Đồ án Điều khiển công suất và quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA

ài. Bảng 2.4 Kết quả mô phỏng dịch vụ AMR, BLER = 1%, sử dụng điều khiển công suất vòng ngoài [5] Hiện trạng đa đường Tốc độ UE [Km/h] Mục tiêu Eb/N0 trung bình [dB] Không fading - 5,3 ITU Pedestrian A 3 5,9 ITU Pedestrian A 20 6,8 ITU Pedestrian A 50 6,8 ITU Pedestrian A 120 7,1 Công suất bằng nhau trên 3 đường 3 6,0 Công suất bằng nhau trên 3 đường 20 6,4 Công suất bằng nhau trên 3 đường 50 6,4 Công suất bằng nhau trên 3 đường 120 6,9 Có 3 loại đa đường được sử dụng: kênh không có fading tương ứng với phần tử LOS khỏe, kênh fading ITU Pedestrian A, và kênh fading 3 đường với công suất trung bình bình đẳng của các phần tử đa đường. Giả sử không có phân tập anten ở đây. Mục tiêu Eb/N0 trung bình thấp nhất cần trong các kênh không fading và mục tiêu cao nhất đối với kênh ITU Pedestrian A với các UE tốc độ cao. Kết quả này cho thấy rằng mức công suất thay đổi công suất thu càng cao, thì mục tiêu Eb/N0 cần thiết để đạt được cùng chất lượng cũng cao hơn. Nếu ta chọn mục tiêu Eb/N0 cố định là 5,3 dB theo kênh tĩnh, và tốc độ lỗi khung của kết nối sẽ quá cao trong các kênh fading và chất lượng thoại sẽ giảm đi. Nếu chọn mục tiêu Eb/N0 cố định 7,1dB, thì chất lượng đủ tốt nhưng công suất cao không cần thiết sẽ được sẽ được sử dụng trong hầu hết các trường hợp. Chúng ta có thể kết luận rõ ràng cần điều chỉnh mục tiêu của điều khiển công suất vòng kín nhanh theo điều khiển công suất vòng ngoài. 2.3.2 Tính toán chất lượng thu Một số phương pháp để đo chất lượng thu sẽ được giới thiệu trong phần này. Một phương pháp đơn giản và đáng tin cậy là sử dụng kết quả của việc phát hiện lỗi- kiểm tra độ dư thừa tuần hoàn CRC để phát hiện có lỗi hay không. Ưu điểm của CRC: đó là một bộ phát hiện lỗi khung rất tin cậy và đơn giản. Phương pháp dựa vào CRC rất phù hợp với các dịch vụ cho phép xuất hiện lỗi, ít nhất là một lỗi trong vài giây, như là các dịch vụ dữ liệu gói phi thời gian thực trong đó tốc độ lỗi block có thể lên tới 10¸20% trước khi truyền lại và các dịch vụ thoại với BLER = 1% cung cấp chất lượng đạt yêu cầu. Với các bộ mã/giải mã thoại đa tốc độ thích nghi (AMR) khoảng chèn là 20 ms và BLER = 1% , tương ứng với một lỗi trong 2 giây. Chất lượng thu có thể được tính toán dựa vào thông tin về độ tin cậy của khung mềm. Những thông tin đó có thể là: Tốc độ lỗi bit (BER) được tính toán trước bộ mã hoá kênh, được gọi là BER thô và BER kênh vật lý. Thông tin mềm từ bộ giải mã Viterbi với các mã xoắn. Thông tin mềm từ bộ giải mã Turbo, ví dụ như BER hay BLER sau sự lặp lại giải mã trung gian. Eb/N0 thu được. Các thông tin mềm cần thiết đối với các dịch vụ chất lượng cao. BER thô được sử dụng như là thông tin mềm qua giao diện Iub. Sự tính toán chất lượng được minh hoạ trong hình 2.8 Hình 2.8 Tính toán chất lượng trong điều khiển công suất vòng ngoài tại RNC 2.3.3 Giới hạn biến động điều khiển công suất Tại sườn của vùng hội tụ, UE có thể đạt tới công suất phát lớn nhất của nó. Trong trường hợp BLER thu được có thể cao hơn mong muốn, nếu chúng ta áp dụng trực tiếp thuật toán vòng ngoài đã nêu, thì SIR mục tiêu ở đường lên sẽ tăng. Việc tăng SIR mục tiêu không cải thiện chất lượng đường lên nếu như Node B đã chỉ gửi các lệnh tăng công suất ( power-up) tới UE. Trong trường hợp hợp đó Eb/N0 mục tiêu có thể cao quá mức cần thiết. Khi UE trở về gần với Node B hơn, chất lượng của kết nối đường lên cao quá mức cần thiết trước khi vòng ngoài hạ thấp Eb/N0 mục tiêu trở về giá trị tối ưu. Trong ví dụ này, các dịch vụ thoại đa tốc độ thích nghi (AMR) có chèn 20 ms được minh hoạ sử dụng thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài đã nêu. Trong đó sử dụng BLER mục tiêu là 1% và kích cỡ bậc là 0,5 dB.Với độ biến động công suất lớn nhất, một lỗi phải xuất hiện trong 2 giây để cung cấp BLER là 1% với khoảng ghép chèn là 20ms. Công suất phát lớn nhất của UE là 125 mW, tức là 21 dBm. Vấn đề tương tự có thể xuất hiện nếu UE đạt tới công suất phát nhỏ nhất. Trong trường hợp đó, Eb/N0 mục tiêu sẽ trở thành thấp quá mức cần thiết. Các vấn đề giống nhau có thể xuất hiện trên đường xuống nếu công suất của kết nối đường xuống đang sử dụng là giá trị nhỏ nhất hay lớn nhất. Các vấn đề ở vòng ngoài từ sự biến động điều khiển công suất có thể tránh được bằng cách thiết lập một giới hạn nghiêm ngặt cho Eb/N0 mục tiêu hoặc bởi các thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài thông minh. Những thuật toán đó sẽ tăng Eb/N0 mục tiêu nếu việc tăng BLER đó không cải thiện chất lượng. 2.3.4 Đa dịch vụ Một trong các yêu cầu cơ bản của W-CDMA là có thể ghép một số các dịch vụ trên một kết nối vật lý đơn. Khi tất cả các dịch vụ có cùng một hoạt động điều khiển công suất chung, thì sẽ có duy nhất mục tiêu chung cho điều khiển công suất nhanh. Thông số này phải được chọn theo dịch vụ có yêu cầu mục tiêu cao nhất. Như vậy nếu việc kết hợp được các tốc độ khác nhau áp dụng trên lớp 1 để cung cấp các chất lượng khác nhau, thì không có sự khác nhau lớn giữa các mục tiêu yêu cầu. Mô hình đa dịch vụ được chỉ ra trong hình 2.9. Hình 2.9 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên cho nhiều dịch vụ trên một kết nối vật lý 2.3.5 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống hoạt động tại UE. Mạng có thể điều khiển một cách hiệu quả ngay cả khi nó không điều khiển thuật toán vòng ngoài đường xuống. Trước hết, mạng thiết lập mục tiêu chất lượng cho mỗi kết nối đường xuống, mục tiêu đó có thể đước hiệu chỉnh trong khi kết nối. Thứ hai, Node B không cần phải tăng công suất đường xuống của kết nối đó ngay cả khi UE gửi kệnh tăng công suất (power-up). Mạng có thể điều khiển chất lượng của các kết nối đường xuống khác nhau rất nhanh bằng cách không tuân theo các lệnh điều khiển công suất từ UE. Phương pháp này có thể được sử dụng có thể được sử dụng chẳng hạn như trong trường hợp quá tải đường xuống để giảm công suất đường xuống của các kết nối có mức ưu tiên thấp, như là các dịch vụ kiểu nền. Việc giảm công suất đường xuống có thể diễn ra tại tần số của đường lên công suất nhanh là 1,5 KHz. CHƯƠNG III CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG W-CDMA 3.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động Trong mạng di động các thuê bao có thể truy nhập dịch vụ khi đang di chuyển hay nói cách khác mạng di động cung cấp tính tự do cho thuê bao trong một phạm di động nhất định. Tuy nhiên, tính tự do này mang đến sự không chắc chắn trong hệ thống di động. Tính di động của các thuê bao là nguyên nhân dẫn đến những biến động trong cả chất lượng đường dẫn và mức độ nhiễu, đôi khi đòi hỏi rằng một thuê bao cụ thể phải thay đổi trạm gốc dịch vụ của nó. Và thao tác này được gọi là chuyển giao (Handover: HO). Chuyển giao là một thành phần thiết yếu để đối phó với tính di động của thuê bao. Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ không dây khi thuê bao di động di chuyển qua các ranh giới tế bào. Trong hệ thống di động tế bào thế hệ thứ nhất như AMPS, chuyển giao là tương đối đơn giản. Trong hệ thống di động thế hệ thứ 2 như GSM và PACS thì chuyển giao được đưa lên một mức cao hơn ở nhiều hình thức bao gồm các giải thuật được sử dụng. Phức tạp hơn, các thủ tục quyết định chuyển giao và xử lý tín hiệu đã được tích hợp trong những hệ thống này và sự trì hoãn quyết định chuyển giao cũng được giảm thiểu đáng kể. Từ lúc công nghệ CDMA được giới thiệu, một ý tưởng khác đã được đề xuất để cải tiến quá trình chuyển giao, đó là chuyển giao mềm. 3.1.1 Các kiểu chuyển giao trong hệ thống W-CDMA Có 4 kiểu chuyển giao khác nhau trong mạng di động W-CDMA. Đó là: Ø Chuyển giao trong cùng một hệ thống (Intra-system HO) Chuyển giao trong cùng hệ thống có thể được chia thành chuyển giao cùng tần số và chuyển giao khác tần số. Chuyển giao cùng tần số xuất hiện giữa các cell thuộc cùng sóng mang W-CDMA. Chuyển giao khác tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động trên các tần số sóng mang khác nhau. Ø Chuyển giao ngoài hệ thống (Inter-system HO) Chuyển giao ngoài hệ thống xuất hiện giữa các cell thuộc 2 công nghệ truy xuất vô tuyến (RAT) khác nhau hoặc các chế độ truy xuất khác nhau. Trường hợp được mong đợi thường gặp nhất trong kiểu thứ nhất đó là giữa hệ thống W-CDMA và GSM/EDGE. Chuyển giao giữa các hệ thống CDMA khác nhau cũng thuộc kiểu chuyển giao này. Lấy một ví dụ về chuyển giao giữa các chế độ truy xuất khác nhau đó là giữa UTRA FDD và UTRA TDD. Hình 3.1 Các kiểu chuyển giao khác nhau Ø Chuyển giao cứng (Hard Handover: HHO) Chuyển giao cứng là một thể loại của các thủ tục chuyển giao, trong đó tất cả các kết nối cũ của một trạm di động được giải phóng trước khi một kết nối mới được thiết lặp. Đối với các kênh yêu cầu thời gian thực thì nó có nghĩa là ngắt một kết nối ngắn của kênh, còn đối với các kênh không yêu cầu thời gian thực thì HHO có nghĩa là không tổn hao. Chuyển giao cứng có thể đặt trong kiểu chuyển giao cùng tần số hoặc khác tần số. Ø Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (Softer HO) Chuyển giao mềm là chuyển giao giữa hai BS khác nhau, còn chuyển giao mềm hơn là chuyển giao giữa ít nhất 2 sector của cùng một BS. Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, MS giao tiếp một cách tức thì với hai (chuyển giao hai đường) hoặc nhiều cell của các BS khác nhau thuộc cùng RNC (Intra-RNC) hoặc các RNC khác nhau (Inter-RNC). Trên đường xuống máy di động nhận hai tín hiệu với tỉ số kết hợp lớn nhất; ở đường lên, kênh mã hoá di động được phát hiện bởi cả hai BS (chuyển giao hai đường), và được gởi đến RNC cho việc lựa chọn kết hợp. Hai vòng điều khiển công suất tích cực tham gia vào quá trình chuyển giao mềm, mỗi vòng cho một BS. Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, MS được điều khiển ít nhất bởi hai sector của cùng BS, do đó RNC không được tham gia và chỉ có một vòng điều khiển công suất tích cực. Chuyển giao mềm và mềm hơn chỉ sử dụng một sóng mang, do đó chúng là các quá trình chuyển giao trong cùng một tần số. 3.1.2 Các mục tiêu của chuyển giao Chuyển giao có thể được bắt đầu trong 3 cách khác nhau đó là: bắt đầu từ thuê bao di động, bắt đầu từ mạng và hỗ trợ thuê bao. Bắt đầu từ thuê bao: thuê bao thực hiện các phép đo về chất lượng, lựa chọn trạm gốc tốt nhất, và chuyển mạch, với sự điều phối của mạng. Kiểu chuyển giao này thường được kích hoạt bởi các liên kết kém chất lượng được đo từ thuê bao. Bắt đầu từ mạng: trạm gốc thực hiện các phép đo và báo cáo về RNC để quyết định có nên chuyển giao hay không. Ngoài điều khiển đường dẫn vô tuyến, chuyển giao bắt đầu từ mạng còn được thực hiện bởi những lý do khác hơn, ví dụ như để điều khiển sự phân phối lưu lượng giữa các cell. Chẳng hạn như chuyển giao vì lý do lưu lượng được điều khiển bởi trạm gốc (TRHO). Nếu tải của cell nguồn vượt quá mức cho phép, và tải của một cell lân cận thấp hơn một mức cho phép khác, thì khi đó cell nguồn sẽ thu hẹp vùng phủ sóng của nó, chuyển giao một số lưu lượng đến cell lân cận. Vì vậy, tỷ lệ chặn tổng thể có thể giảm, dẫn đến việc sử dụng tài nguyên cell tốt hơn. Hỗ trợ thuê bao: ở đây mạng và thuê bao đều thực hiện các phép đo. Thuê bao báo cáo các kết quả đo lường từ những trạm gốc gần đó và mạng sẽ thực hiện quyết định có nên chuyển giao hay không. Các mục tiêu của chuyển giao có thể tóm tắt như sau: Đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ không dây khi các thuê bao di động di chuyển qua các ranh giới của cell. Giữ QoS được yêu cầu. Giảm tối đa mức nhiễu của toàn hệ thống. Chuyển vùng giữa các mạng khác nhau. Phân phối tải từ các khu vực điểm nóng (cân bằng tải). Các yếu tố có thể được sử dụng để khởi xướng quá trình chuyển giao có đó là: chất lượng đường dẫn (hướng lên hoặc hướng xuống), sự thay đổi dịch vụ, thay đổi tốc độ, vì các lý do lưu lượng hoặc sự can thiệp của O&M (Operation and Maintenance). 3.1.3 Các thủ tục và phép đo chuyển giao Thủ tục chuyển giao có thể được chia thành ba giai đoạn: đo lường, quyết định và thực hiện, được minh hoạ trong hình 3.2 [11, trang 44, 45]. Trong giai đoạn đo lường chuyển giao, các thông tin cần thiết để thực hiện quyết định chuyển giao được đo . Ở hướng xuống, trạm di động thực hiện các phép đo để đo tỷ số Ec/I0 của kênh hoa tiêu chung (CPICH: Common Pilot Channel) của cell dịch vụ của nó và các cell lân cận. Đối với một số loại chuyển giao nào đó, các phép đo khác là hết sức cần thiết. Lấy ví dụ trong mạng bất đồng bộ như UTRA FDD (W-CDMA), thông tin định thời tương đối giữa các cell cần được đo để điều chỉnh định thời truyền trong chuyển giao mềm để cho phép 1 sự kết hợp chặt chẽ ở máy thu Rake. Tuy nhiên, việc truyền dẫn từ các trạm gốc khác nhau sẽ rất khó để kết hợp và đặc biệt là hoạt động điều khiển công suất trong chuyển giao mềm sẽ bị trì hoãn thêm. Trong giai đoạn quyết định chuyển giao, các kết quả đo lường được so sánh với ngưỡng được xác định trước đó và sau đó nó quyết định có bắt đầu thực hiện chuyển giao hay không. Các giải thuật chuyển giao khác nhau sẽ có các điều kiện kích hoạt khác nhau. Trong giai đoạn thực hiện, quá trình chuyển giao được hoàn thành và các thông số liên quan cũng được thay đổi tùy theo các kiểu chuyển giao khác nhau. Ví dụ: trong giai đoạn thực hiện của chuyển giao mềm, khi trạm di động vào hoặc rời bỏ trạng thái chuyển giao mềm thì một trạm gốc mới sẽ được đưa vào hoặc giải phóng, các cài đặt tích cực được cập nhật và công suất của mỗi kênh tham gia vào quá trình chuyển giao mềm được điều chỉnh. Giai đoạn đo lường Giai đoạn quyết định Giai đoạn thực hiện No Đo lường thông tin cần thiết để quyết định chuyển giao. Vd: Ec/I0 của kênh CPICH của cell dịch vụ và các cell lân cận, thông tin định thời tương đối giữa các cell. Yes Hoàn thành quá trình chuyển giao. Cập nhật các thông số liên quan. Thỏa tiêu chuẩn chuyển giao Hình 3.2 Các thủ tục chuyển giao 3.2 Chuyển giao mềm (SHO) Chuyển giao mềm được giới thiệu bởi công nghệ CDMA. So với tiêu chuẩn chuyển giao cứng thì chuyển giao mềm có một số ưu điểm lợi thế hơn. Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm như sự phức tạp và sự tiêu thụ nguồn tài nguyên bổ sung. Việc quy hoạch tổng phí chuyển giao mềm (Soft Handover Overhead) là một trong những thành phần cơ bản của việc quy hoạch và tối ưu hoá mạng vô tuyến. Trong phần này sẽ trình bày các nguyên lý cơ bản của chuyển giao mềm. 3.2.1 Nguyên lý của chuyển giao mềm Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống. Với chuyển giao cứng, một quyết định xác định được thực hiện để chuyển giao hay không chuyển giao và trạm di động chỉ truyền thông với một trạm gốc tại thời gian đó. Còn với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được thực hiện để quyết định có chuyển giao hay là không. Tuỳ thuộc vào những thay đổi của cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu từ 2 hoặc nhiều trạm gốc tham gia vào quá trình, một quyết định tốt nhất cuối cùng sẽ được thực hiện để truyền thông với một và chỉ một trạm gốc mà thôi. Và điều này thường xảy ra sau khi đã chắc chắn rằng tín hiệu đến từ trạm gốc được chọn mạnh hơn tín hiệu đến từ các trạm gốc khác. Trong chu kỳ chuyển tiếp của quá trình chuyển giao mềm, trạm di động truyền thông đồng thời với tất cả trạm gốc đang kết nối với nó. Sự khác nhau giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm giống như sự khác nhau giữa các cuộc thi bơi tiếp sức và chạy tiếp sức. Chuyển giao cứng xảy ra tại một điểm thời gian, trong khi đó chuyển giao mềm kéo dài trong một chu kỳ thời gian. Hình 3.3 đưa ra quá trình cơ bản của chuyển giao cứng và chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường). Giả sử có một đầu cuối di động bên trong chiếc xe hơi di chuyển từ cell 1 đến cell 2, BS1 là trạm gốc ban đầu của trạm di động. Trong khi di chuyển, trạm di động đo đồng thời cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu nhận được từ các trạm gốc lân cận. Với chuyển giao cứng đưa ra ở hình 3.3(a), việc kích hoạt được mô tả đơn giản như sau [11, trang 46]: If (pilot_Ec/I0)2 – (pilot_Ec/I0)1 > D và BS1 là BS dịch vụ Handover to BS2 Else Do not handover end Trong đó (pilot_Ec/I0)1 và (pilot_ Ec/I0)2 lần lượt là tỷ số Ec/I0 kênh hoa tiêu nhận được từ BS1 và BS2; D là số dự trữ trễ. Lý do giới thiệu số dự trữ trễ D trong giải thuật chuyển giao cứng là để tránh tác động của hiện tượng “ping-pong” , là hiện tượng mà khi trạm di động di chuyển trong và ngoài biên giới của Cell, thì quá trình chuyển giao cứng thường xuất hiện. Ngoài tính di động của thuê bao, hiện tượng fading của kênh vô tuyến cũng làm cho tác động “ping-pong” càng trở nên nghiêm trọng hơn. Bằng việc giới thiệu số dự trữ trễ D, tác động của “ping-pong” sẽ giảm nhẹ hơn bởi khi đó trạm di động sẽ không chuyển giao ngay đến trạm gốc tốt hơn. Số dự trữ càng lớn thì tác động của hiện tượng “ping-pong” càng giảm. Tuy nhiên, nếu số dự trữ lớn thì điều đó cũng đồng nghĩa với độ trì hoãn tăng. Hơn nữa, trạm di động cũng gây thêm nhiễu đối với các cell lân cận do các kết nối chất lượng kém suốt trong thời gian trì hoãn. Do đó, đối với chuyển giao cứng thì số dự trữ trễ D là khá quan trọng. Khi quá trình chuyển giao cứng xuất hiện, kết nối lưu lượng ban đầu với BS1 sẽ bị rớt trước khi thiết lặp một kết nối mới với BS2 và cũng vì lý do đó mà ta nói chuyển giao cứng là một quá trình “break before make” có nghĩa là “ngắt trước khi nối”. Hình 3.3 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm Trong trường hợp chuyển giao mềm, được đưa ra ở hình 3.3(b), trước khi (pilot_ Ec/I0)2 vượt quá (pilot_Ec/I0)1,chỉ cần điều kiện kích hoạt chuyển giao mềm được thoả mãn thì trạm di động sẽ vào trạng thái chuyển giao mềm và một kết nối mới được thiết lặp. Trước khi BS1 bị rớt (điều kiện rớt chuyển giao được thoả mãn) thì trạm di động sẽ truyền thông đồng thời với cả BS1 và BS2. Vì vậy, không giống như chuyển giao cứng, chuyển giao mềm là một quá trình “nối trước ngắt sau” hay người ta còn gọi là “make before break”. Cho đến nay, một số thuật toán đã được đề xuất để hỗ trợ chuyển giao mềm và các tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng trong các thuật toán khác nhau. Hình 3.4 Nguyên lý chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường) Quá trình chuyển giao mềm là không giống nhau trong các hướng truyền khác nhau. Hình 3.4 minh hoạ cho điều đó. Ở hướng lên, trạm di động truyền tín hiệu đến không gian thông qua anten đẳng hướng của nó. Hai trạm gốc đang kết nối với nó có thể nhận được tín hiệu một cách đồng thời bởi hệ số tái sử dụng tần số của một trong những hệ thống CDMA. Sau đó, những tín hiệu này sẽ được truyền thẳng tới RNC để thực hiện kết hợp lựa chọn. Khung nào tốt hơn sẽ được chọn và khung kia sẽ bị bỏ đi. Do đó, ở hướng lên không có kênh bổ sung cần thiết để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao mềm. Ở hướng xuống, cả 2 BS sẽ cùng truyền các tín hiệu giống nhau đến trạm di động, và khi trạm di động nhận thấy chúng thì nó có thể kết hợp một cách dễ dàng các tín hiệu này. Thông thường, chiến lược kết hợp tỷ lệ tối đa sẽ được sử dụng để cung cấp một lợi ích bổ sung được gọi là phân tập đa dạng. Tuy nhiên, để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao ở hướng xuống thì cần ít nhất một kênh hướng xuống bổ sung (SHO 2 đường). Kênh hướng xuống bổ sung này tác động đến các User khác giống như nhiễu bổ sung trong giao tiếp không gian. Vì vậy, để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao mềm ở hướng xuống thì yêu cầu phải có thêm tài nguyên. Và kết quả là, ở hướng xuống, hiệu suất của quá trình chuyển giao mềm phụ thuộc vào sự cân bằng giữa độ lợi phân tập đa dạng (macrodiversity) và sự tiêu thụ nguồn tài nguyên bổ sung. 3.2.2 Thuật toán chuyển giao mềm Thuật toán có một tầm ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của quá trình chuyển giao mềm. Hình 3.5 đưa ra thuật toán chuyển giao mềm của IS-95A (cũng còn được gọi là thuật toán cdmaOne cơ bản), [11, trang 48, 49]. Hình 3.5 Thuật toán chuyển giao mềm của IS-95A Trong hình: (1) nếu cường độ tín hiệu pilot (Ec/I0) nhóm gần vượt ngưỡng T_ADD thì MS phát bản tin đo cường độ pilot (PSMM) và pilot này trở thành pilot nhóm thứ. (2) BS phát bản tin chỉ dẫn chuyển giao (HDM). (3) Pilot xét trở thành pilot nhóm chủ và MS phát bản tin hoàn thành chuyển giao (HCM-Handover Completion Message). (4) nếu cường độ tín hiệu pilot (Ec/I0) xuống dưới ngưỡng T_DROP thì MS bắt đầu kỳ hạn bỏ chuyển giao T_DROP. (5) kỳ hạn T_DROP kết thúc, MS phát bản tin đo cường độ pilot (PSMM). (6) BS phát bản tin chỉ dẫn chuyển giao (HDM). (7) MS chuyển pilot xét từ nhóm chủ sang nhóm gần và MS phát bản tin hoàn thành chuyển giao (HCM). Active set (Nhóm chủ): là danh sách các cell mà hiện đang kết nối với trạm di động. Candidate set (Nhóm thứ): là danh sách các cell mà hiện không được sử dụng trong kết nối chuyển giao mềm, nhưng các giá trị Ec/I0 kênh pilot của chúng là đủ mạnh để được bổ sung vào nhóm gần. Neighbouring set (Nhóm gần): là danh sách các cell mà trạm di động đo lường liên tục, nhưng các giá trị Ec/I0 kênh pilot của chúng không đủ mạnh để bổ sung vào nhóm chủ. Trong IS-95A, ngưỡng chuyển giao là một giá trị Ec/I0 cố định nhận được từ kênh hoa tiêu. Nó rất dễ thực hiện, nhưng lại gặp nhiều khó khăn khi phải đối mặt với những thay đổi tải động. Dựa trên thuật toán IS-95A, nhiều biến đổi của thuật toán cdmaOne với tính năng động hơn ngưỡng cố định đã được đề xuất cho hệ thống IS-95B và CDMA2000. Trong W-CDMA sử dụng các thuật toán phức tạp hơn, được minh họa như trên hình 3.6 [5, trang 59]. Khởi đầu cell 1 và cell 2 nằm trong nhóm chủ Sự kiện 1A => Bổ sung cell 3 Sự kiện 1C => Thay cell 2 bằng cell 4 Sự kiện 1B => Loại cell 1 Hình 3.6 Thuật toán chuyển giao mềm W-CDMA Thuật toán chuyển giao mềm W-CDMA có thể được mô tả như sau: Lúc đầu: Chỉ có cell 1 và cell 2 nằm trong nhóm chủ. Tại sự kiện A: (Ec/I0)P-CPICH3 > (Ec/I0)P-CPICH1 − (R1a − H1a/2) trong đó (Ec/I0)P-CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của cell 1 mạnh nhất, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của cell 3 nằm ngoài nhóm chủ và R1a là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1a/2 là thông số trễ và (R1a − H1a/2) là cửa sổ kết nạp cho sự kiện 1a. Nếu bất đẳng thức này tồn tại trong khoảng thời gian ΔT thì cell 3 được kết nạp vào nhóm chủ. Tại sự kiện C: (Ec/I0)P-CPICH4 > (Ec/I0)P-CPICH2 + H1c/2, trong đó (Ec/I0)P−CPICH4 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của cell 4 nằm ngoài nhóm chủ và (Ec/I0)P−CPICH2 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của cell 2 tồi nhất trong nhóm chủ, H1c/2 là thông số trễ. Nếu quan hệ này tồn tại trong thời gian ΔT và nhóm chủ đã đầy thì cell 2 bị loại ra khỏi nhóm chủ và cell 4 sẽ thế chỗ của nó trong nhóm chủ. Tại sự kiện B: (Ec/I0)P-CPICH1 < (Ec/I0)P-CPICH3 − (R1b + H1b/2) trong đó (Ec/I0)P-CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của cell 1 yếu nhất trong nhóm chủ, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của cell 3 mạnh nhất trong nhóm chủ, R1b hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1b/2 là thông số trễ và (R1b + H1b/2) là cửa sổ loại cho sự kiện 1B. Nếu quan hệ này tồn tại trong khoảng thời gian ΔT thì cell 3 bị loại ra khỏi nhóm chủ. Trong thuật toán W-CDMA, người ta sử dụng ngưỡng tương đối chứ không sử dụng ngưỡng tuyệt đối. So với IS-95A, lợi ích lớn nhất của giải thuật này đó là sự biểu diễn tham số một cách dễ dàng, và nhờ có các giá trị ngưỡng tương đối nên không yêu cầu bất kỳ một sự thay đổi tham số nào đối với các khu vực có nhiễu cao và thấp. 3.2.3 Đặc điểm của chuyển giao mềm So với chuyển giao cứng truyền thống thì chuyển giao mềm cho thấy những ưu điểm rõ ràng hơn, ví dụ như là loại bỏ hiện tượng “ping pong” và làm cho đường truyền dẫn liên tục hơn, không bị gẫy khúc. Không có hiện tượng “ping pong” có nghĩa là số lượng tải trên mạng báo hiệu thấp hơn và với chuyển giao mềm cũng sẽ không bị mất dữ liệu do sự phá vỡ truyền dẫn tạm thời (xảy ra trong chuyển giao cứng). Ngoài lý do xử lý tính di động của thuê bao, còn có một lý do khác nữa để thực hiện chuyển giao mềm trong CDMA; đó là sử dụng nó như một cơ chế để giảm nhiễu (được thực hiện cùng với điều khiển công suất). Hình 3.7 đưa ra 2 viễn cảnh. Ở viễn cảnh thứ nhất (hình a), điều khiển công suất được sử dụng. Ở viễn cảnh thứ 2 (hình b), điều khiển công suất và chuyển giao mềm đều được hỗ trợ. Giả sử rằng trạm di động đang di chuyển từ BS1 đến BS2. Tại vị trí đang xét, tín hiệu nhận được từ BS2 mạnh hơn từ BS1 điều này có nghĩa là BS2 tốt hơn BS1. Hình 3.7 Giảm nhiễu hướng lên bằng cách sử dụng SHO Ở hình (a), vòng điều khiển công suất làm tăng công suất truyền của trạm di động để đảm bảo QoS ở hướng lên khi trạm di động di chuyển ra xa trạm gốc dịch vụ của nó (BS1). Ở hình (b), trạm di động đang trong trạng thái chuyển giao mềm và cả 2 trạm gốc truyền thông một cách đồng thời với trạm di động, các tín hiệu thu được sau đó được trạm gốc truyền thẳng tới RNC để thực hiện kết hợp. Ở hướng lên, việc kết hợp lựa chọn được sử dụng trong chuyển giao mềm, khung nào mạnh nhất sẽ được chọn và khung yếu hơn sẽ bị xoá bỏ đi. Bởi vì BS2 tốt hơn BS1 nên để đạt được cùng một QoS mong muốn thì yêu cầu công suất truyền của trạm di động ở hình (b) phải nhỏ hơn so với hình (a). Vì vậy, nhiễu góp vào hệ thống bởi trạm di động ở hướng lên sẽ thấp hơn bởi quá trình chuyển giao mềm luôn luôn giữ cho trạm di động liên kết với BS tốt nhất. Ở hướng xuống thì có vẻ phức tạp hơn, mặc dù tỷ lệ kết hợp tối đưa ra một độ lợi về phân tập đa dạng nhưng cũng cần thiết phải hỗ trợ thêm kênh hướn