TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THỨ BA (UMTS) VÀ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THỨ BA (UMTS) 1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000
Công nghệ WCDMA
WCDMA (Wideband CDMA) là công nghệ di động thế hệ ba, nâng cao tốc độ truyền dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách sử dụng kỹ thuật CDMA trên băng tần rộng, thay thế cho TDMA Trong số các công nghệ di động thế hệ ba, WCDMA được ưa chuộng nhất nhờ tính linh hoạt của lớp vật lý, hỗ trợ đa dạng các kiểu dịch vụ, đặc biệt là dịch vụ có tốc độ bit thấp và trung bình.
WCDMA có các đặc điểm cơ bản sau :
- Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ bit lên cao (lên đến 2 Mbps)
Chip hoạt động với tốc độ 3,84 Mcps và băng tần 5 MHz, mang lại tốc độ dữ liệu cao và nhiều lợi ích, bao gồm khả năng tăng cường độ lợi đa phân tập.
Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục, với mỗi người dùng cung cấp một khung riêng Trong mỗi khung, tốc độ dữ liệu được giữ cố định, nhưng có thể thay đổi giữa các khung khác nhau.
Hệ thống hỗ trợ cả hai mô hình vô tuyến FDD và TDD Trong mô hình FDD, sóng mang 5 MHz được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống, trong khi mô hình TDD cho phép sóng mang 5 MHz chia sẻ theo thời gian giữa hai hướng truyền.
- WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó dễ dàng phát triển các trạm gốc vừa và nhỏ
- WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên kênh hoa tiêu, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng phủ
WCDMA được thiết kế để dễ dàng nâng cấp hơn so với các hệ thống CDMA khác, nhờ vào khả năng tách sóng đa người sử dụng và việc sử dụng anten thông minh, giúp nâng cao dung lượng và vùng phủ sóng.
- WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng và dung lượng của mạng
- Lớp vật lý mềm dẻo dễ thích 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 lớn nhất của W_CDMA là hệ thống không hỗ trợ băng TDD hoạt động liên tục, đồng thời cũng không tạo điều kiện cho việc áp dụng các kỹ thuật chống nhiễu trong các môi trường làm việc khác nhau.
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA cung cấp tốc độ bit lên đến 2 Mbps, hỗ trợ nhiều kiểu truyền dẫn như đối xứng và không đối xứng, cũng như thông tin điểm đến điểm và đa điểm Với khả năng này, các hệ thống di động thế hệ ba dễ dàng cung cấp các dịch vụ mới như điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh và nhiều dịch vụ đa phương tiện khác.
Hệ thống UMTS
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 được phát triển nhằm cung cấp một mạng di động toàn cầu với nhiều dịch vụ phong phú như thoại, nhắn tin, Internet và dữ liệu băng rộng Tại Châu Âu, hệ thống này đã được tiêu chuẩn hóa bởi Học viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI), tuân thủ theo tiêu chuẩn IMT.
2000 của ITU (International Telecommunication Union) Hệ thống có tên là UMTS
UMTS, hay Hệ thống Di động Viễn thông Toàn cầu, được coi là sự kế thừa của hệ thống 2G GSM (Global System for Mobile Communication) Hệ thống này được thiết kế để đáp ứng nhu cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng dụng Internet, với tốc độ truyền dẫn lên tới 2 Mbps, đồng thời cung cấp một tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu.
UMTS, developed by the Third Generation Partnership Project (3GPP), is a collaborative initiative involving various standardization organizations (SDOs) such as ETSI (Europe), ARIB/TCC (Japan), ANSI (USA), TTA (South Korea), and CWTS (China).
Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số dùng cho hệ thống UMTS:
1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: ghép kênh theo tần số) đường lên và đường xuống, khoảng cách kênh là 5 MHz
Hình 1.1: Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS
1900 MHz ÷ 1902 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDD – TD/CMDA, khoảng cách kênh là 5 MHz
1980 MHz ÷ 2010 MHz và 2170 MHz ÷ 2200 MHz dành cho đường xuống và đường lên vệ tinh
Năm 1998 3GPP đã đưa ra 4 tiêu chuẩn chính của UMTS:
- Mạng truy nhập vô tuyến
1.3.2 Dịch vụ của hệ thống UMTS
3 GPP đã xây dựng tiêu chuẩn cho các dịch vụ của hệ thống UMTS nhằm đáp ứng :
- Định nghĩa và các đặc điểm yêu cầu của dịch vụ
- Phát triển dung lượng và cấu trúc dịch vụ cho các ứng dụng mạng tổ ong, mạng cố định và mạng di động
- Thuê bao và tính cước
UMTS cung cấp các dịch vụ xa như thoại và tin nhắn ngắn (SMS), cùng với các dịch vụ mang cho phép truyền tín hiệu giữa người sử dụng và mạng Các mạng này có các tham số chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau, bao gồm độ trễ truyền dẫn tối đa, độ trễ biến thiên và tỷ lệ lỗi bit (BER) Tốc độ dữ liệu yêu cầu cũng rất đa dạng.
( 144 Kbps cho môi trường vệ tinh và nông thôn
( 384 Kbps cho môi trường thành phố (ngoài trời)
( 2084 Kbps cho môi trường trong nhà và ngoài trời với khoảng cách gần
Hệ thống UMTS có 4 loại Q0S sau:
Loại hội thoại (thoại, thoại thấy hình, trò chơi)
Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu…)
Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập cơ sở dữ liệu)
Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống)
Yếu tố chính để phân biệt các loại này là độ nhạy cảm với độ trễ; cụ thể, hội thoại có độ nhạy cảm cao với độ trễ, trong khi loại cơ bản lại ít nhạy cảm hơn.
1.3.3 Cấu trúc của hệ thống UMTS
Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét tổng quan về cấu trúc của hệ thống UMTS, bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện Hệ thống UMTS được thiết kế dựa trên cấu trúc tương tự như hệ thống thế hệ 2, và thậm chí còn kế thừa một phần cấu trúc từ hệ thống thế hệ 1.
Mỗi phần tử mạng logic có chức năng xác định, thường được thực hiện dưới dạng vật lý tương tự Các phần tử này có thể được nhóm theo chức năng tương tự hoặc theo mạng con mà chúng thuộc về Ngoài ra, một số giao diện mở cho phép thiết bị của hai nhà sản xuất khác nhau tương tác tại các điểm cuối.
Về mặt chức năng có 2 nhóm phần tử mạng:
Mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Random Access Network hay UTRAN : UMTS Terrestrial RAN) thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến
Mạng lõi (CN: Core Network) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu
Hệ thống UMTS bao gồm thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment) để kết nối với người dùng và cần xác định giao diện vô tuyến để hoàn thiện.
Cấu trúc hệ thống mức cao được thể hiện trong hình (1.2), trong đó UE và UTRAN đều tích hợp các giao thức mới được thiết kế dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA Ngược lại, định nghĩa của CN dựa trên công nghệ GSM, cho phép hệ thống mới với công nghệ vô tuyến hiện đại hoạt động toàn cầu dựa trên nền tảng công nghệ CN đã phát triển.
Một phương pháp chia nhóm trong mạng UMTS là chia thành các mạng con, với hệ thống được thiết kế theo Modun Điều này cho phép tồn tại nhiều phần tử mạng cùng kiểu, từ đó tạo ra các mạng con hoạt động độc lập hoặc phối hợp với nhau Mỗi mạng con được phân biệt bằng các nhận dạng duy nhất, ví dụ như mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN) Thông thường, mỗi PLMN được khai thác riêng biệt và kết nối với các PLMN khác như ISDN, PSTN, và Internet.
Các tiêu chuẩn UMTS được thiết kế để không mô tả chi tiết chức năng nội bộ của các phần tử mạng, mà tập trung vào việc định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng logic Các giao diện mở chính là một phần quan trọng trong cấu trúc này.
Giao diện Cu: là giao diện thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh
Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA, đóng vai trò kết nối giữa thiết bị người dùng (UE) và Node B Đây là giao diện quan trọng nhất trong hệ thống UMTS, cho phép UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống.
Giao diện Iu 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
- Iu- CS dành cho dữ liệu chuyển mạch kênh
- Iu- PS dành cho dữ liệu chuyển mạch gói
Giao diện Iur: giao diện giữa hai RNC Đây là giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau
Giao diện Iub kết nối nút B với RNC, hỗ trợ cạnh tranh giữa các nhà sản xuất UMTS là hệ thống di động đầu tiên tiêu chuẩn hóa Iub như một giao diện mở hoàn toàn.
1.3.4 Mạng lõi CN (Core Network)
Những chức năng chính của việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là:
Quản lí di động, điều khiển báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE và mạng lõi
Báo hiệu giữa các nút trong mạng lõi
Định nghĩa các chức năng giữa mạng lõi và các mạng bên ngoài
Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói
Giao diện Iu và các yêu cầu quản lí và điều hành mạng
Mạng lõi UMTS có thể chia thành 2 phần: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
Thành phần chuyển mạch kênh bao gồm MSC, VLR và cổng MSC, trong khi thành phần chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và cổng nút hỗ trợ GPRS (GGSN) Một số thành phần như HLR và AUC được chia sẻ giữa cả hai loại chuyển mạch Cấu trúc mạng lõi có thể được điều chỉnh để thích ứng với các dịch vụ và đặc điểm mới của hệ thống.
Các phần tử chính của mạng lõi như sau :
HLR (Home Location Register) là cơ sở dữ liệu quan trọng trong hệ thống viễn thông, lưu trữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người dùng Nó bao gồm thông tin về các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi và số lần chuyển hướng cuộc gọi HLR đóng vai trò thiết yếu trong việc quản lý và cung cấp dịch vụ cho người sử dụng.
Kỹ thuật điều khiển công suất trong hệ thống WCDMA
1.4.1 Ý nghĩa của điều khiển công suất Để minh hoạ việc điều khiển công suất cần thiết như thế nào trong hệ thống WCDMA, chúng ta xem xét một ô đơn lẻ có hai thuê bao giả định Thuê bao 1 gần trạm gốc hơn thuê bao 2 Nếu không có điều khiển công suất, cả hai thuê bao sẽ phát một mức công suất cố định p, tuy nhiên do sự khác nhau về khoảng cách nên công suất thu từ thuê bao 1 là pr1 sẽ lớn hơn thuê bao 2 là pr2 Giả sử rằng vì độ lệch về khoảng cách như vậy mà pr1 lớn gấp 10 lần pr2 thì thuê bao 2 sẽ chịu một sự bất lợi lớn
Nếu tỷ số SNR yêu cầu là (1/10), chúng ta có thể nhận ra sự chênh lệch giữa SNR của hai thuê bao Hình (2.1) minh họa rằng SNR của thuê bao 1 là 10, trong khi SNR của thuê bao 2 chỉ đạt (1/10) Điều này cho thấy thuê bao 1 có chất lượng tín hiệu vượt trội, trong khi SNR của thuê bao 2 chỉ vừa đủ Sự không cân bằng này phản ánh bài toán “xa-gần” kinh điển trong hệ thống đa truy cập trải phổ.
Hệ thống hiện tại đã đạt đến dung lượng tối đa, vì việc thêm một thuê bao thứ ba với công suất p vào bất kỳ vị trí nào trong ô sẽ không đảm bảo SNR cần thiết Thêm vào đó, việc cố gắng đưa thuê bao thứ ba vào hệ thống không chỉ khiến SNR của nó không đạt yêu cầu mà còn làm giảm SNR của thuê bao thứ hai xuống dưới mức tối thiểu cần thiết.
Điều khiển công suất được áp dụng nhằm giải quyết vấn đề “xa–gần” và tối đa hóa dung lượng hệ thống Mục tiêu của điều khiển công suất là đảm bảo công suất phát từ mỗi thuê bao sao cho công suất thu tại trạm gốc là đồng nhất Khi công suất phát của mỗi thuê bao được điều chỉnh để đạt mức công suất thu Pr tại trạm gốc, hệ thống có thể phục vụ nhiều thuê bao hơn.
Trong trường hợp SNR yêu cầu là (1/10), có thể có tối đa 11 thuê bao hoạt động trong ô (hình 2.1) Dung lượng mạng được tối ưu hóa khi áp dụng điều khiển công suất, nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của hiệu ứng Fading Rayleigh trên tín hiệu truyền Điều này giúp bù đắp cho hiện tượng Fading nhanh của kênh truyền, nâng cao hiệu suất truyền tải.
Việc điều khiển công suất không chỉ giúp giảm nhiễu đa đường mà còn kéo dài tuổi thọ của pin nhờ vào công suất phát thấp của máy di động.
1.4.2 Phân loại điều khiển công suất
Có nhiều phương pháp điều khiển công suất trong hệ thống thông tin tế bào Khi nghiên cứu một hệ thống điều khiển công suất thực tế, cần chú ý đến các yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Thuê bao 1 có S/N = 1 Thuê bao 2 có S/N = 1/10
Hình 1.4 Công suất thu từ 2 thuê bao tại trạm gốc
Tiêu chuẩn chất lượng được xác định qua tỉ số SIR (Signal to Interference) và BER (Bit Error Rate) Khi cường độ tín hiệu và nhiễu ổn định, SIR và BER cung cấp thông tin tương đương về chất lượng tín hiệu.
Báo cáo thường đưa ra các phép đo quan trọng như chỉ số chất lượng QI (Quality Indicator) phản ánh chất lượng và chỉ số cường độ tín hiệu nhận được RRSI (received signal strength indicator) thể hiện cường độ tín hiệu thu được của máy thu Các giá trị này được lượng tử hoá thô nhằm giảm thiểu số lượng mẫu sử dụng.
- Thời gian trễ : tín hiệu đo lường và điều khiển cần thời gian dẫn đến làm xuất hiện thời gian trễ trong mạng
1.4.2.1 Điều khiển công suất cho đường xuống và đường lên Điều khiển công suất cho đường lên (từ MS đến BS) DS-CDMA là một yêu cầu hệ thống rất quan trọng vì hiệu ứng gần-xa Trong trường hợp này, cần có một dải động để điều khiển khoảng chừng 80 dB Ở đường xuống, không yêu cầu điều khiển công suất trong hệ thống đơn tế bào, từ đó các tín hiệu được truyền cùng nhau và thay đổi cùng nhau Tuy nhiên trong hệ thống đa tế bào, nhiễu giao thoa từ các ô bên cạnh làm giảm sự độc lập từ vị trí các ô đã cho và do đó làm giảm hiệu suất Như vậy, phải sử dụng điều khiển công suất trong trường hợp này để làm giảm sự giao thoa giữa các ô
1.4.2.2 Điều khiển công suất phân tán và tập trung
Bộ điều khiển tập trung lưu trữ toàn bộ thông tin về kết nối và độ lợi kênh, đồng thời quản lý tất cả các mức công suất trong mạng hoặc một phần của mạng Tuy nhiên, việc điều khiển công suất tập trung yêu cầu tín hiệu điều khiển với phạm vi rộng trong mạng, điều này làm cho nó khó áp dụng trong thực tế Hệ thống này có thể được sử dụng để xác định giới hạn hiệu suất cho các thuật toán phân tán.
Bộ điều khiển phân tán chỉ điều chỉnh công suất cho một trạm phát đơn và sử dụng các thuật toán nội bộ như SIR hoặc độ lợi kênh của người dùng cụ thể Mặc dù những thuật toán này hoạt động hiệu quả trong điều kiện lý tưởng, nhưng trong các hệ thống thực tế, chúng thường gặp phải nhiều hiệu ứng không mong muốn.
- Tín hiệu đo và điều khiển làm mất thời gian dẫn đến thời gian trễ trong hệ thống
Công suất phát của máy phát bị giới hạn bởi các yếu tố vật lý và sự lượng tử hóa, cùng với những hạn chế bên ngoài như công suất phát tối đa trên mỗi kênh, ảnh hưởng đến công suất đầu ra.
- Chất lượng là một sự đo đạc chủ quan và cần phải tận dụng sự đo đạc khách quan hợp lý
1.4.2.3 Điều khiển công suất vòng kín, điều khiển công suất vòng hở
Tồn tại ba phương pháp điều khiển công suất sau đây:
Điều khiển công suất vòng hở
Điều khiển công suất nhanh vòng kín bao gồm điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài Phương pháp điều khiển công suất vòng hở đánh giá gần đúng công suất đường xuống của tín hiệu kênh hoa tiêu dựa trên tổn hao truyền sóng, nhưng có nhược điểm do điều kiện truyền sóng khác nhau giữa đường xuống và đường lên, đặc biệt là hiện tượng fading nhanh, dẫn đến độ chính xác thấp Trong hệ thống CDMA trước đây, phương pháp này được kết hợp với điều khiển công suất vòng kín, trong khi ở hệ thống WCDMA, nó chỉ được sử dụng để thiết lập công suất gần đúng khi truy cập mạng lần đầu.
Kỹ thuật điều khiển công suất vòng kín, hay còn gọi là vòng trong, được áp dụng cho đường xuống Trong trường hợp này, không xuất hiện hiện tượng gần xa do tất cả các yếu tố đều được kiểm soát chặt chẽ.
Điều khiển công suất vòng hở trong UMTS
1.5.1 Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường lên
Chức năng PC (Power Control) được thực hiện cả ở đầu cuối và UTRAN
Chức năng này yêu cầu các thông số điều khiển được phát quảng bá trong ô, đồng thời công suất mã tín hiệu thu được RSPC (Received Signal Code Power) cũng cần được đo lường.
UE trên P-CPICH hoạt động tích cực, thiết lập công suất khởi đầu dựa trên tính toán vòng hở cho tiền tố PRACH và DPCCH đường lên trước khi bắt đầu PC vòng trong Trong quy trình truy cập ngẫu nhiên, UE xác định công suất của AP đầu tiên theo cách cụ thể.
Preamble_Initial_Power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP (2.1)
+ UL_interference +UL_required_CI
Trong đó công suất P_CPICH (CPICH_Tx_Power) và C/I yêu cầu đường lên
Trong 3GPP, UL_required_CI được xác định là giá trị không đổi trong quá trình thiết lập quy hoạch vô tuyến, trong khi UL_interference là tổng công suất băng rộng tại máy thu được đo tại Node B và được truyền quảng bá.
BCH UE cũng sẽ tiến hành thủ tục khi lập mức công suất ban đầu cho CD-AP
Khi tính toán DPCCH đầu tiên, UE khởi đầu PC vòng trong tại công suất như sau :
DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP (2.2)
Công suất mã tín hiệu thu P_CPICH (CPICH_RSCP) được đo tại thiết bị người dùng (UE), trong khi công suất DPCCH (DPCCH_Power_offset) được tính toán bởi điều khiển cho phép AC trong RNC Thông tin này được cung cấp cho UE khi thiết lập kết nối RRC, trong quá trình truyền tải vô tuyến, hoặc khi cấu hình lại kênh vật lý.
DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_power + UL_interference + SIR DPCCH
Công thức +10lg(SF DPDCH) (2.3) thể hiện rằng SIRDPCCH là tỷ số tín hiệu trên nhiễu mục tiêu do AC tạo ra, trong khi SFDPCCH là hệ số trải phổ tương ứng với DPDCH.
1.5.2 Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường xuống
Trên đường xuống, PC sẽ điều chỉnh công suất khởi đầu cho các kênh đường xuống dựa trên báo cáo đo đạt từ UE Chức năng này được thực hiện một cách hiệu quả.
UE và UTRAN Giải thuật để tính toán giá trị công suất khởi đầu DPCCH khi dịch vụ mang đầu tiên được thiết lập như sau :
P Tx Intinial Eb No PtxTotal power Tx
Rb là tốc độ bit của người sử dụng, trong khi (Eb/No)DL là giá trị quy hoạch cho đường xuống trong mạng vô tuyến W đại diện cho tốc độ chip, và (Eb/No)CPICH được báo cáo từ UE PtxTotal là công suất sóng mang tại Node B báo cáo cho RNC Thuật toán tính toán công suất đoạn nối vô tuyến có thể được đơn giản hóa khi thiết lập chuyển giao hoặc khi đoạn nối vô tuyến thay đổi Khi bổ sung nhánh, cần điều chỉnh công suất mã phát của đoạn nối hiện tại bằng hiệu số giữa công suất P_CPICH của ô hiện tại và ô thuộc nhánh bổ sung, trong khi kênh mang thay đổi định cỡ dựa trên tốc độ bit của người sử dụng mới và Eb/No đường xuống mới.
Điều khiển công suất ở các kênh chung đường xuống
Công suất truyền dẫn của các kênh chung đường xuống được xác định bởi mạng và tỷ lệ giữa công suất phát của các kênh này không được quy định cụ thể trong 3GPP, cho phép sự linh hoạt trong thay đổi Các mức công suất kênh chung được trình bày trong bảng (2.1).
Mức công suất điển hình
Lưu ý Bảng 2.1 Các mức công suất kênh chung đường xuống điển hình
2 – 10% công suất phát cực đại của ô (20 W)
So với công suất P-CPICH
So với công suất P-CPICH
So với công suất P-CPICH và Nr Công suất của một chỉ thị bắt (AI) so với P-CPICH
So với công suất P-CPICH và SF-256 (15 kbps)
Công suất phát của P-CPICH, P-SCH, S-SCH và P-CCPCH là những thông số quan trọng trong quy hoạch mạng di động, được điều chỉnh theo kích thước ô Thông thường, P-CPICH chiếm từ 5 đến 10% tổng công suất phát tối đa có thể cung cấp cho ô.
Công suất phát của các kênh chung khác nhau thiết lập tương đối so với công suất phát của P-CPICH
Công suất phát của AICH và PICH là các thông số cấu hình TrCH chung, được thiết lập tương đối với công suất phát P-CPICH trong quy hoạch mạng vô tuyến, nhằm đảm bảo phủ sóng toàn bộ ô Các thông số này sẽ được chuyển đến Node.
Mỗi khi TrCH chung được thiết lập hoặc cấu hình lại, công suất phát PICH sẽ phụ thuộc vào thông số PI trên khung (N) Số lượng PI trên khung càng lớn thì PI sẽ được lặp lại nhiều lần, dẫn đến công suất PICH tương đối tăng lên.
P-PICH càng cần cao hơn Giá trị điển hình của khoảng dịch công suất là -10 dB
(N hay 36), -8 dB (Nr) và -5 dB (N4)
Theo tiêu chuẩn, khi thiết lập hoặc lặp lại cấu hình S-CCPCH (nghĩa là
FACH và PCH), Node B được cung cấp thông tin dịch công suất (PO1 cho TFCI),
Trong kênh FACH, có thể áp dụng phương pháp PC chậm dựa trên tỷ số Eb/No của một giải thuật cụ thể để tối ưu hóa dung lượng đường xuống Giá trị chỉ thị trong trường hợp này là dịch âm so với công suất cực đại được cấu hình cho S-CCPCH mang FACH, giả định rằng công suất là đồng nhất cho tất cả các kênh.
TrCH ghép trên kênh vật lý có các giá trị công suất điển hình cho S-CCPCH so với P-CPICH là +1 dB với SF = 64 (60 kbps), -1 dB với SF = 128 (30 kbps) và -5 dB với SF = 256 (15 kbps) Các giá trị điển hình cho CCPCH cũng cần được xem xét.
Mức công suất tương ứng với tốc độ bit là 2 dB cho 15 kbps, 3 dB cho 30 kbps và 4 dB cho 60 kbps Trong quá trình truyền thông tin, công suất có thể thay đổi tùy thuộc vào tốc độ bit sử dụng.
Các thủ tục điều khiển công suất vòng trong
Điều khiển công suất vòng trong (hay còn gọi là điều khiển công suất nhanh) dựa trên thông tin hồi tiếp lớp 1 từ đầu kia của đường truyền vô tuyến, cho phép UE/Node B điều chỉnh công suất phát dựa trên mức SIR thu được nhằm bù trừ fading của kênh vô tuyến Chức năng này được áp dụng cho các kênh riêng cả đường lên và đường xuống trong UMTS, và chỉ cho CPCH ở đường lên Trong WCDMA, PC nhanh được thực hiện ở tần số 1,5 kHz, với tổng quan các thủ tục điều khiển công suất vòng trong được minh họa ở hình (2.7).
Hình 1.9 Công suất phát trên kênh S-CCPCH, PO3 và PO1 ký hiệu cho dịch công suất của tiêu hao và TFCI
1.7.1 Điều khiển công suất vòng trong đường lên Điều khiển công suất vòng trong đường lên được sử dụng để thiết lập công suất DPCH và CPCH đường lên Node B nhận được SIR đích từ UL PC vòng ngoài 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, với kích thước tốt nhất cho SIR đích nhỏ nhất Ở tốc độ điều khiển công suất 1500 Hz, kích thước bước PC 1dB có thể theo kịp kênh phading Raleigh lên đến 55 Hz (30 Km/h) Tuy nhiên, ở tốc độ cao hơn, tới 80 Km/h, kích thước bước PC 2dB sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn Khi tốc độ vượt quá 80 Km/h, điều khiển công suất vòng trong không theo kịp phading, dẫn đến tình trạng tạp.
Để giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực trong các thủ tục điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài âm vào đường dẫn đường lên, có thể áp dụng bước PC nhỏ hơn 1 dB Đặc biệt, đối với tốc độ UE thấp hơn 3 Km/h, khi tần suất phading kênh rất nhỏ, việc sử dụng bước PC nhỏ sẽ mang lại lợi ích hơn.
Hai giải thuật (giải thuật 1 và 2) được thiết kế để giải thích các lệnh TPC từ Node B cho UE Giải thuật 1 áp dụng khi tốc độ UE thấp, với bước PC từ 1 đến 2 dB trong quy hoạch mạng vô tuyến Giải thuật 2 mô phỏng tác động của bước nhỏ hơn 1 dB, hiệu quả trong việc bù trừ xu thế phading chậm của kênh truyền sóng, hoạt động tốt hơn giải thuật 1 khi UE di chuyển nhanh hơn 80 Km/h và chậm hơn 3 Km/h Trong giải thuật này, bước PC được cố định ở 1 dB, và UE không thay đổi công suất phát cho đến khi nhận lệnh TCP tiếp theo, với quyết định cứng được đưa ra vào cuối khe thứ 5.
UE điều chỉnh công suất theo quy tắc như sau :
Nếu tất cả 5 lệnh TPC là “giảm”, công suất giảm 1 dB
Nếu tất cả 5 lệnh TPC là “tăng”, công suất phát tăng 1 dB
Trái lại công suất phát không đổi
Trước khi bắt đầu UL DPDCH, UE có thể nhận hướng dẫn từ mạng về việc sử dụng tiền tố UL DPDCH, PC khi nhận DPDCH đường xuống Độ dài của tiền tố DPDCH PC được thiết lập trong quá trình quy hoạch mạng vô tuyến, nằm trong khoảng từ 0 đến 7 khung Trong tiền tố UL DPDCH PC, các lệnh TPC do Node B phát đều tuân theo giải thuật 1, nhằm đảm bảo công suất phát đường lên được tối ưu hóa nhanh chóng trước khi chuyển sang điều khiển công suất thông thường.
Trong UMTS, sơ đồ phân tập chỉ áp dụng cho các kênh riêng Sau khi đạt được đồng bộ lớp 1, các ô tham gia vào chuyển giao phân tập sẽ bắt đầu điều chỉnh công suất vòng trong đường lên Mỗi ô kết nối với UE sẽ đo SIR đường lên và so sánh với SIR đích để tạo lệnh TPC gửi đến UE UE chỉ tăng công suất khi tất cả các ô đều yêu cầu tăng công suất.
Khi UE thực hiện chuyển giao HO (Hand Over) mềm, Node B sẽ thông báo cho UE để kết hợp các lệnh TPC từ cùng một tập đoạn nối vô tuyến thành một lệnh TPC theo giải thuật 1 hoặc 2 Thủ tục này được minh họa trong hình (2.8).
Khi các lệnh TPC đến từ các ô khác nhau, nếu sử dụng giải thuật 1, UE sẽ kết hợp các lệnh TPC dựa trên quyết định mềm và điều chỉnh công suất phát theo bước PC đã định Ngược lại, với giải thuật 2, UE sẽ thực hiện quyết định cứng dựa trên giá trị của từng lệnh TPC từ các đoạn vô tuyến khác nhau trong năm khe liên tiếp sau đồng chỉnh Cuối cùng, UE sẽ rút ra lệnh TPC cho khe thứ năm theo nguyên tắc đã được thiết lập.
Nếu giá trị trung bình của các ước tính lệnh TPC tức thời lớn hơn 0,5, tăng công suất 1 dB
Nếu giá trị trung bình của các ước tính lệnh TPC tức thời nhỏ hơn 0,5, giảm công suất 1 dB
Trái lại không thay đổi công suất
Trong tính toán đường lên, lệnh “tăng” được thể hiện bằng giá trị “+1” còn lệnh “giảm” bằng giá trị “-1”
Trong quá trình kết hợp, sau khi điều chỉnh công suất DPCH, yêu cầu đối với UE là giảm công suất phát xuống ít nhất -50 dBm Với công suất phát tối đa của UE là 21 dBm (250 mW), dải động điều khiển công suất đạt khoảng 70 dB.
1.7.2 Điều khiển công suất vòng trong đường xuống
UE nhận BLER mục tiêu từ RNC cho DL PC và các thông số điều khiển khác Khi UE so sánh SIR ước tính với SIR mục tiêu, nếu SIR ước tính lớn hơn SIR mục tiêu, UE sẽ gửi lệnh TPC "giảm" đến Node B; ngược lại, UE sẽ phát lệnh TPC "tăng".
Hình 1.11 Dịch công suất (PO) để cải thiện chất lượng báo hiệu đường xuống
Nếu DPC_MODE = 0, UE phát một lệnh TPC cho mỗi khe, trong khi đó nếu không, nó phát một lệnh TPC cho ba khe Các lệnh TPC được phát trên UL DPCCH để điều khiển công suất của DL DPDCH và các DPDCH tương ứng bằng cùng một lượng công suất Dịch công suất của các ký hiệu TFCI (PO1), TPC (PO2) và hoa tiêu (PO3) của kênh DL DPCCH so với kênh DL DPDCH được trình bày trong hình (2.8).
Kích thước bước DL PC là thông số quan trọng trong quy hoạch mạng vô tuyến, với các giá trị có thể là 0,5; 1; 1,5 hoặc 2 dB, trong đó bước tối thiểu bắt buộc là 1 dB Khi UE ở chế độ chuyển giao mềm SHO, tất cả các ô kết nối với UE cần có bước PC đồng nhất để ngăn chặn sự trôi công suất DL PC trong quá trình HO mềm, tương tự như trong trường hợp kết nối vô tuyến Chỉ có một DPCCH được phát trên đường lên, trong khi dữ liệu từ các anten khác nhau được kết hợp cho ký hiệu tại Node B Node B cũng điều khiển đồng thời công suất của các đoạn kết nối vô tuyến và phân phối luồng nhận được từ DCH-FP cho tất cả các ô tham gia vào HO mềm.
Trong SHO, DL PC gặp hai vấn đề khác biệt so với trường hợp một đoạn nối vô tuyến trôi công suất, đồng thời cần phát hiện tin cậy các lệnh TPC Hình (2.10) minh họa hoạt động của DL PC trong bối cảnh này.
Trong trường hợp nghẽn, RNC có thể lệnh cho Node B không thực hiện lệnh TPC
Khi UE ở SHO, nó phát lệnh điều khiển xuống tất cả các ô tham gia, và các Node B giải lệnh này độc lập do không thể giải lệnh kết hợp tại RNC vì độ trễ lớn và tín hiệu quá nhiều Lỗi báo hiệu khiến các Node B có thể điều chỉnh công suất phát khác nhau, dẫn đến tình trạng một Node B giảm công suất trong khi Node B khác lại tăng Hiện tượng này được gọi là trôi công suất, gây ra sự không đồng nhất trong công suất phát xuống.
Điều khiển công suất vòng ngoài
Giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài nhằm duy trì chất lượng thông tin tại mức SIR theo yêu cầu của kênh dịch vụ, bằng cách tạo ra SIR đích phù hợp cho PC vòng trong Việc điều chỉnh SIR đích cần được thực hiện cho từng DCH trong cùng một kết nối RRC và phải thay đổi theo tốc độ UE và điều kiện truyền sóng Khi công suất thu thay đổi, yêu cầu SIR đích cũng tăng cao Nếu SIR đích được cố định, chất lượng thông tin có thể không đạt yêu cầu, dẫn đến việc công suất không đảm bảo chất lượng truyền dẫn hoặc gây lãng phí công suất.
Tần số của PC vòng ngoài dao động từ 10 đến 100 Hz, trong khi quá trình chuyển giao dữ liệu trong SHO diễn ra khi các luồng số liệu DCH từ các ô khác nhau kết hợp tại Iub và Iur, tạo thành một luồng duy nhất Khi dữ liệu di chuyển xuống, luồng DCH được phân tách thành nhiều luồng cho các Node B trong SHO Quá trình này được thực hiện tại RNC thông qua bộ kết hợp phân tập vĩ mô MDC, sử dụng thông tin từ các khung FP và kết quả CRC của khối truyền tải cùng với thông tin chất lượng ước tính Độ tin cậy của SHO phụ thuộc vào thông tin CFN trong các luồng Iub/Iur, trong khi tại UE, việc kết hợp tín hiệu được thực hiện bằng phương pháp Maximum Ratio Combining (MRC) dựa trên các ký hiệu Trên đường lên, chỉ một DCCPH được truyền đi.
1.8.1 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên
UL PC vòng ngoài thực hiện ở SRNC để lập SIR đích tại Node B cho từng
UL PC vòng trong điều chỉnh SIR đích cho từng UE dựa trên ước tính chất lượng đường lên, sử dụng BLER và BER cho kết nối RRC Giải thuật điều khiển dựa vào CRC của luồng số liệu để đo chất lượng Nếu CRC đạt yêu cầu, SIR đích sẽ giảm đi một lượng nhất định, ngược lại, nó sẽ tăng lên Giá trị điều chỉnh SIR thường nằm trong khoảng từ 0,1 đến 1 dB.
Kiến trúc chức năng UL PC vòng ngoài áp dụng cho trường hợp dịch vụ nhiều kênh mang được cho trên hình (2.12)
Chỉ có một bộ điều khiển PC vòng ngoài cho từng kết nối RRC và một thực thể UL
PC vòng ngoài cho từng DCH trong cùng một kết nối được tính toán bởi các thực thể UL để điều chỉnh SIR đích dựa trên ước lượng chất lượng Trong kết nối RRC, một trong các thực thể UL đường lên sẽ phát SIR đích mới đến Node B SIR đích này được bộ điều khiển UL PC vòng ngoài tính toán dựa trên các thay đổi từ các thực thể PC và các thông số cấu hình như SIR đích khởi đầu, cực đại và cực tiểu do AC cung cấp khi thiết lập RAB DCH-FP đóng vai trò quan trọng trong việc truyền thông tin giữa RNC và các Node B.
Mỗi thực thể UL PC nhận thông tin chất lượng đường lên từ MDC, nơi dữ liệu từ các nhánh SHO khác nhau được kết hợp Tùy thuộc vào kiểu kênh mang vô tuyến, thực thể PC nhận hoặc ước tính BLER tính tại MDC dựa trên các bit CRC của các khung được chọn, hoặc ước tính BER tại Node B Nếu CRC không ổn định, MDC sẽ chọn ước tính tốt nhất từ các ước tính BER Tại TTI, một hoặc nhiều thực thể PC có thể tham gia vào tính toán SIR đích mới khi hiệu số giữa ước tính BLER/BER và BLER/BER đích lớn hơn 0,1 dB.
Mỗi thực thể UL PC nhận thông tin chất lượng từ MDC, nơi dữ liệu từ các nhánh SHO được kết hợp Tùy thuộc vào kiểu kênh mang vô tuyến, thực thể PC sẽ nhận hoặc ước tính BLER tại MDC dựa trên các bit CRC của các khung được chọn, hoặc ước tính BER từ Node B Nếu CRC không ổn định, MDC sẽ chọn ước tính BER tốt nhất Trong khoảng thời gian TTI, một hoặc nhiều thực thể PC có thể tham gia vào việc tính toán SIR đích mới, đặc biệt khi hiệu số giữa ước tính BLER/BER và BLER/BER đích lớn hơn 0,1 dB.
1.8.2 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống
DL PC vòng ngoài được thực hiện tại UE, với giá trị SIR đích cho DL PC vòng trong được điều chỉnh bởi UE thông qua một thuật toán riêng nhằm đảm bảo chất lượng đo (BLER) tương đương với chất lượng đích do RNC thiết lập Khi sử dụng CPCH, chất lượng đích được RNC thông báo là DCCH BER, trong khi đó BLER đích lại khác biệt.
Hình 1.13 Kiến trúc logic chức năng ULPC vòng ngoài
Bộ điều khiển UL PC vòng ngoài
Tính toán SIR Đích mới
Thông tin chất lượng (BLER/ BER)
Các thông số PC khi thiết lập RAB lập lại cấu hình vô tuyến
Tính toán thay đổi SIR đích
LC: Load Control = Điều khiển tải AC: Amission Control = Điều khiển cho phép
(1) : Lệnh thay mới SIR đích
SIR mới cung cấp cho UE cùng với việc sử dụng BLER kênh truyền tải làm BLER đích trong thông tin DL PC vòng ngoài đảm bảo rằng yêu cầu chất lượng được duy trì cho từng TrCH với BLER đích được gán Đồng thời, nếu BER của DL DCCH được phát ở dạng chất lượng đích, vòng điều khiển trong UE sẽ đảm bảo chất lượng cho từng CPCH với DL DPCCH BER đích được gán.
Giá trị chất lượng DL PC đích trong UE được điều khiển bởi AC trong RNC
AC xác định giá trị BLER mục tiêu cho từng DCH được cấu hình trên CCTrCH BER mục tiêu cho các kênh truyền tải sau đó được UE nhận qua các thông điệp RRC.
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC ĐỘNG
Thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC
Thuật toán điều khiển công suất theo bước động nhằm cải thiện đặc tính của hệ thống thông tin di động UMTS/WCDMA thông qua việc sử dụng lệnh điều khiển công suất động, SIR nhận và dữ liệu hỗ trợ định vị điện thoại cầm tay Sự kết hợp giữa điều khiển công suất, điều khiển cho phép và điều khiển chuyển giao giúp nâng cao độ hội tụ của phương pháp này Điều khiển công suất là cơ chế thiết yếu cho hoạt động của hệ thống WCDMA, với mục tiêu tối đa hóa tỉ số SIR cực tiểu của các kênh và đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS cho mỗi kênh.
Thuật toán điều khiển công suất thường chia làm hai nhóm:
Các thuật toán điều khiển công suất tập trung yêu cầu bộ điều khiển trung tâm phải nắm rõ cường độ tín hiệu của tất cả các đường truyền dẫn vô tuyến đang hoạt động, đồng thời không xử lý các thay đổi trong công suất truyền Điều này làm gia tăng độ phức tạp của mạng hệ thống và yêu cầu thực thi cao hơn, do cần thông tin chi tiết về các kênh vô tuyến một cách tập trung, điều này khó đáp ứng trong thời gian thực và trong các mạng di động đa tế bào.
Các thuật toán điều khiển công suất phân tán không yêu cầu thông tin tập trung về các kênh vô tuyến độc lập, mà cho phép thích ứng với các mức công suất khác nhau chỉ bằng các đại lượng đo vô tuyến cục bộ Chúng chú trọng đến sự thay đổi chất lượng dịch vụ, một yếu tố quan trọng trong các hệ thống thông tin di động tế bào Tuy nhiên, các thuật toán này không xem xét việc thực thi các kết nối mới thay cho các kết nối đã tồn tại trong QoS.
Các phương thức điều khiển công suất có thể được nhóm thành hai loại chính sau đây:
Điều khiển công suất dựa trên tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR
Điều khiển công suất dựa trên công suất truyền và SIR (Signal-to-Interference Ratio) phản ánh xác suất bit lỗi, là tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng dịch vụ QoS Trong quá trình truyền tải, điều khiển công suất SIR có khả năng đáp ứng dung lượng biến thiên theo nhiễu giao thoa, được thể hiện rõ qua thiết bị thu ở đường lên Tuy nhiên, việc quản lý các hồi tiếp dương và các tác động của chúng là rất phức tạp do sự độc lập của nhiễu tại mỗi trạm gốc BS Điều khiển công suất dựa trên công suất truyền lại yêu cầu đo đạc chính xác các thông số kênh vô tuyến, với nguyên lý điều chỉnh công suất dựa trên độ sai lệch kênh đã được xác định.
2.3.2 Thuật toán điều khiển công suất bước động DSSPC
2.3.2.1 Khái niệm và lợi ích của độ dự trữ công suất (cửa sổ công suất) Độ dự trữ SIR nhiều mức là sự giả thiết về biến đổi kênh ban đầu mà cần phải được xác định theo kết quả của phép đo vô tuyến thời gian thực Những giới hạn trên và dưới của độ dự trữ công suất tuỳ thuộc vào tải/giao thoa của mạng vô tuyến trong truy cập vô tuyến hay tại mức tế bào Bằng việc xác định độ dự trữ công suất nhằm đảm bảo các chỉ tiêu và độ ổn định của hệ thống
Mạng vô tuyến là môi trường động, do đó vùng dự trữ công suất có thể thay đổi khi mức tải và nhiễu giao thoa biến động DSSPC quản lý kênh mang để tối ưu hóa công suất phát trong giới hạn cho phép của độ dự trữ công suất, dựa trên thông tin về QoS, mức nhiễu giao thoa và dung lượng mạng Để đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt nhất với mức công suất truyền tối thiểu, cần cân bằng giữa QoS, dung lượng mạng và quản lý cước kênh mang Mức điều khiển công suất không nhất thiết phải là mức thấp nhất, mà phụ thuộc vào chiến thuật cân bằng nhằm duy trì chất lượng dịch vụ với công suất truyền ở mức hợp lý.
Hình 2.6 Dự trữ SIR với các chất lượng dịch vụ khác nhau
Hình 2.6 minh họa mức công suất truyền của trạm di động được điều chỉnh để đạt hiệu suất tối ưu Thay vì thiết lập một mức SIR cố định, phương pháp SIR đa mức được áp dụng với các ngưỡng trên và dưới Do đó, mỗi loại dịch vụ như thoại, dữ liệu hay hình ảnh sẽ có mức công suất truyền tối ưu riêng, giúp công suất của UE điều chỉnh về các mức này.
2.3.2.2.Sự hoạt động của mạng
Hình 2.7 minh họa giản đồ hoạt động cơ bản của phương pháp DSSPC trong điều khiển công suất đường lên Trong quá trình này, ngoài mạng, việc kiểm soát truy cập vô tuyến và trạm gốc cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh công suất hiệu quả.
Các đối tượng điều khiển trong bộ điều khiển truy cập vô tuyến có vai trò quan trọng trong việc thiết lập các mục tiêu chất lượng tín hiệu như SIR_max, SIR_opt_max, SIR_opt_min và SIR_min Việc này được thực hiện dựa trên thông tin lưu lượng hiện có trong hệ thống kiểm soát truy cập (AC), cường độ tín hiệu, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SIR), các độ ưu tiên truy cập và thông tin hỗ trợ định vị.
Trạm gốc phát lệnh công suất truyền (TPC) bằng cách so sánh tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) nhận được từ kênh đường lên với các ngưỡng SIR đã xác định, nhằm đảm bảo độ dự trữ công suất phù hợp.
Hình 2.7 minh họa quá trình tạo lập và quyết định TPC trong phương pháp DSSPC, đặc biệt trong điều khiển công suất đường lên Trong quá trình này, không chỉ mạng mà còn điều khiển truy cập vô tuyến và trạm gốc cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh công suất.
Các đối tượng điều khiển trong bộ điều khiển truy cập vô tuyến thiết lập các chỉ tiêu chất lượng tín hiệu như SIR_max, SIR_opt_max, SIR_opt_min và SIR_min Việc này dựa trên thông tin về lưu lượng từ AC (Admission Control), cường độ tín hiệu, SIR, độ ưu tiên truy cập và thông tin hỗ trợ định vị.
Nhận công suất ban đầu và các thông số
Tiếp tục Đúng Đúng Sai Đúng
Lệnh tăng công suất truyền
Công suất nhận tối ưu Lệnh giảm công suất truyền
Trạm gốc phát lệnh công suất truyền (TPC) bằng cách so sánh tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) nhận được từ kênh đường lên với các ngưỡng xác định của SIR, nhằm điều chỉnh công suất theo độ dự trữ công suất.
2.3.2.3.Sự hoạt động của UE Đầu tiên, UE nhận lệnh điều khiển công suất từ trạm gốc BS Nó ghi lệnh điều khiển công suất tiếp theo vào thanh ghi bit lệnh Việc thay đổi dữ liệu gốc được lưu trữ tại đây, bao gồm dữ liệu về những lệnh điều khiển công suất gần đây nhất, các kích thước bước, tọa độ của máy cầm tay
UE kiểm tra giá trị lệnh điều khiển công suất, kích thước bước và thông tin hỗ trợ định vị, bao gồm cả sự thay đổi dữ liệu gốc Nếu lệnh điều khiển công suất hoặc chuỗi kích thước bước là chẵn, điều này cho thấy mức công suất được giữ ổn định mà không cần thay đổi đáng kể.
Phương pháp điều khiển công suất phân tán ( DPC)
Mô hình hệ thống điều khiển công suất đường lên sử dụng một BS M với J UE trong hệ thống Tại BS M, SIR nhận được của UE thứ i được xác định.
Trong đó E b là năng lượng bit thông tin và N 0 là mật độ phổ công suất tạp âm
Công suất truyền của thuê bao thứ i là P i được giới hạn bởi mức công suất cực đại là
Tốc độ dữ liệu của thuê bao thứ i được ký hiệu là R i, trong khi G Mi đại diện cho độ lợi đường truyền giữa UE thứ i và BS M, với giả thiết G Mi là hằng số Giả thiết này hợp lý nếu thuật toán điều khiển công suất có thể hội tụ nhanh chóng Băng tần trải phổ được ký hiệu là W, và nhiễu nền là M Do đó, mục tiêu chính của điều khiển công suất là xác định vector công suất dương P = (P 1, P 2, , P J) để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
i T 1 i,j J (2.14) Trong đó T là mức SIR tối thiểu yêu cầu được xác định bởi mỗi dịch vụ hay môi trường BER
2.4.2 Thuật toán điều khiển công suất phân tán ( DPC )
Mỗi UE điều chỉnh công suất truyền của mình trong giới hạn tối đa dựa trên thông tin về mức công suất và phép đo SIR Thuật toán DPC đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát mức công suất này.
SIR của tất cả các thuê bao để đạt được SIR yêu cầu nếu có thể
Chúng tôi đề xuất một thuật toán điều khiển công suất phân tán mới, sử dụng tham số thay đổi từ thuật toán truyền thống để nâng cao hiệu quả Hàm công suất mới là yếu tố quan trọng để đạt được mức SIR tối thiểu Nếu SIR của UE duy trì trên mức tối thiểu trong suốt quá trình điều khiển công suất, thì ít nhất một kết nối UE sẽ được đảm bảo.
BS sẽ bị cắt Do vậy, tốc độ hội tụ liên quan đến dung lượng hệ thống Đúng
N UE ,N lap ,SIR đích ,Pmax
[dBm] [dBm] [dBm] lap = lap + 1
Hình 2.10 Lưu đồ thuật toán phương pháp DPC
Thuật toán có thể được mô tả như sau :
Trong nghiên cứu, tham số dương k (được phân tích kỹ trong [12]) ảnh hưởng đến tốc độ hội tụ; nếu k quá lớn, tốc độ hội tụ sẽ chậm, trong khi nếu k quá nhỏ, SIR sẽ dao động Để cải thiện tốc độ hội tụ, việc tối ưu hóa giá trị k là cần thiết P0i đại diện cho công suất truyền ban đầu của thuê bao, trong khi Pi(n+1) là công suất truyền của thuê bao thứ i trong vòng lặp thứ n, và i(n) là tham số liên quan.
(dB) là SIR của thuê bao thứ i tại vòng lặp thứ n
Có các trường hợp sau :
Thuật toán này nhằm mục đích điều chỉnh công suất truyền của UE liên quan đến tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) i (γ i) mà trạm M nhận được Bằng cách thay đổi tham số k trong hàm điều khiển công suất, hệ thống có thể đáp ứng các yêu cầu vận hành đa dạng.
Thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC hoạt động dựa trên giá trị SIR mục tiêu, giúp các giá trị SIR đo được hội tụ về giá trị này Khi áp dụng thuật toán, công suất phát của UE sẽ duy trì ổn định theo thời gian.
