CDMA rất nhạy cảm với điều khiển công suất: để hệ thống WCDMA hoạt động bình thường, cần có một cơ chế điều khiển cơng suất tốt để duy trì tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) tại mức cho phép. Vì nhiều người sử dụng cùng truyền đồng thời trên cùng một tần số, nên mức nhiễu phụ thuộc vào số lượng người sử dụng.
Tồn tại hai kiểu điều khiển công suất:
1. Điều khiển cơng suất vịng hở: cho các kênh chung
2. Điều khiển cơng suất vịng kín: cho các kênh riêng DPDCH/DPCCH và chia sẻ DSCH
Điều khiển cơng suất vịng hở thường được UE trước khi truy nhập mạng và nút B trong q trình thiết lập đường truyền vơ tuyến sử dụng để ước lượng công suất cần phát trên đường lên dựa trên các tính toán tổn hao đường truyền trên đường xuống và tỷ số tín hiệu trên nhiễu u cầu.
Điều khiển cơng suất vịng kín có nhiêm vụ giảm nhiễu trong hệ thống bằng cách duy trì chất lượng thơng tin giữa UE và UTRAN (đường truyền vô tuyến) gần nhất với mức chất lượng tối thiểu yêu cầu đối kiểu dịch vụ mà người sử dụng địi hỏi.
Điều khiển cơng suất vịng kín bao gồm hai phần: điều khiển cơng suất nhanh vòng trong tốc độ 1500 Hz và điều khiển cơng suất chậm vịng ngồi tốc độ 10-100Hz.
3.9.1. Thí dụ về điều khiển cơng suất vòng hở cho PRACH
Dựa trên tính tốn của PC vịng hở, UE thiết lập các công suất ban đầu cho tiền tố kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH). Trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (xem phần 3.5.4), UE thiết lập công suất phát tiền tố đầu tiên như sau:
Preamble_Initial_power = CPICH_Tx_power – CPICH _RSCP + UL_interference + UL_required_CI (3.2)
trong đó CPICH_Tx-power là cơng suất phát của P-CPICH, CPICH _RSCP là công suất P-CPICH thu tại UE, CPICH_Tx_power – CPICH _RSCP là ước tính suy hao đường truyền từ nút B đến UE. UL_interferrence (được gọi là ‘tổng
công suất thu băng rộng’) được đo tại nút B và được phát quảng bá trên BCH,
UL_required_CI là hằng số tương ứng với tỷ số tín hiệu trên nhiễu được thiết
lập trong q trình quy hoạch mạng vơ tuyến. 3.9.2. Điều khiển cơng suất vịng kín đường lên
Sơ đồ điều khiển cơng suất vịng kín đường lên đựcc cho trên hình 3.17.
Hình 3.17. Nguyên lý điều khiển cơng suất vịng kín đường lên 3.9.2.1. Điều khiển cơng suất vịng trong đường lên
Phương pháp điều khiển công suất nhanh vịng kín lên như sau (xem hình 3.17). Nút B thường xuyên ước tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu thu được (SIR= Signal to Interference Ratio) trên hoa tiêu đường lên trong UL DPCCH và so sánh nó với tỷ số SIR đích (SIRđích). Nếu SIRướctính cao hơn SIRđích thì nút B thiết lập bit điều khiển cơng suất trong DPCCH TPC=0 để lệnh UE hạ thấp công suất (Tùy vào thiết lập cấu hình: 1dB chẳng hạn) , trái lại nó thiết lập bit điều khiển cơng suất trong DPCCH TPC=1 để ra lệnh UE tăng công suất (1dB chẳng hạn). Chu kỳ đo-lệnh-phản ứng này được thực hiện 1500 lần trong một giây (1,5 KHz) ở W-CDMA. Tốc độ này sẽ cao hơn mọi sự thay đổi tổn hao đường truyền và thậm chí có thể nhanh hơn phađinh nhanh khi MS chuyển động tốc độ thấp. 3.9.2.2. Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường lên
Điều khiển cơng suất vịng ngồi thực hiện điều chỉnh giá trị SIRđích ở nút B cho phù hợp với yêu cầu của từng đường truyền vô tuyến để đạt được chất lượng các đường truyền vô tuyến như nhau. Chất lượng của các đường truyền vô tuyến thường được đánh giá bằng tỷ số bit lỗi (BER: Bit Error Rate) hay tỷ số khung lỗi (FER= Frame Error Rate). Lý do cần đặt lại SIRđích như sau. SIR yêu cầu (tỷ lệ với Ec/N0) chẳng hạn là FER=1% phụ thuộc vào tốc độ của MS và đặc điểm truyền nhiều đường. Nếu ta đặt SIRđích đích cho trường hợp xấu nhất (cho tốc cao độ nhất) thì sẽ lãng phí dung lượng cho các kết nối ở tốc độ thấp. Như vậy tốt nhất là để SIRđích thả nổi xung quanh giá trị tối thiểu đáp ứng được yêu
cầu chất lượng. Để thực hiện điều khiển cơng suất vịng ngồi, mỗi khung số liệu của người sử dụng được gắn chỉ thị chất lượng khung là CRC. Nếu kiểm tra CRC cho thấy BLERướctính> BLERđích thì SIRđích sẽ bị giảm đi một nấc bằng ∆ SIR, trái lại nó sẽ được tăng lên một nấc bằng ∆ SIR. Lý do đặt điều khiển vòng ngồi ở RNC vì chức năng này thực hiện sau khi thực hiện kết hợp các tín hiệu ở chuyển giao mềm.
3.9.3. Điều khiển cơng suất vịng kín đường xuống
Điều khiển cơng suất vịng kín được minh họa trên hình 3.18. UE nhận được BLER đích từ lớp cao hơn do RNC thiết lập cùng với các thông số điều khiển khác. Dựa trên BLER đích nhận được từ RNC, nó thực hiện điều khiển cơng suất vịng ngồi bằng cách tính tốn SIR đích cho điều kiển cơng suất vịng kín nhanh đường xuống. UE ước tính SIR đường xuống từ các ký hiệu hoa tiêu của DL DPCCH . Ước tính SIR này được so sánh với SIR đích. Nếu ước tính này lớn hơn SIR đích, thì UE thiết lập TPC=0 trong UL DPCCH và gửi nó đến nút B, trái lại nó thiết lập TPC=1. Tốc độ diều khiển cơng suất vịng trong là 1500Hz
Hình 3.18. Ngun lý điều khiển cơng suất vịng kín đường xuống 3.10. CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG
WCDMA
Chuyển giao là q trình được thực hiện khi UE đã có kết nối vơ tuyến để duy trì chất lượng truyền dẫn. Trong WCDMA có thể có chuyển giao cừng hoặc chuyển giao mềm.
Chuyển giao cứng (HHO: Hard Handover) của WCDMA cũng giống như của GSM. UE chỉ nối đén một nút B. Khi thực hiện HO đến một nút B khác, kết nối đến nút B cũ được giải phóng.
Tất cả các kết nối sử dụng kênh FACH (kênh không sử dụng điều khiển công suất và dành cho các gói ngắn) hay DSCH (kênh phù hợp nhất cho các dịch vụ chuyển mạch gói) đều sử dụng HHO.
Ngoài ra HHO sử dụng cho:
√ HO giữa các hệ thống (giữa UTRAN và GSM)
√ HO giữa các tần số sóng mang khác nhau của UTRAN 3.10.2. Chuyển giao mềm/ mềm hơn
Chuyển giao mềm (hoặc mềm hơn) sử dụng nhiều kết nối từ một UE đến nhiều nút B. Danh sách các nút B tham gia vào kết nối với UE trong chuyển giao mềm/mềm hơn được gọi là “tập tích cực”. Có thể quy định được kích thước cực đại của tập tích cực. Thực chất chuyển giao là q trình trong đó một ơ (đoạn ơ) hoặc được kết nạp vào tập tích cực hoặc bị loại ra khỏi tập tích cực. Định kỳ hoặc tại các sự kiện báo cáo (sự kiện 1A, 1B và 1C chẳng hạn), SRNC nhận được kết quả đo từ UE để đưa ra quyết định chuyển giao. Sau khi quyết định chuyển giao, SRNC giửi bản tin lập lại cấu hình liên kết vơ tuyến đã được đồng bộ đến các nút B liên quan và đồng thời gửi bản tin RRC về lập lại cấu hình kênh vật lý đến UE để các nút B này và UE thực hiện chuyển giao. Chuyển giao mềm cho phép tăng số đường truyền thu được trên đường xuống và đường lên nhờ vậy tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio): Ec/I0 (Ec là năng lượng chip cịn I0 là mật độ phổ cơng suất nhiễu) và lượng tăng này được gọi là độ lợi chuyển giao. Sơ đồ tổng quát SHO được cho trên hình 3.19.
R1a, R1b là dải báo cáo cho các sự kiện 1a và 1b được thiết lập bởi RNC; H1a, H1b là hằng số trễ được quy định cho các sự kiện 1a và 1b
Hình 3.19. Thí dụ về giải thuật SHO
Trong thí dụ trong trên hình 3.19 ta sử dụng các sự kiện báo cáo 1A, 1B và 1C.
Từ hình 3.19 ta thấy:
√ Lúc đầu. Chỉ có ơ 1 và ơ 2 nằm trong tập tích cực
√ Tại sự kiện A. (Ec/I0)P-CPICH1 > (Ec/I0)P-CPICH3- (R1a-H1a/2) trong đó (Ec/I0)P-
CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ô 1 mạnh nhất, (Ec/I0)P- CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ơ 3 nằm ngồi tập tích cực, R1a là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1a là thông số trễ sự kiện và (R1b-H1a/2) 1à cửa sổ kết nạp cho sự kiện 1A. Nếu bất đẳng thức này tồn tại trong khoảng thời gian ∆ T thì ơ 3 được kết nạp vào tập tích cực
√ Tại sự kiện C. (Ec/I0)P-CPICH4 > (Ec/I0)P-CPICH2 +H1c, trong đó (Ec/I0)P-CPICH4 là
tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ơ 4 nằm ngồi tập tích cực và (Ec/I0)P-CPICH2 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ơ 2 tồi nhất trong tập tích cực, H1c là thông số trễ sự kiện 1C. Nếu quan hệ này tồn tại trong thời gian ∆ T và tập tích cực đã đầy thì ơ 2 bị loại ra khỏi tập tich cực và ô 4 sẽ thế chỗ của nó trong tập tích cực
√ Tại sự kiện B. (Ec/I0)P-CPICH1 < (Ec/I0)P-CPICH3- (R1b+H1b) trong đó (Ec/I0)P-
CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ơ 1 yếu nhất trong tập tích cực, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ơ 3 mạnh nhất trong tập tích cực và R1b là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1b là thông số số trễ và (R1b+H1b) là cửa sổ loại cho sự kiện 1C. Nếu quan hệ này tồn tại trong khoảng thời gian ∆ T thì ơ 3 bị loại ra khỏi tập tích cực
3.11. CÁC THƠNG SỐ MÁY THU VÀ MÁY PHÁT VƠ TUYẾN CỦA UE Các thơng số máy thu và máy phát quan trọng trong phần vô tuyến của UE được cho trong bảng bảng 3.2.
Bảng 3.2. Các thông số máy thu và máy phát vô tuyến quan trọng cho phần vô tuyến của UE Các thông số chung Tần số công tác Băng tần I: 2110-2170 MHz Băng tần II: 1930-1990 MHz Băng tần III: 1805-1880 MHz Phân cách song công chuẩn
Băng tần I: 190 MHz Băng tần II: 80 MHz Băng tần III: 95 MHz Các thông số máy thu
Độ nhạy
Băng tần 1: -117dBm Băng tần II: -115dBm Băng tần III: - 114dBm Các thông số máy phát
Công suất phát cực đai và độ chính xác
Loại 1: +33dBm +1/-3dB Loại 2: +27dBm +1/-3dB Loại 3: +24dBm +1/-3dB Loại 4: +21dBm ±2dB Điều khiển cơng suất phát
vịng hở Bình thường: ±9dB
Cực đai: ±12dB 3.12. AMR CODEC CHO W-CDMA
Bộ mã hố tiếng đa tốc độ thích ứng (AMR CODEC: Adaptive Multirate Codec) được coi là công nghệ vượt trội các công nghệ mã hố tiếng khác. Vì thế nó được chọn là sơ đồ mã hố tiếng cho 3GW-CDMA UMTS. Nó cung cấp 8 chế độ mã hoá từ 12,2 bps đến 4,75kbps. Trong số các chế độ này, 12,2kbps, 7,4 kbps và 6,7 kbps có chung một giải thuật với các sơ đồ mã hoá tiếng được tiêu chuẩn hoá ở các tiêu chuẩn của các vùng khác trên thế giới. AMC CODEC cho phép lựa chọn tốc độ tùy theo chất lượng kênh truyền sóng. Nếu chất lượng tốt, tốc độ cao nhất (12,2kbps) được chọn. Nếu đường truyền xấu, một trong số các tốc độ thấp hơn được lựa tùy thuộc vào chất lượng đường truyền.
AMR cũng quy định các công nghệ ngoại vi cần thiết cho thông tin di động. Hai tuỳ chọn được cung cấp là giải thuật VAD (phát hiện tích cực tiếng) và DTX (phát khơng liên tục. Ngồi ra cũng định nghĩa các u cầu cho che dấu lỗi khi xẩy ra lỗi. Chẳng hạn nội suy các thơng số mã hố như khuếch đại bảng mã, hệ số dự đoán ngắn hạn cũng được định nghĩa theo sự chuyển đổi trạng thái do lỗi gây ra.
3.13. TỔNG KẾT
Trước hết chương này trình bày ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến và các kênh logic, kênh truyền tải, kênh vật lý được tạo nên ở giao diện này. Sau đó chương trình bày các thơng số lớp vật lý và quy hoạch tần số của WCDMA. Tại Việt- Nam băng I được chia làm bốn khe và được phân cho 4 nhà khai thác. Ngăn xếp giao thức được chia thành hai loại: một trong mặt phẳng C- Plane để truyền báo hiệu và một trong mặt phẳng U-Plane để truyền lưu lượng. Tiếp theo cấu trúc của các kênh này được trình bày cụ thể. Các kênh được chia thành hai loại: kênh điều khiển, báo hiệu và kênh để truyền lưu lượng. WCDMA là giai đoạn phát triển đầu của 3G WCDMA UMTS vì thế việc thiết kế các kênh
để truyền lưu lượng vẫn tập trung lên dịch vụ chuyển mạch kênh với kênh được sử dụng cho dịch vụ này là DPCH. Tuy nhiên các kênh dung có chuyển mạch gói cũng đã bắt đầu được chú trọng. DSCH (Kênh chia sẻ đường xuống), RACH, FACH và CPCH được sử dụng cho mục đích này. Các kênh RACH, FACH và CPCH được sử dụng để truyền nhanh các gói nhỏ, cịn kênh DSCH được sử cùng với kênh DPCH trong thời điểm gói lớn hơn khả năng truyền của kênh DPCH. Đường xuống sử dụng sơ đồ điều chế QPSK kết hợp với mã hóa kênh kiểm sốt lỗi. Mã hóa kiểm sốt lỗi được thực hiện ở hai lớp: (1) mã hóa phát hiện lỗi CRC, (2) mã hóa sửa lỗi. Các mã sửa lỗi có thể là mã xoắn hoặc mã turbo. WCDMA sử dụng phương pháp trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip Rc=3,84Mcps. Trải phổ được thực hiện tại hai thao tác với hai mã: mã định kênh và mã nhận dạng nguồn phát. Khác với GSM, 3G WCDMA sử dụng cả phân tập phát lẫn phân tập thu tại nút B. Các sơ đồ này có thể nằm trong chế độ vịng hở hoặc vịng kín. Để đảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiễu yêu cầu, hai sơ đồ điều khiển công suất được sử dụng cho WCDMA: điều khiển cơng suất vịng hở và vịng kín. Điều khiển cơng suất vịng hở được áp dụng khi khi UE bắt đầu truy nhập mạng. Điều khiển vịng kín được sử dụng khi UE đã kết nối với nút B. Điều khiển cơng suất vịng kín bao gồm điều khiển cơng suất vòng trong nhanh với tốc độ 1500 lần trong một giây và điều khiển cơng suất vịng ngồi chậm với tốc độ 10-100 lần trong một giây. WCDMA có thể sử dụng chuyển giao cứng hoặc mềm. Chuyển giao mềm chỉ được thực hiện trên cùng một tần số và trong cùng một hệ thống Cuối chương một số thông số và thông tin quan trọng liên quan đến máy thu và máy phát vô tuyến của UE cũng như CODEC thoại cho WCDMA cũng được trình bày.
Chương 4
TRUY NHẬP GĨI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 4.1. GIỚI THIỆU CHUNG
4.1.1. Mục đích chương
• Hiểu kiến trúc ngăn xếp giao thức giao diện vơ tuyến HSDPA
• Hiểu được các sơ đồ lập biểu (Scheduler) và HARQ áp dụng cho HSPA • Hiểu được kiến trúc HSDPA và các kênh của nó
• Hiểu được kiến trúc HSUPA và các kênh của nó • Hiểu được chuyển giao trong HSDPA
4.1.2. Các chủ đề được trình bầy trong chương • Tổng quan HSPA
• Kiến trúc giao diện vơ tuyến của HSPA • HSDPA
• HSUPA
• Chuyển giao HSDPA 4.1.3. Hướng dẫn
• Học kỹ các tư liệu được trình bầy trong chương • Tham khảo các tài liệu tham khảo nếu cần
4.2. TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA)4.2.1. Mở đầu 4.2.1. Mở đầu
Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down Link Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa ra trong R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) được 3GPP chuẩn hóa trong R6 và tháng 12 năm 2004. Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA. Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vào thương mại vào năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại vào năm 2007. Các thông số tốc độ đỉnh của R6 HSPA được cho trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA HSDPA (R6) HSUPA (R6) Tốc độ đỉnh (Mbps) 14,4 5,7
Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8Mbps và tăng đến 3,6 Mbps và 7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 14,4Mbps năm 2008. Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2Mbps trong giai đoạn hai tốc độ này có thể đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008.
HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng mang hoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao (xem hình 4.1).
Hình 4.1. Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với WCDMA (f1).
HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA. Để nâng cấp WCDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần cứng nút B và RNC.
Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ tốc độ cao phi thời gian