Điều khiển công suất vòng ngoài hiệu chỉnh các SIR đích trong BS theo yêu cầu của kênh vô tuyến cụ thể và hướng tới một chất lượng không đổi, được định nghĩa là tỉ lệ lỗi bit (BER) hoặc tỉ lệ lỗi khối (BLER). Tại sao ở đây cần thiết phải thay đổi SIR đích? Các SIR yêu cầu hay BLER = 1% phụ thuộc vào tốc độ MS và đặc tính đa đường. Bây giờ nếu ta có thể thiết lập SIR đích cho cuộc gọi chất lượng kém nhất, ví dụ các tốc độ di động cao, thì sẽ bỏ phí nhiều dung lượng ở các cuộc nối tốc độ thấp. Vì vậy, một chiến lược tốt nhất là để một SIR đích động thay đổi xung quanh một giá trị cực tiểu có thể hoàn thành chất lượng đích được yêu cầu. Điểm thiết lập SIR đích sẽ thay đổi trong những điều kiện như: tốc độ hay môi trường truyền sóng thay đổi.
Điều khiển công suất vòng ngoài được tiến hành bởi có BS đính cờ cho mỗi khung dữ liệu người dùng hướng lên với một nhận dạng xác thực khung, như một CRC kiểm tra kết quả thu được từ quá trình giải mã của khung dữ liệu người dùng cụ thể. Cần bộ nhận dạng chất lượng khung để báo hiệu cho bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) để khi chất lượng truyền dẫn giảm xuống, RNC sẽ ra lệnh cho BS tăng điểm thiết lập SIR đích lên một lượng xác định. Lý do cho việc sử dụng điều khiển vòng ngoài trong RNC vì chức năng này có thể được thực hiện sau một kết hợp chuyển giao mềm có thể.
Điều khiển công suất vòng ngoài là cần thiết để giữ cho chất lượng của truyền thông tại mức yêu cầu bằng cách thiết lập đích cho điều khiển công suất nhanh. Vòng ngoài với mục đích cung cấp chất lượng yêu cầu: không tồi hơn, không tốt hơn. Chất lượng quá cao sẽ làm giảm dung lượng. Vòng ngoài cần trong cả hai hướng lên và xuống bởi vì có điều khiển công suất nhanh trong cả hai hướng lên và xuống. Trong phần dưới đây một vài khía cạnh của vòng lặp điều khiển được mô tả; những áp dụng cho cả hai hướng lên và xuống. Vòng lặp ngoài hướng lên được ấn định trong RNC và vòng ngoài hướng xuống trong UE. Trong IS-95, điều khiển công suất vòng ngoài được sử dụng chỉ cho hướng lên bởi vì không có điều khiển công suất nhanh cho hướng xuống.
Hình 4.18. Điều khiển công suất vòng ngoài
Chất lượng hướng lên được quan sát sau kết hợp phân tập lớn trong RNC và đích SIR được giửi tới nút B. Tần số điều khiển công suất nhanh là 1.5kHz và tần số điều khiển công suất vòng ngoài điển hình là 10 – 100Hz. Một giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài được giới thiệu trong hình 4.20.
Hình 4.19. Điều khiển công suất vòng ngoài hướng lên trong RNC
Hình 4.20. Thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài chung 4.3.3.1. Độ lợi của điều khiển công suất vòng ngoài
Trong phần này chúng ta phân tích bao nhiêu đích SIR cần được hiệu chỉnh khi tốc độ UE hoặc môi trường truyền sóng đa đường thay đổi. Thuật ngữ đích SIR và Eb/N0 đích được sẻ dụng lẫn trong phần này. Kết quả mô phỏng với dịch vụ tốc độ AMR và BLER = 1% được minh họa trên bảng 4.12 với điều khiển công suất vòng ngoài. Ba đặc tính đa đường khác nhau được sử dụng: kênh không Fading tương ứng với thành phần tầm nhìn thẳng mạnh (LOS), kênh ITU người đi bộ Fading, và kênh Fading 3 đường với công suất trung bình bằng nhau cho mỗi thành phân đa đường. Không có phân tập anten ở đây.
Chất lượng thu tốt hơn chất lượng yêu cầu No SIR đíchTăng Yes Giảm SIR đích
Kênh đa đường Tốc độ UE (km/h) Đích Eb/No trung bình (dB) Không phadinh ITU Pedestrian A ITU Pedestrian A ITU Pedestrian A ITU Pedestrian A Công suấn cân bằng 3 đường Công suấn cân bằng 3 đường Công suấn cân bằng 3 đường Công suấn cân bằng 3 đường
- 3 20 50 120 3 20 50 120 5.3 5.9 6.8 6.8 7.1 6.0 6.4 6.4 6.9
Bảng 4.12. Các đích Eb/N0 trung bình trong các môi trường khác nhau
Đích Eb/N0 trung bình thấp nhất cần trong kênh không Fading và cao nhất trong kênh ITU Pedestrian A với tốc độ UE cao. Kết quả này chỉ ra rằng sự thay đổi trong công suất thu càng cao, đích Eb/N0 cũng phải càng cao để có thể cung cấp cùng mức chất lượng dịch vụ. Nếu chúng ta lựa chọn một đích Eb/N0 cố định = 5.3dB theo kênh tĩnh, tỉ lệ lỗi khung của kết nối sẽ trở nên cao trong các kênh Fading và chất lượng thoại bị giảm xuống. Nếu chúng ta chọn một đích Eb/N0 cố định = 7.1dB, chất lượng sẽ được đảm bảo nhưng công suất cao không cần thiết sẽ được sử dụng trong hầu hết tình huống. Chúng ta có thể nhận thấy rằng cần có một lượng để hiệu chỉnh đích của điều khiển công suất vòng kín nhanh bằng điều khiển công suất vòng ngoài.
4.3.3.2. Ước lượng chất lượng thu
Một vài cách tiếp cận để đo chất lượng thu được gới thiệu trong mục này. Một cách tiếp cận tin cậy và đơn giản là sử dụng kết quả của tách lỗi – kiểm tra dư vòng (CRC) – để tách các phần là lỗi hay không. Điểm thuận lợi của việc sử dụng kiểm tra CRC là nó một bộ tách lỗi khung tin cậy và đơn giản. Cách tiếp cận dựa trên CRC được đảm bảo tốt cho các dịch vụ khác nơi mà các lỗi được cho phép xuất hiện thường xuyên, ít nhất một lần trong vài giây, như dịch vụ dữ liệu gói thời gian không thực, tỉ lệ lỗi khối (BLER) có thể là 10–20% trước khi phát lại, và dịch vụ thoại, BLER điển hình là 1% cung cấp dịch vụ yêu cầu. Với mã hóa thoại đa tốc độ thích ứng (AMR) độ sâu cài xen là 20ms và BLER = 1% tương ứng với một lỗi trung bình trong 2 giây. Chất lượng thu có thể được ước lượng dựa trên một thông tin chân thực khung mềm, ví dụ:
- Tỉ lệ lỗi bít ước lượng trước giải mã kênh, gọi là BER thô (BER kênh vật lý).
- Thông tin mềm từ bộ giải mã Viterbi với bộ mã xoắn.
- Thông tin mềm từ bộ giải mã Turbo, ví dụ BER hoặc BLER sau một lần lặp giải mã trung gian.
- Eb/N0 thu.
Thông tin mềm cần cho các dịch vụ chất lượng cao. BER thô được sử dụng như thông tin mềm trên giao diện Iub.
Hình 4.21. Ước lượng chất lượng thu vòng ngoài trong RNC 4.3.3.3. Giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài
Một giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài dựa trên kết quả kểm tra CRC của dữ liệu và có thể được đặc tính hóa trong mã giả ngẫu nhiên (hình 4.22). Nếu BLER của kết nối là một chức năng giảm giám sát của đích Eb/N0, giải thuật này sẽ dẫn tới một BLER cân bằng với BLER đích nếu cuộc gọi là đủ dài. Tham số kích thước bước tính toán tốc độ hội tụ của thuật toán tới đích mong đợi và cũng định nghĩa quá tải gây ra bởi thuật toán. Nguyên lý là kích thước bước càng cao sự hội tụ càng nhanh và quá tải càng cao. Hình 4.23 đưa ra ví dụ về giải thuật với đích BLER 1% và kích thước bước = 0.5dB.
Hình 4.22. Mã giả ngẫu nhiên của một thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài
Hình 4.23. Đích Eb/N0 trong kênh ITU Pedestrian A, mã hóa thoại AMR, đích BLER = 1%, kích thước bước 0.5dB, tốc độ 3km/h
4.3.3.4. Dịch vụ chất lượng cao
Dịch vụ chất lượng cao với BLER rất thấp (nhỏ hơn 10-3) được yêu cầu được hỗ trợ bằng mạng 3G. Trong các dịch vụ này, lỗi là rất hiếm. Nếu BLER yêu cầu là 10-3 và độ sâu cài xen là 40ms, một lỗi xuất hiện trung bình trong 40ms/10-3 = 40s. Nếu chất lượng thu được ước lượng dựa trên các lỗi tách bằng các bít CRC, sự hiệu chỉnh đích Eb/N0 là rất chậm và sự hôi tụ của đích Eb/N0 tới giá trị tối ưu diễn ra
trong thời gian dài. Do đó, cho dịch vụ chất lượng cao, thông tin tin cậy khung mềm có thuận lợi. Thông tin mềm có thể đạt được từ mọi khung nếu không có lỗi.
4.3.3.5. Động lực điều khiển công suất giới hạn
Tại biên của vùng phủ sóng, UE có thể đạt tới công suất phát cực đại. Trong trường hợp đó, BLER thu được có thể cao hơn mong đợi. Nếu chúng ta áp dụng trực tiếp thuật toán vòng ngoài (hình 4.20), đích SIR hướng lên sẽ tăng. Sự tăng lên của đích SIR không nâng cao chất lượng hướng lên nếu nút B vừa gửi lệnh tăng công suất tới UE. Trong trường hợp đó đích Eb/N0 có thể trở nên cao hơn cần thiết. Khi UE trở về gần nút B hơn, chất lượng của kết nối là cao không cần thiết trước khi vòng ngoài giảm đích Eb/N0 về giá trị tối ưu. Trong ví dụ này, dịch vụ thoại AMR với cài xen 20ms được mô phỏng với thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài (hình 4.22). Một đích BLER = 1% và một kích thước bước vòng ngoài = 0.5dB được giả thiết ở đây. Với tự động điều khiển công suất hoàn toàn, một lỗi sẽ xuất hiện một lần trong 2 giây cung cấp BLER = 1% với cài xen 20ms. Công suất phát cực đại của UE là 125mW, nghĩa là 21dBm.
Vấn đề tương tự có thể cũng xuất hiện khi UE đạt mức công xuất phát cực tiểu. Trong trường hợp này, đích Eb/N0 sẽ trở nên thấp không cần thiết. Vấn đề tương tự có thể cũng được quan sát trong hướng xuống nếu công suất kết nối hướng xuống đang sử dụng giá trị cực đại hoặc cực tiểu của nó.
Các vấn đề vòng ngoài từ tự động điều khiển công suất giới hạn có thể tránh bằng cách thiết lập giới hạn chặt cho đích Eb/N0 hoặc bằng một thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài thông minh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.3.3.6. Đa dịch vụ
Một trong những yêu cầu cơ bản nhất của mạng UMTS là đáp ứng đa dịch vụ trên một kết nối vật lý đơn. Do tất cả các dịch vụ đều có điều khiển công suất nhanh, nên có thể chỉ có một đích chung cho điều khiển công suất nhanh. Vấn đề này có thể được lựa chọn theo dịch vụ yêu cầu đích cao nhất. May mắn là không có sự khác biệt đáng kể giữa các đích được yêu cầu nếu tốc độ không cân bằng được áp dụng trên lớp một để cung câó các chất lượng khác nhau. Kịch bản đa dịch vụ được thể hiện trong hình 4.24.
Hình 4.24. Điều khiển công suất vòng ngoài hướng lên đa dịch vụ trên một kết nối
4.3.3.7. Điều khiển công suất vòng ngoài hướng xuống
Điều khiển công suất vòng ngoài hướng xuống vận hành trong UE. Mạng có thể điều khiển hiệu quả các kết nối hướng xuống ngay cả khi không kiểm soát được thuật toán vòng ngoài hướng xuống. Thứ nhất, mạng thiết lập đích chất lượng cho mỗi kết nối hướng xuống, đích có thể thay đổi trong suốt cuộc nối. Thứ hai, nút B không cần phải tăng công suất hướng xuống của cuộc nối ngay cả khi UE gửi lệnh tăng công suất. mạng có thể thay đổi chất lượng của các kết nối hướng xuống khác nhau một cách nhanh chóng bằng cách không tuân theo lệnh điều khiển công suất của UE.
4.4. Chuyển giao
Nhằm cung cấp dịch vụ đa phương tiện, chuyển giao mềm là cần thiết cho việc truyền thông được thông suốt. Chuyển giao mềm là một trong các kỹ thuật quan trọng để nâng cao hiệu suất hệ thống. Chuyển giao mềm là một cơ chế chuyển một cuộc gọi đang diễn ra từ một cell tới cell khác khi mà user di chuyển qua vùng
bao phủ của một cell. Có hai kiểu chuyển giao là: chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. Chuyển giao cứng là một phương thức break-before-make, ở đây, một kênh mới được thiết lập sau khi đã giải phóng kênh cũ. Một lượng giới hạn chính xác có thể được đưa ra để giới hạn hiệu ứng ping-pong. Chuyển giao cứng được sử dụng trong các hệ thống TDMA, FDMA, CDMA.
Trong WCDMA, tất cả các user trong cùng cell chia sẻ đồng thời cùng một phổ tần số. Trong một mạng tế bào WCDMA, điều đó cũng đúng cho các user trong các cell khác. Nó chỉ ra rằng WCDMA cũng hỗ trợ chuyển giao mềm, là một phương thức make-before-break. Khi tín hiệu pilot từ một BS mới mạnh hơn giá trị ngưỡng T_ADD, một liên kết mới tới BS được thiết lập trong khi vẫn duy trì liên kết đang tồn tại. Trong trường hợp này, cuộc gọi được gọi là trong trạng thái chuyển giao mềm.
4.4.1. Chuyển giao mềm
Chức năng chuyển giao mềm cần được thực hiện trong hệ thống WCDMA. Mục đích của mục này là giới thiệu tất cả các loại chuyển giao mềm trong hệ thống WCDMA. Chuyển giao mềm là cần thiết trong các tình huống khi mà cell không thu đủ tín hiệu từ MS: (1) tại biên cell, -100 dBm, là mức cần một chuyển giao mềm trong một môi trường giới hạn nhiễu; (2) khi MS đang tìm được lỗ trống độ mạnh tín hiệu trong cell site. Số chuyển giao mềm, ngưỡng thêm và ngưỡng bớt của tín hiệu pilot, bộ định thời là tất cả những tham số quan trọng trong chuyển giao mềm cho hiệu suất hệ thống.
Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào ngưỡng thêm và ngưỡng bớt của tín hiệu pilot và bộ định thời. Sự tăng lên số lượng chuyển giao gây ra hiệu ứng ping- pong. Các cell nhỏ hơn được triển khai để giải quyết yêu cầu dung lượng tăng lên, số lượng biên cell theo đó cũng tăng lên. Mỗi chuyển giao mềm yêu cầu các tài nguyên mạng để định tuyến lại cuộc gọi tới BS mới. Tối thiểu hóa số lượng chuyển giao mềm mong đợi thì sẽ tối thiểu hóa tải bị khóa (cuộc gọi bị chặn). Giá trị ngưỡng thêm vào và ngưỡng bớt của tín hiệu pilot ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu thu. Nếu chuyển giao mềm không diễn ra nhanh, chất lượng dịch vụ có thể suy giảm dưới mức có thể chấp nhận được. Trong chuyển giao mềm có một sự ngắt quãng dịch vụ ngắn. Tần suất của những sự lặp lại này tăng lên sẽ làm cho QoS nhận được bị giảm. Nguy cơ rớt cuộc gọi dẫn tới các hệ số như khả năng tăng kênh
với một số cố gắng chuyển giao. Tất cả các giải pháp này thay thế các thách thức trong hệ thống tế bào, như sự tăng lên số các chuyển giao, giải thuật chuyển giao cần để nâng cao QoS đạt được không suy giảm và chi phí cho hạ tầng mạng tế bào không quá cao. Tất cả các giải pháp này đẩy mạnh quá trình tìm kiếm một tập hợp các giá trị tham số tối ưu cho chuyển giao nhằm cung cấp QoS yêu cầu trong WCDMA.
4.4.1.1. Nguyên lý chuyển giao mềm trong WCDMA
Trong chuyển giao mềm, một MS được phép kết nối đồng thời tới vài BS, được lựa trọn bằng cách sử dụng ngưỡng tương đối. Một MS rơi vào trạng thái chuyển giao mềm khi cường độ tín hiệu của cell lân cận đạt tới một ngưỡng cho trước nhưng vẫn thấp hơn cường độ tín hiệu của BS hiện thời.
Chuyển giao mềm trong WCDMA là một kiểu trong chuyển giao trong tần số. Chuyển giao mềm là một trong những đặc điểm cốt yếu bởi vì tính đơn giản của nó trong hệ thống di động dựa trên CDMA. Vì thế, chuyển giao mềm đã trở thành một trong những giải pháp chính thách thức chính trong hệ thống WCDMA. Chuyển giao mềm đảm bảo hiệu suất tốt hơn chuyển giao cứng. Hai độ lợi được biết tới nhiều nhất là nâng cao giới hạn Fading và dung lượng hướng lên cao hơn, trong khi nhược điểm cũng bao gồm nhiễu hướng xuống cao hơn và việc triển khai cũng phức tạp hơn.
Trong hướng lên, mỗi BS trong tập tích cực thu đồng thời tín hiệu từ cùng một MS bởi hệ số sử dụng lại tần số là một, sau đó BS giả mã tín hiệu, sau khi giải mã một khung, BS gửi khung tới bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC), và RNC lựa chọn BS với chất lượng tín hiệu tốt nhất trên một khung và gửi dữ liệu đi, về mặt này, nó khác so với chuyển giao mềm hơn. Trong hướng xuống, MS đồng thời thu