Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS 2.doc

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS

Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 2.1 Giới thiệu chương Vì mạng WCDMA nhiều người sử dụng hoạt động tần số, nên nhiễu đồng kênh vấn đề nghiêm trọng, PC chịu trách nhiệm điều chỉnh công suất đường lên đường xuống để giảm thiểu mức nhiễu nhằm đảm bảo QoS yêu cầu Trong chương sâu vào phân tích số kỹ thuật điều khiển công suất hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS 2.2 Ý nghĩa điều khiển công suất Để minh hoạ việc điều khiển công suất cần thiết hệ thống WCDMA, xem xét đơn lẻ có hai th bao giả định Thuê bao gần trạm gốc th bao Nếu khơng có điều khiển cơng suất, hai thuê bao phát mức công suất cố định p, nhiên khác khoảng cách nên công suất thu từ thuê bao pr1 lớn thuê bao pr2 Giả sử độ lệch khoảng cách mà pr1 lớn gấp 10 lần pr2 thuê bao chịu bất lợi lớn Nếu tỷ số SNR yêu cầu (1/10) nhận chênh lệch SNR hai thuê bao Hình (2.1) minh hoạ điều Nếu bỏ qua tạp âm nhiệt SNR thuê bao 10 SNR thuê bao (1/10) Thuê bao có SNR cao nhiều có chất lượng tốt, SNR thuê bao vừa đủ so với yêu cầu Sự khơng cân xem tốn “xa-gần” kinh điển hệ thống đa truy cập trải phổ Hệ thống nói coi đạt tới dung lượng Lý thử đưa thêm thuê bao thứ phát mức công suất p vào chỗ SNR th bao thứ khơng thể đạt giá trị u cầu Hơn nữa, cố đưa thêm thuê bao thứ vào hệ thống thuê bao thứ 19 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động khơng khơng đạt SNR u cầu mà cịn làm cho SNR thuê bao bị giảm xuống mức SNR yêu cầu P Thuê bao có S/ N = 1/10 Thuê bao có S/ N=1 f Hình 2.1 Cơng suất thu từ th bao trạm gốc Việc điều khiển công suất đưa vào để giải vấn đề “xa–gần” để tăng tối đa dung lượng hệ thống Điều khiển công suất điều khiển công suất phát từ thuê bao cho công suất thu thuê bao trạm gốc Trong ô, công suất phát thuê bao điều khiển để công suất thu thuê bao trạm gốc với Pr nhiều th bao sử dụng hệ thống Ví dụ trên, SNR u cầu (1/10) tổng cộng có 11 th bao sử dụng (hình 2.1) Dung lượng tăng tối đa sử dụng điều khiển công suất Điều khiển công suất nhằm mục đích để chống lại hiệu ứng Fading Rayleigh tín hiệu truyền việc bù cho Fading nhanh kênh truyền Ngồi việc điều khiển cơng suất cịn có tác dụng giảm nhiễu đa đường Vì cơng suất phát máy di động thấp nên làm tăng tuổi thọ pin 2.3 Phân loại điều khiển công suất Có nhiều phương pháp điều khiển cơng suất hệ thống thông tin tế bào Khi xét đến hệ thống điều khiển công suất thực tế, cần xem xét mặt sau: - Tiêu chuẩn chất lượng: tiêu chuẩn chất lượng đánh giá thông qua tỉ số SIR (Signal to Interference) BER (Bit Error Rate) Nếu cường độ tín hiệu nhiễu khơng đổi SIR BER bao gồm thông tin tương đương chất lượng 20 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động - Những phép đo: thông thường phép đo đưa báo cáo bao gồm số chất lượng QI (Quality Indicator) phản ánh chất lượng số cường độ tín hiệu nhận RRSI (received signal strength indicator) phản ánh cường độ tín hiệu thu máy thu Những giá trị lượng tử hố thơ để sử dụng mẫu - Thời gian trễ : tín hiệu đo lường điều khiển cần thời gian dẫn đến làm xuất thời gian trễ mạng 2.3.1 Điều khiển công suất cho đường xuống đường lên Điều khiển công suất cho đường lên (từ MS đến BS) DS-CDMA yêu cầu hệ thống quan trọng hiệu ứng gần-xa Trong trường hợp này, cần có dải động để điều khiển khoảng chừng 80 dB Ở đường xuống, không yêu cầu điều khiển công suất hệ thống đơn tế bào, từ tín hiệu truyền thay đổi Tuy nhiên hệ thống đa tế bào, nhiễu giao thoa từ ô bên cạnh làm giảm độc lập từ vị trí ô cho làm giảm hiệu suất Như vậy, phải sử dụng điều khiển công suất trường hợp để làm giảm giao thoa ô 2.3.2 Điều khiển công suất phân tán tập trung Một điều khiển tập trung có tất thông tin kết nối thiết lập độ lợi kênh, điều khiển tất mức công suất mạng hay phần mạng Điều khiển công suất tập trung theo yêu cầu tín hiệu điều khiển phạm vi rộng mạng khơng thể ứng dụng thực tế Chúng sử dụng để đưa giới hạn hiệu suất thuật toán phân tán Bộ điều khiển phân tán điều khiển công suất trạm phát đơn thuật toán phụ thuộc vào nội bộ, SIR hay độ lợi kênh người sử dụng đặc biệt Những thuật toán thực tốt trường hợp lý tưởng, hệ thống thực tế có số hiệu ứng khơng thích hợp : - Tín hiệu đo điều khiển làm thời gian dẫn đến thời gian trễ hệ thống 21 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động - Công suất phát hợp lý máy phát bị hạn chế giới hạn vật lý lượng tử hóa Những hạn chế bên ngồi khác cơng suất phát cực đại kênh đặc biệt tác động đến công suất - Chất lượng đo đạc chủ quan cần phải tận dụng đo đạc khách quan hợp lý Hình 2.2 Phân loại kỹ thuật điều khiển công suất công suất 2.3.3 Phân loại điều khiển công suất theo phương pháp đo Theo phương pháp đo, kỹ thuật điều khiển công suất phân thành loại: - Trên sở cường độ - Trên sở SIR - Trên sở BER Trên sở cường độ, cường độ tín hiệu đến BS từ MS đánh giá để xác định cao hay thấp cường độ mong muốn Sau BS gởi lệnh để điều khiển cơng suất cao hay thấp thích hợp Trên sở SIR, phương pháp đo SIR mà tín hiệu bao gồm nhiễu kênh nhiễu người sử dụng Điều khiển công suất dựa vào cường độ dễ thực điều khiển công suất dựa vào SIR, phản ánh hiệu suất sử dụng hệ thống tốt như: QoS dung lượng Một vấn đề quan trọng gắn với điều khiển công suất dựa vào SIR có khả gây hồi tiếp dương làm nguy hiểm đến vững vàng hệ thống Hồi tiếp dương xuất trừơng hợp MS dẫn 22 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động BS tăng cơng suất điều lặp lại với MS khác Trong trường hợp có N-MS hệ thống, điều làm tê liệt N-MS Trong điều khiển công suất dựa vào BER, BER định nghĩa số lượng trung bình bit lỗi so với chuỗi bit chuẩn Nếu cơng suất tín hiệu nhiễu số BER hàm SIR, trường hợp QoS tương đương Tuy nhiên, thực tế SIR hàm thời gian SIR trung bình khơng tương ứng với BER trung bình Trong trường hợp này, BER sở đo đạt chất lượng tốt 2.3.4 Điều khiển công suất vịng kín, điều khiển cơng suất vịng hở Tồn ba phương pháp điều khiển cơng suất sau đây: • Điều khiển cơng suất vịng hở • Điều khiển cơng suất nhanh vịng kín gồm điều khiển cơng suất vịng điều khiển cơng suất vịng ngồi Điều khiển cơng suất vịng hở thực đánh giá gần cơng suất đường xuống tín hiệu kênh hoa tiêu dựa tổn hao truyền sóng tín hiệu Nhược điểm phương pháp điều kiện truyền sóng đường xuống khác với đường lên fading nhanh nên đánh giá thiếu xác Ở hệ thống CDMA trước đây, người ta sử dụng phương pháp kết hợp với điều khiển cơng suất vịng kín, cịn hệ thống WCDMA phương pháp điều khiển công suất sử dụng để thiết lập công suất gần truy cập mạng lần đầu Phương pháp điều khiển công suất nhanh vịng kín hình (2.3) Ở phương pháp BS (hoặc MS) thường i Vòng ngoà xun ước tính tỷ số tín hiệu can nhiễu thu Tín hiệu SIR gốc sánh với tỷ số SIR đích (SIR_đích) Nếu SIR_ướctính cao băng so Đo chất lượng thu Giải trải SIR_đích BS (MS) thiết Thubit điều khiển công suất để lệnh cho MS (BS) hạ thấp lập công suất dài phổ RAKE cơng suất, trái lại lệnh MS (BS) tăng cơng suất n hạ Chu kỳ đo-lệnh-phản ứng đượcVoøng trong1500 lần giây cdma2000 Tốc độ cao thực thay đổi tổn hao đường truyền chí nhanh So sáfading nhanh ChấtMS nh chuyển động tốc độ thấp Đo SIR định So sánh định 23 Ghép bit điều khiển cơng suất vào luồng phát Tạo bít điều khiển cơng suất SIR đích lượng đích Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động Hình 2.3 Nguyên lý điều khiển cơng suất vịng kín Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng kín gọi vịng sử dụng cho đường xuống khơng có tượng gần xa tất tín hiệu đến MS BS Tuy nhiên lý điều khiển công suất sau Khi MS tiến đến gần biên giới ơ, bắt đầu chịu ảnh hưởng ngày tăng nhiễu từ ô khác Điều khiển công suất trường hợp để tạo lượng dự trữ công suất cho MS trường hợp nói Ngồi điều khiển cơng suất đường xuống cho phép bảo vệ tín hiệu yếu fading Rayleigh gây ra, mã sửa lỗi làm việc không hiệu Điều khiển công suất vịng ngồi thực đánh giá dài hạn chất lượng đường truyền sở tỷ lệ lỗi khung FER BER để định SIRđích cho điều khiển cơng suất vịng Hình (2.4a) cho thấy hoạt động điều khiển công suất đường lên kênh fading tốc độ chuyển động thấp MS Các lệnh điều khiển công suất điều khiển công suất MS tỷ lệ nghịch với công suất thu (hay SIR) BS Nhờ đảm bảo dự trữ để chỉnh cơng suất theo nấc, nên cịn lượng fading nhỏ kênh trở thành kênh khơng fading (nhìn từ phía BS) 24 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động Hình 2.4a Điều khiển cơng suất vịng kín bù trừ fading nhanh Tuy nhiên việc loại bỏ phading phải trả giá tăng công suất phát Vì MS bị phading sâu, cơng suất phát sử dụng lớn nhiễu gây cho ô khác tăng Điều khiển cơng suất vịng ngồi thực điều chỉnh giá trị SIRđích BS (MS) cho phù hợp với yêu cầu đường truyền vô tuyến để đạt chất lượng đường truyền vô tuyến Chất lượng đường truyền vô tuyến thường đánh giá tỷ số bit lỗi BER hay tỷ số khung lỗi FER (Frame Error Rate) Lý cần đặt lại SIRđích sau : SIR yêu cầu (tỷ lệ với Eb/No) chẳng hạn FER=1% phụ thuộc vào tốc độ MS đặc điểm truyền nhiều đường Nếu ta đặt SIRđích cho trường hợp xấu (cho tốc độ cao nhất) lãng phí dung lượng cho kết nối tốc độ thấp Như vậy, tốt để SIRđích thả xung quanh giá trị tối thiểu đáp ứng yêu cầu chất lượng Hình (2.4b) cho thấy thay đổi SIRđích theo thời gian 25 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động SIR đích MS không chuyển động Thời gian Hình 2.4b Điều khiển cơng suất vịng ngồi Để thực điều khiển cơng suất vịng ngồi, khung số liệu người sử dụng gắn thị chất lượng khung CRC Việc kiểm tra thị chất lượng thông báo cho RNC việc giảm chất lượng RNC lệnh cho BS tăng SIRđích Lý đặt điều khiển vịng ngồi RNC chức thực sau thực kết hợp tín hiệu chuyển giao mềm 2.4 Điều khiển cơng suất vịng hở UMTS 2.4.1 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng hở đường lên Chức PC (Power Control) thực đầu cuối UTRAN Chức đòi hỏi số thông số điều khiển phát quảng bá ô cơng st mã tín hiệu thu RSPC (Received Signal Code Power) đo UE P-CPICH tích cực Dựa tính tốn vịng hở, UE thiết lập công suất khởi đầu tiền tố PRACH cho DPCCH đường lên trước khởi đầu PC vòng Trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên, công suất AP thiết lập UE sau : Preamble_Initial_Power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP + UL_interference +UL_required_CI 26 (2.1) Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động Trong cơng suất P_CPICH (CPICH_Tx_Power) C/I u cầu đường lên (UL_required_CI) (trong 3GPP định nghĩa giá trị không đổi thiết lập quy hoạch vô tuyến) nhiễu đường lên (UL_interference) (trong 3GPP tổng công suất băng rộng máy thu) đo Node B truyền quảng bá BCH UE tiến hành thủ tục lập mức công suất ban đầu cho CD-AP Khi tính tốn DPCCH đầu tiên, UE khởi đầu PC vịng cơng suất sau : DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP (2.2) Trong cơng suất mã tín hiệu thu P_CPICH (CPICH_RSCP) đo UE dịch cơng suất DPCCH (DPCCH_Power_offset) tính toán điều khiển cho phép AC RNC cung cấp cho UE kết nối RRC hay q trình vật mang vơ tuyến hay lập lại cấu hình kênh vật lý sau : DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_power + UL_interference + SIRDPCCH +10lg(SFDPDCH) (2.3) Trong SIRDPCCH SIR đích khởi đầu AC tạo đối kết nối cụ thể SFDPCCH hệ số trải phổ DPDCH tương ứng 2.4.2 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng hở đường xuống Trên đường xuống, PC vịng hở để thiết lập cơng suất khởi đầu kênh đường xuống sở báo cáo đo đạt từ UE Chức thực UE UTRAN Giải thuật để tính tốn giá trị cơng suất khởi đầu DPCCH dịch vụ mang thiết lập sau : PTxIntinial = Rb.( Eb / No) DL  CPICH _ Tx _ power    − α PtxTotal  ( Eb / No ) CPICH  W   (2.4) Trong Rb tốc độ bit người sử dụng, (Eb/No)DL giá trị quy hoạch đường xuống q trình quy hoạch mạng vơ tuyến vật mang cụ thể này, W tốc độ chip, (Eb/No)CPICH báo cáo từ UE, PtxTotal cơng suất sóng mang Node B báo cáo cho RNC Giải thuật tính tốn cơng suất đoạn nối vơ tuyến khởi đầu đơn giản hóa chuyển giao thiết lập hay đoạn nối vô tuyến thay đổi Khi bổ sung nhánh, cần định cỡ lại công suất mã 27 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động phát đoạn nối có hiệu số công suất P_CPICH ô thời với công suất P_CPICH ô thuộc nhánh bổ sung Đối với kênh mang thay đổi định cỡ thực tốc độ bit người sử dụng Eb/No đường xuống 2.5 Điều khiển công suất kênh chung đường xuống Công suất truyền dẫn kênh chung đường xuống xác định mạng Nói chung tỷ lệ cơng suất phát kênh chung đường xuống khác không đặc tả 3GPP chí thay đổi linh hoạt Các mức công suất kênh chung cho bảng (2.1) Bảng 2.1 Các mức công suất kênh chung đường xuống điển hình Kênh chung Mức cơng đường xuống suất điển P-CPICH P-SCH S-SCH P-CCPCH PICH AICH hình 30 – 33 dBm -3 dB -5 dB -8 dB -8 dB A-CCPCH -5dB Lưu ý – 10% công suất phát cực đại ô (20 W) So với công suất P-CPICH So với công suất P-CPICH So với công suất P-CPICH N=72 Công suất thị bắt (AI) so với P-CPICH So với công suất P-CPICH SF-256 (15 kbps) Công suất phát P-CPICH, P-SCH, S-SCH, P-CCPCH thông số đặc thù ô thiết lập trình quy hoạch mạng theo kích thước Thơng thường cơng suất P-CPICH đến 10% tổng cơng suất phát cấp phát cho ô Công suất phát kênh chung khác thiết lập tương đối so với công suất phát PCPICH Công suất phát AICH PICH thơng số cấu hình TrCH chung thiết lập tương đối so với công suất phát P-CPICH q trình quy hoạch mạng vơ tuyến để đảm bảo phủ tồn Các thơng số chuyển đến Node B TrCH chung tương ứng thiết lập hay lập lại cấu hình Cơng suất phát PICH phụ thuộc vào thông số PI khung (N) Số PI khung lớn 28 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động PI lặp nhiều khung công suất PICH tương đối so với P-PICH cần cao Giá trị điển hình khoảng dịch công suất -10 dB (N=18 hay 36), -8 dB (N=72) -5 dB (N=144) Theo tiêu chuẩn, thiết lập lặp lại cấu hình S-CCPCH (nghĩa FACH PCH), Node B cung cấp thông tin dịch công suất (PO1 cho TFCI), PO3 cho hoa tiêu (hình 2.6) Trên kênh FACH áp dụng PC chậm dựa tỷ số Eb/No giải thuật riêng để cải thiện dung lượng đường xuống Trong trường hợp giá trị thị dịch âm so với cơng suất cực đại lập cấu hình cho S-CCPCH mang FACH Nếu ta coi công suất tất TrCH ghép kênh vật lý, giá trị cơng suất điển hình cho S-CCPCH so với P-CPICH +1 SF = 64 (60 kbps), -1dB SF = 128 (30 kbps) -5 dB SF = 256 (15 kbps) Đối với CCPCH, giá trị điển hình dB cho 15 kbps, dB cho 30 kbps dB cho 60 kbps Trong q trình thơng tin, dịch cơng suất thay đổi tuỳ theo tốc độ bit sử dụng PO3 PO1 TFCI Hoa tiêu Số liệu TS = 2560 chip Hình 2.5 Cơng suất phát kênh S-CCPCH, PO3 PO1 ký hiệu cho dịch 2.6 Các thủ tục điều khiển cơng suất vịng Điều khiển cơng suất vịng (điều khiển công suất nhanh) dựa thông tin hồi tiếp lớp từ đầu đường truyền vô tuyến Thông tin cho phép UE/ Node B điều chỉnh cơng suất phát dựa mức SIR thu để bù trừ fading kênh vô tuyến Chức điều khiển cơng suất vịng hở UMTS sử dụng cho kênh riêng đường lên đường xuống CPCH 29 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động đường lên Trong WCDMA, PC nhanh thực tần số 1,5 kHz.Tổng quan thủ tục điều khiển công suất vịng cho hình (2.7) SRNC (a) (f) (b) (c) Iub (d) UL PC vòng +∆SIR= f(FLERor BLER) Uu UE DL PC vòng +∆SIR= f(FLERorBLER) +Quản lý SIR đích (e) Node B SIR ước tính so với SIR đích Lệnh UL PC \SIR ước tính so với SIR đích + Quản lý SIR đích MDC phân chia MDC :Macro Diversity Combiner : kết hợp phân tậ t p vó mô Lệnh DL TPC (a): RRC: DL BER đích, hệ số khuếch đại UL, 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 UE (c): Các lệnh UL/DL TCP (PC vịng trong) Hình 2.6 Các thủ tục điều khiển cơng suất vịng vịng ngồi 2.6.1 Điều khiển cơng suất vịng đường lên Điều khiển cơng suất vòng đường lên sử dụng để thiết lập công suất DPCH CPCH đường lên Node B nhận SIR đích từ UL PC vịng ngồi RNC so sánh với SIR ước tính ký hiệu hoa tiêu DPCCH đường lên khe Nếu SIR thu lớn SIR đích, Node B phát lệnh “hạ thấp” đến UE, ngược lại Node B phát lệnh“tăng thêm”đến UE 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 kích thước cho SIR đích nhỏ Với tốc độ điều khiển cơng suất 1500 Hz, kích thước bước PC 1dB 30 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động theo kịp kênh phading Raleigh với tần số lên đến 55 Hz (30 Km/h) Tại tốc độ cao (tới 80 Km/h) kích thước bước PC 2dB tốt Tại tốc độ cao 80 Km/h, điều khiển cơng suất vịng khơng theo kịp phading tạp âm vào đường dẫn đường lên Có thể giảm ảnh hưởng xấu cách sử dụng bước PC nhỏ dB Ngoài tốc độ UE thấp Km/h, tần suất phading kênh nhỏ, sử dụng bước PC nhỏ có lợi Hai giải thuật (giải thuật 2) đặc tả cho UE để diễn giải lệnh TPC từ Node B Giải thuật sử dụng tốc độ UE đủ thấp để bù trừ phading kênh Bước PC thiết lập q trình quy hoạch mạng vơ tuyến đến 2dB Giải thuật thiết kế để mô ảnh hưởng sử dụng bước nhỏ dB sử dụng để bù trừ xu phading chậm kênh truyền sóng Nó hoạt động tốt giải thuật UE chuyển động nhanh 80 Km/h chậm Km/h Trong giải thuật bước PC cố định dB UE không thay đổi công suất phát nhận lệnh TCP Tại cuối khe thứ 5, dựa định cứng, UE điều chỉnh công suất theo quy tắc sau : • Nếu tất lệnh TPC “giảm”, cơng suất giảm dB • Nếu tất lệnh TPC “tăng”, công suất phát tăng dB • Trái lại cơng suất phát khơng đổi Trước khởi đầu UL DPDCH, UE mạng hướng dẫn sử dụng tiền tố UL DPDCH, PC nhận DPDCH đường xuống Độ dài tiền tố DPDCH PC thông số thiết lập quy hoạch mạng vô tuyến dải từ đến khung Trong tiền tố UL DPDCH PC, lệnh TPC Node B phát tuân theo giải thuật để đảm bảo đạt công suất phát đường lên nhanh trước bắt đầu điều khiển công suất thông thường Trong UMTS, sơ đồ phân tập áp dụng cho kênh riêng Sau đạt đồng lớp 1, hay nhiều ô tham gia vào chuyển giao phân tập bắt đầu PC vịng đường lên Mỗi số ô nối đến UE đo SIR đường lên so sánh SIR ước tính với SIR đích để tạo lệnh TPC gởi đến UE Nếu tất u cầu tăng cơng suất UE tăng công suất 31 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động SRNC Iub Nhánh Iub Nhánh bổ sung MDC phân chia Uu Node B1 RAKE MDC (các ký hiệu số liệu hoa tiêu) SIR1 so với SIR đích -> lệnh UL TPC1 UL PC vịng ngồi +∆ SIR=f(BLER orBER) +Quản lý SIR đích TPC1 TPC2 UE Giải thuật 1hay2 kết hợp TCP1 TCP2 thành TPC Uu Node B2 RAKE MDC (các ký hiệu số liệu hoa tiêu ) SIR1 so với SIR đích-> cáclệnh UL TPC2 MDC : Hình 2.7.Macro Diversity = kết hợp phân tập vĩ mô UL PC vòng Combiner chuyển giao mềm Khi UE chuyển giao HO (Hand Over) mềm, Node B phục vụ thông báo cho UE để kết hợp lệnh TPC đến từ tập đoạn nối vô tuyến vào lệnh TPC theo giải thuật Các thủ tục kết hợp lệnh TPC từ đoạn nối vô tuyến HO mềm minh họa hình (2.8) Nếu lệnh TPC đến từ khác giải thuật sử dụng, UE rút lệnh TPC kết hợp sở định mềm thay đổi công suất phát theo bước PC quy định trước Nếu giải thuật sử dụng, UE thực định cứng theo giá trị lệnh TPC từ đoạn vô tuyến khác cho năm khe liên tiếp sau đồng chỉnh Sau UE rút lệnh TPC cho khe thứ năm theo nguyên tắc sau: • Nếu giá trị trung bình ước tính lệnh TPC tức thời lớn 0,5, tăng công suất dB • Nếu giá trị trung bình ước tính lệnh TPC tức thời nhỏ 0,5, giảm cơng suất dB • Trái lại khơng thay đổi cơng suất 32 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động Trong tính tốn đường lên, lệnh “tăng” thể giá trị “+1” lệnh “giảm” giá trị “-1” Trong trình kết hợp, sau áp dụng điều chỉnh công suất DPCH, tiêu chuẩn yêu cầu UE phải có khả giảm cơng suất phát đến -50 dBm Giả sử công suất phát cực đại UE 21 dBm (250 mW), ta dải động điều khiển công suất vào khoảng 70 dB 2.6.2 Điều khiển cơng suất vịng đường xuống UE nhận BLER đích RNC thiết lập cho DL PC vịng ngồi với thơng số điều khiển khác UE so sánh SIR ước tính với SIR đích Nếu ước tính lớn đích, UE phát lệnh TPC “giảm” đến Node B, ngược lại phát lệnh TPC “tăng” đến Node B Công suất phát đường xuống TS = 256 chip PO2 DL DPCH PO1 Số liệu DPDCH TPC TFC1 DPCCH PO3 Số liệu DPDCH Hoa tiêu Thời gian DPCCH Hình 2.8 Dịch cơng suất (PO) để cải thiện chất lượng báo hiệu đường xuống Nếu DPC_MODE = UE phát lệnh TPC cho khe, trái lại phát lệnh TPC cho ba khe Các lệnh TPC phát UL DPCCH để điều khiển công suất DL DPDCH DPDCH tương ứng với lượng cơng suất Dịch công suất ký hiệu TFCI (PO1), TPC (PO2) hoa tiêu (PO3) kênh DL DPCCH so với kênh DL DPDCH cho hình (2.8) Kích thước bước DL PC thơng số q trình quy hoạch mạng vơ tuyến bước 0,5; 1; 1,5 dB Bước bắt buộc tối thiểu 1dB 33 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động bước khác tuỳ chọn Nếu UE chuyển giao mềm SHO (Soft Hand Over), tất nối đến UE phải có bước PC để tránh trôi công suất Trong trường hợp nghẽn, RNC lệnh cho Node B khơng thực lệnh TPC “tăng” UE Công suất phát Node B cực đại dB 28 dB Dải động DLPC Công suất kênh mã cực đại Dải động công suất DL 18 dB Không kênh lưu lượng tích cực Công suất kênh thu mã tối thiểu Hình 2.9 Dải động điều khiển cơng suất đường xuống DL PC vịng trong trình HO mềm hoạt động giống trường hợp đoạn nối vơ tuyến Chỉ có DPCCH phát đường lên, báo hiệu phần số liệu nhận từ anten khác kết hợp cho ký hiệu SRNC Node B Trên đường xuống Node B điều khiển đồng thời công suất tập đoạn nối vô tuyến chia luồng nhận từ DCH-FP cho tất tham giabổ sung mềm vào HO Nhánh Nhánh Iub Iub MDC Trong SHO, DL PC vịng trongvà phân chia đề khác với trường hợp đoạn găäp hai vấn UL PC vòng nối vơ tuyến trơi cơng suất phát tin cậy lệnh TPC Hoạt động DL PC +∆ SIR=f (BLER or BER) Uu vòng trong SHO đượcQuản lýhoạ hình (2.10) + minh SIR ñích Uu Node B1 +DPC_MODE=0: định TPC khe +DPC_MODE=1: định TPC khe +Công suất = công suất +/- TPC dB DL TPC UE + RAKE MDC (MRC ký hiệu hoa tiêu số liệu) 34 + So sánh SIR ước tính với SIR đích hay TPC= hay + DPC_MODE = lệnh TPC lập Node B2 +DPC_MODE=0: định TPC khe +DPC_MODE=1: định TPC khe +Công suất = công suất+/- TPC dB Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thơng tin di động Hình 2.10 DL PC vịng DHO (SHO) Trơi cơng suất Khi UE SHO, phát lệnh điều khiển đường xuống đến tất ô tham gia vào SHO Các Node B giải lệnh độc lập với nhau, giải lệnh kết hợp RNC trễ lớn báo hiệu nhiều mạng Do lỗi báo hiệu nên Node B giải lệnh điều khiển công suất theo cách khác Nên Node B hạ thấp cơng suất phát Node B khác lại tăng công suất phát Điều dẫn đến công suất phát xuống bắt đầu trôi, tượng gọi trôi công suất Trôi công suất tượng không mong muốn, giảm hiệu chuyển giao mềm đường xuống Trơi cơng suất điều khiển RNC Phương pháp đơn giản thiết lập giới hạn chặt chẽ dải động điều khiển công suất Các giới hạn áp dụng cho công suất phát đặc thù 35 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động MS Tất nhiên dải động nhỏ trơi cơng suất cực đại Tuy nhiên điều làm giảm độ lợi nhận từ SHO Có cách khác để giảm trơi cơng suất sau RNC nhận thông tin từ Node B liên quan đến mức công suất phát kết nối chuyển giao mềm Các mức trung bình hố số lệnh điều khiển công suất, chẳng hạn 500 ms hay tương đương với 750 lệnh điều khiển công suất Trên sở kết đo RNC phát giá trị tham chuẩn cho cơng suất phát Pref đến Node B Các Node B SHO sử dụng giá trị tham khảo để điều khiển công suất chúng cho kết nối giảm trôi công suất Ý tưởng hiệu chỉnh nhỏ thực định kỳ cho công suất tham chuẩn Trôi công suất xảy có điều khiển cơng suất nhanh đường xuống Ở IS-95 có điều khiển cơng suất chậm đường xuống không cần phương pháp điều khiển trôi công suất 2.7 Điều khiển cơng suất vịng ngồi Mục đích giải thuật điều khiển cơng suất vịng ngồi trì chất lượng thông tin mức SIR định nghĩa yêu cầu chất lượng kênh mang dịch vụ cách tạo SIR đích phù hợp cho PC vòng Thao tác thực cho DCH thuộc kết nối RRC SIR đích cần điều chỉnh tốc độ UE hay điều kiện truyền sóng thay đổi Sự thay đổi cơng suất thu lớn, u cầu SIR đích cao Nếu chọn SIR đích cố định, chất lượng thơng tin q thấp q cao dẫn đến số trường hợp công suất không đảm bảo chất lượng đường truyền số trường hợp khác tăng lãng phí cơng suất Tần số PC vịng ngồi thay đổi từ 10 đến 100 Hz Khi SHO đường lên luồng số liệu DCH từ ô khác qua Iub Iur kết hợp lại SNRC thành luồng Trên đường xuống luồng số liệu DCH tách thành nhiều luồng cho Node B SHO Quá trình kết hợp tách RNC thực kết hợp phân tập vĩ mô MDC (Macro Diversity Combiner) MDC RNC dựa thông tin nhận khung FP kết CRC đặc thù khối truyền tải thông tin chất lượng ước tính SHO tin cậy dựa thơng tin CFN chứa luồng Iub/Iur Tại UE, kết hợp tỷ lệ cực đại MRC (Maximum 36 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thơng tin di động Ratio Combining) cho tín hiệu thu thực theo ký hiệu (số liệu hoa tiêu) Trên đường lên truyền DCCPH 2.7.1 Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường lên UL PC vịng ngồi thực SRNC để lập SIR đích Node B cho UL PC vịng SIR đích cập nhật cho UE dựa ước tính chất lượng đường lên (BLER BER) cho kết nối RRC Giải thuật điều khiển sử dụng CRC luồng số liệu làm số đo chất lượng Nếu CRC đạt u cầu, SIR đích giảm lượng định, trái lại tăng lên Giá trị thông thường bước điều chỉnh SIR từ 0,1 đến dB Kiến trúc chức UL PC vịng ngồi áp dụng cho trường hợp dịch vụ nhiều kênh mang cho hình (2.12) Thông tin chất lượng (BLER/ BER) LCC C Bộ điều khiển UL (1) PC vòng Tính toán SIR đích Các thông số PC thiết lập RAB lặp lại cấu hình đoạn nối vô tuyến (2) PC vòng UL PC vòng Thực thể #1 Tính toán thay đổi SIR đích Phát SIR đích đến Node B MDC Iub Node B SIR đích AC SIR đích khởi đầu : Lệnh thay đổi SIR đích : SIR đích LC: Load Control = điều khiển tải AC: Amission Control = điều khiển cho phép Hình 2.11 Kiến trúc logic chức UL PC vịng ngồi Chỉ có điều khiển PC vịng ngồi cho kết nối RRC thực thể UL PC vịng ngồi cho DCH kết nối Các thực thể UL PC vòng 37 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động ngồi tính tốn thay đổi cần thiết cho SIR đích dựa ước tính chất lượng Trong kết nối RRC, thực thể UL đường lên (đường báo hiệu DCCH) chọn để phát SIR đích đến Node B SIR đích nhận tính tốn điều khiển UL PC vịng ngồi dựa thay đổi SIR đích nhận từ thực thể PC thông số cấu hình khác (như : SIR đích khởi đầu/ cực đại/ cực tiểu) AC cung cấp thời điểm thiết lập RAB lập lại cấu hình đoạn nối vơ tuyến DCH-FP sử dụng cho thông tin tương tác RNC Node B Mỗi thực thể UL PC đường lên nhận thông tin chất lượng đường lên từ MDC, số liệu đến từ nhánh SHO khác kết hợp (thủ tục chọn kết hợp) Phụ thuộc vào kiểu kênh mang vô tuyến, thực thể PC nhận ước tính BLER tính MDC theo bit CRC khung chọn và/hoặc ước tính BER tính Node B Nếu CRC khơng ổn, MDC chọn ước tính tốt số ước tính BER Tại TTI, hay nhiều thực thể PC đóng góp vào tính tốn SIR đích mới, chẳng hạn hiệu số ước tính BLER/BER BLER/BER đích nhân với bước lớn 0,1 dB 2.7.2 Điều khiển công suất vịng ngồi đường xuống DL PC vịng ngồi thực UE, giá trị SIR đích cho DL PC vòng điều chỉnh UE cách sử dụng thuật toán riêng đảm bảo chất lượng đo (BLER) giống chất lượng đích RNC thiết lập Nếu CPCH sử dụng, đích chất lượng RNC thơng báo DCCH BER, trái lại BLER đích cung cấp cho UE Ngoài sử dụng BLER kênh truyền tải làm BLER đích thơng tin, DL PC vịng ngồi đảm bảo u cầu chất lượng trì cho TrCH với BLER đích gán Mặt khác, BER DL DCCH phát dạng chất lượng đích, vịng điều khiển UE đảm bảo chất lượng cho CPCH với DL DPCCH BER đích gán Giá trị chất lượng DL PC đích UE điều khiển AC RNC AC định giá trị BLER đích cho DCH đặt CCTrCH BER đích đường xuống cho kênh truyền tải sau UE nhận tin RRC 38 Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động 2.8 Kết luận chương Điều khiển công suất hệ thống thông tin di động UMTS khâu quan trọng hệ thống Nó hạn chế ảnh hưởng hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, dung lượng hệ thống khả chống lại fading vốn đặc trưng môi trường di động Chương trình bày ý nghĩa việc điều khiển cơng suất phân loại điều khiển công suất đồng thời phân tích số kỹ thuật điều khiển cơng suất hệ thống thông tin di động hệ ba cụ thể hệ thống UMTS Trong chương nghiên cứu hai mơ hình điều khiển cơng suất thơng minh giảm ảnh hưởng can nhiễu đồng thời nâng cao chất lượng dịch vụ hệ thống thông tin di động hệ 39 ... Các kỷ thuất điều khiển công suất hệ thống thông tin di động BS tăng cơng suất điều lặp lại với MS khác Trong trường hợp có N-MS hệ thống, điều làm tê liệt N-MS Trong điều khiển công suất dựa vào... cơng suất phát máy di động thấp nên làm tăng tuổi thọ pin 2 .3 Phân loại điều khiển cơng suất Có nhiều phương pháp điều khiển công suất hệ thống thông tin tế bào Khi xét đến hệ thống điều khiển công. .. SIRđích cho điều khiển cơng suất vịng Hình (2.4a) cho thấy hoạt động điều khiển công suất đường lên kênh fading tốc độ chuyển động thấp MS Các lệnh điều khiển công suất điều khiển công suất MS tỷ