Đồ án Nghiên cứu thuật toán điều khiển công suất trong W-CDMA

ồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 36 với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên và tốc độ bit được tính theo công thức sau: RC = 1/TC, Rb = 1/Tb. Hình 2.11 Trải phổ chuỗi trực tiếp Trong đó: RC: tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên, Rb: tốc độ bit, Tb: thời gian một bit của luồng số cần phát, Tn: thu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ, TC: thời gian một chip của mã trải phổ. 2.8 Chuyển giao 2.8.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động Chuyển giao là một khái niệm cơ bản về sự di chuyển của MS trong cấu trúc thông tin tế bào. Có nhiều loại chuyển giao khác nhau để phù hợp với Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 37 các yêu cầu khác như: điều khiển tải, cung cấp vùng phủ sóng và thoả mãn chất lượng dịch vụ . Mục tiêu của chuyển giao là cung cấp sự liên tục của dịch vụ di động khi người sử dụng di chuyển qua vùng biên của các tế bào trong kiến trúc mạng tế bào. Để người sử dụng có thể tiếp tục thông tin và băng qua biên của tế bào thì cần cung cấp tài nguyên vô tuyến mới cho người sử dụng ở tế bào mới, hay còn gọi là tế bào đích. Bởi vì cường độ tín hiệu thu được xấu hơn tế bào đích mà người sử dụng chuyển qua. Quá trình xử lý đường xuống còn tồn tại kết nối trong tế bào hiện tại và thiết lập kết nối mới trong tế bào lân cận gọi là chuyển giao. Tính năng của mạng tế bào thể hiện qua chuyển giao là chủ yếu nhằm cung cấp dịch vụ hấp dẫn như các ứng dụng thời gian thực hay luồng đa phương tiện như các dự án trong mạng di động thế hệ ba đưa ra. Số lượng chuyển giao không thành công thể hiện thủ tục chuyển giao không hoàn thành. 2.8.2 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G W-CDMA Chuyển giao trong mạng W-CDMA có thể được phân loại theo nhiều loại khác nhau. Có thể phân thành: chuyển giao cùng tần số, chuyển giao khác tần số và chuyển giao giữa các mạng khác nhau W-CDMA với GSM. Trong phần này, ta lại chia chuyển giao trong W-CDMA thành bốn loại: chuyển giao trong cùng hệ thống, chuyển giao ngoài hệ thống, chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và mềm hơn. 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 tế bào cùng sóng mang W-CDMA. Chuyển giao khác tần số xuất hiện giữa các tế bào hoạt động trên các tần số sóng mang khác nhau. Chuyển giao ngoài hệ thống xuất hiện giữa các tế bào thuộc hai kỹ Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 38 thuật truy nhập vô tuyến RAT (Radio Access Technology) khác nhau hoặc giữa hai nút UTRAN FDD và UTRAN TDD. Hình 2.12 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G Chuyển giao cứng là loại chuyển giao mà kết nối cũ bị phá vỡ trước khi có kết nối vô tuyến mới được thiết lập giữa thiết bị người sử dụng và mạng truy nhập vô tuyến. Loại chuyển giao này sử dụng trong mạng GSM để gán các kênh tần số khác nhau cho các tế bào. Người sử dụng đi vào tế bào mới sẽ huỷ bỏ kết nối cũ và thiết lập kết nối mới với tần số mới. Chuyển giao cứng trong mạng UMTS sử dụng để thay đổi kênh tần số của UE và UTRAN. Trong suốt quá trình bố trí tần số của UTRAN, nó sẽ xác định rằng mỗi hoạt động UTRAN là dễ dàng để yêu cầu thêm vào phổ tần để đạt được dung lượng khi các cấp độ sử dụng hiện tại đã hết. Trong trường hợp này vài băng tần xấp xỉ 5 MHz được sử dụng bởi một thuê bao và cần chuyển giao giữa chúng. Chuyển giao cứng còn áp dụng để thay đổi tế bào trên cùng tần số khi mạng không hỗ trợ tính đa dạng lớn. Trong trường hợp khác là khi kênh truyền đã được xác định trong khi người sử dụng đi vào tế bào mới thì chuyển Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 39 giao cứng sẽ thực hiện nếu chuyển giao mềm và mềm hơn không thực hiện được. Thông thường chuyển giao cứng chỉ dùng cho vùng phủ và tải, còn chuyển giao mềm và mềm hơn là yếu tố chính hỗ trợ di động. Chuyển giao giữa hai mode UTRAN FDD và UTRAN TDD cũng thuộc loại chuyển giao cứng. 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 tế bào 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 xuống, máy di động mã hoá kênh được tách bởi cùng hai BS (chuyển giao hai đường), và được gởi đến RNC cho việc lựa chọn kết hợp. Hai hoạt động điều khiển công suất vòng trong đặc biệt trong chuyển giao mềm cho một BS. Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm hơn Hình 2.13 Chuyển giao mềm và mềm hơn Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, MS được điều khiển ít nhất bởi hai sector của cùng BS, do đó chỉ có một hoạt động điều khiển công suất vòng. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 40 Chuyển giao mềm và mềm hơn chỉ sử dụng một sóng mang, do đó đây là chuyển giao trong cùng hệ thống. Hình 2.14 thể hiện hai loại chuyển giao khác nhau. Hình 2.14 Các loại chuyển giao khác nhau trong W-CDMA Chuyển giao hai đường là chuyển giao mà ở đó MS thông tin với hai đoạn của hai tế bào khác nhau. Chuyển giao ba đường là chuyển giao mà ở đó MS thông tin với ba đoạn của ba tế bào khác nhau. BS điều khiển trực tiếp quá trình xử lý cuộc gọi trong quá trình chuyển giao mềm được gọi là BS sơ cấp.BS sơ cấp có thể khởi đầu bản tin điều khiển đường xuống, các BS khác không xử lý cuộc gọi gọi là BS thứ cấp. Chuyển giao mềm kết thúc khi hoặc BS sơ cấp hoặc BS thứ cấp bị loại bỏ. Kết luận chương 2 Trong chương này ta đã giới thiệu một cách tổng quan nhất về hệ thống thông tin di dộng W-CDMA và đã đi vào phân tích cấu trúc mạng W-CDMA bao gồm các phần tử mạng truy nhập vô tuyến, mạng lõi, chức năng của các Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 41 phần tử, các giao diện mạng, mô hình giao thức phân lớp của hệ thống UMTS là cơ sở cấu trúc hệ thống cho W-CDMA. Từ việc tìm hiểu, phân tích cấu trúc mạng ta cũng quan tâm đến vấn đề sắp xếp các kênh trong UTRAN và các phương thức trải phổ trong mạng. Lớp vật lý có ảnh hưởng lớn đến sự phức tạp của thiết bị về việc đảm bảo khả năng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc nút B và trạm đầu cuối UE. Trên quan điểm dịch vụ các hệ thống thế hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì thế không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho một dịch vụ thoại duy nhất mà cần đảm bảo cho nhiều loại dịch vụ và các dịch vụ tương lai. Cuối cùng chính là những kiến thức cơ sở để tìm hiểu và nghiên cứu các thuật toán, các kỹ thuật chuyển giao trong W-CDMA ở các chương tiếp theo. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 42 CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG W-CDMA Trong hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng W-CDMA, mỗi thuê bao khi tham gia vào hệ thống sẽ được cấp một mã để hoạt động trên một kênh tần số. Điều này sẽ làm dung lượng của hệ thống tăng lên đáng kể, nhưng bên cạnh đó, khi có nhiều thuê bao hoạt động trên một kênh tần số sẽ gây ra nhiễu đồng kênh. Ngoài ra, nhiễu còn có thể phát sinh do môi trường hay từ chính các thiết bị trong hệ thống W-CDMA. Nhằm duy trì chỉ số cấp độ phục vụ QoS của hệ thống ở mức tiêu chuẩn, thì hạn chế nhiễu bằng việc điều khiển công suất trên đường lên và đường xuống là việc làm cần thiết. Trong chương này chúng ta tìm hiểu một số thông số ảnh hưởng đến việc điều khiển công suất cũng như ý nghĩa của nó. Sau đó ta sẽ đi sâu vào phân tích một số kỹ thuật điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA. 3.1 Kênh truyền vô tuyến Trong thông tin di động, do môi trường truyền dẫn đặc thù là vô tuyến nên các yếu tố kênh truyền có những tác động rất lớn đến các hoạt động của hệ thống. Các nhân tố ảnh hưởng có thể liệt kê như suy hao, nhiễu xạ, phản xạ, tán xạ. Hình 3.1 mô tả cơ chế fading đa đường khi tín hiệu từ UE đến nút B. Trong hầu hết các trường hợp, tầm nhìn thẳng giũa UE và nút B bị che khuất do sự che chắn dày đặc trong môi trường truyền. Cơ chế lan truyền đa đường thường dẫn tới chất lượng tín không đạt yêu cầu. Ví dụ như hình 3.1, có 3 nguyên nhân gây ra hiện tượng đa đường: đầu tiên là hiện tượng phản xạ khi sóng vô tuyến gặp bề mặt nhẵn, kích thước lớn (như tường của các tòa nhà, Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 43 mặt đường), một tia tới có thể bị phản xạ ra nhiều tia khác nhau theo những hướng khác nhau. Thứ hai là hiện tượng nhiễu xạ xảy ra khi có một vật thể lớn che chắn đường truyền thẳng. Hiện tượng thứ ba là hiện tượng tán xạ khi tín hiệu gặp phải những bề mặt lớn, ghồ ghề và bị phân tán ra nhiều hướng. Hình 3.1 Các hiện tượng trong tuyền sóng Do những nguyên nhân vật lý trên, sóng đến đầu thu sẽ có biên độ cũng như pha rất khác nhau và làm tăng giảm tín hiệu một cách không thể xác định do tính di động của thuê bao. Nếu tốc độ của thuê bao càng nhanh, sự thay đổi của môi trường truyền sóng càng phức tạp. Lúc này ngoài hiện tượng đa đường, người sử dụng còn chịu ảnh hưởng của các hiện tượng vật lý quan trọng khác như suy hao, dịch tần số. Để phân tích ảnh hưởng của các yếu tố trên, ta sẽ phân kênh truyền ra làm hai loại: Kênh truyền chịu ảnh hưởng trên phạm vi rộng, Kênh truyền chịu ảnh hưởng trên phạm vi hẹp. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 44 3.1.1 Kênh truyền vô tuyến trên phạm vi rộng Là khi có duy nhất một tín hiệu truyền thẳng giữa đầu thu và đầu phát. Và sự suy hao này có thể áp dụng công thức tính suy hao tự do trong không gian để tính toán. 41 0 lo g 2 0 lo gtd b r P dL P p l = = (3.1) Trong đó: Pt là công suất phát, Pr là công suất thu, d là khoảng cách truyền sóng, λ bước sóng. Trong trường hợp này suy hao trung bình của kênh truyền phụ thuộc vào tần số của sóng mang và khoảng cách địa lý giữa hai đầu thu phát. Một khía cạnh quan trọng khác là suy hao giữa đường xuống và đường lên trong trường hợp này có một mối tương quan qua lại, có nghĩa là ta có thể dự đoán suy hao đường lên và tính toán suy hao đường xuống. Đây là một tính chất quan trọng được sử dụng trong phương pháp điều khiển công suất vòng mở được trình bày sau này. 3.1.2 Kênh truyền vô tuyến trên phạm vi hẹp Kênh truyền này không những làm thay đổi biên độ của tín hiệu mà còn gây ra hiện tượng phân tán thời gian dẫn tới giao thao giữa các tín hiệu tới đầu thu. Như đã phân tích lúc đầu, tín hiệu nhận được là sự tổng hợp của tất cả các tín hiệu đến từ nhiều đường khác nhau với biên độ và pha khác nhau. 3.2 Ý nghĩa của việc điều khiển công suất Trong hệ thống thông tin di động W-CDMA, các UE đều phát chung một tần số ở cùng thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh với nhau. Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 45 môi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào giá trị SIR. Để đảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR (Signal to Interference) không đổi và đảm bảo ngưỡng yêu cầu ta cần điều khiển công suất. Ở hệ thống W-CDMA việc điều khiển công suất là bắt buộc và phải nhanh chóng nếu không dung lượng hệ thống sẽ bị giảm. Việc điều khiển công suất sẽ giúp cho công suất thu được ở trạm gốc là như nhau đối với tất cả các thuê bao, dung lượng của hệ thống có thể đạt tới mức cực đại do SNR của tín hiệu thu được vẫn đảm bảo lớn hơn ngưỡng tối thiểu khi có nhiều thuê bao cùng hoạt động. Ngoài ra điều khiển công suất còn tham gia vào quá trình chuyển giao giúp cho thông tin liên lạc được giữ trong suốt quá trình khi thuê bao di chuyển từ trạm gốc này qua trạm gốc khác. Điều khiển công suất nhằm mục đích để chống lại hiệu ứng Fading Rayleigh trên tín hiệu truyền đi bởi việc bù cho Fading nhanh của kênh truyền. Nó còn góp phần làm tăng tuổi thọ pin của máy di động vì giúp cho máy di động luôn hoạt động ở công suất thấp nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu. Để minh hoạ việc điều khiển công suất cần thiết như thế nào trong hệ thống W-CDMA, chúng ta xem xét một tế bào đơn lẻ có hai thuê bao giả định. Thuê bao 1 gần trạm gốc hơn thuê bao 2, nếu không có điều khiển công suất, cả hai thuê bao sẽ phát một mức công suất cố định P, tuy nhiên do sự khác nhau về khoảng cách nên công suất thu từ thuê bao 1 là P1 sẽ lớn hơn thuê bao 2 là P2. Giả sử rằng vì độ lệch về khoảng cách như vậy mà P1 lớn gấp 10 lần P2 thì thuê bao 2 sẽ chịu một sự bất lợi lớn. Nếu tỷ số SNR yêu cầu là (1/10) thì chúng ta có thể nhận ra sự chênh lệch giữa các SNR của hai thuê bao. Hình 3.2 minh hoạ điều này, nếu chúng ta bỏ qua tạp âm nhiệt thì SNR của thuê bao 1 sẽ là 10 và SNR của thuê bao 2 sẽ là (1/10). Thuê bao 1 có một SNR cao hơn nhiều và như vậy nó sẽ có được Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 46 một chất lượng rất tốt, nhưng SNR của thuê bao 2 chỉ vừa đủ so với yêu cầu. Sự không cân bằng này được xem là bài toán “gần-xa” kinh điển trong một hệ thống đa truy cập trải phổ. Hình 3.2 Công suất thu từ 2 thuê bao tại trạm gốc Hệ thống nói trên được coi như đã đạt tới dung lượng của nó. Lý do là nếu chúng ta thử đưa thêm một thuê bao thứ 3 phát cùng mức công suất p vào bất cứ chỗ nào trong tế bào thì SNR của thuê bao thứ 3 đó sẽ không thể đạt được giá trị yêu cầu. Hơn nữa, nếu chúng ta cố đưa thêm thuê bao thứ 3 vào hệ thống thì thuê bao thứ 3 đó sẽ không những không đạt được SNR yêu cầu mà còn làm cho SNR của thuê bao 2 bị giảm xuống dưới mức SNR yêu cầu. Việc điều khiển công suất được đưa vào để giải quyết vấn đề “gần – xa” và để tăng tối đa dung lượng hệ thống. Điều khiển công suất là điều khiển công suất phát từ mỗi thuê bao sao cho công suất thu của mỗi thuê bao ở trạm gốc là bằng nhau. Trong một tế bào, nếu công suất phát của mỗi thuê bao được điều khiển để công suất thu của mỗi thuê bao ở trạm gốc là bằng nhau và bằng P thì nhiều thuê bao hơn có thể sử dụng trong hệ thống. như ví P f Thuê bao 2 có S/N = 1/10 Thuê bao 1 có S/N = 1 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 47 dụ trên, nếu SNR yêu cầu vẫn là (1/10) thì tổng cộng có thể có 11 thuê bao được sử dụng trong tế bào. Dung lượng được tăng tối đa khi sử dụng điều khiển công suất. 3.3 Phân loại điều khiển công suất Có nhiều phương pháp điều khiển công suất trong hệ thống thông tin tế bào. Khi xét đến một hệ thống điều khiển công suất, cần xem xét những mặt sau: Tiêu chuẩn chất lượng: tiêu chuẩn chất lượng được đánh giá thông qua tỉ số tín hiệu trên nhiễu SIR và hệ số lỗi bit (BER – Bit Error Ratio). Cường độ tín hiệu trên nhiễu SIR và hệ số lỗi bit BER bao gồm các thông tin tương đương về chất lượng . Những phép đo: thông thường những phép đo được đưa ra trong báo cáo bao gồm các chỉ số chất lượng QI (Quality Indicator) phản ánh chất lượng và chỉ số cường độ tín hiệu nhận được RRSI (Received Signal Strength Indicator) phản ánh cường độ tín hiệu thu được của máy thu. Những giá trị này được lượng tử hoá thô để sử dụng ít mẫu. Thời gian trễ: tín hiệu đo lường và điều khiển cần thời gian dẫn đến làm xuất hiện thời gian trễ trong mạng. Từ những tiêu chí đó ta có thể phân điều khiển công suất như sau: 3.3.1 Điều khiển công suất phân tán và tập trung Điều khiển công suất tập trung là điều khiển tất cả các mức công suất trong mạng hay một phần của mạng 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 các tham số nội bộ như SIR hay độ lợi kênh Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 48 của người sử dụng. 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. 3.3.2 Điều khiển công suất cho đường lên và đường xuống Điều khiển công suất đường lên (từ UE đến RNC) trong hệ thống W- CDMA là một yêu cầu quan trọng để chống lại hiệu ứng gần - xa. Ở đường xuống, trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba, do dữ liệu đường xuống có tốc độ khác nhau tùy thuộc vào từng loại hình dịch vụ nên yêu cầu điều khiển công suất cũng rất cần thiết để đảm bảo chất lượng, tối đa dung lượng thuê bao có thể phục vụ. Hơn nữa trong hệ thống đa tế bào, nhiễu giao thoa từ các tế bào lân cận cũng là một yếu tố làm giảm chất lượng. Như vậy, phải sử dụng điều khiển công suất trong trường hợp này để làm giảm sự giao thoa giữa các tế bào. 3.3.3 Điều khiển công suất theo phương pháp đo Theo phương pháp đo, kỹ thuật điều khiển công suất được phân thành 3 loại dựa trên ba cơ sở là: trên cơ sở cường độ, trên cơ sở SIR, trên cơ sở BER. Trên cơ sở cường độ, cường độ một tín hiệu đến BS từ MS được đánh giá để xác định là nó cao hơn hay thấp hơn cường độ mong muốn. Sau đó BS sẽ gởi lệnh để điều khiển công suất cao hơn hay thấp hơn thích hợp. Trên cơ sở SIR, phương pháp đo là SIR khi mà tín hiệu bao gồm nhiễu kênh và nhiễu giữa các người sử dụng. Một vấn đề quan trọng gắn với điều khiển công suất dựa vào SIR là có khả năng gây hồi tiếp dương làm nguy hiểm đến sự vững vàng của hệ thống. Hồi tiếp dương xuất hiện trong trừơng hợp khi một MS dưới sự chỉ dẫn của BS đã tăng công suất của nó và điều đó Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 49 lặp lại với các MS khác. Trong trường hợp có N-MS trong hệ thống, điều này làm tê liệt cả N-MS. Trong điều khiển công suất dựa vào BER, BER được định nghĩa là một số lượng trung bình của các bit lỗi so với chuỗi bit chuẩn. Nếu công suất tín hiệu và nhiễu là hằng số thì BER là hàm của SIR, và trong trường hợp này thì QoS là tương đương. Tuy nhiên, trong thực tế SIR là hàm thời gian và như vậy SIR trung bình sẽ không tương ứng với BER trung bình. Trong trường hợp này, BER là cơ sở đo đạt chất lượng tốt hơn. 3.3.4 Điều khiển công suất vòng kín, điều khiển công suất vòng mở Trong W-CDMA tồn tại hai phương pháp điều khiển công suất sau: Điều khiển công suất vòng mở, Điều khiển công suất nhanh vòng kín gồm điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài. Điều khiển công suất vòng mở 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. Nhược điểm của phương pháp này là do điều kiện truyền sóng của đường xuống khác với đường lên nhất là do fading nhanh nên sự đánh giá sẽ thiếu chính xác. Ở hệ thống CDMA trước đây, người ta sử dụng phương pháp này kết hợp với điều khiển công suất vòng kín, còn ở hệ thống W-CDMA phương pháp điều khiển công suất này chỉ được sử dụng để thiết lập công suất gần đúng khi truy cập mạng lần đầu. Phương pháp điều khiển công suất nhanh vòng kín như hình 3.3. Ở phương pháp này BS (hoặc MS) thường xuyên ước tính tỷ số tín hiệu trên can nhiễu thu được SIR và so sánh nó với tỷ số SIR đích. Nếu SIR ước tính cao hơn SIR đích thì BS (hoặc MS) thiết lập bit điều khiển công suất để lệnh cho BS (hoặc MS) hạ thấp công suất, trái lại nó ra lệnh BS (hoặc MS) tăng công Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 50 suất. Chu kỳ đo lệnh phản ứng này được thực hiện 1500 lần trong một giây ở cdma2000. Tốc độ này sẽ cao hơn mọi sự thay đổi tổn hao đường truyền và thậm chí có thể nhanh hơn fading nhanh khi MS chuyển động tốc độ thấp. Hình 3.3 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín Kỹ thuật điều khiển công suất vòng kín như trên được gọi là điều khiển công suất vòng trong, nó cũng được sử dụng cho đường xuống, mặc dù ở đây không có hiện tượng gần xa vì tất cả các tín hiệu đến các MS trong cùng một tế bào đều bắt đầu từ một BS. Tuy nhiên lý do điều khiển công suất ở đây như sau: khi MS tiến đến gần biên giới của tế bào, nó bắt đầu chịu ảnh hưởng ngày càng tăng của nhiễu từ các tế bào khác, điều khiển công suất trong trường hợp này để tạo một lượng dự trữ công suất cho các MS trong trường hợp nói trên. Ngoài ra điều khiển công suất đường xuống cho phép bảo vệ các Giải trải phổ Thu RAKE Đo SIR So sánh và quyết định Tạo bit điều khiển công suất Đo chất lượng công suất dài So sánh và quyết định SIR đích Chất lượng đích Vòng ngoài Vòng trong Ghép bit điều khiển công suất vào luồng phát Tín hiệu băng gốc thu Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 51 tín hiệu yếu do fading Rayleigh gây ra, nhất là khi các mã sửa lỗi làm việc không hiệu quả. Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện đánh giá dài hạn chất lượng đường truyền trên cơ sở hệ số tỷ lệ lỗi khung FER (Frame Error Ratio) hoặc BER để quyết định SIR đích cho điều khiển công suất vòng trong. Tuy nhiên ta thấy rằng 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 tế bào khác cũng tăng. Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện điều chỉnh giá trị SIR đích ở BS (hoặc 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. Lý do cần đặt lại SIR đích 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 (tốc độ di chuyển của thuê bao là 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. 3.4 Các thông số ảnh hưởng đến kỹ thuật điều khiển công suất Trong mô hình thực tế kỹ thuật điều khiển công suất chịu ảnh hưởng của rất nhiều thông số môi trường hay các chỉ số của hệ thống. Trong phần này ta tìm hiểu sơ lược về những thông số này như kích thước của bước điều khiển công suất, lỗi xảy ra khi ước lượng SIR, trễ hồi tiếp, tần số thực hiện của kỹ thuật, tín hiệu điều khiển công suất bị lỗi trên đường truyền, trôi công suất và sự ảnh hưởng của fading sâu. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 52 3.4.1 Kích thước của bước điều khiển công suất UE quyết định kích thước của bước điều khiển công suất dựa vào tín hiệu điều chỉnh công suất nhận được từ nút B. Cơ bản có hai phương pháp được sử dụng để ấn định kích thước bước điều chỉnh là bước cố định và bước thích nghi. Trong phương pháp cố định, mỗi lệnh mã hóa bằng 1 bit. Với phương pháp bước thích nghi, mỗi lệnh được mã hóa thành q bit để có thể thể hiện thành các giá trị khác nhau tùy thuộc vào sự khác biệt giữa giá trị SIR thu được và SIR đích. Ưu điểm của phương pháp sử dụng bước thích nghi là có thể bám theo tốt sự thay đổi của kênh truyền do nó có thể điều chỉnh một cách linh động sự thay đổi trong công suất phát. Nhưng trong thực tế, phương pháp này có khuyết điểm là do nó dùng lệnh điều khiển công suất nhiều bit, mà tốc độ của kỹ thuật điều khiển công suất phải lớn hơn tốc độ fading nhanh. Do đó sẽ tốn một lượng đáng kể trong băng thông của đường truyền. Còn kỹ thuật bước cố định, dù chỉ có thể tăng hay giảm một mức công suất cố định trong 1 chu kỳ điều khiển, nhưng trong thực tế phương pháp này được ưa chuộng hơn do tối ưu được băng thông đường xuống. Mặt khác do điều khiển công suất bước thích nghi có thể tăng giảm công suất một lượng lớn hơn bước cố định, nếu kỹ thuật này bám không tốt với thực tế kênh truyền thì nó sẽ làm công suất của một UE trở nên vượt bậc so với các UE khác, dẫn tới giảm dung lượng hệ thống. 3.4.2 Lỗi khi ước lượng SIR Do yêu cầu tốc độ cập nhật phải nhanh nên quá trình ước tính SIR cũng phải diễn ra trong thời gian tối ưu dẫn đến SIR đo được có thể không chính xác. Tuy nhiên lỗi khi ước tính SIR cũng không ảnh hưởng nhiều đến kết quả điều khiển công suất khi phải sử dụng bước cố định. Còn khi điều khiển công Đồ án tốt nghiệp SVTH: Bùi Quang Dũng GVHD Th.S: Võ Tr ường Sơn 53 suất bằng bước thích nghi thì yêu cầu SIR phải nghiêm ngặt do thuật toán này bám sát với từng sự thay đổi nhỏ trong kết quả so sánh SIR. 3.4.3 Trễ trên vòng hồi tiếp Trong môi trường fading nhanh, trễ hồi tiếp là một yếu tố ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng điều khiển công suất. Trễ t