nếu UE chuyển động với tốc độ 50km/h (14m/s) thì thời gian của 2 điểm trũng bằng 5,4ms(0.075/14) Cĩ 2 sự biểu hiện của hiện tượng fading đa đường này là : sự dao động biên độ tín hiệu vì sự chồng lấn lên nhau của các tia tới và sự phân tán thời gian bởi thời gian đến khác nhau của các đường

2.3 Ý nghĩa của kỹ thuật điều khiển cơng suất

Bằng việc giúp cho cơng suất thu được ở trạm gốc là như nhau đối với tất cả các thuê bao, dung lượng của hệ thống cĩ thể đạt tới mức cực đại do SNR của tín hiệu thu vẫn đảm bảo lớn hơn ngưỡng tối thiểu khi cĩ nhiều thuê bao cùng hoạt động

Trang 37

Ngoài ra ñiều khiển công suất còn tham gia vào quá trình chuyển giao giúp cho thông tin liên lạc ñược giữ trong suốt khi thuê bao di chuyển từ trạm gốc này qua trạm gốc khác Nó còn góp phần tăng tuổi thọ pin của máy di ñộng vì giúp cho máy di ñộng luôn hoạt ñộng ở công suất thấp nhất mà vẫn ñảm bảo chất lượng của tín hiệu

2.4 Phân loại ñiều khiển công suất

2.4.1 ðiều khiển công suất cho ñường xuống và ñường lên

ðiều khiển công suất ñường lên (từ UE ñến RNC) trong hệ thống WCDMA là một yêu cầu hệ thống rất quan trọng ñể chống lại hiệu ứng gần-xa Ở ñường xuống, trong hệ thống thông tin di ñộng thế hệ ba, do dữ liệu ở ñường xuống có tốc ñộ khác nhau tùy thuộc vào từng loại hình dịch vụ nên yêu cầu ñiều khiển công suất cũng rất cần thiết ñể ñảm bảo chất lượng , tối ña dung lượng thuê bao có thể phục vụ Hơn nữa trong hệ thống ña tế bào, nhiễu giao thoa từ các ô bên cạnh cũng là một yếu tố gây giảm chất lượng Như vậy, phải sử dụng ñiều khiển công suất trong trường hợp này ñể làm giảm sự giao thoa giữa các ô

2.4.2 ðiều khiển công suất vòng hở, ñiều khiển công suất vòng kín

Trong hệ thống WCDMA sử dụng hai phương pháp ñiều khiển công suất sau ñây:

• ðiều khiển công suất vòng hở

• ðiều khiển công suất vòng kín : gồm ñiều khiển công suất vòng trong và ñiều khiển công suất vòng ngoài

- ðiều khiển công suất vòng hở : thực hiện ño ñạc công suất ñường xuống của tín hiệu kênh hoa tiêu dựa trên tổn hao truyền sóng của tín hiệu này Nhược ñiểm của phương pháp này là do ñiều kiện truyền sóng của ñường xuống khác với ñường lên nhất là do fading nhanh nên sự ñánh giá sẽ thiếu chính xác Ở hệ thống CDMA trước ñây, người ta sử dụng phương pháp này kết hợp với ñiều khiển công suất vòng kín, còn ở hệ thống WCDMA phương pháp ñiều khiển công suất này chỉ ñược sử dụng ñể thiết lập công suất gần ñúng khi truy cập mạng lần ñầu

-Phương pháp ñiều khiển công suất vòng kín : Ở phương pháp này, Node B (hoặc UE) thường xuyên ước tính tỷ số tín hiệu trên can nhiễu thu ñược SIR và so sánh

nó với tỷ số SIR ñích (SIR_ñích) Nếu SIR_ướctính cao hơn SIR_ñích thì Node B (UE) thiết lập bit ñiều khiển công suất ñể lệnh cho UE (Node B) hạ thấp công suất, trái lại nó ra lệnh UE (Node B) tăng công suất phát Chu kỳ ño lệnh phản ứng này ñược thực hiện 1500 lần trong một giây ở WCDMA Tốc ñộ này sẽ cao hơn mọi sự thay ñổi tổn hao ñường truyền và thậm chí có thể nhanh hơn fading nhanh khi MS chuyển ñộng tốc ñộ thấp

Trang 38

CHƯƠNG II : KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA

Hình II.2 Sơ ñồ ñiều khiển công suất trong hệ thống WCDMA

2.4.3 ðiều khiển công suất phân tán và tập trung

Một bộ ñiều khiển tập trung phải thu thập tất cả các thông tin về các kết nối ñược thiết lập, ñộ lợi kênh, và ñiều khiển tất cả các mức công suất trong mạng hay một phần của mạng ðiều khiển công suất tập trung phải xử lý một số lượng lớn thông tin cũng như hao tốn một phần lớn băng thông dành cho trao ñổi dữ liệu ñiều khiển và không thể ứng dụng trong thực tế

Bộ ñiều khiển phân tán chỉ ñiều khiển công suất của một trạm phát ñơn và thuật toán chỉ phụ thuộc vào các tham số nội bộ, như SIR hay ñộ lợi kênh của người sử dụng Và các tính toán ñược thực hiện phân bố tại Node B (UE) trực tiếp ñiều khiển công suất phát của link mà nó quản lý Hiện nay hầu như ñiều khiển công suất ñược thực hiện chính bằng thuật toán phân bố

Trên ñây chỉ là những khái niệm sơ lược về các phương pháp ñiều khiển công suất trong hệ thống WCDMA Tiếp theo ta sẽ ñi sâu vào phân tích từng phương pháp dựa vào sự phân biệt trên ñường lên và ñường xuống

2.5 Các thông số ảnh hưởng ñến kỹ thuật ñiều khiển công suất

Trong mô hình thực tế, kỹ thuật ñiều khiển công suất chịu ảnh hưởng của rất nhiều thông số môi trường hay các chỉ số của hệ thống Trong phần này ta sẽ tìm hiểu

sơ lược về những thông số này như kích thước của bước ñiều khiển công suất, lỗi xảy

ra khi ước lượng SIR, trễ hồi tiếp, tần số thực hiện của kỹ thuật, tín hiệu ñiều khiển công suất bị lỗi trên ñường truyền, và sự ảnh hưởng của fading sâu

2.5.1 Kích thước của bước ñiều khiển công suất

UE quyết ñịnh kích thước của bước ñiều khiển công suất này vào tín hiệu ñiều chỉnh công suất nhận ñược từ Node B Cơ bản có 2 phương pháp ñược sử dụng ñể ấn ñịnh kích thước bước ñiều chỉnh là bước cố ñịnh và bước thích nghi Trong phương pháp bước cố ñịnh, mỗi lệnh TPC chỉ ñược mã hóa bằng 1 bit Với phương pháp sau,

Trang 39

tín hiệu lỗi ñược mã hóa thành q bit ñể có thể thể hiện thành những giá trị khác nhau tùy thuộc vào sự khác biệt giữa SIR thu ñược và SIR ñích

Ưu ñiểm của phương pháp sử dụng bước thích nghi là có thể bám theo tốt sự thay ñổi của kênh truyền do nó có thể ñiều chỉnh một cách linh ñộng sự thay ñổi trong công suất phát Nhưng trong thực tế, phương pháp này có khuyết ñiểm là do nó dùng lệnh ñiều khiển công suất nhiều bit, mà tốc ñộ của kỹ thuật ñiều khiển công suất phải lớn hơn tốc ñộ fading nhanh Do ñó sẽ tốn một lượng ñáng kể trong băng thông ñường xuống

Còn trong kỹ thuật bước cố ñịnh, dù chỉ có thể tăng hay giảm một mức công suất cố ñịnh trong 1 chu kỳ ñiều khiển, nhưng trong thực tế phương pháp này ñược ưa chuộng hơn do tối ưu ñược băng thông ñường xuống Mặt khác do ñiều khiển công suất bước thích nghi có thể tăng giảm công suất một lượng lớn hơn so với bước cố ñịnh, nếu kỹ thuật này bám không tốt với thực tế kênh truyền thì nó có thể làm công suất của 1 user trở nên lớn vượt bậc so với công suất của các user khác, dẫn tới giảm dung lượng hệ thống

2.5.2 Lỗi khi ước lượng SIR

Do yêu cầu tốc ñộ cập nhật phải nhanh nên quá trình ước tính SIR cũng phải diễn ra trong thời gian tối ưu dẫn ñến SIR ño ñược có thể không chính xác Tuy nhiên lỗi khi ước tính SIR cũng không ảnh hưởng nhiều ñến kết quả ñiều khiển công suất khi

sử dụng bước cố ñịnh Còn khi ñiều khiển công suất bằng bước thay ñổi thì yêu cầu SIR phải nghiêm ngặt do thuật toán này bám sát với từng sự thay ñổi nhỏ trong kết quả

so sánh SIR

2.5.3 Trễ trên vòng hồi tiếp

Trong môi trường phading nhanh, trễ hồi tiếp là một yếu tố ảnh hưởng khá lớn ñến chất lượng ñiều khiển công suất Trễ trên vòng hồi tiếp của phương pháp ñiều khiển công suất là thời gian trễ ñược tính từ khi bộ thu nhận ước tính xong kênh truyền ñến khi ñến khi ñầu phát nhận ñược lệnh TPC và thực hiện ñiều chỉnh công suất Do ảnh hưởng của trễ, sự ñiều chỉnh trong công suất phát không còn thích ứng với ñiều kiện kênh truyền hiện tại do khi ñầu phát thực hiện ñiều khiển công suất xong thì môi trường ñã có sự thay ñồi nhanh chóng, ñặc biệt là khi môi trường truyền chịu ảnh hưởng của fading nhanh Gây ra chất lượng thu không còn ñảm bảo so với yêu cầu

Chúng ta sẽ thử ước lượng giá trị của trễ trong thực tế khoảng bao nhiêu lần so với chu kỳ của một vòng ñiều khiển công suất Tp Giả sử rằng UE bắt ñầu truyền dữ liệu ở khe thời gian thứ 1 tại thời ñiểm t0, time slot này sẽ tới Node B tại t1 với (t1-t0)

là trễ do khoảng cách trên ñường lên Sau khi nhận time slot1 này, Node B sẽ ước lượng xong giá trị SIR vào thời ñiểm t2

Ở ñây quá trình tính toán này sẽ mất thời gian là Tp Sau ñó,dựa vào SIR tính ñược, Node B sẽ so sánh với SIR ñích ñể phát lệnh TPC Và lệnh TPC này phải chờ

Trang 40

CHƯƠNG II : KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA

ñến thời gian t3 là lúc mà Node B truyền trên time slot 2 Và lệnh TPC này ñến UE tại t4 và công suất phát ñược ñiều chỉnh tại thời gian t5 Theo như phân tích trên ñây thì tới khe thời gian thứ 4 công suất phát của UE mới ñược ñiều chỉnh tính từ lúc ño ñạc SIR trên time slot thứ 1

Và hậu quả của trễ hồi tiếp này là công suất phát sẽ không theo sát thay ñổi kênh truyền dẫn ñến công suất phát mạnh (gây nhiễu ñến các user khác) hay yếu hơn (chất lượng không ñảm bảo) so với SIR yêu cầu

Hình II.3 Lược ñồ thời gian trễ trong vòng ñiều khiển công suất

2.5.4 Tần số hoạt ñộng của kỹ thuật ñiều khiển công suất

Tần số hoạt ñộng của kỹ thuật ñiều khiển công suất phải lớn hơn khoảng 10 lần

so với tốc ñộ phading Giả sử user di chuyển với tốc ñộ khoảng 60Km/h, thì ñộ dịch tần số Doppler ở sóng mang 1.8GHz là 100Hz Do ñó tốc ñộ của kỹ thuật ñiều khiển công suất phải lớn hơn 1kHz ñể ñảm bảo hoạt ñộng của hệ thống Trong WCDMA, tần

số của kỹ thuật ñiều khiển công suất là 1500 Hz do ñó sẽ ñảm bảo ñược chất lượng

Và với tốc ñộ 1500 Hz, SIR ñược ước tính cứ mỗi 0,067 ms, tương ứng với 1 chu kỳ của vòng ñiều khiển công suất là Tp

2.5.5 Lỗi trên kênh hồi tiếp

Do lệnh ñiều khiển công suất cũng sử dụng kênh truyền vô tuyến ñể truyền về

UE do ñó lỗi cũng có thể xảy ra ñối với các lệnh này dẫn ñến quyết ñịnh nhầm khi tăng hay giảm công suất Vì thế ñây cũng là một lý do tại sao bước ñiều khiển công suất cố ñịnh (chỉ có 1 bit) ñược ưa dùng hơn so với bước thay ñồi

2.5.6 Ảnh hưởng của fading sâu

Do hiện tượng fading nhanh sẽ làm cho chất lượng của tín hiệu không ñảm bảo khi sử dụng bước cố ñịnh, hay ngay khi dùng bước thay ñổi thì cũng sẽ gây ảnh hưởng tới dung lượng của hệ thống (Do công suất của UE sẽ tăng quá mức ảnh hưởng ñến

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	1,44 MB