3. Máy thu Rake
4.2 Phân loại điều khiển công suất
Có hai loại điều khiển công suất cơ bản: điều khiển vòng hở và điều khiển vòng kín. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở yêu cầu thực thể phát đo lường nhiễu kênh và điều chỉnh công suất phát của nó cho phù hợp. Điều này có thể được thực hiện một cách nhanh chóng, nhưng vấn đề là ước tính nhiễu được thực hiện trên tín hiệu thu được, và tín hiệu phát có thể sử dụng một tần số khác, mà nó khác với tần số thu được bởi khoảng trống phòng vệ của hệ thống song công. Do fading nhanh đường xuống và đường lên (trên các tần số mang khác nhau) là không tương quan, nên phương pháp này mang lại các giá trị công suất đúng chỉ là trung bình.
Tuy nhiên, nếu một chế độ truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRA) song công phân chia thời gian (TDD) được sử dụng, thì cả hai uplink và downlink sử
Nguyên lý của CDMA
28
dụng cùng một tần số và do đó các quá trình fading của chúng là tương quan chặt chẽ.
Điều này có nghĩa là điều khiển công suất vòng hở cho kết quả khá tốt với chế độ TDD. Nếu công suất phát downlink là không đổi và đã biết, thì trạm di động chỉ đơn giản là có thể đo mức công suất thu được và điều chỉnh mức phát của riêng mình cho phù hợp. Mức tín hiệu thu được càng cao thì mức phát cần phải càng thấp hơn. Tổng của mức thu và mức phát phải là một giá trị không đổi (xem Hình 1.20).
Nếu công suất mức phát của trạm gốc không phải là không đổi đối với một kênh đã cho, thì MS hoặc phải theo dõi một số kênh khác (một kênh điều khiển đường xuống có thể hoạt động cho kỹ thuật này) hoặc nó phải nhận công suất phát được sử dụng từ trạm gốc bằng cách nào đó, ví dụ, nó có thể được gửi thông qua một kênh đồng bộ. Điều đó là thực tế chung sử dụng giá trị phát nhận được để ước tính suy hao đường hiện tại. Chúng ta giả sử rằng các kênh quảng bá không sử dụng điều khiển công suất, có nghĩa là, chúng được phát bằng cách sử dụng mức công suất không đổi, còn các kênh dành riêng có thể căn cứ vào đó để ước lượng điều khiển công suất.
Hình 1.20: Điều khiển công suất vòng hở đường lên TDD
Trong kỹ thuật điều khiển công suất vòng kín, các phép đo chất lượng được thực hiện ở phía đầu bên kia của kết nối trong trạm gốc, và kết quả sau đó được gửi trở lại cho máy phát của điện thoại di động, để nó có thể điều chỉnh công suất phát của nó. Phương pháp này cho các kết quả tốt hơn nhiều so với phương pháp
Nguyên lý của CDMA
29
vòng hở, nhưng nó không thể phản ứng với những thay đổi nhanh trong các điều kiện kênh. Kỹ thuật này cũng có thể được áp dụng theo nghĩa ngược lại, trong đó các vai trò của trạm gốc và điện thoại di động được đảo ngược cho nhau.
Các UTRAN FDD sử dụng một kỹ thuật điều khiển công suất nhanh vòng kín cả đường lên và đường xuống. Trong phương pháp này tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) nhận được được đánh giá trong khoảng thời gian 667 micro giây (tức là, một khe thời gian), và dựa trên giá trị đó, đưa ra một quyết định về việc có nên tăng hoặc giảm công suất phát tại đầu kia của kết nối. Lưu ý rằng sự trễ cố hữu trong phương pháp vòng kín này được đền bù bằng việc tiến hành các phép đo trong khoảng thời gian rất ngắn. Các bit Điều khiển công suất phát TPC (transmit power control) được gửi trong mỗi khe thời gian bên trong đường lên và đường xuống. Không có một tín hiệu trung lập, tất cả các tín hiệu điều khiển công suất bao gồm lệnh hoặc là tăng hoặc là giảm. Thủ tục chuyển giao mềm (SHO) đưa thêm vào độ phức tạp cho điều khiển công suất, do là sau đó một số các trạm gốc phát đến UE cùng một lúc và trên cùng một tần số dẫn đến một số các lệnh công suất (có thể mâu thuẫn) được nhận cùng một lúc bởi trạm di động. Hai thuật toán khác nhau đã được xác định cho các lệnh TPC và mạng sẽ chỉ ra lệnh nào trong số đó UE nên sử dụng.
Điều khiển công suất nhanh vòng kín cũng được gọi là điều khiển công suất vòng trong. Cơ chế vòng kín đường lên cũng có chứa một vòng khác: vòng ngoài. Các chức năng điều khiển công suất vòng ngoài trong hệ thống trạm gốc, và điều chỉnh giá trị SIR cần thiết (SIR mục tiêu), mà nó sau đó được sử dụng trong điều khiển vòng trong. Các loại kênh khác nhau, mà chúng có thể được đặc trưng, ví dụ, bởi các phương pháp mã hóa và xáo trộn (coding and interleaving methods) khác nhau, tạo thành các thông số của kênh. Các thông số kênh khác nhau có thể yêu cầu các giá trị SIR mục tiêu (SIRtarget) khác nhau. Sự thay đổi này trong vòng ngoài sẽ kích hoạt điều khiển công suất vòng trong để làm tăng công suất phát của điện thoại di động tương ứng (xem Hình 1.21).
Nguyên lý của CDMA
30
(UL: đường lên, DL: đường xuống) Hình 1.21: Điều khiển công suất vòng kín đường lên
Chế độ UTRAN FDD cũng sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất nhanh vòng kín cho đường xuống DPCCH/DPDCH (dedicated physical control channel - DPCCH and dedicated physical data channel - DPDCH). Nguyên tắc tương tự như điều khiển công suất nhanh vòng kín đường lên. Giá trị SIR của tín hiệu nhận được được giữ càng gần càng tốt với giá trị SIR mục tiêu, bằng việc gửi các lệnh điều khiển công suất lên tới mạng. Đây là điều khiển vòng trong. Ngoài ra còn có điều khiển vòng ngoài trong UE, mà nó điều chỉnh giá trị SIR mục tiêu. Cuối cùng, đây là một hình ảnh phản chiếu của kỹ thuật điều khiển công suất nhanh vòng kín đường lên (xem Hình 1.22).
(UL: đường lên, DL: đường xuống)
Nguyên lý của CDMA
31
Nhiều khả năng rằng mạng có thể phát các tín hiệu đường xuống chỉ từ một trạm gốc, ngay cả trong trường hợp tình huống SHO. Tín hiệu của UE được thu nhận và xử lý bởi một số trạm gốc, nhưng chỉ một trong số chúng được chọn để phát đường xuống. Cơ chế này được biết đến như phân tập phát lựa chọn site (SSDT), mà nó có thể được sử dụng để giảm tổng thể mức độ nhiễu hệ thống.
Lưu ý rằng điều khiển công suất đường xuống được thực hiện riêng cho từng trạm di động. Mỗi lệnh điều khiển công suất ảnh hưởng chỉ đến một thành phần kênh trong tín hiệu trải phổ. Tổng mức công suất có trong tín hiệu cũng phụ thuộc vào tất cả các kênh khác trong tín hiệu băng rộng. Như vậy, một lệnh điều khiển công suất có lẽ không ảnh hưởng nhiều đến tổng công suất phát, ngay cả khi nó có thể có hiệu quả mong muốn trên một trong những kênh thành phần.
Đối với các kênh chia sẻ đường xuống (DSCH), mạng có thể sử dụng điều khiển công suất nhanh vòng kín của DPCCH liên quan, hoặc nó có thể áp dụng điều khiển công suất chậm vòng kín. Trong mọi trường hợp, phải có một số kênh đường lên cho phép, nếu không UE không thể gửi lệnh điều khiển công suất của nó đến mạng.
Điều khiển công suất vòng kín được gọi là điều khiển công suất chậm vòng kín nếu nó được dựa trên các kết quả tỷ lệ lỗi khung (FER-frame error rate). Quy trình này phản ứng chậm hơn với những thay đổi trong điều kiện kênh, nhưng đổi lại, FER là một thước đo đáng tin cậy hơn so với SIR.
Nhìn chung, luôn nên sử dụng công suất phát thấp nhất có thể. Điều này làm giảm mức độ nhiễu hệ thống và cũng làm giảm tiêu thụ điện năng của trạm di động.
Trong trường hợp xấu nhất, một khiếm khuyết về điều khiển công suất dẫn đến sự bất ổn (pulsating) về vùng phủ của các tế bào ("các tế bào thở"). Trong trường hợp này mức độ nhiễu trong một tế bào tăng dần cho đến khi các trạm điện thoại di động xa trạm gốc nhất không thể được phục vụ nữa.
Như thế, phạm vi hiệu quả của tế bào trở nên nhỏ hơn. Giảm về vùng phủ có nghĩa là ít người sử dụng hơn và mức độ nhiễu thấp hơn trong tế bào. Điều kiện đã điều chỉnh này có nghĩa là các trạm di động ở xa trạm gốc có thể lại tìm thấy sự
Nguyên lý của CDMA
32
phục vụ. Kết quả là bán kính tế bào dao động, mà đó là một tai ương trên một số mạng CDMA ban đầu.
5. CHUYỂN GIAO
Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải tổ chúc theo một cấu trúc địa lý nhất định để tiện cho việc kết nối mạng và thông tin liên lạc của UE cũng như cho việc theo dõi và quản lý thuê bao di động của nhà mạng. Một phương pháp tổ chức hợp lý mà ngày nay hầu như tất cả các mạng điện thoại di động đều áp dụng đó là phương pháp tổ chức mạng có cấu trúc như mạng tổ ong. Trong thông tin di động CDMA nói riêng, thông tin di động nói chung thì các thuê bao di động MS luôn di chuyển từ vùng này sang vùng khác, nói cách khác là MS luôn di chuyển qua lai giữa các ô tế bào của mạng. Việc di chuyển này có thể dẫn tới việc đăng kí vị trí mới vào VLR, sự canh nghe trên kênh tìm gọi, đường truyền thông tin trên các kênh lưu lượng cụng phải thay đổi để phù hợp với sự thay đổi của từng trạm gốc BS khác nhau. Quá trình thay đổi cho phù hợp đó gọi là quá trình chuyển giao. Chuyển giao là phương tiện cần thiết để thuê bao có thể di động trong mạng. Khi thuê bao di chuyển từ vùng phủ sóng của cell này sang vùng phủ sóng của một cell khác thì kết nối với cell mới phải được thiết lập và kết nối với cell cũ phải bị hủy bỏ.