Đồ án Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS

ền một tín hiệu giống nhau trên nhiều kênh truyền khác nhau để đầu thu có thể chọn trong số những tín hiệu thu được hoặc kết hợp những tín hiệu đó thành một tín hiệu tốt nhất việc này nhằm chống lại phading và nhiễu do những kênh truyền khác nhau sẽ chịu phading và nhiễu khác nhau. Người ta có thể sử dụng mã sửa lỗi FEC (Forward error correction) cùng với kỹ thuật phân tập. Lợi dụng việc truyền nhiều kênh mà ta có được độ lợi phân tập,thường được đo bằng dB. Tầm quan trọng của phân tập sẽ được phân tích cùng với điều khiển công suất nhanh. Với các UE tốc độ thấp, điều khiển công suất nhanh có thể bù đựơc phading của kênh và giữ cho mức công suất thu không đổi. Các nguyên nhân chính của các lỗi trong công suất thu là do việc tính toán SIR không chính xác, các lỗi báo hiệu và trễ trong vòng điều khiển công suất. Việc bù phading gây ra suy giảm công suất truyền dẫn. Công suất thu và công suất phát là hàm của thời gian, hình (2.4), (2.5) tại tốc độ của UE là 3km/h. Trong hình (2.4) là trường hợp có ít phân tập, hình (2.5) mô phỏng trường hợp phân tập nhiều. Sự biến đổi công suất phát trong trường hợp hình (2.4) cao hơn trong trường hợp (2.5) do sự khác nhau về số lượng phân tập. Các trường hợp phân tập như: phân tập đa đường, phân tập anten thu, phân tập anten phát hay phân tập vĩ mô. Với sự phân tập ít hơn thì sự biến động lớn hơn trong công suất phát, nhưng công suất phát trung bình cũng cao hơn. Mức tăng công suất là được định nghĩa là tỷ số giữa công suất truyền dẫn trung bình trên kênh phading và trên kênh không có phading khi mức công suất thu giống nhau trên cả 2 kênh có phading và không có phading. Mức tăng công suất được mô tả trong hình (2.6). Hình 2.5 Công suất phát và thu trên 3 nhánh (công suất khoảng hở như nhau). Kênh phading Rayleigh tại tốc độ 3km. Hình 2.6 Công suất tăng trong kênh phading với điều khiển công suất nhanh Kết quả ở mức liên kết cho sự tăng công suất đường lên thể hiện trong bảng 2.3. Sự mô phỏng được thực hiện tại các mức UE khác nhau trên kênh ITU pedestrian 2 đường với công suất thành phần đa đường từ 0 đến -12.5dB. Trong sự mô phỏng này công suất phát và công suất thu được tập hợp trong từng khe. Với điều khiển công suất lý tưởng, mức tăng công suất là 2,3dB. Điều đó chứng tỏ điều khiển công suất nhanh hoạt động có hiệu quả trong việc bù năng lượng cho phading. Với các UE tốc độ cao (>100km/h), mức tăng công suất rất nhỏ do điều khiển công suất nhanh không thể bù được phading. Mức tăng công suất rất quan trọng đối với hiệu suất của các hệ thống WCDMA. Trên đường xuống, dung lượng giao diện vô tuyến được xác định trực tiếp bởi công suất phát yêu cầu, do công suất đó xác định nhiễu truyền. Vì thế, để làm tăng tối đa dung lượng đường xuống, công suất phát cần cho một liên kết phải được giảm nhỏ. Trên đường xuống, mức công suất thu trong UE không ảnh hưởng đến dung lượng. Trên đường lên, công suất phát xác định tổng nhiễu đến các cell lân cận, và công suất thu xác định tổng nhiễu đến các UE khác trong cùng một cell. Chẳng hạn như chỉ có một cell WCDMA trong một vùng, dung lượng đường lên của cell này sẽ được tăng tối đa bằng cách giảm tối thiểu công suất thu yêu cầu, và mức tăng công suất sẽ không ảnh hưởng đến dung lượng đường lên. Bảng 2.3 Các mức tăng công suất được minh hoạ của kênh ITU Pedestrian A đa đường với phân tập anten. Tốc độ UE Mức tăng công suất trung bình 3km/h 2,1dB 10km/h 2,0dB 20km/h 1,6dB 50km/h 0,8dB 140km/h 0,2dB Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm có hai vấn đề chính khác nhau trong các trường hợp liên kết đơn: vấn đề trôi công suất trong Nút B trên đường xuống , và phát hiện tin cậy các lệnh điều khiển công suất đường lên trong UE. 2.3.5. Sự trôi công suất đường xuống Sự trôi công suất là trường hợp xảy ra khi thực hiện chuyển giao mềm mà UE gửi một lệnh đơn để điều khiển công suất phát đường xuống đến tất cả các Nút B trong tập hợp “tích cực”. Các Nút B sẽ phát hiện các lệnh này một cách độc lập, bởi vì các lệnh này sẽ không được kết hợp trong các bộ điều khiển mạng RNC do sẽ gây ra nhiều trễ và báo hiệu trong mạng. Chính vì các lỗi báo hiệu trên giao diện vô tuyến, các Nút B sẽ phát hiện các lệnh điều khiển công suất theo các cách khác nhau. Có thể một Nút B sẽ làm giảm công suất phát của nó tới UE, một Nút B khác có thể lại tăng mức công suất phát tới UE. Sự khác nhau đó dẫn đến tình huống công suất đường xuống bắt đầu trôi theo hướng khác nhau. Hiện tượng đó gọi là trôi công suất. Hiện tượng trôi công suất là không mong muốn, bởi vì nó làm giảm hiệu suất chuyển giao đường xuống. Vấn đề này có thể được điều khiển bởi RNC. Phương pháp đơn giản nhất là thiết lập giới hạn tương đối nghiêm ngặt cho khoảng biến động công suất đường xuống. Giới hạn này cho công suất phát cụ thể của các UE. Rõ ràng khoảng biến động điều khiển công suất cho phép càng nhỏ thì độ trôi công suất lớn nhất càng nhỏ. Mặt khác khoảng biến đổi điểu khiển công suất thường cải thiện hiệu suất điều khiển công suất. Hình 2.7 Trôi công suất đường xuống trong chuyển giao mềm Hình 2.8 Kiểm tra độ tin cậy của điều khiển công suất đường lên tại UE trong chuyển giao mềm Một cách khác để giảm sự trôi công suất. RNC có thể nhận thông tin từ các Nút B về các mức công suất phát của kết nối chuyển giao mềm. Các mức này được tính trung bình trên một số các lệnh điều khiển công suất, ví dụ như trong 500ms, hay trên 750 lệnh điều khiển công suất. Dựa vào các thông số đo đạc này, RNC có thể gửi các giá trị tham khảo về công suất phát đường xuống tới các Nút B. Các Nút B đang thực hiện chuyển giao mềm sử dụng các giá trị tham khảo này cho việc điều khiển công suất đường xuống cho các kết nối để giảm hiện tượng trôi công suất. Như vậy cần một sự hiệu chỉnh nhỏ mang tính định kỳ để hướng tới công suất tham khảo. Kích cỡ hiệu chỉnh này tỷ lệ thuận với độ chênh lệch giữa công suất phát thực tế và công suất phát tham khảo. Phương pháp này sẽ giảm bớt hiện tượng trôi công suất. Sự trôi công suất chỉ xảy ra nếu có điều khiển công suất nhanh trên đường xuống. Trong IS-95 chỉ có điều khiển công suất chậm trên đường xuống nên không cần phương pháp điều khiển sự trôi công suất đường xuống. 2.3.6. Độ tin cậy của các lệnh điều khiển công suất đường lên Tất cả các Nút B trong tập hợp “tích cực” gửi một lệnh điều khiển công suất độc lập đến các UE để điều khiển công suất phát đường lên. Chỉ cần một trong các Nút B trong tập hợp tích cực nhận đúng tín hiệu đường lên là đủ. Vì thế UE có thể giảm công suất phát nếu một trong các Nút B gửi các lệnh công suất xuống. Có thể áp dụng sự kết hợp theo tỷ số lớn nhất các bit dữ liệu trong chuyển giao mềm tại UE do dữ liệu giống nhau được gửi từ tất cả các Nút B thực hiện chuyển giao mềm, nhưng sự kết hợp này không áp dụng cho các bit điều khiển công suất vì nó chứa thông tin khác nhau đối với mỗi Nút B trong tập hợp “tích cực”. Vì thế độ tin cậy của các bit điều khiển công suất không tốt bằng các bit dữ liệu, và tại UE, một ngưỡng được sử dụng để kiểm tra độ tin cậy của các lệnh điều khiển công suất. Các lệnh không đáng tin cậy phải được huỷ bỏ vì chúng đã bị hỏng do nhiễu. 2.3.7. Cải thiện chất lượng báo hiệu điều khiển công suất Chất lượng báo hiệu điều khiển công suất có thể được cải thiện bằng cách thiết lập một công suất cao hơn cho các kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) so với mức công suất của kênh dữ liệu vật lý riêng (DPDCH) trên đường xuống nếu như UE đang trong trạng thái chuyển giao mềm. Độ chênh lệch công suất giữa hai kênh này có thể khác cho các cho các loại kênh DPCCH khác nhau như: các bit điều khiển công suất, các bit pilot và TFCI. Độ giảm công suất phát UE thông thường có thể đạt được tới 0,5dB với sự chênh lệch công suất này. Độ giảm này có thể đạt được do chất lượng của báo hiệu điều khiển công suất được cải thiện. 2.4. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT Mô hình trình bày được thống nhất giữa UE, Node B và RNC : UE -------------------- Node B ---------------------- RNC Đầu tiên, là thủ tục Uplink Inner Loop Power Control, đây là thủ tục xảy ra chủ yếu giữa UE và node B (Node B yêu cầu UE cân chỉnh công suất). Tại mỗi Node B luôn có thông số chuẩn về tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (ta gọi là SIR_target), SIR_target được RNC gởi xuống cho Node B. Như đã biết, các UE gởi các thông điệp DPCCH đến Node B, trong thông điệp DPCCH mang thông tin Pilot, thông tin này cho biết mức tín hiệu trên nhiễu hiện tại được đánh giá tại UE (ta gọi là SIR_estimated). Khi Node B nhận được thông điệp DPCCH, sẽ tiến hành so sánh giá trị giữa SIR_target và SIR_estimated. Nếu SIR_estimated lớn hơn, Node B sẽ gởi thông điệp DPCCH với giá trị trường TPC=0 yêu cầu UE giảm công suất một lượng delta (Nghĩa là lần sau UE sẽ phát tín hiệu với công suất Pw=Pw-delta). Ngược lại nếu SIR_estimated nhỏ hơn, Node B sẽ gởi thông điệp tăng công suất một lượng delta với trường TPC=1 trong DPCCH. Như vậy câu hỏi được đặc ra, trong trường hợp công suất UE quá nhỏ Node B không thể phát hiện được thì như thế nào (mất đồng bộ với Node B). Trong trường hợp này, UE sẽ tự động tăng công suất sau mỗi lần phát dò tín hiệu. Quá trình lặp lại cho đến khi UE lấy được đồng bộ từ Node B. Đây chính là thủ tục Uplink Open Loop Power Control được thực hiện giữa UE và Node B, trong đó UE nắm phần chủ động.   Vậy giả sử UE đã phát tối đa công suất, mà tín hiện Node B nhận được vẫn bị lỗi (trong trường hợp này Node B phát hiện CRC trong thông tin nhận được), thì như thế nào ? Cuộc gọi bị rớt ? May mắn là UMTS có hỗ trợ thủ tục khác để hạn chế nhưng bất lợi trong trường hợp này, được gọi là Uplink Outer Loop Power Control được thực hiện giữa Node B và RNC nhằm điều chỉnh lại mức SIR_target tại RNC (nếu được). Thông thường người vận hành mạng sẽ khai báo thông tin BER_target, từ đó RNC tính tóan mức SIR_target gởi xuống cho Node B. Trong trường hợp Node B phát hiện CRC, nó sẽ gởi thông tin cho RNC ; RNC so sánh hai mức BER, nếu BER_estimated > BER_target, RNC sẽ tiến hành tính tóan lại SIR_target rồi gởi lại thông tin mới cho Node B. Tới đây đã xem xét họat động điều khiển công suất hướng Uplink, vậy còn hướng Downlink ? UE có đóng vai trò tích cực nào trong quá trình điều khiển công suất. Câu trả lời là có, đó cũng chính là nội dung của thủ tục Dowlink Inner Loop Power Control giữa UE và Node B, trong đó Node B tự cân chỉnh công suất dựa vào tín hiệu DPCCH nhận được từ UE. Thông qua quá trình thiết lập cuộc gọi, RNC gởi thông tin BER_target cho UE thông qua tín hiệu thiết lập RRC (Thủ tục này còn được gọi là Downlink Outer Loop Control). Khi UE nhận được gói tin DPDCH từ Node B, nó sẽ thực hiện phép so sánh BER_estimated với BER_target để quyết định thông điệp DPCCH tiếp theo gởi cho Node B có trường TPC mang giá trị 0 hoặc 1. Khi node B nhận được thông điệp DPCCH từ UE, tùy vào giá trị của trường TPC và nó quyết định tăng hay giảm công suất một khỏang delta. Tuy theo thiết bị và nhà sản xuất, giá trị delta có thể là 0.5dB, 1dB, 1.5dB hoặc 2dB, cũng như người vận hành có được can thiệp vào các thông số trong các quá trình này hay không! Như vậy xem xét qua đặc tính điều khiển công suất trong UMTS. Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện đánh giá dài hạn chất lượng đường truyền trên cơ sở tỷ lệ lỗi khung FER hoặc BER để quyết định SIR đích cho điều khiển công suất vòng trong. Hình (2.9) cho thấy hoạt động của điều khiển công suất đường lên ở một kênh fading ở tốc độ chuyển động thấp của MS. Các lệnh điều khiển công suất sẽ điều khiển công suất của MS tỷ lệ nghịch với công suất thu được (hay SIR) tại BS. Nhờ đảm bảo dự trữ để chỉnh công suất theo từng nấc, nên chỉ còn một lượng fading nhỏ và kênh trở thành kênh hầu như không fading (nhìn từ phía BS). Hình 2.9 Điều khiển công suất vòng kín bù trừ phading nhanh Tuy nhiên việc loại bỏ phading phải trả giá bằng tăng công suất phát. Vì thế khi MS bị phading sâu, công suất phát sử dụng lớn và nhiễu gây ra cho các ô khác cũng tăng. Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện điều chỉnh giá trị SIR đích ở BS (MS) cho phù hợp với từng 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 tỷ số bit lỗi BER hay tỷ số khung lỗi FER (Frame Error Rate). Lý do cần đặt lại SIRđích như sau : SIR yêu cầu (tỷ lệ với Eb/No) chẳng hạn là FER=1% phụ thuộc vào tốc độ của MS và đặc điểm truyền nhiều đường. Nếu ta đặt SIR đích cho trường hợp xấu nhất (cho tốc độ cao nhất) thì sẽ lãng phí dung lượng cho các kết nối ở tốc độ thấp. Như vậy, tốt nhất là để SIR đích thả nổi xung quanh giá trị tối thiểu đáp ứng được yêu cầu chất lượng. Hình (2.10) cho thấy sự thay đổi SIR đích theo thời gian. MS không chuyển động SIR đích Thời gian Hình 2.10 Điều khiển công suất vòng ngoài 2.5 ĐKCS VÒNG HỞ (Open-loop power control) Điều khiển công suất vòng hở được sử dụng trong UMTS FDD cho việc thiết lập năng lượng ban đầu của UE ( trong khi truy nhập ) và kênh đường xuống. Trạm di động sẽ tính toán suy hao đường truyền giữa các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận sử dụng mạch điều khiển độ tăng ích tự động (AGC). Tuỳ theo sự tính toán suy hao đường truyền này, trạm di động có thể quyết định công suất phát đường lên của nó. Điều khiển công suất vòng mở có ảnh hưởng trong hệ thống TDD bởi vì đường lên và đường xuống là tương hỗ, nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các hệ thống FDD bởi vì các kênh đường lên và đường xuống hoạt động trên các băng tần khác nhau và hiện tượng Phadinh Rayleigh trên đường lên và đường xuống độc lập nhau. Vậy điều khiển công suất vòng mở chỉ có thể bù một cách đại khái suy hao do khoảng cách. Đó là lý do tại sao điều khiển công suất vòng mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng ban đầu trong hệ thống FDD. Điều khiển công suất vòng hở biến đổi từ ±9dB trong điều kiện bình thường và ±12dB trong điều kiện cực đại. 2.5.1. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường lên Chức năng PC (Power Control) được thực hiện cả ở đầu cuối và UTRAN. Chức năng này đòi hỏi một số thông số điều khiển được phát quảng bá trong ô và công suât mã tín hiệu thu được RSCP(Received Signal Code Power) được đo tại UE trên P-CPICH tích cực. Dựa trên tính toán vòng hở, UE thiết lập các công suất khởi đầu trên tiền tố PRACH và cho DPCCH đường lên trước khi khởi đầu PC vòng trong. Trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên, công suất của AP đầu tiên được thiết lập bởi UE như sau : Preamble_Initial_Power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP (2.1) + UL_interference +UL_required_CI Trong đó công suất P_CPICH (CPICH_Tx_Power) và C/I yêu cầu đường lên (UL_required_CI) (trong 3GPP được định nghĩa là giá trị không đổi khi thiết lập quy hoạch vô tuyến) và nhiễu đường lên (UL_interference) (trong 3GPP là tổng công suất băng rộng tại máy thu) được đo tại Node B và được truyền quảng bá trên BCH. UE cũng sẽ tiến hành thủ tục khi lập mức công suất ban đầu cho CD-AP. Khi tính toán DPCCH đầu tiên, UE khởi đầu PC vòng trong tại công suất như sau : DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP (2.2) Trong đó công suất mã tín hiệu thu của P_CPICH (CPICH_RSCP) được đo tại UE và dịch công suất DPCCH (DPCCH_Power_offset) được tính toán bởi điều khiển cho phép AC trong RNC và được cung cấp cho UE khi kết nối RRC hay trong quá trình vật mang vô tuyến hay khi lập lại cấu hình kênh vật lý như sau : DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_power + UL_interference + SIRDPCCH +10lg(SFDPDCH) (2.3) Trong đó SIRDPCCH là SIR đích khởi đầu do AC tạo ra đối kết nối cụ thể này là SIRDPCCH là hệ số trải phổ đối với DPDCH tương ứng. 2.5.2. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường xuống Trên đường xuống, PC vòng hở để thiết lập công suất khởi đầu các kênh đường xuống trên cơ sở báo cáo đo đạt từ UE. Chức năng này được thực hiện cả ở UE và UTRAN. Giải thuật để tính toán giá trị công suất khởi đầu DPCCH khi dịch vụ mang đầu tiên được thiết lập như sau : PTxIntinial (2.4) Trong đó Rb là tốc độ bit của người sử dụng, (Eb/No)DL là giá trị được quy hoạch của đường xuống trong quá trình quy hoạch mạng vô tuyến đối với vật mang cụ thể này, W là tốc độ chip, (Eb/No)CPICH được báo cáo từ UE, PtxTotal là công suất sóng mang tại Node B được báo cáo cho RNC. Giải thuật tính toán công suất đoạn nối vô tuyến khởi đầu có thể được đơn giản hóa khi chuyển giao được thiết lập hay đoạn nối vô tuyến thay đổi. Khi bổ sung nhánh, cần chỉ định cỡ lại công suất mã phát của đoạn nối hiện có bằng hiệu số giữa công suất P_CPICH của ô hiện thời với công suất P_CPICH của ô thuộc nhánh bổ sung. Đối với kênh mang thay đổi định cỡ được thực hiện bằng tốc độ bit của người sử dụng mới và Eb/No đường xuống mới. 2.6. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHANH VÒNG KÍN Giải trải phổ Thu RAKE Đo chất lượng công suất giải Đo SIR So sánh và quyết định Tạo bít điều khiển công suất SIR đích So sánh và quyết định Chất lượng đích Ghép bit điều khiển công suất vào luồng phát Vòng Ngoài Vòng trong Tín hiệu băng gốc thu Hình 2.11 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín Điều khiển công suất vòng khép kín, được gọi là điều khiển công suất nhanh trong các hệ thống WCDMA, có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của MS (đường lên), hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại phading của các kênh vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR được thiết lập bởi vòng bên ngoài. Chẳng hạn như trên đường lên, trạm gốc so sánh SIR nhận được từ MS với SIR mục tiêu trong mỗi khe thời gian (0,666ms). Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “0” đến MS thông qua kênh điều khiển riêng đường xuống. Nếu SIR nhận được thấp hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “1” đến MS. Bởi vì tần số của điều khiển công suất vòng kín rất nhanh nên có thể bù được phadinh nhanh và cả phading chậm. 2.6.1. Các kỹ thuật điều khiển công suất vòng trong Điều khiển công suất vòng trong (điều khiển công suất nhanh) dựa trên thông tin hồi tiếp lớp 1 từ đầu kia của đường truyền vô tuyến. Thông tin này cho phép UE/Node B điều chỉnh công suất phát của mình dựa trên mức SIR thu được để bù trừ fading của kênh vô tuyến. Chức năng điều khiển công suất vòng hở trong ở UMTS được sử dụng cho các kênh riêng cả đường lên và đường xuống và đối với CPCH chỉ ở đường lên. Trong WCDMA, PC nhanh được thực hiện ở tần số 1,5 kHz UE SRNC (a) (b) (c) (f) (d) (e) Iub Uu DL PC vòng ngoài +∆SIR= f(FLERorBLER) +Quản lý SIR đích SIR được tính so với SIR đích Lệnh DL TPC SIR được tính so với SIR đích Lệnh UL PC Node B UL PC vòng ngoài +∆SIR= f(FLERor BLER) + Quản lý SIR đích MDC vào phân chia (a): RRC: DL BER đích, các hệ số khuếch đại UL, các giá trị UL RM DPC_mode (b): RRC: BLER thực tế, P-CPCICH Ec/Io, P-CPICH RSPC, tổn hao đường truyền, lưu lượng đo trong UE (c): Các lệnh UL/DL TCP (PC vòng trong) (e): Chæ PC treân DPCCH (DPCCH ñöôïc ñònh côõ theo heä soá khueách ñaïi) (f): DCH-FP (10-100 Hz) Ÿ UL CRC Ÿ UL SIR ñích thöïc teá MDC :Macro Diversity Combiner :bộ kết hợp phân tập vĩ mô Hình 2.12 Các thủ tục điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài 2.6.1.1. Điều khiển công suất vòng trong đường lên Điều khiển công suất vòng trong đường lên được sử dụng để thiết lập công suất DPCH và CPCH đường lên. Node B nhận được SIR đích từ UL PC vòng ngoài ở RNC và so sánh nó với SIR ước tính trên ký hiệu hoa tiêu của DPCCH đường lên trong từng khe. Nếu SIR thu được lớn hơn SIR đích, Node B phát lệnh “hạ thấp” đến UE, ngược lại Node B phát lệnh“tăng thêm”đến UE trên DPCCH đường xuống. Kích thước bước PC theo tiêu chuẩn phụ thuộc vào tốc độ UE. Đối với đích chất lượng cho trước, kích thước bước UL PC tốt nhất là kích thước cho SIR đích nhỏ nhất. Với tốc độ điều khiển công suất 1500 Hz, kích thước bước PC 1dB có thể theo kịp kênh phading Raleigh với tần số lên đến 55 Hz (30 Km/h). Tại tốc độ cao hơn (tới 80 Km/h) kích thước bước PC 2dB sẽ tốt hơn. Tại tốc độ cao hơn 80 Km/h, điều khiển công suất vòng trong không theo kịp phading và vì thế tạp âm vào đường dẫn đường lên. Có thể giảm ảnh hưởng xấu này bằng cách sử dụng bước PC nhỏ hơn 1 dB. Ngoài ra đối với tốc độ UE thấp hơn 3 Km/h, khi tần suất phading kênh rất nhỏ, sử dụng bước PC nhỏ có lợi hơn. Hai giải thuật (giải thuật 1 và 2) được đặc tả cho UE để diễn giải các lệnh TPC từ Node B. + Giải thuật 1 sử dụng khi tốc độ UE đủ thấp để bù trừ phading kênh. Bước PC được thiết lập trong quá trình quy hoạch mạng vô tuyến là 1 đến 2dB. + Giải thuật 2 được thiết kế để mô phỏng ảnh hưởng khi sử dụng bước nhỏ hơn 1 dB và có thể sử dụng để bù trừ xu thế phading chậm của kênh truyền sóng. Nó hoạt động tốt hơn giải thuật 1 khi UE chuyển động nhanh hơn 80 Km/h và chậm hơn 3 Km/h. Trong giải thuật bước PC cố định bằng 1 dB. UE không thay đổi công suất phát cho đến khi nhận được lệnh TCP tiếp theo. Tại cuối khe thứ 5, dựa trên quyết định cứng, UE điều chỉnh công suất theo quy tắc như sau : + Nếu tất cả 5 lệnh TPC là “giảm”, công suất giảm 1 dB. + Nếu tất cả 5 lệnh TPC là “tăng”, công suất phát tăng 1 dB. + Trái lại công suất phát không đổi. Trước khi khởi đầu UL DPDCH, UE có thể được mạng hướng dẫn sử dụng tiền tố UL DPDCH, PC khi nhận được DPDCH đường xuống. Độ dài của tiền tố DPDCH PC là một thông số được thiết lập khi quy hoạch mạng vô tuyến trong dải từ 0 đến 7 khung. Trong tiền tố UL DPDCH PC, các lệnh TPC do Node B phát luôn tuân theo giải thuật 1 để đảm bảo đạt công suất phát đường lên nhanh hơn trước khi bắt đầu điều khiển công suất thông thường. SRNC Node B1 Node B2 Nhánh chính Nhánh bổ sung MDC và phân chia UL PC vòng ngoài +∆ SIR=f(BLER orBER) +Quản lý SIR đích TPC1 TPC2 UE Iub Iub RAKE MDC (các ký hiệu số liệu và hoa tiêu) SIR1 so với SIR đích -> các lệnh UL TPC1 Giải thuật 1 hay 2 kết hợp TCP1 và TCP2 thành TPC RAKE MDC (các ký hiệu số liệu và hoa tiêu ) SIR1 so với SIR đích-> các lệnh UL TPC2 MDC : Macro Diversity Combiner = bộ kết hợp phân tập vĩ mô. Uu Uu Trong UMTS, các sơ đồ phân tập chỉ áp dụng cho các kênh riêng. Sau khi đạt được đồng bộ lớp 1, một hay nhiều ô tham gia vào chuyển giao phân tập sẽ bắt đầu PC vòng trong đường lên. Mỗi ô trong số các ô nối đến UE sẽ đo SIR đường lên và so sánh SIR ước tính với SIR đích để tạo ra lệnh TPC gởi đến UE. Nếu tất cả các ô đều yêu cầu tăng công suất thì UE mới tăng công suất. Hình 2.13 UL PC vòng trong khi chuyển giao mềm Khi UE ở chuyển giao HO (Hand Over) mềm, Node B phục vụ sẽ thông báo cho UE để nó kết hợp các lệnh TPC đến từ cùng một tập đoạn nối vô tuyến vào một lệnh TPC theo giải thuật 2 hoặc 1. Các thủ tục kết hợp các lệnh TPC từ các đoạn nối vô tuyến trong HO mềm được minh họa ở hình (2.13). Nếu các lệnh TPC đến từ các ô khác nhau và giải thuật 1 được sử dụng, thì UE rút ra một lệnh TPC kết hợp trên cơ sở quyết định mềm và thay đổi công suất phát của mình theo bước PC quy định trước. Nếu giải thuật 2 được sử dụng, thì UE thực hiện quyết định cứng theo giá trị của từng lệnh TPC từ các đoạn vô tuyến khác nhau cho năm khe liên tiếp sau đồng chỉnh. Sau đó UE rút ra lệnh TPC cho khe thứ năm theo nguyên tắc sau: + Nếu giá trị trung bình của các ước tính lệnh TPC tức thời lớn hơn 0,5, tăng công suất 1 dB. + Nếu giá trị trung bình của các ước tính lệnh TPC tức thời nhỏ hơn 0,5, giảm công suất 1 dB. + Trái lại không thay đổi công suất Trong tính toán đường lên, lệnh “tăng” được thể hiện bằng giá trị “+1” còn lệnh “giảm” bằng giá trị “-1”. Trong quá trình kết hợp, sau khi áp dụng điều chỉnh công suất DPCH, tiêu chuẩn yêu cầu UE phải có khả năng giảm công suất phát của mình ít nhất đến -50 dBm. Giả sử công suất phát cực đại của UE là 21 dBm (250 mW), ta được dải động điều khiển công suất vào khoảng 70 dB. 2.6.1.2. Điều khiển công suất vòng trong đường xuống UE nhận BLER đích do RNC thiết lập cho DL PC vòng ngoài cùng với các thông số điều khiển khác. UE so sánh SIR ước tính với SIR đích. Nếu ước tính lớn hơn đích, UE phát lệnh TPC “giảm” đến Node B, ngược lại nó phát lệnh TPC “tăng” đến Node B. Số liệu 1 TPC TFC1 Số liệu 2 Hoa tiêu DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH Thời gian DL DPCH Công suất phát đường xuống TS = 256 chip PO2 PO1 PO3 Hình 2.14 Dịch công suất (PO) để cải thiện chất lượng báo hiệu đường xuống Nếu DPC_MODE = 0 UE phát một lệnh TPC cho mỗi khe, trái lại nó phát một lệnh TPC cho ba khe. Các lệnh TPC được phát trên UL DPCCH để điều khiển công suất của DL DPDCH và các DPDCH tương ứng với nó bằng cùng một lượng công suất. Dịch công suất của các ký hiệu TFCI (PO1), TPC (PO2) và hoa tiêu (PO3) của kênh DL DPCCH so với kênh DL DPDCH được cho ở hình (2.14). 3 dB 28 dB Dải động DLPC Dải động công suất DL 18 dB Công suất phát Node B cực đại Công suất kênh mã cực đại Không kênh lưu lượng nào tích cực Công suất kênh thu mã tối thiểu Kích thước bước DL PC là một thông số của quá trình quy hoạch mạng vô tuyến các bước có thể là 0,5; 1; 1,5 hoặc 2 dB. Bước bắt buộc tối thiểu là 1dB còn các bước khác là tuỳ chọn. Nếu UE ở chuyển giao mềm SHO (Soft Hand Over), tất cả các ô nối đến UE phải có bước PC như nhau để tránh trôi công suất. Trong trường hợp nghẽn, RNC có thể lệnh cho Node B không thực hiện