Đề tài Điều khiển công suất và chuyển giao trong hệ thống thông tin di động CDMA

ch song công chỉ bằng 80MHz đối với băng II vì thế đặt ra các yêu cầu khó khăn hơn đối với phần cứng của máy thu phát. Tại Việt Nam băng tần 3G được cấp phát tần số theo tám khe tần số như cho trong bảng 1-2, trong đó hai hoặc nhiều nhà khai thác có thể cùng tham gia xin cấp phát chung một khe. Bảng 1-2. Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam Khe tần số FDD TDD BSTx* BSRx** BSTx/BSRx A 2110-2125 MHz 1920-1935 MHz 1915-1920 MHz B 2125-2140 MHz 1935-1950 MHz 1910-1915 MHz C 2140-2155 MHz 1950-1965 MHz 1905-1910 MHz D 2155-2170 MHz 1965-1980 MHz 1900-1905 MHz * BSTx: máy phát trạm gốc ** BSRx: máy thu trạm gốc Lý do cấp phát các kênh 5MHz khác nhau tại các nước khác nhau là ở chỗ các nhà khai thác phải quy hoạch mã và phải tránh việc sử dụng các mã gây ra nhiễu kênh lân cận trong cùng một nước hoặc các nhà khai thác khác trong nước liền kề. Vì thế cần phải nghiên cứu quan hệ giữa các tổ hợp mã trải phổ và hoạt động của các kênh lân cận. Hiện nay tại Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đã được chia là bốn khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT Chương II ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ Trong hệ thống thông tin di động để đảm bảo tính di động của thuê bao thì các trạm phát phải được đặt ở khắp nơi. Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định và chịu trách nhiệm với các thuê bao nằm trong vùng phủ sóng của mình và hệ thống phải đảm bảo tính liên tục của tín hiệu liên lạc khi thuê bao di chuyển giữa các trạm phát. Mặt khác, do trong hệ thống CDMA các thuê bao cùng sử dụng chung một băng tần lên xảy ra hiện tượng tín hiệu mạnh lấn át tín hiệu yếu (hiệu ứng gần – xa), nhiễu đồng kênh. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng QoS yêu cầu của dịch vụ hệ thống phải áp dụng các kĩ thuật điều khiển công suất và chuyển giao nhằm hạn chế nhiễu đồng kênh, giải quyết vấn đề gần – xa và làm tăng dung lượng hệ thống, thỏa mãn yêu cầu roanming. 2.1 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 2.1.1 Cở sở của điều khiển công suất Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, các máy di động đều phát chung một tần số ở cùng thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh đối với nhau. Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỉ số Eb/N’0, trong đó Eb là năng lượng bit còn N0 là mật độ tạp âm trắng Gausơ cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi từ máy phát của các người sử dụng khác. Để đảm bảo tỷ số Eb/N’0 không đổi và lớn hơn ngưỡng yêu cầu cần điều khiển công suất của các máy phát của các người sử dụng theo khoảng cách của nó với trạm gốc. Nếu như ở các hệ thống FDMA và TDMA việc điều chỉnh công suất này không bắt buộc thì ở hệ thống CDMA điều chỉnh công suất là bắt buộc và điều chỉnh này phải nhanh nếu không dung lượng của hệ thống sẽ giảm. Chẳng hạn nếu công suất thu được của một người sử dụng nào đó ở trạm gốc lớn hơn mười lần công suất phát của các người sử dụng khác, thì nhiễu giao thoa đồng kênh do người sử dụng này gây ra cũng lớn gấp mười lần nhiễu của các người sử dụng khác. Như vậy dung lượng của hệ thống sẽ giảm đi một lượng bằng chín. Công suất thu được ở trạm gốc phụ thuộc vào khoảng cách của các máy di động so với trạm gốc và có thể thay đổi đến 80 dB. Hiện tượng công suất thu thay đổi theo khoảng cách giữa MS và BS được gọi là hiện tượng gần- xa hiện tượng này ảnh hưởng lớn tới hệ thống, có thể được minh họa như sau: Hình 2-1 : Mô tả hiện tượng gần- xa Giả sử có hai trạm di động MS1 và MS2 cách đều trạm gốc BS một khoảng là d và phát đi cùng một công suất là Pt1= Pt2 phát cùng thời gian và tần số nên MS1 và MS2 sẽ gây nhiễu lẫn nhau. Do cả hai trạm di động có cùng công suất phát và cách đều trạm gốc nên tỉ số tín hiệu trên can nhiễu sẽ bằng 1: C/I=Pr1/Pr2= 1 Trong đó: Pr1, Pr2 là các tín hiệu mà BS thu được từ MS1 và MS2. Bây giờ nếu MS1 đứng yên còn MS2 tiến gần lại trạm gốc sao cho khoảng cách từ MS2 tới trạm gốc là d/2. Giả sử suy hao đường truyền tỷ lệ với mũ 4 khoảng cách thì công suất thu ở trạm gốc đối với MS1 sẽ suy hao với tỉ lệ d4 còn đối với MS2 sẽ suy hao theo tỉ lệ (d/2)4= d4*1/16. Do đó công suất thu được ở trạm gốc của MS2 sẽ lớn hơn công suất thu được của MS1 là 16 lần và tỉ số tín hiệu trên can nhiễu trong trường hợp này sẽ là: C/I=Pr1/Pr2= 1/16 Điều đó có nghĩa là tỉ số tín hiệu trên can nhiễu giảm 16 lần so với trường hợp hai trạm di động ở cùng khoảng cách. Để giải quyết vấn đề này người ta cần điều khiển công suất phát của các trạm di động sao cho các trạm di động ở gần trạm gốc sẽ phát công suất nhỏ hơn so với các trạm di động ở xa trạm gốc. Trong trường hợp này công suất phát của trạm MS2 sẽ phải giảm 16 lần để C/I=1. Dung lượng của một hệ thống di động CDMA đạt giá tri cực đại nếu công suất phát của các máy di động được điều khiển sao cho ở trạm gốc công suất thu được là như nhau đối với tất cả các người sử dụng. Ngoài việc giảm hiện tượng gần – xa, điều khiển công suất còn được sử dụng để giảm hiện tượng che tối và duy trì công suất phát trên một người sử dụng, cần thiết để đảm bảo tỉ số lỗi bit ở mức cho trước, mức tối thiểu. Như vậy, điều khiển công suất còn cho một cái lợi khác là kéo dài tuổi thọ của ác quy của MS. - Ngoài ra thì việc điều khiển công suất còn làm tăng khả năng giải trải phổ tín hiệu thu, làm cho việc thu, tách tách tín hiệu được dễ dàng hơn: Nếu có hai trạm di động MS1 và MS2 cùng thu, phát trên một kênh CDMA có phổ tín hiệu tương ứng là D1(f) và D2(f). Phổ D1(f) và D2(f) có thể nằm gần hoặc xa nhau trên dải tần. Trước khi truyền đi các phổ này sẽ được trải rộng ra nhờ mã trải phổ c1(t) và c2(t) tương ứng. Lúc này phổ của tín hiệu có dạng gần giống phổ của tạp âm. Giả sử tín hiệu của trạm di động MS1 là tín hiệu cần thu, thì tín hiệu của MS2 coi như là nhiễu. Tại phía thu tín hiệu cần thu sẽ được đưa vào giải trải phổ với mã giải trải phổ c1(t) là bản sao đồng bộ của mã trải phổ tại phía phát. Như vậy phổ tín hiệu D1(f) sẽ được nén lại giống như phổ ban đầu. Các nhiễu dải hẹp sinh ra trong quá trình truyền tin sẽ được trải phổ ra với mã c1(t) và như vậy ta sẽ thu được tín hiệu cần thu của MS1. Nhưng nếu tại phía thu tín hiệu trải phổ tín hiệu của MS2 thu được vẫn còn cao hơn (do công suất phát lớn) phổ tín hiệu của MS1 sau khi đã nén (nói cách khác phổ tín hiệu D1(f) bị chìm trong nền nhiễu) thì máy thu cũng sẽ không thu được tín hiệu của MS1 làm mất thông tin. Như vậy để thu được tín hiệu của MS1 thì phải điều chỉnh công suất phát của để nền tạp âm thu được tại máy thu của BTS là đồng đều nhau Hình 2-2: Mô tả sự tác động của công suất đến việc giải trải phổ Như vậy công suất của các máy di động được điều chỉnh sao cho sau khi giải trải phổ thì phổ của tín hiệu cần thu sẽ lớn hơn nền nhiễu để máy thu có thể tách và giải điều chế. Phân loại điều khiển công suất Điều khiển công suất nhanh và nghiêm ngặt là nét quan trọng nhất ở các hệ thống thông tin di động CDMA, nhất là ở đường lên. Thiếu điều khiển công suất, một MS phát công suất lớn hơn sẽ chặn một bộ phận lớn ô dẫn đến hiện tượng gần- xa ở CDMA làm giảm dung lượng hệ thống. Để điều khiển công suất của một hệ thống thì người ta căn vào các tham số sau: - Trên cơ sở đo cường độ tín hiệu - Trên cơ sở tỉ số tín hiệu trên tạp âm SIR - Trên cơ sở tỉ lệ lỗi bít BER Dựa vào các tham số trên chúng ta có các phương pháp điều khiển công suất sau: a/ Điều khiển công suất cho đường xuống và đường lên Điều khiển công suất cho đường lên (từ MS đến BS) ở hệ thống DS-CDMA là một yêu cầu rất quan trọng vì hiệu ứng gần-xa. Trong trường hợp này, có một dải động để điều khiển công suất chừng 80 dB. Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần-xa do mô hình một-tới nhiều. Điều khiển công suất có nhiệm vụ bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc biệt là nhiễu gần biên giới của của các cell này (được chỉ ra trong hình 2-3). Hơn thế nữa, điều khiển công suất trên đường xuống có nhiệm vụ làm giảm thiểu nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu. Hình 2-3 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống) b/ Điều khiển công suất phân tán và tập trung Một bộ điều khiển tập trung có tất cả các thông tin về các kết nối được thiết lập và độ lợi kênh, và điều khiển tất cả các mức công suất trong mạng hay một phần của mạng. Điều khiển công suất tập trung theo yêu cầu tín hiệu điều khiển phạm vi rộng trong mạng và không thể ứng dụng trong thực tế. Chúng có thể sử dụng để đưa ra giới hạn về hiệu suất của thuật toán phân tán. Bộ điều khiển phân tán chỉ điều khiển công suất của một trạm phát đơn và thuật toán chỉ phụ thuộc vào nội bộ, như SIR hay độ lợi kênh của người sử dụng đặc biệt. Những thuật toán này thực hiện tốt trong trường hợp lý tưởng, nhưng trong các hệ thống thực tế có một số hiệu ứng không thích hợp như : - Tín hiệu đo và điều khiển làm mất thời gian dẫn đến thời gian trễ trong hệ thống - Công suất phát hợp lý của máy phát bị hạn chế bởi giới hạn vật lý và sự lượng tử hóa. Những hạn chế bên ngoài khác như công suất phát cực đại trên một kênh đặc biệt tác động đến công suất ra. - Chất lượng là một sự đo đạc chủ quan và cần phải tận dụng sự đo đạc khách quan hợp lý. c/ Điều khiển công suất vòng kín, điều khiển công suất vòng hở Tồn tại ba phương pháp điều khiển công suất sau đây: Điều khiển công suất vòng hở (chỉ có UE thực hiện quá trình điều khiển) Điều khiển công suất nhanh vòng kín (cả UE và BS cùng tham gia quá trình điều khiển công suất) gồm điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài. Hệ thống WCDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều, chiều về (từ BS đến máy di động), chiều lên (từ máy di động đến BS) kết hợp với quá trình điều khiển công suất vòng hở và vòng kín. Nhằm năng cao dung lượng hệ thống, đảm bảo các dịch vụ chất lượng cao… CHUYỂN GIAO Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải tổ chúc theo một cấu trúc địa lý nhất định để tiện cho việc kết nối mạng và thông tin liên lạc của UE cũng như cho việc theo dõi và quản lý thuê bao di động của nhà mạng. Một phương pháp tổ chức hợp lý mà ngày nay hầu như tất cả các mạng điện thoại di động đều áp dụng đó là phương pháp tổ chức mạng có cấu trúc như mạng tổ ong. Trong thông tin di động CDMA nói riêng, thông tin di động nói chung thì các thuê bao di động MS luôn di chuyển từ vùng này sang vùng khác, nói cách khác là MS luôn di chuyển qua lai giữa các ô tế bào của mạng. Việc di chuyển này có thể dẫn tới việc đăng kí vị trí mới vào VLR, sự canh nghe trên kênh tìm gọi, đường truyền thông tin trên các kênh lưu lượng cụng phải thay đổi để phù hợp với sự thay đổi của từng trạm gốc BS khác nhau. Quá trình thay đổi cho phù hợp đó gọi là quá trình chuyển giao. Chuyển giao là phương tiện cần thiết để thuê bao có thể di động trong mạng. Khi thuê bao di chuyển từ vùng phủ sóng của cell này sang vùng phủ sóng của một cell khác thì kết nối với cell mới phải được thiết lập và kết nối với cell cũ phải bị hủy bỏ. 2.2.1 Mục đích của chuyển giao ( Handoff) Có nhiều lý do cần phải thực hiện việc chuyển giao. Lý do cơ bản của chuyển giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn một bộ tiêu chuẩn nhất định và do đó hoặc UE hoặc UTRAN sẽ thực hiện các công việc để cải thiện kết nối đó. Các điều kiện chuyển giao thường gặp là: điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuê bao, sự phân bố lưu lượng, băng tần… Điều kiện chất lượng tín hiệu là điều kiện khi chất lượng hay cường độ tín hiệu vô tuyến bị suy giảm dưới một ngưỡng nhất định được định nghĩa bởi RNC, sự suy giảm tín hiệu sẽ được nhận biết bằng cách đo mức tín hiệu. Việc đo tín hiệu được thực hiện ở cả UE và RNC. Chuyển giao phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu được thực hiện cho cả hướng lên và hướng xuống cảu đường truyền dẫn vô tuyến. Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi dung lượng lưu lượng của cell đạt tới một giới hạn tối đa cho phép hoặc vượt quá ngưỡng giới hạn đó. Khi đó các thuê bao ở ngoài rìa của cell (có mật độ tải cao) sẽ được chuyển giao sang cell bên cạnh (có mật độ tải thấp). Bằng cách thực hiện chuyển giao như vậy, tải hệ thống sẽ được phân bố đều và như cầu về dung lượng và vùng phủ sóng được điều chỉnh một cách có hiệu quả để đáp ứng nhu cầu lưu lượng trong mạng. Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của thuê bao. Khi UE di chuyển theo một hướng nhất định không thay đổi, tốc độ di chuyển của UE càng cao thì càng có nhiều chuyển giao thực hiện trong RAN. Để tránh những chuyển giao không cần thiết, thuê bao chuyển động với tốc độ cao có thể được thực hiện chuyển giao từ các cell vi mô (micro-cell) đến các cell vĩ mô (macro-cell). Trong trường hợp ngược lại thuê bao di chuyển với tốc độ chậm, thuê bao này có thể được chuyển giao từ cell vĩ mô sang cell vi mô nhằm cải thiện chất lượng tín hiệu. Quyết định thực hiện chuyển giao thông thường được thực hiện bởi RNC đang phục vụ thuê bao đó, loại trừ trường hợp chuyển giao vì lý do lưu lượng. Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng được thực hiện bởi trung tâm chuyển mạch di động (MSC) 2.2.2 Trình tự chuyển giao Trình tự chuyển giao gồm có ba pha như hình vẽ, bao gồm : pha đo lường, pha quyết định và pha thực hiện. Đo lường: - Đo các tham số - Báo cáo các tham số đo được Quyết định: -Các tham số thuật toán -Các đặc tính chuyển giao Thực hiện; - Tín hiệu chuyển giao - Phân bổ tài nguyên vô tuyến Hình 2-4: Tiến trình thực hiện chuyển giao a/ Đo lường Đo lường là một nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì hai lý do cơ bản sau : Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào pha đinh và tổn hao đường truyền. Những thay đổi này phụ thuộc vào môi trường trong cell và tốc độ di chuyển của thuê bao. Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến tải hệ thống Để thực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối, UE liên tục đo cường độ tín hiệu của các cell lân cận và thông báo kêt quả tới mạng, tới bộ điều khiển truy nhập vô tuyến RNC. Dữ liệu đo lường của UE có thể chia thành các nhóm sau : Dữ liệu đo cùng tần số là dữ liệu đo cường độ tín hiệu cùng tần số của các kênh vật lý đường xuống. Dữ liệu đo ở các tần số khác nhau là dữ liệu đo cường độ tín hiệu có tần số khác nhau của các kênh vật lý đường xuống. Dữ liệu đo giữa các hệ thống bao gồm dữ liệu đo cường độ của các kênh vật lý đường xuống của các hệ thống truy nhập khác, ví dụ như hệ thống GSM. Dữ liệu đo mật độ lưu lượng gồm dữ liệu đo mật độ đường lên. Dữ liệu đo chất lượng là dữ liệu đo các tham số chất lượng, chẳng hạn như FER của đường xuống. Dữ liệu đo nội bộ gồm các số liệu đo công suất truyền dẫn UE và mức tín hiệu thu tại UE Tín hiệu đo được kích bởi các điều kiện sau : Thay đổi của cell tốt nhất (cell có mức tín hiệu cao nhất). Những thay đổi mức tín hiệu của kênh hoa tiêu Những thay đổi về tỉ số tín hiệu trên tạp âm SRN Thông báo có tính chất chu kỳ. Thời điểm kích. b/ Quyết định chuyển giao Pha quyết định chuyển giao bao gồm đánh 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 định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao. SRNC kiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điều kiện chuyển giao. Nếu các điều kiện này được kích hoạt, RNC phục vụ sẽ cho phép thực hiện chuyển giao. Căn cứ vào quyết định chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao ra thành hai loại như sau : - Chuyển giao quyết định bởi mạng NEHO (Network Evaluated Handover). - Chuyển giao quyết định bởi thuê bao di động MEHO (Mobile Evaluated Handover) Trong trường hợp chuyển giao thực hiện bởi mạng (NEHO), SRNC thực hiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp MEHO, UE thực hiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp kết hợp cả hai loại chuyển giao NEHO và MEHO, quyết định chuyển giao được thực hiện bởi sự phối hợp giữa SRNC với UE. Ngay cả trong trường hợp chuyển giao MEHO, quyết định cuối cùng về việc thực hiện chuyển giao là do SRNC. RNC có trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến của toàn bộ hệ thống và các thông tin cần thiết khác phục vụ cho việc thực hiện chuyển giao. Quyết định chuyển giao dựa trên các thông tin đo đạc của UE và BS cũng như các điều kiện để thực hiện thuật toán chuyển giao. Các thuật toán chuyển giao không được tiêu chuẩn hóa, chúng độc lập với quá trình xây dựng hệ thống. Do đó các thuật toán chuyển giao tiên tiến được sử dụng tự do dựa trên các tham số sẵn có kết hợp với khả năng đo đạc các phần tử của mạng, sự phân bố lưu lượng, quy hoạch mạng, cấu trúc hạ tầng mạng và chiến lược lưu lượng của toàn bộ hệ thống được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ. c/ Thực hiện chuyển giao Quá trình chuyển giao có thể xảy ra ở trạng thái rỗi hay trạng thái kênh lưu lượng. - Chuyển giao ở trạng thái rỗi Chuyển giao rỗi hay thay đổi kênh tìm gọi xảy ra khi MS chuyển từ vùng phủ của BS này sang vùng phủ của BS khác ở trạng thái rỗi. MS xác định rằng xảy ra chuyển giao khi nó phát hiện ra hoa tiêu mới đủ lớn hơn hoa tiêu hiện thời. Các kênh hoa tiêu được nhận dạng bởi dịch thời của chuỗi PN ngắn. Các kênh này được nhóm vào các tập mô tả trạng thái của chúng liên quan đến các thủ tục tìm kiếm hoa tiêu. Ở trạng thái rỗi, ba tập hoa tiêu được duy trì: tích cực, kế cận, và còn lại. Đối với mỗi tập hoa tiêu, cửa sổ tìm kiếm được định nghĩa. Cửa sổ này cho phép MS tìm kiếm đường truyền trực tiếp cũng như các thành phần của các đường khác của tín hiệu hoa tiêu. Nếu MS xác định rằng hoa tiêu tập kế cận hoặc tập còn lại đủ lớn hơn hoa tiêu của tập tích cực, chuyển giao rỗi được thực hiên - Chuyển giao ở trạng thái kênh lưu lượng Chuyển giao ở trạng thái kênh lưu lượng là quá trình chuyển giao xảy ra khi MS đã được ấn định kênh lưu lượng Có các trường hợp chuyển giao là: chuyển giao bên trong ô và chuyển giao giữa các ô. Chuyển giao giữa các ô gồm : Chuyển giao giữa các ô thuộc hai BTS khác nhau nhưng cùng một BSC Chuyển giao giữa các ô thuộc hai BTS khác nhau của hai BSC cùng MSC Chuyển giao giữa các ô thuộc hai BTS thuộc hai MSC khác nhau. Căn cứ vào các trường hợp chuyển giao khác nhau trong hệ thống CDMA tồn tại các dạng chuyển giao sau : Chuyển giao cứng ( chuyển giao cứng liên tần và liên hệ thống) Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm hơn Chuyển giao cứng - Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc: Cắt trước khi nối. Trong chuyển giao này kết nối với kênh cũ bị cắt trước khi kết nối với kênh mới được thực hiện. Vì vậy mà trong quá trình chuyển giao cứng tín hiệu liên lạc sẽ bị gian đoạn tuy nhiên khoảng giản đoạn này các MS không thể nhận biết được. Trong CDMA thì chuyển giao cứng chủ yếu dùng để chuyển giao giữa các sóng mang CDMA khác nhau hay chuyển giao với các hệ thống di động khác Chuyển giao mềm và mềm hơn - Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trên nguyên tắc kêt nối: Nối trước khi cắt. Chuyển giao mềm là chuyển giao trong đó trạm di động bắt đầu thông tin với một trạm gốc mới mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ. Chuyển giao mềm chỉ có thể được thực hiện khi cả trạm gốc cũ lẫn trạm gốc mới đều làm việc ở cùng tần số - Chuyển giao mềm hơn là chuyển giao mềm được thực hiện giữa các đoạn ô của cùng một ô. Cũng như điều khiển công suất chuyển giao mềm và mềm hơn cần phải có ở các hệ thống thông tin di động CDMA vì lý do sau: để tránh hiện tượng gần- xa xảy ra khi MS tiến sâu vào vùng phủ sóng của ô lân cận mà không được BTS của ô này điều khiển công suất dẫn đến nó sẽ gây nhiễu rất lớn cho các MS khác ở ô này. Chuyển giao cứng thường xuyên và nhanh có thể tránh được điều này, nhưng chuyển giao này chỉ có thể thực hiện được với một thời gian trễ nhất định, trong khoảng thời gian này có thể xảy ra hiện tượng gần- xa. Vì thế cùng với điều khiển công suất, các chuyển giao mềm và mềm hơn là các công cụ kĩ thuật quan trọng để giảm nhiễu ở CDMA CHƯƠNG III ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG WCDMA 3.1 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 3.1.1. Các dạng điều khiển công suất Điều khiển công suất nhanh và nghiêm ngặt là nét quan trọng nhất ở các hệ thống thông tin di động WCDMA, nhất là ở đường lên. Do công nghệ WCDMA sử dụng kĩ thuật trải phổ nên tất cả các thuê bao có thể thu, phát chung trên cùng tần số gây ra hiện tượng nhiễu đồng kênh. Do đó, thiếu điều khiển công suất, một MS phát công suất lớn hơn sẽ chặn một bộ phận lớn ô dẫn đến hiện tượng gần- xa ở CDMA làm giảm dung lượng hệ thống. Như vậy để dung lượng hệ thống đạt được cực đại cần điều khiển công suất phát của tất cả các MS trong một ô sao cho mức công suất mà chúng tạo ra ở BS sẽ bằng nhau. Trong hệ thống WCDMA tồn tại các phương pháp điều chỉnh công suất sau: Điều khiển công suất vòng hở (chỉ có trạm MS tham gia quá trình điều khiển) Điều khiển công suất vòng kín (cả trạm gốc và trạm di động đều tham gia quá trình điều khiển) gồm điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài. Ngoài ra để giảm nhiễu do các BTS gần nhau gây ra trong WCDMA cũng thực hiện điều khiển công suất đường xuống ở BTS dựa trên báo cáo kết quả FER (Frame Error Ratio) đo được từ MS. Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần-xa do mô hình một-tới nhiều. Điều khiển công suất có nhiệm vụ bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc biệt là nhiễu gần biên giới của của các cell này (được chỉ ra trong hình 3-1). Hơn thế nữa, điều khiển công suất trên đường xuống có nhiệm vụ làm giảm thiểu nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu. Hình 3-1: Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống) Trong hình 3-1, MS2 phải chịu nhiều nhiễu bên trong cell hơn MS1. Vì thế để đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho cho các kênh đường xuống giữa BS và MS2. 3.1.2 Nguyên lý điều khiển công suất vòng hở Điều khiển công suất vòng hở chủ yếu để điều khiển công suất đường lên, thực hiện đánh giá gần đúng công suất đường xuống của tín hiệu kênh hoa tiêu dựa trên tổn hao truyền sóng của tín hiệu này. Trong hệ thống WCDMA phương pháp điều khiển công suất này thường được sử dụng để thiết lập công suất gần đúng khi truy nhập mạng. Hình 3-2 cho ta thấy quá trình điều khiển công suất khi MS truy nhập mạng trên kênh RACH. Hình 3-2 Quá trình điều khiển công suất vòng mở khi MS truy nhập mạng trên kênh RACH Để truy nhập mạng MS thực hiện thử truy nhập bằng cách phát đi nhiều chuỗi thăm dò truy nhập. Lúc đầu chuỗi thăm dò truy nhập được phát đi ở một công suất tương đối thấp trên cơ sở đánh giá công suất mà MS thu được (công suất phát này được xác định theo nguyên tắc là: khi thu được một hoa tiêu mạnh từ trạm gốc có nghĩa là suy hao đường xuống thấp, nếu coi suy hao đường lên cũng như vậy thì trạm di động chỉ cần phát một công suất thấp và ngược lại). Nếu không nhận được trả lời từ BTS trên kênh PCH, MS phát thăm dò truy nhập tiếp theo với mức công suất cao hơn và quá trình này được lặp nhiều lần cho đến khi nó nhận được trả lời từ BTS. Mỗi bước công suất Pi được gọi là một hiệu chỉnh công suất vòng hở. Khi này công suất phát khởi đầu của trạm di động được xác định như sau: Pt= -Pr-72+ NOM_PWR+INT_PWR Và công suất phát của trạm di động sau khi nhận được trả lời của BTS Pt= -Pr-72+ NOM_PWR+INT_PWR+Tổng công suất của các lần hiệu chỉnh thăm dò truy nhập (ΣPi). Trong đó: Pt: Công suất phát trung bình (dB) Pr: Công suất thu trung bình (dB) NOM_PWR: Điều chỉnh danh định INT_PWR: Điều chỉnh ban đầu Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển công suất vòng hở Quá trình điều khiển theo vòng mở này diễn ra liên tục sau khi trạm gốc xác nhận yêu cầu truy nhập của máy di động Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là: do điều kiện truyền sóng của đường xuống khác đường lên nhất là do pha đinh nhanh nên sự đánh giá sẽ thiếu chính xác. 3.1.3 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín Phương pháp điều khiển công suất vòng kín được mô tả như hình vẽ Hình 3-4 Cơ chế điều khiển công suất vòng kín Ở phương pháp này BTS thường xuyên đánh giá tỉ số tín hiệu trên can nhiễu (SIR) thu được và so sánh nó với tỉ số SIR đích ở điểm đặt SIRsetpoint= (Eb/N’0)req req = request Nếu SIR thu cao hơn SIRsetpoint thì BTS ra lệnh cho MS hạ thấp công suất, trái lại nó ra lệnh cho MS tăng công suất. Chu kì đo – lệnh – phản ứng này được thực hiện 1500 lần trong một giây. Tốc độ này sẽ cao hơn mọi sự thay đổi tổn hao đường truyền và thậm chí có thể nhanh hơn pha đinh nhanh khi MS di chuyển với tốc độ thấp. Bit điều khiển công suất (PCb) được ghép vào kênh TCH đường xuống. Các bit điều khiển công suất được ghép vào kênh lưu lượng theo hướng sau bộ mã hóa, vì thế các PCb không được mã hóa chống lỗi. Điều này được thực hiện để giảm trễ cố hữu khi giải mã hóa. Vì điều khiển công suất theo vòng kín được sử dụng để chống lai hiện tượng pha đinh nhanh. Các PCb không được mã hóa để máy thu di động nhanh chóng có thể thu lại PCb và điều chỉnh công suất phát cho phù hợp. Mỗi bit điều khiển công suất này tạo ra thay đổi 1,2,3 dB gần hơn đến giá trị đích. Cần lưu ý rằng có thể việc điều chỉnh công suất này không thành công vì N0 luôn luôn thay đổi Giải trải phổ Máy thu RAKE Đo SIR So sánh và quyết định SIR đích Đo chất lượng So sánh và quyết định Tạo bit điều khiển công suất Chất lượng đích Vòng trong Vòng ngoài Tín hiệu thu Ghép bit điều khiển cs vào luồng phát Hình 3-5 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín Kỹ thuật điều khiển công suất vòng kín như vậy được gọi là vòng trong cũng được sử dụng cho đường xuống mặc dù ở đây không có hiện tượng xa- gần. Tuy nhiên lý do bắt buộc điều khiển công suất ở đây như sau: Khi MS tiến gần tới biên giới ô, nó bắt đầu chịu ảnh hưởng ngày càng tăng của nhiễu từ các ô khác. Điều khiển công suất trong trường hợp này để tạo một lượng dự trữ công suất cho các MS trong trường hợp các trường hợp nói trên - Điều khiển công suất vòng ngoài Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện điều chỉnh giá trị SIRsetpoint ở BTS cho phù hợp với yêu cầu của từng đường truyền vô tuyến để đạt được chất lượng các đường truyền vô tuyến như nhau. Chất lượng của các đường truyền vô tuyến thường được đánh giá bằng tỉ số lỗi bit BER hay tỉ số lỗi khung FER. Lý do cần đặt lại SIRsetpoint như sau: SIR yêu cầu chẳng hạn là FER=1% phụ thuộc vào tốc độ của MS và đặc điểm truyền đa đường. Nếu ta đặt SIRsetpoint đích cho trường hợp xấu nhất (tốc độ của MS là cao nhất) thì sẽ lãng phí dung lượng cho các kết nối ở tốc độ thấp. Như vậy, tốt nhất là để SIRsetpoint thả nổi xung quanh giá trị tối thiểu đáp ứng được yêu cầu chất lượng. Hình 3-6 Điều khiển công suất vòng ngoài Hình 3-6 cho thấy sự thay đổi của SIRsetpoint theo thời gian. Để thực hiện điều khiển công suất vòng ngoài, mỗi khung số liệu của người sử dụng được gắn chỉ thị chất lượng khung là CRC. Việc kiểm tra chỉ thị chất lượng này sẽ thông báo cho RNC về việc giảm chất lượng và RNC sẽ lệnh cho BTS tăng SIRsetpoint. Lý do đặt điều khiển vòng ngoài ở RNC vì chức năng này thực hiện sau khi thực hiện kết hợp các tín hiệu ở chuyển giao mềm. Tần số của điều khiển công suất vòng bên ngoài thường là 10-100Hz. 3.1.4 Quá trình thực điều khiển công suất đường lên Công suất phát của máy di động là một hàm của quá trình điều khiển công suất theo vòng hở và vòng khép kín. Các hình 3-7 và hình 3-8 chỉ ra quá trình thực hiện lược đồ điều chỉnh công suất đường lên. Đối với quá trình điều khiển công suất vòng khép kín, trạm gốc có toàn bộ vòng điều khiển ngoài và một phần của vòng điều khiển trong; máy di động có các phần khác của vòng điều khiển trong. Đối với quá trình điều khiển công suất theo vòng mở, toàn bộ phần điều khiển theo vòng mở nằm trong máy di động. Hình 3-7: Các chức năng điều khiển công suất được thực hiện ở Node B Trong hình 3-7, trạm gốc thu tín hiệu đường truyền lên từ máy di động. Đầu tiên, trạm gốc giải điều chế và ước tính FER của đường lên. Thông tin chất lượng khung này được dẫn tới thiết bị tính ngưỡng, để điều chỉnh ngưỡng Eb/N0. Đồng thời trạm gốc cũng tạo ra giá trị Eb/N0 ước tính của đường truyền lên và được so sánh với giá trị Eb/N0 ngưỡng. Nếu giá trị ước tính cao hơn giá trị ngưỡng nghĩa là Eb/N0 của đường truyền thấp hơn giá trị cần thiết để duy trì một chất lượng khung tốt; theo đó thì một PCb có giá trị 0 được gửi đi để ra lệnh cho máy di động tăng công suất phát. Ngược lại, thì một PCb có giá trị 1 sẽ được trạm gốc gửi đi để ra lệnh cho MS giảm công suất. Các PCb được ghép trên kênh lưu lượng đường xuống. Hình 3-8 Quá trình điều khiển công suất đường lên được thực hiện ở trạm di động Về phía máy di động (xem hình 3-8), máy di động thu tín hiệu từ đường truyền xuống. Nó khôi phục lại các bit PCb để đưa ra quyết định tăng hoặc giảm công suất phát đi 1,2,3 dB. Việc quyết định là sự hiệu chỉnh theo vòng khép kín 3.1.5 Quá trình thực điều khiển công suất đường xuống Trong trường hợp lý tưởng thì việc điều khiển công suất ở đường xuống là không cần thiết. Lý do là trạm gốc đang phát tất cả các kênh nhất quán trong cùng một băng tần RF, theo mô hình một tới nhiều. Tuy nhiên, trong thực tế một máy di động có thể ở gần một nguồn nhiễu nghiêm trọng và phải chịu một nền nhiễu lớn, hoặc máy di động có thể phải chịu một suy hao đường truyền lớn trên tín hiệu tổng hợp thu được ngoài tạp âm nhiệt. Ngoài ra, thì điều khiển công suất đường xuống còn để bù và giảm nhiễu giao thoa giữa các cell lân cận. Như vậy, việc điều chỉnh công suất hướng xuống là vẫn cần thiết. Tuy nhiên, nói chung là yêu cầu điều khiển công suất đối với hướng xuống là không nghiêm ngặt như yêu cầu đối với điều khiển đường lên Để thực hiện quá trình điều khiển này thì trạm di động được quy định luôn phải báo cáo phản hồi chất lượng của đường truyền xuống tới trạm gốc. Máy di động liên tục giám sát FER của đường truyền xuống và nó báo cáo giá trị FER này về trạm gốc trên một bản tin được gọi là: bản tin báo cáo phép đo công suất (PMRM). Trạm di động thường gửi bản tin này theo mọt trong hai cách sau: một cách là máy di động báo cáo thường kỳ bản tin PMRM (Power Measurement Report Message) và cách thứ hai là máy di động chỉ báo cáo PRMR khi giá trị FER của đường truyền xuống vượt quá ngưỡng nhất định. Trạm gốc thi bản tin PMRM, nhận biết chất lượng của đường truyền xuống, sau đó có thể điều chỉnh công suất phát của nó tới máy di động. Thuật toán chính xác của quá trình điều khiển công suất này phụ thuộc vào các nhà sản xuất cấu trúc hạ tầng riêng biệt. Quá trình này hầu như luôn là độc quyền của mỗi nhà sản xuất 3.1.6 Điều khiển công suất ở trạng thái chuyển giao mềm Ở trạng thái chuyển giao mềm (trạng mà kết nối mới được thiết lập trước khi cắt kết nối cũ), công suất phát của UE được điều chỉnh dựa trên việc lựa chọn lệnh điều khiển công suất TPC phù hợp nhất từ những lệnh điều khiển công suất mà nó nhận được từ các BS có kêt nối đến UE đó. Trong trường hợp đó UE nhận các lệnh điều khiển công suất có nội dung khác nhau. Các lệnh này khác nhau có thể do lỗi trong khi truyền dẫn cũng có thể do mạng. Do vây, UE phải xử lý tình huống có mâu thuẫn giữa các lệnh điều khiển công suất. Để giải quyết mâu thuẫn đó UE thực hiện lệnh điều khiển công suất theo nguyên tắc: nếu các lệnh công suất giống nhau là cùng tăng thì UE tăng công suất phát của mình, còn các trường hợp khác thì UE sẽ giảm công suất phát. Quá trình điều khiển công suất trong trường hợp này được mô tả như hình vẽ Hình 3-9: Điều khiển công suất ở trạng thái chuyển giao mềm 3.2 CHUYỂN GIAO Như ở chương II chúng ta đã biết bất kì hệ thống thông tin di động tế bào nào cũng phải áp dụng kĩ thuật chuyển giao để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng dịch vụ, khả năng di động của các thuê bao, điều chỉnh tải của hệ thống để tránh tắc nghẽn mạng. Trong hệ thống WCDMA do việc dùng chung cùng một băng tần và áp dụng kĩ thuật trải phổ nên có khả năng hỗ trợ đầy đủ chuyển giao mềm. Đặc biệt WCDMA kết hợp chuyển giao mềm với việc điều khiển công suất nhanh và nghiêm ngặt càng làm tăng thêm hiệu quả trong việc chống nhiễu và giải quyết vấn đề gần- xa. Tuy nhiên do WCDMA là bước tiến hóa của hệ thống GSM để tiến lên 3G lên trong WCDMA cũng áp dụng cả kĩ thuật chuyển giao cứng. Ngoài ra, thì tuy rằng hệ số tái sử dụng tần số trong WCDMA có thể băng một nhưng trong WCDMA vẫn áp dụng quy hoạch tái sử dụng tần số cho các vùng đinh vị LA khác nhau vì vậy việc áp dụng chuyển giao cứng là vẫn cần thiết trong WCDMA. 3.2.1 Các kiểu chuyển giao trong WCDMA - Chuyển giao cứng có thể được chia thành: chuyển giao cứng cùng tần số và chuyển giao cứng khác tần số. Trong quá trình chuyển giao cứng, kết nối cũ được giải phóng trước khi thực hiện kết nối mới. Do vậy, tín hiệu bị ngắt trong khoảng thời gian thực hiện chuyển giao. Tuy nhiên, thuê bao không có khả năng nhận biết được khoảng ngừng đó. Trong trường hợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang của kênh truy nhập vô tuyến mới khác với tần số sóng mang hiện tại. Hình 3- 10 thể hiện chuyển giao cứng cùng tần số. Hình 3-10: chuyển giao cứng cùng tần số Trên hình 3- 10, do kế hoạch quy hoạch mạng, RNC bên cạnh không được kết nối với giao diện Iur vì vậy chuyển giao mềm giữa các RNC không thực hiện được. Trong tình huống như vậy, chuyển giao cứng cùng tần số là loại chuyển giao duy nhất hỗ trợ kết nối vô tuyến khi thuê bao di động từ BS này sang BS mới. Trên thực tế, điều này làm xuất hiện sự kiện chuyển giao RNC, trong đó MSC cũng liên quan đến quá trình chuyển giao. Thông thường, hệ số tái sử dụng tần số đối với WCDMA bằng một, điều đó có nghĩa là các BS sử dụng chung một tần số và tất cả các UE dùng chung tần số trong toàn bộ mạng. Điều đó không có nghĩa là việc sử dụng lại tần số không được thực hiện ở hệ thống WCDMA. Do đó, nếu các sóng mang khác nhau được phân bổ cho các cell, chuyển giao khác tần số được sử dụng để đảm bảo đường chuyển giao từ cell này sang cell khác. Chuyển giao liên tần số cũng được sử dụng trong mạng tế bào và có cấu trúc (HCS) giữa các lớp cell riêng rẽ, chẳng hạn giữa các cell vi mô và các cell vĩ mô, các cell này sử dụng tần số sóng mang khác nhau trong cùng một vùng phủ sóng. Chuyển giao khác tần số được thực hiện không chỉ để duy trì kết nối (nếu không thực hiện chuyển giao kết nối đó có thể bị ngắt) mà còn để đảm bảo yêu cầu QoS. Chuyển giao cứng liên tần thông thường là NEHO. Chuyển giao liên tần số có thể xảy ra giữa hai mạng truy nhập vô tuyến khác nhau, ví dụ giữa GSM và WCDMA. Khi đó, loại chuyển giao này gọi là chuyển giao liên hệ thống xem hình 3- 11. Chuyển giao liên hệ thống cũng là chuyển giao liên tần nhưng các tần số khác nhau thuộc các hệ thống khác nhau Hình 3-11 : Chuyển giao cứng khác tần số Chức năng chuyển giao liên hệ thống trong WCDMA được thực hiện bởi một chế độ làm việc đặc biệt: chế độ nén. Khi UE ở chế độ nén, có thể giảm hệ số trải phổ của kênh. Do vậy, kết nối giao diện vô tuyến chỉ sử dụng một phần nhỏ của khung WCDMA. Các khe thời gian còn lại có thể sử dụng cho các mục đích khác, ví dụ như đo mức tín hiệu can nhiễu từ các cell GSM bên cạch. Chế độ nén có thể đạt được bằng cách giảm tốc độ số liệu ở lớp cao hoặc giảm tốc độ kí hiệu khi ghép kênh lớp vật lý. Khi UE sử dụng giao diện Uu ở chế độ này, nội dung của khung WCDMA được nén một bit để tạo ra một cửa sổ mà qua đó UE có thể nhận và giải mã thông tin từ kênh quảng bá (BCH) của hệ thống GSM. Ngoài ra, cả RAN của UMTS và phân hệ trạm gốc BSS của GSM phải có khả năng gửi các thông tin chỉ thị khác trên các kênh BCH để UE có khả năng thực hiện việc giải mã chính xác. Chuyển giao liên hệ thống giữa WCDMA và GSM được thực hiện ở những khu vực mà cả hai hệ thống này cùng tồn tại. Chuyển giao liên hệ thống được yêu cầu để bổ xung vùng phủ giữa hai hệ thống nhằm đảm bảo phục vụ liên tục. Chuyển giao liên hệ thống có thể được sử dụng để điều chỉnh tải giữa các hệ thống GSM và WCDMA, khi vùng phủ giữa hai hệ thống chồng lấn lên nhau. Ngoài ra, chuyển giao này có thể thực hiện theo yêu cầu của người sử dụng. Chuyển giao liên hệ thống là loại chuyển giao NEHO. Tuy nhiên, UE phải có khả năng hỗ trợ hoàn toàn loại chuyển giao này. RNC phát hiện chuyển giao liên hệ thống dựa trên cấu hình mạng vô tuyến (các định nghĩa về cell lân cận) và các tham số điều khiển khác. - Khác với chuyển giao cứng, chuyển giao mềm được thực hiện theo nguyên lý : thiết lập kết nối mới trước khi giải phóng kết nối cũ. Trong hệ thống WCDMA, hầu hết chuyển giao là chuyển giao mềm cùng tần số Hình 3-12: Chuyển giao mềm cùng tần số Chuyển giao mềm được thực hiện giữa các cell thuộc các BS khác nhau nhưng không nhất thiết phải cùng một RNC. Trong trường hợp RNC có liên quan đến chuyển giao mềm, RNC phải thực hiện việc điều khiển chuyển giao qua giao diện Iur. Trong trường hợp chuyển giao mềm, các cell nguồn và cell đích có cùng tần số. Trong trường hợp cuộc gọi chuyển mạch kênh, các máy di động thực tế thực hiện chuyển giao mềm hầu như liên tục nếu vùng phủ sóng có cấu trúc cell nhỏ. Chuyển giao mềm hơn là loại chuyển giao trong đó tín hiệu mới được thêm vào hoặc xóa khỏi tập tích cực, hoặc thay thế bởi tín hiệu mạnh hơn ở trong các secter khác nhau của cùng BS (xem hình) Hình 3-13: Chuyển giao mềm hơn cùng tần số Trong trường hợp chuyển mềm hơn, BS phát trong một secter nhưng thu từ nhiều secter khác. Trong trường hợp này, UE có các kết nối vô tuyến tích cực ở đường lên tới mạng qua nhiều secter của cùng một BS. Nguyên nhân dẫn đến chuyển giao trong các đoạn ô là : do các BTS thường sử dụng anten có tính hướng lên để phủ hết một ô 3600 người ta thường dùng 3 đoạn ô 1200 hay 6 đoạn ô 600 3.2.2 Thuật toán chuyển giao trong WCDMA Nguyên tắc chung thực hiện thuật toán chuyển giao được thể hiện trên hình 3-14 Điều kiện đầu là các điều kiện thực hiện quyết định của thuật toán dựa trên mức tín hiệu hoa tiêu do UE thông báo. Các thuật ngữ và các tham số sau được sử dụng trong thuật toán chuyển giao : Ngưỡng giới hạn trên : là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực đại cho phếp thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu. Ngưỡng giới hạn dưới : là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực tiểu cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu. Do đó mức tín hiệu của két nối không được nằm dưới mức đó. Giới hạn chuyển giao : là tham số được định nghĩa trước, được thiết lập tại điểm mà cường độ tín hiệu của cell bên cạnh (cell B) vượt quá cường độ tín hiệu của cell hiện tại (cell A) một lượng nhất định. Tập tích cực : là một danh sách các nhánh tín hiệu hoa tiêu (các cell) mà UE thực hiện kết nối đồng thời tới mang truy nhập vô tuyến (RAN). Tập ứng cử : tập này chứa các hoa tiêu không có trong tập tích cực. Tuy nhiên MS vẫn thu được các hoa tiêu này với cường độ tín hiệu đủ lớn để chỉ ra rằng các kênh lưu lượng đường xuống có thể được giải điều chế thành công. Tập lân cận : tập này chứa các hoa tiêu lân cận hiện thời không có trong tập tích cực và tập ứng cử nhưng có khả năng làm ứng cử cho chuyển giao. Các hoa tiêu lân cận của một hoa tiêu là tất cả các hoa tiêu của các ô, đoạn ô nằm gần hoa tiêu này. Danh sách hoa tiêu lân cận được phát đến MS ở bản tin thông số hệ thống trên kênh tìm gọi. Tập còn lại : tập này chứa tất cả các hoa tiêu có trong hệ thống trừ các hoa tiêu ở tập tích cực, ứng cử và lân cận. Hình 3-14: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao Giả sử thuê bao UE trong cell A đang chuyển động về phía cell B, tín hiệu hoa tiêu của cell A (tại đó UE đang thực hiện kết nối) bị suy giảm đến ngưỡng giới hạn dưới như hình trên. Khi đạt tới mức ngưỡng giới hạn dưới, xuất hiện kích thích chuyển giao theo các bước sau đây : Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới. Mặt khác, tùy theo giá trị đo của UE, RNC phát hiện có tín hiệu của cell bên cạnh (tín hiệu B), tín hiệu này có cường độ đủ để cải thiện chất lượng kết nối. Do đó, RNC sẽ nhập tín hiệu B vào tập tích cực. Khi đó UE có hai kết nối đồng thời tới UTRAN. UE sẽ thu tín hiệu tổng hợp của hai kết nối này. Tại vị trí này, chất lượng tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A. Do đó, RNC coi vị trí đó là điểm khởi đầu khi tính toán giới hạn chuyển giao. Cường độ tín hiệu B bằng hoặc tốt hơn ngưỡng giới hạn dưới. Do đó mức tín hiệu này đủ để thỏa mãn yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS của kết nối. Bên cạnh đó, tổng tín hiệu tại UE vượt quá ngưỡng giới hạn trên và có khả năng gây ra nhiễu cho hệ thống. Do vậy, RNC sẽ xóa tín hiệu A khỏi tập tích cực. Kích cỡ của tập tích cực có thể thay đổi được, thông thường tập tích cực có kích thước trong khoảng từ 1 đến 3 tín hiệu. Do hướng chuyển động của UE thay đổi ngẫu nhiên, UE có thể quay trở lại cell A ngay sau khi thực hiện chuyển giao lần thứ nhất. Điều này sẽ làm xảy ra hiệu úng gọi là ping-pong. Hiệu ứng này làm ảnh hưởng không có lợi đối với lưu lượng hệ thống cững như hoạt động của toàn bộ hệ thống. Việc sủ dụng giới hạn chuyển giao có thể tránh được một số chuyển giao không cần thiết. Như ở trên chúng ta đã biết là để thực hiện chuyển giao thì MS luôn luôn phải thực hiện giám sát chất lượng dịch vụ QoS và tìm kiếm, đo cường độ của các hoa tiêu, sắp xếp vào các tập tương ứng. Trong hệ thống CDMA sử dụng một kĩ thuật tìm kiếm hoa tiêu gọi là cửa sổ tìm. Trạm di động thực hiện tìm kiếm kênh hoa tiêu trong một khoảng thời gian cho trước bằng số chip của một chuỗi hoa tiêu PN. MS sử dụng ba cửa sổ tìm kiếm sau : SRCH_A : là cửa sổ tìm mà MS sử dụng để bám tập tích cực và tập ứng cử SRCH_N : là cửa sổ tìm mà MS sử dụng để giám sát các hoa tiêu lân cận SRCH_R : là cửa sổ tìm mà MS sử dụng để giám sát các hoa tiêu tập còn lại Khi đó quá trình quyết định chuyên giao được thực hiện theo lưu đồ hình 3-15 Trong đó T_ADD: Ngưỡng phát hiện hoa tiêu T_COMP : Ngưỡng so sánh Hình 3-15Lưu đồ thuật toán quyết định chuyển giao 3.2.3 Lưu đồ thực hiện chuyển giao Sau khi quyết định chuyển giao thi MS sẽ tiến hành chuyển giao theo hướng dẫn của BS. Quá trình chuyển giao được biểu diễn như các hình dưới Hình 3-16 biểu diễn quá trình bắt đầu chuyển giao mềm Hình 3-16 : Chuyển giao mềm bắt đầu MS xác định rằng một trạm BS khác có cường độ tín hiệu hoa tiêu đủ để trở thành đích của chuyển giao. MS phát bản tin Pilot Strength Measurement (đo cường độ hoa tiêu) đến BTS đang phục vụ nó. BS đang phục vụ phát bản tin Interbase Station Handoff ( yêu cầu chuyển giao) đến MSC đích. MSC phát bản tin Interbase station Handoff tới BS đích. BS đích thiết lập thông tin với MS bằng cách phát bản tin Null Traffic đến MS. BS đích phát bản tin Join Request ( yêu cầu kết nối liên lạc ) đến MSC. MSC xem xát các kết nối với hai BS để thực hiện chuyển giao mà không làm gián đoạn kết nối, sau đó phát bản tin Join Request Acknowledge (xác nhận kết nối) đến BS đích. BS đích phát bản tin Interbase Handoff Acknowledge đến MSC. MSC phát bản tin Interbase handoff Acknowledge đến BS đang phục vụ. BS đang phục vụ phát bản tin ra Handoff Direction đến MS. Ms phát bản tin Handoff Complete đến BS đang phục vụ. BS phục vụ mới phát bản tin Handoff Information ( thông báo chuyển giao) đến MSC. MSC khẳng định bản tin này bằng bản tin Handoff Information Ack. BS đích phát lênh Pilot Measurement đến MS. Ms phát bản tin Pilot Strength Measurement đến BS đích. Trong quá trình chuyển giao thì MS thông tin đồng thời với cả hai BS và quá trình chuyển giao sẽ kết thúc khi tín hiệu của BS cũ không còn đủ mạnh. Khi này MS sẽ loại bỏ trạm gốc cũ để thực hiện liên lạc trên trạm gốc mới Hình 3-17 : Kết thúc quá trình chuyển giao MS rời bỏ BS phục vụ MS xác định rằng trạm BS đang phục vụ nó không đủ cường độ tín hiệu để tiếp tục ở trạng thái chuyển giao mềm. MS phát bản tin Pilot Strength Measurement đến BS. Bản tin này yêu cầu BS rời bỏ chuyển giao. BS đang phục vụ phát bản tin Handoff Direction đến MS. Bản tin này chỉ thị rằng BS đang phục vụ sẽ rời khỏi chuyển giao. MS phát bản tin Handoff Complete đến BS đang phục vụ. BS đang phục vụ phát bản tin Interface Primary Transfer ( chuyển sơ cấp giao diện) đến BS đích cùng với thông tinbản ghi cuộc gọi tương ứng. BS đích khẳng định bản tin này bằng bản tin Interfacce Primary Transfer Ạck ( xác nhận chuyển sơ cấp giao diện). BS đích phát bản tin Handoff Information đến MSC. MSC phát bản tin Handoff Information Ack đến BS đích. BS đích phát lệnh Pilot Measurement Request ( yêu cầu đo hoa tiêu) đến MS. Ms phát bản tin Pilot Strength Measurement đến BS đích. BS đang phục vụ bản tin Remove Request ( yêu cầu rời bỏ) đến MSC để yêu cầu rời bỏ kết nối. MSC khẳng định bản tin này bằng bản tin Remove Ack đến trạm BS gốc. Bây giờ MS làm việc với BS đích ( BS phục vụ mới). Nếu cần các chuyển giao mềm bổ sung thì quá trình chuyển giao được lặp lại 3.2.4 Ưu nhược điểm của chuyển giao mềm Chuyển giao mềm là loại chuyển giao đặc thù của hệ thống thông tin di động WCDMA dựa trên nguyên tắc nối trước khi cắt. So với chuyển giao cứng thì HO có một số ưu nhược điểm sau : a/ Ưu điểm Điều hòa tải trên mạng : trong trường hợp tải của 1 cell vì lý do nào đấy tăng đột ngột thì hệ thống sẽ chuyển giao sang các cell lân cận có lưu lượng thấp hơn Làm cho thông tin của người sử dụng liên tục hơn không bị ngắt quãng như trong chuyển giao cứng Cung cấp chất lượng thông tin tốt hơn, không bị rót cuộc gọi Việc phân bố tải của các cell làm dung lượng hệ thống tăng Một ưu điểm nữa của chuyển giao mềm là khi kết hợp với điều khiển công suất. Vì thường vị trí chuyển giao là nơi mà cường độ tín hiệu yếu lên nếu chuyển giao mềm kết hợp với điều khiển công suất sẽ làm giảm nhiễu lên các MS khác Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm đã kể trên thì chuyển giao mềm cũng có một số nhược điểm  b/ Nhược điểm Chuyển giao mềm làm giảm dung lượng đường xuống của hệ thống do trong quá trình thực hiện chuyển giao MS thông tin đồng thời với cả hai trạm gốc tức là nó được cấp hai kênh lưu lượng làm giảm tài nguyên mạng. Cả MS và BS luôn phải giám sát chất lượng hệ thống Kĩ thuật chuyển giao mềm phức tạp hơn chuyển giao cứng Tuy còn có nhưng nhược điểm kể trên nhưng chuyển giao mềm vẫn là kĩ thuật chuyển giao đã đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với nhiều dịch vụ chất lượng cao KẾT LUẬN Điều khiển công suất là quá trình điều khiển công suất của máy phát trong quá trình hoạt động. Điều khiển công suất có quan hệ mật thiết với chuyển giao mềm. Nếu kết hợp tốt hai kĩ thuất này thì sẽ giảm đáng kể nhiễu cũng như làm tăng chất lượng hệ thống. Lợi ích chính của việc điều khiển công suất là giải quyết vấn đề gần- xa, hạn chế pha đinh cũng như sự che tối đối với tín hiệu ở đường lên, giảm nhiễu giao thoa ở đường xuống Trong quá trình thực hiện đề tài em đã cơ bản hiểu rõ về cơ chế cũng như các thuật toán điều khiển công suất và chuyển giao được áp dụng trong hệ thống WCDMA. Tuy nhiên do trình độ cũng như thời gian có hạn lên đề tài của em khó tránh khỏi những thiếu sót. Một lân nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Đình Thịnh cùng các thầy, cô giáo trong tổ môn, đã dạy bảo, hướng dẫn em trong những năm qua. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “CDMA one và CDMA2000.”, Nhà xuất bản bưu điện 7/2003 [2] TS. Đặng Đình Lâm, TS. Chu Ngọc Anh, Ths. Hoàng Anh, Ths. Nguyễn Phi Hùng, “Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển.”, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật – 2004 [3] Kĩ sư Nguyễn Văn Thuận, “Hệ thống thông tin di động WCDMA.”, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông 12/2004 CÁC TỪ VIẾT TẮT 3G Third Generation Thế hệ 3 A. AMR Adaptive Multi-Rate codec Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích nghi B. BER BLER BPSK BTS Bit Error Rate Block Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Tranceiver Station Tốc độ lỗi bit. Tốc độ lỗi Block Khoá dịch pha nhị phân. Trạm gốc C. CDMA CN CRC Code Division Multiple Access Core Network Cylic Redundancy Check Truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Mã vòng kiểm tra dư thừa D. DL DSSS Downlink Direct Sequence Spread Spectrum Đường xuống Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp E. EDGE Enhanced Data Rates for Evolution Equivalent Isotropic Radiated Power Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá F. FDD FDMA FER Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Frame Error Rate Phương thức song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Tỷ số lỗi khung G. GGSN GPRS GSM Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service Global System for Mobile Telecommunication Nút hỗ trợ cổng GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung. Hệ thống viễn thông di động toàn cầu H. HLR HO Home Location Registor Handoff Bộ đăng ký thường trú Chuyển giao I. IMT-2000 Iub Iur International Mobile Telecommunication 2000 Thông tin di động toàn cầu 2000 Giao diện giữa RNC và nút B Giao diện giữa 2 RNC. M. ME MSC MS Mobile Equipment Mobile Service Switching Centre Mobile Station Thiết bị di động Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. Trạm di động O OVSF Orthogonal Variabel Spreading Factor Hệ số trải phổ biến trực giao P. PN Pseudo Noise Giả tạp âm Q. QPSK Quardrature Phase Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương. R. RAN RNC RNS RRC RRM Radio Access Network Radio Network Controller Radio Network subsystem Radio Resoure Control protocol Radio Resouse Management Mạng truy nhập vô tuyến. Bộ điều khiển mạng vô tuyến. Phân hệ mạng vô tuyến Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến. S. SGSN SHO SIR SNR Serving GPRS Support Node. Soft Handover Signal to Interference Ratio Signal to Noise Ratio Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Chuyển giao mềm. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Tỷ số tín hiệu trên tạp âm T. TDD TDMA TPC Time Division Duplex Time Division Multiple Access Transmission Power Control Phương thức song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều khiển công suất phát U. UE UL UMTS  USIM UTRAN User Equipment Uplink Universal Mobile Telecommunication System UMTS Subscriber Identify Module UMTS Terrestrial Radio Access Network Thiết bị người sử dụng Đường xuống Hệ thống viễn thông di động toàn cầu. Modul nhận dạng thuê bao UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS V. VLR Visitor Location Registor Bộ đăng ký tạm trú W. WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng