Điều khiển công suất vòng mở

OLPC sử dụng chủ yếu để điều khiển công suất cho đường lên, UE chỉnh mức công suất phát dựa trên mức tín hiệu thu được từ BS CPIH, 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,

Hình 3.20 thể hiện quá trình điều khiển công suất vòng mở (OLPC) đường lên. Trong quá trình điều khiển công suất, UE xác định cường độ tín hiệu truyền dẫn bằng cách đo đạc mức công suất thu của tín hiệu hoa tiêu từ BS ở đường xuống. Sau đó, UE điều chỉnh mức công suất truyền dẫn theo hướng tỉ lệ nghịch với mức công suất tín hiệu hoa tiêu thu được. Do vậy, nếu mức công suất tín hiệu hoa tiêu càng lớn thì mức công suất phát của UE càng nhỏ.

Hình 3.20: OLPC đường lên

Đối với hệ thống FDD-CDMA, OLPC một mình không thực hiện được việc điều khiển công suất bởi vì các đặc tính suy hao của kênh truyền dẫn thay đổi nhanh và độc lập giữa đường lên và đường xuống. Do vậy, để có thể phù hợp với sự biến đổi nhanh của cường độ tín hiệu phải sử dụng thêm cơ chế điều khiển công suất vòng kín (CLPC). Tuy nhiên, việc điều khiển công suất vòng mở (OPCL) là cần thiết để xác định mức công suất phát ban đầu (khi khởi tạo kết nối).

3.4.7.2. Điều khiển công suất vòng kín

CLPC được sử dụng để điều khiển công suất khi kết nối đã được thiết lập. Mục đích chính là để bù những ảnh hưởng của sự biến đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến. Do đó, chu kỳ điều khiển phải đủ nhanh để phản ứng lại sự thay đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến.

Hình 3.21 thể hiện cơ chế CLPC đường lên đối với WCDMA. Trong CLPC, BS điều khiển UE tăng hoặc giảm công suất phát với tần số 1.5kHz (1500 lần trong một giây). Bước tăng, giảm công suất là 1, 2, 3dB. Quyết định tăng hay giảm công suất phụ thuộc vào mức tín thu SNR tại BS. Khi BS thu tín hiệu từ UE, nó so sánh mức tín hiệu

P_trx=1/cường độ hoa tiêu Ước tính cường độ hoa tiêu

phát của UE. Trong trường hợp mức tín hiệu thu được nhỏ hơn mức ngưỡng, BS sẽ gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức công suất phát. Một số tham số được sử dụng để đánh giá chất lượng công suất thu để thực hiện quyết định điều khiển công suất như: SIR, tỉ lệ lỗi khung – FER và tỉ lệ lỗi bit BER. CLPC cũng được sử dụng cho việc điều khiển công suất đường xuống. Trong trường hợp đó, vai trò của UE và BS đổi lẫn cho nhau. UE so sánh mức tín hiệu thu từ BS với một mức ngưỡng cho trước và gửi lệnh điều khiển công suất TPC đến BS để điều chỉnh mức công suất phát của BS.

Hình 3.21: Cơ chế điều khiển công suất CLPC

Ở hệ thống WCDMA, CLPC bao gồm: điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài. Cơ chế CLPC nói trên là cơ chế điều khiển công suất vòng trong và đó là cơ chế điều khiển công suất nhanh nhất trong hệ thống WCDMA. Cơ chế điều khiển công suất này còn được gọi là điều khiển công suất nhanh.

Một loại điều khiển công suất vòng kín khác là điều khiển công suất vòng ngoài (OLPC). Mục đích của điều khiển công suất vòng ngoài 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

BS và do đó sẽ đảm bảo những thay đổi về chất lượng dịch vụ nằm trong tầm kiểm soát. Khi đó, mạng có khả năng bù những thay đổi trong điều kiện truyền dẫn vô tuyến và đạt được chất lượng dịch vụ yêu cầu.

3.5. So sánh hệ thống UMTS với hệ thống GSM 2G và CDMA 2000 3.5.1. Với GSM

GSM UMTS

Truyền sóng ở hai dải tần 900 và 1800MHz

Truyền sóng ở dải tần xấp xỉ 2GHz Độ rộng băng tần kênh 200KHz Độ rộng băng tần kênh 5MHz Đặc tính lưu lượng đối xứng cả ở đường

lên và đường xuống.

Đặc tính lưu lượng bất đối xứng ở đường lên và đường xuống

GSM FDD-14,4kbps Tốc độ số liệu:

+ 8kbps đến 384kbps với WCDMA/FDD + tới 2Mbps với WCDMA/TDD

Hệ số tái sử dụng tần số >3 Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1 Phương pháp đa truy nhập TDMA Phương pháp đa truy nhập CDMA Quy hoạch vô tuyến có tính chất tĩnh

với việc tăng lưu lượng.

Quy hoạch vô tuyến có tính chất động, bán kính vùng phủ sóng của cell phụ thuộc vào số người sử dụng trong cell đó

Dung lượng tính được cho bởi một cấu hình phần cứng nào đó

Dung lượng phụ thuộc vào mức dộ nhiễu, do vậy rất nhạy cảm với cấu hình mạng. Điều khiển công suất dựa trên các thuật

toán đơn giản

Điều khiển công suất là thiết yếu để khắc phục hiệu ứng gần xa.

Chuyển giao: chỉ có chuyển giao cứng Chuyển giao có 3 loại: Chuyển giao cứng, mềm và mềm hơn. Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trên đặc thù phân đoạn ô.

Bảng 3.4: So sánh giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và GSM

nhập và ghép kênh FDD FDD

Băng thông 5 MHz Nx1.25 MHz (N=1,3,6,9,12)

Tốc độ chip, Mcps 3.84 Nx1.2288 (N=1,3,6,9,12)

Độ dài, cấu trúc khung 10 ms 5 hoặc 20 ms

Dải tốc độ dữ liệu Bất kỳ cho đến lớn nhất Lựa chọn trong tập hợp tốc độ

Đồng bộ trạm gốc Không đồng bộ Đồng bộ dựa vào GPS

Tín hiệu Pilot Ghép kênh phân chia

theo thời gian Ghép kênh theo mã chung Tốc độ điều khiển công

suất 1500 Hz 800 Hz

Điều chế - QPSK cho cả hai đường lên xuống

- QPSK cho đường xuống - BPSK cho đường lên

Kiểu phân tập

Phân tập phát chuyển mạch thời gian Phân tập mã hoá khối

thời gian không gian

- Phân tập phát trực giao - Phân tập không gian thời gian

Liên hoạt động GSM-WCDMA:

handover

Tương thích ngược hoàn toàn với IS-95

Mạng lõi GSM-MAP IS-41

Bảng 3.5: So sánh giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và cdma2000

3.6. Xu hướng phát triển và các yếu tố thúc đẩy 4G 3.6.1. Xu hướng phát triển

Xu hướng công nghiệp hiện nay đó là:

- Các hệ thống thông tin di động 3G đang được cải tiến dần nhằm đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng.

- Các mạng lõi 3G đang được phát triển thống nhất tới một mạng lõi chuyển mạch gói chung sử dụng giao thức IETF.

- Các nhà cung cấp dịch vụ hướng tới phát triển các dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP.

Hỗ trợ triển khai các mạng IMT-2000 hiệu quả về mặt chi phí dựa trên các giao diện mở đã được chuẩn hoá.

Tiến tới khả năng cung cấp dịch vụ trong suốt, không phụ thuộc vào nhà khai thác và công nghệ mạng truy nhập.

Tăng tính hấp dẫn của các dịch vụ IMT-2000.

Lợi ích của việc thống nhất mạng:

- Đối với thuê bao:

+ Được cung cấp dịch vụ toàn cầu (chuyển vùng toàn cầu). + Truy cập đơn giản hơn.

+ Giá cả thấp hơn. + Dịch vụ đa dạng hơn.

- Đối với nhà khai thác mạng và nhà cung cấp dịch vụ: + Chi phí thấp.

+ Tăng doanh thu.

+ Đáp ứng nhanh hơn đối với các sự thay đổi về nhu cầu của khách hàng. + Tạo khả năng phát triển ứng dụng và dịch vụ chung.

Đối với các nhà cung cấp thiết bị Internet và viễn thông: + Thâm nhập được vào các thị trường mới và rộng hơn. + Chi phí sản xuất, nghiên cứu phát triển và hỗ trợ thấp.

Xu hướng sử dụng IP trong thông tin di động

Cấu trúc mạng tương lai được xác định trên cơ sở hai động lực chính là các hệ thống thông tin di động 3G và Internet. Hướng phát triển tới cấu trúc mạng toàn IP cung cấp các dịch vụ 3G được xác định với một khái niệm mới là môi trường thường trú ảo (VHE). Theo hướng này, có hai giải pháp để hỗ trợ các dịch vụ VoIP trong các cấu trúc mạng 3G: giải pháp thứ nhất dựa trên cấu trúc dịch vụ IN tập trung truyền thống, giải pháp thứ hai triển khai trên cơ sở một cấu trúc mạng phân bố mới có thiết bị điều khiển các cuộc gọi VoIP sử dụng các giao diện cấu trúc dịch vụ mở.

- Phát triển mạng theo hướng toàn IP. Về mặt công nghệ, cấu trúc mạng toàn IP sẽ thay thế toàn bộ công nghệ truyền tải theo chuyển mạch kênh thành chuyển mạch gói, tăng khả năng hỗ trợ đa phương tiện cho mạng lõi 3G.

- Phát triển hướng tới một cấu trúc dịch vụ mở (OSA). Xu hướng này đòi hỏi các nhà khai thác mạng phải có khả năng cho phép các nhà cung cấp dịch vụ thuộc bên thứ ba có thể truy nhập tốt vào cấu trúc mạng 3G qua các giao diện chuẩn hóa có tính mở. Các cơ quan quản lý viễn thông trên khắp thế giới hiện đang quan tâm tới việc thúc đẩy triển khai xu hướng này vì nó giúp đẩy nhanh quá trình tự do hóa thị trường viễn thông bằng cách tăng cường khả năng cung cấp dịch vụ giữa các mạng và đầu cuối khác nhau. Trong chuẩn hóa của 3GPP thì khả năng cung cấp dịch vụ này được hiểu qua khái niệm Môi trường thường trú ảo (VHE). Có thể hiểu khái niệm này là môi trường cho phép các nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba có thể phát triển các ứng dụng và dịch vụ 3G trên một vài loại mạng và đầu cuối của mình. Điều này có nghĩa là cần có các giao diện ứng dụng chuẩn có tính mở giữa các loại mạng này.

Xu hướng thứ nhất sẽ liên quan tới thiết kế cấu trúc mạng 3G còn xu hướng thứ hai liên quan tới thiết kế cấu trúc dịch vụ 3G. Vấn đề đặt ra là cần phải đánh giá được ảnh hưởng của thiết kế các mạng lõi 3G trên cơ sở toàn IP tới cấu trúc dịch vụ 3G và từ đó xem xét các lộ trình khả thi để tích hợp khả năng mạng và khả năng dịch vụ trong triển khai cấu trúc mạng 3G toàn IP.

Tiến tới thống nhất các mạng toàn IP

Có tới hai xu hướng mạng toàn IP cho 3G được đưa ra là cấu trúc của mạng all- IP do 3GPP và all-IP do 3GPP2 đề xuất. Các hệ thống 3G được chuẩn hoá nhằm thống nhất về mạng lõi như vậy còn được gọi là 3,5G. Có rất nhiều điểm giống nhau như điều khiển phiên dựa trên SIP, QoS dựa trên TFT và chính sách, sử dụng IPv6 trong tiêu chuẩn, nhưng các nỗ lực thống nhất chung vẫn là chưa đủ. Các nhà khai thác ở những nước mà phải triển khai cả hai tiêu chuẩn rất ủng hộ cho việc phối hợp thống nhất này.

Mạng 3G tạo ra bước phát triển lớn trong sự tiến triển của thông tin di động cá nhân. Trên thực tế, mạng 3G có khả năng hỗ trợ loại hình dịch vụ Internet di động đa phương tiện với chất lượng dịch vụ cải thiện đáng kể so với hệ thống 2,5G. Giao diện vô tuyến WCDMA được thiết kế để hỗ trợ vùng phủ sóng cải thiện dung lượng cao với tốc độ bit trung bình (384kbps) trong trường hợp vùng phủ sóng hạn chế và lên tới 2Mbps (trong nhà). Việc ghép kênh thống kê giao diện vô tuyến cũng cải thiện đáng kể hiệu suất ở chế độ truyền dẫn chuyển mạch gói. Tuy nhiên, 3G vẫn còn tồn tại những hạn chế như:

- Việc đạt được tốc độ truyền số liệu cao là rất khó đối với công nghệ WCDMA do can nhiễu giữa các dịch vụ.

- Khó có thể tạo ra một dải đầy đủ các dịch vụ đa tốc độ với yêu cầu về hiệu năng QoS khác nhau do những hạn chế đối với mạng lõi gây ra bởi tiêu chuẩn giao diện vô tuyến.

- Ngoài ra, dải tần ở băng tần 2Ghz dành cho hệ thống 3G sẽ sớm bị bão hòavà có những ràng buộc khi kết hợp chế độ song công phân chia theo tần số.

Vì đó, việc ra đời một hệ thống mới là xu thế tất yếu. Hệ thống mới chính là 4G, hướng phát triển công nghệ là hệ thống vô tuyến tích hợp (tích hợp mạng lõi IP + mạng truy nhập di động 3G và truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-fi). Hệ thống vô tuyến tích hợp với mạng truy nhập vô tuyến diện rộng sẽ làm xuất hiện những khái niệm dịch vụ có hiệu quả hơn nữa: các thiết bị di động truy nhập mạng diện rộng, các thiết bị cảm biến

- Lưu lượng người sử dụng.

- Các giao diện vô tuyến và các loại đầu cuối. - Các môi trường truyền dẫn vô tuyến.

- Các loại hình chất lượng dịch vụ. - Các đặc tính di động.

Để có thể đáp ứng những yêu cầu như vậy, hệ thống 4G phải linh động và có khả năng thích nghi ở mọi khía cạnh. Do vậy, đối với hệ thống này phần mềm có vai trò quan trọng hơn cơ sở hạ tầng phần cứng. Hiện nay, 4G đang trong quá trình xây dựng chuẩn. Khi đưa vào ứng dụng nó sẽ cải thiện được các dịch vụ dữ liệu, tốc độ bít có thể đạt tới: 20-100Mbps, sử dụng phương thức điều chế OFDM, MC-CDMA.

hệ thứ 3 ra đời khắc phục được phần lớn các hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 về chất lượng cũng như giá cước. Đồng thời mở ra khả năng Multimedia với tốc độ số liệu lên tới 2Mbps.

Ở Việt Nam, trong một thời gian ngắn nữa thì các nhà cung cấp viễn thông cũng sẽ đưa công nghệ 3G đến tay người sử dụng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng về dịch vụ số liệu, truy nhập trực tiếp vào mạng internet từ di động cũng như các dịch vụ tích hợp khác. Với những kiến thức thu nhận được trong nhà trường và quá trình tìm hiểu, nghiên cứu em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp của mình nắm bắt được một cách tổng quan về hệ thống GSM và lộ trình phát triển lên WCDMA. Mặc dù bản thân đã hết sức cố gắng và được sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Anh Quỳnh trong thời gian làm tốt nghiệp nhưng do trình độ hiểu biết của bản thân còn nhiều hạn chế, thời gian chuẩn bị ngắn nên bản đồ án không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện thêm kiến thức của mình.

Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến KS.Nguyễn Anh Quỳnh đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành bản Đồ án tốt nghiệp này.

Vinh, tháng 5, năm2010 Sinh viên

1. Khoa điện tử viễn thông “Giáo trình thông tin di động” Nxb Khoa học và kỹ thuật, 2007

2. Thầy Vũ Đức Thọ, “Tính toán mạng thông tin di động Cellular”, Nxb Giáo

Dục, 2001

3. TS. Đặng Đình Lâm, “Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển”,

Nxb Khoa học kỹ thuật, 2004

4. TS Nguyễn Phương Loan, KS Bùi Thanh Sơn. “ Hành trình từ GSM lên 3G, Giải pháp GPRS’ Nxb Bưu điện, năm 2002

5. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “ Lý thuyết trải phổ và đa truy cập vô tuyến”, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, Nxb Bưu điện, năm 2004

6. Dr.Ing Wolfgang Granzow, “3rd Generation Mobile Communications Systems”.

7. Internet “Google.com.vn” Và nhiều tài liệu khác.