Hầu hết các bộ vận hành UMTS đều cĩ 2 hoặc 3 tần số FDD cĩ hiệu lực. Việc vận hành cĩ thể bắt đầu sử dụng một tần số và tần số thứ hai, thứ ba. Sau
3.12. Một vài tần số được sử dụng trong cùng một site sẽ tăng dung lượng của site đĩ hoặc các lớp micro và macro được sử dụng các tần số khác nhau. Chuyển giao giữa các tần số sĩng mang WCDMA cần sử dụng phương pháp này.
Trong chuyển giao này, chế độ nén được sử dụng trong việc đo đạc chuyển giao giống như trong chuyển giao giữa các hệ thống. Thủ tục chuyển giao giữa các tần số được chỉ ra trong hình 3.13. UE cũng sử dụng thủ tục đồng bộ WCDMA giống như chuyển giao trong tần số để nhận dạng cell cĩ tần số mục tiêu. Thời gian nhận dạng cell chủ yếu phù thuộc vào số các cell và số các thành phần đa đường mà UE cĩ thể thu được giống như trong chuyển giao cùng tần số. Yêu cầu thời gian nhận dạng cell là 5s với Ec/I0 của CPICH > -20dB.
Hình 3.12: Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sĩng mang WCDMA.
Các chuẩn WCDMA và GSM hỗ trợ chuyển giao cả hai đường giữa WCDMA và GSM. Sự chuyển giao này cĩ thể sử dụng cho mục đích phủ sĩng và cân bằng tải. Tại pha ban đầu khi triển khai WCDMA, chuyển giao tới hệ thống GSM cĩ thể sử dụng để giảm tải trong các tế bào GSM. Mơ hình này được chỉ ra trong hình 3.14. Khi lưu lượng trong mạng WCDMA tăng, thì rất cần chuyển giao cho mục đích tải trên cả đường lên và đường xuống. Chuyển giao giữa các hệ thống được khởi xướng tại RNC/BSC và từ gĩc độ hệ thống thu, thì chuyển giao giữa các hệ thống tương tự như chuyển giao giữa các RNC hay chuyển giao giữa các BSC. Thuật tốn và việc khởi xướng này khơng được chuẩn hố.
Hình 3.14: Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA.
Thủ tục chuyển giao được mơ tả như hình 3.15. Việc đo đạc chuyển giao giữa các hệ thống khơng hoạt động thường xuyên nhưng sẽ được khởi động khi cĩ nhu cầu thực hiện chuyển giao giữa các hệ thống. Việc khởi xướng chuyển giao là một thuật tốn do RNC thực hiện và cĩ thể dựa vào chất lượng (BLER) hay cơng suất phát yêu cầu. Khi khởi xướng đo đạc, đầu tiên UE sẽ đo cơng suất tín hiệu của các tần số GSM trong danh sách lân cận. Khi kết quả đo đạc đĩ được gửi tới RNC, nĩ ra lệnh cho UE giải mã nhận dạng trạm gốc (BSIC) của cell ứng cử GSM tốt nhất. Khi RNC nhận được BSIC, một lệnh chuyển giao được gửi tới UE. Việc đo đạc cĩ thể hồn thành trong 2s.
Hình 3.15: Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống.
• Chế độ nén:
WCDMA sử dụng việc thu phát liên tục và khơng thể tiến hành đo đạc với bộ nhận đơn nếu như khơng cĩ những khoảng gián đoạn tạo ra bởi các tín hiệu WCDMA. Vì thế, chế độ nén cần thiết cho việc đo đạc trong chuyển giao giữa các tần số và chuyển giao giữa các hệ thống. Trong suốt khoảng gián đoạn của chế độ nén, điều khiển cơng suất nhanh khơng thể sử dụng và một phần độ lợi ghép chèn bị mất. Vì vậy, trong suốt khung nén cần Ec/N0 cao hơn dẫn tới dung lượng bị giảm.
Chế độ nén cũng ảnh hưởng đến vùng phủ sĩng đường lên của các dịch vụ thời gian thực, trong đĩ tốc độ bit khơng thể giảm trong suốt chế độ nén. Vì thế mà thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống phải được bắt đầu đủ sớm tại biên giới các cell để tránh sự suy giảm chất lượng tại chế độ nén.
Chuyển giao từ GSM sang WCDMA được bắt đầu tại BSC của GSM. Khơng cần sử dụng chế độ nén để tiến hành đo đạc WCDMA từ GSM vì GSM sử dụng chế độ thu phát khơng liên tục.
Thời gian ngắt dịch vụ trong chuyển giao giữa các hệ thống lớn nhất là 40ms. Thời gian ngắt là khoảng thời gian giữa block chuyển vận thu cuối cùng trên tần số cũ và thời gian UE bắt đầu phát trên kênh đường lên mới. Tổng khoảng hở dịch vụ lớn hơn thời gian ngắt vì UE cần nhận được kênh riêng hoạt
Đo cường độ hoa tiêu
Hướng dẫn chuyển giao
Chuyển giao yêu cầu ACK
Yêu cầu đo hoa tiêu
Liên kết bộ khung
MS BS sơ cấp A BS thứ cấp B BSC/MSC
Thơng tin chuyển giao ACK
chuyển giao trong GSM. Khoảng hở đĩ khơng làm giảm chất lượng dịch vụ.
3.7. Thiết lập vá kêt thúc chuyển giao mềm
3.7.1. Thiết lập chuyển giao mềm
Một trong các lợi ích chính của hệ thống CDMA là khả năng của một MS thơng tin với nhiều BS đồng thời trong quá trình cuộc gọi. Về mặt chức năng điều này cho phép mạng CDMA thực hiện chuyển giao mềm. Trong chuyển giao mềm một BS sơ cấp điều khiển điều phối các BS khác khi bổ sung cũng như loại bỏ chúng cho cuộc gọi. Điều này cho phép các BS (đến tổng số là ba) thu/phát các gĩi thoại từ một MS cho một cuộc gọi.
Mỗi BS phát các gĩi thoại thu được từ MS đến BSC/MSC chọn khung tốt nhất từ ba trạm. quá trình này cung cấp cho PSTN thoại chất lượng tốt nhất.
Hình 3.16 cho thấy một MS thơng tin với hai BS cho một cuộc gọi. Quá trình này được gọi là chuyển giao mềm hai đường.
• Các bước chuyển giao mềm như sau:
1. MS phát hiện một tín hiệu hoa tiêu từ một ơ mới và thơng báo cho MS sơ cấp A.
2. Một đường truyền từ BS B đến bộ chọn khung được thiết lập. 3. Bộ chọn khung chọn các khung từ cả hai luồng.
4. MS phát hiện rằng hoa tiêu của BS A giảm và yêu cầu loại bỏ đường truyền này.
Hình 3.16: Thiết lập chuyển giao mềm.
BS B gửi cho BS A mã Walsh mà nĩ được cấp. BA A gửi cho MS mã Walsh của B trong HDM. Bây giờ MS cĩ thể đợi thu từ BS B.
BS A gửi mặt chắn mã dài đến BS B. Bay giừo cĩ thể đợi thu MS. Cả hai BS A và B nhận thơng tin điều khiển cơng suất đường xuống từ MS và đưa ra phản ứng thích hợp. MS nhận các bit chính bỏ (cho điều khiển cơng suất) độc lập từ cả A và B. Nếu các hướng dẫn trái ngược, MS giảm cơng suất, trái lại MS tuân theo hướng dẫn.
3.7.2. Kết thúc chuyển giao mềm
Hình 3.17 cho thấy quá trình thơng tin của MS với hai BS A và B và để kết thúc chuyển giao khi A khơng cịn đủ mạnh. Khi MS vào chuyển giao với BS A và B, BS sơ cấp là A. Nhưng MS loại A và bắt đầu chỉ thơng tin với BS B, B trở thành BS sơ cấp mới. PSMM HDM (loại A) HCM ACK Chuyển giao chủ ACK PSMM Yêu cầu đo hoa tiêu
ACK
ACK Chuyển giao chủ
MS BS sơ cấp A BS thứ cấp B BSC/MSC
BS sơ cấp mới thơng tin chuyển giao
Hình 3.17: Kết thúc chuyển giao mềm.
3.8. Kết luận chương
Chuyển giao điển hình nhất của WCDMA là chuyển giao cùng tần số được điều khiển bởi các thơng số. Chuyển giao cùng tần số thường khởi xướng cho sự kiện, và RNC ra lệnh thực hiện chuyển giao dựa vào các báo cáo đo đạc. Trong trường hợp chuyển giao trong cùng tần số UE được kết nối với Nút B tốt nhất để tránh hiệu ứng gần xa, và RNC luơn phải hoạt động để lựa chọn các cell mục tiêu.
Việc đo đạc chuyển giao giữa các hệ thống và giữa các tần số thường chỉ
bắt đầu khi cần thực hiện chuyển giao. Chuyển giao giữa các tần số cần để cân bằng tải giữa các sĩng mang WCDMA và các lớp cell, và để mở rộng vùng phủ sĩng nếu tần số khác khơng bao phủ hết. Chuyển giao tới hệ thống GSM để mở rộng vùng phủ sĩng WCDMA, để cân bằng tải giữa các hệ thống và định hướng các dịch vụ đến các hệ thống phù hợp nhất.
Bảng 3.1: Tổng kết chuyển giao
Kiểu chuyển giao
Đo đạc chuyển giao Báo cáo đo đạc chuyển giao từ UE đến RNC Mục đích chuyển giao Chuyển giao trong tần số WCDMA
Đo trong tồn bộ thời gian sử dụng bộ lọc kết hợp
Báo cáo khởi xướng sự kiện - Sự di động thơng thường Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA -GSM
Việc đo chỉ bắt đầu khi cần thiết, sử dụng chế độ nén Báo cáo định kỳ trong suốt chế độ nén - Phủ sĩng -
-
Dịch vụ Chuyển giao
giữa các tần số WCDMA
Việc đo chỉ bắt đầu khi cần, sử dụng chế độ nén Báo cáo định kỳ trong suốt chế độ nén - Phủ sĩng - Tải
TIN DI ĐỢNG WCDMA
4.1. Ý nghĩa của điều khiển cơng suất
Trong hệ thống thơng tin di động WCDMA, các UE đều phát chung một tần số ở cùng thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh với nhau. Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vơ tuyến đối với từng người sử dụng trong mơi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỷ số Eb/No ( Eb là năng lượng bit, No là mật độ tạp âm trắng Gausơ cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi từ máy phát của người sử dụng khác). Để đảm bảo tỷ số Eb/No khơng đổi và lớn hơn ngưỡng yêu cầu cần điều khiển cơng suất UE. Ở hệ thống WCDMA việc điều khiển cơng suất là bắt buộc và phải nhanh nếu khơng dung lượng của hệ thống sẽ bị giảm.
Dung lượng của hệ thống di động WCDMA đạt giá trị cực đại nếu cơng suất phát của UE được điều khiển sao cho ở node B cơng suất thu được là như nhau đối với tất cả các người sử dụng.
Điều khiển cơng suất được sử dụng cho đường lên để tránh hiện tượng gần- xa và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu lên dung lượng của hệ thống. Đối với đường xuống khơng cần điều khiển cơng suất ở hệ thống đơn cell, vì nhiễu gây ra của các người sử dụng khác luơn ở mức khơng đổi với tín hiệu hữu ích, các tín hiệu đều phát chung và vì thế khơng xảy ra sự khác biệt về tổn hao truyền sĩng như ở đường lên. Ngồi ra điều khiển cơng suất cịn được sử dụng để giảm hiện tượng che tối và duy trì cơng suất phát của UE, cần thiết để đảm bảo SIR cho trước ở mức tối thiểu.
Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển cơng suất là khác nhau trên đường lên và đường xuống. Các mục tiêu của điều khiển cơng suất cĩ thể tĩm tắt như sau :
Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên.
Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động.
Hình 4.1 chỉ ra hiệu ứng gần-xa trên đường lên. Tín hiệu từ các MS khác nhau được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thống WCDMA. Khơng cĩ điều khiển cơng suất, tín hiệu đến từ MS gần với BS nhất
nhất, một MS cĩ cơng suất quá lớn cĩ thể chặn tồn bộ một cell. Giải pháp là phải áp dụng điều khiển cơng suất để đảm bảo rằng các tín hiệu đến từ các đầu cuối khác nhau cĩ cùng cơng suất hay cĩ cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khi chúng đến BS.
Hình 4.1: Hiệu ứng gần-xa (điều khiển cơng suất trên đường lên).
Trên đường xuống, khơng cĩ hiệu ứng gần-xa do mơ hình một-tới-nhiều. Điều khiển cơng suất cĩ nhiệm vụ bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc biệt là nhiễu gần biên giới của các cell này (được chỉ ra trong hình 4.2). Hơn thế nữa, điều khiển cơng suất trên đường xuống cĩ nhiệm vụ làm giảm thiểu tồn bộ nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu.
để đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho các kênh đường xuống giữa BS và MS2.
4.2. Phân loại điều khiển cơng suất
Điều khiển cơng suất phân tán và tập trung
Một bộ điều khiển tập trung cĩ tất cả các thơng tin về các kết nối được thiết lập và độ lợi kênh, và điều khiển tất cả mức cơng suất trong mạng hay một phần của mạng. Điều khiển cơng suất tập trung yêu cầu tín hiệu điều khiển phạm vi rộng trong mạng và khơng thể ứng dụng trong thực tế. Chúng cĩ thể sử dụng để đưa ra giới hạn về hiệu suất của thuật tốn phân tán.
Bộ điều khiển phân tán chỉ điều khiển cơng suất của một trạm phát đơn và thuật tốn chỉ phụ thuộc vào thơng tin nội bộ, như SIR hay độ lợi kênh của người sử dụng đặc biệt.
Những thuật tốn này thực hiện tốt trong trường hợp lý tưởng, nhưng trong các hệ thống thực tế cĩ một số hiệu ứng khơng thích hợp như:
- Tín hiệu đo và điều khiển làm xuất hiện thời gian trễ trong hệ thống.
- Cơng suất phát hợp lý của máy phát bị hạn chế bởi giới hạn vật lý và sự lượng tử hố. Những hạn chế bên ngồi khác như cơng suất phát cực đại trên một kênh đặc biệt tác động đến cơng suất ra.
- Tín hiệu cần thiết điều khiển cĩ thể khơng cĩ hiệu lực và phải được đánh giá.
- Chất lượng là một sự đo đạc chủ quan và cần phải tận dụng sự đo đạc khách quan hợp lý.
Điều khiển cơng suất theo phương pháp đo
Theo phương pháp đo, kỹ thuật điều khiển cơng suất được phân thành 3 loại:
+ Trên cơ sở cường độ :
Một tín hiệu đến node B từ UE được đánh giá để xác định là nĩ cao hơn hay thấp hơn cường độ mong muốn. Node B sẽ gởi lệnh để điều khiển cơng suất cao hơn hay thấp hơn thích hợp.
+ Trên cơ sở SIR :
Phương pháp đo là SIR khi mà tín hiệu bao gồm nhiễu kênh và nhiễu giữa các người sử dụng.
hiểm đến sự vững vàng của hệ thống. Hồi tiếp dương xuất hiện khi một UE dưới sự chỉ dẫn của node B đã tăng cơng suất của nĩ và điều đĩ lặp lại với các UE khác. Trong trường hợp cĩ N UE trong hệ thống, điều này làm tê liệt cả NUE.
+ Trên cơ sở BER :
Nếu cơng suất tín hiệu và nhiễu là hằng số thì BER là hàm của SIR, và trong trường hợp này thì QoS là tương đương. Tuy nhiên, trong thực tế SIR là hàm thời gian và như vậy SIR trung bình sẽ khơng tương ứng với BER trung bình. Trong trường hợp này, BER là cơ sở đo đạt chất lượng tốt hơn.
Điều khiển cơng suất cho đường lên và đường xuống
Điều khiển cơng suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng. Nĩ được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên các thăng giáng tổn hao đường truyền lớn.
Điều khiển cơng suất đường xuống nhằm làm giảm nhiễu giao thoa đường xuống. Điều khiển cơng suất đường xuống khơng chỉ làm giảm nhiễu trong cùng một cell mà đặc biệt cịn làm giảm nhiễu cho các cell khác.
4.3. Điều khiển cơng suất cho đường lên và đường xuống4.3.1. Điều khiển cơng suất cho đường lên 4.3.1. Điều khiển cơng suất cho đường lên
4.3.1.1. Khái quát
Điều khiển cơng suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng. Nĩ được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên các thăng giáng tổn hao đường truyền lớn. Điều khiển cơng suất đường lên gồm điều khiển cơng suất vịng hở (cịn gọi là điều khiển cơng suất tự quản), điều khiển cơng suất vịng kín (điều khiển cơng suất nhanh), điều khiển cơng suất vịng ngồi và điều khiển cơng suất vịng trong.
4.3.1.2. Điều khiển cơng suất vịng hở
Điều khiển cơng suất vịng hở được sử dụng trong WCDMA cho việc thiết lập năng lượng ban đầu cho MS. Trạm di động sẽ tính tốn suy hao đường truyền giữa các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận sử dụng mạch điều khiển độ tăng ích tự động (AGC). Tuỳ theo sự tính tốn suy