Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
của BS đã tăng cơng suất của nó và điều đó lặp lại với các MS khác. Trong trường
hợp có N-MS trong hệ thống, điều này làm tê liệt cả N-MS.
Trong điều khiển cơng suất dựa vào BER, BER được định nghĩa là một số
lượng trung bình của các bit lỗi so với chuỗi bit chuẩn. Nếu cơng 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
khơng tương ứng với BER trung bình. Trong trường hợp này, BER là cơ sở đo đạt
chất lượng tốt hơn.
2.3.4 Điều khiển cơng suất vòng kín, điều khiển cơng suất vòng hở
Tồn tại ba phương pháp điều khiển cơng suất sau đây:
• Điều khiển cơng suất vòng hở
• Điều khiển cơng suất nhanh vòng kín gồm điều khiển cơng suất vòng
trong và điều khiển cơng suất vòng ngồi.
Điều khiển cơng suất vòng hở thực hiện đánh giá gần đúng cơng suất đường
xuống của tín hiệu kênh hoa tiêu dựa trên tổn hao truyền sóng của tín hiệu này.
Nhược điểm của phương pháp này là do điều kiện truyền sóng của đường xuống khác
với đường lên nhất là do fading nhanh nên sự đánh giá sẽ thiếu chính xác. Ở hệ thống
CDMA trước đây, người ta sử dụng phương pháp này kết hợp với điều khiển cơng
suất vòng kín, còn ở hệ thống WCDMA phương pháp điều khiển cơng suất này chỉ
được sử dụng để thiết lập cơng suất gần đúng khi truy cập mạng lần đầu.
Phương pháp điều khiển cơng suất nhanh vòng kín như hình (2.3). Ở phương
pháp này BS (hoặc MS) thường xun ước tính tỷ số tín hiệu trên can nhiễu thu được
SIR và so sánh nó với tỷ số SIR đích (SIR_đích). Nếu SIR_ướctính cao hơn
SIR_đích thì BS (MS) thiết lập bit điều khiển cơng suất để lệnh cho MS (BS) hạ thấp
cơng suất, trái lại nó ra lệnh MS (BS) tăng cơng suất. Chu kỳ đo-lệnh-phản ứng này
được thực hiện 1500 lần trong một giây ở cdma2000. Tốc độ này sẽ cao hơn mọi sự
thay đổi tổn hao đường truyền và thậm chí có thể nhanh hơn fading nhanh khi MS
chuyển động tốc độ thấp.
23
Giải trải
phổ
Thu
RAKE
Đo chất lượng
công suất dài
hạn
Đo SIR
So sánh và
quyết định
Tạo bít điều khiển
cơng suất
SIR đích
So sánh và
quyết đònh
Chất
lượng đích
Ghép bit điều
khiển cơng suất
vào luồng phát
Vòng ngoài
Vòng trong
Tín hiệu
băng gốc
thu
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
Kỹ thuật điều khiển cơng suất vòng kín như vậy được gọi là vòng trong cũng
được sử dụng cho đường xuống mặc dù ở đây khơng có hiện tượng gần xa vì tất cả
các tín hiệu đến các MS trong cùng một ơ đều bắt đầu từ một BS. Tuy nhiên lý do
điều khiển cơng suất ở đây như sau. Khi MS tiến đến gần biên giới ơ, nó bắt đầu chịu
ảnh hưởng ngày càng tăng của nhiễu từ các ơ khác. Điều khiển cơng suất trong
trường hợp này để tạo một lượng dự trữ cơng suất cho các MS trong trường hợp nói
trên. Ngồi ra điều khiển cơng suất đường xuống cho phép bảo vệ các tín hiệu yếu do
fading Rayleigh gây ra, nhất là khi các mã sửa lỗi làm việc khơng hiệu quả.
Điều khiển cơng suất vòng ngồi thực hiện đánh giá dài hạn chất lượng đường
truyền trên cơ sở tỷ lệ lỗi khung FER hoặc BER để quyết định SIRđích cho điều
khiển cơng suất vòng trong.
Hình (2.4a) cho thấy hoạt động của điều khiển cơng suất đường lên ở một
kênh fading ở tốc độ chuyển động thấp của MS. Các lệnh điều khiển cơng suất sẽ
điều khiển cơng suất của MS tỷ lệ nghịch với cơng suất thu được (hay SIR) tại BS.
Nhờ đảm bảo dự trữ để chỉnh cơng suất theo từng nấc, nên chỉ còn một lượng fading
nhỏ và kênh trở thành kênh hầu như khơng fading (nhìn từ phía BS).
24
Hình 2.3. Ngun lý điều khiển cơng suất vòng kín
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
Tuy nhiên việc loại bỏ phading phải trả giá bằng tăng cơng suất phát. Vì thế
khi MS bị phading sâu, cơng suất phát sử dụng lớn và nhiễu gây ra cho các ơ khác
cũng tăng.
Điều khiển cơng suất vòng ngồi thực hiện điều chỉnh giá trị SIRđích ở BS
(MS) cho phù hợp với từng u cầu của từng đường truyền vơ tuyến để đạt được chất
lượng các đường truyền vơ tuyến như nhau. Chất lượng của các đường truyền vơ
tuyến thường được đánh giá bằng tỷ số bit lỗi BER hay tỷ số khung lỗi FER (Frame
Error Rate). Lý do cần đặt lại SIRđích như sau : SIR u cầu (tỷ lệ với Eb/No) chẳng
hạn là FER=1% phụ thuộc vào tốc độ của MS và đặc điểm truyền nhiều đường. Nếu
ta đặt SIRđích cho trường hợp xấu nhất (cho tốc độ cao nhất) thì sẽ lãng phí dung
lượng cho các kết nối ở tốc độ thấp. Như vậy, tốt nhất là để SIRđích thả nổi xung
quanh giá trị tối thiểu đáp ứng được u cầu chất lượng. Hình (2.4b) cho thấy sự thay
đổi SIRđích theo thời gian.
25
Hình 2.4a. Điều khiển cơng suất vòng kín bù trừ fading nhanh
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
Để thực hiện điều khiển cơng suất vòng ngồi, mỗi khung số liệu của người sử
dụng được gắn chỉ thị chất lượng khung là CRC. Việc kiểm tra chỉ thị chất lượng này
sẽ thơng báo cho RNC về việc giảm chất lượng và RNC sẽ lệnh cho BS tăng
SIRđích. Lý do đặt điều khiển vòng ngồi ở RNC vì chức năng này thực hiện sau khi
thực hiện kết hợp các tín hiệu ở chuyển giao mềm.
2.4 Điều khiển cơng suất vòng hở trong UMTS
2.4.1 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vòng hở đường lên
Chức năng PC (Power Control) được thực hiện cả ở đầu cuối và UTRAN.
Chức năng này đòi hỏi một số thơng số điều khiển được phát quảng bá trong ơ và
cơng st mã tín hiệu thu được RSPC (Received Signal Code Power) được đo tại UE
trên P-CPICH tích cực. Dựa trên tính tốn vòng hở, UE thiết lập các cơng suất khởi
đầu trên tiền tố PRACH và cho DPCCH đường lên trước khi khởi đầu PC vòng trong.
Trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên, cơng suất của AP đầu tiên được thiết lập bởi UE
như sau :
Preamble_Initial_Power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP (2.1)
+ UL_interference +UL_required_CI
26
MS không
chuyển động
SIR đích
Thời gian
Hình 2.4b. Điều khiển cơng suất vòng ngồi
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
Trong đó cơng suất P_CPICH (CPICH_Tx_Power) và C/I u cầu đường lên
(UL_required_CI) (trong 3GPP được định nghĩa là giá trị khơng đổi khi thiết lập quy
hoạch vơ tuyến) và nhiễu đường lên (UL_interference) (trong 3GPP là tổng cơng suất
băng rộng tại máy thu) được đo tại Node B và được truyền quảng bá trên BCH. UE
cũng sẽ tiến hành thủ tục khi lập mức cơng suất ban đầu cho CD-AP.
Khi tính tốn DPCCH đầu tiên, UE khởi đầu PC vòng trong tại cơng suất như
sau :
DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP (2.2)
Trong đó cơng suất mã tín hiệu thu của P_CPICH (CPICH_RSCP) được đo tại
UE và dịch cơng suất DPCCH (DPCCH_Power_offset) được tính tốn bởi điều khiển
cho phép AC trong RNC và được cung cấp cho UE khi kết nối RRC hay trong q
trình vật mang vơ tuyến hay khi lập lại cấu hình kênh vật lý như sau :
DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_power + UL_interference + SIR
DPCCH
+10lg(SF
DPDCH
) (2.3)
Trong đó SIRDPCCH là SIR đích khởi đầu do AC tạo ra đối kết nối cụ thể
này là SFDPCCH là hệ số trải phổ đối với DPDCH tương ứng.
2.4.2 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vòng hở đường xuống
Trên đường xuống, PC vòng hở để thiết lập cơng suất khởi đầu các kênh
đường xuống trên cơ sở báo cáo đo đạt từ UE. Chức năng này được thực hiện cả ở
UE và UTRAN. Giải thuật để tính tốn giá trị cơng suất khởi đầu DPCCH khi dịch
vụ mang đầu tiên được thiết lập như sau :
P
Tx
Intinial
( )
PtxTotal
NoEb
powerTxCPICH
W
NoEbRb
CPICH
DL
.
/
__)/.(
α
−
=
(2.4)
Trong đó Rb là tốc độ bit của người sử dụng, (Eb/No)DL là giá trị được quy
hoạch của đường xuống trong q trình quy hoạch mạng vơ tuyến đối với vật mang
cụ thể này, W là tốc độ chip, (Eb/No)CPICH được báo cáo từ UE, PtxTotal là cơng
suất sóng mang tại Node B được báo cáo cho RNC. Giải thuật tính tốn cơng suất
đoạn nối vơ tuyến khởi đầu có thể được đơn giản hóa khi chuyển giao được thiết lập
hay đoạn nối vơ tuyến thay đổi. Khi bổ sung nhánh, cần chỉ định cỡ lại cơng suất mã
27
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
phát của đoạn nối hiện có bằng hiệu số giữa cơng suất P_CPICH của ơ hiện thời với
cơng suất P_CPICH của ơ thuộc nhánh bổ sung. Đối với kênh mang thay đổi định cỡ
được thực hiện bằng tốc độ bit của người sử dụng mới và Eb/No đường xuống mới.
2.5 Điều khiển cơng suất ở các kênh chung đường xuống
Cơng suất truyền dẫn ở các kênh chung đường xuống được xác định bởi
mạng. Nói chung tỷ lệ giữa cơng suất phát của kênh chung đường xuống khác nhau
khơng được đặc tả trong 3GPP và thậm chí có thể thay đổi linh hoạt. Các mức cơng
suất kênh chung được cho ở bảng (2.1)
Kênh chung
đường xuống
Mức cơng
suất điển
hình
Lưu ý
P-CPICH
P-SCH và S-SCH
P-CCPCH
PICH
AICH
A-CCPCH
30 – 33 dBm
-3 dB
-5 dB
-8 dB
-8 dB
-5dB
2 – 10% cơng suất phát cực đại của ơ (20 W)
So với cơng suất P-CPICH
So với cơng suất P-CPICH
So với cơng suất P-CPICH và N=72
Cơng suất của một chỉ thị bắt (AI) so với
P-CPICH
So với cơng suất P-CPICH và SF-256 (15 kbps)
Cơng suất phát của P-CPICH, P-SCH, S-SCH, và P-CCPCH là các thơng số đặc thù ơ
được thiết lập trong q trình quy hoạch mạng theo kích thước ơ. Thơng thường cơng
suất P-CPICH bằng 5 đến 10% tổng cơng suất phát có thể cấp phát cho ơ. Cơng suất
phát của các kênh chung khác nhau thiết lập tương đối so với cơng suất phát của P-
CPICH.
Cơng suất phát của AICH và PICH là các thơng số cấu hình TrCH chung được
thiết lập tương đối so với cơng suất phát P-CPICH trong q trình quy hoạch mạng
vơ tuyến để đảm bảo phủ tồn bộ ơ. Các thơng số này được chuyển đến Node B mỗi
khi TrCH chung tương ứng được thiết lập hay lập lại cấu hình. Cơng suất
phát PICH phụ thuộc vào thơng số PI trên khung (N). Số PI trên khung càng lớn thì
28
Bảng 2.1. Các mức cơng suất kênh chung đường xuống điển hình
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
PI càng được lặp nhiều trên khung và cơng suất PICH tương đối so với P-PICH
càng cần cao hơn. Giá trị điển hình của khoảng dịch cơng suất là -10 dB (N=18 hay
36), -8 dB (N=72) và -5 dB (N=144).
Theo tiêu chuẩn, khi thiết lập hoặc lặp lại cấu hình S-CCPCH (nghĩa là FACH
và PCH), Node B được cung cấp thơng tin dịch cơng suất (PO1 cho TFCI), PO3 cho
hoa tiêu (hình 2.6). Trên kênh FACH có thể áp dụng PC chậm dựa trên tỷ số Eb/No
của một giải thuật riêng để cải thiện dung lượng đường xuống. Trong trường hợp này
giá trị chỉ thị là dịch âm so với cơng suất cực đại được lập cấu hình cho S-CCPCH
mang FACH. Nếu ta coi rằng cơng suất như nhau đối với tất cả TrCH ghép trên cùng
kênh vật lý, các giá trị cơng suất điển hình cho S-CCPCH so với P-CPICH là +1
đối với SF = 64 (60 kbps), -1dB đối với SF = 128 (30 kbps) và -5 dB đối với SF =
256 (15 kbps). Đối với CCPCH, các giá trị điển hình có thể là 2 dB cho 15 kbps, 3 dB
cho 30 kbps và 4 dB cho 60 kbps. Trong q trình thơng tin, dịch cơng suất có thể
thay đổi tuỳ theo tốc độ bit được sử dụng.
2.6 Các thủ tục điều khiển cơng suất vòng trong
Điều khiển cơng suất vòng trong (điều khiển cơng suất nhanh) dựa trên thơng
tin hồi tiếp lớp 1 từ đầu kia của đường truyền vơ tuyến. Thơng tin này cho phép UE/
Node B điều chỉnh cơng suất phát của mình dựa trên mức SIR thu được để bù trừ
fading của kênh vơ tuyến. Chức năng điều khiển cơng suất vòng hở trong ở UMTS
được sử dụng cho các kênh riêng cả đường lên và đường xuống và đối với CPCH chỉ
29
TFCI
Số liệu
Hoa tiêu
TS = 2560 chip
PO1
PO3
Hình 2.5 Cơng suất phát trên kênh S-CCPCH, PO3 và PO1 ký hiệu cho dịch
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
ở đường lên. Trong WCDMA, PC nhanh được thực hiện ở tần số 1,5 kHz.Tổng quan
các thủ tục điều khiển cơng suất vòng trong được cho ở hình (2.7).
\
2.6.1 Điều khiển cơng suất vòng trong đường lên
Điều khiển cơng suất vòng trong đường lên được sử dụng để thiết lập cơng suất
DPCH và CPCH đường lên. Node B nhận được SIR đích từ UL PC vòng ngồi ở
RNC và so sánh nó với SIR ước tính trên ký hiệu hoa tiêu của DPCCH đường lên
trong từng khe. Nếu SIR thu được lớn hơn SIR đích, Node B phát lệnh “hạ thấp” đến
UE, ngược lại Node B phát lệnh“tăng thêm”đến UE trên DPCCH đường xuống.
Kích thước bước PC theo tiêu chuẩn phụ thuộc vào tốc độ UE. Đối với đích
chất lượng cho trước, kích thước bước UL PC tốt nhất là kích thước cho SIR đích
nhỏ nhất. Với tốc độ điều khiển cơng suất 1500 Hz, kích thước bước PC 1dB có thể
30
Hình 2.6. Các thủ tục điều khiển cơng suất vòng trong và vòng ngồi
UE
SRNC
(a)
(b)
(c)
(f)
(d)
(e)
Iub
Uu
DL PC vòng ngoài
+∆SIR= f(FLERorBLER)
+Quản lý SIR đích
SIR ước tính so với SIR đích
Lệnh DL TPC
SIR ước tính so với SIR đích
Lệnh UL PC
Node B
UL PC vòng ngoài
+∆SIR= f(FLERor BLER)
+ Quản lý SIR đích
MDC và phân chia
(a): RRC: DL BER đích, các hệ số khuếch đại UL, các giá trị UL
RM DPC_mode
(b): RRC: BLER thực tế, P-CPCICH Ec/Io, P-CPICH RSPC, tổn hao
đường truyền, lưu lượng đo trong UE
(c): Các lệnh UL/DL TCP (PC vòng trong)
MDC :Macro Diversity
Combiner : bộ kết hợp phân
tập vó môt
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
theo kịp kênh phading Raleigh với tần số lên đến 55 Hz (30 Km/h). Tại
tốc độ cao hơn (tới 80 Km/h) kích thước bước PC 2dB sẽ tốt hơn. Tại tốc độ cao hơn
80 Km/h, điều khiển cơng suất vòng trong khơng theo kịp phading và vì thế tạp âm
vào đường dẫn đường lên. Có thể giảm ảnh hưởng xấu này bằng cách sử dụng bước
PC nhỏ hơn 1 dB. Ngồi ra đối với tốc độ UE thấp hơn 3 Km/h, khi tần suất phading
kênh rất nhỏ, sử dụng bước PC nhỏ có lợi hơn.
Hai giải thuật (giải thuật 1 và 2) được đặc tả cho UE để diễn giải các lệnh TPC
từ Node B. Giải thuật 1 sử dụng khi tốc độ UE đủ thấp để bù trừ phading kênh. Bước
PC được thiết lập trong q trình quy hoạch mạng vơ tuyến là 1 đến 2dB. Giải thuật 2
được thiết kế để mơ phỏng ảnh hưởng khi sử dụng bước nhỏ hơn 1 dB và có thể sử
dụng để bù trừ xu thế phading chậm của kênh truyền sóng. Nó hoạt động tốt hơn giải
thuật 1 khi UE chuyển động nhanh hơn 80 Km/h và chậm hơn 3 Km/h. Trong giải
thuật bước PC cố định bằng 1 dB. UE khơng thay đổi cơng suất phát cho đến khi
nhận được lệnh TCP tiếp theo. Tại cuối khe thứ 5, dựa trên quyết định cứng, UE điều
chỉnh cơng suất theo quy tắc như sau :
• Nếu tất cả 5 lệnh TPC là “giảm”, cơng suất giảm 1 dB
• Nếu tất cả 5 lệnh TPC là “tăng”, cơng suất phát tăng 1 dB
• Trái lại cơng suất phát khơng đổi
Trước khi khởi đầu UL DPDCH, UE có thể được mạng hướng dẫn sử dụng
tiền tố UL DPDCH, PC khi nhận được DPDCH đường xuống. Độ dài của tiền tố
DPDCH PC là một thơng số được thiết lập khi quy hoạch mạng vơ tuyến trong dải từ
0 đến 7 khung. Trong tiền tố UL DPDCH PC, các lệnh TPC do Node B phát ln
tn theo giải thuật 1 để đảm bảo đạt cơng suất phát đường lên nhanh hơn trước khi
bắt đầu điều khiển cơng suất thơng thường.
Trong UMTS, các sơ đồ phân tập chỉ áp dụng cho các kênh riêng. Sau khi đạt
được đồng bộ lớp 1, một hay nhiều ơ tham gia vào chuyển giao phân tập sẽ bắt đầu
PC vòng trong đường lên. Mỗi ơ trong số các ơ nối đến UE sẽ đo SIR đường lên và
so sánh SIR ước tính với SIR đích để tạo ra lệnh TPC gởi đến UE. Nếu tất cả các ơ
đều u cầu tăng cơng suất thì UE mới tăng cơng suất.
31
Chương 2: Các kỷ thuất điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động
Khi UE ở chuyển giao HO (Hand Over) mềm, Node B phục vụ sẽ thơng báo cho UE
để nó kết hợp các lệnh TPC đến từ cùng một tập đoạn nối vơ tuyến vào một lệnh TPC
theo giải thuật 2 hoặc 1. Các thủ tục kết hợp các lệnh TPC từ các đoạn nối vơ tuyến
trong HO mềm được minh họa ở hình (2.8)
Nếu các lệnh TPC đến từ các ơ khác nhau và giải thuật 1 được sử dụng, thì UE
rút ra một lệnh TPC kết hợp trên cơ sở quyết định mềm và thay đổi cơng suất phát
của mình theo bước PC quy định trước. Nếu giải thuật 2 được sử dụng, thì UE thực
hiện quyết định cứng theo giá trị của từng lệnh TPC từ các đoạn vơ tuyến khác nhau
cho năm khe liên tiếp sau đồng chỉnh. Sau đó UE rút ra lệnh TPC cho khe thứ năm
theo ngun tắc sau:
• Nếu giá trị trung bình của các ước tính lệnh TPC tức thời lớn hơn 0,5, tăng
cơng suất 1 dB
• Nếu giá trị trung bình của các ước tính lệnh TPC tức thời nhỏ hơn 0,5, giảm
cơng suất 1 dB
• Trái lại khơng thay đổi cơng suất
32
Hình 2.7. UL PC vòng trong khi chuyển giao mềm
SRNC
Node B1 Node B2
Nhánh chính
Nhánh bổ sung
MDC và phân chia
UL PC vòng ngồi
+∆
SIR=f(BLER orBER)
+Quản lý SIR đích
TPC1 TPC2
UE
Iub Iub
RAKE MDC (các ký hiệu số
liệu và hoa tiêu)
SIR1 so với SIR đích -> các
lệnh UL TPC1
Giải thuật 1hay2 kết hợp
TCP1 và TCP2 thành TPC
RAKE MDC (các ký hiệu
số liệu và
hoa tiêu )
SIR1 so với SIR đích->
cáclệnh UL TPC2
MDC : Macro Diversity Combiner = bộ kết hợp phân tập vĩ mơ.
Uu
Uu
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét