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

ng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống. UMTS quy định khai thác song công phân chia theo tần số là chế độ tiêu chuẩn cho thông tin thoại và số liệu. Hoạt động đồng thời và liên tục của các mạch điện phát và thu là các thay đổi đáng kể nhất so với họat động của GSM. Hình 1-7. Phân bố tần số cho WCDMA/FDD. Các băng có thể dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000. Băng tần cho họat động FDD cho các băng I, II và III được cho trên hình 1-7. Băng I (B1) là ấn định băng chính ở Châu Âu. Quy định dành hai cấp phát 60MHz với khoảng cách song công chuẩn 190MHz, tuy nhiên quy định cũng cho phép song công khả biến, trong đó khoảng cách phát thu nằm trong khoảng 130 đến 250MHz. Hệ thống song công khả biến đặt ra các yêu cầu bổ sung đối với thiết kế máy phát thu vì các bộ tổ hợp tần số ở máy phát và máy thu phải hoạt động độc lập với nhau. Băng II (B2) tái sử dụng băng hiện có của hệ thống thông tin di động cá nhân và dự định để sử dụng ở Mỹ để đảm bảo đồng tồn tại UMTS và GSM. Khoảng cách 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