c. Cải thiện chất lượng báo hiệu điều khiển công suất.
3.2.3Điều khiển công suất vòng ngoài.
Điều khiển công suất vòng ngoài cần để giữ chất lượng thông tin ở các mức yêu cầu bằng việc thiết lập mục tiêu cho việc điều khiển công suất nhanh. Mục đích của điều khiển công suất vòng ngoài là cung cấp chất lượng đạt yêu cầu. Chất lượng
Chương 3- Điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến
quá cao sẽ tốn rất nhiều dung lượng. Điều khiển công suất vòng ngoài cần thiết trên cả đường lên và đường xuống. Vòng ngoài đường lên được đặt trong RNC còn vòng bên ngoài đường xuống đặt trong UE. Trong IS-95, điều khiển công suất vòng ngoài chỉ sử dụng trên đường lên vì không có điều khiển công suất nhanh trên đường xuống. Chất lượng đường lên nhận được sau khi kết hợp phân tập vĩ mô trong RNC và SIR mục tiêu được gửi đến các Nút B. Tần số của điều khiển công suất nhanh là 1,5KHz và tần số điều khiển công suất vòng ngoài thường từ 10-100Hz.
3.2.3.1. Độ lợi của điều khiển công suất vòng ngoài.
SIR mục tiêu cần phải được điều chỉnh khi tốc độ của UE hoặc môi trường truyền sóng đa đường thay đổi. SIR mục tiêu chính là Eb/N0. Kết quả mô phỏng với các dịch vụ thoại đa tốc độ thích nghi AMR và BLER=1% được chỉ ra trong bảng 3-4 sử dụng điều khiển công suất vòng ngoài.
Bảng 3- Kết quả mô phỏng dịch vụ AMR , BLER= 1%, sử dụng điều khiển công suất vòng ngoài
Hiện trạng đa đường Tốc độ UE Mục tiêu Eb/N0 trung bình
Không phadinh - 5.3dB
ITU Pedestrian A 3 km/h 5.9dB
ITU Pedestrian A 20 km/h 6.8dB
ITU Pedestrian A 50 km/h 6.8dB
ITU Pedestrian A 120 km/h 7.1dB
Công suất bằng nhau trên 3 đường 3 km/h 6.0dB Công suất bằng nhau trên 3 đường 20 km/h 6.4dB Công suất bằng nhau trên 3 đường 50 km/h 6.4dB Công suất bằng nhau trên 3 đường 120 km/h 6.9dB
Có 3 loại đa đường được sử dụng: kênh không có phadinh tương ứng với phần tử LOS khoẻ, kênh phadinh ITU pedestrian A, và kênh phadinh 3 đường với công suất trung bình bình đẳng của các phần tử đa đường. Giả sử không có phân tập anten ở đây.
Mục tiêu Eb/N0 trung bình thấp nhất cần trong các kênh không phadinh và mục tiêu cao nhất đối với kênh ITU Pedestrian A với các UE tốc độ cao. Kết quả này cho thấy rằng mức công suất thay đổi công suất thu càng cao, thì mục tiêu Eb/N0 cần thiết để đạt được cùng chất lượng cũng cao hơn. Nếu ta chọn mục tiêu Eb/N0 cố định là 5.3dB theo kênh tĩnh, và tốc độ lỗi khung của kết nối sẽ quá cao trong các kênh phadinh và chất lượng thoại sẽ giảm đi. Nếu chọn mục tiêu Eb/N0 cố định 7.1dB, thì chất lượng đủ tốt nhưng công suất cao không cần thiết sẽ được sẽ được sử dụng trong hầu hết các trường hợp. Chúng ta có thể kết luận rõ ràng cần điều chỉnh mục tiêu của điều khiển công suất vòng kín nhanh theo điều khiển công suất vòng ngoài.
3.2.3.2 Tính toán chất lượng thu.
Chương 3- Điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến
Một số phương pháp để đo chất lượng thu sẽ được giới thiệu trong phần này. Một phương pháp đơn giản và đáng tin cậy là sử dụng kết quả của việc phát hiện lỗi- kiểm tra độ dư thừa tuần hoàn CRC để phát hiện có lỗi hay không. Ưu điểm của CRC : đó là một bộ phát hiện lỗi khung rất tin cậy và đơn giản. Phương pháp dựa vào CRC rất phù hợp với các dịch vụ cho phép xuất hiện lỗi, ít nhất là một lỗi trong vài giây, như là các dịch vụ dữ liệu gói phi thời gian thực trong đó tốc độ lỗi block có thể lên tới 10-20% trước khi truyền lại và các dịch vụ thoại với BLER=1% cung cấp chất lượng đạt yêu cầu. Với các bộ mã/giải mã thoại đa tốc độ thích nghi (AMR) khoảng chèn là 20ms và BLER=1% ,tương ứng với một lỗi trong 2 giây.
Chất lượng thu có thể được tính toán dựa vào thông tin về độ tin cậy của khung mềm. Những thông tin đó có thể là:
•Tốc độ lỗi bit (BER) được tính toán trước bộ mã hoá kênh, được gọi là BER thô và BER kênh vật lý.
•Thông tin mềm từ bộ giải mã Viterbi với các mã xoắn.
•Thông tin mềm từ bộ giải mã Turbo, ví dụ như BER hay BLER sau sự lặp lại giải mã trung gian.
•Eb/N0 thu được.
Các thông tin mềm cần thiết đối với các dịch vụ chất lượng cao. BER thô được sử dụng như là thông tin mềm qua giao diện Iub. Sự tính toán chất lượng được minh hoạ trong hình 3-10
Hình 3- Tính toán chất lượng trong vòng ngoài tại RNC
3.2.3.3 Thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài.
Một trong các thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài là dựa vào kết quả kiểm tra dữ liệu CRC và có thể được đặc trưng bởi các mã giả. Thuật toán này như sau:
Chương 3- Điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến
IF CRC check OK
Step_down = BLER_target * Step_size;
Eb/N0_target(n+1) = Eb/N0_target(n) –Step_down; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ELSE
Step_up =Step_size –BLER_target * Step_size; Eb/N0_target(n+1) = Eb/N0_target(n) + Step_up;
END
Trong đó: Eb/N0_target(n): Eb/N0 mục tiêu trong khung n,
BLER_target là BLER mục tiêu cho cuộc gọi,
Step_size là một thông số kích cỡ bậc, thường bằng 0.3-0.5dB.
Nếu BLER của kết nối là một hàm giảm đều của Eb/N0mục tiêu, thì thuật toán này sẽ cho kết quả là BLER bằng với BLER mục tiêu nếu cuộc gọi đủ dài. Thông số kích cỡ bậc xác định tốc độ hội tụ của thuật toán đến mục tiêu mong muốn và cũng xác định tổng phí gây ra bởi thuật toán. Theo nguyên tắc, kích cỡ bậc càng cao sự hội tụ càng nhanh và tổng phí càng cao. Hình 3-11 đưa ra một ví dụ mô tả hoạt động của thuật toán với BLER mục tiêu là 1% và kích cỡ bậc là 0.5dB.
Hình 3- Eb/N0 mục tiêu trong kênh ITU Pedestrian A, bộ mã hoá/giải mã thoại AMR, BLER mục tiêu 1%, bậc 0,5dB, tốc độ 3km/h.
3.2.3.4 Các dịch vụ chất lượng cao
Dịch vụ chất lượng cao với BLER rất thấp (<10-3) được yêu cầu hỗ trợ bởi các mạng thế hệ 3. Lỗi trong các dịch vụ này thường không đáng kể. Nếu BLER yêu cầu = 10-3 và độ rộng chèn là 40ms, một lỗi xuất hiện trong 40s(=40/10-3 ms). Nếu chất lượng thu được tính toán dựa trên các lỗi phát hiện được bởi các bit CRC, sự điều chỉnh Eb/N0mục tiêu rất chậm và sự hội tụ của Eb/N0mục tiêu đến giá trị tối ưu rất lâu. Vì thế, đối với các dịch vụ chất lượng cao, thông tin độ tin cậy khung mềm đem lại nhiều ưu điểm. Thông tin mềm có thể nhận được từ mọi khung dù là chúng không có lỗi.
Chương 3- Điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến
3.2.3.5 .Giới hạn biến động điều khiển công suất .
Tại sườn của vùng hội tụ, UE có thể đạt tới công suất phát lớn nhất của nó. Trong trường hợp BLER thu được có thể cao hơn mong muốn, nếu chúng ta áp dụng trực tiếp thuật toán vòng ngoài đã nêu, thì SIR mục tiêu ở đường lên sẽ tăng. Việc tăng SIR mục tiêu không cải thiện chất lượng đường lên nếu như Nút B đã chỉ gửi các lệnh tăng công suất ( power-up) tới UE. Trong trường hợp hợp đó Eb/N0 mục tiêu có thể cao quá mức cần thiết. Khi UE trở về gần với Nút B hơn, chất lượng của kết nối đường lên cao quá mức cần thiết trước khi vòng ngoài hạ thấp Eb/N0 mục tiêu trở về giá trị tối ưu. Trong ví dụ này, các dịch vụ thoại đa tốc độ thích nghi (AMR) có chèn 20ms được minh hoạ sử dụng thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài đã nêu. Trong đó sử dụng BLER mục tiêu là 1% và kích cỡ bậc là 0.5dB.Với độ biến động công suất lớn nhất, một lỗi phải xuất hiện trong 2 giây để cung cấp BLER là 1% với khoảng ghép chèn là 20ms. Công suất phát lớn nhất của UE là 125mW, tức là 21dBm. Vấn đề tương tự có thể xuất hiện nếu UE đạt tới công suất phát nhỏ nhất. Trong trường hợp đó, Eb/N0mục tiêu sẽ trở thành thấp quá mức cần thiết. Các vấn đề giống nhau có thể xuất hiện trên đường xuống nếu công suất của kết nối đường xuống đang sử dụng là giá trị nhỏ nhất hay lớn nhất.
Các vấn đề ở vòng ngoài từ sự biến động điều khiển công suất có thể tránh được bằng cách thiết lập một giới hạn nghiêm ngặt cho Eb/N0 mục tiêu hoặc bởi các thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài thông minh. Những thuật toán đó sẽ tăng Eb/N0
mục tiêu nếu việc tăng BLER đó không cải thiện chất lượng.
3.2.3.6 Đa dịch vụ.
Một trong các yêu cầu cơ bản của UMTS là có thể ghép một số các dịch vụ trên một kết nối vật lý đơn. Khi tất cả các dịch vụ có cùng một hoạt động điều khiển công suất chung, thì sẽ có duy nhất mục tiêu chung cho điều khiển công suất nhanh. Thông số này phải được chọn theo dịch vụ có yêu cầu mục tiêu cao nhất. Như vậy nếu việc kết hợp được các tốc độ khác nhau áp dụng trên lớp 1 để cung cấp các chất lượng khác nhau, thì không có sự khác nhau lớn giữa các mục tiêu yêu cầu. Mô hình đa dịch vụ được chỉ ra trong hình 3-12
Chương 3- Điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến
Hình 3- Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên cho nhiều dịch vụ trên một kết nối vật lý
3.2.3.7. Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống.
Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống hoạt động tại UE. Mạng có thể điều khiển một cách hiệu quả ngay cả khi nó không điều khiển thuật toán vòng ngoài đường xuống.
•Trước hết, mạng thiết lập mục tiêu chất lượng cho mỗi kết nối đường xuống, mục tiêu đó có thể đước hiệu chỉnh trong khi kết nối.
•Thứ hai, Nút B không cần phải tăng công suất đường xuống của kết nối đó ngay cả khi UE gửi kệnh tăng công suất (power-up). Mạng có thể điều khiển chất lượng của các kết nối đường xuống khác nhau rất nhanh bằng cách không tuân theo các lệnh điều khiển công suất từ UE.
Phương pháp này có thể được sử dụng có thể được sử dụng chẳng hạn như trong trường hợp quá tải đường xuống để giảm công suất đường xuống của các kết nối có mức ưu tiên thấp, như là các dịch vụ kiểu nền. Việc giảm công suất đường xuống có thể diễn ra tại tần số của đường lên công suất nhanh là 1.5KHz.