CLPC được sử dụng để điều khiển cụng suất khi kết nối đó được thiết lập. Mục đớch chớnh là để bự những ảnh hương của sự biến đổi nhanh của mức tớn hiệu vụ tuyến. Do đú, chu kỳ điều khiển phải đủ nhanh để phản ứng lại sự thay đổi nhanh của mức tớn hiệu vụ tuyến.
P_trx=1/cường độ hoa tiờu Ước tớnh cường độ hoa tiờu
Quỏ trỡnh phỏt triển lờn 3G và hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 WCDMA ================================================= =
Hỡnh 3.30: Cơ chế điều khiển cụng suất CLPC
Hỡnh 3.30 thể hiện cơ chế CLPC đường lờn đối với WCDMA. Trong CLPC, BS điều khiển UE tăng hoặc giảm cụng suất phỏt với tần số 1.5kHz (1500 lần trong một giõy). Bước tăng, giảm cụng suất là 1, 2, 3dB. Quyết định tăng hay giảm cụng suất phụ thuộc vào mức tớn thu SNR tại BS. Khi BS thu tớn hiệu từ UE, nú so sỏnh mức tớn hiệu thu với một mức ngưỡng cho trước. Nếu mức tớn hiệu thu được vượt quỏ mức ngưỡng cho phộp, BS sẽ gửi lệnh điều khiển cụng suất phỏt (TPC) tới UE để giảm mức cụng suất phỏt của UE. Trong trường hợp mức tớn hiệu thu được nhỏ hơn mức ngưỡng, BS sẽ gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức cụng suất phỏt. Một số tham số được sử dụng để đỏnh giỏ chất lượng cụng suất thu để thực hiện quyết định điều khiển cụng suất như: SIR, tỉ lệ lỗi khung – FER và tỉ lệ lỗi bit BER. CLPC cũng được sử dụng cho việc điều khiển cụng suất đường xuống. Trong trường hợp đú, vai trò của UE và BS đổi lẫn cho nhau. UE so sỏnh mức tớn hiệu thu từ BS với một mức ngưỡng cho trước và gửi lệnh điều khiển cụng suất TPC đến BS để điều chỉnh mức cụng suất phỏt của BS.
Ở hệ thống WCDMA, CLPC bao gồm: điều khiển cụng suất vòng trong và điều khiển cụng suất vòng ngoài. Cơ chế CLPC núi trờn là cơ chế điều khiển cụng suất vòng trong và đú là cơ chế điều khiển cụng suất nhanh nhất trong hệ thống WCDMA. Cơ chế điều khiển cụng suất này còn được gọi là điều khiển cụng suất nhanh.
Một loại điều khiển cụng suất vòng kớn khỏc là điều khiển cụng suất vòng ngoài (OLPC). Mục đớch của điều khiển cụng suất vòng ngoài là giữ cho mức ngưỡng SIR cho quỏ trỡnh điều khiển cụng suất vòng trong đường lờn tương ứng với một mức chất lượng dịch vụ phự hợp. Trong quỏ trỡnh điều khiển cụng suất này, RNC thực hiện vai trò kiểm soỏt chất lượng của kết nối vụ tuyến. Do vậy, RNC cú
Quỏ trỡnh phỏt triển lờn 3G và hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 WCDMA ================================================= =
khả năng xỏc định mức cụng suất cho phộp của cell và mức ngưỡng SIR tại BS. Để duy trỡ chất lượng dịch vụ của kết nối vụ tuyến, RNC sử dụng cơ chế điều khiển cụng suất này để thay đổi mức ngưỡng SIR tại BS và do đú sẽ đảm bảo những thay đổi về chất lượng dịch vụ nằm trong tầm kiểm soỏt. Khi đú, mạng cú khả năng bự những thay đổi trong điều kiện truyền dẫn vụ tuyến và đạt được chất lượng dịch vụ yờu cầu.
3.4.7.3. Cỏc trường hợp điều khiển cụng suất đặc biệt
Ngoài cơ chế điều khiển cụng suất thụng thường, trong WCDMA còn cú những trường hợp điều khiển cụng suất đặc biệt. Cỏc trường hợp điều khiển cụng suất đặc biệt như: điều khiển cụng suất kết hợp với chuyển giao mềm, kết hợp với phõn tập vị trớ trạm (SSDT), và điều khiển cụng suất ơ chế độ nộn.
• Ở trạng thỏi chuyển giao mềm, cụng suất phỏt của UE được điều chỉnh dựa trờn việc lựa chọn lệnh điều khiển cụng suất (TPC) phự hợp nhất từ những lệnh điều khiển cụng suất mà nú nhận được từ cỏc BS cú kết nối đến UE đú (hỡnh 3.31). Trong trường hợp đú, UE nhận cỏc lệnh điều khiển cụng suất cú nội dung khỏc nhau. Cỏc lệnh này khỏc nhau cú thể là do lỗi truyền dẫn cũng cú thể do tỡnh trạng của mạng yờu cầu như vậy. Do vậy, UE phải xử lý tỡnh huống cú mõu thuẫn giữa cỏc lệnh điều khiển cụng suất. Để giải quyết mõu thuẫn đú, UE thực hiện lệnh điều khiển cụng suất theo nguyờn tắc: nếu bất kỳ một lệnh điều khiển cụng suất nào yờu cầu giảm cụng suất thỡ UE sẽ giảm cụng suất phỏt của nú. Ngoài ra, UE cú thể sử dụng một mức ngưỡng để xỏc định cỏc lệnh điều khiển tin cậy, dựa vào mức ngưỡng đú, UE cú thể tăng hoặc giảm cụng suất.
Hỡnh 3.31: Điều khiển cụng suất kết hợp với chuyển giao mềm
• SSDT cũng là một trường hợp điều khiển cụng suất đặc biệt. Nguyờn tắc SSDT là: BS cú mức tớn hiệu mạnh nhất là được lựa chọn là BS truyền dẫn. Sau đú, cỏc BS khỏc cú kết nối đồng thời tới UE sẽ khúa kờnh vật lý số liệu dành riờng (DPDCH). Do vậy, cụng suất phỏt của UE được điều chỉnh dựa trờn lệnh điều khiển cụng suất của BS cú mức tớn hiệu mạnh nhất. Phương phỏp điều khiển cụng suất này cú thể giảm can nhiễu đường xuống khi UE ơ trạng thỏi chuyển giao mềm.
TPC: “Giảm cụng suất” TPC: “Tăng cụng suất” TPC: “Giảm cụng suất” Mức cụng suất giảm TPC: “Tăng cụng suất” TPC: “Tăng cụng suất” TPC: “Tăng cụng suất” Kiểm tra độ tin cậy TPC Mức cụng suất tăng
Quỏ trỡnh phỏt triển lờn 3G và hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 WCDMA ================================================= =
Hỡnh 3.32: Phõn tập lựa chọn trạm
• Trường hợp còn lại là chế độ nộn. Hoạt động thu, phỏt của BS và UE bị ngắt theo một chu kỳ định trước để cú thời gian thực hiện đo lường cỏc tần số vụ tuyến của cỏc hệ thống khỏc trong trường hợp chuyển giao giữa cỏc hệ thống. Do vậy, quỏ trỡnh điều khiển cụng suất cũng bị ngắt. Trong trường hợp này, UE sẽ thực hiện việc tăng hoặc giảm cụng suất với bước điều chỉnh lớn hơn bỡnh thường để đảm bảo mức SIR phự hợp.
Tất cả cỏc ụ thuộc tập tớch cực ứng cử tốt nhất nằm
Quỏ trỡnh phỏt triển lờn 3G và hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 WCDMA ================================================= =
3.5. So sỏnh hệ thống UMTS với hệ thống GSM 2G và CDMA 2000 3.5.1. Với GSM
GSM UMTS
Truyền súng ơ hai dải tần 900 và 1800MHz
Truyền súng ơ dải tần xấp xỉ 2GHz
Độ rộng băng tần kờnh 200KHz Độ rộng băng tần kờnh 5MHz Đặc tớnh lưu lượng đối xứng cả ơ đường
lờn và đường xuống.
Đặc tớnh lưu lượng bất đối xứng ơ đường lờn và đường xuống
GSM FDD-14,4kbps Tốc độ số liệu:
+ 8kbps đến 384kbps với WCDMA/FDD + tới 2Mbps với WCDMA/TDD
Hệ số tỏi sử dụng tần số >3 Hệ số tỏi sử dụng tần số bằng 1 Phương phỏp đa truy nhập TDMA Phương phỏp đa truy nhập CDMA Quy hoạch vụ tuyến cú tớnh chất tĩnh với
việc tăng lưu lượng.
Quy hoạch vụ tuyến cú tớnh chất động, bỏn kớnh vựng phủ súng của cell phụ thuộc vào số người sử dụng trong cell đú
Dung lượng tớnh được cho bơi một cấu hỡnh phần cứng nào đú
Dung lượng phụ thuộc vào mức dộ nhiễu, do vậy rất nhạy cảm với cấu hỡnh mạng.
Điều khiển cụng suất dựa trờn cỏc thuật toỏn đơn giản
Điều khiển cụng suất là thiết yếu để khắc phục hiệu ứng gần xa.
Chuyển giao: chỉ cú chuyển giao cứng Chuyển giao cú 3 loại: Chuyển giao cứng, mềm và mềm hơn. Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trờn đặc thự phõn đoạn ụ.
Bảng 3.4: So sỏnh giao diện vụ tuyến giữa hệ thống WCDMA và GSM
3.5.2. Với CDMA 2000
Cú thể thấy WCDMA và CDMA 2000 đỏp ứng đầy đủ cỏc yờu cầu của IMT- 2000 bao gồm việc hỗ trợ cỏc dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao, dữ liệu gúi và truy nhập IP. Cú thể thấy sự khỏc nhau ơ yờu cầu về băng tần nờn việc so sỏnh hai cụng nghệ này sẽ hợp lý hơn nếu như so sỏnh chỳng trờn dải băng thụng 5MHz. Mặc dự
Quỏ trỡnh phỏt triển lờn 3G và hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 WCDMA ================================================= =
cả hai cụng nghệ này đều dựng kỹ thuật trải phổ trực tiếp DS-CDMA làm cụng nghệ đa truy nhập, thế nhưng cũng cú một số điểm khỏc biệt nhất định. Những sự giống nhau và khỏc nhau về cỏc tiờu chớ cú thể túm tắt như sau:
Tốc độ chip
WCDMA sử dụng tốc độ chớp lớn hơn so với so với CDMA 2000. Với tốc độ chip cao hơn WCDMA thớch hợp hơn cho những dịch vụ tốc độ dữ liệu cao do chống được Fading đa đường tốt hơn. Tốc độ chớp cao hơn sẽ giỳp cho WCDMA cú được đặc tớnh phõn tập đa đường tốt hơn, đặc biệt trong mụi trường đụ thị Cell kớch cỡ bộ. Phõn tập đa đường giỳp chống Fading và cải thiện vựng phủ. Hơn nữa, tốc độ chớp cao hơn cải thiện khả năng của mỏy thu chống lại ảnh hương đa đường. Về lý thuyết thỡ tốc độ chip cao hơn thớch hợp cho việc truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao hơn, nhưng thực tế vỡ mỗi hệ thống cú cấu trỳc khung khỏc nhau nờn dung lượng của WCDMA khụng lớn hơn so với CDMA 2000. Tốc độ chip cao hơn cú đồng nghĩa là tăng ớch trung kế cũng lớn hơn, số bớt tớn hiệu mào ớt hơn, đặc biệt với những dịch vụ yờu cầu tốc độ cao. Trong hệ thống cdma2000 cú hai phương thức trải phổ cho đường xuống: trải phổ trực tiếp DS với tốc độ chớp là 3.6864 Mcps (băng tần 5MHz) và đa súng mang MC bằng cỏch ghộp ba súng mang 1.25MHz được trải phổ với tốc độ chớp là 1.2288 Mcps. Như vậy, trong hệ thống WCDMA với băng tần 5MHz thỡ chỉ tồn tại duy nhất phương thức DS với tốc độ chip là 3.84Mcps. Còn đối với hệ thống CDMA 2000, việc sử dụng phương thức MC cho phộp việc cấp phỏt băng thụng linh hoạt hơn. Khi CDMA 2000 sử dụng băng thụng trờn 10 MHz thỡ số kờnh của nú lớn hơn so với WCDMA, vớ dụ ơ chế độ MC với 20 MHz thỡ CDMA 2000 cú 14 kờnh 1.2288 Mbps còn WCDMA chỉ cú 4 kờnh 3.84 Mbps. Chế độ MC cho phộp tương thớch ngược hoàn toàn với hệ thống 2G IS-95, do dú việc nõng cấp từ IS-95 lờn CDMA 2000 diễn ra thuận lợi và trụi chảy. Đõy chớnh là ưu điểm rất nổi bật của CDMA 2000 so với WCDMA. CDMA 2000 lựa chọn tốc độ chớp dựa trờn hệ thống IS-95, do đú, cỏc thuờ bao của mạng IS-95 cú thể dễ dàng hoạt động trong mạng CDMA 2000.
Đồng bộ Cell
CDMA 2000 hoạt động ơ phương thức đồng bộ Cell tức là tất cả cỏc Cell được đồng bộ về mặt thời gian và thường là thụng qua hệ thống định vị toàn cầu GPS. Với mụi trường đụ thị đụng đỳc và trong nhà thỡ sử dụng tớn hiệu GPS gặp khỏ nhiều khú khăn do tớn hiệu này là tớn hiệu tầm nhỡn thẳng. Việc đồng bộ bơi GPS cú thực hiện rất nhanh bơi vỡ tớn hiệu từ vệ tinh GPS cú thể nhận từ mọi vị trớ trờn thế giới, tuy nhiờn cần lưu ý rằng đõy là cụng nghệ độc quyền của nước Mĩ.
Ngược lại WCDMA được thiết kế hoạt động ơ chế độ dị bộ (khụng đồng bộ). Hoạt động ơ chế độ dị bộ thỡ WCDMA cú lợi thế trong cỏc mụi trường trong nhà, còn ơ chế độ đồng bộ cdma2000 cải thiện được vấn đề chuyển giao. Trong hệ thống WCDMA, cỏc trạm gốc khụng cần đồng bộ nhưng cỏc đầu cuối luụn phải đồng bộ với trạm gốc của Cell đang phục vụ. Để thực hiện điều này thỡ trạm gốc trong WCDMA đó gửi lần lượt cỏc tớn hiệu đồng bộ SCH1 và SCH2 giỳp đầu cuối giải mó được mó scrambling. Với thủ tục này thỡ việc đồng bộ sẽ bị trễ đi
Quỏ trỡnh phỏt triển lờn 3G và hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 WCDMA ================================================= =
khoảng 150 đến 500 ms, và như vậy việc chuyển giao tiềm ẩn nhiều vấn đề thậm chớ đó sử dụng chuyển giao mềm.
Cấu trỳc khung
WCDMA sử dụng cấu trỳc khung dài 10 ms còn cdma2000 sử dụng cấu trỳc khung 5 hoặc 20 ms, tuy nhiờn cấu trỳc khung khung 20 ms thường hay được sử dụng hơn. Với cấu trỳc khung ngắn hơn, WCDMA bị trễ ớt hơn so với cdma2000, tuy nhiờn đõy khụng phải là vấn đề lớn vỡ cấu trỳc khung 20 ms đó được sử dụng trong 2G CDMA mà khụng gặp trơ ngại gỡ.
Kờnh Pilot
Kờnh Pilot là tớn hiệu được truyền đi liờn tục, cho phộp đầu cuối thu được hệ đồng bộ thời gian ơ kờnh hướng xuống nhằm cung cấp pha chuẩn cho việc giải điều chế kết hợp đồng thời giỳp cho việc so sỏnh độ lớn của tớn hiệu giữa cỏc trạm gốc để xỏc định lỳc nào sẽ chuyển giao. WCDMA sử dụng Pilot ghộp kờnh theo thời gian dành riờng còn CDMA 2000 dựng Pilot ghộp kờnh theo mó chung.
Tần số điều khiển cụng suất
Giải phỏp điều khiển cụng suất vòng kớn nhanh đều được ỏp dụng cho cả hai cụng nghệ này. Tuy nhiờn, tần số điều khiển cụng suất trong hệ thống WCDMA (1500 Hz) lớn hơn gần 2 lần so với tần số sử dụng trong CDMA 2000 (800 Hz) và như vậy WCDMA với tần số điểu khiển cụng suất lớn hơn thỡ chất lượng tớn hiệu sẽ được đảm bảo hơn và cú khả năng cho phộp tăng thờm số người sử dụng.
Mào đầu kờnh chung
Cụng suất tiờu thụ của cỏc kờnh chung (như kờnh pilot, đồng bộ, tỡm gọi...) ảnh hương đến bỏn kớnh phủ súng của trạm gốc và do đú ảnh hương đến dung lượng của hệ thống. Cấu trỳc kờnh pilot của WCDMA dựa trờn cỏc tớn hiệu chung hoặc dành riờng còn CDMA 2000 dựa trờn chuỗi tớn hiệu pilot liờn tục. Kờnh pilot của CDMA 2000 cần khoảng 20% tổng cụng suất của đường xuống lớn hơn so với 10% của WCDMA. Do đú, tăng ớch trung kế của WCDMA lớn hơn so với CDMA 2000. Ở trờn chỳng ta đó thấy những điểm khỏc nhau chủ yếu giữa hai cụng nghệ này là ơ tốc độ chip, đồng bộ cell, cấu trỳc kờnh đường xuống, kờnh pilot…Tuy nhiờn, trờn quan điểm kỹ thuật cú thể đỏnh giỏ rằng trong tương lai do sự tiến bộ của cụng nghệ, những khỏc biệt này sẽ được khắc phục và khụng phải là vấn đề lớn. Cú thể thấy mỗi cụng nghệ cú những ưu điểm riờng của nú, vấn đề là nhu cầu về cỏc dịch vụ và ứng dụng ơ tốc độ nào thỡ sẽ cú cụng nghệ đỏp ứng được tốc độ đú.
Quỏ trỡnh phỏt triển lờn 3G và hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 WCDMA ================================================= =
Thụng số WCDMA FDD CDMA 2000
Phương thức đa truy nhập và ghộp kờnh DS-CDMA FDD MC hoặc DS – CDMA FDD Băng thụng 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 trỳc 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 Khụng đồng bộ Đồng bộ dựa vào GPS
Tớn hiệu Pilot Ghộp kờnh phõn chia theo
thời gian Ghộp kờnh theo mó chung Tốc độ điều khiển cụng
suất 1500 Hz 800 Hz
Điều chế - QPSK cho cả hai đường lờn xuống
- QPSK cho đường xuống - BPSK cho đường lờn
Kiểu phõn tập
Phõn tập phỏt chuyển mạch thời gian
Phõn tập mó hoỏ khối thời gian khụng gian
- Phõn tập phỏt trực giao - Phõn tập khụng gian thời gian
Liờn hoạt động GSM-WCDMA: handover Tương thớch ngược hoàn toàn với IS-95
Mạng lừi GSM-MAP IS-41
Bảng 3.5: So sỏnh giao diện vụ tuyến giữa hệ thống WCDMA và cdma2000
3.6. Xu hướng phỏt triển và cỏc yếu tố thỳc đẩy 4G
3.6.1. Xu hướng phỏt triển
Xu hướng cụng nghiệp hiện nay đú là:
Cỏc hệ thống thụng tin di động 3G đang được cải tiến dần nhằm đỏp ứng được yờu cầu ngày càng cao của người sử dụng.
Cỏc mạng lừi 3G đang được phỏt triển thống nhất tới một mạng lừi chuyển mạch gúi chung sử dụng giao thức IETF.
Cỏc nhà cung cấp dịch vụ hướng tới phỏt triển cỏc dịch vụ đa phương tiện dựa trờn IP.
Hội tụ cỏc mạng vụ tuyến (di động, WLAN…) và hữu tuyến. Cỏc tổ chức: OHG, ITU, ARIB, ETSI, TIA.
Quỏ trỡnh phỏt triển lờn 3G và hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 WCDMA ================================================= =
Mạng lừi IP thống nhất cú khả năng: