2.4.1 Giới thiệu về quản lý tài nguyờn vụ tuyến WCDMA
Việc quản lý tài nguyờn vụ tuyến (RRM) trong mạng UTMS cú nhiệm vụ cải thiện việc sử dụng nguồn tài nguyờn vụ tuyến. Cỏc mục đớch của cụng việc quản lý tài nguyờn vụ tuyến RRM cú thể túm tắt như sau :
- Đảm bảo QoS cho cỏc dịch vụ khỏc nhau. - Duy trỡ vựng phủ súng đĩ được hoạch định. - Tối ưu dung lượng hệ thống.
Đối với cỏc mạng 3G, việc phõn bổ tài nguyờn và định cỡ quỏ tải của mạng khụng cũn khả thi nữa do cỏc nhu cầu khú dự đoỏn trước và cỏc yờu cầu khỏc nhau của cỏc dịch vụ khỏc nhau. Vỡ thế, quản lý tài nguyờn bao gồm 2 phần: đặt cấu hỡnh và đặt lại cấu hỡnh tài nguyờn vụ tuyến, cụ thể:
- Việc đặt cấu hỡnh tài nguyờn vụ tuyến cú nhiệm vụ phõn phỏt nguồn tài nguyờn một cỏch hợp lý cho cỏc yờu cầu mới đến hệ thống để cho mạng khụng bị quỏ tải và duy trỡ tớnh ổn định. Tuy nhiờn, nghẽn cú thể xuất hiện trong mạng 3G vỡ sự di chuyển ngẫu nhiờn của người sử dụng.
- Việc đặt lại cấu hỡnh cú nhiệm vụ cấp phỏt lại nguồn tài nguyờn trong phạm vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện. Chức năng này cú nhiệm vụ đưa hệ thống bị quỏ tải trở về lưu lượng tải mục tiờu một cỏch nhanh chúng và cú thể điều khiển được.
Quản lý nguồn tài nguyờn vụ tuyến cú thể chia thành cỏc chức năng sau: Điều khiển cụng suất, chuyển giao, điều khiển thu nhận, điều khiển tải và lập lịch cho gúi tin.
Hỡnh 2-8 Cỏc vị trớ điển hỡnh của cỏc chức năng RRM trong mạng WCDMA
2.4.2 Điều khiển cụng suất
Cỏc mục tiờu của điều khiển cụng suất cú thể túm tắt như sau : - Khắc phục hiệu ứng gần-xa trờn đường lờn.
- Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. - Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động.
Mục tiờu của việc sử dụng điều khiển cụng suất là khỏc nhau trờn đường lờn và đường xuống. Cỏc mục tiờu của điều khiển cụng suất cú thể túm tắt như sau :
- Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. - Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động.
Cú 3 kiểu điều khiển cụng suất trong cỏc hệ thống WCDMA: Điều khiển cụng suất vũng mở, điều khiển cụng suất vũng kớn và điều khiển cụng suất vũng bờn ngồi.
- Điều khiển cụng suất vũng mở (Open-loop power control)
Điều khiển cụng suất vũng mở được sử dụng trong hệ thống UMTS FDD cho việc thiết lập năng lượng ban đầu cho MS. MS sẽ tớnh suy hao đường truyền giữa cỏc trạm gốc và MS bằng cỏch đo cường độ tớn hiệu nhận được bằng cỏch sử dụng mạch điều khiển độ tăng ớch tự động (AGC). Tuỳ theo sự tớnh toỏn suy hao đường truyền này, MS cú thể quyết định cụng suất phỏt đường lờn của nú. Điều khiển cụng suất vũng mở cú ảnh hưởng lớn trong hệ thống TDD bởi vỡ đường lờn và đường xuống là tương hỗ, nhưng khụng ảnh hưởng nhiều trong cỏc hệ thống FDD bởi vỡ cỏc kờnh đường lờn và đường xuống hoạt động trờn cỏc băng tần khỏc nhau và hiện tượng Fading Rayleigh trờn đường lờn và đường xuống độc lập nhau. Vậy điều khiển cụng suất vũng mở chỉ cú thể bự một cỏch tượng trưng suy hao do khoảng cỏch. Đú là lý do tại sao điều khiển cụng suất vũng mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng ban đầu trong hệ thống FDD.
- Điều khiển cụng suất vũng kớn (Fast power Control)
Điều khiển cụng suất vũng khộp kớn, được gọi là điều khiển cụng suất nhanh trong cỏc hệ thống WCDMA, cú nhiệm vụ điều khiển cụng suất phỏt của MS (đường lờn) hay là cụng suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại Fading của cỏc kờnh vụ tuyến và đạt được chỉ tiờu tỷ số tớn hiệu trờn nhiễu SIR đĩ được thiết lập bởi điều khiển cụng suất vũng ngồi. Chẳng hạn như trờn đường lờn, trạm gốc so sỏnh SIR nhận được từ MS với SIR mục tiờu trong mỗi khe thời gian (0,666ms). Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiờu, Node-B sẽ truyền một lệnh TPC “0” đến MS thụng qua kờnh điều khiển riờng đường xuống. Nếu SIR nhận được thấp hơn mục tiờu, Node-B sẽ truyền một lệnh TPC “1” đến MS. Bởi vỡ tần số của điều khiển cụng suất vũng kớn rất nhanh nờn cú thể bự được Fading nhanh và cả Fading chậm.
-Điều khiển cụng suất vũng ngồi
Điều khiển cụng suất vũng ngồi cần thiết để giữ chất lượng truyền thụng với cỏc mức yờu cầu bằng cỏch thiết lập mục tiờu cho điều khiển cụng suất vũng kớn nhanh thực hiện. Mục đớch của nú là cung cấp chất lượng yờu cầu. Tần số của điều khiển cụng suất vũng bờn ngồi thường là 10-100Hz.
Điều khiển cụng suất vũng ngồi so sỏnh chất lượng nhận được với chất lượng yờu cầu. Thụng thường, chất lượng được định nghĩa là tỷ lỗi bit mục tiờu xỏc định (BER) hay tỷ số lỗi khung (FER). Mối quan hệ giữa SIR mục tiờu và mục tiờu chất lượng tuỳ thuộc vào tốc độ di động và hiện tượng đa đường. Nếu chất lượng nhận tốt hơn, cú nghĩa là mục tiờu SIR đủ cao để đảm bảo QoS yờu cầu.
2.4.3 Điều khiển chuyển giao.
2.4.3.1 Chuyển giao trong cựng tần số.
- Chuyển giao mềm:
Chuyển giao mềm chỉ cú trong cụng nghệ CDMA. So với chuyển giao cứng thụng thường, chuyển giao mềm cú một số ưu điểm. Tuy nhiờn, nú cũng cú một số cỏc hạn chế về sự phức tạp và việc tiờu thụ tài nguyờn tăng lờn. Trong phần này sẽ trỡnh bày nguyờn lý của chuyển giao mềm.
- Nguyờn lý chuyển giao mềm.
Chuyển giao mềm khỏc với quỏ trỡnh chuyển giao cứng truyền thống. Đối với chuyển giao cứng, một quyết định xỏc định là cú thực hiện chuyển giao hay khụng và mỏy di động chỉ giao tiếp với một BS tại một thời điểm. Đối với chuyển giao mềm, một quyết định cú điều kiện được tạo ra là cú thực hiện chuyờn giao hay khụng lại tuỳ thuộc vào sự thay đổi cường độ tớn hiệu kờnh hoa tiờu từ hai hay nhiều trạm gốc cú liờn quan, một quyết định cứng cuối cựng sẽ được tạo ra để giao tiếp với duy nhất 1 BS. Điều này thường diễn ra sau khi tớn hiệu đến từ một BS chắc chắn sẽ mạnh hơn cỏc tớn hiệu đến từ BS khỏc. Trong thời kỳ chuyển tiếp của chuyển giao mềm, MS giao tiếp đồng thời với cỏc BS trong tập hợp tớch cực (Tập hợp tớch cực là danh sỏch cỏc cell hiện đang cú kết nối với MS).
Hỡnh 2-9 Sự so sỏnh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm.
- Độ lợi liờn kết chuyển giao mềm
Mục đớch đầu tiờn của chuyển giao mềm là để đem lại một sự chuyển giao khụng bị ngắt quĩng và làm cho hệ thống hoạt động tốt. Điều đú chỉ cú thể đạt được nhờ 3 lợi ớch của cơ cấu chuyển giao mềm như sau:
- Độ lợi phõn tập vĩ mụ: độ lợi ớch phõn tõp nhờ Fading chậm và sự sụt đột ngột của cường độ tớn hiệu do cỏc nguyờn nhõn chẳng hạn như sự di chuyển của MS vũng quanh một gúc.
- Độ lợi phõn tập vi mụ: Độ lợi phõn tập nhờ Fading nhanh.
- Việc chia sẻ tải đường xuống: Một MS khi chuyển giao mềm thu cụng suất từ nhiều Node-B, điều đú cho thấy cụng suất phỏt lớn nhất đến MS trong khi chuyển giao mềm X-way được nhõn với hệ số X, nghĩa là vựng phủ được mở rộng.
Ba lợi ớch này của chuyển giao mềm cú thể cải thiện vựng phủ và dung lượng mạng WCDMA.
2.4.3.2 Chuyển giao giữa cỏc hệ thống WCDMA và GSM.
Cỏc chuẩn WCDMA và GSM hỗ trợ chuyển giao cả hai đường giữa WCDMA và GSM. Sự chuyển giao này cú thể sử dụng cho mục đớch phủ súng và cõn bằng tải. Tại pha ban đầu khi triển khai WCDMA, chuyển giao tới hệ thống GSM cú thể sử dụng để giảm tải trong cỏc tế bào GSM. Mụ hỡnh này được chỉ ra trong hỡnh 3-27.
Khi lưu lượng trong mạng WCDMA tăng, thỡ rất cần chuyển giao cho mục đớch tải trờn cả đường lờn và đường xuống. Chuyển giao giữa cỏc hệ thống được khởi xướng tại RNC/BSC và từ gúc độ hệ thống thu thỡ chuyển giao giữa cỏc hệ thống tương tự như chuyển giao giữa cỏc RNC hay chuyển giao giữa cỏc BSC. Thuật toỏn và việc khởi xướng này khụng được chuẩn hoỏ.
GSM GSM GSM GSM GSM GSM
WCDMA WCDMA WCDMA
Chuyeồn giao GSM -> WCDMA ủeồ mụỷ roọng dung lửụùng
Chuyeồn giao WCDMA-> GSM ủeồ mụỷ roọng phuỷ soựng
Hỡnh 2-10 Chuyển giao giữa cỏc hệ thống GSM và WCDMA.
Thủ tục chuyển giao như hỡnh 2-9. Việc đo đạc chuyển giao giữa cỏc hệ thống khụng hoạt động thường xuyờn nhưng sẽ được khởi động khi cú nhu cầu thực hiện chuyển giao giữa cỏc hệ thống. Việc khởi xướng chuyển giao là một thuật toỏn do RNC thực hiện và cú thể dựa vào chất lượng (BLER) hay cụng suất phỏt yờu cầu. Khi khởi xướng đo đạc, đầu tiờn UE sẽ đo cụng suất tớn hiệu của cỏc tần số GSM trong danh sỏch lõn cận. Khi kết quả đo đạc đú được gửi tới RNC, nú ra lệnh cho MS giải mĩ nhận dạng trạm gốc (BSIC) của cell GSM ứng cử tốt nhất. Khi RNC nhận được BSIC, một lệnh chuyển giao được gửi tới MS.
(1) RNC ra leọnh cho UE baột ủầu ủo ủác chuyeồn giao giửừa caực heọ thoỏng ụỷ cheỏ ủoọ neựn
(2) UE ủo cõng suaỏt tớn hieọu baờng tần GSM trong danh saựch cell lãn caọn
(3) RNC ra leọnh cho UE giaỷi maừ BSIC cuỷa cell ửựng cửỷ GSM toỏt nhaỏt
(4) RNC gửỷi leọnh chuyeồn giao ủeỏn UE
Hỡnh 2-11 Thủ tục chuyển giao giữa cỏc hệ thống.
2.4.3.3 Chuyển giao giữa cỏc tần số trong WCDMA.
Hầu hết cỏc bộ vận hành UMTS đều cú 2 hoặc 3 tần số FDD cú hiệu lực. Việc vận hành cú thể bắt đầu sử dụng một tần số, sau đú cần để tăng dung lượng, một vài tần số cú thể sử dụng được chỉ ra trong hỡnh 2-10. Một vài tần số được sử dụng trong cựng một site sẽ tăng dung lượng của site đú hoặc cỏc lớp micro và macro được sử dụng cỏc tần số khỏc nhau. Chuyển giao giữa cỏc tần số súng mang WCDMA cần sử dụng phương phỏp này.
Trong chuyển giao này, chế độ nộn cũng được sử dụng trong việc đo đạc chuyển giao giống như trong chuyển giao giữa cỏc hệ thống. Thủ tục chuyển giao giữa cỏc tần số được chỉ ra trong hỡnh 2-11. MS cũng sử dụng thủ tục đồng bộ WCDMA giống như chuyển giao trong tần số để nhận dạng cell cú tần số mục tiờu. Thời gian nhận dạng cell chủ yếu phự thuộc vào số cỏc cell và số cỏc thành phần đa đường mà MS cú thể thu được giống như trong chuyển giao cựng tần số.
f1 f1 f1 f1
f2 f2
f1 f1 f1 f1
f2 f2 f2 f2 f2 f2 f2 f2 Caực site dung lửụùng cao vụựi 2 tần soỏ f1 vaứ f2
Lụựp macro vụựi tần soỏ f1
Lụựp micro vụựi tần soỏ f2
Hỡnh 2-12 Nhu cầu chuyển giao giữa cỏc tần số súng mang WCDMA
(1) RNC ra leọnh cho UE baột ủầu ủo ủác chuyeồn giao giửừa caực tần soỏ ụỷ cheỏ ủoọ neựn
(2) UE tỡm caực ủổnh xung P-SCH
(3)UE nhaọn dáng cell vụựi S-SCH, CPICH vaứ baựo caựo ủo ủác vụựi RNC
(4) RNC gửỷi leọnh chuyeồn giao ủeỏn UE
Khụỷi táo ủo ủác laứ thuaọt toaựn chi coự ụỷ RNC
Soỏ dổnh xung UE nhaọn ủửụùc tửứ boọ lóc keỏt hụùp caứng nhiều thỡ vieọc nhaọn dáng cell WCDMA dieĩn ra caứng lãu.
Hỡnh 2-13 Thủ tục chuyển giao giữa cỏc tần số.
2.4.4 Điều khiển thu nạp
Nếu tải giao diện vụ tuyến được cho phộp tăng lờn một cỏch liờn tục thỡ vựng phủ súng của cell bị giảm đi dưới giỏ trị đĩ hoạch định (gọi là “cell breathing”) và QoS của cỏc kết nối đang tồn tại khụng thể đảm bảo. Nguyờn nhõn của hiệu ứng “cell breathing” là vỡ đặc điểm giới hạn nhiễu của cỏc hệ thống CDMA. Vỡ thế, trước khi thu nhận một kết nối mới, điều khiển thu nạp cần kiểm tra xem việc nhận kết nối mới sẽ khụng ảnh hưởng đến vựng phủ súng hoặc QoS của cỏc kết nối đang hoạt động hay khụng. Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yờu cầu thiết lập một truy nhập vụ tuyến trong mạng truy nhập. Chức năng điều khiển thu nạp được đặt trong bộ điều khiển RNC, nơi mà lưu giữ thụng tin vể tải của cỏc số cell do nú quản lý.
Thuật toỏn điều khiển thu nạp tớnh toỏn việc tải tăng lờn do sự thiết lập thờm đối tượng sẽ gõy ra trong mạng truy nhập vụ tuyến. Việc tớnh toỏn tải được ỏp dụng cho cả đường lờn và đường xuống. Đầu cuối yờu cầu cú thể được chấp nhận chỉ khi điều khiển thu nạp trong cả 2 chiều chấp nhận, nếu khụng thỡ nú bị từ chối bởi vỡ nhiễu quỏ mức cú thể tăng thờm trong mạng. Nhỡn chung cỏc chiến lược điều khiển thu nạp cú thể chia thành hai loại: chiến lược điểu khiển thu nạp dựa vào cụng suất băng rộng và chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thụng lượng. Người sử dụng mới sẽ khụng được chấp nhận nếu mức nhiễu tổng thể mới tạo ra cao hơn giỏ trị mức ngưỡng Ithreshold, cụ thể:
+ Từ chối: Itotal-old + ∆I > Ithreshold + Chấp nhận : Itotal-old + ∆I < Ithreshold
Giỏ trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lờn lớn nhất và cú thể được thiết lập bởi việc quy hoạch mạng vụ tuyến.
Hỡnh 2-14 Đường cong tải
Trong chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thụng lượng, người sử dụng mới khụng được thu nhận truy nhập vào mạng nếu tồn bộ tải mới gõy ra cao hơn giỏ trị ngưỡng:
+ Từ chối : ηtotal-old + ∆L > ηthreshold
Tương tự đối với chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào cụng suất như sau: + Từ chối : Ptotal-old + ∆Ptotal > Pthreshold
+ Chấp nhận : Ptotal-old + ∆Ptotal < Pthreshold
Chỳ ý rằng việc điều khiển thu nạp được ỏp dụng một cỏch tỏch biệt trờn cả đường lờn và đường xuống. Và ở mỗi hướng cú thể sử dụng cỏc chiến lược điều khiển thu nạp khỏc nhau.
2.4.5 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn)
Đõy là một cụng cụ quan trọng của chức năng quản lý nguồn tài nguyờn vụ tuyến để đảm bảo cho hệ thống khụng bị quỏ tải và duy trỡ tớnh ổn định. Nếu hệ thống được quy hoạch một cỏch hợp lý và cụng việc điều khiển thu nạp hoạt động tốt, cỏc tỡnh huống quỏ tải gần như sẽ bị loại trừ. Tuy nhiờn, trong mạng di động, sự quỏ tải ở một nơi nào đú là khụng thể trỏnh khỏi vỡ cỏc tài nguyờn vụ tuyến được ấn định trước trong mạng. Khi quỏ tải được xử lý bởi điều khiển tải hay cũn gọi là điều khiển nghẽn thỡ hoạt động điều khiển này sẽ trả lại cho hệ thống tải mục tiờu đĩ chọn được đưa ra trong quỏ trỡnh quy hoạch mạng một cỏch nhanh chúng và cú khả năng điều khiển được. Cỏc hoạt động điều khiển tải để làm giảm hay cõn bằng tải bao gồm:
- Từ chối cỏc lệnh cụng suất tới trờn đường xuống nhận từ MS.
- Giảm chỉ tiờu Eb/I0 đường lờn sử dụng bởi điều khiển cụng suất nhanh đường lờn.
- Thay đổi kớch cỡ của miền chuyển giao mềm để phục vụ nhiều người sử dụng hơn.
- Chuyển giao tới súng mang WCDMA khỏc (mạng UMTS khỏc hay mạng GSM).
- Giảm thụng lượng của lưu lượng dữ liệu gúi (cỏc dữ liệu phi thời gian thực). - Ngắt cỏc cuộc gọi trờn một đường điều khiển.
Hai hoạt động đầu tiờn là cỏc hoạt động nhanh được thực hiện bờn trong BS. Cỏc hoạt động này cú thể diễn ra trong một khe thời gian, nghĩa là với một tần số 1,5KHz, cung cấp một quyền ưu tiờn cho cỏc dịch vụ khỏc nhau. Hoạt động thứ 3
thay đổi kớch cỡ của miền chuyển giao mềm cú một lợi ớch đặc biệt đối với mạng giới