Điều khiển công suất nhanh và nghiêm ngặt là nét quan trọng trong hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ W-CDMA, nhất là ở đường lên. Thiếu điều khiển công suất một MS phát công suất lớn sẽ chặn toàn bộ ô, gây ra hiêu ứng gần xa.
Cơ chế điều khiển công suất trong W-CDMA là cơ chế điều khiển phân bố. Việc điều khiển công suất được phân bố bên trong mạng truy nhập.
Điều khiển công suất tuyến lên có vai trò:
- Cân bằng mức công suất mà BS nhận từ mỗi MS. Nhờ đó khắc phục được hiệu ứng gần xa và hiệu ứng che khuất do đó tăng dung lượng của hệ thống.
- Tối thiểu hoá mức công suất phát đi ở mỗi MS sao cho vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tin cậy. Nhờ đó làm giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung lượng, tránh nguy hại cho sức khoẻ, kéo dài tuổi thọ nguồn công suất của MS.
Điều khiển công suất đường lên là thực hiện tinh chỉnh công suất truyền dẫn của máy di động.
Điều khiển công suất tuyến xuống có vai trò:
- Tạo khả năng dàn trải lưu lượng giữa các ô có lượng tải không bằng nhau trong vùng phục vụ (chẳng hạn dọc theo các đường cao tốc) bằng việc điều khiển nhiễu xuyên âm ô đối với các hệ thống có tải nặng.
- Tối thiểu hoá mức công suất cần thiết phát mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt. Nhờ đó giảm nhiễu ô lân cận, làm tăng dung lượng, chất lượng hệ thống và tránh tác hại tới sức khỏe.
Có hai phương thức điều khiển công suất: điều khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng hở.
Với tuyến lên cả hai phương thức này đều được sử dụng còn với tuyến xuống do không có tín hiệu dẫn đường phát đi MS đến BS nên trong tuyến xuống chỉ có điều khiển công suất vòng kín.
a) Điều khiển công suất vòng hở:
UE chỉnh mức công suất phát dựa trên mức tín hiệu thu được từ node B CPICH, khi UE ở trạng thái nghỉ và trước khi truyền kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên (PRACH). Ngoài ra, khi ở chế độ chờ, UE còn nhận thông tin điều khiển công suất từ kênh BCCH trong cell. UE tự đánh giá tổn hao đường truyền và so sánh tổn hao đó với công suất thu được từ kênh BCCH để xác định mức công suất phát phù hợp cho việc khởi tạo kết nối.
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 và sau khi máy di động bắt đầu phát trên một kênh lưu lượng.
Sau khi một cuộc gọi được thiết lập và khi máy di động di chuyển trong phạm vi ô, suy hao đường truyền giữa máy di động và trạm gốc sẽ liên tục thay đổi. Kết quả là công suất thu tại máy di động sẽ thay đổi và hoạt động điều chỉnh công suất theo vòng mở sẽ liên tục giám sát công suất thu của máy di động và sẽ tiếp tục điều chỉnh công suất phát của máy di động.
Quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở như đã mô tả ở trên dựa trên sự ước tính suy hao đường truyền đi. Quá trình điều khiển công suất này được sử dụng để bù cho những thay đổi chậm và các ảnh hưởng của hiệu ứng che chắn (log-normal), trong đó có một sự tương quan giữa các suy hao trên đường truyền đi và đường truyền về. Tuy nhiên, do các đường truyền đi và về thường sử dụng các tần số khác nhau (FDD), quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở là không đủ và quá chậm để bù cho hiện tượng phađinh Rayleigh nhanh. Hiện tượng phađinh nhanh phụ thuộc vào tần số và xảy ra trên mỗi khoảng nửa bước sóng. nói cách khác, do hiện tượng phađinh
Rayleigh nhanh là phụ thuộc vào tần số, chúng ta không thể sử dụng quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở để bù cho hiện tượng phađinh nhanh.
b) Điều khiển công suất vòng kín:
Được sử dụng để điều khiển công suất phát khi đã kết nối. Mục đích chính là để bù những ảnh hưởng của sự biến đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến (những dao động về công suất do hiện tượng phađinh Rayleigh nhanh). Do đó, chu kỳ điều khiển phải đủ nhanh để phản ứng lại sự thay đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến.
Điều khiển công suất vòng kín là một vòng điều khiển khép kín trong đó liên quan đến cả trạm gốc và máy di động. Mỗi khi máy di động chiếm một kênh lưu lượng và bắt đầu thông tin với trạm gốc, quá trình điều chỉnh công suất theo vòng khép kín sẽ hoạt động cùng với quá trình điều chỉnh công suất theo vòng mở. Trong quá trình điều chỉnh công suất theo vòng kín, trạm gốc liên tục giám sát đường truyền về và đo chất lượng đường truyền. Nếu chất lượng đường truyền nhận được xấu thì trạm gốc sẽ ra lệnh cho máy di động, qua đường truyền đi, để tăng công suất. Nếu chất lượng đường truyền là quá tốt thì có nghĩa là công suất trên đường truyền về vượt mức, trong trường hợp này, trạm gốc sẽ ra lệnh cho máy di động giảm công suất. Về mặt nguyên lý, tỷ lệ lỗi khung (FER) có thể dùng để chỉ thị về chất lượng đường truyền. Nhưng vì cần một thời gian dài cho trạm gốc tích lũy đủ các bit để tính toán FER nên Eb/N0 (hoặc SIR) được sử dụng làm thông tin để chỉ thị chất lượng đường truyền về.
Ở hệ thống W-CDMA, điều khiển công suất vòng kín bao gồm: điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài.
- Điều khiển công suất vòng trong: là cơ chế điều khiển công suất nhanh nhất trong hệ thống W-CDMA. Cơ chế điều khiển công suất này còn được gọi là điều khiển công suất nhanh.
- Điều khiển công suất vòng ngoài: mục đích là giữ cho mức ngưỡng SIR cho quá trình điều khiển công suất vòng trong đường lên tương ứng với một mức chất lượng dịch vụ phù hợp. Trong quá trình điều khiển công suất này, RNC thực hiện vai trò kiểm soát chất lượng của kết nối vô tuyến. Do vậy, RNC có khản năng xác định mức công suất cho phép của cell và mức ngưỡng SIR tại BS. Để duy trì chất lượng dịch vụ của kết nối vô tuyến, RNC sử dụng cơ chế điều khiển công suất này để thay đổi mức ngưỡng SIR tại BS và do đó sẽ đảm bảo những thay đổi về chất lượng dịch vụ nằm trong tầm kiểm soát. Khi đó, mạng có khản năng bù những thay đổi trong điều kiện truyền dẫn vô tuyến và đạt được chất lượng dịch vụ yêu cầu.
1. Cơ chế điều khiển công suất cho tuyến lên như sau:
Hình 4.17 Điều khiển công suất vòng hở cho tuyến lên
Đầu tiên, khi MS thâm nhập vào hệ thống thì điều khiển công suất vòng kín chưa được khởi tạo. Lúc này, MS điều khiển công suất theo cơ chế vòng hở, nghĩa là MS đo cường độ tín hiệu trên kênh truyền dẫn thu được từ BS, sau đó ước tính công suất phát đi trên kênh truy nhập. Mức công suất phát đi này tỉ lệ nghịch với cường độ tín hiệu dẫn đường thu được. Cụ thể công suất phát trung bình của MS là:
P[dBm] = - Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 Trong đó:
Pmean: công suất trung bình thu được đầu vào máy thu của MS. NOM_PWR: hệ số sửa đổi chuẩn hoá công suất của BS.
INIT_PWR: hệ số sửa đổi cho công suất BS.
Giá trị cụ thể của các thông số trên mỗi MS được truyền đi trong bản tin các thông số truy nhập truyền đi trên kênh nhắn tin.
Lúc này hệ thống khởi tạo vòng điều khiển công suất khép kín. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu MS truy nhập không thành công, MS sẽ tăng công suất phát lên từng bước gián đoạn, giá trị mỗi bước ký hiệu PWR_STEP, vừa thực hiện tổng tích luỹ những thay đổi đã thực hiện, ký hiệu SUMI1.
Quá trình cứ như vậy tiếp diễn cho tới khi truy nhập thành công. MS bắt đầu truyền kênh lưu lượng tuyến lên với công suất ước tính là:
P[dBm] = - Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + (tổng tích luỹ những thay đổi để truy nhập)
= - Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + SUMI1
Một khi thông tin từ MS tới BS, BS sẽ căn cứ vào tỷ lệ lỗi được thông báo bởi MS và gửi đi thông tin điều khiển công suất vòng kín tới MS. Thông tin này được thực hiện bởi bit điều khiển công suất. Nếu bit này bằng 0 nghĩa là yêu cầu MS tăng công suất lên 1dB, nếu bằng 1 nghĩa là yêu cầu MS giảm công suất đi 1dB.
BS sẽ truyền bit điều khiển công suất cho mỗi MS riêng biệt với tốc độ 1,25ms một lần (800bps). Điều này có nghĩa là việc đo cường độ tín hiệu thu được từ MS của BS mất gần 1,25ms. Khi nhận các bit điều khiển công suất, công suất đầu ra của MS là:
P[dBm] = -Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + SUMI2 Trong đó:
SUMI2(dB) là tổng tích luỹ tất cả những hiệu chỉnh công suất vòng kín. Việc ước tính công suất này của MS chỉ mất 500μs.
Phạm vi thay đổi tổng cộng của ước tính công suất vòng hở là ±24dB. Phạm vi thay đổi này đối với điều khiển công suất vòng kín là ±32dB.
Quá trình điều chỉnh công suất theo vòng kín trên đường truyền lên như sau: - Trạm gốc liên tục giám sát Eb/N0 trênđường truyền về
- Nếu Eb/N0 là quá cao (tức là nếu nó vượt quá một ngưỡng nhất định) thì trạm gốc ra lệnh cho máy di động giảm công suất phát.
- Nếu Eb/N0 là quá thấp ((tức là nếu nó vượt rớt xuống dưới một ngưỡng nhất định) thì trạm gốc sẽ ra lệnh cho máy di động tăng công suất phát.
Trạm gốc gửi các lệnh điều chỉnh công suất tới máy di động qua đường truyền đi. Các lệnh điều chỉnh công suất được đặt trong dạng các bit điều chỉnh công suất (PCBs). Lượng công suất của máy di động tăng và giảm trên mỗi PBC thường là +1dB và -1dB. Vì quá trình điều chỉnh công suất theo vòng kín là để chống lại phađinh Rayleigh nhanh nên đáp ứng của máy di động với các lệnh điều chỉnh công suất này cần phải rất nhanh. Vì lý do này, các PCB được gửi trực tiếp trên kênh lưu lượng. Thực tế các bit được rút trộm (Robbed) ra khỏi kênh lưu lượng để gửi các PCB này.
2. Cơ chế điều khiển công suất cho tuyến xuống như sau:
Cơ chế điều khiển công suất vòng kín cho tuyến xuống tương tự như tuyến lên. BS nhận thông tin do MS cung cấp về chất lượng tín hiệu. Thông tin này có thể ở dạng tốc độ lỗi khung, mà MS đã đo trong kênh lưu lượng tuyến xuống được MS thông báo một cách có chu kỳ hoặc MS chỉ thông báo khi tốc độ lỗi vượt qua một ngưỡng nhất định. Thông tin chất lượng tín hiệu này được truyền đi trên kênh lưu lượng tuyến lên.
Hình 4.19 Điều khiển công suất vòng kín tuyến xuống
Phạm vi thay đổi công suất của BS là ±4dB nhỏ hơn nhiều so với phạm vi thay đổi công suất tuyến lên và phụ thuộc vào tốc độ lỗi khung.