ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG UMTS

Hệ thống sử dụng công nghệ CDMA đang là mục tiêu hướng tới của các hệ thống thông tin di động trên toàn thế giới, điều này cho phép thực hiện tiêuchuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ t

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên của khóa luận này em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đếnthầy giáo hướng dẫn Th.s Nguyễn Duy Nhật Viễn Thầy là người đã giao đề tài vàhướng dẫn em trong suốt quá trình em hoàn thành đồ án này Nhân dịp này em cũngxin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo trong khoa Điện tử viễn thông, nhữngngười đã giúp đỡ chúng em trong suốt những năm học vừa qua để chúng em cóđược kết quả như ngày hôm nay

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 23 tháng 05 năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Trong quá trình làm đồ án, em đã tìm hiểu tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau

để hoàn thành đồ án này Tất cả những gì tham khảo em đều ghi vào phần tài liệutham khảo cuối đồ án

Em cũng xin cam đoan đồ án này không sao chép của bất kỳ đồ án nào đã có

từ trước

Đà Nẵng, ngày 23 tháng 05 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Ngô Anh Vũ

MỤC LỤC

Lời cảm ơn….……… i

Lời cam đoan …… ……… ii

Từ viết tắt ……… vi

Lời giới thiệu ……… x

Chương1: Tổng Quan Về Hệ Thống UMTS ………

1 1.1 Giới thiệu chương………1 1.2 Hệ thống thông tin di động IMT-2000 1

1.4 Hệ thống UMTS 3

1.4.1 Tổng quan 3

1.4.2 Dịch vụ UMTS 4

1.4.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống UMTS 5

1.4.4 Mạng lõi (CN) 7

1.4.5.1 RNC 9

1.4.5.2 Node B 10

1.4.5.3 UE 10

1.5 Chuyển giao 10

1.5.1 Chuyển giao cứng (Hard Handover) 11

1.5.2 Chuyển giao mềm (Soft Handover) 12

1.5.3 Chuyển giao mềm hơn (Softer Handover) 13

1.6 Kết luận 14

2.1 Giới thiệu chương 15

2.2 Mục đích của điều khiển công suất và hiện tượng gần xa 15

2.2.1 Mục đích 15

2.2.2 Hiện tượng gần xa 15

2.3 Điều khiển công suất vòng hở (Open-loop) 16

2.3.1 Điều khiển công suất vòng hở đường lên 16

2.3.2 Điều khiển công suất vòng hở hướng xuống 19

2.4 Điều khiển công suất vòng kín 19

2.4.1 Điều khiển công suất vòng ngoài (Outer Loop) 20

2.4.1.1 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên 20

2.4.1.2 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống 21

2.4.2 Điều khiển công suất vòng trong (Innner-loop) 22

2.4.2.1 Điều khiển công suất vòng trong đường lên 22

2.4.2.2 Điều khiển công suất vòng trong đường xuống 25

2.4.3 Sự trôi công suất đường xuống 25

2.5 Kết luận 27

3.1 Giới thiệu chương 28

3.2 Kênh truyền ở đường uplink và downlink 28

3.2.1 Kênh truyền ở downlink 28

3.2.2 Kênh truyền ở uplink 28

3.6 Kỹ thuật điều khiển công suất DSSPC 32

3.6.1 Các đặc điểm của kỹ thuật DSSPC 32

3.6.2 Thuật toán của DSSPC 33

3.6.3 Lưu đồ thuật toán DSSPC 35

3.7 Kỹ thuật điều khiển công suất thích nghi New ASPC 36

3.7.1 Giới thiệu 36

3.7.2 Các đặc điểm của kỹ thuật 36

3.7.3 Sơ đồ khối 37

3.7.4 Thuật toán 37

3.8 RMS (Root Mean Square) 38

3.9 Một số công thức tính toán trong viễn thông 38

3.9.1 Tải lưu Lượng 38

3.9.2 Gos 39

3.9.3 Hiệu suất sử dụng kênh 40

3.9.4 Các công thức tính toán 40

3.10 Kết luận 42

Chương 4: Tính Toán Và Mô Phỏng Kết Quả43

4.1 Giới thiệu chương 43

4.2 Bảng các tham số tính toán quỹ đường truyền 43

4.3 Phương pháp tính toán cụ thể cho dịch vụ 384 kbps 45

4.4 Chương trình mô phỏng ………

47

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 51

PHỤ LỤC 53

CÁC TỪ VIẾT TẮT

3G Third Generation Cellular Hệ thống thông tin di động

thế hệ thứ ba3GPP Third Generation Patnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3

A

AICH Acquistion Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

B

DS-CDMA Direct Sequence Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã Multiple Access chuổi trực tiếp

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

bước độngDPCCH Delicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý

DPDCH Delicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

E

ETSI European Telecommunications Học viện viễn thông

Standard Institute Châu Âu

F

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường

xuốngFDD Fequency Division DuplexGhép song công phân chia theo tầnsố

FDMA Frequency Division Đa truy cập phân chia theo

G

GGSN Gateway GPRS Support Node Node dịch vụ GPRS

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển mạch gói

vô tuyến

GSM Global System of Mobile Hệ thống thông tin di động

H

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

I

IMT-2000 International Mobile Tiêu chuẩn viễn thông di

ITU International Telecomunication Liên minh viễn thông quốc tế

Union

M

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

vật lý

Q

R

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RNC Radio Network Controler Bộ điều khiển mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên

vô tuyến

Quản lí tài nguyên vô tuyếntuyến

SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ chuyển mạch gói

SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di

Telecommunication System động toàn cầuUSIM UMTS Subscriber Indentity Module nhận dạng thuê bao Module

WCDMA Wideband Code Division Đa truy cập phân chia

Multiple Access theo mã băng rộng

LỜI GIỚI THIỆU

Cùng với sự phát triển của các nghành công nghệ như điện tử, tin học Công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển mạnh mẽ, cung cấpcác loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng

Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển quanhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ

Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về số lượng lẫn chất lượng dịch vụđặc biệt là dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện công nghệ băng rộng đã ra đời Vớikhả năng tích hợp nhiều dịch vụ, công nghệ băng rộng đã dần chiếm lĩnh thị trườngviễn thông Có nhiều chuẩn thông tin di động thế hệ ba được đề xuất, trong đóchuẩn WCDMA đã được ITU chấp nhận và hiện nay đang được triển khai ở một sốkhu vực Hệ thống sử dụng công nghệ CDMA đang là mục tiêu hướng tới của các

hệ thống thông tin di động trên toàn thế giới, điều này cho phép thực hiện tiêuchuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ truyền thông không dây trên toàn cầu

Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động là một trong nhữngkhâu quan trọng nhất của hệ thống sử dụng công nghệ CDMA, nó hạn chế được ảnhhưởng của hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, dung lượng của hệ thống

và khả năng chống lại fading vốn là đặc trưng của môi trường di động Điều khiểncông suất cho các hệ thống vô tuyến tế bào đã được nghiên cứu tương đối chi tiếttrong một số công trình

Với tầm quan trọng như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: “Điều khiển

công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS” để tìm hiểu Đồ án

gồm 4 chương với nội dung chính trong từng chương như sau :

Chương 1: “Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS” sẽ giới thiệu tổng

quan các vấn đề cơ bản về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến

UMTS, sơ lược về những dịch vụ và ứng dụng trong hệ thống này trong hệ thốngthông tin di động thế hệ thứ ba.

Chương 2: “Các kỹ thuật điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di

động thế hệ ba UMTS” sẽ trình bày về ý nghĩa và phân loại các kỹ thuật điều khiểncông suất Từ đó đi sâu vào phân tích các kỹ thuật điều khiển công suất trong hệthống thông tin di động thế hệ ba UMTS

Chương 3: Nghiên cứu 2 thuật toán điều khiển công suất cho hệ thống

UMTS là: điều khiển công suất bước động DSSPC và điều khiển công suất thíchnghi ASPC

Chương 4: “Kết quả tính toán và mô phỏng” dựa trên quỹ đường truyền để

tính toán các thông số của hai phương pháp điều khiển công suất Đồ án đã đưa raphương thức tính toán cụ thể để điều khiển công suất đường lên đồng thời kết quảđược thể hiện thông qua chương trình mô phỏng sử dụng ngôn ngữ lập trình C# Trong thời gian làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức và thờigian còn hạn chế nên đồ án có thể sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rấtmong nhận được sự phê bình, các ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để đồ

án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đở tận tình của thầy Nguyễn Duy NhậtViễn cùng các thầy cô và bạn bè trong khoa để em có thể hoàn thành đề tài này

Đà Nẵng, ngày 23 tháng 05 năm 2011

Chương 1 Tổng Quan Về Hệ Thống UMTS

Chương này sẽ giới thiệu sơ lược về công nghệ WCDMA, các dịch vụ mà3G mang lại và sẽ đi sâu hơn vào việc phân tích hệ thống UMTS : cấu trúc, cácthành phần trong mạng Qua đây chúng ta sẽ có được cái nhìn sơ lược về hệ thốngUMTS Cuối cùng sẽ giới thiệu về các loại chuyển giao trong hệ thống UMTS

Giữa thập niên 1980, ITU khai sinh hệ thống truyền thông di động 3G Sauhơn 10 năm phát triển, vào năm 2000 ITU đã đưa ra một tiêu chuẩn duy nhất chocác mạng di động tương lai gọi là IMT-2000 Phổ tần từ 400MHz đến 3GHz phùhợp cho hệ thống viễn thông 3G

IMT-2000 cung cấp hạ tầng kỹ thuật cho các dịch vụ gia tăng và các ứngdụng trên một chuẩn duy nhất cho mạng thông tin di động Dự kiến, nền tảng nàycung cấp các dịch vụ từ cố định, di động, thoại, dữ liệu, Internet đến các dịch vụ đaphương tiện Điều quan trọng hơn là nó cung cấp dịch vụ chuyển vùng toàn cầu,cho phép người dùng có thể di chuyển đến bất kỳ quốc gia nào cũng có thể sử dụngvới một số điện thoại duy nhất

IMT-2000 hổ trợ các tốc độ bit Rb tương ứng với từng vùng như sau :

+ Vùng 1 : trong nhà (pico cell) , Rb = 2048 Kbps

trình phát triển lên mạng di động thế hệ thứ 3 Công nghệ WCDMA sẽ tận dụng cơ

sở hạ tầng sẵn có của mạng GSM để phát triển, vì vậy nó sẽ tiết kiệm được chi phícho các nhà đầu tư

Các đặc điểm của công nghệ WCDMA:

+ WCDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ phân chia theo mã trực tiếp DS-CDMA.Tức là các bits thông tin của người dùng sẽ được trải phổ trên một băng rộng bằngcách nhân bits dữ liệu với chuỗi bits ngẫu nhiên tốc độ cao quasi (gọi là tốc độchips) lấy từ mã trải phổ CDMA Vì vậy mà WCDMA có thể hổ trợ tốc độ bits caođến 2Mbps

+ WCDMA sử dụng tốc độ chips 3.84Mcps cho các sóng mang có băng thông

là 5Mhz Còn DS-CDMA sử dụng sóng mang khoảng 1Mhz như IS-95 gọi là hệthống CDMA băng hẹp

+ WCDMA hổ trợ các tốc độ dữ liệu khác nhau và tốc độ dữ liệu của ngườidùng luôn không đổi trong một khung 10ms Tuy nhiên giữa các người dùng khácnhau thì có thể thay đổi từ khung này đến khung khác

+ WCDMA hổ trợ 2 chế độ truy cập: FDD và TDD Ở chế độ FDD, thì cácsóng mang 5Mhz khác nhau được sử dụng lần lượt cho các đường lên và đườngxuống, trong khi đó TDD chỉ sử dụng một sóng mang 5Mhz và phân biệt ở các khethời gian khác nhau cho đường lên và đường xuống

+ WCDMA hổ trợ không đồng bộ giữa các trạm gốc, do đó không cần nhữngkhoảng thời gian đồng bộ giữa các trạm Vì vậy việc phát triển các trạm ở khu vựctrong nhà, thành phố sẽ dể dàng hơn

+ WCDMA sử dụng kết hợp tách sóng ở đường lên và đường xuống dựa vàoviệc sử dụng các biểu tượng hoa tiêu

+ Hệ thống WCDMA sử dụng các máy thu Rake để làm giảm suy hao do nhiễu

đa đường

+ Giao diện vô tuyến của WCDMA được chế tạo như là một cách để cải tiến hệthống CDMA, như hổ trợ khả năng tách sóng của nhiều người dùng, sử dụng antenthông minh để làm tăng dung lượng và vùng phủ sóng của hệ thống

+ WCDMA được thiết kế để phát triển cùng với GSM Vì vậy, chuyển giaogiữa GSM và WCDMA được hổ trợ để có thể tận dụng vùng phủ sóng đã có củaGSM mà phát triển WCDMA.

1.4.1 Tổng quan

UMTS là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 của Châu Âu sử dụng kỹthuật trải phổ WCDMA Năm 1998, châu Âu và Nhật đạt được sự nhất trí về nhữngtham số chủ chốt của khuyến nghị CDMA băng rộng và đưa nó trở thành phương án

kỹ thuật dùng giao diện không gian FDD trong hệ thống UMTS Và từ đó phương

án kỹ thuật này được gọi là WCDMA để nêu rõ sự khác biệt với tiêu chuẩn CDMAbăng hẹp của Mỹ (băng rộng chỉ có 1,25 MHz)

UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP UMTS đôi khi còn được gọi

là 3GSM, để chỉ sự kết hợp về bản chất công nghệ 3G của UMTS và chuẩn GSMtruyền thống

UMTS cung cấp 3 loại dịch vụ viễn thông cơ bản:

 Bearer services: là dịch vụ viễn thông cho phép truyền thông tin giữa người

sử dụng và mạng

 Teleservices: là các dịch vụ từ xa như thoại, SMS

 Supplementary services: các dịch vụ mở rộng như hiển thị tên người gọi,chuyển hướng cuộc gọi

Hình 1.2: Tiêu chuẩn QoS cho các ứng dụng real-time và non-real-time

UMTS hổ trợ 4 loại QoS:

 Conversational class: yêu cầu độ trễ nhất định là nhỏ nhất, không có bộ đệm,lưu lượng đối xứng, đảm bảo tốc độ bits

 Streaming class: độ trễ thay đổi là nhỏ nhất, cho phép có bộ đệm, lưu lượngkhông đối xứng, đảm bảo tốc độ bits

 Interactive class: yêu cầu độ trễ vừa phải, cho phép có bộ đệm, lưu lượngkhông đối xứng, không đảm bảo tốc độ bits

 Background class: độ trễ lớn, cho phép có bộ đệm, lưu lượng không đốixứng, không đảm bảo tốc độ bits

1.4.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống UMTS

Hệ thống UMTS gồm nhiều phần tử logic, mỗi phần tử sẽ có một chức năngxác định Thường thì các phần tử được biết như là các phần tử logic nhưng khi thựcthi vào thực tế thì thường ở lớp vật lý, đặc biệt cũng có một số giao diện mở (giaodiện cho phép sử dụng các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau) Dựa vào chứcnăng của các phần tử logic mà người ta sẽ nhóm những phần tử có cùng chức nănglại cùng một nhóm

Hệ thống UMTS được chia thành 3 thành phần chính:

- UE: thiết bị đầu cuối của người sử dụng

- Mạng truy cập vô tuyến mặt đất ( UTRAN ): xử lý các chức năng có liênquan đến vô tuyến.

- Mạng lõi ( CN ): chứa dữ liệu để quản lý người dùng, thực hiện định tuyếncuộc gọi và kết nối dữ liệu với mạng bên ngoài

Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản và các giao diện của UMTS

Các loại giao diện trong mạng:

 Cu: là giao diện kết nối giữa USIM và ME Cu là giao diện chuẩn cho cáccard thông minh

 Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA Đây là giao diện mà qua đó UE truycập vào phần cố định của hệ thống mạng, vì vậy đây là giao diện mở quantrọng nhất trong UMTS Giao diện này nằm giữa nút B và đầu cuối

 Iub: giao diện kết nối giữa node B và RNC Khác với GSM đây là giao diện

mở Điều này được mong đợi sẽ thúc đẩy sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuấtvới nhau, vì vậy sẽ không còn tình trạng độc quyền và chất lượng ngày càngtốt hơn

 Iur: giao diện kết nối giữa các RNC với nhau Ban đầu được thiết kế để đảmbảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiềutính năng mới được bổ sung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bậtsau:

+ Di động giữa các RNC

+ Lưu thông kênh riêng

+ Lưu thông kênh chung

+ Quản lý tài nguyên toàn cục

 Iu: giao diện kết nối UTRAN với CN, là giao diện mở CN có thể kết nối đếnnhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ cóthể kết nối đến một điểm truy nhập CN Iu gồm 2 phần:

 IuPS: dùng cho miền chuyển mạch gói

 IuCS: dùng cho miền chuyển mạch kênh

 Chuyển mạch gói (PS): dữ liệu sẽ được chia thành các gói nhỏ hơn đểtruyền Mỗi gói sẽ có một địa chỉ đích để mà có thể được chuyển tiếp khi điqua các node Ưu điểm của kỹ thuật này là khi mà có một node trong mạng

bị lỗi, thì tùy thuộc vào giao thức định tuyến trong mạng một đường dẫn mới

sẽ được xác định để mà vẫn có thể chuyển gói tin đến đích Chuyển mạch góigồm các phần tử: SGSN, GGSN

Còn các phần tử: VLR, HLR, EIR, AUC thì được dùng chung cho cả hai loạichuyển mạch

 Chức năng các phần tử trong mạng lõi:

 MSC: là node hổ trợ quá trình định tuyến trong chuyển mạch kênh Ngoài raMSC là nơi xử lý quá trình chuyển giao (Handover) các cuộc gọi và cũng lànơi chứa những thông số về vị trí hiện tại của người dùng để mà có thể thiếtlập kết nối ngay khi có cuộc gọi đến

 GMSC: là node chuyển mạch kết nối với các mạng bên ngoài

 HLR: khi người dùng ký kết hợp đồng sử dụng dịch vụ di động thì dữ liệu vềngười dùng và khóa chứng thực được lưu giữ ở HLR Nó cũng lưu giữ thôngtin về vị trí hiện thời của thuê bao.

 VLR: cũng chứa những thông tin giống HLR nhưng là tạm thời Khi thuêbao di chuyển đến một nơi khác thì thông tin sẽ được VLR cập nhật, vì vậy

số liệu về vị trí thuê bao của VLR chính xác hơn HLR Điểm thuận lợi của

mô hình nhiều cấp độ này là không phải tất cả thông tin đều được tra cứu ởtrung tâm dữ liệu, điều này ngăn cản sự quá tải có thể xảy ra ở trung tâm dữliệu

 SGSN: có nhiệm vụ giống MSC và VLR nhưng thực hiện cho chuyển mạchgói Vị trí hiện tại của người dùng cũng được chứa ở SGSN để mà địnhtuyến khi có các gói dữ liệu đến Ngoài ra nó cũng có chức năng chứng thực

 GGSN: là node cổng có nhiệm vụ chuyển các gói dữ liệu tới mạng khác(Internet ) Thường thì GGSN sẽ kết hợp với một tường lửa Các gói dữliệu đến được đóng gói vào các thùng chứa đặc biệt bởi GGSN và đượcchuyển tiếp trên giao thức đường hầm GTP đến SGSN

 EIR: chứa số IMEI của máy di động Dựa vào trạng thái của IMEI mà EIR sẽđiều khiển việc cho phép thiết bị truy cập hay không

Có 3 trạng thái có khả năng xảy ra:

- Danh sách trắng: là những thiết bị được phép truy cập vào mạng

- Danh sách xám: là những thiết bị nằm ngoài khả năng giám sátbởi mạng và có vấn đề

- Danh sách đen: là những thiết bị bị mất cắp hoặc bị mất kiểm soátbởi mạng Đây là những thiết bị không được phép truy cập vàomạng

 AuC: kết hợp với HLR và chứa khóa chứng thực cho những thuê bao đãđược đăng ký ở HLR

1.4.5 UTRAN

Nhiệm vụ chính của UTRAN là thiết lập và duy trì việc giao tiếp giữa UE

và CN Về mặt kiến trúc UTRAN gồm nhiều RNS, mỗi RNS lại bao gồm nhiềunode B và một RNC Các RNS giao tiếp với nhau thông qua giao diện Iur, giao diệnnày có thể mang cả thông tin báo hiệu và lưu lượng

1.4.5.1 RNC

RNC là node trung tâm của mạng truy cập vô tuyến, cũng giống như BSCtrong hệ thống GSM RNC quản lý nguồn tài nguyên của tất cả các cell mà nó điềukhiển ( định vị kênh, chuyển giao, điều khiển công suất ) Những nhiệm vụ chủ yếucủa RNC là:

 Điều khiển cuộc gọi: không giống GSM, UMTS sử dụng kỹ thuật CDMA vìvậy cung cấp một số lượng lớn thuê bao trên cùng một kênh Điều này sẽ làmtăng khả năng nhiễu giữa các thuê bao Do đó RNC sẽ phải tính toán lưulượng tải của mỗi cell, và sau đó sẽ xem xét mức nhiễu khi một thuê bao mớiyêu cầu thiết lập cuộc gọi là có thể chấp nhận được không, nếu không đượcthì sẽ từ chối việc truy cập của thuê bao

 Quản lý tài nguyên vô tuyến

 Phân bổ mã: mã CDMA trong UMTS được quản lý trong cái gọi là cây mã.RNC cung cấp một phần cây mã đến máy di động và cũng có thể thay đổi mãtrong quá trình kết nối

 Điều khiển công suất

 Lập lịch gói: trong chuyển mạch gói thì nhiều thuê bao sẽ cùng chia sẽ mộtkênh truyền vô tuyến RNC có nhiệm vụ lập chu trình phân bố việc truyềncác gói tin cho thuê bao

 Điều khiển chuyển giao

 Mã hóa dữ liệu đến từ mạng cố định

 Sử dụng chuyển mạch ATM hoặc IP trên các kết nối giữa node B với RNC,RNC với RNC và RNC với CN

1.4.5.2 Node B

Node B trong UMTS cũng giống như trạm BTS trong GSM Node B quản

lý một hoặc nhiều cell Có 3 loại node B ở trong 2 chế độ UMTS: UTRA-FDD node

B, UTRA-TDD node B và dual-mode node B, có thể dùng 2 chế độ đồng thời Node

B kết nối trên đường ATM hoặc IP đến RNC Tùy thuộc vào khoảng cách giữanode B và RNC mà có những nhiệm vụ khẩn cấp không thể thực hiện ở RNC nhưđiều khiển công suất vòng trong nên đôi khi được thực hiện ở node B Trong trườnghợp đặc biệt của chuyển giao mềm hơn, việc tách và gộp luồng dữ liệu của nhiềuphân vùng được xử lý ở node B Ngoài ra node B cũng đo chất lượng và cường độcủa tín hiệu, lập báo cáo đo đạt cho RNC

1.4.5.3 UE

UE là node quan trọng cuối cùng trong mạng Gồm 2 thành phần là:

- ME: đây là thiết bị đầu cuối di động được sử dụng để giao tiếp với mạng quagiao diện vô tuyến Uu

- USIM: là thẻ thông minh được gắn vào ME, chứa các thông tin về nhận thựcthuê bao, chứa khóa cho việc chứng thực và thực hiện các thuộc toán chứngthực khi thuê bao thiết lập cuộc gọi

Trong hệ thống thông tin di động tế bào có hổ trợ việc chuyển vùng phục vụkhi mà user đang di chuyển từ cell này sang cell khác Quá trình này được gọi làchuyển giao Mục đích chính của chuyển giao là duy trì các cuộc gọi đang diễn ra.Điều này thực sự cần thiết khi mà user đang di chuyển (có thể với tốc độ cao) và sẽthật sự phiền nhiễu nếu cuộc gọi đang diễn ra bị rớt khi user di chuyển từ cell nàysang cell khác Khác với GSM các user chỉ có giao tiếp cùng lúc với một cell gọi làchuyển giao cứng, thì ở CDMA cho phép cùng lúc user có thể giao tiếp với nhiềucell khác nhau gọi là chuyển giao mềm Chuyển giao mềm và mềm hơn là các loạichuyển giao đặc biệt của CDMA trong hệ thống UMTS và cũng là đặc tính quantrọng nhất của cuộc cách mạng sử dụng phương thức truy cập WCDMA WCDMA

có 3 loại chuyển giao: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giao mềmhơn.

1.5.1 Chuyển giao cứng (Hard Handover)

 Inter-system: là quá trình chuyển giao giữa hệ thống 2G và 3G hoặc giữa cácchế độ UTRA-FDD và UTRA-TDD Khi vùng phủ sóng của WCDMA và hệthống lân cận (GSM) chồng lên nhau thì IS-HO được sử dụng để điều khiểntải giữa các hệ thống Chẳng hạn như các kết nối về thoại thì xử lý ở mạng2G lân cận, còn kết nối dữ liệu thì xử lý ở hệ thống WCDMA Thuật toán IS-

HO được xử lý ở RNC

 Intra-frequency: chuyển giao này không xuất hiện ở chế độ FDD mà chỉ có ởTDD Quá trình chuyển giao này làm thay đổi mã trải phổ và giải trải phổnhưng tần số thì không đổi

 Inter-frequency: chuyển giao này xuất hiện khi cell ở các cấp độ phân cấpkhác nhau (mico, macro, pico cell), hay giữa GSM và WCDMA Lúc đóchuyển giao Inter-system cũng là Inter-frequency và tần số sóng mang của

UE sẽ thay đổi

1.5.2 Chuyển giao mềm (Soft Handover)

Hình 1.5: Chuyển giao mềm trong cùng RNC và khác RNC

Chuyển giao mềm xảy ra khi UE nằm ở khu vực là nơi giao nhau giữa 2vùng phủ sóng của 2 cell Có 2 loại chuyển giao mềm:

- Chuyển giao giữa các node B nhưng thuộc cùng một RNC quản lý

- Chuyển giao giữa các node B nhưng thuộc các RNC khác nhau

Trong chuyển giao mềm thì liên kết đến 2 trạm gốc có được thiết lập đồngthời, đây là cách mà UE có thể giao tiếp với 2 trạm gốc Bởi việc có nhiều hơn mộtkết nối trong quá trình xử lý chuyển giao, điều này làm tăng độ tin cậy hơn và quátrình chuyển giao được liền mạch hơn

Thực tế trong chuyển giao mềm sử dụng nhiều đường liên kết đồng thời,điều đó có nghĩa là các cell lân cận sẽ ở trên cùng một tần số hoặc kênh bởi vì UEkhông có nhiều máy phát và máy thu Điều này là thật sự cần thiết

Khi chuyển giao mềm, UE nhận tín hiệu từ 2 node B và kết hợp chúng bằng

sử dụng máy thu RAKE Việc chuyển giao ở đường uplink phức tạp hơn vì việc kếthợp tín hiệu không thể được hoàn thành vì có liên quan đến nhiều node B Thay vào

đó việc kết hợp tín hiệu sẽ được hoàn thành trên các frame Khung tốt nhất được lựachọn là sau chu kỳ của bộ xáo trộn bits (Interleaving).

Chuyển giao mềm sử dụng nguồn tài nguyên mạng nhiều hơn là chuyển giaocứng Tuy nhiên điều này bù lại sẽ làm tăng độ tin cậy và hiệu suất của quá trìnhchuyển giao Điều cuối cùng cần nhớ rằng chuyển giao mềm và chuyển giao mềmhơn được khởi tạo ở RNC chứ không phải ở mạng lõi CN

1.5.3 Chuyển giao mềm hơn (Softer Handover)

Hình 1.6: Softer Handover

Chuyển giao mềm hơn là trường hợp đặc biệt của chuyển giao mềm Đây làquá trình chuyển giao giữa các sector khác nhau trong cùng một node B Điều nàyxảy ra là do UE đang ở vùng giao nhau giữa 2 sector, hoặc thông thường là do hiệuứng đa đường của việc phản xạ từ các tòa nhà

Ở đường uplink node B sẽ thu tín hiệu từ nhiều sector khác nhau, điều nàylàm cải thiện chất lượng tín hiệu Ở hướng downlink thì có phức tạp hơn chút bởi vìmỗi sector của node B sử dụng một mã trải phổ khác nhau Để giải quyết vấn đềnày, sử dụng "finger" khác nhau của máy thu RAKE để mà giải trải phổ mã của tínhiệu thu được Sau khi được thực hiện tín hiệu có thể kết hợp lại với nhau nhưtrước Số lượng liên kết vô tuyến tối đa mà UE có thể hổ trợ đồng thời là 8 Thực tếđiều này được giới hạn ở 4

Thông thường khi kết nối RRC được thiết lập, nó chỉ luôn thiết lập ở trênmột cell Mạng sẽ khởi tạo việc đo tần số bên trong (Intra-frequency) để kiểm tranếu có bất cứ cell nào khác mà UE có thể kết nối đồng thời để cải thiện chất lượng

dữ liệu đang được truyền giữa RNC và UE Nếu cell là phù hợp thì thủ tục cập nhậtthiết lập kích hoạt được khởi tạo (Active Set Update) Bằng cách sử dụng bản tincập nhật thiết lập kích hoạt này, mạng sẽ thêm hoặc xóa nhiều hơn một kết nối vôtuyến đến UE.

Trong chương này chúng ta đã có được cái nhìn tổng quan về cấu trúc mạngcủa hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS và cũng đã hiểu sơ lược về cácloại chuyển giao trong 3G Đây cũng là những kiến thức cơ bản làm tiền đề đểnghiên cứu sâu hơn về 3G trong các chương tiếp theo

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG UMTS

Hệ thống UMTS sử dụng công nghệ WCDMA để tăng tốc độ dữ liệu vàdung lượng hệ thống Nhưng để đạt được điều đó thì cần phải giảm thiểu tối đanhiễu trong hệ thống Điều khiển công suất là một phương pháp hiệu quả để làmđiều này Vì vậy trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại điều khiển côngsuất trong UMTS

2.2.1 Mục đích

Điều khiển công suất nhằm những mục đích sau:

 Giải quyết vấn đề của hiện tượng gần xa

 Điều chỉnh công suất phát để đảm bảo chất lượng ở đường lên và xuống

 Giảm nhiễu để tăng dung lượng hệ thống

 Làm giảm tối đa công suất của đầu cuối di động, vì vậy làm tăng tuổi thọ củapin

 Tóm lại điều khiển công suất là để điều chỉnh công suất phát của đầu cuối diđộng ở mức thấp nhất nhưng vẫn đảm bảo được một chất lượng dịch vụ ởmột mức chấp nhận được

2.2.2 Hiện tượng gần xa

Trong hệ thống WCDMA các thuê bao sẽ cùng phát tín hiệu trên cùng băngtần một cách đồng thời Vì vậy không có điều khiển công suất, ở đường lên tín hiệuđến từ MS gần với BS nhất có thể chặn các tín hiệu từ các MS khác cách xa BShơn Trong tình huống xấu nhất, một MS có công suất quá lớn có thể chặn toàn bộmột cell Giải pháp là áp dụng điều khiển công suất để đảm bảo rằng các tín hiệuđến từ các đầu cuối khác nhau có sẽ có cùng mức công suất khi chúng đến node B

Hình 2.1: Công suất tín hiệu sau khi điều khiển công suất

Ở đường xuống không có hiệu ứng gần xa do mô hình một đến nhiều điểm Điều khiển công suất đường xuống có nhiệm vụ giảm nhiễu gây ra cho các cell

khác và đảm bảo UE ở biên của cell có thể nhận được tín hiệu

Điều khiển công suất trong UMTS được phân thành 2 loại:

 Điều khiển công suất vòng hở (open-loop)

 Điều khiển công suất vòng kín (close-loop) gồm:

 Điều khiển công suất vòng trong (inner-loop)

 Điều khiển công suất vòng ngoài (outer-loop)

Điều khiển công suất vòng hở được sử dụng để khởi tạo việc thiết lập côngsuất ban đầu ở cả hướng uplink và down-link khi thuê bao bắt đầu truy cập vàomạng Việc ước lượng công suất phát chủ yếu dựa vào việc tính toán suy hao đườngtruyền Điều khiển công suất vòng hở đường uplink áp dụng cho kênh: PRACH vàDPCCH Còn đường downlink chỉ áp dụng cho kênh DPCCH

2.3.1 Điều khiển công suất vòng hở đường lên

Điều khiển công suất vòng hở đường lên được đặt ở cả UE và UTRAN Cácthông số yêu cầu cho việc điều khiển được phát quảng bá trên cell và công suất mãtín hiệu thu RSCP được đo bởi UE trên kênh P-CPICH Dựa vào công suất khởi tạo

ở vòng hở UE sẽ thiết lập giá trị khởi tạo cho các kênh PRACH và DPCCH trướckhi bắt đầu điều khiển công suất vòng trong

Hình 2.2: Quá trình điều khiển công suất vòng hở

Khi UE muốn truy cập vào mạng thì nó sẽ yêu cầu trên kênh PRACH Trên kênhPRACH đầu tiên UE sẽ phát một mức công suất Preamble và đợi phản hồi từ node

B trên kênh AICH

Hình 2.3: Quá trình xử lý ở kênh PRACH

Công suất khởi tạo ban đầu được xác định như sau:

Preamble_Initial_Power = CPICH_Tx_Power – CPICH_RSCP

+ UL_interference + Constant value [7] (2.1)

trong đó CPICH_Tx-power là công suất phát của P-CPICH, CPICH _RSCP là côngsuất P-CPICH thu tại UE, CPICH_Tx_power – CPICH _RSCP là ước tính suy hao

đường truyền từ nút B đến UE Giá trị Constant có thể được thiết lập lớn hơn -16dBhoặc -15dB để mà bản tin Preamble có thể nhận được dễ dàng ở UTRAN.

Công suất khởi tạo Preamble sẽ rất thấp vì nếu quá cao thì nó sẽ gây ra nhiễu trongcell và cho các cell lân cận

Nếu UE không nhận được phản hồi trên kênh AICH của node B thì UE sẽ

tiếp tục tăng công suất phát Preamble với giá trị PowerRampStep được cấu hình ở

RNC

Nếu UE nhận được chỉ thị negative từ kênh AICH thì UE sẽ đợi một khoảngthời gian chắc chắn sau đó nó sẽ lặp lại chu kỳ Preamble như lúc đầu Chu kỳ nàyđược gọi back-off delay Các thông số NB01min và NB01max là các ngưỡng giớihạn mức thấp và mức cao của back-off delay

Quá trình xử lý Preamble này gồm nhiều chu kỳ nhưng không vượt quáMmax Trong mỗi chu kỳ UE sẽ lặp lại các Preamble cho tới khi nào nhận được chỉ

thị AICH từ node B hoặc khi số lần lặp lại đã đạt đến mức PreambleRetransMax.

Nếu UE nhận được chỉ thị positive từ AICH thì UE sẽ bắt đầu quá trình truyền phần

Messages sau thời gian AICHTxTiming đã cấu hình.

Phần Message gồm 2 phần: phần control và phần data Công suất của phần

control bằng công suất Preamble cuối cùng cộng với PowerOffsetPpm Giá trị này

phải được đặt tương ứng với trường TFC của PRACH PowerOffsetPpm thườngđược đặt giá trị -3dB cho việc truyền báo hiệu và -2dB cho truyền dịch vụ

Công suất của phần data được tính như sau:

Pdata = Pcontrol x (βd/βc)2

Trong đó βd và βc là độ lợi công suất của phần data và phần control

Các giá trị được thiết lập mặc định trong Huawei:

Khi tính toán DPCCH đầu tiên, UE khởi đầu PC vòng trong tại công suất như sau :

DPCCH_Initial_power= DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP [8] (2.2)

Trong đó công suất mã tín hiệu thu của P_CPICH (CPICH_RSCP) được đotại UE và dịch công suất DPCCH (DPCCH_Power_offset) được tính toán bởi điềukhiển cho phép AC trong RNC và được cung cấp cho UE khi kết nối RRC được xácđịnh như sau :

+10lg(SF DPDCH ) [8] (2.3)

Trong đó SIR_DPCCH là SIR đích khởi đầu do AC tạo ra đối với kết nối cụthể, SF-DPCCH là hệ số trải phổ đối với DPDCH tương ứng

2.3.2 Điều khiển công suất vòng hở hướng xuống

Điều khiển công suất vòng hở đường xuống dùng để thiết lập công suất kênhhướng xuống dựa vào bản tin đo đạt của UE Công thức để tính công suất kênhDPCCH khi liên kết được khởi tạo lần đầu:

Trong đó: R là tốc độ bits của user, W là tốc độ chips, là hệ số trực giao ở hướng

xuống, được báo cáo bởi UE, PtxTotal là công suất sóng mang đo được

ở node B và sẽ được báo cáo cho RNC

Điều khiển công suất vòng hở chỉ có thể bù đại khái suy hao do khoảng cách vì vậy

mà nó chỉ có thể được dùng để khởi tạo công suất ban đầu

2.4 Điều khiển công suất vòng kín

Sau khi đã xác định được công suất ban đầu để truy cập vào mạng ở vòng hởthì UE và UTRAN sẽ tiếp tục quá trình điều khiển công suất vòng kín Quá trìnhnày nhằm mục đích là đảm bảo chất lượng cho kết nối luôn ở một mức QoS đạt yêucầu

Điều khiển công suất vòng kín gồm 2 vòng: điều khiển công suất vòng trong

và điều khiển công suất vòng ngoài

2.4.1 Điều khiển công suất vòng ngoài (Outer Loop)

Mục đích của giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài là duy trì chấtlượng thông tin tại mức SIR được định nghĩa bởi các yêu cầu chất lượng đối vớikênh mang dịch vụ bằng cách tạo ra SIR đích phù hợp cho PC vòng trong Thao tácnày được thực hiện cho từng DCH thuộc cùng kết nối RRC SIR đích cần được điềuchỉnh mỗi khi tốc độ UE hay các điều kiện truyền sóng thay đổi Sự thay đổi côngsuất thu càng lớn, yêu cầu SIR đích càng cao Nếu chọn một SIR đích cố định, thìchất lượng thông tin có thể quá thấp hoặc quá cao dẫn đến trong một số trường hợpcông suất không đảm bảo chất lượng đường truyền còn trong một số trường hợpkhác tăng lãng phí công suất Tần số của PC vòng ngoài thay đổi từ 10 đến 100 Hz.Nguyên tắc cơ bản của PC vòng ngoài:

 Nếu giá trị BLER/BER ước lượng thấp hơn giá trị BLER/BER đích thì giảmSIR đích của PC vòng trong

 Nếu giá trị BLER/BER ước lượng lớn hơn giá trị BLER/BER đích thì tănggiá trị SIR đích của PC vòng trong

2.4.1.1 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên

Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên được thực hiện ở SRNC đểlập SIR đích tại Node B cho điều khiển công suất vòng trong SIR đích được cậpnhật cho từng UE dựa trên ước tính chất lượng đường lên (BLER hoặc BER) chokết nối RRC Giải thuật điều khiển sử dụng CRC của luồng số liệu làm số đo chấtlượng Nếu CRC đạt yêu cầu, thì SIR đích được giảm đi một lượng nhất định, tráilại nó tăng lên Giá trị thông thường của bước điều chỉnh SIR là từ 0,1 đến 1 dB

Hình 2.4: Điều khiển công suất vòng kín

Kiến trúc chức năng điều khiển công suất vòng ngoài áp dụng cho trườnghợp khi UE ở trong chuyển giao mềm

Hình 2.5: Khi UE trong chuyển giao mềm

Mỗi thực thể điều khiển công suất đường lên nhận thông tin chất lượngđường lên từ MDC, tại đây số liệu đến từ các nhánh SHO khác nhau được kết hợp(thủ tục chọn và kết hợp) Phụ thuộc vào kiểu kênh mang vô tuyến, thực thể PCnhận hoặc ước tính BLER được tính ở MDC theo các bit CRC của các khung đượcchọn hoặc ước tính BER được tính tại Node B Nếu CRC không ổn, MDC có thểchọn ước tính tốt nhất trong số các ước tính BER

2.4.1.2 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống

Hình 2.6: Điều khiển công suất vòng ngoài DL

Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống hoạt động tại UE UE điềuchỉnh giá trị SIR đích cho PC vòng trong bằng thuật toán riêng mà cung cấp chấtlượng đo (BLER) giống như giá trị đích được thiết lập ở RNC Giá trị chất lượng

DL PC đích trong UE được điều khiển bởi AC trong RNC AC quyết định giá trịcủa BLER đích cho từng DCH được đặt trên CCTrCH BER đích đường xuống chotừng kênh truyền tải sau đó được UE nhận trên các bản tin RRC

Tùy thuộc vào các nhà sản xuất mà mỗi UE sẽ có một thuật toán điều khiểncông suất riêng

2.4.2 Điều khiển công suất vòng trong (Innner-loop)

Điều khiển công suất vòng trong hay điều khiển công suất nhanh dùng để giữSIR của một thuê bao ở mức chấp nhận được Điều khiển công suất vòng trong chophép node B hoặc UE điều chỉnh công suất phát của mình dựa vào giá trị SIR nhậnđược ở node B và UE Điều khiển công suất vòng trong được sử dụng trực tiếp cho

cả đường lên và đường xuống của kênh DCH và cho đường lên của kênh CPCH

2.4.2.1 Điều khiển công suất vòng trong đường lên

Điều khiển công suất vòng trong đường lên được dùng để thiết lập côngsuất cho kênh DPCH và PCPCH Node B sẽ nhận giá trị SIR đích của điều khiểncông suất vòng ngoài đặt ở RNC và so sánh nó với giá trị ước lượng của kênhDPCCH đường lên ở mỗi khe thời gian Nếu giá trị nhận được thấp hơn SIR đíchthì node B sẽ phát lệnh TPC=1 để UE tăng công suất phát và ngược lại TPC=0

Ở phía UE sẽ có 2 thuật toán được dùng để xử lý các lệnh TPC nhận được từ node

B để đưa ra lệnh TPC_cmd

Thuật toán PCA1(1500Hz): được dùng trong môi trường có tốc độ trung

bình và UE sẽ điều chỉnh công suất phát của DPCCH ở mỗi Time Slot với giá trị

DPCCH = tpc*TPC_cmd Giá trị tpc có thể là 1dB hoặc 2dB

Khi UE không ở trong Soft Handover, lệnh TPC_cmd được xác định như sau:

 Nếu TPC = 0 thì TPC_cmd = -1

 Nếu TPC = 1 thì TPC_cmd = 1

Hình 2.7: Thuật toán thứ 1 khi UE không ở trong SHO

Còn khi UE ở trong chuyển giao mềm thì: nó sẽ kết hợp các lệnh TPC nhậnđược từ các nodeB khác nhau và đưa ra lệnh TPC_cmd theo nguyên tắc sau:

"

1

"

, 1

1 0

, 1

1 ,

1 ) W W

, (W g TPC_cmd

# ,

# ,

1

1 N

2 1

slot est slot est i

N i i

N i i

TPC TPC W

N W N

W

Hình 2.8: Thuật toán thứ 1 khi UE ở trong vùng SHO

Thuật toán PCA2(300 Hz): sử dụng kích thước bước nhỏ hơn so với PCA1.

Điều này là thật sự cần thiết khi UE ở trong môi trường có tốc độ rất chậm hoặc rấtcao Trong những môi trường này thì PCA1 sẽ làm dao động giá trị SIR xung quanhgiá trị SIRtarget PCA2 sẽ điều chỉnh công suất phát ở mỗi 5TS Giá trị TPC_cmd

từ TS0 đếnTS4 luôn là 0 để công suất luôn không đổi còn ở TS5 thì TPC_cmd cóthể là -1,1 hoặc 0

Giá trị của TPC_cmd được thể hiện qua hình sau:

Hình 2.9: Thuật toán thứ 2 khi UE không trong vùng SHO

Còn trong trường hợp chuyển giao mềm: thì đầu tiên UE cũng sẽ xác địnhcác lệnh TPC_cmd của từng nodeB như ở trên, sau đó UE sẽ kết hợp các lệnhTPC_cmd của các nodeB này lại để đưa ra lệnh TPC_cmd ở TS5 như hình sau:

Hình 2.10: Thuật toán thứ 2 khi UE trong vùng SHO

Kích thước bước điều khiển công suất sẽ phụ thuộc vào tốc độ của UE Với tốc độđiều khiển công suất 1500Hz, kích thước bước 1dB có thể bù được suy hao do môitrường và hiệu ứng Doppler gây ra ở tốc độ 30km/h Ở tốc độ từ 30-80km/h thì cầnphải tăng kích thước bước lên 2dB

Trong quá trình kết hợp, sau khi áp dụng điều chỉnh công suất DPCCH và hệ

số độ lợi, UE không được phép đạt tới công suất phát tối đa của mình được thiết lậptrong quá trình hoạch định mạng Khi điều chỉnh công suất phát DPCH thì UE phải

có khả năng giảm công suất phát của mình ít nhất đến -50 dBm

2.4.2.2 Điều khiển công suất vòng trong đường xuống

Ở hướng xuống UE sẽ nhận giá trị BLER đích được thiết lập bởi RNC và

UE sẽ ước lượng SIR hướng xuống của kênh biểu tượng hoa tiêu DPCH Nếu giá trịước lượng nhỏ hơn giá trị đích thì UE sẽ phát lệnh TPC tăng công suất và ngược lại

Có 2 chế độ điều khiển công suất hướng xuống:

Nếu DPC_MODE = 0 UE phát một lệnh TPC cho mỗi khe TS NếuDPC_MODE = 1 thì UE phát cùng một lệnh TPC cho ba khe TS Các lệnh TPCđược phát trên UL_DPCCH để điều khiển công suất của DL_DPDCH và cácDPDCH tương ứng với nó bằng cùng một lượng công suất Kích thước bước điềukhiển công suất đường xuống là một thông số của quá trình hoạch định mạng vôtuyến, các bước có thể là 0.5, 1, 1.5 hoặc 2 dB Bước bắt buộc tối thiểu là 1dB còncác bước khác là tuỳ chọn Nếu UE ở chuyển giao mềm SHO, tất cả các cell kết nối

đến UE phải có bước PC như nhau để tránh trôi công suất Trong trường hợp nghẽn,RNC có thể lệnh cho Node B không thực hiện lệnh TPC “tăng” của UE.

Trong chuyển giao mềm điều khiển công suất vòng trong trên kênh hướngxuống DPCH có 2 vấn đề chính khác nhau từ các trường hợp liên kết đơn khácnhau: vấn đề trôi công suất và độ tin cậy việc kiểm tra lệnh TPC trên đường lên

2.4.3 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 các Nút

B trong tập hợp “tích cực” Các Nút B sẽ phát hiện các lệnh này một cách độc lập,bởi vì các lệnh này sẽ không được kết hợp trong các bộ điều khiển mạng RNC do sẽgây ra nhiều trễ và báo hiệu trong mạng Chính vì các lỗi báo hiệu trên giao diện vôtuyến, các Nút B sẽ phát hiện các lệnh điều khiển công suất theo các cách khácnhau 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 khác nhau đó dẫn đến tình huốngcông suất đường xuống bắt đầu trôi theo hướng khác nhau Hiện tượng đó gọi làtrôi công suất

Hiện tượng trôi công suất là không mong muốn, bởi vì nó làm giảm hiệu suấtchuyển giao đường xuống Vấn đề này có thể được điều khiển bởi RNC Phươngpháp đơn giản nhất là thiết lập giới hạn tương đối nghiêm ngặt cho khoảng biếnđộng công suất đường xuống Giới hạn này cho công suất phát cụ thể của các UE

Rõ ràng khoảng biến động điều khiển công suất cho phép càng nhỏ thì độ trôi côngsuất lớn nhất càng nhỏ Mặt khác khoảng biến đổi điểu khiển công suất thường cảithiện hiệu suất điều khiển công suất

Một cách khác để giảm sự trôi công suất RNC có thể nhận thông tin từ cácnode B về các mức công suất phát của kết nối chuyển giao mềm Các mức này đượctính trung bình trên một số các lệnh điều khiển công suất, ví dụ như trong 500ms,hay trên 750 lệnh điều khiển công suất Dựa vào các thông số đo đạc này, RNC cóthể gửi các giá trị tham khảo về công suất phát đường xuống tới các Nút B Các Nút

B đang thực hiện chuyển giao mềm sử dụng các giá trị tham khảo này cho việc điều

khiển công suất đường xuống cho các kết nối để giảm hiện tượng trôi công suất.Như vậy cần một sự hiệu chỉnh nhỏ mang tính định kỳ để hướng tới công suất thamkhảo Kích cỡ hiệu chỉnh này tỷ lệ thuận với độ chênh lệch giữa công suất phát thực

tế và công suất phát tham khảo Phương pháp này sẽ giảm bớt hiện tượng trôi côngsuất Sự trôi công suất chỉ xảy ra nếu có điều khiển công suất nhanh trên đườngxuống Trong IS-95 chỉ có điều khiển công suất chậm trên đường xuống nên khôngcần phương pháp điều khiển sự trôi công suất đường xuống

Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động UMTS là một trongnhững khâu quan trọng nhất của hệ thống Nó hạn chế được ảnh hưởng của hiệuứng gần xa đến chất lượng dịch vụ, làm tăng dung lượng hệ thống và có khả năngchống lại fading vốn là đặc trưng của môi trường di động Chương này đã tìm hiểu

ý nghĩa và các loại điều khiển công suất trong hệ thống UMTS Từ đó ta sẽ có cáinhìn tổng quát để tìm hiểu các chương tiếp theo Trong chương 3 chúng ta sẽ nghiêncứu hai thuật toán được sử dụng để cải thiện hiệu quả điều khiển công suất cho hệthống thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS

Chương 3 Các Thuật Toán Điều Khiển Công Suất Trong UMTS

Điều khiển công suất là một cơ chế cực kì quan trọng trong quản lý nguồntài nguyên vô tuyến của hệ thống UMTS Vì hệ thống UMTS sử dụng kỹ thuậtWCDMA nên nhiễu đồng kênh và nhiễu do các kênh lân cận là các yếu tố chínhlàm giảm đi dung lượng của hệ thống Điều khiển công suất có nhiệm vụ điều chỉnhcông suất phát của các UE ở mức thấp nhất nhưng vẫn đảm bảo được QoS tối thiểuđối với từng dịch vụ mà UE sử dụng

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về 2 thuật toán được sử dụng đểđiều khiển công suất trong hệ thống UMTS là:

+ Dynamic-Step Size Power Control (DSSPC)

+ New Adaptive Step Power Control (NASPC)

3.2.1 Kênh truyền ở downlink

Ở đường downlink, tín hiệu sau khi trải phổ của tất cả các user được truyền

một cách đồng bộ bởi BS Những tín hiệu này khi đi đến một user thì đều trải quađồng thời cùng một kênh multipath fading, cùng một suy hao pathloss Vì vậy mà

sự trực giao của các mã trải phổ ở đường downlink vẫn có thể được duy trì, do đó sẽkhông tồn tại nhiễu MAI Sau khi nhận được tín hiệu thì user chỉ cần giải trải phổ là

có được tín hiệu mong muốn Tuy nhiên ở những cell lân cận thì vẫn có thể xảy ranhiễu do có thể có cùng chung một mã

Còn ở đường uplink việc đồng bộ giữa các user là rất khó khăn bởi vì mỗiuser ở một vị trí khác nhau Điều này làm mất đi tính trực giao giữa các mã trải phổ

và dẫn đến nhiễu MAI Tùy theo mức công suất phát và nhiễu MAI mà làm cho hệthống CDMA sẽ trở nên rất nghiêm trọng Vì vậy mà điều khiển công suất ở đường