Đề tài Chuyển giao - Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin, đặc biệt là thông tin di động và Internet đã dẫn tới một nhu cầu tất yếu là kết hợp hai ngành công nghệ mũi nhọn này nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày càng tăng và đa dạng của khách hàng. Ở Việt Nam mạng thông tin di động WCDMA đã và đang được triển khai dựa trên cơ sở hạ tầng của mạng GSM hiện tại, chỉ cần nâng cấp phần mềm và trang bị thêm một số phần cứng. Với mong muốn tìm hiểu kỹ về công nghệ WCDMA em đã chọn đề tài: “ Chuyển giao - Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA” làm đồ án tốt nghiệp. Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu kỹ về công nghệ chuyển giao mềm và điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA. Với mục tiêu trên nội dung của đề tài gồm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động. Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA. Chương 3: Chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA. Chương 4: Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA. Trong quá trình tìm hiểu, mặc dù em đã cố gắng rất nhiều nhưng do kiến thức có hạn, tài liệu tham khảo và thời gian hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô trong Khoa và bạn bè để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Th.S Lê Thị Cẩm Hà giảng viên Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Quy Nhơn, tháng 06/2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Sang CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. Lịch sử phát triển 1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của người dùng, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Đặc điểm: - Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. - Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể. - BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS. Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS). Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ.Vì các khuyết điểm trên nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. 1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập: ­ Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA). ­ Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA). 1.1.2.1. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung. Đặc điểm : ­ Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. ­ Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau. ­ Giảm số máy thu phát ở BTS. ­ Giảm nhiễu giao thoa. Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile - GSM). Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây. 1.1.2.2. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN). Đặc điểm: ­ Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. ­ Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. ­ Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA. ­ Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt. 1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3. - WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136. - CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95. Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3: Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2. Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau: ­ 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng. ­ 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương. Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G): ­ Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau: Đường lên : 1885-2025 MHz. Đường xuống : 2110-2200 MHz. Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến: ­Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến. ­Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông. Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau như: ­ Trong công sở. ­ Ngoài đường. ­ Trên xe, vệ tinh. Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: ­ Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu. ­ Đảm bảo chuyển mạng quốc tế. ­ Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói. Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện. 1.1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4 là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/. Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/s khi di chuyển và tới 1 Gb/s khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác. Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số). Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời. Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu. 1.2. Lộ trình phát triển từ mạng GSM lên WCDMA WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện. Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên CDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây: Hình 1.1: Quá trình phát triển từ GSM lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA. 1.2.1. GSM Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc mạng GSM. Ở sơ đồ cấu trúc của mạng GSM SS: Switching Subsystem: Hệ thống chuyển mạch. MSC: Mobile Service Switching Centre: Tổng đài di động. HLR: Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú. VLR: Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú. AUC: Authentication Centre: Trung tâm nhận thực. EIR: Equipment Indentification Register: Thanh ghi nhận dang thiết bị. BSS: Base Station System: Hệ thống trạm gốc. BSC: Base Station Controller: Đài hệ thống trạm gốc. BTS: Base Transceiver Station: Trạm thu phát gốc. OSS: Operation & Support Subsystem: Phân hệ khai thác và bảo dưỡng. OMC: Operation and Maintenance Center: Trung tâm vận hành và bảo dưỡng. PSPDN: Packet Switch Public Data Network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói. CSPDN: Circuit Switched Public Data Network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh. PSTN: Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng. PLMN: Public Land Mobile Network: Mạng di động mặt đất công cộng. ISDN: Integrated Service Digital Network: Mạng số đa dịch vụ. MS: Mobile Station: Trạm di động. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS mặc dù không thuộc thành phần của mạng thông tin di động nhưng nó liên quan chặt chẽ với mạng đó là trạm di động MS thuộc người sử dụng. Trong mỗi một BSS có một bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển một nhóm BTS về các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất. Trong mỗi SS, một trung tâm chuyển mạch của PLMN, gọi tắt là tổng đài di động MSC phục vụ nhiều BSC hình thành cấp quản lý vùng lãnh thổ gọi là vùng phục vụ MSC bao gồm nhiều vùng định vị. Do yêu cầu quản lý về nhiều mặt đối với MS của mạng di động Cellular dẫn đến cơ sở dữ liệu lớn. Bộ ghi định vị thường trú HLR chứa các thông tin về thuê bao như các dịch vụ mà thuê bao lựa chọn và các thông số nhận thực. Vị trí hiện thời của MS được cập nhật qua bộ ghi định vị tạm trú VLR cũng được chuyển đến HLR. Trung tâm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã . Mỗi MSC có mội VLR. Khi MS di động vào một vùng phục vụ MSC mới thì VLR yêu cầu HLR cung cấp các số liệu về MS này đồng thời VLR cũng thông báo cho HLR biết MS nói trên đang ở vùng phục vụ nào. VLR có đầy đủ các thông tin để thiết lập cuộc gọi theo yêu cầu của người sử dụng . Một MSC đặc biệt (gọi là MSC cổng) được PLMN giao cho chức năng kết nối giữa PLMN với mạng cố định. Giai đoạn đầu của qúa trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn. Tồn tại hai cơ chế dịch vụ số liệu : chuyển mạch kênh (CS : Circuit Switched) và chuyển mạch gói (PS : Packet Switched). Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP : Wireless Application Protocol). Nhược điểm của GSM: Hiện nay các mạng GSM vẫn sử dụng công nghệ cũ là BaseBand. Nhược điểm của công nghệ này là: ­ Không giúp nhà khai thác mạng tối ưu hoá việc quy hoạch lại tần số tại các thành phố lớn. Đây cũng là nguyên nhân dẫn tới việc không thể xử lý được hiện tượng nhiễu, tiếng thoại không trong đối với chất lượng cuộc gọi tại các thành phố lớn nơi mật độ sử dụng di động là rất cao. ­ Hệ số sử dụng tại tần số trong GSM thấp, nên với một mật độ lưu lượng như nhau, mạng GSM cần sử dụng tần số cũng lớn hơn, nhất là tại các nước phát triển, nơi mà phí sử dụng tần số thường cao. ­ Cũng như tất cả các hệ thống thông tin vô tuyến thông thường, hệ thống GSM không bảo mật tuyệt đối thông tin của thuê bao, mặc dù hệ thống GSM đã có những giải pháp kỹ thuật mã hoá đường truyền khá tinh xảo. ­ Tốc độ truyền dữ liệu thấp,cũng như dung lượng hệ thống nhỏ nên hạn chế việc phát triển các dịch vụ gia tăng, truyền số liệu như: xem phim, truy cập internet…Trong khi đó nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao,cần được đáp ứng đầy đủ và nhanh chóng. Thay đổi HW& SW cho GPRS PSTN Thêm mới ISDN PSDN PSPDN X25 PSTN MS Gb BSC GMSC BSS NSS MSC/VLR A BTS TRAU HLR/AuC/EIR V A S i n GPRS Packet Core SGSN GGSN Internet Um Mạng số liệu 1.2.2. GPRS Hình 1.3: Triển khai GPRS trên nền mạng GSM. GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về mạng lõi. GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kb/s (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng (gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS Support Node). GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi. GPRS có 4 ưu điểm chính sau: Đáp ứng tốt yêu cầu của khách hàng Sự tiến tới một mạng cơ sở IP cho phép phát triển và đưa ra các dịch vụ theo yêu cầu dễ sử dụng, có thể truy cập nhanh chóng. Cấu trúc thông tin Internet vô tuyến này sẽ cho phép các mạng cá nhân thay đổi cơ bản cách thông tin của con người. Các khách hàng có thể sử dụng nhiều dịch vụ như : thương mại điện tử, hội nghị truyền hình, truy nhập Web, sách điện tử, thư thoại,... Tiến tới sự trật tự Các kỹ năng tích hợp đảm bảo dể dàng tiến tới các dịch vụ thế hệ tiếp theo. Cấu trúc mới này cho phép các dịch vụ có mặt ở mọi nơi bất chấp các trở ngại về kỹ thuật. Kỹ thuật truy nhập được đẩy mạnh nhằm giúp các nhà khai thác đạt được thành công với tốc độ phát triển hợp lý. Phân phối dịch vụ nhanh chóng Mạng GPRS được thiết kế mở, đơn giản, mở ra nhiều ứng dụng và dịch vụ cho các hệ thống thông tin. Cấu trúc cơ sở IP cùng với các giao diện lập trình ứng dụng mở, đem lại khả năng phát triển nhanh chóng các ứng dụng và dịch vụ mới. Hơn nữa, các nhà khai thác có thể hợp tác trong phát triển các ứng dụng riêng. Giảm chi phí quyền sở hữu Mạng gói cơ sở IP không chỉ hiệu quả về chi phí, phát triển theo yêu cầu khách hàng mà còn giảm chi phí quyền sở hữu nhờ tối ưu hoá hiệu quả dải tin, giảm chi phí quản lý mạng đem lại khả năng phát triển cao nhất. 1.2.3. EDGE Nâng cấp HW& SW cho EDGE Mạng số liệu khác Mạng lõi E-GPRS PSTN Nâng cấp phần mềm ISDN PSDN PSPDN X25 PSTN MS Gb BSC GMSC E RAN NSS MSC/VLR BTS TRAU HLR/AuC/EIR V A S i n SGSN GGSN Internet EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS. Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc 2,5G GPRS/EDGE. 1.2.4. WCDMA WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mc/s bên trong băng tần 5MHz. 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, đó là đặc điểm quyết định để chuẩn bị cho IMT-2000. 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 tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ. Mạng số liệu khác Thêm mới Nâng cấp phần mềm PSTN Hình 1.5: Triển khai WCDMA. 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 2Mb/s với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng. WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS). Tuy nhiên, mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cả WCDMA. Ưu điểm của mạng WCDMA: Chuyển giao mềm Đối với điện thoại di động, để đảm bảo tính di động, các trạm phát phải được đặt rải rác khắp nơi. Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định và chịu trách nhiệm với các thuê bao trong vùng đó. Khi tín hiệu nhận được từ mạng của MS không còn đảm bảo chất lượng, hệ thống sẽ thực hiện chuyển giao, đối với WCDMA là chuyển giao mềm. Tức là chuyển giao trong đó trạm di động MS bắt đầu thông tin với một trạm gốc BTS mới mà vẫn chưa cắt liên lạc thông tin với trạm gốc cũ. Ngoài ra chuyển giao mềm hơn là chuyển giao mềm được thực hiện giữa các đoạn ô của cùng một ô. Chuyển giao mềm góp phần vào việc nâng cao chất lượng cuộc gọi bằng cách cung cấp kết nối “make before break” (nối trước khi cắt). Điều này làm giảm khả năng mất cuộc gọi khi kết nối RF (Radio Frequency - Tần số vô tuyến) rời bỏ một ô để thiết lập cuộc gọi ở ô đích trong quá trình chuyển giao. Chuyển giao mềm được thực hiện hoàn tất mà thuê bao không phát hiện ra được, nó không tạo ra những “lỗ hổng” hay “gián đoạn” trong cuộc thoại như vẫn nghe thấy trong các kỹ thuật khác chẳng hạn như GSM sử dụng chuyển giao. Điều khiển công suất nhanh Một ưu điểm khác nữa của WCDMA là nhờ sử dụng các thuật toán điều khiển nhanh và chính xác, thuê bao chỉ phát ở mức công suất vừa đủ để đảm bảo chất lượng tín hiệu, giúp tăng tuổi thọ của pin, thời gian chờ và đàm thoại. Máy điện thoại di động WCDMA cũng có thể sử dụng pin nhỏ hơn, nên trọng lượng máy nhẹ, kích thước gọn và dễ sử dụng. Trong thông tin di động, thuê bao di động di chuyển khắp nơi với nhiều tốc độ khác nhau, vì thế tín hiệu phát ra có thể bị sụt giảm một cách ngẫu nhiên. Để bù cho sự sụt giảm này, hệ thống phải điều khiển cho thuê bao tăng mức công suất phát. Các hệ thống analog và GSM hiện nay có khả năng điều khiển chậm và đơn giản, thuê bao không thể thay đổi mức công suất đủ nhanh, do đó phải luôn luôn phát ở công suất cao hơn vài dB so với mức cần thiết. Tính bảo mật cao hơn so với các công nghệ trước đây Trong vấn đề bảo mật, WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã. Mã ở đây là mã giả ngẫu nhiên PN (Pseudorandom Noise). Mã PN được tạo ra một cách xác định cho mỗi cuộc liên lạc, chu kỳ của nó dài 212, 214…bít. Cho nên với việc tạo ra 1 mã PN xác định cho mỗi cuộc liên lạc và chu kỳ dài như vậy sẽ cực kỳ khó phát hiện ra mã PN hay là nội dung của cuộc gọi. Như vậy đảm bảo tính bào mật của các cuộc gọi trong công nghệ Cellular WCDMA. Ngoài ra, với tốc độ truyền nhanh hơn các công nghệ hiện có, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai nhiều tùy chọn dịch vụ như thoại, thoại và dữ liệu, fax, Internet... Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động, WCDMA còn thích hợp sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất lượng ngang bằng với hệ thống hữu tuyến, nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa mới. Đặc biệt các hệ thống này có thể triển khai và mở rộng nhanh và chi phí hiện thấp hơn hầu hết các mạng hữu tuyến khác, vì đòi hỏi ít trạm thu phát. Khả năng chống nhiễu Tạp âm nền có phổ rộng sẽ bị giảm nhỏ do bộ lọc ở máy thu sau khi nén phổ, nhiễu từ các máy di động khác không được nén phổ cũng tương tự như tạp âm. Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ nếu có băng tần trùng với băng tần (dải thông) của máy thu WCDMA sẽ bị trải phổ, mật độ phổ công suất của nhiễu này giảm xuống. Vậy bản chất làm việc theo nguyên tắc trải phổ ở máy phát, nén phổ ở máy thu làm cho ảnh hưởng của nhiễu - tạp âm bị tối thiểu hóa. Dung lượng mềm Dung lượng của WCDMA tăng từ 4 đến 5 lần so với GSM (từ 8 đến 10 lần so với AMPS). Dung lượng WCDMA có giới hạn mềm do WCDMA dùng kỹ thuật trải phổ theo mã, hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổ cao, số cuộc gọi khác nhau tương ứng với các mã khác nhau mà số mã thì hầu như vô hạn cho nên luôn tồn tại cuộc gọi; trong khi đó GSM chỉ có giới hạn dung lượng cứng do mỗi người sử dụng chiếm 1 kênh riêng trong quá trình thoại, và dĩ nhiên người khác không được chen vào; cho nên nếu hết kênh cung cấp thì những người sử dụng khác sẽ bị từ chối cuộc gọi. Cũng phải nói thêm rằng, ở dung lượng mềm chất lượng cuộc gọi có giảm đi một chút. Nhưng chấp nhận chất lượng giảm đi một chút đó để tồn tại cuộc gọi trong WCDMA. Vì vậy mà trong những điều kiện tương đương, dung lượng mạng WCDMA là lớn hơn so với các mạng khác. Khả năng dịch vụ số liệu của WCDMA là tốt hơn so với các mạng khác Với khả năng cung cấp tốc độ thoại là 8 Kb/s và tốc độ dữ liệu là 114 Kb/s mạng WCDMA nói chung mở ra khả năng cung cấp dịch vụ số liệu tốt hơn rất nhiều so với các mạng khác. Sau này W-CDMA tốc độ dữ liệu là 384 Kb/s. Tốc độ dữ liệu cao tạo ra khả năng dịch vụ số liệu phong phú cho CDMA từ khả năng kết nối Internet, web, download, email,… Tính kinh tế Đặc biệt WCDMA có khả năng phủ sóng rộng. Một trạm phát sóng có thể phủ một vùng rộng tương đương với vùng phủ sóng của vài ba trạm phát khác nên chi phí đầu tư dựng các trạm phát sóng sẽ giảm đi nhiều. Nhờ đó, nhà đầu tư có thể tiết kiệm được rất nhiều chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phí vận hành và bảo dưỡng mạng để giảm giá thành dịch vụ. Đây cũng chính là điều kiện để công nghệ WCDMA có nhiều cơ hội tiến về các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa, vùng hẻo lánh, nơi có nhiều tiềm năng chưa được khai thác. 1.3. Kết luận chương Chương này đã trình bày một cách khái quát về những nét đặc trưng cũng như sự phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1, 2 đến thế hệ 3, đồng thời đã sơ lược những yêu cầu của hệ thống thông tin di động thế hệ 3. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Tiếp theo là thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA). Và hiện nay là thế hệ thứ ba đang chuẩn bị đưa vào hoạt động. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi WCDMA khẳng định được tính ưu việt của nó so với các thế hệ trước cũng như đáp ứng kịp thời các nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng về tốc độ bit thông tin và tính di động. Tuy chưa xác định chính xác khả năng di động và tốc độ bit cực đại nhưng dự đoán có thể đạt tốc độ 100 km/h và tốc độ bit từ 1÷10 Mbit/s. Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới 34 Mbit/s đang được nghiên cứu để đưa vào sử dụng. CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDM 2.1. Khái quát WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên công nghệ CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như:video, truy cập Internet, hội thảo hình... WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz. WCDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì WCDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình. WCDMA có các tính năng cơ bản sau: ­ Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz. ­ Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang. ­ Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1. ­ Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến. Nhược điểm chính của WCDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2 MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác. 2.2. Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA Hình 2.1 giới thiệu sơ đồ cấu trúc của mạng thông tin di động WCDMA và các tiêu chuẩn hoá khác. Hình 2.1: Cấu trúc mạng mạng thông tin di động WCDMA. Từ hình 2.1 ta thấy mạng thông tin di động WCDM gồm hai phân mạng: mạng lõi và mạng thâm nhập vô tuyến. UE (User Equipment) Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần : ­ Máy di động (ME : Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện UU. ­ Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử : ­ Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IUb và UU. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến. ­ Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN. Mạng lõi CN Mạng lõi CN gồm các thành phần chính sau: ­ HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Các thông tin này bao gồm: Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi. ­ MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) : Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh. VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ. ­ GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài. ­ SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS). ­ GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các mạng ngoài ­ Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. ­ Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các giao diện vô tuyến ­ Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh. ­ Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS. ­ Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. ­ Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. ­ Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. IUb được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn. 2.3. Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) được mô tả như hình 2.2. Hình 2.2: Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến (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 ­ 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 UTRA 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. ­ Sử dụng kiểu chuyển vận trên cơ sở IP như là cơ cấu chuyển vận thay thế trong UTRAN kể từ Release 5 trở đi. 2.3.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) là phần tử mạng chịu trách nhiệm điểu 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 mà xác định các thông điệp và thủ tục giữa máy di động và UTRAN. Về mặt logic, nó tương ứng với BSC trong GSM. Vai trò logic của RNC RNC điều khiển một Nút B (như là vạch giới hạn cho giao diện Iub tới Nút B) được coi như là bộ RNC đang điều khiển (CRNC) của Nút. Bộ điều khiển CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và điều khiển nghẽn cho cell của nó, và điều khiển thu nhận và phân bố mã cho liên kết vô tuyến được thiết lập trong các cell. Trong trường hợp một kết nối UTRAN, máy di động sử dụng nguồn tài nguyên từ nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS, thì các RNS bao gồm 2 chức năng logic riêng biệt (về phương diện kết nối máy di động - UTRAN này). ­ 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 RANAP tương thích qua mạng lõi (kết nối này được gọi là kết nối RANAP). 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 ở lớp 2 cho 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 ( DRNC): DRNC có thể là bất cứ RNC nào ngoài SRNC, nó điều khiển các cell sử dụng bởi máy di động. Nếu cần thiết, DRNC có thể thực hiện kết hợp hay chia nhỏ phân tập macro. DRNC không thực hiện xử lý dữ liệu người sử dụng ở lớp 2, nhưng định tuyến một cách trong suốt dữ liệu giữa giao diện Iub và Iur, ngoại trừ khi UE đang sử dụng một kênh chuyển vận dùng chung. Một UE có thể không có, có một hoặc có nhiều DRNC. Chú ý rằng một RNC ở mức vật lý bao gồm toàn bộ các chức năng CRNC, SRNC và DRNC. 2.3.2. NODE B (Trạm gốc) Chức năng chính của Node B là để thực hiện xử lý ở lớp 1 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 GSM. 2.4. Giao diên vô tuyến Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic. Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại (hình 2.3). 2.4.1. Giao diện UTRAN – CN, IU Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN. Iu có hai kiểu: Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối UTRAN với chuyển mạch gói. Cấu trúc IU CS IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến, cáp quang hay cáp đồng. Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý. Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAAL-NNI. Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải: Gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng. Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng: Gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS. Cấu trúc IU PS Giao thức ứng dụng Mạng báo hiệu Mạng số liệu Mạng báo hiệu ALCAP Luồng số liệu Phía điều khiển mạng truyền tải Phía người sử dụng mạng truyền tải Phía người sử dụng mạng truyền tải Lớp vật lý Lớp mạng vô tuyến Lớp mạng truyền tải Hình 2.3: Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN. Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phía người sử dụng. Ngăn xếp giao thức phía điều khiển IU PS Chứa RANAP và vật mang báo hiệu SS7. Ngoài ra cũng có thể định nghĩa vật mang báo hiệu IP ở ngăn xếp này. Vật mang báo hiệu trên cơ sở IP bao gồm: M3UA (SS7 MTP3 User Adaption Layer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn. Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS Phía điều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS. Các phần tử thông tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong CS. Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS Luồng số liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection). Phần người sử dụng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng số liệu gói. Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không theo nối thông và đánh địa chỉ IP. 2.4.2. Giao diện RNC – RNC, IUr IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến. Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện IUr phải đảm bảo 4 chức năng sau: ­ Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC. ­ Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng. ­ Hỗ trợ kênh lưu lượng chung. ­ Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu. 2.4.3. Giao diện RNC – Node B, IUb Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho các từng kiểu kênh truyền tải. Các chức năng chính của IUb: ­ Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng. Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến. ­ Xử lý các kênh riêng và kênh chung. ­ Xử lý kết hợp chuyển giao. ­ Quản lý sự cố kết nối vô tuyến. 2.5. Khái quát các giải pháp kĩ thuật trong mạng WCDMA WCDMA trải phổ trực tiếp với tốc độ 4.096 Mchip/s.WCDMA dùng các mã PN khác nhau để phân biệt cell, phân biệt người dùng (WCDMA vận hành dị bộ). Bảng 2.1: Giới thiệu các tham số chủ yếu của WCDMA. Băng tần kênh 1,25 ; 5 ; 10 ; 20 MHz Cấu trúc kênh RF hướng xuống Trải phổ trực tiếp Tốc độ chip 4.096 Mc/s Lặp 0.22 Độ dài khung 10ms/20ms Điều chế trải phổ QPSK cân bằng (hướng xuống) Kênh QPSK kép (hướng lên) Mạch truyền phức hợp Điều chế dữ liệu QPSK (hướng xuống) BPSK (hướng lên) Phát hiện kết nối Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên và hướng xuống); không có kênh pilot chung hướng xuống Ghép kênh hướng lên Kênh điều khiển và pilot ghép thời gian Ghép kêng I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển Đa tốc độ Trải phổ biến đổi và đa mã Hệ số trải phổ 4-256 Điều khiển công suất Trải phổ ( hướng xuống) Vòng hở và vòng khép kín (1.6 MHz) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, Mã Gold 218 Trải phổ ( hướng lên) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, Mã Gold 241 Chuyển giao Chuyển giao mềm Chuyển giao khác tần số 2.5.1. Sóng mang Hình 2.4 minh hoạ nhà khai thác có tài nguyên có tần số 15 MHz được chia làm 3 dãi. Khoảng phòng vệ giữa các dãi nội bộ nhỏ hơn giữa các nhà khai thác. Đo lường và chuyển giao giữa các dãi tần số được WCDMA ứng dụng. Hình 2.4: Tần số hoạt động của WCDMA 2.5.2. Kênh logic Kênh điều khiển chung ­ Kênh điều khiển quảng bá BCCH mang tin tức hệ thống và cell. ­ Kênh nhắn tin PCH để BS nhắn tới MS trong một cell. ­ Kênh truy cập hướng xuống chuyển bảng tin từ BS đến MS trong một cell. Có hai kênh dành riêng ­ Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH. ­ Kênh lưu lượng dành riêng DTCH để truyền dữ liệu điểm điểm ở hai hướng. 2.5.3. Kênh vật lý Hướng lên: Hai kênh dành riêng DPDCH (truyền dữ liệu) và DPCCH (truyền báo hiệu) và một kênh truy cập chung RACH. Mỗi khung của DPDCH ở một mã đơn mang 160 x 2k với k = 0, 1, …, 6 tương ứng với hệ số trải phổ 256/2k ở tốc độ 4.096 Mchip/s. Nhiều dịch vụ tốc độ khả biến song song có thể ghép kênh theo thời gian trong từng khung DPDCH. Tốc độ bit của DPDCH thay đổi theo từng khung. Hầu hết mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH cho các dịch vụ chia sẻ thời gian, cũng có thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để có hệ số trải phổ đủ lớn khi truyền dữ liệu cao tốc. Hình 2.5: Tốc độ truyền WCDMA hướng lên. DPDCH để: ­ Truyền pilot cho thu tương can. ­ Truyền bit điều khiển công suất. ­ Truyền tin tức về tốc độ. Ghép kênh theo mã và theo IQ ( dual channel QPSK) được dùng ở hướng lên WCDMA để tránh nhầm lẫn EMC với DTX. EMC gây nhiễu cho thiết bị điện từ. Hình 2.6: Truyền xung với ghép kênh điều khiển thời gian. Hình 2.7: Truyền song song của kênh DPDCH Và DPCCH khi có hoặc không có dữ liệu. Hình 2.8: Cấu tạo của cụm truy cập dữ liệu ngẫu nhiên WCDMA. Cụm truy cập ngẫu nhiên gồm hai phần: ­ Phần mào đầu 16 x 256 chip (1ms). ­ Phần dữ liệu chiều dài khả biến. Trước khi phát cụm truy cập ngẫu nhiên MS cần phải: ­ Lấy tin tức trên SCH để thực hiện việc đồng bộ với BS mục tiêu về đồng bộ chip, đồng bộ khe, đồng bộ khung. ­ Tìm kiếm tin tức trên BCCH về mã truy cập ngẫu nhiên dùng ở cell hay dãi quạt mục tiêu. ­ Đánh giá suy hao đường truyền hướng xuống để tính ra công suất phát cho cụm truy cập ngẫu nhiên. Có thể truyền một gói ngắn cùng với cụm truy cập ngẫu nhiên. Hướng xuống: Có ba kênh chung vật lý: ­ Kênh vật lý điều khiển chung (Sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang: PCCH, PCH và PACH. ­ Kênh SCH cung cấp định thời và MS đo lường SCH phục vụ chuyển giao. ­ Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian.Ký hiệu pilot được ghép kênh trên BCCH (theo thời gian) để phục vụ thu tương can. Vì các ký hiệu pilot là dành riêng cho mỗi kết nối cho nên nó được dùng để đánh giá hoạt động đánh giá của anten, hỗ trợ điều khiển công suất nhanh ở hướng xuống. CCPCH sơ cấp mang BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian. CCPCH có mã như nhau trong tất cả các cell. MS dễ tìm được BCCH và phát hiện mã ngẫu nhiên hoá duy nhất của trạm gốc khi truy cập mạng. Hình 2.9: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH. CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung. Tốc độ bản tin của CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác. Mã xác định kênh CCPCH thứ cấp được truyền trên CCPCH sơ cấp. SCH sơ cấp không điều chế cung cấp định thời xác định SCH thứ cấp mà SCH thứ cấp có điều chế cung cấp tin tức xác định mã PN của BS. SCH sơ cấp mã 256 bit không điều chế, phát một lần mỗi khe. SCH thứ cấp mã 256 bit có điều chế, phát song song với SCH sơ cấp, SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bit (có lặp cho mỗi khung). Chuỗi điều chế giống nhau đối với tất cả các BS có độ tương quan tốt. Hình 2.10: Ghép kênh của SCH. Hình 2.10 minh hoạ sự ghép kênh SCH với các kênh hướng xuống. SCH không trực giao với tất cả các kênh khác (các kênh khác DPDCH, DPCCH, CCPCH sau khi được ngẫu nhiên hoá bằng PN mới ghép kênh với SCH). 2.5.4. Sự trải phổ Các mã trải phổ khác nhau để phân biệt cell ở hướng xuống và phân biệt người dùng ở hướng lên. Ở hướng xuống Mã Gold dài 218 được cắt cho vừa chu kỳ khung 10ms. Số mã ngẫu nhiên hoá là 512 phân thành 32 nhóm, mỗi nhón là 16 mã. Điều này làm cơ sở cho thủ tục tìm kiếm cell được nhanh. Ở hướng lên Mã ngắn 256 chip, mã dài 241 chuỗi Gold cũng được cắt cho vừa chu kỳ khung 10ms. Mã trực giao để phân biệt kênh. Sự ghép kênh IQ/mã tạo ra hai kênh truyền dẫn song song (Hình 2.11). Hình 2.11: Ghép kênh IQ/mã tạo ra hai kênh truyền dẫn song song. Hiệu suất của khuếch đại công suất máy phát được giữ đều cho mọi hoàn cảnh QPSK (Hình 2.12). Hình 2.12: Sơ đồ chòm sao cho IQ/ghép mã kênh điều khiển. 2.5.5. Gói dữ liệu WCDMA có hai kiểu gói dữ liệu có thể được sử dụng để truyền. Gói dữ liệu ngắn có thể gắn trực tiếp vào cụm truy cập ngẫu nhiên, phương pháp này được gọi là truyền gói dữ liệu kênh chung, được sử dụng cho các gói dữ liệu ngắn và xuất hiện không thường xuyên. Khi sử dụng kênh chung hướng lên, gói dữ liệu được gắn trực tiếp vào cụm truy cập ngẫu nhiên. Gói dữ liệu kênh chung thường ngắn và không xuất hiện thường xuyên do đó trễ kết hợp trong truyền dẫn đối với kênh dành riêng không đáng kể. (Gói dữ liệu kênh chung sử dụng vòng điều khiển công suất hở ). Với các gói dữ liệu lớn và xuất hiện thường xuyên được truyền trên kênh dành riêng. Kênh dành riêng sẽ giải phóng ngay sau khi dữ kiệu được truyền. Khi truyền nhiều gói phải có thông tin đồng bộ giữa các gói dữ liệu kế tiếp. Hình 2.13: Truyền gói dữ liệu kênh chung. 2.5.6. Chuyển giao BS trong WCDMA không cần đồng bộ. Việc đồng bộ trạm gốc cần xem xét đến khi thiết kế chuyển giao mềm và khi xác định loại hình dịch vụ. Trước khi thực hiện chuyển giao mềm. MS đo khoảng thời gian khác nhau của các kênh SCH xuống từ hai trạm gốc, MS thông báo các thông tin này về BS. Thời gian kênh chuyển giao hướng xuống mới được điều chỉnh. Bộ thu RAKE của MS thu phân tập tín hiệu từ hai BS. Việc điều chỉnh thời gian của kênh chỉ định hướng xuống có thể được thực hiện với việc tách ký hiệu mà không làm mất đi tính trực quan của mã hướng xuống. Chuyển giao khác tần số: Chuyển giao khác tần số là cần thiết đối với ấu trúc cell. Cell có cấu trúc thứ tự, cell kích thước lớn, Micro cell, cell trong các toà nhà. Chuyển giao khác tần số có thể được sử dụng để đảm bảo dung lượng mạng, chuyển giao khác tần số được sử dụng trong các hệ thống như GSM. Trong WCDMA có hai phương pháp được sử dụng. ­ Sử dụng hai máy thu. ­ Thu ở các khe thời gian khác nhau. Dùng hai máy thu là phương pháp phù hợp nếu MS sử dụng anten phân tập. Trong khi đo tín hiệu ở các tần số khác nhau, một nhánh thu sẽ ngắt và nhánh kia hoạt động. Ưu điểm là kết nối tần số ở thời điểm hiện tại không bị cắt. Mạch vòng kín điều khiển công suất hoạt động liên tục. 2.6. Kết luận chương WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng sử dụng phần giao diện vô tuyến được đặc trưng bởi các thông số nổi bật sau: ­ WCDMA là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ dãy trực tiếp băng rộng, nghĩa là các bit thông tin được trải ra trong một băng tần rộng bằng cách nhân dữ liệu người dùng với các bit giả ngẫu nhiên (gọi là chip), các bit này xuất phát từ các mã trải phổ CDMA. Để hỗ trợ tốc độ bit cao (lên tới 2Mb/s), cần sử dụng các kết nối đa mã và hệ số trải phổ khác nhau. ­ Băng thông rộng của sóng mang WCDMA hỗ trợ các tốc độ dữ liệu cao của người dùng và đem lại những lợi ích hiệu suất xác định, như là tăng khả năng phân tập đa đường. Các nhà vận hành mạng có thể sử dụng nhiều sóng mang 5MHz để tăng dung lượng, có thể bằng cách sử dụng các lớp tế bào phân cấp. Khoảng cách giữa các sóng mang thực tế có thể được chọn là dưới 200KHz trong khoảng 4.4 – 5MHz tuỳ thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang. ­ WCDMA hỗ trợ tốt các tốc độ dữ liệu người dùng khác nhau hay nói cách khác là hỗ trợ tốt đặc tính băng thông theo yêu cầu. Mỗi người sử dụng được cấp các khung có độ rộng 10ms, trong khi tốc độ người sử dụng được giữ không đổi. Tuy nhiên dung lượng người sử dụng có thể thay đổi giữa các khung. Việc cấp phát nhanh dung lượng vô tuyến thông thường sẽ được điều khiển bởi mạng để đạt được thông lượng tối ưu cho các dịch vụ dữ liệu gói. ­ WCDMA áp dụng kỹ thuật tách sóng kết hợp trên cả đường lên và đường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu. Mặc dù được sử dụng trên đường xuống IS-95, nhưng việc sử dụng tách sóng kết hợp trên đường lên trong hệ thống WCDMA là mới, có khả năng tăng tổng thể dung lượng và vùng phủ sóng của đường lên. ­ Giao diện vô tuyến WCDMA được xây dựng một cách khéo léo theo cách của các bộ thu CDMA tiên tiến, như là khả năng tách sóng nhiều người dùng và các anten thích ứng thông minh, có thể được triển khai bởi các nhà điều khiển mạng như là một hệ thống được chọn lựa để tăng dung lượng và vùng phủ sóng. ­ WCDMA được thiết kế để giao tiếp với GSM. Vì thế, sự chuyển giao giữa GSM và WCDMA được hỗ trợ để cải tiến vùng phủ sóng của GSM bằng cách sử dụng WCDMA. CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA 3.1. Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động Các mạng di động cho phép người sử dụng có thể truy nhập các dịch vụ trong khi di chuyển nên có thuật ngữ “tự do” cho các thiết bị đầu cuối. Tuy nhiên tính “tự do” này gây ra một sự không xác định đối với các hệ thống di động. Sự di động của các người sử dụng đầu cuối gây ra một sự biến đổi động cả trong chất lượng liên kết và mức nhiễu, người sử dụng đôi khi còn yêu cầu thay đổi trạm gốc phục vụ. Quá trình này được gọi là chuyển giao . Chuyển giao là một phần cần thiết cho việc xử lý sự di động của người sử dụng đầu cuối. Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển từ qua ranh giới các ô tế bào. Trong các hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất như AMPS, việc chuyển giao tương đối đơn giản. Sang hệ thống thông tin di động thế hệ 2 như GSM và PACS thì có nhiều cách đặc biệt hơn bao gồm các thuật toán chuyển giao được kết hợp chặt chẽ trong các hệ thống này và trễ chuyển giao tiếp tục được giảm đi. Khi đưa ra công nghệ CDMA, một ý tưởng khác được đề nghị để cải thiện quá trình chuyển giao được gọi là chuyển giao mềm. 3.2. Các loại chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA Trong mạng thông tin di động WCDMA có 4 loại chuyển giao. Đó là: Chuyển giao bên trong hệ thống (Intra-system HO) Chuyển giao bên trong hệ thống xuất hiện trong phạm vi một hệ thống. Nó có thể chia nhỏ thành chuyển giao bên trong tần số (Intra-frequency HO) và chuyển giao giữa các tần số (Inter- frequency HO). Chuyển giao trong tấn số xuất hiện giữa các cell thuộc cùng một sóng mang WCDMA, còn chuyển giao giữa các tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động trên các sóng mang WCDMA khác nhau. Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter-system HO) Kiểu chuyển giao này xuất hiện giữa các cell thuộc về 2 công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau (RAT) hay Các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau (RAM). Trường hợp phổ biến nhất cho kiểu đầu tiên dùng để chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE. Chuyển giao giữa 2 hệ thống CDMA cũng thuộc kiểu này. Chuyển giao cứng (HHO- Hard Handover) HHO là một loại thủ tục chuyển giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến cũ của một máy di động được giải phóng trước khi các liên kết vô tuyến mới được thiết lập. Đối với các dịch vụ thời gian thực, thì điều đó có nghĩa là có một sự gián đoạn ngắn xảy ra, còn đối với các dịch vụ phi thời gian thực thì HHO không ảnh hưởng gì. Chuyển giao cứng diễn ra như là chuyển giao trong cùng tần số và chuyển giao ngoài tần số. Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn(Softer HO) Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, một máy di động đồng thời giao tiếp với cả 2 hoặc nhiều cell ( đối với cả 2 loại chuyển giao mềm) thuộc về các trạm gốc khác nhau của cùng một bộ điều khiển mạng vô tuyến (intra-RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau (inter-RNC). Trên đường xuống (DL), máy di động nhận các tín hiệu để kết hợp với tỷ số lớn nhất. Trên đường lên (UL), kênh mã di động được tách sóng bởi cả 2 BS (đối với cả 2 kiểu SHO), và được định tuyến dến bộ điều khiển vô tuyến cho sự kết hợp lựa chọn. Hai vòng điều khiển công suất tích cực đều tham gia vào chuyển giao mềm: mỗi vòng cho một BS. Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, một máy di động được điều khiển bởi ít nhất 2 sector trong cùng một BS, RNC không quan tâm và chỉ có một vòng điều khiển công suất hoạt động. Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn chỉ có thể xảy ra trong một tần số sóng mang, do đó chúng là các quá trình chuyển giao trong cùng tần số. Hình 3.1 chỉ ra các loại chuyển giao khác nhau. Hình 3.1: Các loại chuyển giao khác nhau. 3.3. Các trường hợp chuyển giao Chuyển giao xảy ra trong nhiều trường hợp, sau đây là một số trường hợp: UE di chuyển từ cell này sang cell khác. Dung lượng kết nối của một cell A đã dùng hết, thì kết nối của những thuê bao nào nằm trong vùng giao nhau của cell này với một cell B khác sẽ được chuyển sang cell B. 3.4. Trình tự của chuyển giao Trình tự chuyển giao gồm có ba pha (hình 3.2) bao gồm : 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. Hình 3.2: Trình tự thực hiện chuyển giao. + Đo lường là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì : Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào fading và tổn hao đường truyền. Những thay đổi này phụ thuộc vào môi trường trong cell và tốc 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 kết quả tới mạng, tới RNC. + 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 bị kích hoạt, RNC phục vụ sẽ cho phép thực hiện chuyển giao. + Nguyên tắc chung thực hiện thuật toán chuyển giao được thể hiện trên (hình 3.3). 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 trong thuật toán chuyển giao: Ngưỡng giới hạn trên: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực đại cho phép 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 nối kết không được nằm dưới ngưỡng đó. Ngưỡng dưới Tín hiệu A Cường độ tín hiệu Ngưỡng trên Tín hiệu tổng Giới hạn chuyển giao Thời gian Tín hiệu B (3) (2) (1) Hình 3.3 : Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao. Giới hạn chuyển giao: là tham số được định nghĩa trước được thiết lập tại điểm mà cường độ tín hiệu của cell bên cạnh (cell B) vượt quá cường độ tín hiệu của cell hiện tại (cell A) một lượng nhất định. Tập tích cực: là một danh sách các nhánh tín hiệu (các cell) mà UE thực hiện kết nối đồng thời tới mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN). Giả sử thuê bao UE trong cell A đang chuyển động về phía cell B, tín hiệu hoa tiêu của cell A bị suy giảm đến mức ngưỡng giới hạn dưới. Khi đạt tới mức này, xuất hiện các bước chuyển giao theo các bước sau đây: (1) Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới. Còn tín hiệu B sẽ được RNC nhập vào tập tích cực. Khi đó UE sẽ thu tín hiệu tổng hợp của hai kết nối đồng thời đến UTRAN. (2) Tại vị trí này, chất lượng tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A nên nó được coi 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. Tín hiệu A bị xóa khỏi tập tích cực bởi RNC. Kích cỡ của tập tích cực có thể thay đổi được và thông thường ở trong khoảng từ 1 đến 3 tín hiệu. 3.5. Các mục đích của chuyển giao Chuyển giao có thể được khởi tạo từ 3 cách khác khác nhau: máy di động khởi xướng, mạng khởi xướng và máy di động hỗ trợ. Máy di động khởi xướng Máy di động tiến hành đo chất lượng, chọn ra các BS và bộ chuyển mạch tốt nhất, với sự hỗ trợ của mạng. Kiểu chuyển giao này nhìn chung tạo ra một chất lượng liên kết nghèo nàn được đo bởi máy di động. Mạng khởi xướng BS tiến hành đo đạc và báo cáo với bộ điều khiển mạng RNC, RNC sẽ đưa ra quyết định liệu có thực hiện chuyển giao hay không. Chuyển giao do mạng khởi xướng được thực hiện cho các mục đích khác ngoài việc điều khiển liên kết vô tuyến, chẳng hạn như điều khiển phân bố lưu lượng giữa các cell. Một ví dụ của trường hơp này là chuyển giao với lý do lưu lượng (TRHO) được điều khiển bởi BS. TRHO là một thuật toán thay đổi ngưỡng chuyển giao cho một hay nhiều sự rời đi sang cell liền kề từ một cell cụ thể tuỳ thuộc vào tải của cell đó. Nếu tải của cell này vượt quá mức cho trước, và tải ở cell lân cận ở dưới một mức cho trước khác, thì cell nguồn sẽ thu hẹp lại vùng phủ sóng của nó, chuyển lưu lượng đến cell lân cận. Vì thế, tốc độ nghẽn (block) tổng thể bị giảm đi, tận dụng tốt hơn nguồn tài nguyên các cell. Hỗ trợ máy di động Trong phương pháp này cả mạng và máy di động đều tiến hành đo đạc. Máy di động báo cáo kết quả đo đạc từ các BS gần nó và mạng sẽ quyết định có thực hiện chuyển giao hay không. Các mục đích của chuyển giao có thể tóm tắt như sau: ­ Đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển qua ranh giới của các tế bào. ­ Giữ cho QoS đảm bảo mức yêu cầu. ­ Làm giảm nhỏ mức nhiễu trong toàn bộ hệ thống bằng cách giữ cho máy di động được kết nối với BS tốt nhất. ­ Roaming giữa các mạng khác nhau. ­ Cân bằng tải. Sự khởi xướng cho một quá trình chuyển giao có thể bắt nguồn từ chất lượng dịch vụ của liên kết (UL hoặc DL), sự thay đổi của dịch vụ, sự thay đổi tốc độ, các lý do lưu lượng hoặc sự can thiệt để vận hành và bảo dưỡng. 3.6. Chuyển giao cứng Chuyển giao cứng có thể xảy ra trong một số trường hợp như: chuyển giao từ một cell này sang cell khác khi hai cell có các tần số sóng mang khác nhau hoặc từ một cell này sang cell khác khi các cell này được nối đến hai RNC khác nhau và không tồn tại giao diện Iur giữa hai RNC này. Chuyển giao cứng cùng tần số : Chuyển giao cứng cùng tần số có thể thực hiện khi giao diện Iur không còn hiệu lực. Trường hợp chuyển giao này có thể phát sinh nếu chuyển giao gồm hai RNC được cung cấp bởi các hãng sản xuất khác nhau. Trong chuyển giao cứng cùng tần số, UE truyền trong phạm vi dải tần số bằng nhau, nhưng kết nối cũ kết thúc trước khi kết nối mới có thể được thiết lập, do đó gây ngắt quãng kết nối trong khoảng thời gian ngắn. Chuyển giao cứng khác tần số Đây là kiểu chuyển giao giống chuyển giao GSM, giữa hai tần số W-CDMA f1 và f2. Trong trường hợp chuyển giao này, kết nối qua cell cũ (cell A) bị xoá và kết nối đến mạng vô tuyến vẫn được duy trì qua cell mới (cell B). Chuyển giao khác tần số cũng có thể thực hiện giữa hai tần số trong giới hạn của cùng một cell. Trong chuyển giao khác tần số cần thiết đo cường độ tín hiệu và chất lượng ở các tần số khác trong khi vẫn có các kết nối với tần số hiện tại. 3.7. Chuyển giao mềm trong cùng tần số 3.7.1. Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm chỉ có trong công nghệ CDMA. So với chuyển giao cứng thông thường, chuyển giao mềm có một số ưu điểm. Tuy nhiên, nó cũng có một số các hạn chế về sự phức tạp và việc tiêu thụ tài nguyên tăng lên. Việc quy hoạch chuyển giao mềm ban đầu là một trong các phần cơ bản của của việc hoạch định và tối ưu mạng vô tuyến. 3.7.2. Lợi ích của chuyển giao mềm Chuyển giao mềm là một hình thức phân tập đường truyền (phân tập vĩ mô). Độ lợi phân tập nhận được vì ít công suất ở các đường lên và xuống hơn. Điều này có nghĩa tổng nhiễu giao thỏa giảm. Kết quả là dung lượng trung bình của hệ thống tăng. Ngoài ta công suất phát thấp hơn sẽ tăng tuổi thọ của acqui của MS và thời gian đàm thoại sẽ lâu hơn. Trong chuyển giao mềm, nếu MS thu bit điều khiển tăng công suất từ một trạm và bit điều khiển giảm công suất từ trạm kia, thì MS giảm công suất phát. MS thực hiện lệnh giảm công suất vì chắc đã có đường truyền công suất tốt để đảm bảo lệnh phát từ BS. Mục đích của chuyển giao mềm là để đem lại một sự chuyển giao không bị ngắt quãng và làm cho hệ thống hoạt động tốt. Điều đó chỉ có thể đạt được nhờ 3 lợi ích của cơ cấu chuyển giao mềm như sau: Độ lợi phân tập vĩ mô Độ lợi ích phân tâp nhờ phadinh chậm và sự sụt đột ngột của cường độ tín hiệu do các nguyên nhân chẳng hạn như sự di chuyển của UE vòng quanh một góc. Độ lợi phân tập vi mô Độ lợi phân tập nhờ phadinh nhanh. Việc chia sẻ tải đường xuống Một UE khi chuyển giao mềm thu công suất từ nhiều Nút B, điều đó cho thấy công suất phát lớn nhất đến UE trong khi chuyển giao mềm X-way được nhân với hệ số X, nghĩa là vùng phủ được mở rộng. Ba lợi ích này của chuyển giao mềm có thể cải thiện vùng phủ và dung lượng mạng WCDMA. 3.7.3. Nguyên lý chuyển giao mềm Hình 3.4: Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống. Đối với chuyển giao cứng, một quyết định xác định là có thực hiện chuyển giao hay không và máy di động chỉ giao tiếp với một BS tại một thời điểm. Đối với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được tạo ra là có thực hiện chuyên giao hay không. Tuỳ thuộc vào sự thay đổi cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu từ hai hay nhiều trạm gốc có liên quan, một quyết định cứng cuối cùng sẽ được tạo ra để giao tiếp với duy nhất 1 BS. Điều này thường diễn ra sau khi tín hiệu đến từ một BS chắc chắn sẽ mạnh hơn các tín hiệu đến từ BS khác. Trong thời kỳ chuyển tiếp của chuyển giao mềm, MS giao tiếp đồng thời với các BS trong tập hợp tích cực (Tập hợp tích cực là danh sách các cell hiện đang có kết nối với MS). Hình 3.4 chỉ ra sự khác nhau cơ bản của chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. Giả sử rằng có một đầu cuối di động trong một chiếc ô tô đang chuyển động từ cell này sang cell khác, BS1 là trạm gốc phục vụ đầu tiên của MS. Trong khi di chuyển, MS sẽ liên tục đo cường độ của tín hiệu hoa tiêu nhận được từ các BS gần nó. Với chuyển giao cứng được chỉ ra trong hình 3.4(a), việc khởi xướng chuyển giao được thực hiện như sau: If (pilot_E0/I0)2 – (pilot_Ec/I0)1> D and BS1 is serving BS Handover to BS2; Else Do not handover; End. Trong đó: (pilot_Ec/I0)1 và (pilot_Ec/I0)2 là Ec/I0 của kênh hoa tiêu nhận từ BS1 và BS2, D là hệ số dự trữ trễ. Lý do đưa ra độ dự trữ trễ trong thuật toán chuyển giao cứng là để tránh “hiệu ứng ping-pong”, hiệu ứng này xảy ra khi một máy di động di chuyển qua lại biên giới một cell, chuyển giao cứng sẽ xuất hiện. Ngoài sự di động của MS, ảnh hưởng phadinh của các kênh vô tuyến có thể ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hiệu ứng “ping-pong”. Bằngviệc đưa ra độ dự trữ trễ, hiệu ứng “ping-pong” có thể được giảm nhẹ bởi vì máy di động sẽ không thực hiện chuyển giao ngay tức thì đến các BS tốt hơn. Độ dữ trữ càng lớn, hiệu ứng “ping-pong” càng ít ảnh hưởng. Tuy nhiên khi độ dữ trữ lớn thì độ trễ càng nhiều. Hơn thế nữa, máy di động còn gây ra nhiễu bổ sung tới các cell lân cận do liên kết có chất lượng kém khi bị trễ. Vì thế, với chuyển giao cứng, giá trị của độ dữ trữ trễ khá là quan trọng. Khi chuyển giao xuất hiện, liên kết lưu lượng đầu tiên với BS1 sẽ bị ngắt trước khi thiết lập liên kết mới với BS2, cho nên chuyển giao cứng là quá trình “cắt trước khi thực hiện”. Trường hợp chuyển giao mềm được chỉ ra trong hình 3.4(b), trước khi (pilot_ Ec/I0)2 vượt quá (pilot_ Ec/I0)1 , miễn là điều kiện khới xướng chuyển giao mềm được đáp ứng, MS vẫn chuyển sang trạng thái chuyển giao mềm và một liên kết mới được thiết lập. Trước khi BS1 bị cắt (điều kiện ngắt chuyển giao được đáp ứng), thì MS sẽ giao tiếp đồng thời với cả BS1 và BS2. Vì thế, khác với chuyển giao cứng, chuyển giao mềm là quá trình “thực hiện trước khi cắt”. Một số các thuật toán được đề nghị để hỗ trợ chuyển giao mềm và các điều kiện của nó được sử dụng trong các thuật toán khác nhau. Quá trình chuyển giao mềm khác nhau trên các hướng truyền dẫn khác nhau. Hình 3.5 minh hoạ điều này. Trên đường lên, MS phát tín hiệu vào không trung nhờ anten đa hướng của nó. Hai BS trong tập hợp tích cực có thể đồng thời nhận tín hiệu nhờ hệ số sử dụng lại tần số các hệ thống CDMA. Sau đó, các tín hiệu được chuyển đến bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC cho sự kết hợp có chọn lựa. Khung tốt hơn được chọn và những khung khác thì bị loại bỏ. Vì thế trên đường lên không cần có kênh mở rộng hỗ trợ chuyển giao mềm. Trên đường xuống, các tín hiệu tương tự cũng được phát ra nhờ các BS và MS có thể kết hợp các tín hiệu từ các BS khác nhau khi nó phát hiện thấy các tín hiệu đó là các thành phần đa đường bổ sung. Thường thì sử dụng chiến lược kết hợp có tỉ số lớn nhất, việc này sẽ tăng thêm lợi ích được gọi là phân tập vĩ mô.Tuy nhiên, để hỗ trợ chuyển giao mềm trên đường xuống, cần thiết ít nhất một kênh đường xuống mở rộng (đối với cả 2 loại chuyển giao mềm). Kênh đường xuống mở rộng tác động tới người sử dụng khác như là nhiễu bố sung trên giao diện vô tuyến. Vì thế để hỗ trợ chuyển giao mềm trên đường xuống cần nhiều tài nguyên hơn. Kết quả là, trên đường xuống, hiệu suất của chuyển giao mềm phụ thuộc sự điều chỉnh giữa hệ số tăng ích phân tập vĩ mô và sự tiêu tốn tài nguyên tăng thêm. Hình 3.5: Nguyên lý của chuyển giao mềm. 3.7.4. Các thuật toán của chuyển giao mềm Hiệu suất của chuyển giao mềm thường liên quan đến thuật toán. Trong hệ thống WCDMA, sử dụng thuật toán chuyển giao mềm thường phức tạp nhiều, được minh hoạ trong hình 3.6. Hình 3.6: Thuật toán chuyển giao mềm trong WCDMA. Trong đó: Reporting_range là ngưỡng cho chuyển giao mềm. Hysteresis_event1A là độ trễ bổ sung. Hysteresis_event1B là độ trễ loại bỏ. Hysteresis_event1C là độ trễ thay thế. Reporting_range – Hysteresis_event1A được gọi là Window_add. Reporting_range + Hysteresis_event1B được gọi là Window_drop. DT : là khoảng thời gian khởi xướng. pilot_Ec/I0 :chất lượng được lọc và được đo Ec/I0 của CPICH. Best_pilot_Ec/I0 là cell được đo và có cường độ mạnh nhất trong tập hợp tích cực. Best_candidate_pilot_Ec/I0 là cell được đo có cường độ mạnh nhất trong tập hợp giám sát. Worst_candidate_pilot_Ec/I0 là cell được đo có cường độ yếu nhất trong tập hợp tích cực. Tập hợp tích cực “Active Set” : Là tập hợp các cell có kết nối chuyển giao mềm với UE. Tâp hợp lân cận/ tập hợp giám sát (Neighbour set/Monitored set): Là danh sách các cell mà UE liên tiếp đo, nhưng pilot_Ec/I0 không đủ mạnh để bổ sung vào tập hợp tích cực. Thuật toán chuyển giao mềm có thể được mô tả tóm tắt như sau: Nếu pilot_Ec/I0 > Best_pilot_Ec/I0 - (Reporting_range + Hysteresis_event1A) xét trong một khoảng thời gian DT và tập hợp tích cực chưa đầy, thì cell được bổ sung vào tập hợp tích cực. Hoạt động này được gọi là Sự kiện 1A hay Bổ sung liên kết vô tuyến. Nếu pilot_Ec/I0 < Best_pilot_Ec/I0 - (Reporting_range - Hysteresis_event1B) xét trong khoảng thời gian DT, thì cell bị loại bỏ khỏi tập hợp tích cực. Hoạt động này được gọi là Sự kiện 1B hay Sự loại bỏ liên kết vô tuyến. Nếu tập hợp tích cực đã đầy và Best_candidate_pilot_Ec/I0 > Worst_Old_pilot_Ec/I0 + Hysteresis_event1C xét trong một khoảng thời gian DT, thì cell yếu nhất trong tập hợp tích cực được thay thế bởi một cell ứng cử khoẻ nhất trong tập hợp ứng cử. Hoạt động này gọi là Sự kiện 1C hoặc là Sự kết hợp bổ sung và loại bỏ liên kết vô tuyến. Trong hình 3.5, giả sử kích cỡ lớn nhất là 2. Trong thuật toán chuyển giao mềm của WCDMA, sử dụng ngưỡng tương đối chứ không phải ngưỡng tuyệt đối. So với IS-95A, lợi ích lớn nhất của thuật toán trong WCDMA này sự tham số hoá dễ dàng mà không cần điều chỉnh các thông số cho các vùng nhiễu thấp và cao do các ngưỡng tương đối. 3.7.5. Các đặc điểm của chuyển giao mềm So với phương thức chuyển giao cứng truyền thống, chuyển giao mềm có những ưu điểm rõ ràng, như loại trừ hiệu ứng “ping-pong” và tạo ra sự liên tục trong truyền dẫn (không có ngắt quãng trong chuyển giao mềm). Không có hiệu ứng ”ping-pong” có nghĩa là tải trong báo hiệu mạng thấp hơn và trong chuyển giao mềm, thì không có suy hao dữ liệu do truyền dẫn bị ngắt như trong chuyển giao cứng. Ngoài điều khiển di động, còn có một lý do khác để thực hiện chuyển giao mềm trong WCDMA; cùng với điều khiển công suất, chuyển giao mềm cũng được sử dụng như là một cơ cấu giảm nhiễu. Hình 3.7 chỉ ra 2 mô hình. Trong hình 3.7 (a), chỉ sử dụng điều khiển công suất, trong hình 3.7 (b) sử dụng cả điều khiển công suất và chuyển giao mềm. Hình 3.7: Sự suy giảm nhiễu do có chuyển giao mềm trong UL. Giả sử rằng MS di chuyển từ BS1 đến BS2. Tại vị trí hiện tại tín hiệu pilot nhận được từ BS2 đã mạnh hơn từ BS1. Điều này có nghĩa là BS2 “tốt hơn” BS1. Trong hình 3.7 (a) vòng điều khiển công suất tăng năng lượng phát đến MS để đảm bảo QoS trên đường lên khi MS di chuyển ra xa khỏi BS phục vụ của nó, BS1. Trong hình 3.7 (b), MS đang trong trạng thái chuyển giao mềm: cả BS1 và BS2 đều đồng thời lắng nghe MS. Sau đó tín hiệu nhận được chuyển đến RNC để kết hợp. Trên đường lên, sự kết hợp chọn lựa được sử dụng trong chuyển giao mềm. Khung khỏe hơn được chọn lựa và khung yếu hơn bị loại bỏ. Bởi vì BS2 “tốt hơn” BS1, để đáp ứng QoS mục tiêu, công suất phát được yêu cầu từ MS thấp hơn công suất cần thiết trong mô hình (a). Vì thế, nhiễu được tạo ra bởi MS này trên đường lên thấp hơn khi có chuyển giao mềm vì chuyển giao mềm luôn giữ cho MS được kết nối với BS tốt nhất. Trên đường xuống, tình huống phức tạp hơn. Mặc dù việc kết hợp theo hệ số lớn nhất đem lại độ lợi phân tập macro, vẫn yêu cầu các kênh đường xuống mở rộng để hỗ trợ chuyển giao mềm. 3.7.6. Tổng phí của chuyển giao mềm Tổng phí của chuyển giao mềm được sử dụng để đánh giá chất lượng của hoạt động chuyển giao mềm trong một mạng. Tổng phí chuyển giao mềm được xác định như sau: = (3.1) Trong đó, N là kích cỡ tập hợp tích cực và Pn là xác suất trung bình của UE đang thực hiện chuyển giao mềm n_đường (n_way). Chuyển giao mềm one_way là trường hợp, UE kết nối tới một Nút B, two_way có nghĩa là UE được kết nối tới 2 Nút B… được chỉ ra trong hình 3.8. Đối với một kết nối giữa UE và Nút B yêu cầu tài nguyên băng cơ bản logic, việc dự trữ dung lượng phát trên giao diện Iub, một nguồn tài nguyên RNC, nên tổng phí của chuyển giao mềm cũng có thể như là việc đo tài nguyên truyền dẫn/phần cứng cần bổ sung để thực thi chuyển giao mềm. Việc hoạch định mạng vô tuyến có nhiệm vụ thiết lập các thông số chuyển giao thích hợp và quy hoạch các site để tổng phí của chuyển giao mềm trong khoảng 20-40% đối với lưới cell chuẩn sáu cạnh với 3 sector site. Nếu tổng phí chuyển giao mềm vượt quá giới hạn cho phép thì sẽ dẫn đến giảm dung lượng đường xuống. Trên đường xuống, mỗi kết nối chuyển giao mềm đều làm tăng nhiễu cho mạng. Khi mức tăng nhiễu vượt quá mức độ lợi phân tập, chuyển giao mềm không đem lại bất cứ lợi ích nào cho hiệu suất của hệ thống. Hình 3.8: Tổng phí chuyển giao mềm. Tổng phí chuyển giao mềm có thể được điều chỉnh bằng việc chọn hợp lý các thông số Window_add, Window_drop, và kích cỡ “tập hợp tích cực”. Tuy nhiên cũng có một số các yếu tố ảnh hưởng đến tổng phí chuyển giao mềm mà không thể kiểm soát được bằng việc thiết lập các thông số chuyển giao mềm, như: ­ Cấu hình mạng: Các site được đặt liên quan đến nhau như thế nào, số sector trên một site… ­ Các mô hình bức xạ của anten Nút B. ­ Các đặc điểm suy hao đường truyền và phadinh che khuất. ­ Số các Nút B trung bình mà UE có thể đồng bộ được. 3.7.7. Độ lợi dung lượng mạng của chuyển giao mềm Độ lợi dung lượng mạng có thể của chuyển giao mềm chủ yếu phụ thuộc và tổng phí chuyển giao mềm (tức là tỷ lệ tương đối của các UE thực hiện chuyển giao mềm), độ lợi liên kết chuyển giao mềm, và thuật toán điều khiển công suất được áp dụng. Có 2 thuật toán điều khiển công suất đường xuống cho các UE trong chuyển giao mềm: Điều khiển công suất thường (điều khiển công suất nhanh). Sơ đồ truyền dẫn phân tập chọn lựa site (SSDT). SSDT dựa vào thông tin phản hồi từ UE, nên chỉ có một trong các Nút B trong “tập hợp tích cực” truyền dữ liệu, còn các Nút B khác chỉ phát các thông tin điểu khiển lớp vật lý. Vì thế SSDT tương đương với phân tập phát chọn lựa, còn điều khiển công suất nhanh các UE trong chuyển giao mềm có thể tương đương với phân tập phát tăng ích. Độ lợi có thể của SSDT đạt được nhờ việc giảm nhiễu trên đường xuống, và bù cho suy hao của độ lợi phân tập trên đường xuống cho dữ liệu người sử dụng. Về mặt lý thuyết, rõ ràng rằng độ lợi của SSDT lớn hơn với tốc dữ liệu cao mà tại đó tổng phí của các thông tin điều khiển không đáng kể. Độ lợi về dung lượng của chuyển giao mềm kết hợp SSDT có độ lớn bằng với độ lợi trong trường hợp kết hợp chuyển giao mềm và điều khiển công suất thông thường. Thường không đạt được độ lợi lớn từ SSDT, và trong một vài trường hợp độ lợi chuyển thành suy hao. Nguyên nhân được giải thích như sau: Một UE đang chuyển giao mềm, gửi thông tin phản hồi một cách định kỳ đến các Nút B trong “tập hợp tích cực”, các lệnh này yêu cầu các Nút B cần phát dữ liệu. Hoạt động này gây ra sự biến động công suất lớn tại các Nút B khác nhau bởi vì việc truyền dẫn tới các UE được tắt, bật tương đối nhanh khi được điều khiển bởi các UE trong chuyển giao mềm. Sự truyền dẫn của Nút B biến đổi tới UE trong chuyển giao mềm không nằm trong sự điều khiển mạng, hoàn toàn do UE điều khiển. Vì thế, mặc dù mô hình SSDT làm giảm tổng công suất phát trung bình của Nút B, nhưng sự thay đổi tổng công suất phát cũng tăng lên. Việc tăng lên này dẫn tới khoảng hở điều khiển công suất yêu cầu lớn hơn, có nghĩa là sẽ giảm độ lợi của SSDT. Các khía cạnh khác cần chú ý về mặt chỉ tiêu kỹ thuật là ảnh hưởng của vận tốc UE, tốc độ UE càng cao phản hồi của UE càng khó đồng bộ với trạng thái kênh thực tế. Tại một số vận tốc, các vấn đề về tiếng vọng xuất hiện cho nên UE thường phải yêu cầu Nút B “sai” phát thông qua báo hiệu phản hồi tới mạng. Sự ảnh hưởng này có thể rất lớn khi tốc độ phadinh bằng tốc độ phản hồi. 3.8. Đo đạc chuyển giao Trong WCDMA, UE liên tục quét các cell khác có cùng tần số khi sử dụng kênh riêng trong trạng thái cell_DCH. UE thường sử dụng bộ lọc để tìm ra kênh đồng bộ sơ cấp (P-SCH) của các cell lân cận. Tất cả các cell phát cùng mã đồng bộ mà UE đang tìm kiếm. UE nhận dạng các cell bằng kênh đồng bộ thứ cấp (S-SCH) và kênh pilot (CPICH). Sau thủ tục đồng bộ, UE có thể tiến hành đo pilot_Ec/I0 và nhận dạng cell. Bởi vì các Nút B WCDMA có thể không đồng bộ, UE cũng giải mã số khung hệ thống (SFN) từ các cell lân cận. SFN cho biết việc định thời Nút B với độ phân giải khung là 10ms. SFN được phát trên kênh quảng bá, BCH, tiến hành trên kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp, P-CCPCH. Thủ tục đo đạc chuyển giao trong cùng tần số được trình bày trong hình 3.9. Hình 3.9: Thủ tục đo đạc chuyển giao trong cùng tần số. 3.9.1. Pha (1): Nhận dạng cell Thời gian nhận dạng cell trong pha (1) hình 3.9 chủ yếu phụ thuộc vào số các cell và các thành phần đa đường mà UE có thể thu được. UE cần kiểm tra mọi đỉnh xung trong bộ lọc kết hợp của nó. Số đỉnh càng ít, việc nhận dạng cell càng nhanh. Chiều dài của danh sách cell lân cận chỉ có ảnh hưởng ít đến hiệu suất đo đạc chuyển giao. Yêu cầu hiệu suất đo đạc chuyển giao 3GPP đối với UE như sau: với CPICH Ec/I0 >-20dB, và SCH Ec/I0 > -20dB UE có khả năng báo cáo đo đạc trong vòng 200ms từ một cell đã được nhận dạng và trong vòng 800ms từ một cell mới nằm trong tập hợp giám sát. Hình 3.9 đưa ra mô hình UE kết nối với với cell 1 và nó cần nhận dạng cell 2 đang gần đạt tới giá trị Window-add . Kết quả Ec/I0 thu được như sau: ­ Nếu cấp 10% cho kênh CPICH và cho SCH thì Ec/Ior= -10dB. ­ Giả sử Window_add =3dB trong đó UE cần nhận dạng các cell khi nó thấp hơn cell khoẻ nhất 3dB. Trường hợp này có Ior/Ioc1=-3dB. ­ Giả sử nhiễu từ các cell khác cao hơn công suất tín hiệu từ máy chủ tốt nhất là 3dB, thì Ioc2/Ioc1. = == - 8.5dB = - 18.5 dB (3.2) Trong mô hình này Ec/I0 = -18.5dB tốt hơn -20dB đưa ra trong các yêu cầu về hiệu suất. Hình 3.10: Mô hình đo đạc chuyển giao trong cùng tần số. 3.9.2. Pha (2): Giải mã số hiệu khung (SFN) Trong pha (2) của hình 3.11, UE giải mã số hiệu khung hệ thống từ BCH nó được phát trên kênh P-CCPCH. Nếu ta cấp phát 5% của Nút B cho P-CCPCH, kết quả Ec/I0 = -21.5dB. Yêu cầu hiệu suất cho giải mã BCH với BLER=1% là -2.2dB. Trước khi Ec/I0 pilot được dùng trong thuật toán cập nhật tập hợp tích cực tại UE, một số công việc lọc đã được áp dụng để kết quả đáng tin cậy hơn. Việc lọc kết quả đo được lọc trong cả lớp 1 và lớp 3. Lọc tại lớp 3 có thể được điều khiển bởi mạng. Việc lọc kết quả đo chuyển giao WCDMA được trình bày trong hình 3.11. Báo cáo đo đạc chuyển giao từ UE đến RNC phải được xây dựng một cách định kỳ, giống như trong GSM hoặc khởi xướng sự kiện. Việc báo cáo khởi xướng các sự kiện cung cấp các chỉ tiêu giống như báo cáo định kỳ nhưng có tải báo hiệu thấp hơn. Hình 3.11: Sơ đồ lọc và báo cáo đo đạc chuyển giao mềm. Chú ý: Số các đỉnh xung mà UE có thể thu được bằng bộ lọc kết hợp của nó càng nhiều, việc nhận dạng cell WCDMA diễn ra càng lâu. Thời gian nhận dạng cell phụ thuộc các yếu tố sau: ­ Số các nhánh đa đường. ­ Số các cell trong phạm vi UE thu bắt được sóng. ­ Số các cell đã tìm thấy. ­ Kích cỡ của danh sách các cell lân cận. UE cần phải có khả năng báo cáo việc đo đạc: ­ Trong vòng 200ms đối với một cell được nhận dạng. ­ Trong vòng 800ms đối với một cell mới trong danh sách cell lân cận. ­ Trong vòng 30ms với một cell mới ngoài danh sách các cell lân cận. 3.9. Chuyển giao giữa các tấn số trong WCDMA Hầu hết các bộ vận hành UMTS đều có 2 hoặc 3 tần số FDD có hiệu lực. Việc vận hành có thể bắt đầu sử dụng một tần số và tần số thứ hai, thứ ba. Sau đó cần để tăng dung lượng, một vài tần số có thể sử dụng được chỉ ra trong hình 3.12. Một vài tần số được sử dụng trong cùng một site sẽ tăng dung lượng của site đó hoặc các lớp micro và macro được sử dụng các tần số khác nhau. Chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA cần sử dụng phương pháp này. Trong chuyển giao này, chế độ nén được sử dụng trong việc đo đạc chuyển giao giống như trong chuyển giao giữa các hệ thống. Thủ tục chuyển giao giữa các tần số được chỉ ra trong hình 3.13. UE cũng sử dụng thủ tục đồng bộ WCDMA giống như chuyển giao trong tần số để nhận dạng cell có tần số mục tiêu. Thời gian nhận dạng cell chủ yếu phù thuộc vào số các cell và số các thành phần đa đường mà UE có thể thu được giống như trong chuyển giao cùng tần số. Yêu cầu thời gian nhận dạng cell là 5s với Ec/I0 của CPICH > -20dB. Hình 3.12: Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA. Hình 3.13: Thủ tục chuyển giao giữa các tần số. 3.6. Chuyển giao giữa các hệ thông WCDMA và GSM Các chuẩn WCDMA và GSM hỗ trợ chuyển giao cả hai đường giữa WCDMA và GSM. Sự chuyển giao này có thể sử dụng cho mục đích phủ sóng và cân bằng tải. Tại pha ban đầu khi triển khai WCDMA, chuyển giao tới hệ thống GSM có thể sử dụng để giảm tải trong các tế bào GSM. Mô hình này được chỉ ra trong hình 3.14. Khi lưu lượng trong mạng WCDMA tăng, thì rất cần chuyển giao cho mục đích tải trên cả đường lên và đường xuống. Chuyển giao giữa các hệ thống được khởi xướng tại RNC/BSC và từ góc độ hệ thống thu, thì chuyển giao giữa các hệ thống tương tự như chuyển giao giữa các RNC hay chuyển giao giữa các BSC. Thuật toán và việc khởi xướng này không được chuẩn hoá. Hình 3.14: Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA. Thủ tục chuyển giao được mô tả như hình 3.15. Việc đo đạc chuyển giao giữa các hệ thống không hoạt động thường xuyên nhưng sẽ được khởi động khi có nhu cầu thực hiện chuyển giao giữa các hệ thống. Việc khởi xướng chuyển giao là một thuật toán do RNC thực hiện và có thể dựa vào chất lượng (BLER) hay công suất phát yêu cầu. Khi khởi xướng đo đạc, đầu tiên UE sẽ đo công suất tín hiệu của các tần số GSM trong danh sách lân cận. Khi kết quả đo đạc đó được gửi tới RNC, nó ra lệnh cho UE giải mã nhận dạng trạm gốc (BSIC) của cell ứng cử GSM tốt nhất. Khi RNC nhận được BSIC, một lệnh chuyển giao được gửi tới UE. Việc đo đạc có thể hoàn thành trong 2s. Hình 3.15: Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống. Chế độ nén: WCDMA sử dụng việc thu phát liên tục và không thể tiến hành đo đạc với bộ nhận đơn nếu như không có những khoảng gián đoạn tạo ra bởi các tín hiệu WCDMA. Vì thế, chế độ nén cần thiết cho việc đo đạc trong chuyển giao giữa các tần số và chuyển giao giữa các hệ thống. Trong suốt khoảng gián đoạn của chế độ nén, điều khiển công suất nhanh không thể sử dụng và một phần độ lợi ghép chèn bị mất. Vì vậy, trong suốt khung nén cần Ec/N0 cao hơn dẫn tới dung lượng bị giảm. Chế độ nén cũng ảnh hưởng đến vùng phủ sóng đường lên của các dịch vụ thời gian thực, trong đó tốc độ bit không thể giảm trong suốt chế độ nén. Vì thế mà thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống phải được bắt đầu đủ sớm tại biên giới các cell để tránh sự suy giảm chất lượng tại chế độ nén. Chuyển giao từ GSM sang WCDMA được bắt đầu tại BSC của GSM. Không cần sử dụng chế độ nén để tiến hành đo đạc WCDMA từ GSM vì GSM sử dụng chế độ thu phát không liên tục. Thời gian ngắt dịch vụ trong chuyển giao giữa các hệ thống lớn nhất là 40ms. Thời gian ngắt là khoảng thời gian giữa block chuyển vận thu cuối cùng trên tần số cũ và thời gian UE bắt đầu phát trên kênh đường lên mới. Tổng khoảng hở dịch vụ lớn hơn thời gian ngắt vì UE cần nhận được kênh riêng hoạt động trong mạng GSM. Khoảng hở dịch vụ thường dưới 80ms tương tự như chuyển giao trong GSM. Khoảng hở đó không làm giảm chất lượng dịch vụ. 3.7. Thiết lập vá kêt thúc chuyển giao mềm 3.7.1. Thiết lập chuyển giao mềm Một trong các lợi ích chính của hệ thống CDMA là khả năng của một MS thông tin với nhiều BS đồng thời trong quá trình cuộc gọi. Về mặt chức năng điều này cho phép mạng CDMA thực hiện chuyển giao mềm. Trong chuyển giao mềm một BS sơ cấp điều khiển điều phối các BS khác khi bổ sung cũng như loại bỏ chúng cho cuộc gọi. Điều này cho phép các BS (đến tổng số là ba) thu/phát các gói thoại từ một MS cho một cuộc gọi. Mỗi BS phát các gói thoại thu được từ MS đến BSC/MSC chọn khung tốt nhất từ ba trạm. quá trình này cung cấp cho PSTN thoại chất lượng tốt nhất. Hình 3.16 cho thấy một MS thông tin với hai BS cho một cuộc gọi. Quá trình này được gọi là chuyển giao mềm hai đường. Các bước chuyển giao mềm như sau: 1. MS phát hiện một tín hiệu hoa tiêu từ một ô mới và thông báo cho MS sơ cấp A. 2. Một đường truyền từ BS B đến bộ chọn khung được thiết lập. 3. Bộ chọn khung chọn các khung từ cả hai luồng. 4. MS phát hiện rằng hoa tiêu của BS A giảm và yêu cầu loại bỏ đường truyền này. 5. Đường truyền từ BS A đến bộ chọn khung bị loại b Đo cường độ hoa tiêu Hướng dẫn chuyển giao Chuyển giao yêu cầu ACK Đo cường độ hoa tiêu Yêu cầu đo hoa tiêu Liên kết bộ khung MS BS sơ cấp A BS thứ cấp B BSC/MSC Thông tin chuyển giao ACK Hình 3.16: Thiết lập chuyển giao mềm. BS B gửi cho BS A mã Walsh mà nó được cấp. BA A gửi cho MS mã Walsh của B trong HDM. Bây giờ MS có thể đợi thu từ BS B. BS A gửi mặt chắn mã dài đến BS B. Bay giừo có thể đợi thu MS. Cả hai BS A và B nhận thông tin điều khiển công suất đường xuống từ MS và đưa ra phản ứng thích hợp. MS nhận các bit chính bỏ (cho điều khiển công suất) độc lập từ cả A và B. Nếu các hướng dẫn trái ngược, MS giảm công suất, trái lại MS tuân theo hướng dẫn. 3.7.2. Kết thúc chuyển giao mềm Hình 3.17 cho thấy quá trình thông tin của MS với hai BS A và B và để kết thúc chuyển giao khi A không còn đủ mạnh. Khi MS vào chuyển giao với BS A và B, BS sơ cấp là A. Nhưng MS loại A và bắt đầu chỉ thông tin với BS B, B trở thành BS sơ cấp mới. PSMM HDM (loại A) HCM ACK Chuyển giao chủ ACK PSMM Yêu cầu đo hoa tiêu ACK ACK Chuyển giao chủ MS BS sơ cấp A BS thứ cấp B BSC/MSC BS sơ cấp mới thông tin chuyển giao Loại bỏ bộ chọn khung ACK Hình 3.17: Kết thúc chuyển giao mềm. Tập còn lại Tập tích cực Tập ứng cử Tập lân cận Hoa tiêu vượt quá tích cực T_COMP Hoa tiêu thấp hơnT_DROP và TDROP đã hết 3.8. Kết luận chương Chuyển giao điển hình nhất của WCDMA là chuyển giao cùng tần số được điều khiển bởi các thông số. Chuyển giao cùng tần số thường khởi xướng cho sự kiện, và RNC ra lệnh thực hiện chuyển giao dựa vào các báo cáo đo đạc. Trong trường hợp chuyển giao trong cùng tần số UE được kết nối với Nút B tốt nhất để tránh hiệu ứng gần xa, và RNC luôn phải hoạt động để lựa chọn các cell mục tiêu. Việc đo đạc chuyển giao giữa các hệ thống và giữa các tần số thường chỉ bắt đầu khi cần thực hiện chuyển giao. Chuyển giao giữa các tần số cần để cân bằng tải giữa các sóng mang WCDMA và các lớp cell, và để mở rộng vùng phủ sóng nếu tần số khác không bao phủ hết. Chuyển giao tới hệ thống GSM để mở rộng vùng phủ sóng WCDMA, để cân bằng tải giữa các hệ thống và định hướng các dịch vụ đến các hệ thống phù hợp nhất. Bảng 3.1: Tổng kết chuyển giao Kiểu chuyển giao Đo đạc chuyển giao Báo cáo đo đạc chuyển giao từ UE đến RNC Mục đích chuyển giao Chuyển giao trong tần số WCDMA Đo trong toàn bộ thời gian sử dụng bộ lọc kết hợp Báo cáo khởi xướng sự kiện - Sự di động thông thường Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA -GSM Việc đo chỉ bắt đầu khi cần thiết, sử dụng chế độ nén Báo cáo định kỳ trong suốt chế độ nén Phủ sóng Tải Dịch vụ Chuyển giao giữa các tần số WCDMA Việc đo chỉ bắt đầu khi cần, sử dụng chế độ nén Báo cáo định kỳ trong suốt chế độ nén Phủ sóng Tải CHƯƠNG 4 : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA 4.1. Ý nghĩa của điều khiển công suất Trong hệ thống thông tin di động WCDMA, các UE đều phát chung một tần số ở cùng thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh với nhau. Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỷ số Eb/No ( Eb là năng lượng bit, No là mật độ tạp âm trắng Gausơ cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi từ máy phát của người sử dụng khác). Để đảm bảo tỷ số Eb/No không đổi và lớn hơn ngưỡng yêu cầu cần điều khiển công suất UE. Ở hệ thống WCDMA việc điều khiển công suất là bắt buộc và phải nhanh nếu không dung lượng của hệ thống sẽ bị giảm. Dung lượng của hệ thống di động WCDMA đạt giá trị cực đại nếu công suất phát của UE được điều khiển sao cho ở node B công suất thu được là như nhau đối với tất cả các người sử dụng. Điều khiển công suất được sử dụng cho đường lên để tránh hiện tượng gần-xa và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu lên dung lượng của hệ thống. Đối với đường xuống không cần điều khiển công suất ở hệ thống đơn cell, vì nhiễu gây ra của các người sử dụng khác luôn ở mức không đổi với tín hiệu hữu ích, các tín hiệu đều phát chung và vì thế không xảy ra sự khác biệt về tổn hao truyền sóng như ở đường lên. Ngoài ra điều khiển công suất còn được sử dụng để giảm hiện tượng che tối và duy trì công suất phát của UE, cần thiết để đảm bảo SIR cho trước ở mức tối thiểu. Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đường lên và đường xuống. Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau : ­ Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên. ­ Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. ­ Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động. Hình 4.1 chỉ ra hiệu ứng gần-xa trên đường lên. Tín hiệu từ các MS khác nhau được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thống WCDMA. Không có điều khiển công suất, tín hiệu đến từ MS gần với BS nhất có thể chặn các tín hiệu từ các MS khác cách xa BS hơn. Trong tình huống xấu nhất, một MS có công suất quá lớn có thể chặn toàn bộ một cell. Giải pháp là phải áp dụng điều khiển công suất để đảm bảo rằng các tín hiệu đến từ các đầu cuối khác nhau có cùng công suất hay có cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khi chúng đến BS. Hình 4.1: Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên). 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 các cell này (được chỉ ra trong hình 4.2). Hơn thế nữa, điều khiển công suất trên đường xuống có nhiệm vụ làm giảm thiểu toàn bộ nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu. Hình 4.2: Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống). Trong hình 4.2, 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 các kênh đường xuống giữa BS và MS2. 4.2. Phân loại điều khiển công suất 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 mức công suất trong mạng hay một phần của mạng. Điều khiển công suất tập trung 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 thông tin 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 xuất hiện 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 hoá. Những hạn chế bên ngoài khác như công suất phát cực đại trên một kênh đặc biệt tác động đến công suất ra. - Tín hiệu cần thiết điều khiển có thể không có hiệu lực và phải được đánh giá. - Chất lượng là một sự đo đạc chủ quan và cần phải tận dụng sự đo đạc khách quan hợp lý. Điều khiển công suất theo phương pháp đo Theo phương pháp đo, kỹ thuật điều khiển công suất được phân thành 3 loại: + Trên cơ sở cường độ : Một tín hiệu đến node B từ UE được đánh giá để xác định là nó cao hơn hay thấp hơn cường độ mong muốn. Node B sẽ gởi lệnh để điều khiển công suất cao hơn hay thấp hơn thích hợp. + Trên cơ sở SIR : Phương pháp đo là SIR khi mà tín hiệu bao gồm nhiễu kênh và nhiễu giữa các người sử dụng. Điều khiển công suất dựa vào SIR có khả năng gây hồi tiếp dương làm nguy hiểm đến sự vững vàng của hệ thống. Hồi tiếp dương xuất hiện khi một UE dưới sự chỉ dẫn của node B đã tăng công suất của nó và điều đó lặp lại với các UE khác. Trong trường hợp có N UE trong hệ thống, điều này làm tê liệt cả NUE. + Trên cơ sở BER : Nếu công suất tín hiệu và nhiễu là hằng số thì BER là hàm của SIR, và trong trường hợp này thì QoS là tương đương. Tuy nhiên, trong thực tế SIR là hàm thời gian và như vậy SIR trung bình sẽ không tương ứng với BER trung bình. Trong trường hợp này, BER là cơ sở đo đạt chất lượng tốt hơn. Điều khiển công suất cho đường lên và đường xuống Điều khiển công suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng. Nó được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên các thăng giáng tổn hao đường truyền lớn. Điều khiển công suất đường xuống nhằm làm giảm nhiễu giao thoa đường xuống. Điều khiển công suất đường xuống không chỉ làm giảm nhiễu trong cùng một cell mà đặc biệt còn làm giảm nhiễu cho các cell khác. 4.3. Điều khiển công suất cho đường lên và đường xuống 4.3.1. Điều khiển công suất cho đường lên 4.3.1.1. Khái quát Điều khiển công suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng. Nó được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên các thăng giáng tổn hao đường truyền lớn. Điều khiển công suất đường lên gồm điều khiển công suất vòng hở (còn gọi là điều khiển công suất tự quản), điều khiển công suất vòng kín (điều khiển công suất nhanh), điều khiển công suất vòng ngoài và điều khiển công suất vòng trong. 4.3.1.2. Điều khiển công suất vòng hở Điều khiển công suất vòng hở được sử dụng trong WCDMA cho việc thiết lập năng lượng ban đầu cho MS. Trạm di động sẽ tính toán suy hao đường truyền giữa các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận sử dụng mạch điều khiển độ tăng ích tự động (AGC). Tuỳ theo sự tính toán suy hao đường truyền này, trạm di động có thể quyết định công suất phát đường lên của nó. Điều khiển công suất vòng hở có ảnh hưởng trong hệ thống WCDMA bởi vì đường lên và đường xuống là tương hỗ. Quá trình điều khiển công suất vòng hở như sau: a. Bản tin thông số truy nhập Sau khi trạm di động đã bật nguồn, nó iên lạc với hệ thống bằng cách thu và sử dụng kênh hoa tiêu, kênh đồng bộ và kênh tìm gọi. Kênh tìm gọi cung cấp bản tin thông số truy nhập trong đó định nghĩa các thông số mà trạm di động cần sử dụng khi phát kênh truy nhập đến trạm gốc. các kênh truy nhập bao gồm: ­ Số kênh truy nhập. ­ Độ dịch công suất danh định (NOM_PWR). ­ Độ dịch công suất ban đầu (INT_PWR). ­ Kích cỡ nấc tăng công suất. ­ Số thăm dò công suất trên một chuỗi thăm dò truy nhập. ­ Cửa sổ thời gian thăm dò giữa hai thăm dò truy nhập. ­ Thời gian được ngẫu nhiên hóa giữa hai thăm dò truy nhập. ­ Thời gian được ngẫu nhiên hóa giữa hai chuỗi thăm dò. b. Trạng thái truy nhập Trong khi ở trạng thái truy nhập trạm di động vẫn chưa được ấn định một kênh lưu lượng nên chưa có điều khiển vòng kín. Khi này bản thân trạm di động khởi tạo một điều chỉnh công suất bất kỳ cho phù hợp với hoạt động của mình. (Ở giai đoạn này trạm di động không chịu mọi sự điều khiển trực tiếp từ trạm gốc). Tuy nhiên từ các thông tin nhận được ở các kênh hoa tiêu, đồng bộ, tìm gọi bây giờ trạm di động có thể thử truy nhập hệ thống qua một trong số vài kênh truy nhập hiện có. Cần nhớ rằng mục đích hàng đầu hệ thống WCDMA là chỉ phát đủ công suất để đáp ứng được chất lượng cần thiết, vì nếu phát công suất hơn mức cần thiết thì trạm di động sẽ gây thêm nhiễu cho các người sử dụng khác trong cùng kênh WCDMA. c. Các quy tắc quan trọng của thủ tục truy nhập Trạm di động truy nhập vào hệ thống và thử phát một công suất rất nhỏ đến trạm gốc. Quy tắc chính là trạm di động phải phát công suất tỷ lệ nghịch với công suất mà nó thu được. ­ Khi thu được một hoa tiêu mạnh từ trạm gốc, trạm di động phát đi một tín hiệu yếu. Vì một tín hiệu thu mạnh tại trạm di động có nghĩa là suy hao đường truyền xuống thấp. Như vậy nếu coi rằng suy hao đường truyền lên cũng như vậy thì cần phát đi một công suất thấp. ­ Khi thu được một hoa tiêu yếu từ trạm gốc, thì trạm di động phát đi một tín hiệu mạnh. Vì một tín hiệu thu yếu tại trạm di động có nghĩa là suy hao đường truyền xuống lớn. Như vậy nếu coi rằng suy hao đường truyền lên cũng như vậy, thì trạm di động cần phát đi công suất cao để bù trừ tổn hao đường truyền. Quy tắc quan trọng này được cho ở hình 4.3. Trạm di động sẽ phát thăm dò đầu tiên ở công suất trung bình được xác định theo công thức sau: Tx = - Rx - k + (NOM_PWR - 16 x NOM_PWR_EXT) + INT_PWR [dBm] trong đó: Tx : công suất phát trung bình [dBm]. Rx: công suất thu trung bình [dBm]. NOM_PWR: điều chỉnh danh định (trong dải -8 đến + 7 dB). NOM_PWR_EXT: công suất danh định cho chuyển giao mở rộng [dB]. INT_PWR: điều chỉnh ban đầu (trong dải từ -16 đến +15dB) k = 72 dB cho tổ ong (băng loại 0) k = 76 cho PCS (băng loại 1) 73 Qui tắc: - Thu lớn, phát nhỏ - Thu nhỏ phát lớn 73 Tx (dBm) Rx (dBm) Trung bình Dung sai Hình 4.3: Quy tắc điều khiển công suất. Nếu INT_PWR bằng “0”, thì NOM_PWR-16xNOM_PWR_EXT sẽ là hiệu chỉnh cần để đảm bảo công suất thu phù hợp tại BS. NOM_PWR-16xNOM_PWR_EXT cho phép quá trình đánh giá vòng hở được điều chỉnh cho các môi trường khai thác khác nhau. Các giá trị cho NOM_PWR, NOM_PWR_EXT, INT_PWR và kích cỡ bước của một hiệu chỉnh thăm dò PWR_STEP là các thông số hệ thống được xác định trên bản tin các thông số truy nhập. MS nhận được các thông số này trước khi phát. Nếu kết quả của mọt bản tin hướng dẫn chuyển giao mở rộng hay bản tin hướng dẫn chuyển giao chung, các giá trị NOM_PWR và NOM_PWR_EXT thay đổi, MS sử dụng các giá trị NOM_PWR và NOM_PWR_EXT từ bản tin hướng dẫn chuyển giao mở rộng hoặc bản tin hướng dẫn chuyển giao chung. 1 2 15 (cực đại) Trễ lùi Cửa sổ truy nhập(TA) Thời gian ngẫu nhiên (RT) Thăm dò 1 Thăm dò 3 Thăm dò 16 Thăm dò 2 Tiền tố truy nhập Bao bản tin 3 1-16 Khung 3-16 Khung Chuỗi truy nhập Hình 4.4: Thử truy nhập, chuổi thăm dò ở điều khiển công suất. Toàn bộ dải hiệu chỉnh NOM_PWR-16xNOM_PWR_EXT là -24 đến 7dB. Khi hoạt động tại băng loại “0”, được đặt vào “0” làm cho toàn bộ dải hiệu chỉnh từ -8 đến 7dB. Dải thông số INIT_PWT là -16 đến 15dB với giá trị danh định là 0dB. Dải thông số PWR_STEP là 0 đến 7dB. Độ chính xác của điều chỉnh đến công suất phát trung bình nhờ NOM_PWER, NOM_PWR_EXT, INT_PWR hay một hiệu chỉnh thăm dò truy nhập PWR_STEP phải là 5dB hay 20%. Khuyết điểm chủ yếu của tiêu chuẩn này là các thống kê đường truyền lên được đánh giá trên cơ sở các thống kê đường truyền xuống. nhưng hai đường truyền này không tương quan, nên có thể xảy ra sai số lớn trong thủ tục này. Tuy nhiên các sai số sẽ được hiệu chỉnh nhờ thực hiện điều khiển công suất vòng kín khi MS chiếm một kênh lưu lượng và bắt đầu xử lý các bít điều khiển công suất. Sau khi kết thúc cửa sổ thời gian công nhận (Ta). MS đợi thời gian ngẫu nhiên (RT) và tăng công suất phát một nấc. MS lại thủ một lần nữa. Quá trình này được lặp cho đến khi MS nhận được trả lời từ BS. Tuy nhiên tồn tại một số lần thăm dò cực đại trên từng chuỗi thăm dò và chuỗi thăm dò cực đại trên mỗi lần thử truy nhập. Công suất khởi đầu +hiệu chỉnh vòng hở Công suất khởi đầu Hiệu chỉnh vòng hở Thăm dò truy nhập Hình 4.5: Các nấc hiệu chỉnh thăm dò truy nhập Toàn bộ quá trình phát một bản tin và công nhận cho bản tin này được gọi là một thử truy nhập (Access Attempt). Mỗi lần phát trong khi thử truy nhập được gọi là thăm dò truy nhập (Probe Access). MS phát cùng một bản tin trong các lần thăm dò truy nhập ở một lần thử truy nhập. Mỗi lần thăm dò truy nhập chứa một tiền tố kênh truy nhập và bao (Capsule) kênh truy nhập. Trong một thử truy nhập, các thăm dò truy nhập gồm 16 thăm dò truy nhập, tất cả được phát trên cùng một kênh truy nhập. Có hai lý do có thể dẫn đến MS không nhận được công nhận sau khi phát một thăm dò: ­ Mức công suất phát có thể không đủ. Khi này chiến lược bước công suất tăng sẽ hỗ trợ việc giải quyết vấn đề này. ­ Có thể có va chạm do nhiều MS ngẫu nhiên cùng vào một kênh truy nhập. Lúc này thời gian đợi ngẫu nhiên sẽ giảm thiểu xác suất của các va chạm có thể xảy ra. d. Các bước thăm dò công suất Nếu trạm gốc không công nhận hay không trả lời thử truy nhập thì sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên trạm di động sẽ phát công suất cao hơn. Sau đó nếu vẫn chưa được trả lời nó thử lại với công suất cao hơn và quá trình này được lặp lại nhiều lần cho đến khi đạt được trả lời từ trạm gốc. Mỗi bước tăng công suất Pi được gọi là một hiệu chỉnh công suất vòng hở. Lúc đó công suất phát của trạm di động được xác định như sau: Tx = Công suất khởi đầu +hiệu chỉnh vòng hở Công suất khởi đầu Công suât khỏi đầu Thăm dò truy nhập Hình 4.5: Các nấc hiệu chỉnh thăm dò truy nhập. Thời gian trễ lùi (Back-off Delay) được tạo ra ngẫu nhiên giữa các chuỗi thăm dò truy nhập. Định thời giữa các thăm dò truy nhập của một chuỗi thăm dò truy thâm cũng được tạo ra ngẫu nhiên. Sau khi phát một thăm dò truy nhập, MS đợi TA. Nếu thu được công nhận, nó kết thúc thử truy nhập. Nếu không thu được công nhận, thăm dò tiếp theo được phát sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên (RT). Nếu MS không thu được công nhận trong một lần thử truy nhập, lần thử này coi như thất bại và MS tiến hành lần thứ khác. Nếu MS nhận được công nhận từ BS, đăng ký và các thủ tục ấn định kênh lưu lượng được tiến hành. MS hỗ trợ toàn bộ dải kết hợp các thông số dịch ban đầu, NOM_PWR và các hiệu chỉnh thăm dò truy nhập ít nhất là 32 dB cho MS hoạt động ở băng loại 0 và 40dB cho MS hoạt động ở băng loại 1. Các nguồn sai số ở điều khiển vòng kín là: ­ Giả thiết tính đảo lẫn của đường lên và đường xuống. ­ Sử dụng tổng công suất thu được kể cả công suất từ các trạm BS khác. ­ Thời gian phản ứng đối với pha đinh nhanh do nhiều đường chậm: 30ms nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các hệ thống WCDMA bởi vì các kênh đường lên và đường xuống hoạt động trên các băng tần khác nhau và hiện tượng Phadinh Rayleigh trên đường lên và đường xuống độc lập nhau. Vậy điều khiển công suất vòng hở chỉ có thể bù một cách đại khái suy hao do khoảng cách. Đó là lý do tại sao điều khiển công suất vòng mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng ban đầu trong hệ thống FDD. 4.3.1.3. Điều khiển công suất vòng kín a. Khái quát Điều khiển công suất vòng khép kín, được gọi là điều khiển công suất nhanh trong các hệ thống WCDMA, có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của MS (đường lên), hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại phadinh của các kênh vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR được thiết lập bởi vòng bên ngoài. Chẳng hạn như trên đường lên, trạm gốc so sánh SIR nhận được từ MS với SIR mục tiêu trong mỗi khe thời gian (0,666ms). Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “0” đến MS thông qua kênh điều khiển riêng đường xuống. Nếu SIR nhận được thấp hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “1” đến MS. Bởi vì tần số của điều khiển công suất vòng kín rất nhanh nên có thể bù được phadinh nhanh và cả phadinh chậm. Các nguồn pha đinh do nhiều đường truyền đòi hỏi điều chỉnh công suất phải nhanh hơn nhiêu do với điều chỉnh công suất vòng hở. Các điều chỉnh công suất bổ sung để bù trừ tổn hại pha đinh được xử lý bởi cơ chế điều chỉnh công suất vòng kín đường lên với thời gian phản ứng là 1,25ms cho các bước 2dB và dải rộng 48dB (trong 3 khung). Thời gian phản ứng nhanh hơn cho phép cơ chế điều khiển công suất