Điều khiển công suất vòng hở ước lượng tổn hao đạt được sau khi đo lường RSRP và tính toán công suất phát dựa trên phương trình sau:
PPUSCH = min {Pmax , 10log10M + P0 + α.PL}
Hình 2-29:Điều khiển công suất vòng hở 2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín
UE sẽ điều chỉnh công suất phát của mình dựa trên lệnh TCP. Lệnh TCPđược phát dựa bởi eNodeB đến UE, dựa trên SINR mong muốn và SINR màeNodeB thu được. Trong hệ thống điều khiển công suất vòng kín , bộ thu đường lêntại eNodeB ước lượng SINR của tín hiệu thu và nó so sánh với giá trị SINR mongmuốn. Khi SINR thu được thấp hơn SINR mong muốn, lệnh TCP được phát đến UEyêu cầu tăng công suất phát. Ngược lại, lệnh TCP sẽyêu cầu UE giảm công suấtphát.
hoãnkhoảng 5 ms. Kỹthuật điều khiển công suất ởLTE kết nối cảvòng hởvà vòng kín.Hồi tiếp vòng kín chỉ cần thiết để bù cho trường hợp UE ước lượng công suất phátkhông thỏa mãn.
2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở
Điều khiển công suất vòng hở ước lượng tổn hao đạt được sau khi đo lường RSRP và tính toán công suất phát dựa trên phương trình sau:
PPUSCH = min {Pmax , 10log10M + P0 + α.PL}
Hình 2-29:Điều khiển công suất vòng hở 2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín
UE sẽ điều chỉnh công suất phát của mình dựa trên lệnh TCP. Lệnh TCPđược phát dựa bởi eNodeB đến UE, dựa trên SINR mong muốn và SINR màeNodeB thu được. Trong hệ thống điều khiển công suất vòng kín , bộ thu đường lêntại eNodeB ước lượng SINR của tín hiệu thu và nó so sánh với giá trị SINR mongmuốn. Khi SINR thu được thấp hơn SINR mong muốn, lệnh TCP được phát đến UEyêu cầu tăng công suất phát. Ngược lại, lệnh TCP sẽyêu cầu UE giảm công suấtphát.
hoãnkhoảng 5 ms. Kỹthuật điều khiển công suất ởLTE kết nối cảvòng hởvà vòng kín.Hồi tiếp vòng kín chỉ cần thiết để bù cho trường hợp UE ước lượng công suất phátkhông thỏa mãn.
2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở
Điều khiển công suất vòng hở ước lượng tổn hao đạt được sau khi đo lường RSRP và tính toán công suất phát dựa trên phương trình sau:
PPUSCH = min {Pmax , 10log10M + P0 + α.PL}
Hình 2-29:Điều khiển công suất vòng hở 2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín
UE sẽ điều chỉnh công suất phát của mình dựa trên lệnh TCP. Lệnh TCPđược phát dựa bởi eNodeB đến UE, dựa trên SINR mong muốn và SINR màeNodeB thu được. Trong hệ thống điều khiển công suất vòng kín , bộ thu đường lêntại eNodeB ước lượng SINR của tín hiệu thu và nó so sánh với giá trị SINR mongmuốn. Khi SINR thu được thấp hơn SINR mong muốn, lệnh TCP được phát đến UEyêu cầu tăng công suất phát. Ngược lại, lệnh TCP sẽyêu cầu UE giảm công suấtphát.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
Thích ứng nhanh được áp dụng quanh điểm hoạt động vòng hở để tạo thànhđiều khiển công suất vòng kín. Điều này có thể điều khiển can nhiễu và tinh chỉnhcông suất để phù hợp với điều kiện kênh truyền (bao gồm fading nhanh). Tuy nhiên,do tính trực giao ở đường lên của LTE, điều khiển công suất vòng kín của LTEkhông cần sử dụng điều khiển công suất vòng kín nhanh như áp dụng đối với ởWCDMA (để tránh vấn đề gần xa). Thay đổi băng thông phát cùng với việc thiếtlập MSC để đạt được đến tốc độdữliệu phát mong muốn.
Hình 2-30: Điều khiển công suất vòng kín
Delta- MCS: cho phép công suất trên khối tài nguyên thích nghi theo tốc độphát dữ liệu thông tin. Công suất phát đòi hỏi trên khối tài nguyên là (2k.BPRE – 1).Trong đó BPRE là tỷ số số bit thông tin trên thành phần tài nguyên RE trong mộtRB, k là hệ số tỷ lệ và giá trị thích hợp cho k là 1.25 đối với công suất offset phụthuộc vào MCS.
2.8 Chuyển giao.
Các mạng di động cho phép người sửdụng có thểtruy nhập các dịch vụtrong khi di chuyển nên có thuật ngữ “tự do” cho các thiết bị đầu cuối. Tuy nhiên tính “tự do” này gây ra một sự không xác định đối với các hệthống di động. Sự di động của các người sửdụng đầu cuối gây ra một sựbiến đổi động cảtrong chất lượng liên kết và mức nhiễu, người sử dụng đôi khi còn yêu cầu thay đổi trạm gốc phục vụ. Quá trình nàyđược gọi là chuyển giao .
Chuyển giao là một phần cần thiết cho việc xử lý sự di động của người sử dụng đầu cuối. Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển từqua ranh giới các ô tếbào.
Trong các hệthống tế bào thếhệthứnhất như AMPS, việc chuyển giao tương đối đơn giản. Sang hệ thống thông tin di động thế hệ 2 như GSM và PACS thì có nhiều cách đặc biệt hơn bao gồm các thuật toán chuyển giao được kết hợp chặt chẽ trong các hệ thống này và trễ chuyển giao tiếp tục được giảm đi. Khi đưa ra công nghệ CDMA, một ý tưởng khác được đề nghị để cải thiện quá trình chuyển giao được gọi là chuyển giao mềm. Với hệthống 3G và 4G thì quá trình chuyển giao trở lên khá phức tạp, bao gồm chuyển giao giữa các trạm BTS trong cùng một mạng, chuyển giao giữa các công nghệmạng, chuyển giao giữa các tần số. Chuyển giao có thểthực hiện bởi nhà mạng, thiết bị đầu cuối, người sửdụng.
2.8.1 Mục đích chuyển giao
Lý do cơ bản của việc chuyển giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn một bộ tiêu chuẩn nhất định và do đó hoặc UE hoặc E-UTRAN sẽ thực hiện các công việc để cải thiện kết nối đó. Khi thực hiện các kết nối chuyển mạch gói, chuyển giao được thực hiện khi cảUE và mạng đều thực hiện truyền gói không thành công. Các điều kiện chuyển giao thường gặp là: điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuê bao, sựphân bố lưu lượng, băng tần…
Điều kiện chất lượng tín hiệu là điều kiện khi chất lượng hay cường độ tín hiệu vô tuyến bị suy giảm dưới một ngưỡng nhất định. Chuyển giao phụ thuộc vào
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
chất lượng tín hiệu được thực hiện cho cả hướng lên lẫn hướng xuống của đường truyễn dẫn vô tuyến.
Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi lưu lượng của cell đạt tới một giới hạn tối đa cho phép hoặc vượt quá ngưỡng giới hạn đó. Khi đó các thuê bao ởngoài rìa của cell (có mật độtải cao) sẽ được chuyển giao sang cell bên cạnh (có mật độtải thấp).
Số lượng chuyển giao phụthuộc vào tốc độdi chuyển của thuê bao. Khi UE di chuyển theo một hướng nhất định không thay đổi, tốc độ di chuyển của UE càng cao thì càng có nhiều chuyển giao thực hiện trong E-UTRAN.
2.8.2 Các loại chuyển giao (HO-handover)
Tùy theo hình thức sử dụng trong các cơ chế chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao thành các nhóm như: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn.
c) Chuyển giao bên trong hệthống (Intra-system HO)
Chuyển giao bên trong hệthống xuất hiện trong phạm vi một hệthống. Nó có thể chia thành chuyển giao bên trong tấn số(Intra-frequency HO) và chuyển giao giữa các tần số(Inter-frequency HO). Chuyển giao trong tần số xuất hiện giữa các cell thuộc cùng một sóng mang WCDMA, còn chuyển giao giữa các tần sốxuất hiện giữa các cell hoạt động trên các sóng mang WCDMA khác nhau.
d) Chuyển giao giữa các hệthống(Inter system HO)
Kiểu chuyển gia này xuất hiện giữa các cell thuộc về 2 công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau(RAT) hay các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau (RAM). Trường hợp phổ biến nhất cho kiểu đầu tiên dùng để chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSMEDGE. Chuyển giao giữa 2 hệ thống CDMA cũng thuộc kiểu này.
e) Chuyển giao cứng(HHO–Hard Handover )
HHO là một loại thủtục chuyển giao trongđó tất cảcác liên kết vô tuyến cũ của một máy di động được giải phóng trước khi liên kết với vô tuyến mới được thiết lập. Đối với các dịch vụthời gian thực, thì điều đó có nghĩa là có một
sự gián đoạn ngắn xảy ra, còn với dịch vụphi thời gian thực thì HHO khôngảnh hưởng gì. Chuyển giao cứng diễn ra như là chuyển giao trong cũng tần số và chuyển giao ngoài tần số.
f) Chuyển giao mềm (SHO – Soft Handover) và chuyển giao mềm hơn (Softer HO)
Chuyển giao chỉ có trong công nghệ CDMA. So với chuyển giao cứng thông thường, chuyển giao mềm có `một số ưu điểm. Tuy nhiên, nó cũng có một số hạn chế về sự phức tạp và việc tiêu thụ tài nguyên tăng lên. Việc quy hoạch chuyển giao mềm ban dầu là một trong các phần cơ bản của việc hoạch định và tối ưu hóa mạng vô tuyến.
g) Nguyên lý chuyển giao mềm:
Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống. Đối với chuyển giao cứng, một quyết định xác định là có thực hiện chuyển giao hay không và máy di động chỉ giao tiếp với một BS tại một thời điểm. Đối với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được tạo ra là có thực hiện chuyển giao hay không. Tùy thuộc vào sự thay đổi cường độ kênh hoa tiêu từhai hay nhiều trạm gốc có liên quan, một quyết định cứng cuối cùng sẽtạo ra đểgiao tiếp với duy nhất một BS. Điều này thường diễn ra sau khi dữliệu đến từmột BS chắc chắn sẽ mạnh hơn các tín hiệu đến từ BS khác. Trong thời kì chuyển tiếp của chuyển giao mềm, MS giao tiếp đồng thời với các BS trong tập hợp tích cực(Tập hợp tích cực là danh sách các cell hiện đang có kết nối với MS).
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
Hình 2-31: So sánh chuyển giao cứng và chuyển giao mềm
Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, một máy di động đồng thời giao tiếp với cả hai hoặc nhiều cell(đối với cảhai chuyển giao mềm) thuộc vềtrạm gốc khác nhau của cùng một điều khiển mạng vô tuyến(intra –RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau(inter– RNC). Trên đường xuống (DL), máy di động nhận các tín hiệu để kết hợp với tỉ số lớn nhất. Trên đường lên (UL), kênh mã di động được tách bởi cả hai BS(đối với cảhai kiểu SHO),và được định tuyến đến bộ điều khiển vô tuyến cho sựkết hợp lựa chọn. Hai vòngđiều khiển công suất tích cực đều tham gia vào chuyển giao mềm: mỗi vòng cho một BS. Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, một máy di động được điều khiển bởi ít nhất hai sector trong cùng một BS, RNC không quan tâm và chỉ có một vòngđiều khiển công suất hoạt động. Chuyển giao mềm và chyển giao mềm hơn chỉ có thểxảy ra trong cùng một tần số sóng mang, do đó chúng là các qua trình chyển giao trong cùng tần số.
h) Các đặc điểm của chuyển giao mềm:
So với phương thức chuyển giao cứng truyền thống, chuyển giao mềm có những ưu điểm rõ ràng, như loại trừ hiệu ứng “ping – pong ” và tạo ra sự liên tục trong truyền dẫn(không có ngắt quãng trong chuyển giao mềm). Không có hiệuứng
“ping – pong” có nghĩa là tải trong dữ liệu mạng thấp hơn và trong chuyển giao mềm, thì không có suy hao dữliệu do truyền dẫn dữliệu bị ngắt như trong chuyển giao cứng.
Tất cảcác chuyển giao nói trên có thểquy vềhoặc là chuyển giao cùng công nghệ: là chuyển giao giữa các mạng có sử dụng cùng công nghệ như WLAN sang WLAN hay UMTS sang UMTS hoặc chuyển giao khác công nghệ là chuyển giao giữa các mạng có sửdụng công nghệ khác nhau như WLAN sang UMTS và ngược lại và do đó trên các thiết bị di động phải có các giao diện khác nhau cho từng loại công nghệ. Chuyển giao ngang là chuyển giao cùng công nghệ, còn chuyển giao dọc có thểlà chuyển giao cùng hay khác công nghệ.
Đểcó thểsửdụng trong thực tếthì mọi quá trình chuyển giao phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
Chuyển giao liên tục: quá trình chuyển giao phải xảy ra mà không có tổn thất(gói dữliệu) hoặc có rất ít và phải có dữliệu thấp.
Sự thay đổi vềgiao thức cũng như bổsung thêm các thành phần là chấp nhận được (dựa trên nền tảng giao thức và thiết bị phổ biến hiện nay) và không làm ảnh hưởng đến các hoạt động mạng bình thường khác.
2.8.3 Handover trong hệthống thông tin di động 4G
Mạng 4G là một mạng được biết đến với nhiều công nghệ mạng khác nhau, bởi vậy ta có thểkhai quát quá trình một thiết bị di động (điện thoại di động, máy tính xách tay, hay pda …) đang kết nối vào mạng mà thay đổi điểm kết nối (từ mạng này sang mạng khác) gọi là quá trình chuyển giao (handover hay handoff). Trong mạng thông tin di động 4G có nhiều loại chuyển giao khác nhau, chủ yếu chia làm hai loại sau đây:
a) Chuyển giao ngang (horizontal handover)
Là quá trình chuyển giao chỉ ảnh hưởng đến lớp kết nối (lớp hai) mà không làm thay đổi địa chỉ IP(nằmở lớp ba). Ví dụ như khi thiết bị di động di chuyển giữa hai điểm truy cập (Access Point) của mạng LAN không dây (WLAN) được quản lý bởi cùng một Router.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
Hình 2-32: Chuyển giao ngang b) Chuyển giao dọc(vertical handover)
Quá trình chuyển giao làm ảnh hưởngđếncảlớpkếtnối và lớp mạng được gọi là chuyển giao dọc. Quá trình chuyển giao này có thể làm thay đổi địa chỉ IP của thiết bị. Ví dụ: thiết bịdiđộngcóthểdichuyểngiữacácđiểmtruynhậpthuộcquyền quản lý của các Router truy nhập khác nhau; hay thiết bịdi động có thểdi chuyển giữa hai mạng thuộc về hai nhà cung cấp khác nhau; hay thiết bị di động có thể di chuyển khỏi vùng phủsóng của 1mạng WLAN và đivào vùng phủ sóng của1mạng di động: GPRS hoặc UMTS mà hai mạng này được quản lý bởi các nhà cung cấp khác nhau như hìnhvẽ bên dưới.
2.8.4 Trình tựchuyển giao
Trình tự chuyển giao gồm có ba pha : pha đo lường, pha quyết định và phathực hiện.
Đo lường là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì hai lý do cơbản sau:
Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào fading và tổn hao đường truyền. Những thay đổi này phụ thuộc vào môi trường trong cell và tốc độdi chuyển của thuê bao.
Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽlàmảnh hưởng đến tải hệthống. Đểthực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối, UE liên tục đo cường độtín hiệu của các cell lân cận và thông báo kết quảtới mạng, tới eNodeB.
Pha quyết định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối sosánh nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các cell lân cận. Tùy theokết quả so sánh mà ta có thểquyết định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao.eNodeB kiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điềukiện chuyển giao. Nếu các điều kiện này bị kích hoạt, eNodeB phục vụsẽ cho phépthực hiện chuyển giao.
Căn cứ vào quyết định chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao ra thành hailoại như sau:
Chuyển giao quyết định bởi mạng (NEHO).
Chuyển giao quyết định bởi thuê bao di động (MEHO).
Trong trường hợp chuyển giao thực hiện bởi mạng (NEHO), eNodeB thựchiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp MEHO, UE thực hiện quyết địnhchuyển giao. Trong trường hợp kết hợp cả hai loại chuyển giao NEHO và MEHO,quyết định chuyển giao được thực hiện bởi sự phối hợp giữa eNodeB với UE.
Ngay cả trong trường hợp chuyển giao MEHO, quyết định cuối cùng về việcthực hiện chuyển giao là do eNodeB. ENodeB có trách nhiệm quản lý tài nguyên vôtuyến (RRM) của toàn bộhệthống.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
Hình 2-34: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao
Quyết định chuyển giao dựa trên các thông tin đo đạc của UE và eNodeB cũngnhư các điều kiện đểthực hiện thuật toán chuyển giao. Nguyên tắc chung thực hiệnthuật toán chuyển giao được thểhiện trên hình trên.
a) Các thuật ngữ và các tham số sau được sử dụng trong thuật toán chuyển giao:
Ngưỡng giới hạn trên: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trịcực đại cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụQoS yêu cầu.
Ngưỡng giới hạn dưới: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực tiểu cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụQoS yêu cầu. Do đó mức tín hiệu của nối kết không được nằm dưới ngưỡng đó.
Giới hạn chuyển giao: là tham số được định nghĩa trước được thiết lập tại điểm mà cường độ tín hiệu của cell bên cạnh (cell B) vượt quá cường độ tín hiệu của cell hiện tại (cell A) một lượng nhất định.
Tập tích cực: là một danh sách các nhánh tín hiệu (các cell) mà UE thực hiện kết nối đồng thời tới mạng truy nhập vô tuyến (E-UTRAN). Giả sử thuê bao UE trong cell A đang chuyển động về phía cell B, tín hiệu hoa tiêu của cell A bị suy giảm đến mức ngưỡng giới hạn dưới. Khi đạt tới mức này, xuất hiện các bước chuyển giao theo các bước sau đây:
(1) Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới. Còn tín hiệu Bsẽ được RNC nhập vào tập tích cực. Khi đó UE sẽthu tín hiệu tổng hợp củahai kết nối Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
Hình 2-34: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao
Quyết định chuyển giao dựa trên các thông tin đo đạc của UE và eNodeB cũngnhư các điều kiện đểthực hiện thuật toán chuyển giao. Nguyên tắc chung thực hiệnthuật toán chuyển giao được thểhiện trên hình trên.
a) Các thuật ngữ và các tham số sau được sử dụng trong thuật toán chuyển giao:
Ngưỡng giới hạn trên: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trịcực đại cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụQoS yêu cầu.
Ngưỡng giới hạn dưới: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực tiểu cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụQoS yêu cầu. Do đó mức tín hiệu của nối kết không được nằm dưới ngưỡng đó.
Giới hạn chuyển giao: là tham số được định nghĩa trước được thiết lập tại