3.2.1 - Thăm dũ truy nhập
Một vấn đề cần phải giải quyết ngay trong việc điều khiển cụng suất đú là cụng suất phỏt ban đầu của mỏy di động. Trước khi mỏy di động thiết lập liờn hệ với trạm gốc, mỏy di động khụng thể được điều khiển cụng suất bởi trạm gốc. Như vậy, cõu hỏi đặt ra là khi mỏy di động mới bắt đầu thử truy nhập vào trạm gốc thỡ mức cụng suất nào mỏy di động nờn sử dụng để phỏt yờu cầu của nú ? Ở thời điểm này, trạm gốc vẫn chưa tạo ra sự liờn lạc với thuờ bao di động và trạm gốc khụng biết vị trớ của thuờ bao di động. Cú hai lựa chọn: Lựa chọn thứ nhất là mỏy di động cú thể thử truy nhập tới trạm gốc với một cụng suất cao. Cụng suất cao như vậy sẽ làm tăng khả năng trạm gốc thu được yờu cầu truy nhập của mỏy di động. Tuy nhiờn, nhược điểm của việc phỏt cụng suất khởi đầu cao đú là cụng suất này sẽ gõy nhiễu tới cỏc thuờ bao khỏc hiện đang được quản lý trong ụ. Lựa chọn thứ hai là mỏy di động cú thể yờu cầu truy nhập trạm gốc với một cụng suất phỏt thấp. Cụng suất thấp như vậy sẽ làm giảm khả năng trạm gốc thu được yờu cầu truy nhập của mỏy di động. Nhưng ưu điểm là mỏy di động này sẽ khụng gõy nhiễu nhiều tới cỏc thuờ bao khỏc.
Giải phỏp được qui định trong tiờu chuẩn IS-95 là khi mỏy di động mới bắt đầu thử truy nhập hệ thống nú phỏt một chuỗi cỏc thăm dũ truy nhập. Cỏc thăm dũ truy nhập là một chuỗi mức cụng suất phỏt tăng dần. Mỏy di động phỏt thăm dũ truy nhập đầu tiờn của nú ở một mức cụng suất tương đối thấp, sau đú nú đợi một đỏp ứng phản hồi từ trạm gốc. Nếu sau một khoảng thời gian tuỳ ý mỏy di động khụng thu được một bản tin xỏc nhận từ trạm gốc thỡ mỏy di động phỏt thăm dũ truy nhập thứ hai với một cụng suất hơi cao hơn. Quỏ trỡnh này sẽ lặp lại cho đến khi mỏy di động thu được bản tin xỏc nhận phản hồi từ trạm gốc. Sự chờnh lệch cụng suất giữa thăm dũ truy nhập hiện tại và thăm dũ truy nhập trước đú được gọi là hiệu chỉnh thăm dũ truy nhập (xem hỡnh 3.5). Độ lớn của mỗi bậc đối với một hiệu chỉnh thăm dũ truy nhập đơn lẻ được chỉ định bởi thụng số hệ thống PWR STEP (bậc cụng suất).
Hỡnh 3.5 -Một chuỗi thăm dũ truy nhập bởi mỏy di động để truy nhập hệ thống
Hơn nữa, tiờu chuẩn cũn qui định mỏy di động cần phải sử dụng mức cụng suất nú thu từ trạm gốc để ước tớnh cụng suất ban đầu của nú. Núi cỏch khỏc, nếu mỏy di động nhận được một tớn hiệu mạnh từ trạm gốc thỡ nú cho rằng trạm gốc ở gần và như vậy nú sẽ phỏt khởi đầu với một mức cụng suất tương đối thấp. Nếu mỏy di động nhận được một tớn hiệu yếu từ trạm gốc thỡ nú cho rằng trạm gốc ở xa và như vậy nú sẽ phỏt khởi đầu với một mức cụng suất tương đối cao. Khi biết cụng suất thu từ trạm gốc, mỏy di động cú thể ước tớnh suy hao đường truyền đi giữa trạm gốc và bản thõn nú. Nếu biết cụng suất bức xạ hiệu dụng (ERP)
phỏt của trạm gốc thỡ mỏy di động sẽ biết được nú cần phỏt mức cụng suất là bao nhiờu để bự cho suy hao đường truyền. Trong thực tế, mỏy di động khụng biết ERP thực tế của trạm gốc và cũng khụng biết cụng suất thu được do nhiễu từ cỏc trạm gốc lõn cận và cỏc trạm gốc khỏc là bao nhiờu. Do đú, một hằng số mặc định được chỉ định bằng cỏch lấy trung bỡnh, sử dụng cỏc giả thiết chung về tải và cỏc ERP
Cụng suất phỏt của mỏy di động Cụng suất phỏt khởi đầu Thời gian Khoảng thời gian
ngẫu nhiờn
Khoảng thời gian ngẫu nhiờn Hiệu chỉnh thăm dũ truy nhập lần 1 Hiệu chỉnh thăm dũ truy nhập lần 2
trạm gốc điển hỡnh. Đặc biệt, cụng suất phỏt khởi đầu của mỏy di động pt, khởi đầu tớnh bằng dB, sẽ là:
pt, khởi đầu = -pr - 73 + NOM_PWR + INIT_PWR (3.2) Như chỳng ta cú thể thấy, hằng số mặc định là -73 cho hệ thống tế bào. Giỏ trị -76 được sử dụng cho cỏc hệ thống PCS. Hai giỏ trị điều chỉnh bổ sung, NOM PWR và INIT PWR, cú thể được thiết lập bởi những người khai thỏc hệ thống để cú được sự tinh chỉnh hơn nữa. Cỏc giỏ trị của hai thụng số điều chỉnh, NOM PWR và INIT PWR, cũng như thụng số PWR_STEP được phỏt quảng bỏ bởi trạm gốc
(trong bản tin cỏc thụng số truy nhập) và được mỏy di động thu nhận trước khi phỏt
thăm dũ truy nhập. Dựa trờn việc thu hai thụng số điều chỉnh, mỏy di động sử dụng chỳng trong phương trỡnh (3.2) để xỏc định cụng suất phỏt khởi đầu của nú.
3.2.2 - Vũng điều khiển mở
Quỏ trỡnh điều khiển cụng suất vũng hở chỉ sử dụng cho truyền về khi tiến hành thiết lập cuộc gọi ban đầu. Từ khi trạm di động bật nguồn, nú liờn lạc với hệ thống bằng cỏch thu và sử dụng kờnh hoa tiờu, kờnh đồng bộ và kờnh tỡm gọi. Kờnh tỡm gọi cung cấp bản tin thụng số truy nhập trong đú định nghĩa cỏc thụng số mà trạm di động cần sử dụng khi phỏt trờn kờnh truy cập đến trạm gốc. Bản tin thụng số truy nhập bao gồm:
- Số kờnh truy nhập
- Độ dịch cụng suất danh định (NOM-PWR) - Độ dịch cụng suất ban đầu ( INT-PWR) - Kớch cỡ nấc tăng cụng suất
- Số thăm dũ cụng suất trờn một chuỗi thăm dũ truy nhập - Cửa sổ thời gian thăm dũ giữa hai thăm dũ truy nhập - Thời gian được ngẫu nhiờn húa giữa hai thăm dũ truy nhập - Thời gian được ngẫu nhiờn húa giữa hai chuỗi thăm dũ
Quỏ trỡnh đó mụ tả ở trờn được gọi là quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng mở, đú chỉ là một quỏ trỡnh hoạt động điều khiển mỏy di động và khụng liờn quan gỡ đến trạm gốc. Quỏ trỡnh điều khiển theo vũng mở này diễn ra
liờn tục sau khi trạm gốc xỏc nhận yờu cầu truy nhập của mỏy di động và sau khi mỏy di động bắt đầu phỏt trờn một kờnh lưu lượng.
Sau khi một cuộc gọi được thiết lập và khi mỏy di động di chuyển trong phạm vi ụ, suy hao đường truyền giữa mỏy di động và trạm gốc sẽ liờn tục thay đổi. Kết quả là cụng suất thu tại mỏy di động sẽ thay đổi và hoạt động điều khiển cụng suất theo vũng mở sẽ liờn tục giỏm sỏt cụng suất thu của mỏy di động pr và điều chỉnh cụng suất phỏt của mỏy di động theo phương trỡnh sau:
pt = -pr - 73 + NOM_PWR + INIT_PWR
+ (tổng của tất cả cỏc giỏ trị hiệu chỉnh thăm dũ truy nhập) (3.3) Trong đú pt là giỏ trị ước tớnh liờn tục của cụng suất phỏt ở mỏy di động. Sự khỏc nhau giữa (3.3) và (3.2) là ( 3.3) bao gồm một số hạng bổ sung thể hiện tổng của tất cả cỏc giỏ trị hiệu chỉnh thăm dũ truy nhập được tạo ra trong quỏ trỡnh phỏt thăm dũ truy nhập.
Một chỳ ý quan trọng là quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng mở đó chỉ ra trong phương trỡnh (3.3) được dựa trờn một sự ước tớnh suy hao đường truyền đi. Quỏ trỡnh điều khiển cụng suất này được sử dụng để bự cho những thay đổi chậm và cỏc ảnh hưởng của hiệu ứng che chắn (log-normal) trong đú cú một sự tương quan giữa cỏc suy hao trờn đường truyền hướng đi và đường truyền hướng về. Tuy nhiờn, do cỏc đường truyền hướng đi và hướng về là trờn cỏc tần số khỏc nhau, quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng mở là khụng đủ và quỏ chậm để bự cho hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh. Lưu ý rằng hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh là phụ thuộc vào tần số và xảy ra trờn mỗi khoảng nửa bước súng. Núi cỏch khỏc, do hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh là phụ thuộc vào tần số, chỳng ta khụng thể sử dụng quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng mở (trong đú giả thiết suy hao trờn đường
truyền hướng đi bằng với suy hao đường truyền hướng về) để bự cho hiện tượng pha
đinh Rayleigh nhanh.
Nhược điểm của phương phỏp này là do điều kiện truyền súng của đường xuống khỏc với đường lờn nhất là do pha đing nhanh nờn sự đỏnh giỏ sẽ thiếu chớnh xỏc. Trong hệ thống CDMA sử dụng phương phỏp này kết hợp với điều khiển cụng suất vũng kớn.
Với điều khiển cụng suất vũng hở, mỏy di động sau khi nhận được tớn hiệu từ kờnh hoa tiờu chung thỡ nú sẽ đo mức tớn hiệu này và quyết định mức cụng suất đường lờn. Trong khi đú, điều khiển cụng suất vũng kớn trạm cơ sở sẽ đo tỷ số S/I được truyền lờn từ MS và quyết định ra lệnh tăng hay giảm cụng suất phỏt của MS, lệnh điều khiển cụng suất này được truyền tới MS. MS sẽ phõn tớch lệnh điều khiển cụng suất và từ đú sẽ quyết định cụng suất phỏt của mỡnh.
3.2.3 - Vũng điều khiển khộp kớn
Quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng khộp kớn được sử dụng để bự cho những dao động về cụng suất do hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh. Nú là một vũng điều khiển khộp kớn trong đú liờn quan đến cả trạm gốc và mỏy di động. Mỗi khi mỏy di động chiếm một kờnh lưu lượng và bắt đầu thụng tin với trạm gốc, quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng khộp kớn sẽ hoạt động cựng với quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng mở. Trong quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng khộp, trạm gốc liờn tục giỏm sỏt đường truyền về và đo chất lượng đường truyền. Nếu chất lượng đường truyền nhận được xấu thỡ trạm gốc sẽ ra lệnh cho mỏy di động, qua đường truyền đi, để tăng cụng suất. Nếu chất lượng đường truyền là quỏ tốt thỡ cú nghĩa là cụng suất trờn đường truyền về vượt mức, trong trường hợp này, trạm gốc sẽ ra lệnh cho mỏy di động giảm cụng suất. Về mặt nguyờn lý, tỷ lệ lỗi khung (FER) cú thể dựng để chỉ thị về chất lượng đường truyền. Nhưng vỡ cần một thời gian dài cho trạm gốc tớch lũy đủ cỏc bớt để tớnh toỏn FER nờn Eb/No được sử dụng làm thụng tin để chỉ thị chất lượng đường truyền về.
Quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng khộp kớn trờn đường truyền về như sau:
1. Trạm gốc liờn tục giỏm sỏt Eb/No trờn đường truyền về
2. Nếu Eb/No là quỏ cao (tức là nếu nú vượt quỏ một ngưỡng nhất định) thỡ trạm gốc ra lệnh cho mỏy di động giảm cụng suất phỏt.
3. Nếu Eb/No là quỏ thấp (tức là nếu nú rớt xuống dưới một ngưỡng nhất
định) thỡ trạm gốc sẽ ra lệnh cho mỏy di động tăng cụng suất phỏt.
Trạm gốc gửi cỏc lệnh điều khiển cụng suất tới mỏy di động sử dụng đường truyền đi. Cỏc lệnh điều khiển cụng suất được đặt trong dạng cỏc bớt
điều khiển cụng suất (PCBs).Lượng cụng suất của mỏy di động tăng và giảm trờn mỗi PCB thường là +1dB và -1dB.
Vỡ quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng khộp kớn là để chống lại pha đinh Rayleigh nhanh nờn đỏp ứng của mỏy di động với cỏc lệnh điều khiển cụng suất này cần phải rất nhanh. Vỡ lý do này, cỏc PCB được gửi trực tiếp trờn kờnh lưu lượng. Thực tế là cỏc bớt được Rỳt trộm(Robbed) ra khỏi kờnh lưu lượng để gửi cỏc PCB này. Hỡnh 3.6 trỡnh bày một sơ đồ khối đơn giản về một phần trong quỏ trỡnh tạo ra kờnh lưu lượng hướng đi.
Tốc độ của luồng số đầu ra từ cỏc vocoder và đầu vào bộ mó xoắn là 9,6 kb/s (tại tốc độ tổng của bộ tốc độ 1). Mỗi bộ mó hoỏ xoắn tốc độ 1/2 sẽ nhõn đụi tốc độ băng gốc lờn thành 19,2 Kb/s. Trước khi trải phổ, cỏc PCB ở tốc độ 800 bit/s được ghộp vào luồng số liệu băng gốc cú tốc độ 19,2Kb/s. Cỏc PCBs được tớch hợp vào kờnh lưu lượng bằng cỏch rỳt trộm cỏc bớt đó chọn từ luồng số băng gốc. Bằng cỏch này, một "kờnh" riờng cú tốc độ 800 bit/s (cho
mục đớch điều khiển cụng suất) tồn tại dưới kờnh lưu lượng. Vỡ vậy, luồng bớt
PCB ở tốc độ 800 bit/s được gọi là kờnh phụ điều khiển cụng suất (PCS). Cỏc PCB này được phỏt liờn tục tới mỏy di động bởi trạm gốc. Lưu ý rằng do tốc độ truyền dẫn PCB là 800 bit/s, nờn một PCB cứ (1/800) giõyhay cứ 1,25 ms được gửi đi một lần.
Hỡnh 3.6 -Trong kờnh lưu lượng hướng đi, cỏc PCB ở tốc độ 800 bit/s được ghộp trực tiếp vào luồng thụng tin băng gốc cú tốc độ 19,2 kb/s
Cỏc khung của kờnh lưu lượng trờn cả đường truyền đi và đường truyền về đều cú thời hạn 20 ms. Do một PCB cứ 1,25 ms được gửi đi một lần, nờn mỗi khung kờnh lưu lượng cú thể được chia thành (20 ms/1,25 ms) hoặc 16
Mó xoắn 19,2 kb/s Trải phổ 19,2 kb/s 9,6 kb/s 1,2288 Mc/s
đoạn. Cỏc đoạn này được gọi là cỏc nhúm điều khiển cụng suất (PCGs). Do mỗi nhúm điều khiển cụng suất cú thời hạn là 1,25 ms và băng gốc cú tốc độ 19,2 Kb/s, vỡ thế mỗi nhúm điều khiển cụng suất chứa:(19.2 x 103)(1.25 x 10-3) = 24 bớt. Hỡnh 3.7 minh họa cấu trỳc khung kờnh lưu lượng.
Quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng khộp kớn như minh họa trong vớ dụ được trỡnh bày trong hỡnh 3.8. Vớ dụ, đối với PCG7, trạm gốc đo SNR hoặc Eb/No. Trạm gốc so sỏnh Eb/No đo được với giỏ trị ngưỡng. Nếu Eb/No đo được lớn hơn giỏ trị ngưỡng thỡ trạm gốc chốn một PCB cú giỏ trị 1 vào khoảng PCG9 trờn kờnh lưu lượng hướng đi. Nếu Eb /No đo được thấp hơn giỏ trị ngưỡng thỡ trạm gốc chốn một PCB cú giỏ trị 0 vào khoảng PCG9 trờn kờnh lưu lượng hướng đi. Quỏ trỡnh này được lặp lại đối với mỗi nhúm điều khiển cụng suất trong khung.
Do mỗi PCG chứa 24 bớt (xem hỡnh 3.7), PCB cú thể được chốn vào bất cứ vị trớ nào trong 16 vị trớ đầu tiờn. Vị trớ chớnh xỏc của PCB trong PCG được xỏc định theo mốt giả ngẫu nhiờn. Vị trớ bớt PCB được xỏc định bằng giỏ trị thập phõn của bốn bớt cú trọng số lớn nhất ở đầu ra bộ chia (decimater). Đầu ra của bộ chia là mó PN dài. Nú rất quan trọng để nhận ra vị trớ chớnh xỏc của PCB trong PCG là khụng cố định mà là giả ngẫu nhiờn.
Cú ba điểm bổ sung cho quỏ trỡnh điều khiển cụng suất theo vũng khộp kớn.
Cỏc bớt điều khiển cụng suất khụng được bảo vệ chống lỗi. Như chỳng ta cú thể thấy
từ hỡnh 3.7, cỏc PCB được ghộp vào kờnh lưu lượng hướng đi sau bộ mó hoỏ xoắn. Do đú, cỏc PCB khụng được bảo vệ chống lỗi. Điều này được thực hiện để giảm trễ cố hữu khi giải mó và tỏch ra cỏc bớt bảo vệ chống lỗi.
Cần nhớ là điều khiển cụng suất theo vũng khộp kớn được sử dụng để chống lại hiện tượng pha đinh Rayleigh nhanh; cỏc PCB khụng được bảo vệ chống lỗi để mỏy di động cú thể nhanh chúng thu lại PCB và điều chỉnh cụng suất phỏt của nú cho phự hợp. Kết quả là xỏc suất lỗi bớt đối với kờnh phụ điều khiển cụng suất cú thể cao hơn so với kờnh lưu lượng nếu khụng cú sự dự phũng đặc biệt.
Hỡnh 3.7 - Quan hệ giữa một khung của kờnh lưu lượng và một PCG
Điều khiển cụng suất theo vũng khộp kớn cú một vũng trong và một
vũng ngoài. Đến đõy chỳng ta mới chỉ mụ tả vũng trong của quỏ trỡnh điều khiển
cụng suất theo vũng kớn. Tiền đề của quỏ trỡnh điều khiển vũng trong là cú tồn tại một ngưỡng SNR được xỏc định trước bởi cỏc quyết định tăng giảm cụng suất được tạo ra. Do chỳng ta luụn cố duy trỡ một FER cú thể chấp nhận được và do trong một mụi trường di động khụng cú sự tương quan một-một giữa FER và Eb/No, nờn giỏ