MỤC LỤC

1

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động được coi như là một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin

viễn thông của con người với đặc điểm các thiết bị đầu cuối có thể truy cập dịch vụ

ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ sóng. Thành công của con người

trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong việc mở rộng vùng phủ

sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, mà các nhà cung dịch vụ, các

tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ

thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao. 3G-

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là cái đích mà thế giới đang hướng tới.

Hoà chung với xu thế phát triển của thế giới. Các nhà cung cấp dịch vụ thông tin

di động Việt nam đã và đang nỗ lực hết mình để cung cấp tới khách hàng những

dịch vụ với chất lượng tốt nhất và với yêu cầu ngày càng cao của khách hàng thì

việc tiến lên hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là điều tất yếu. Đa phần các công ty

cung cấp dịch vụ thông tin di động ở Việt nam áp dụng công nghệ GSM và cung

cấp dịch vụ di động cho phần lớn thuê bao di động ở Việt nam. Vì vậy, để phát triển

lên 3G thì lộ trình bắt buộc sẽ là từ GSM tiến lên WCDMA (Đa truy nhập phân chia

theo mã băng rộng) theo hợp chuẩn IMT_2000. Và em đã chọn đề tài: “ĐIỀU

KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG THÔNG

TIN DI ĐỘNG WCDMA” làm đề tài nghiên cứu tốt nghiệp. Nội dung của đề tài

gồm:

Chương I: Tổng quan về hệ thống WCDMA

Chương II: Điều khiển công suất và chuyển giao trong hệ thống thông tin

di động CDMA

Chương III: Điều khiển công suất và chuyển giao trong hệ thống WCDMA

Em xin chân thành thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Bùi Đình

Thịnh cũng như sự dạy bảo tận tình của các thầy, cô trong tổ môn Điên tử viễn

thông khoa Điện- Điện tử hàng hải, trường Đại học Hàng hải Việt Nam. Đã giúp đỡ

em trong suốt bốn năm học tập và trong ba tháng làm đồ án vừa qua.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

Hải Phòng , tháng 2 năm 2011

Sinh viên: Phạm Văn Linh

2

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ WCDMA

- WCDMA (Wide Code Division Multy Access): đa truy nhập phân chia theo mã

băng rộng là công nghệ truy nhập vô tuyến chính của hệ thống thông tin di động

thế hệ thứ 3- hệ thống UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

Nền tảng công nghệ chính của WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia

theo mã (CDMA). Trong lịch sử thông tin di đông đã tồn tại các phương thức đa

truy nhập khác nhau là: FDMA đa truy nhập phân chia theo tần số; TDMA đa truy

nhập phân chia theo thời gian và CDMA. Sự khác nhau của 3 phưong thức truy

nhập được chỉ ra trong hình 1-1

Hình 1-1 : Các phương thức đa truy nhập

- Trong hệ thống đa truy nhập theo tần số (FDMA), độ rộng băng tần được cấp

phát cho hệ thống là B Mhz được chia thành n băng tần con, mỗi băng tần con được

ấn định cho một kênh riêng có độ rộng băng tần là B/n Mhz. Các tín hiệu cho mỗi

người sử dụng khác nhau được truyền trong các kênh khác nhau với các tần số điều

chế khác nhau. Mỗi người sử dụng khi truy nhập mạng sẽ được ấn định một kênh

tần số. Và vì mỗi người được cấp phát một kênh tần riêng trong dải băng tần của hệ

thống nên cần phải có khoảng bảo vệ giữa từng kênh để phòng ngừa sự không hoàn

thiện của các bộ lọc và các bộ dao động để tránh nhiễu giao thoa kênh lân cận. Vì

vậy, để đảm bảo FDMA tốt tần số phải được phân chia và quy hoạch thống nhất

trong toàn hệ thống.

- Hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), các tín hiệu của người

sử dụng khác nhau được truyền đi trong các khe thời gian khác nhau. Máy phát của

mỗi người sử dụng không phát liên tục mà chỉ phát vào đúng khe thời gian đã được

ấn định cho người sử dụng. Sự truyền dẫn này được gọi là cụm. Sự phát đi một cụm

3

được đưa vào một cấu trúc thời gian được gọi là khung, tất cả các máy đầu cuối vô

tuyến phải phát theo cấu trúc này. Ở TDMA vấn đề đồng bộ rất quan trọng. Đồng

bộ cho phép xác định đúng vị trí của cụm cần lấy ra ở máy thu hay cần phát đi ở

máy phát tương ứng. Ngoài ra, đồng bộ còn phải xét đến cả vị trí của các máy di

động so với trạm gốc. So với FDMA, TDMA cho phép tiết kiệm tần số và thiết bị

thu nhỏ phát nhỏ gọn hơn. Tuy nhiên, ở nếu chỉ sử dụng một cặp tần số sóng mang

thì không đủ đảm bảo dung lượng của mạng. Vì thế TDMA thường được sử dụng

kết hợp với FDMA để tăng cao dung lượng của mạng. Do đó, vấn đề quy hoạch

mang là một vấn đề rất quan trọng trong các mạng TDMA đặc biệt là cơ chế tái sử

dụng tần số.

- CDMA là phương thức đa truy nhập mà ở đó mỗi kênh được cung cấp một tần

số và một mã duy nhất. Đây là phương thức đa truy nhập mới, phương thức này dựa

trên nguyên lý trải phổ. Trong các hệ thống thông tin, thông thường độ rộng băng

tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít

độ rộng băng tần càng tốt. Trong các hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread

Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng trước khi phát đi. Khi chỉ có

một người sủ dụng trong băng tần của hệ thống SS thì không có hiệu quả. Tuy

nhiên, ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung

một bằng tần SS khi đó việc sử dụng băng tần có hiệu suất cao hơn. Một hệ thống

thông tin được coi là hệ thống SS nếu: Tín hiệu phát chiếm độ rộng băng tần lớn

hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát tin; Trải phổ được thực hiện bằng

một mã độc lập với số liệu. Với các công nghệ khác nhau số người sử dụng lớn nhất

có thể chia sẻ đồng thời các kênh vật lý là cố định. Tuy nhiên trong hệ thống

CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được truyền đi trong cùng một

băng tần tại cùng một thời điểm. Trong CDMA tài nguyên vô tuyến được phân bổ

dựa trên các mã giả ngẫu nhiên. Do vậy, những người sử dụng đồng thời có thể

chiếm dụng cùng một băng tần trong cùng một khoảng thời gian. Mỗi người sử

dụng được gán cho một hoặc nhiều mã riêng biệt. Và những mã đó được sử dụng để

phân biệt cell, kênh truyền dẫn và người sử dụng. Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng

vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do đó dung lượng của

hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu, và không có con số lớn nhất cố định, nên

dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm. CDMA là công

nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi. Ngoài

ra thì do sử dụng cùng một băng tần cho tất cả mọi người sử dụng nên hệ số tái sử

dụng tần số của hệ thống CDMA là bằng một.

4

- WCDMA sử dụng kĩ thuật trải phổ chuỗi trưc tiếp DS- CDMA với tốc độ Chip

là 3.84Mps làm việc ở băng tần 5Mhz và áp dụng phương pháp ghép song công

phân chia theo tần số FDD. Giải pháp FDD là sử dụng hai băng tần 5 MHz với

hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong

dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải

phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz. Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định,

ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200

KHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao

thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác. Băng tần rộng

hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa

đường tốt hơn

- Hệ thống WCDMA sử dụng chế độ không đồng bộ giữa các BS vì vậy

không cần duy trì một quá trình đồng bộ chính xác giữa tất cả các BS. Nó

được sử dụng để nhằm mục đích đảm bảo dễ dàng việc triển khai phủ kín sóng

bởi các BS cho các môi trường truyền sóng trong nhà và ngoài trời, cũng như

dễ dàng trong việc lắp thêm các BS để tăng lưu lượng phục vụ tai các BS bị

quá tải

- WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc

độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt

động ở mức hiệu quả cao nhất. Hơn nữa, WCDMA có thể hỗ trợ các lớp tốc độ số

liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ. Chuẩn WCDMA hiện thời sử

dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung

cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng. Vì

hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau cho nhiều loại dịch vụ lên cần có phương thức

hiệu quả để kết hợp các dịch vụ với các tốc độ khác nhau. Vì vậy, trong WCDMA

đối với đường xuống mã trải phổ OVSF được ứng dụng các mã trong bộ mã này

được tạo ra trực giao với nhau cho dù hệ số trải phổ SF là khác nhau. Điều này cho

phép cung cấp các dịch vụ với tốc độ bít khác nhau qua các kênh trực giao với nhau.

Đường lên sử dụng các mã ngẫu nhiên để phân biệt giữa các người sử dụng khác

nhau. Các mã ngẫu nhiên này được mạng ấn định. MS sẽ nhận được thông báo mã

ngẫu nhiên nào được cấp cho mình trong bản tin cho phép truy nhập trên kênh tìm

gọi ở đường xuống.

5

Bảng 1-1 chỉ ra một số dịch vụ của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Bảng 1-1 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA

Kiểu kênh Dịch vụ hỗ trợ

CS 12.2Kb/s Voice

CS 64Kb/s Video Phone

PS 64Kb/s Email, Web

PS 384Kb/s Email, Web ,Video Streaming, Mobil TV

1.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG WCDMA

1.2.1 Cấu trúc mạng WCDMA

Cấu trúc mạng viễn thông di động toàn cầu (UMTS) với cơ sở nền tảng là hệ

thống đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (WCDMA) được khái quát bởi

hình 1-2

Hình 1-2 Cấu trúc tổng quan hệ thống UMTS

Theo chức năng thì các phần tử mạng được nhóm thành các nhóm:

+ Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS là

UTRAN). Mạng này thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến. Mã hóa,

điều chế, ghép kênh . . .

+ Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và

kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài.

+ Thiết bị người sử dụng (UE) giao tiếp với người sử dụng và giao diện vô tuyến.

Ví dụ: màn hình, bàn phím, micro, loa . . .

Theo các đặc tả chỉ ra trong quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm

các giao thức hoàn toàn mới, việc thiết kế chúng dựa trên nhu cầu của công nghệ vô

tuyến WCDMA mới. Ngược lại, việc định nghĩa mạng lõi (CN) được kế thừa từ

GSM. Điều này đem lại cho hệ thống có công nghệ truy nhập vô tuyến mới một nền

tảng mang tính toàn cầu là công nghệ mạng lõi đã có sẵn, như vậy sẽ thúc đẩy sự

6

quảng bá của nó, mang lại ưu thế cạnh tranh chẳng hạn như khả năng roaming toàn

cầu.

Và các thành phần của mạng WCDMA được chỉ ra trong hình 1-3.

Hình 1-3 Các thành phần của mạng WCDMA

Thiết bị người sử dụng (UE) bao gồm 2 phần:

• Thiết bị di động (ME) là đầu cuối vô tuyến sử dụng để giao tiếp vô tuyến qua

giao diện Uu.

• Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM- User Identity Module) là một thẻ

thông minh đảm nhận việc xác nhận thuê bao, thực hiện thuật toán nhận thực, và

lưu giữ khoá mã mật, khoá nhận thực và một số các thông tin về thuê bao cần

thiết tại đầu cuối.

UTRAN: nhiệm vụ chính của UTRAN là tạo và duy trì các kênh mạng truy nhập

vô tuyến để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động UE với mạng lõi CN.

UTRAN bao gồm 2 phần tử:

• Nút B: chuyển đổi dữ liệu truyền giữa giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia

vào quản lý tài nguyên vô tuyến.

• Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC-Radio Network Controller) sở hữu và điều

khiển nguồn tài nguyên vô tuyến trong vùng của nó (gồm các Nút B nối với nó).

. Các phần tử chính của mạng lõi

• HLR (Bộ đăng ký thường trú) là một cơ sở dữ liệu trong hệ thống thường trú của

người sử dụng, lưu trữ các bản gốc các thông tin hiện trạng dịch vụ người sử

dụng, hiện trạng về dịch vụ bao gồm: thông tin về dịch vụ được phép sử dụng,

các vùng roaming bị cấm, thông tin các dịch vụ bổ sung như: trạng thái các cuộc

gọi đi, số các cuộc gọi đi… Nó được tạo ra khi người sử dụng mới đăng ký thuê

bao với hệ thống, và được lưu khi thuê bao còn thời hạn. Với mục đích định

7

tuyến các giao dịch tới UE (các cuộc gọi và các dịch vụ nhắn tin ngắn), HLR

còn lưu trữ các thông tin vị trí của UE trong phạm vi phục vụ của MSC/VLR

hoặc SGSN.

• MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch di động/Bộ đăng ký tạm trú) là một bộ

chuyển mạch (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) phục vụ cho UE ở vị trí tạm thời

của nó cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. Chức năng MSC được sử dụng để

chuyển mạch các giao dịch sử dụng chuyển mạch kênh, chức năng VLR là lưu

trữ bản sao về hiện trạng dịch vụ người sử dụng là khách và thông tin chính xác

về vị trí của thuê bao khách trong toàn hệ thống. Phần của hệ thống được truy

nhập thông qua MSC/VLR thường là chuyển mạch kênh.

• GMSC – (MSC cổng): là một bộ chuyển mạch tại vị trí mà mạng di động mặt đất

UMTS kết nối với mạng ngoài. Tất các kết nối chuyển mạch kênh đến và đi đều

phải qua GMSC.

• SGSN (Node hỗ trợ GPRS phục vụ) có chức năng tương tự như MSC/VLR

nhưng thường được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

• GGSN (Node cổng hỗ trợ GPRS) có chức năng gần giống GMSC nhưng phục vụ

các dịch vụ chuyển mạch gói.

Mạng ngoài có thể chia thành 2 nhóm:

• Các mạng chuyển mạch kênh: Các mạng này cung cấp các kết nối chuyển mạch

kênh, giống như dịch vụ điện thoại đang tồn tại Ví dụ như PSTN.

• Các mạng chuyển mạch gói: Các mạng này cung cấp các kết nối cho các dịch vụ

dữ liệu gói, chẳng hạn như mạng Internet.

Các tiêu chuẩn của hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS) được cấu trúc

sao cho không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của các phần tử mạng mà chỉ

định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng logic

Các giao diện mở chính được định nghĩa:

• Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện

này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh.

• Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA. Uu là giao diện nhờ đó UE

truy cập được với phần cố định của hệ thống, và vì thế có thể là phần giao diện

mở quan trọng nhất trong UMTS.

• Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi. Tương tự như các

giao diện tương thích trong GSM, là giao diện A (đối với chuyển mạch kênh), và

8

Gb (đối với chuyển mạch gói), giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiển UMTS

khả năng xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.

• Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ các

nhà sản xuất khác nhau, và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu.

• Giao diện Iub: Iub kết nối một Nút B và một RNC. UMTS là một hệ thống điện

thoại di động mang tính thương mại đầu tiên mà giao diện giữa bộ điều khiển và

trạm gốc được chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện. Giống như các giao

diện mở khác, Iub thúc đẩy hơn nữa tính cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong

lĩnh vực này.

1.2.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3- WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng

của hệ thống GSM với việc sử dụng công nghệ mạng lõi của GSM. Chính vì vậy

mà điểm khác biệt lớn nhất về mặt công nghệ giữa WCDMA với GSM là mạng truy

nhập vô tuyến UTRAN với việc áp dụng kĩ thuật đa truy nhập theo mã hoàn toàn

mới.

Kiến trúc UTRAN được mô tả như hình 1-4

Hình 1-4: Kiến trúc UTRAN.

UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS). Một RNS là

một mạng con trong UTRAN và bao gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)

và một hay nhiều Nút B. Các RNC có thể được kết nối với nhau thông qua một giao

diện Iur. Các RNC và Nút B được kết nối với nhau qua giao diện Iub.

Các yêu cầu chính để thiết kế kiến trúc, giao thức và chức năng UTRAN:

9

• Tính hỗ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: Yêu cầu tác động tới thiết kế

của UTRAN là các yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một thiết bị đầu cuối kết nối

tới mạng thông qua 2 hay nhiều cell đang hoạt động) và các thuật toán quản lý

nguồn tài nguyên vô tuyến đặc biệt của WCDMA.

• Làm tăng sự tương đồng trong việc điều khiển dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển

mạch kênh, với một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và với việc sử

dụng cùng một giao diện cho các kết nối từ UTRAN đến miền chuyển mạch gói

và chuyển mạch kênh của mạng lõi.

• Làm tăng tính tương đồng với GSM.

• Sử dụng phương thức vận chuyển ATM như là cơ cấu chuyển vận chính trong

UTRAN

a. Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)

Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều

khiển nguồn tài nguyên vô tuyến của UTRAN. Nó giao tiếp với mạng lõi (thường là

với một MSC và một SGSN) và cũng là phần tử cuối cùng của giao thức điểu khiển

nguồn tài nguyên vô tuyến, xác định các thông điệp và thủ tục giữa máy di động và

UTRAN, về mặt logic, nó tương ứng với BSC trong GSM.

• RNC phục vụ (SRNC): RNC cho mỗi máy di động là một RNC mà xác định

biên giới cả liên kết Iu cho sự vận chuyển dữ liệu người sử dụng và báo hiệu .

SRNC cũng xác định biên giới của Báo hiệu điều khiển nguồn tài nguyên vô

tuyến, nó là giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN. Nó thực hiện xử lý các dữ

liệu chuyển qua giao diện vô tuyến. Hoạt động quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến

cơ bản, như là ánh xạ các thông số mang thông tin truy nhập vô tuyến thành các

thông số kênh chuyển vận giao diện vô tuyến, quyết định chuyển giao, và điều

khiển công suất vòng bên ngoài. Các hoạt động này được thực thi trong SNRC.

SRNC cũng có thể là CRNC của một số Nút B sử dụng bởi máy di động cho kết

nối với UTRAN. Một UE kết nối với UTRAN thì chỉ có duy nhất một SRNC.

• Bộ RNC trôi (Drif RNC) : DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều

khiển các ô được MS sử dụng. Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân

tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ

định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr. Một UE có thể không có hoặc có

một hay nhiều DRNC.

Chú ý rằng một RNC ở mức vật lý bao gồm toàn bộ các chức năng CRNC,

SRNC và DRNC.

b. Nút B (Trạm gốc)

10

Chức năng chính của Nút B là để thực hiện xử lý ở giao diện vô tuyến (ghép xen

và mã hoá kênh, thích ứng tốc độ, trải phổ .v.v.). Nó cũng thực hiện một số hoạt

động quản lý tài nguyên vô tuyến như là điều khiển công suất vòng bên trong. Về

mặt logic nó tương thích với trạm gốc trong hệ thống GSM. Lúc đầu nút B được sử

dụng là một thuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hoá nhưng sau đó nó không bị

thay đổi.

1.3 CÁC KÊNH VÔ TUYẾN

1.3.1 Kênh vật lý

Trong hệ thống CDMA thì các kênh vật lý tương ứng với tần số và mã định kênh.

Ở hệ thống WCDMA thì độ rộng băng tần là 5 MHz với hai sóng mang phân

cách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz

đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz

đến 2170 Mhz. Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn

độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz. Khung vô

tuyến là một khối xử lý bao gồm 15 khe thời gian có chiều dài 38400 chip,

một khe thời gian có chiều dài 10ms gồm 2560 chip. Vì thế số bit trên một

khe có thể khác nhau và trong một vài trường hợp có thể biến đổi theo thời

gian. Cấu trúc khung vô tuyến được biểu diễn trên hình 1- 5

Hình !-5: Cấu trúc khung vô tuyến

Ngoài ra thì mỗi kênh còn được ấn định bởi một mã định kênh. Mã định

kênh là các mã trực giao có hệ số trải phổ biến đổi (OVSF) đảm bảo sự trực

giao giữa các kênh vật lý. Các mã OVSF được định nghĩa theo cây mã trên

hình 1- 6. Mỗi mức trên cây mã xác định một mã định kênh với chiều dài

Khe 0 Khe 14Khe 1 Khe i

Data

Tslot

=2560 chip, 10.2k bit (k=0,1..,6)

Tf = 10ms

11

bằng hệ số trải phổ SF. Tất cả các mã trong cây không thể dùng đồng thời

trong cùng một cell. Một mã chỉ được sử dụng trong một cell khi trong cell

đó không sử dụng một mã nào khác nằm trên đường từ một mã cụ thể tới gốc

cây hay trong cây con dưới mã ấy. Điều ấy có nghĩa rằng số mã định kênh

khả dụng là không cố định mà phụ thuộc vào tốc độ và hệ số trải phổ của mỗi

kênh vật lý. Các mã định kênh được kí hiệu là Cch,SF,k trong đó ch là kênh, SF

là hệ số trải phổ và 0≤ k ≤ SF-1 là số mã. Hệ số trải phổ là tỉ số giữa tốc độ

chip với tốc độ kí hiệu đưa lên trải phổ và nó cũng bằng chu kỳ hay độ dài

của chuỗi trải phổ. Mỗi cây mã được xác định bởi một mã ngẫu nhiên hóa

nhận dạng BS hoặc UE.

Hình 1-6: Cấu trúc cây mã của mã định kênh

Phương pháp xác định mã định kênh được xây dựng trên cơ sở ma trân

Hadamard như sau:

Cch,4,0

= (1,1,1,1)

Cch,4,1

= (1,1,-1,-1)

Cch,4,2

= (1,-1,1,-1)

Cch,4,3

= (1,-1,-1,1)

Cch,2,0

= (1,1)

Cch,2,1

= (1,-1)

Cch,1,0

= (1)

SF= 1 SF= 2 SF= 4

12

Giá trị ngoài cùng bên trái trong từng từ mã định kênh là chuỗi chip được

truyền đầu tiên. Khi kết nối sử dụng hệ số trải phổ khả biến việc sử dụng đúng đắn

cây mã cũng cho phép giải trải phổ theo hệ số trải phổ nhỏ nhất. Do vậy, chỉ cần sử

dụng mã định kênh chọn từ nhánh được chỉ thị bởi mã có hệ số trải phổ nhỏ nhất.

Để đảm bảo tính trực giao giữa các mã trong một cây mã cần thỏa mãn quy định

sau cho việc chọn mã định kênh ở cùng một cây mã (cùng 1 BS hoặc cung 1 UE):

chỉ có thể sử dụng một mã khi và chỉ khi không có mã nào khác được sử dụng ở

cùng ô nằm trên đường dẫn từ mã này đến gốc cây hoặc ở cây con phía dưới mã

này. Các mã trực giao đường xuống trong một trạm gốc được quản lý bởi bộ điều

khiển mạng vô tuyến RNC trong mạng.

1.3.2 Kênh logic

Các kênh logic là một nhóm các bit mang một thông tin cụ thể nào đó: có thể là

thông tin về lưu lượng hay thông tin báo hiệu , điêu khiển. Các kênh này được phân

chia theo đường xuống (từ BS đến MS) và các kênh đường lên ( từ MS đến BS).

Các kênh logic ở WCDMA gồm: kênh hoa tiêu PiCH (đường xuống), kênh tìm gọi

PCH (đường xuống), kênh đồng bộ SCH (đường xuống), kênh quảng bá BCH

(đường xuống), kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (đường lên), các kênh lưu lượng

TCH được sử dụng để mang thông tin của người sử dụng (thoại hoặc số liệu) cùng

với báo hiệu giữa BS và MS, đây là các kênh hai chiều

Cch,1,0

= 1

Cch,2,0

Cch,2,0

Cch,1,0

Cch,1,0

Cch,1,0

- Cch,1,0

1 11 -1

Cch,2

n

,0

C

ch,2

n

,0

Cch,2

n

,0 - C

ch,2

n

,0

Cch,2

n

,1 C

ch,2

n

,1

Cch,2

n

,1 - C

ch,2

n

,1 . .C

ch,2

n

,2

n -1 Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,2

n -1 - Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,0

Cch,2

n

,1

Cch,2

n

,1 …………. …………

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,0

Cch,2

n

,1

Cch,2

n

,1 …………. …………

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

(n+1)

,0

Cch,2

(n+1)

,1

Cch,2

(n+1)

,2

Cch,2

(n+1)

,3 . .C

ch,2

(n+1)

,2

(n+1)-2

Cch,2

(n+1)

,2

(n+1)-1

= =

=

13

a. Kênh hoa tiêu (PiCH)

Kênh hoa tiêu PiCH luôn được trạm gốc phát ở mọi kênh WCDMA đường

xuống. Kênh hoa tiêu được sử dụng để cung cấp tham số chuẩn cho tất cả các tram

di động, nó cung cấp tham chuẩn pha cho giải điều chế nhất quán. PiCH không

mang thông tin và là một tín hiệu trải phổ không được điều chế được sử dụng để

đồng bộ các trạm di động nằm trong vùng phủ của trạm gốc, vì thế cấu trúc của

kênh này là một chuỗi toàn không được trải phổ bởi hàm Walsh 0. Tín hiệu hoa

tiêu được duy trì ở mức cao hơn kênh lưu lượng với công suất tín hiệu không đổi.

Tín hiệu hoa tiêu được sử dụng để so sánh cường độ tín hiệu giữa các BS khác

nhau khi thực hiện chuyển giao và là cơ sở để MS điều khiển công suất phát khi

truy nhập mạng.

c. Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh đồng bộ được sử dụng để đảm bảo đồng bộ khung, thời gian và cấu hình

hệ thống cho trạm di động. Ở kênh này chỉ có một bản tin được phát đi đó là bản

tin kênh đồng bộ. Các thông số của bản tin đồng bộ là:

- Nhận dạng hệ thống (SID: System Identification): số nhận dạng cho hệ

thống

- Nhận dạng mạng (NID: Network Identificatin): số nhận dạng mạng

- Trạng thái mã dài: mã dài tại một thời điểm xác định ở thời gian hệ thống

- Thời gian hệ thống

- Tốc độ số liệu kênh tìm gọi số kênh tìm gọi, thứ tự khe của kênh tìm gọi

Bản thân các bản tin kênh đồng bộ có thể chiếm nhiều khung

b. Kênh tìm gọi (PCH)

Kênh tìm gọi mang thông tin từ trạm gốc tới trạm di động. Tồn tại bốn kiểu

bản tin chính: bổ sung, tìm gọi, lệnh và ấn định kênh. Nội dung của các bản tin này

như sau:

- Cấu hình của hệ thống được truyền ở các bản tin bổ sung: bản

tin thông số hệ thống, bản tin thông số truy nhập, bản tin danh sách

trạm lân cận và bản tin danh sách kênh CDMA

- Các bản tin tìm gọi chứa các tìm gọi đến một hay nhiều trạm di

động. Các tìm gọi này thường được phát đi khi trạm gốc nhận được

Cch,2

n

,0

C

ch,2

n

,0

Cch,2

n

,0 - C

ch,2

n

,0

Cch,2

n

,1 C

ch,2

n

,1

Cch,2

n

,1 - C

ch,2

n

,1 . .C

ch,2

n

,2

n -1 Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,2

n -1 - Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,0

Cch,2

n

,1

Cch,2

n

,1 …………. …………

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,0

Cch,2

n

,1

Cch,2

n

,1 …………. …………

Cch,2

n

,2

n -1

Cch,2

n

,2

n -1

14

một cuộc gọi cho một trạm di động và chúng thường được phát từ

nhiều trạm gốc khác nhau.

- Các bản tin ấn định kênh cho phép trạm gốc ấn định một kênh lưu

lượng cho một trạm di động, hay thay đổi ấn định kênh tìm gọi cho

trạm di động này.

Kênh tìm gọi có một chế độ đặc biệt được gọi là chế độ được định khe. Ở chế

độ này các bản tin cho một trạm di động chỉ được phát đi ở các khoảng thời gian

định trước. Khả năng này cho phép trạm di động có thể giảm công suất ở các khe

thời gian không dành cho nó, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể năng lượng nguồn

ác quy của máy cầm tay. Mỗi MS sẽ được mạng ấn định một khe của kênh tìm gọi.

MS sẽ lấy thông tin khe tìm gọi trên các bản tin của kênh đồng bộ.

d. Kênh quảng bá (BCH)

Là kênh đường xuống được phát trên toàn bộ cell. BCH được dùng để phát các

thông tin mang tính chất quảng bá thông tin được truyền dưới dạng kiểu truyền đơn

e. Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)

Kênh truy nhập chỉ có ở đường lên. Nó được trạm di động sử dụng để khởi đầu

thông tin với trạm gốc và trả lời các bản tin của kênh tìm gọi. Mỗi kênh truy nhập

đều đi cặp với một kênh tìm gọi. Các kênh truy nhập được phân biệt với nhau bởi

một mã PN dài

f. Kênh lưu lượng (TCH)

Kênh lưu lượng có cả ở đường xuống và lên. Kênh lưu lượng để truyền:

- Thông tin của người sử dụng: thoại, số liệu

- Thông tin báo hiệu

- Thông tin mào đầu

- Thông tin điều khiển

Có bốn loại bản tin được phát trên TCH: các bản tin điều khiển cuộc gọi, các

bản tin điều khiển chuyển giao, các bản tin điều khiển công suất đường xuống, các

bản tin bảo mật và nhận thực, các bản tin cung cấp các thông tin đặc biệt từ/tới trạm

di động

15

1.4 QUY HOẠCH PHỔ TẦN CỦA WCDMA

Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD trên toàn cầu được cho trên hình 1-7

WCDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 (International Mobile

Telecommunications-2000) như sau. Ở châu Âu và hầu hết các nước châu Á băng

tần IMT-2000 là 2× 60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) có thể sử

dụng cho WCDMA/ FDD. Băng tần sử dụng cho TDD ở châu Âu thay đổi, băng tần

được cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 (TDD1)

và 2020-2025 MHz (TDD2). Băng tần cho các ứng dụng TDD không cần xin phép

(SPA= Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) có thể là 2010-2020 MHz. Các

hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đường xuống với

phân cách là khoảng cách song công, còn các hệ thống TDD sử dụng cùng tần số

cho cả đường lên và đường xuống.

UMTS quy định khai thác song công phân chia theo tần số là chế độ tiêu

chuẩn cho thông tin thoại và số liệu. Hoạt động đồng thời và liên tục của các mạch

điện phát và thu là các thay đổi đáng kể nhất so với họat động của GSM.

Hình 1-7. Phân bố tần số cho WCDMA/FDD.

a) Các băng có thể dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000.

16

Băng tần cho họat động FDD cho các băng I, II và III được cho trên hình 1-7.

Băng I (B1) là ấn định băng chính ở Châu Âu. Quy định dành hai cấp phát 60MHz

với khoảng cách song công chuẩn 190MHz, tuy nhiên quy định cũng cho phép song

công khả biến, trong đó khoảng cách phát thu nằm trong khoảng 130 đến 250MHz.

Hệ thống song công khả biến đặt ra các yêu cầu bổ sung đối với thiết kế máy phát

thu vì các bộ tổ hợp tần số ở máy phát và máy thu phải hoạt động độc lập với nhau.

Băng II (B2) tái sử dụng băng hiện có của hệ thống thông tin di động cá nhân và dự

định để sử dụng ở Mỹ để đảm bảo đồng tồn tại UMTS và GSM. Khoảng cách song

công chỉ bằng 80MHz đối với băng II vì thế đặt ra các yêu cầu khó khăn hơn đối

với phần cứng của máy thu phát.

Tại Việt Nam băng tần 3G được cấp phát tần số theo tám khe tần số như cho trong

bảng 1-2, trong đó hai hoặc nhiều nhà khai thác có thể cùng tham gia xin cấp phát

chung một khe.

Bảng 1-2. Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam

Khe tần số FDD TDD

BSTx* BSRx** BSTx/BSRx

A 2110-2125 MHz 1920-1935 MHz 1915-1920 MHz

B 2125-2140 MHz 1935-1950 MHz 1910-1915 MHz

C 2140-2155 MHz 1950-1965 MHz 1905-1910 MHz

D 2155-2170 MHz 1965-1980 MHz 1900-1905 MHz

* BSTx: máy phát trạm gốc

** BSRx: máy thu trạm gốc

Lý do cấp phát các kênh 5MHz khác nhau tại các nước khác nhau là ở chỗ các

nhà khai thác phải quy hoạch mã và phải tránh việc sử dụng các mã gây ra nhiễu

kênh lân cận trong cùng một nước hoặc các nhà khai thác khác trong nước liền kề.

Vì thế cần phải nghiên cứu quan hệ giữa các tổ hợp mã trải phổ và hoạt động của

các kênh lân cận. Hiện nay tại Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đã được

chia là bốn khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC,

EVN+HT

Chương II

17

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG HỆ

THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐA TRUY NHẬP PHÂN

CHIA THEO MÃ

Trong hệ thống thông tin di động để đảm bảo tính di động của thuê bao thì các

trạm phát phải được đặt ở khắp nơi. Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định và

chịu trách nhiệm với các thuê bao nằm trong vùng phủ sóng của mình và hệ thống

phải đảm bảo tính liên tục của tín hiệu liên lạc khi thuê bao di chuyển giữa các trạm

phát. Mặt khác, do trong hệ thống CDMA các thuê bao cùng sử dụng chung một

băng tần lên xảy ra hiện tượng tín hiệu mạnh lấn át tín hiệu yếu (hiệu ứng gần – xa),

nhiễu đồng kênh. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng QoS yêu cầu của dịch vụ hệ thống

phải áp dụng các kĩ thuật điều khiển công suất và chuyển giao nhằm hạn chế nhiễu

đồng kênh, giải quyết vấn đề gần – xa và làm tăng dung lượng hệ thống, thỏa mãn

yêu cầu roanming.

2.1 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

2.1.1 Cở sở của điều khiển công suất

Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, các máy di động đều phát chung

một tần số ở cùng thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh đối với nhau. Chất

lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môi

trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỉ số Eb/N’0, trong đó Eb là năng lượng bit

còn N0 là mật độ tạp âm trắng Gausơ cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi từ

máy phát của các người sử dụng khác. Để đảm bảo tỷ số Eb/N’0 không đổi và lớn

hơn ngưỡng yêu cầu cần điều khiển công suất của các máy phát của các người sử

dụng theo khoảng cách của nó với trạm gốc. Nếu như ở các hệ thống FDMA và

TDMA việc điều chỉnh công suất này không bắt buộc thì ở hệ thống CDMA điều

chỉnh công suất là bắt buộc và điều chỉnh này phải nhanh nếu không dung lượng

của hệ thống sẽ giảm. Chẳng hạn nếu công suất thu được của một người sử dụng

nào đó ở trạm gốc lớn hơn mười lần công suất phát của các người sử dụng khác, thì

nhiễu giao thoa đồng kênh do người sử dụng này gây ra cũng lớn gấp mười lần

nhiễu của các người sử dụng khác. Như vậy dung lượng của hệ thống sẽ giảm đi

một lượng bằng chín. Công suất thu được ở trạm gốc phụ thuộc vào khoảng cách

của các máy di động so với trạm gốc và có thể thay đổi đến 80 dB. Hiện tượng công

18

suất thu thay đổi theo khoảng cách giữa MS và BS được gọi là hiện tượng gần- xa

hiện tượng này ảnh hưởng lớn tới hệ thống, có thể được minh họa như sau:

Hình 2-1 : Mô tả hiện tượng gần- xa

Giả sử có hai trạm di động MS1 và MS2 cách đều trạm gốc BS một khoảng là d và

phát đi cùng một công suất là Pt1= Pt2 phát cùng thời gian và tần số nên MS1 và

MS2 sẽ gây nhiễu lẫn nhau. Do cả hai trạm di động có cùng công suất phát và cách

đều trạm gốc nên tỉ số tín hiệu trên can nhiễu sẽ bằng 1:

C/I=Pr1/Pr2= 1

Trong đó: Pr1, Pr2 là các tín hiệu mà BS thu được từ MS1 và MS2. Bây giờ nếu

MS1 đứng yên còn MS2 tiến gần lại trạm gốc sao cho khoảng cách từ MS2 tới trạm

gốc là d/2. Giả sử suy hao đường truyền tỷ lệ với mũ 4 khoảng cách thì công suất

thu ở trạm gốc đối với MS1 sẽ suy hao với tỉ lệ d4 còn đối với MS2 sẽ suy hao theo

tỉ lệ (d/2)4= d4*1/16. Do đó công suất thu được ở trạm gốc của MS2 sẽ lớn hơn công

suất thu được của MS1 là 16 lần và tỉ số tín hiệu trên can nhiễu trong trường hợp

này sẽ là:

C/I=Pr1/Pr2= 1/16

Điều đó có nghĩa là tỉ số tín hiệu trên can nhiễu giảm 16 lần so với trường hợp

hai trạm di động ở cùng khoảng cách. Để giải quyết vấn đề này người ta cần điều

khiển công suất phát của các trạm di động sao cho các trạm di động ở gần trạm gốc

sẽ phát công suất nhỏ hơn so với các trạm di động ở xa trạm gốc. Trong trường hợp

này công suất phát của trạm MS2 sẽ phải giảm 16 lần để C/I=1.

Dung lượng của một hệ thống di động CDMA đạt giá tri cực đại nếu công suất

phát của các máy di động được điều khiển sao cho ở trạm gốc công suất thu được là

như nhau đối với tất cả các người sử dụng. Ngoài việc giảm hiện tượng gần – xa,

điều khiển công suất còn được sử dụng để giảm hiện tượng che tối và duy trì công

19

suất phát trên một người sử dụng, cần thiết để đảm bảo tỉ số lỗi bit ở mức cho trước,

mức tối thiểu. Như vậy, điều khiển công suất còn cho một cái lợi khác là kéo dài

tuổi thọ của ác quy của MS.

- Ngoài ra thì việc điều khiển công suất còn làm tăng khả năng giải trải phổ tín

hiệu thu, làm cho việc thu, tách tách tín hiệu được dễ dàng hơn: Nếu có hai trạm di

động MS1 và MS2 cùng thu, phát trên một kênh CDMA có phổ tín hiệu tương ứng

là D1(f) và D2(f). Phổ D1(f) và D2(f) có thể nằm gần hoặc xa nhau trên dải tần.

Trước khi truyền đi các phổ này sẽ được trải rộng ra nhờ mã trải phổ c1(t) và c2(t)

tương ứng. Lúc này phổ của tín hiệu có dạng gần giống phổ của tạp âm.

Giả sử tín hiệu của trạm di động MS1 là tín hiệu cần thu, thì tín hiệu của MS2 coi

như là nhiễu. Tại phía thu tín hiệu cần thu sẽ được đưa vào giải trải phổ với mã giải

trải phổ c1(t) là bản sao đồng bộ của mã trải phổ tại phía phát. Như vậy phổ tín hiệu

D1(f) sẽ được nén lại giống như phổ ban đầu. Các nhiễu dải hẹp sinh ra trong quá

trình truyền tin sẽ được trải phổ ra với mã c1(t) và như vậy ta sẽ thu được tín hiệu

cần thu của MS1. Nhưng nếu tại phía thu tín hiệu trải phổ tín hiệu của MS2 thu được

vẫn còn cao hơn (do công suất phát lớn) phổ tín hiệu của MS1 sau khi đã nén (nói

cách khác phổ tín hiệu D1(f) bị chìm trong nền nhiễu) thì máy thu cũng sẽ không

thu được tín hiệu của MS1 làm mất thông tin. Như vậy để thu được tín hiệu của MS1

thì phải điều chỉnh công suất phát của để nền tạp âm thu được tại máy thu của BTS

là đồng đều nhau

20

Hình 2-2: Mô tả sự tác động của công suất đến việc giải trải phổ

Như vậy công suất của các máy di động được điều chỉnh sao cho sau khi giải trải

phổ thì phổ của tín hiệu cần thu sẽ lớn hơn nền nhiễu để máy thu có thể tách và giải

điều chế.

2.1.2 Phân loại điều khiển công suất

Điều khiển công suất nhanh và nghiêm ngặt là nét quan trọng nhất ở các hệ

thống thông tin di động CDMA, nhất là ở đường lên. Thiếu điều khiển công suất,

một MS phát công suất lớn hơn sẽ chặn một bộ phận lớn ô dẫn đến hiện tượng gần-

xa ở CDMA làm giảm dung lượng hệ thống. Để điều khiển công suất của một hệ

thống thì người ta căn vào các tham số sau:

- Trên cơ sở đo cường độ tín hiệu

- Trên cơ sở tỉ số tín hiệu trên tạp âm SIR

- Trên cơ sở tỉ lệ lỗi bít BER

Dựa vào các tham số trên chúng ta có các phương pháp điều khiển công suất sau:

a/ Điều khiển công suất cho đường xuống và đường lên

Điều khiển công suất cho đường lên (từ MS đến BS) ở hệ thống DS-CDMA là

một yêu cầu rất quan trọng vì hiệu ứng gần-xa. Trong trường hợp này, có một dải

động để điều khiển công suất chừng 80 dB. Trên đường xuống, không có hiệu ứng

21

gần-xa do mô hình một-tới nhiều. Điều khiển công suất có nhiệm vụ bù nhiễu bên

trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc biệt là nhiễu gần biên giới của của các

cell này (được chỉ ra trong hình 2-3). Hơn thế nữa, điều khiển công suất trên đường

xuống có nhiệm vụ làm giảm thiểu nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục

tiêu.

Hình 2-3 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống)

b/ Điều khiển công suất phân tán và tập trung

Một bộ điều khiển tập trung có tất cả các thông tin về các kết nối được thiết lập

và độ lợi kênh, và điều khiển tất cả các mức công suất trong mạng hay một phần

của mạng. Điều khiển công suất tập trung theo yêu cầu tín hiệu điều khiển phạm vi

rộng trong mạng và không thể ứng dụng trong thực tế. Chúng có thể sử dụng để đưa

ra giới hạn về hiệu suất của thuật toán phân tán.

Bộ điều khiển phân tán chỉ điều khiển công suất của một trạm phát đơn và thuật

toán chỉ phụ thuộc vào nội bộ, như SIR hay độ lợi kênh của người sử dụng đặc biệt.

Những thuật toán này thực hiện tốt trong trường hợp lý tưởng, nhưng trong các hệ

thống thực tế có một số hiệu ứng không thích hợp như :

- Tín hiệu đo và điều khiển làm mất thời gian dẫn đến thời gian trễ trong hệ

thống

- Công suất phát hợp lý của máy phát bị hạn chế bởi giới hạn vật lý và sự

lượng tử hóa. Những hạn chế bên ngoài khác như công suất phát cực đại trên một

kênh đặc biệt tác động đến công suất ra.

- Chất lượng là một sự đo đạc chủ quan và cần phải tận dụng sự đo đạc khách

quan hợp lý.

22

c/ Điều khiển công suất vòng kín, điều khiển công suất vòng hở

Tồn tại ba phương pháp điều khiển công suất sau đây:

• Điều khiển công suất vòng hở (chỉ có UE thực hiện quá trình điều

khiển)

• Điều khiển công suất nhanh vòng kín (cả UE và BS cùng tham gia quá

trình điều khiển công suất) gồm điều khiển công suất vòng trong và

điều khiển công suất vòng ngoài.

Hệ thống WCDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều, chiều

về (từ BS đến máy di động), chiều lên (từ máy di động đến BS) kết hợp với quá

trình điều khiển công suất vòng hở và vòng kín. Nhằm năng cao dung lượng hệ

thống, đảm bảo các dịch vụ chất lượng cao…

2.2 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.

2.2.1 Mục đích của chuyển giao ( Handoff)

Có nhiều lý do cần phải thực hiện việc chuyển giao. Lý do cơ bản của chuyển

giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn một bộ tiêu chuẩn nhất định và do đó hoặc

UE hoặc UTRAN sẽ thực hiện các công việc để cải thiện kết nối đó. Các điều kiện

chuyển giao thường gặp là: điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của

thuê bao, sự phân bố lưu lượng, băng tần…

23

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 được định nghĩa bởi RNC, sự suy

giảm tín hiệu sẽ được nhận biết bằng cách đo mức tín hiệu. Việc đo tín hiệu được

thực hiện ở cả UE và RNC. Chuyển giao phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu được

thực hiện cho cả hướng lên và hướng xuống cảu đường truyền dẫn vô tuyến.

Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi dung lượng 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 ở ngoài rìa của cell (có mật độ tải cao) sẽ được chuyển giao sang cell

bên cạnh (có mật độ tải thấp). Bằng cách thực hiện chuyển giao như vậy, tải hệ

thống sẽ được phân bố đều và như cầu về dung lượng và vùng phủ sóng được điều

chỉnh một cách có hiệu quả để đáp ứng nhu cầu lưu lượng trong mạng.

Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di 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 RAN. Để tránh những chuyển

giao không cần thiết, thuê bao chuyển động với tốc độ cao có thể được thực hiện

chuyển giao từ các cell vi mô (micro-cell) đến các cell vĩ mô (macro-cell). Trong

trường hợp ngược lại thuê bao di chuyển với tốc độ chậm, thuê bao này có thể được

chuyển giao từ cell vĩ mô sang cell vi mô nhằm cải thiện chất lượng tín hiệu.

Quyết định thực hiện chuyển giao thông thường được thực hiện bởi RNC đang

phục vụ thuê bao đó, loại trừ trường hợp chuyển giao vì lý do lưu lượng. Chuyển

giao do nguyên nhân lưu lượng được thực hiện bởi trung tâm chuyển mạch di động

(MSC)

24

Đo lường: - Đo các tham số- Báo cáo các tham số

đo được

Quyết định:-Các tham số thuật toán-Các đặc tính chuyển giao

Thực hiện;- Tín hiệu chuyển giao- Phân bổ tài nguyên vô tuyến

2.2.2 Trình tự chuyển giao

Trình tự chuyển giao gồm có ba pha như hình vẽ, bao gồm : pha đo lường, pha

quyết định và pha thực hiện.

Hình 2-4: Tiến trình thực hiện chuyển giao

a/ Đo lường

Đo lường là một nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì hai lý do cơ

bản sau :

- Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc

vào pha đinh và tổn hao đường truyền. Những thay đổi này phụ thuộc vào

môi trường trong cell và tốc độ di chuyển của thuê bao.

- Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến tải hệ

thống

Để thực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối, UE liên tục đo cường độ

tín hiệu của các cell lân cận và thông báo kêt quả tới mạng, tới bộ điều khiển truy

nhập vô tuyến RNC. Dữ liệu đo lường của UE có thể chia thành các nhóm sau :

- Dữ liệu đo cùng tần số là dữ liệu đo cường độ tín hiệu cùng tần số của các

kênh vật lý đường xuống.

- Dữ liệu đo ở các tần số khác nhau là dữ liệu đo cường độ tín hiệu có tần số

khác nhau của các kênh vật lý đường xuống.

25

- Dữ liệu đo giữa các hệ thống bao gồm dữ liệu đo cường độ của các kênh

vật lý đường xuống của các hệ thống truy nhập khác, ví dụ như hệ thống

GSM.

- Dữ liệu đo mật độ lưu lượng gồm dữ liệu đo mật độ đường lên.

- Dữ liệu đo chất lượng là dữ liệu đo các tham số chất lượng, chẳng hạn như

FER của đường xuống.

- Dữ liệu đo nội bộ gồm các số liệu đo công suất truyền dẫn UE và mức tín

hiệu thu tại UE

Tín hiệu đo được kích bởi các điều kiện sau :

- Thay đổi của cell tốt nhất (cell có mức tín hiệu cao nhất).

- Những thay đổi mức tín hiệu của kênh hoa tiêu

- Những thay đổi về tỉ số tín hiệu trên tạp âm SRN

- Thông báo có tính chất chu kỳ.

- Thời điểm kích.

b/ Quyết định chuyển giao

Pha quyết định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối so

sánh nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các cell lân cận. Tùy theo

kết quả so sánh mà ta có thể quyết định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao.

SRNC kiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điều kiện

chuyển giao. Nếu các điều kiện này được kích hoạt, RNC phục vụ sẽ cho phép thực

hiện chuyển giao.

Căn cứ vào quyết định chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao ra thành hai

loại như sau :

- Chuyển giao quyết định bởi mạng NEHO (Network Evaluated Handover).

- Chuyển giao quyết định bởi thuê bao di động MEHO (Mobile Evaluated

Handover)

Trong trường hợp chuyển giao thực hiện bởi mạng (NEHO), SRNC thực hiện

quyết định chuyển giao. Trong trường hợp MEHO, UE thực hiện quyết định chuyển

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 SRNC với UE.

Ngay cả trong trường hợp chuyển giao MEHO, quyết định cuối cùng về việc

thực hiện chuyển giao là do SRNC. RNC có trách nhiệm quản lý tài nguyên vô

tuyến của toàn bộ hệ thống và các thông tin cần thiết khác phục vụ cho việc thực

hiện chuyển giao.

26

Quyết định chuyển giao dựa trên các thông tin đo đạc của UE và BS cũng như

các điều kiện để thực hiện thuật toán chuyển giao. Các thuật toán chuyển giao

không được tiêu chuẩn hóa, chúng độc lập với quá trình xây dựng hệ thống. Do đó

các thuật toán chuyển giao tiên tiến được sử dụng tự do dựa trên các tham số sẵn có

kết hợp với khả năng đo đạc các phần tử của mạng, sự phân bố lưu lượng, quy

hoạch mạng, cấu trúc hạ tầng mạng và chiến lược lưu lượng của toàn bộ hệ thống

được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ.

c/ Thực hiện chuyển giao

Quá trình chuyển giao có thể xảy ra ở trạng thái rỗi hay trạng thái kênh lưu

lượng.

- Chuyển giao ở trạng thái rỗi

Chuyển giao rỗi hay thay đổi kênh tìm gọi xảy ra khi MS chuyển từ vùng phủ

của BS này sang vùng phủ của BS khác ở trạng thái rỗi. MS xác định rằng xảy ra

chuyển giao khi nó phát hiện ra hoa tiêu mới đủ lớn hơn hoa tiêu hiện thời.

Các kênh hoa tiêu được nhận dạng bởi dịch thời của chuỗi PN ngắn. Các kênh

này được nhóm vào các tập mô tả trạng thái của chúng liên quan đến các thủ tục tìm

kiếm hoa tiêu. Ở trạng thái rỗi, ba tập hoa tiêu được duy trì: tích cực, kế cận, và còn

lại. Đối với mỗi tập hoa tiêu, cửa sổ tìm kiếm được định nghĩa. Cửa sổ này cho

phép MS tìm kiếm đường truyền trực tiếp cũng như các thành phần của các đường

khác của tín hiệu hoa tiêu. Nếu MS xác định rằng hoa tiêu tập kế cận hoặc tập còn

lại đủ lớn hơn hoa tiêu của tập tích cực, chuyển giao rỗi được thực hiên

- Chuyển giao ở trạng thái kênh lưu lượng

Chuyển giao ở trạng thái kênh lưu lượng là quá trình chuyển giao xảy ra khi MS

đã được ấn định kênh lưu lượng

Có các trường hợp chuyển giao là: chuyển giao bên trong ô và chuyển giao giữa các ô.

Chuyển giao giữa các ô gồm :

- Chuyển giao giữa các ô thuộc hai BTS khác nhau nhưng cùng một BSC

- Chuyển giao giữa các ô thuộc hai BTS khác nhau của hai BSC cùng MSC

- Chuyển giao giữa các ô thuộc hai BTS thuộc hai MSC khác nhau.

Căn cứ vào các trường hợp chuyển giao khác nhau trong hệ thống CDMA tồn tại

các dạng chuyển giao sau :

1) Chuyển giao cứng ( chuyển giao cứng liên tần và liên hệ thống)

2) Chuyển giao mềm

3) Chuyển giao mềm hơn

27

Chuyển giao cứng

- Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc: Cắt trước khi nối. Trong chuyển giao

này kết nối với kênh cũ bị cắt trước khi kết nối với kênh mới được thực hiện. Vì vậy

mà trong quá trình chuyển giao cứng tín hiệu liên lạc sẽ bị gian đoạn tuy nhiên

khoảng giản đoạn này các MS không thể nhận biết được. Trong CDMA thì chuyển

giao cứng chủ yếu dùng để chuyển giao giữa các sóng mang CDMA khác nhau hay

chuyển giao với các hệ thống di động khác

Chuyển giao mềm và mềm hơn

- Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trên nguyên tắc kêt nối: Nối trước khi cắt.

Chuyển giao mềm là chuyển giao trong đó trạm di động bắt đầu thông tin với một

trạm gốc mới mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ. Chuyển giao mềm chỉ có

thể được thực hiện khi cả trạm gốc cũ lẫn trạm gốc mới đều làm việc ở cùng tần số

- Chuyển giao mềm hơn là chuyển giao mềm được thực hiện giữa các đoạn ô của

cùng một ô.

Cũng như điều khiển công suất chuyển giao mềm và mềm hơn cần phải có ở các

hệ thống thông tin di động CDMA vì lý do sau: để tránh hiện tượng gần- xa xảy ra

khi MS tiến sâu vào vùng phủ sóng của ô lân cận mà không được BTS của ô này

điều khiển công suất dẫn đến nó sẽ gây nhiễu rất lớn cho các MS khác ở ô này.

Chuyển giao cứng thường xuyên và nhanh có thể tránh được điều này, nhưng

chuyển giao này chỉ có thể thực hiện được với một thời gian trễ nhất định, trong

khoảng thời gian này có thể xảy ra hiện tượng gần- xa. Vì thế cùng với điều khiển

công suất, các chuyển giao mềm và mềm hơn là các công cụ kĩ thuật quan trọng để

giảm nhiễu ở CDMA

28

CHƯƠNG III

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO

TRONG HỆ THỐNG WCDMA

3.1 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

3.1.1. Các dạng điều khiển công suất

Điều khiển công suất nhanh và nghiêm ngặt là nét quan trọng nhất ở các hệ

thống thông tin di động WCDMA, nhất là ở đường lên. Do công nghệ WCDMA

sử dụng kĩ thuật trải phổ nên tất cả các thuê bao có thể thu, phát chung trên cùng

tần số gây ra hiện tượng nhiễu đồng kênh. Do đó, thiếu điều khiển công suất, một

MS phát công suất lớn hơn sẽ chặn một bộ phận lớn ô dẫn đến hiện tượng gần- xa

ở CDMA làm giảm dung lượng hệ thống. Như vậy để dung lượng hệ thống đạt

được cực đại cần điều khiển công suất phát của tất cả các MS trong một ô sao cho

mức công suất mà chúng tạo ra ở BS sẽ bằng nhau. Trong hệ thống WCDMA tồn

tại các phương pháp điều chỉnh công suất sau:

- Điều khiển công suất vòng hở (chỉ có trạm MS tham gia quá trình điều khiển)

- Điều khiển công suất vòng kín (cả trạm gốc và trạm di động đều tham gia

quá trình điều khiển) gồm điều khiển công suất vòng trong và điều khiển

công suất vòng ngoài.

Ngoài ra để giảm nhiễu do các BTS gần nhau gây ra trong WCDMA cũng thực

hiện điều khiển công suất đường xuống ở BTS dựa trên báo cáo kết quả FER

(Frame Error Ratio) đo được từ MS. Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần-xa

do mô hình một-tới nhiều. Điều khiển công suất có nhiệm vụ bù nhiễu bên trong

cell gây ra bởi các trạm di động, đặc biệt là nhiễu gần biên giới của của các cell này

(được chỉ ra trong hình 3-1). Hơn thế nữa, điều khiển công suất trên đường xuống

có nhiệm vụ làm giảm thiểu nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu.

Hình 3-1: Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống)

29

Trong hình 3-1, MS2 phải chịu nhiều nhiễu bên trong cell hơn MS1. Vì thế để

đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho cho

các kênh đường xuống giữa BS và MS2.

3.1.2 Nguyên lý điều khiển công suất vòng hở

Điều khiển công suất vòng hở chủ yếu để điều khiển công suất đường lên, thực

hiện đánh giá gần đúng công suất đường xuống của tín hiệu kênh hoa tiêu dựa trên

tổn hao truyền sóng của tín hiệu này. Trong hệ thống WCDMA phương pháp điều

khiển công suất này thường được sử dụng để thiết lập công suất gần đúng khi truy

nhập mạng. Hình 3-2 cho ta thấy quá trình điều khiển công suất khi MS truy nhập

mạng trên kênh RACH.

Hình 3-2 Quá trình điều khiển công suất vòng mở khi MS truy nhập mạng trên

kênh RACH

Để truy nhập mạng MS thực hiện thử truy nhập bằng cách phát đi nhiều chuỗi

thăm dò truy nhập. Lúc đầu chuỗi thăm dò truy nhập được phát đi ở một công suất

tương đối thấp trên cơ sở đánh giá công suất mà MS thu được (công suất phát này

được xác định theo nguyên tắc là: khi thu được một hoa tiêu mạnh từ trạm gốc có

nghĩa là suy hao đường xuống thấp, nếu coi suy hao đường lên cũng như vậy thì

trạm di động chỉ cần phát một công suất thấp và ngược lại). Nếu không nhận được

trả lời từ BTS trên kênh PCH, MS phát thăm dò truy nhập tiếp theo với mức công

suất cao hơn và quá trình này được lặp nhiều lần cho đến khi nó nhận được trả lời từ

BTS.

30

Mỗi bước công suất Pi được gọi là một hiệu chỉnh công suất vòng hở. Khi này công

suất phát khởi đầu của trạm di động được xác định như sau:

Pt= -Pr-72+ NOM_PWR+INT_PWR

Và công suất phát của trạm di động sau khi nhận được trả lời của BTS

Pt= -Pr-72+ NOM_PWR+INT_PWR+Tổng công suất của các lần hiệu

chỉnh thăm dò truy nhập (ΣPi).

Trong đó:

Pt: Công suất phát trung bình (dB)

Pr: Công suất thu trung bình (dB)

NOM_PWR: Điều chỉnh danh định

INT_PWR: Điều chỉnh ban đầu

¦íc tÝnh c­êng ®é hoa tiªu

P_tx = 1/C­êng ®é hoa tiªu

Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển công suất vòng hở

Quá trình điều khiển theo vòng mở này diễn ra liên tục sau khi trạm gốc xác

nhận yêu cầu truy nhập của máy di động

Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là: do điều kiện truyền

sóng của đường xuống khác đường lên nhất là do pha đinh nhanh nên sự đánh giá sẽ

thiếu chính xác.

31

3.1.3 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín

Phương pháp điều khiển công suất vòng kín được mô tả như hình vẽ

C¸c lÖnh ®iÒu khiÓnc«ng suÊt ®Õn c¸c MS

MS 1

MS 2

Duy tr× c¸c møcc«ng suÊt P1 vµ P2

b»ng nhau

Hình 3-4 Cơ chế điều khiển công suất vòng kín

Ở phương pháp này BTS thường xuyên đánh giá tỉ số tín hiệu trên can nhiễu

(SIR) thu được và so sánh nó với tỉ số SIR đích ở điểm đặt

SIRsetpoint= (Eb/N’0)req req = request

Nếu SIR thu cao hơn SIRsetpoint thì BTS ra lệnh cho MS hạ thấp công suất, trái lại

nó ra lệnh cho MS tăng công suất. Chu kì đo – lệnh – phản ứng này được thực hiện

1500 lần trong một giây. Tốc độ này sẽ cao hơn mọi sự thay đổi tổn hao đường

truyền và thậm chí có thể nhanh hơn pha đinh nhanh khi MS di chuyển với tốc độ

thấp. Bit điều khiển công suất (PCb) được ghép vào kênh TCH đường xuống. Các

bit điều khiển công suất được ghép vào kênh lưu lượng theo hướng sau bộ mã hóa,

vì thế các PCb không được mã hóa chống lỗi. Điều này được thực hiện để giảm trễ

cố hữu khi giải mã hóa. Vì điều khiển công suất theo vòng kín được sử dụng để

chống lai hiện tượng pha đinh nhanh. Các PCb không được mã hóa để máy thu di

động nhanh chóng có thể thu lại PCb và điều chỉnh công suất phát cho phù hợp.

Mỗi bit điều khiển công suất này tạo ra thay đổi 1,2,3 dB gần hơn đến giá trị đích.

Cần lưu ý rằng có thể việc điều chỉnh công suất này không thành công vì N 0 luôn

luôn thay đổi

32

Hình 3-5 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín

Kỹ thuật điều khiển công suất vòng kín như vậy được gọi là vòng trong cũng

được sử dụng cho đường xuống mặc dù ở đây không có hiện tượng xa- gần. Tuy

nhiên lý do bắt buộc điều khiển công suất ở đây như sau: Khi MS tiến gần tới biên

giới ô, nó bắt đầu chịu ảnh hưởng ngày càng tăng của nhiễu từ các ô khác. Điều

khiển công suất trong trường hợp này để tạo một lượng dự trữ công suất cho các

MS trong trường hợp các trường hợp nói trên

- Điều khiển công suất vòng ngoài

Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện điều chỉnh giá trị SIRsetpoint ở BTS cho

phù hợp với yêu cầu của từng đường truyền vô tuyến để đạt được chất lượng các

đường truyền vô tuyến như nhau. Chất lượng của các đường truyền vô tuyến thường

được đánh giá bằng tỉ số lỗi bit BER hay tỉ số lỗi khung FER. Lý do cần đặt lại

SIRsetpoint như sau: SIR yêu cầu chẳng hạn là FER=1% phụ thuộc vào tốc độ của

MS và đặc điểm truyền đa đường. Nếu ta đặt SIRsetpoint đích cho trường hợp xấu

nhất (tốc độ của MS là cao nhất) thì sẽ lãng phí dung lượng cho các kết nối ở tốc độ

Giải trải phổ

Máy thuRAKE

Đo SIR

So sánh và quyết định SIR đích

Đo chất lượng

So sánh và quyết định

Tạo bit điều khiển công

suất

Chất lượng

đích

Vòng trong

Vòng ngoài

Tín hiệu thu

Ghép bit điều khiển cs vào luồng phát

33

thấp. Như vậy, tốt nhất là để SIRsetpoint thả nổi xung quanh giá trị tối thiểu đáp ứng

được yêu cầu chất lượng.

Hình 3-6 Điều khiển công suất vòng ngoài

Hình 3-6 cho thấy sự thay đổi của SIRsetpoint theo thời gian. Để thực hiện điều

khiển công suất vòng ngoài, mỗi khung số liệu của người sử dụng được gắn chỉ thị

chất lượng khung là CRC. Việc kiểm tra chỉ thị chất lượng này sẽ thông báo cho

RNC về việc giảm chất lượng và RNC sẽ lệnh cho BTS tăng SIRsetpoint. Lý do đặt

điều khiển vòng ngoài ở RNC vì chức năng này thực hiện sau khi thực hiện kết hợp

các tín hiệu ở chuyển giao mềm.

Tần số của điều khiển công suất vòng bên ngoài thường là 10-100Hz.

3.1.4 Quá trình thực điều khiển công suất đường lên

Công suất phát của máy di động là một hàm của quá trình điều khiển công suất

theo vòng hở và vòng khép kín. Các hình 3-7 và hình 3-8 chỉ ra quá trình thực hiện

lược đồ điều chỉnh công suất đường lên. Đối với quá trình điều khiển công suất

vòng khép kín, trạm gốc có toàn bộ vòng điều khiển ngoài và một phần của vòng

điều khiển trong; máy di động có các phần khác của vòng điều khiển trong. Đối với

34

quá trình điều khiển công suất theo vòng mở, toàn bộ phần điều khiển theo vòng mở

nằm trong máy di động.

QuyÕt ®Þnh: - NÕu gi¸ trÞ Eb/N0­íc tÝnh > ng­ìng th×PCb=1(UE gi¶m 1dB)- NÕu gi¸ trÞ Eb/N0­íc tÝnh < ng­ìng th×PCb= 1 (UE t¨ng 1dB)

Kªnh l­u l­îng®­êng xuèng

M¸y ph¸t

ChØnh Eb/N0 ng­ìng

Ng­ìngEb/N0

¦íc tÝnh Eb/N0

Sè liÖu

Th«ng tin vÒchÊt l­îng

¦íc tÝnh FER

Gi¶i ®iÒuchÕ

¦íc tÝnh Eb/N0

M¸ythu

Vßng ngoµi

antenthu

antenph¸t

PCb

Hình 3-7: Các chức năng điều khiển công suất được thực hiện ở Node B

Trong hình 3-7, trạm gốc thu tín hiệu đường truyền lên từ máy di động. Đầu tiên,

trạm gốc giải điều chế và ước tính FER của đường lên. Thông tin chất lượng khung

này được dẫn tới thiết bị tính ngưỡng, để điều chỉnh ngưỡng Eb/N0. Đồng thời trạm

gốc cũng tạo ra giá trị Eb/N0 ước tính của đường truyền lên và được so sánh với giá

trị Eb/N0 ngưỡng. Nếu giá trị ước tính cao hơn giá trị ngưỡng nghĩa là Eb/N0 của

đường truyền thấp hơn giá trị cần thiết để duy trì một chất lượng khung tốt; theo đó

thì một PCb có giá trị 0 được gửi đi để ra lệnh cho máy di động tăng công suất phát.

Ngược lại, thì một PCb có giá trị 1 sẽ được trạm gốc gửi đi để ra lệnh cho MS giảm

công suất. Các PCb được ghép trên kênh lưu lượng đường xuống.

35

¦íc tÝnh c«ngsuÊt thutrung b×nh

QuyÕt ®inh: - NÕu PCb=0 t¨ng c«ngsuÊt ph¸t 1dB - NÕu PCb=1 gi¶m c«ngsuÊt ph¸t 1dB

Gi¶i ®iÒu chÕ

M¸y thu

M¸y ph¸t Khªnh l­u l­îng ®­êng lªn Sè liÖu

PCb

Sè liÖu thuVßng khÐp kÝn

antenthu

antenph¸t

K = 72 dB

NOM_PWR (dB)

Tæng tÊt c¶ c¸c gi¸ tri hiÖuchØnh th¨m dß truy nhËp

INIT_PWR (dB)

Pr

Hình 3-8 Quá trình điều khiển công suất đường lên được thực hiện ở trạm di động

Về phía máy di động (xem hình 3-8), máy di động thu tín hiệu từ đường truyền

xuống. Nó khôi phục lại các bit PCb để đưa ra quyết định tăng hoặc giảm công suất

phát đi 1,2,3 dB. Việc quyết định là sự hiệu chỉnh theo vòng khép kín

3.1.5 Quá trình thực điều khiển công suất đường xuống

Trong trường hợp lý tưởng thì việc điều khiển công suất ở đường xuống là

không cần thiết. Lý do là trạm gốc đang phát tất cả các kênh nhất quán trong cùng

một băng tần RF, theo mô hình một tới nhiều. Tuy nhiên, trong thực tế một máy di

động có thể ở gần một nguồn nhiễu nghiêm trọng và phải chịu một nền nhiễu lớn,

hoặc máy di động có thể phải chịu một suy hao đường truyền lớn trên tín hiệu tổng

hợp thu được ngoài tạp âm nhiệt. Ngoài ra, thì điều khiển công suất đường xuống

còn để bù và giảm nhiễu giao thoa giữa các cell lân cận. Như vậy, việc điều chỉnh

công suất hướng xuống là vẫn cần thiết. Tuy nhiên, nói chung là yêu cầu điều khiển

công suất đối với hướng xuống là không nghiêm ngặt như yêu cầu đối với điều

khiển đường lên

36

Để thực hiện quá trình điều khiển này thì trạm di động được quy định luôn phải

báo cáo phản hồi chất lượng của đường truyền xuống tới trạm gốc. Máy di động

liên tục giám sát FER của đường truyền xuống và nó báo cáo giá trị FER này về

trạm gốc trên một bản tin được gọi là: bản tin báo cáo phép đo công suất (PMRM).

Trạm di động thường gửi bản tin này theo mọt trong hai cách sau: một cách là máy

di động báo cáo thường kỳ bản tin PMRM (Power Measurement Report Message)

và cách thứ hai là máy di động chỉ báo cáo PRMR khi giá trị FER của đường truyền

xuống vượt quá ngưỡng nhất định. Trạm gốc thi bản tin PMRM, nhận biết chất

lượng của đường truyền xuống, sau đó có thể điều chỉnh công suất phát của nó tới

máy di động. Thuật toán chính xác của quá trình điều khiển công suất này phụ

thuộc vào các nhà sản xuất cấu trúc hạ tầng riêng biệt. Quá trình này hầu như luôn

là độc quyền của mỗi nhà sản xuất

3.1.6 Điều khiển công suất ở trạng thái chuyển giao mềm

Ở trạng thái chuyển giao mềm (trạng mà kết nối mới được thiết lập trước khi cắt

kết nối cũ), công suất phát của UE được điều chỉnh dựa trên việc lựa chọn lệnh điều

khiển công suất TPC phù hợp nhất từ những lệnh điều khiển công suất mà nó nhận

được từ các BS có kêt nối đến UE đó. Trong trường hợp đó UE nhận các lệnh điều

khiển công suất có nội dung khác nhau. Các lệnh này khác nhau có thể do lỗi trong

khi truyền dẫn cũng có thể do mạng. Do vây, UE phải xử lý tình huống có mâu

thuẫn giữa các lệnh điều khiển công suất. Để giải quyết mâu thuẫn đó UE thực hiện

lệnh điều khiển công suất theo nguyên tắc: nếu các lệnh công suất giống nhau là

cùng tăng thì UE tăng công suất phát của mình, còn các trường hợp khác thì UE sẽ

giảm công suất phát. Quá trình điều khiển công suất trong trường hợp này được mô

tả như hình vẽ

37

=> UE gi¶m c«ng suÊt

TPC: "gi¶m c«ng suÊt"

=> UE gi¶m c«ng suÊt

TPC: "gi¶m c«ng suÊt" TPC: "t¨ng c«ng suÊt" TPC: "gi¶m c«ng suÊt"

=> UE t¨ng c«ng suÊt

TPC: "t¨ng c«ng suÊt" TPC: "t¨ng c«ng suÊt"

Hình 3-9: Điều khiển công suất ở trạng thái chuyển giao mềm

3.2 CHUYỂN GIAO

Như ở chương II chúng ta đã biết bất kì hệ thống thông tin di động tế bào nào

cũng phải áp dụng kĩ thuật chuyển giao để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng dịch

vụ, khả năng di động của các thuê bao, điều chỉnh tải của hệ thống để tránh tắc

nghẽn mạng. Trong hệ thống WCDMA do việc dùng chung cùng một băng tần và

áp dụng kĩ thuật trải phổ nên có khả năng hỗ trợ đầy đủ chuyển giao mềm. Đặc biệt

WCDMA kết hợp chuyển giao mềm với việc điều khiển công suất nhanh và nghiêm

38

ngặt càng làm tăng thêm hiệu quả trong việc chống nhiễu và giải quyết vấn đề gần-

xa. Tuy nhiên do WCDMA là bước tiến hóa của hệ thống GSM để tiến lên 3G lên

trong WCDMA cũng áp dụng cả kĩ thuật chuyển giao cứng. Ngoài ra, thì tuy rằng

hệ số tái sử dụng tần số trong WCDMA có thể băng một nhưng trong WCDMA vẫn

áp dụng quy hoạch tái sử dụng tần số cho các vùng đinh vị LA khác nhau vì vậy

việc áp dụng chuyển giao cứng là vẫn cần thiết trong WCDMA.

3.2.1 Các kiểu chuyển giao trong WCDMA

- Chuyển giao cứng có thể được chia thành: chuyển giao cứng cùng tần số và

chuyển giao cứng khác tần số. Trong quá trình chuyển giao cứng, kết nối cũ được

giải phóng trước khi thực hiện kết nối mới. Do vậy, tín hiệu bị ngắt trong khoảng

thời gian thực hiện chuyển giao. Tuy nhiên, thuê bao không có khả năng nhận biết

được khoảng ngừng đó. Trong trường hợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số

sóng mang của kênh truy nhập vô tuyến mới khác với tần số sóng mang hiện tại.

Hình 3- 10 thể hiện chuyển giao cứng cùng tần số.

TÊn sè f1 TÊn sè f1

BSBS

UE

Iur

RNC RNC

Hình 3-10: chuyển giao cứng cùng tần số

Trên hình 3- 10, do kế hoạch quy hoạch mạng, RNC bên cạnh không được kết

nối với giao diện Iur vì vậy chuyển giao mềm giữa các RNC không thực hiện được.

Trong tình huống như vậy, chuyển giao cứng cùng tần số là loại chuyển giao duy

nhất hỗ trợ kết nối vô tuyến khi thuê bao di động từ BS này sang BS mới. Trên thực

tế, điều này làm xuất hiện sự kiện chuyển giao RNC, trong đó MSC cũng liên quan

39

đến quá trình chuyển giao. Thông thường, hệ số tái sử dụng tần số đối với WCDMA

bằng một, điều đó có nghĩa là các BS sử dụng chung một tần số và tất cả các UE

dùng chung tần số trong toàn bộ mạng. Điều đó không có nghĩa là việc sử dụng lại

tần số không được thực hiện ở hệ thống WCDMA. Do đó, nếu các sóng mang khác

nhau được phân bổ cho các cell, chuyển giao khác tần số được sử dụng để đảm bảo

đường chuyển giao từ cell này sang cell khác.

Chuyển giao liên tần số cũng được sử dụng trong mạng tế bào và có cấu trúc

(HCS) giữa các lớp cell riêng rẽ, chẳng hạn giữa các cell vi mô và các cell vĩ mô,

các cell này sử dụng tần số sóng mang khác nhau trong cùng một vùng phủ sóng.

Chuyển giao khác tần số được thực hiện không chỉ để duy trì kết nối (nếu không

thực hiện chuyển giao kết nối đó có thể bị ngắt) mà còn để đảm bảo yêu cầu QoS.

Chuyển giao cứng liên tần thông thường là NEHO. Chuyển giao liên tần số có thể

xảy ra giữa hai mạng truy nhập vô tuyến khác nhau, ví dụ giữa GSM và WCDMA.

Khi đó, loại chuyển giao này gọi là chuyển giao liên hệ thống xem hình 3- 11.

Chuyển giao liên hệ thống cũng là chuyển giao liên tần nhưng các tần số khác nhau

thuộc các hệ thống khác nhau

TÊn sè f2TÊn sè f1

BS BS

UE

Hình 3-11 : Chuyển giao cứng khác tần số

Chức năng chuyển giao liên hệ thống trong WCDMA được thực hiện bởi một

chế độ làm việc đặc biệt: chế độ nén. Khi UE ở chế độ nén, có thể giảm hệ số trải

phổ của kênh. Do vậy, kết nối giao diện vô tuyến chỉ sử dụng một phần nhỏ của

khung WCDMA. Các khe thời gian còn lại có thể sử dụng cho các mục đích khác,

ví dụ như đo mức tín hiệu can nhiễu từ các cell GSM bên cạch. Chế độ nén có thể

đạt được bằng cách giảm tốc độ số liệu ở lớp cao hoặc giảm tốc độ kí hiệu khi ghép

kênh lớp vật lý. Khi UE sử dụng giao diện Uu ở chế độ này, nội dung của khung

WCDMA được nén một bit để tạo ra một cửa sổ mà qua đó UE có thể nhận và giải

40

mã thông tin từ kênh quảng bá (BCH) của hệ thống GSM. Ngoài ra, cả RAN của

UMTS và phân hệ trạm gốc BSS của GSM phải có khả năng gửi các thông tin chỉ

thị khác trên các kênh BCH để UE có khả năng thực hiện việc giải mã chính xác.

Chuyển giao liên hệ thống giữa WCDMA và GSM được thực hiện ở những khu

vực mà cả hai hệ thống này cùng tồn tại. Chuyển giao liên hệ thống được yêu cầu

để bổ xung vùng phủ giữa hai hệ thống nhằm đảm bảo phục vụ liên tục. Chuyển

giao liên hệ thống có thể được sử dụng để điều chỉnh tải giữa các hệ thống GSM và

WCDMA, khi vùng phủ giữa hai hệ thống chồng lấn lên nhau. Ngoài ra, chuyển

giao này có thể thực hiện theo yêu cầu của người sử dụng. Chuyển giao liên hệ

thống là loại chuyển giao NEHO. Tuy nhiên, UE phải có khả năng hỗ trợ hoàn toàn

loại chuyển giao này. RNC phát hiện chuyển giao liên hệ thống dựa trên cấu hình

mạng vô tuyến (các định nghĩa về cell lân cận) và các tham số điều khiển khác.

- Khác với chuyển giao cứng, chuyển giao mềm được thực hiện theo nguyên lý :

thiết lập kết nối mới trước khi giải phóng kết nối cũ. Trong hệ thống WCDMA, hầu

hết chuyển giao là chuyển giao mềm cùng tần số

TÊn sè f1TÊn sè f1

BS BS

UE

Hình 3-12: Chuyển giao mềm cùng tần số

Chuyển giao mềm được thực hiện giữa các cell thuộc các BS khác nhau nhưng

không nhất thiết phải cùng một RNC. Trong trường hợp RNC có liên quan đến

chuyển giao mềm, RNC phải thực hiện việc điều khiển chuyển giao qua giao diện

Iur. Trong trường hợp chuyển giao mềm, các cell nguồn và cell đích có cùng tần số.

Trong trường hợp cuộc gọi chuyển mạch kênh, các máy di động thực tế thực hiện

chuyển giao mềm hầu như liên tục nếu vùng phủ sóng có cấu trúc cell nhỏ.

41

Chuyển giao mềm hơn là loại chuyển giao trong đó tín hiệu mới được thêm vào

hoặc xóa khỏi tập tích cực, hoặc thay thế bởi tín hiệu mạnh hơn ở trong các secter

khác nhau của cùng BS (xem hình)

Secter 2f1

Secter 3f1

Secter 1f1TÝn hiÖu ®a

®­êng quasecter 1

TÝn hiÖu ®a®­êng qua

secter 3

Hình 3-13: Chuyển giao mềm hơn cùng tần số

Trong trường hợp chuyển mềm hơn, BS phát trong một secter nhưng thu từ

nhiều secter khác. Trong trường hợp này, UE có các kết nối vô tuyến tích cực ở

đường lên tới mạng qua nhiều secter của cùng một BS. Nguyên nhân dẫn đến

chuyển giao trong các đoạn ô là : do các BTS thường sử dụng anten có tính hướng

lên để phủ hết một ô 3600 người ta thường dùng 3 đoạn ô 1200 hay 6 đoạn ô 600

3.2.2 Thuật toán chuyển giao trong WCDMA

Nguyên tắc chung thực hiện thuật toán chuyển giao được thể hiện trên hình 3-14

Điều kiện đầu là các điều kiện thực hiện quyết định của thuật toán dựa trên mức tín

hiệu hoa tiêu do UE thông báo. 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 trị cực đại cho

phếp thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS 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 vụ QoS yêu cầu. Do đó mức tín hiệu

của két nối không được nằm dưới mức đó.

42

- 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 hoa tiêu (các cell) mà

UE thực hiện kết nối đồng thời tới mang truy nhập vô tuyến (RAN).

- Tập ứng cử : tập này chứa các hoa tiêu không có trong tập tích cực. Tuy

nhiên MS vẫn thu được các hoa tiêu này với cường độ tín hiệu đủ lớn để

chỉ ra rằng các kênh lưu lượng đường xuống có thể được giải điều chế

thành công.

- Tập lân cận : tập này chứa các hoa tiêu lân cận hiện thời không có trong

tập tích cực và tập ứng cử nhưng có khả năng làm ứng cử cho chuyển

giao. Các hoa tiêu lân cận của một hoa tiêu là tất cả các hoa tiêu của các ô,

đoạn ô nằm gần hoa tiêu này. Danh sách hoa tiêu lân cận được phát đến

MS ở bản tin thông số hệ thống trên kênh tìm gọi.

- Tập còn lại : tập này chứa tất cả các hoa tiêu có trong hệ thống trừ các hoa

tiêu ở tập tích cực, ứng cử và lân cận.

Giíi h¹n chuyÓngiaoTÝn hiÖu tæng

C­ê

ng ®

é tÝn

hiÖ

u Ng­ìng trªn

Ng­ìng d­íi

Thêi gian

(1) (2) (3)

Cell A Cell B

TÝn hiÖu A TÝn hiÖu B

Hình 3-14: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao

Giả sử thuê bao UE trong cell A đang chuyển động về phía cell B, tín hiệu hoa

tiêu của cell A (tại đó UE đang thực hiện kết nối) bị suy giảm đến ngưỡng giới hạn

43

dưới như hình trên. Khi đạt tới mức ngưỡng giới hạn dưới, xuất hiện kích thích

chuyển giao theo các bước sau đây :

(1) Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới. Mặt khác, tùy

theo giá trị đo của UE, RNC phát hiện có tín hiệu của cell bên cạnh (tín hiệu

B), tín hiệu này có cường độ đủ để cải thiện chất lượng kết nối. Do đó, RNC

sẽ nhập tín hiệu B vào tập tích cực. Khi đó UE có hai kết nối đồng thời tới

UTRAN. UE sẽ thu tín hiệu tổng hợp của hai kết nối này.

(2) Tại vị trí này, chất lượng tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A. Do đó, RNC coi vị

trí đó là điểm khởi đầu khi tính toán giới hạn chuyển giao.

(3) Cường độ tín hiệu B bằng hoặc tốt hơn ngưỡng giới hạn dưới. Do đó mức

tín hiệu này đủ để thỏa mãn yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS của kết nối.

Bên cạnh đó, tổng tín hiệu tại UE vượt quá ngưỡng giới hạn trên và có khả

năng gây ra nhiễu cho hệ thống. Do vậy, RNC sẽ xóa tín hiệu A khỏi tập

tích cực.

Kích cỡ của tập tích cực có thể thay đổi được, thông thường tập tích cực có kích

thước trong khoảng từ 1 đến 3 tín hiệu.

Do hướng chuyển động của UE thay đổi ngẫu nhiên, UE có thể quay trở lại cell

A ngay sau khi thực hiện chuyển giao lần thứ nhất. Điều này sẽ làm xảy ra hiệu úng

gọi là ping-pong. Hiệu ứng này làm ảnh hưởng không có lợi đối với lưu lượng hệ

thống cững như hoạt động của toàn bộ hệ thống. Việc sủ dụng giới hạn chuyển giao

có thể tránh được một số chuyển giao không cần thiết.

Như ở trên chúng ta đã biết là để thực hiện chuyển giao thì MS luôn luôn phải thực

hiện giám sát chất lượng dịch vụ QoS và tìm kiếm, đo cường độ của các hoa tiêu,

sắp xếp vào các tập tương ứng. Trong hệ thống CDMA sử dụng một kĩ thuật tìm

kiếm hoa tiêu gọi là cửa sổ tìm. Trạm di động thực hiện tìm kiếm kênh hoa tiêu

trong một khoảng thời gian cho trước bằng số chip của một chuỗi hoa tiêu PN.

MS sử dụng ba cửa sổ tìm kiếm sau :

1. SRCH_A : là cửa sổ tìm mà MS sử dụng để bám tập tích cực và tập ứng cử

2. SRCH_N : là cửa sổ tìm mà MS sử dụng để giám sát các hoa tiêu lân cận

3. SRCH_R : là cửa sổ tìm mà MS sử dụng để giám sát các hoa tiêu tập còn lại

Khi đó quá trình quyết định chuyên giao được thực hiện theo lưu đồ hình 3-15

Trong đó

T_ADD: Ngưỡng phát hiện hoa tiêu

T_COMP : Ngưỡng so sánh

44

T×m hoa tiªu tiÕp theo (Px)TËp l©n cËn hay cßn l¹i

P(x) v­ît ng­ìngT_Add

Sai

§óng

1.ChuyÓn hoa tiªu vµo tËp øng cö2.Göi b¶n tin ®o c­êng ®é tÝn hiÖu

hoa tiªu ®Õn tr¹m gèc

Sai §óng

1. Göi b¶n tin ®o hoa tiªu ®Õn tr¹m gèc2. Thu b¶n tin h­íng dÉn chuyÓn giao tõtr¹m gèc3. ChuyÓn hoa tiªu vµo tËp tÝch cùc (tr¹m di®éng vµo chuyÓn giao mÒm4. Göi b¶n tin hoµn thµnh chuyÓn giao ®Õntr¹m gèc

P(x) v­ît T_Compso víi 1 hoa tiªu

tÝch cùc

VÉn ®Ó P(x)ë tËp øng cö

Hình 3-15Lưu đồ thuật toán quyết định chuyển giao

3.2.3 Lưu đồ thực hiện chuyển giao

Sau khi quyết định chuyển giao thi MS sẽ tiến hành chuyển giao theo hướng dẫn

của BS. Quá trình chuyển giao được biểu diễn như các hình dưới

Hình 3-16 biểu diễn quá trình bắt đầu chuyển giao mềm

45

1

2

3

4

5

6

7

8

QuyÕt ®ÞnhchuyÓn giao

§o c­êng ®é hoa tiªu

L­u l­îng rçng

§o c­êng ®é hoa tiªu

MSBS

Phôc vôMSC BS

§Ých

9

10

11

12

13

14

15

Yªu cÇu chuyÓn giao gi÷a c¸c BS

Yªu cÇu chuyÓn giao gi÷a c¸c BS

Join Request

Join Acknowledge

InterBase Handoff Ack

InterBase Handoff Ack

ChØ thÞ chuyÓn giao

Hoµn thµnh chuyÓn giao

Th«ng b¸o chuyÓn giao

Handoff Information Ack

LÖnh yªu cÇu ®o hoa tiªu

Hình 3-16 : Chuyển giao mềm bắt đầu

1. MS xác định rằng một trạm BS khác có cường độ tín hiệu hoa tiêu đủ để trở thành đích của chuyển giao.

2. MS phát bản tin Pilot Strength Measurement (đo cường độ hoa tiêu) đến BTS đang phục vụ nó.

3. BS đang phục vụ phát bản tin Interbase Station Handoff ( yêu cầu chuyển giao) đến MSC đích.

4. MSC phát bản tin Interbase station Handoff tới BS đích.5. BS đích thiết lập thông tin với MS bằng cách phát bản tin Null Traffic đến

MS.6. BS đích phát bản tin Join Request ( yêu cầu kết nối liên lạc ) đến MSC.7. MSC xem xát các kết nối với hai BS để thực hiện chuyển giao mà không làm

gián đoạn kết nối, sau đó phát bản tin Join Request Acknowledge (xác nhận kết nối) đến BS đích.

8. BS đích phát bản tin Interbase Handoff Acknowledge đến MSC.9. MSC phát bản tin Interbase handoff Acknowledge đến BS đang phục vụ.10. BS đang phục vụ phát bản tin ra Handoff Direction đến MS.11. Ms phát bản tin Handoff Complete đến BS đang phục vụ.12. BS phục vụ mới phát bản tin Handoff Information ( thông báo chuyển giao)

đến MSC.13. MSC khẳng định bản tin này bằng bản tin Handoff Information Ack.14. BS đích phát lênh Pilot Measurement đến MS.

46

15. Ms phát bản tin Pilot Strength Measurement đến BS đích.Trong quá trình chuyển giao thì MS thông tin đồng thời với cả hai BS và quá trình

chuyển giao sẽ kết thúc khi tín hiệu của BS cũ không còn đủ mạnh. Khi này MS sẽ

loại bỏ trạm gốc cũ để thực hiện liên lạc trên trạm gốc mới

Yªu cÇu tõ bá

X¸c nhËn tõ bá

LÖnh yªu cÇu ®o hoa tiªu

1

2

3

4

5

6

7

8

QuyÕt ®ÞnhchuyÓn giao

§o c­êng ®é hoa tiªu

Interface Primary Transfer

§o c­êng ®é hoa tiªu

MSBS

Phôc vôMSC BS

§Ých

9

10

11

12

Interface Primary Transfer Acknowledge

Handoff Information

HO Information Ack

ChØ thÞ chuyÓn giao

Hoµn thµnh chuyÓn giao

Hình 3-17 : Kết thúc quá trình chuyển giao MS rời bỏ BS phục vụ

1. MS xác định rằng trạm BS đang phục vụ nó không đủ cường độ tín hiệu để tiếp tục ở trạng thái chuyển giao mềm.

2. MS phát bản tin Pilot Strength Measurement đến BS. Bản tin này yêu cầu BS rời bỏ chuyển giao.

3. BS đang phục vụ phát bản tin Handoff Direction đến MS. Bản tin này chỉ thị rằng BS đang phục vụ sẽ rời khỏi chuyển giao.

4. MS phát bản tin Handoff Complete đến BS đang phục vụ.5. BS đang phục vụ phát bản tin Interface Primary Transfer ( chuyển sơ cấp

giao diện) đến BS đích cùng với thông tinbản ghi cuộc gọi tương ứng.6. BS đích khẳng định bản tin này bằng bản tin Interfacce Primary

Transfer Ạck ( xác nhận chuyển sơ cấp giao diện).7. BS đích phát bản tin Handoff Information đến MSC.8. MSC phát bản tin Handoff Information Ack đến BS đích.

47

9. BS đích phát lệnh Pilot Measurement Request ( yêu cầu đo hoa tiêu) đến MS.

10. Ms phát bản tin Pilot Strength Measurement đến BS đích.11. BS đang phục vụ bản tin Remove Request ( yêu cầu rời bỏ) đến MSC

để yêu cầu rời bỏ kết nối.12. MSC khẳng định bản tin này bằng bản tin Remove Ack đến trạm BS

gốc. Bây giờ MS làm việc với BS đích ( BS phục vụ mới). Nếu cần các chuyển giao

mềm bổ sung thì quá trình chuyển giao được lặp lại

3.2.4 Ưu nhược điểm của chuyển giao mềm

Chuyển giao mềm là loại chuyển giao đặc thù của hệ thống thông tin di động

WCDMA dựa trên nguyên tắc nối trước khi cắt. So với chuyển giao cứng thì HO có

một số ưu nhược điểm sau :

a/ Ưu điểm

- Điều hòa tải trên mạng : trong trường hợp tải của 1 cell vì lý do nào đấy

tăng đột ngột thì hệ thống sẽ chuyển giao sang các cell lân cận có lưu

lượng thấp hơn

- Làm cho thông tin của người sử dụng liên tục hơn không bị ngắt quãng

như trong chuyển giao cứng

- Cung cấp chất lượng thông tin tốt hơn, không bị rót cuộc gọi

- Việc phân bố tải của các cell làm dung lượng hệ thống tăng

- Một ưu điểm nữa của chuyển giao mềm là khi kết hợp với điều khiển công

suất. Vì thường vị trí chuyển giao là nơi mà cường độ tín hiệu yếu lên nếu

chuyển giao mềm kết hợp với điều khiển công suất sẽ làm giảm nhiễu lên

các MS khác

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm đã kể trên thì chuyển giao mềm cũng có một

số nhược điểm

b/ Nhược điểm

- Chuyển giao mềm làm giảm dung lượng đường xuống của hệ thống do

trong quá trình thực hiện chuyển giao MS thông tin đồng thời với cả hai

trạm gốc tức là nó được cấp hai kênh lưu lượng làm giảm tài nguyên

mạng. Cả MS và BS luôn phải giám sát chất lượng hệ thống

- Kĩ thuật chuyển giao mềm phức tạp hơn chuyển giao cứng

Tuy còn có nhưng nhược điểm kể trên nhưng chuyển giao mềm vẫn là kĩ thuật

chuyển giao đã đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của hệ thống thông tin di động

thế hệ 3 với nhiều dịch vụ chất lượng cao

48

KẾT LUẬN

Điều khiển công suất là quá trình điều khiển công suất của máy phát trong quá

trình hoạt động. Điều khiển công suất có quan hệ mật thiết với chuyển giao mềm.

Nếu kết hợp tốt hai kĩ thuất này thì sẽ giảm đáng kể nhiễu cũng như làm tăng chất

lượng hệ thống. Lợi ích chính của việc điều khiển công suất là giải quyết vấn đề

gần- xa, hạn chế pha đinh cũng như sự che tối đối với tín hiệu ở đường lên, giảm

nhiễu giao thoa ở đường xuống

Trong quá trình thực hiện đề tài em đã cơ bản hiểu rõ về cơ chế cũng như các thuật

toán điều khiển công suất và chuyển giao được áp dụng trong hệ thống WCDMA.

Tuy nhiên do trình độ cũng như thời gian có hạn lên đề tài của em khó tránh khỏi

những thiếu sót. Một lân nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Đình Thịnh cùng

các thầy, cô giáo trong tổ môn, đã dạy bảo, hướng dẫn em trong những năm qua.

49

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “CDMA one và CDMA2000.”, Nhà xuất bản bưu

điện 7/2003

[2] TS. Đặng Đình Lâm, TS. Chu Ngọc Anh, Ths. Hoàng Anh, Ths. Nguyễn Phi

Hùng, “Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển.”, Nhà xuất bản khoa

học và kĩ thuật – 2004

[3] Kĩ sư Nguyễn Văn Thuận, “Hệ thống thông tin di động WCDMA.”, Học viện

công nghệ bưu chính viễn thông 12/2004

50

CÁC TỪ VIẾT TẮT

3G Third Generation Thế hệ 3A.

AMR Adaptive Multi-Rate codec

Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ

thích nghi

B.

BER

BLER

BPSK

BTS

Bit Error Rate

Block Error Rate

Binary Phase Shift Keying

Base Tranceiver Station

Tốc độ lỗi bit.

Tốc độ lỗi Block

Khoá dịch pha nhị phân.

Trạm gốcC.

CDMA

CN

CRC

Code Division Multiple Access

Core Network

Cylic Redundancy Check

Truy nhập phân chia theo mã

Mạng lõi

Mã vòng kiểm tra dư thừaD.

DL

DSSS

Downlink

Direct Sequence Spread Spectrum

Đường xuống

Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếpE.

EDGE Enhanced Data Rates for Evolution

Equivalent Isotropic Radiated Power

Các tốc độ dữ liệu tăng cường

cho sự tiến hoáF.

FDD

FDMA

FER

Frequency Division Duplex

Frequency Division Multiple Access

Frame Error Rate

Phương thức song công phân chia

theo tần số

Đa truy nhập phân chia theo tần

số

Tỷ số lỗi khungG.

GGSN

GPRS

GSM

Gateway GPRS Support Node

General Packet Radio Service

Global System for Mobile

Telecommunication

Nút hỗ trợ cổng GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói chung.

Hệ thống viễn thông di động toàn

cầuH.

HLR

HO

Home Location Registor

Handoff

Bộ đăng ký thường trú

Chuyển giaoI.

51

IMT-2000

Iub

Iur

International Mobile

Telecommunication 2000

Thông tin di động toàn cầu 2000

Giao diện giữa RNC và nút B

Giao diện giữa 2 RNC.M.

ME

MSC

MS

Mobile Equipment

Mobile Service Switching Centre

Mobile Station

Thiết bị di động

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di

động.

Trạm di độngO

OVSF Orthogonal Variabel Spreading

Factor

Hệ số trải phổ biến trực giao

P.

PN Pseudo Noise Giả tạp âmQ.

QPSK Quardrature Phase Phase Shift

Keying

Khoá dịch pha cầu phương.

R.RAN

RNC

RNS

RRC

RRM

Radio Access Network

Radio Network Controller

Radio Network subsystem

Radio Resoure Control protocol

Radio Resouse Management

Mạng truy nhập vô tuyến.

Bộ điều khiển mạng vô tuyến.

Phân hệ mạng vô tuyến

Giao thức điều khiển tài nguyên vô

tuyến

Thuật toán quản lý tài nguyên vô

tuyến.S.

SGSN

SHO

SIR

SNR

Serving GPRS Support Node.

Soft Handover

Signal to Interference Ratio

Signal to Noise Ratio

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

Chuyển giao mềm.

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

T.

TDD

TDMA

TPC

Time Division Duplex

Time Division Multiple Access

Transmission Power Control

Phương thức song công phân chia

theo thời gian

Đa truy nhập phân chia theo thời

gian

Điều khiển công suất phát

52

U.

UE

UL

UMTS

USIM

UTRAN

User Equipment

Uplink

Universal Mobile

Telecommunication System

UMTS Subscriber Identify Module

UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Thiết bị người sử dụng

Đường xuống

Hệ thống viễn thông di động toàn

cầu.

Modul nhận dạng thuê bao UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UMTSV.

VLR Visitor Location Registor Bộ đăng ký tạm trúW.

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

băng rộng

53