Tài liệu Tiểu luận “Nghiên cứu Kỹ thuật chuyển giao & Điều khiển công suất trong hệ thống WCDMA” pdf

ĐỀ TÀI
“Nghiên cứu Kỹ thuật chuyển giao & Điều
khiển công suất trong hệ thống WCDMA”


Giảng viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện :
i
MỤC LỤC
Sinh viên thực hiện : i
Chương 1 1
Chương 2 20
2.1 Giới thiệu chương 20
2.2. Một số lý thuyết sử dụng trong thuật toán 20
2.2.1. Hệ số tái sử dụng tần số (Frequency Reuse Factor) 20
2.2.2. Nhiễu đồng kênh 22
2.2.3. Nhiễu kênh lân cận 23
2.2.4. Hiệu ứng gần xa (Near-Far Effect) 24
2.2.5. Tải lưu lượng 26
2.2.6. Cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) 27
2.2.7. Hiệu quả sử dụng kênh 28
2.3. Thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC 29
2.3.1. Tổng quan 29
2.3.2. Thuật toán điều khiển công suất bước động DSSPC 30
2.3.2.1. Khái niệm và lợi ích của độ dự trữ công suất (cửa sổ công suất) 30
2.3.2.2.Sự hoạt động của mạng 31
2.3.2.4.Sự hoạt động của UE 32
Tiêu chuẩn so sánh SIR 34
2.4. Phương pháp điều khiển công suất phân tán ( DPC - Distributed Power
Control) 35
2.4.1. Mô hình hệ thống 35

2.4.3. Thuật toán điều khiển công suất phân tán ( DPC ) 36
2.5. Kết luận 37
3.1. Giới thiệu chương 37
3.2. Tổng quan 37
3.3. Quỹ đường truyền vô tuyến hướng lên trong hệ thống WCDMA 37
3.4.1. Thông số đầu vào 40
3.4.2. Các công thức tính toán trong chương trình [2] 41
3.4.3. Tính toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC 43
ii
3.4.3.1. Lưu đồ thuật toán điều khiển 43
3.4.3.2. Kết quả tính toán 45
45
3.5.3.1. Lưu đồ thuật toán điều khiển [6] 48
3.5.3.2. Kết quả tính toán 50
3.6. Kết luận 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A
AWGN Additive White Gaussian Noise - Nhiễu Gauss trắng cộng
AMPS Advance Mobile Phone System - Hệ thống điện thoại di động tiên tiến
B
BER Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit
BPSK Binary Phase Shift Keying - Khóa dịch pha nhị phân
BCCH Broadcast Control Channel - Kênh quảng bá điều khiển
BCH Broadcast Channel - Kênh quảng bá
BS Base Station - Trạm gốc
BSC Base Station Controller - Bộ điều khiển trạm gốc
BTS Base Tranceiver Station - Trạm vô tuyến gốc
C

CCCH Common Control Channel - Kênh điều khiển chung
CDMA Code Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo mã
CCPCH Common Control Physial Channel - Kênh vật lý điều khiển chung
CPCC Common Power Control Channel - Kênh điều khiển công suất chung
CPCH Common Packet Channel - Kênh gói chung
CPICH Common Pilot Channel - Kênh hoa tiêu chung
CN Core Network - Mạng lõi
CS Circuit Switch - Chuyển mạch kênh
CSICH CPCH Status Indication Channel - Kênh chỉ thị trạng thái cho CPCH
C/I Carrier to Interference Ratio - Tỷ số sóng mang trên nhiễu
CD/CA-ICH Collision Detection/Channel Assignment- Indication Channel
Kênh chỉ thị phát hiện tranh chấp/ ấn định kênh
D
iii
DCCH Dedicated Control Channel - Kênh điều khiển dành riêng
DPCCH Dedicated Physical Control Channel - Kênh điều khiển vật lý riêng
DPCH Dedicated Physical Channel - Kênh vật lý riêng
DPC Distributed Power Control - Điều khiển công suất phân tán
DPDCH Dedicated Physical Data Channel - Kênh số liệu vật lý riêng
DL Down Link - Đường xuống
DTCH Dedicated Traffic Channel - Kênh lưu lượng riêng
DSCH Downlink Share Channel - Kênh dùng chung đường xuống
DSSPC Dynamic Step-Size Power Control
Điều khiển công suất theo bước động
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum - Trải phổ chuỗi trực tiếp
EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
Tốc độ bit tăng cường sử dụng cho nhánh tiến hoá GSM
EIR Equipment Indentification Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị
FACH Forward Access Channel - Kênh truy nhập đường xuống
FCCCH Forward Common Control Channel

Kênh điều khiển chung đường xuống
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum - Trải phổ nhảy tần
FDD Frequency Division Duplexing
Ghép kênh song công phân chia theo tần số
FDMA Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo tần số
FDCCH Forward Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển riêng đường xuống
FOMA Freedom of Mobile Multimedia Access- Truy nhập đa phương tiện tự do
GOS Grade Of Service - Cấp độ phục vụ
GSM Global System for Mobile Communication
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
GPRS General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
H
iv
E
F
G
HSCSD High Speed Circuit Switch Data
Kỹ thuật truyền dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao
I
ICI Inter Channel Interference - Nhiễu xuyên kênh
IMT-2000 Internation Mobile Telecommunications 2000
Tiêu chuẩn viễn thông di động quốc tế
ISDN Integrates Service Digital Network - Mạng số liệu đa dịch vụ
IS-95 North Amarican version of the CDMA standard
Một phiên bản CDMA ở Bắc Mỹ
ISI Intersymbol Interference - Nhiễu xuyên ký tự
L
LA Location Area - Khu vực định vị

LOS Line of Sight - Tuyến truyền dẫn thẳng
M
ME Mobile Equipment - Thiết bị di động
MS Mobile Station - Trạm di động
MSC Mobile Switch Center - Trung tâm chuyển mạch di động
MAC Medium Access Control - Điều khiển truy nhập môi trường
N
NAS Non Access Statum - Tầng không truy nhập
O
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
OPC Open-loop Power Control - Điều khiển công suất vòng hở
P
PCCH Paging Control Channel - Kênh điều khiển tìm gọi
PDCP Packet Data Convergence Protocol - Giao thức hội tụ số liệu gói
PN Pseudo Noise - Nhiễu giả ngẫu nhiên
PS Packet Switch - Chuyển mạch gói
PLMN Public Land Mobile Network - Mạng di động công cộng mặt đất
PSTN Public Switched Telephone Network
Mạng chuyển mạch thoại công cộng
Q
QAM Quadrature Amplitude Modulation- Điều biên cầu phương
QoS Quality of Service - Chất lượng dịch vụ
v
(Q)PSK (Quadrature) Phase-Shift Keying - Khóa dịch pha (vuông góc)
R
RACH Random Access Channel - Kênh truy cập ngẫu nhiên
RRM Radio Resource Management - Quản lý tài nguyên vô tuyến
RNC Radio Network Control - Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RLB Radio Link Budgets - Quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến

RLC Radio Link Control - Điều khiển kết nối vô tuyến
S
SNR Signal to Noise Ratio - Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
SCH Synchronization Channel - Kênh đồng bộ
SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel - Kênh điều khiển dành riêng
T
TDMA Time Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo thời gian
TDD Time Division Duplexing - Ghép song công phân chia thời gian
THSS Time Hopping Spread Spectrum - Trải phổ nhảy thời gian
U
UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network
Mạng truy cập vô tuyến toàn cầu
UMTS Universal Mobile Telecommunication System
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu
UL Uplink - Đường lên
V
VLR Visitor Location Register - Bộ định vị tạm trú
W
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng
vi
LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay thông tin di động đóng góp một vai trò vô cùng to lớn trong cuộc
sống. Các loại hình dịch vụ viễn thông phát triển rất đa dạng, chất lượng được nâng
cao một cách rõ rệt đã đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người. Sở dĩ có
được những thành quả như vậy là do sự phát triển không ngừng các công nghệ viễn
thông trên thế giới, trong đó có công nghệ băng rộng WCDMA. Hệ thống WCDMA
ra đời đã làm cho viễn thông thế giới bước sang một kỷ nguyên mới.
Hiện nay, ở Việt Nam các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang từng bước

triển khai và đưa vào sử dụng hệ thống thông tin di động thứ ba này, nhằm mang lại
những dịch vụ tốt nhất cho người sử dụng.
Một trong những khâu quan trọng của hệ thống thông tin di động nói chung
và hệ thống WCDMA nói riêng là Vấn đề chuyển giao và điều khiển công suất
nhằm hạn chế ảnh hưởng “Hiệu ứng gần - xa” đến chất lượng thoại, tăng dung
lượng hệ thống, khả năng chống lại fading,… Xuất phát từ tầm quan trọng đó nên
em chọn đề tài tiểu luận “Nghiên cứu Kỹ thuật chuyển giao & Điều khiển công
suất trong hệ thống WCDMA”. Tiểu luận được chia làm 3 chương:
Chương 1:“Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong hệ thống
WCDMA”. Trong chương này sẽ tập trung đi sâu vào tìm hiểu ý nghĩa, nguyên lý
cũng như cách phân loại về chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA.
Chương 2: “Điều khiển công suất theo bước động DSSPC và điều khiển
công suất phân tán DPC”. Do đó trong chương này sẽ giới thiệu về lưu đồ thuật
toán cũng như nguyên lý cơ bản của hai phương pháp này.
vii
Chương 3: “Tính toán và đưa ra kết quả”. Đây là chương quan trọng nhất
của tiểu luận. Nội dung chương này sẽ kiểm chứng lại lý thuyết về hai thuật toán
điều khiển công suất DSSPC và DPC.
Việc tính toán và vẽ đồ thị theo từng bước lặp giúp cho chương trình điều
khiển hoạt động theo bước động, đồ thị được vẽ liền nét liên tục, giá trị điều khiển
(SIR, P
dk
) được điều chỉnh liên tục đến khi đạt giá trị tối ưu, các thông số điều
khiển không phải là mặc định mà người điều khiển có thể thiết lập lại cho phù hợp
với hệ thống.
viii
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Chương 1
KỸ THUẬT CHUYỂN GIAO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG
SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA

1.1 Giới thiệu
Ở trong chương này chúng ta sẽ tập trung tìm hiểu về kỹ thuật chuyển giao,
đặc biệt là chuyển giao mềm cũng như các phương pháp điều khiển công suất trong
hệ thống WCDMA. Bởi kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất là những vấn
đề quan trọng nhằm đảm bảo cho các dịch vụ vô tuyến, giữ vững chất lượng QoS
yêu cầu, hạn chế nhiễu giao thoa.
Nội dung chương này sẽ đề cập đến mục đích, các tiêu chuẩn, trình tự cũng
như các loại chuyển giao, đồng thời sẽ phân tích ý nghĩa của việc điều khiển công
suất và các phương pháp của nó trong hệ thống WCDMA.
1.2 Kỹ thuật chuyển giao
1.2.1. Sự cần thiết của việc chuyển giao trong hệ thống thông tin di động
Hệ thống thông tin di động WCDMA là hệ thống sử dụng trải phổ trực tiếp.
Cấu trúc mạng gồm tập hợp các cell có hình lục giác liên kết với nhau tạo thành một
mạng tổ ong. Trong mỗi cell có một BS đặt ở trung tâm của cell, đảm bảo việc phủ
sóng cho các UE trong cell đó. Do đặc điểm của UE trong thông tin di động luôn
luôn di chuyển, vì thế khi UE càng ở gần trạm gốc thì chất lượng tín hiệu tốt, nhưng
khi UE di chuyển càng ra gần biên của cell thì chất lượng cuộc thoại càng giảm
xuống và dần dần cuộc thoại sẽ bị ngắt. Do đó, cần phải có một kỹ thuật để chuyển
cuộc thoại của UE vừa rời khỏi cell cũ sang cell mới để đảm bảo tính liên tục của
cuộc thoại. Kỹ thuật này gọi là chuyển giao. Do đặc tính động của UE nên có thể
thấy chuyển giao là một vấn đề rất quan trọng trong hệ thống thông tin di động tổ
ong. Việc thực hiện chuyển giao càng tốt thì xác suất rớt cuộc gọi tại biên của các
cell càng thấp, cũng có nghĩa là chất lượng cuộc thoại càng cao. Nếu UE rời khỏi
vùng phủ sóng của một cell mà không được chuyển giao tốt thì xác suất rớt cuộc
gọi là rất lớn, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của thông tin.
1
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Tuy nhiên, ngoài chuyển giao do UE di chuyển ra ngoài vùng biên của cell,
tức là chuyển giao vì mục đích để cuộc thoại được liên tục (chuyển giao giải cứu)
còn có các loại chuyển giao cho các mục đích sau:

 Loại chuyển giao không phải do tín hiệu yếu, mà mục đích là để cải thiện
chung về nhiễu. UE sẽ tối thiểu hóa công suất phát nếu nó thuộc cell có suy hao
đường truyền tối thiểu với nó. Nếu các UE đều tối thiểu hóa công suất phát thì mức
nhiễu chung cũng tối thiểu. Nếu hệ thống khởi động chuyển giao chỉ vì tối ưu hóa
về nhiễu, thì đó là chuyển giao kiêng kị nhiễu (Confinement Handover). Sự chuyển
giao này làm cho UE hoạt động thông tin trong vùng tối ưu nhất theo quan điểm
phòng vệ nhiễu, mặc dù tín hiệu trước chuyển giao vẫn đủ mạnh. Vì thế, chuyển
giao này chỉ thực hiện trong điều kiện biết rõ chất lượng truyền dẫn tốt sau khi
chuyển giao.
 Loại chuyển giao khác là chuyển giao lưu thông (Traffic Handover). Do
điều kiện nào đó mà dung lượng của một cell tăng đột ngột, khi đó sự tắc nghẽn sẽ
xảy ra. Để giải quyết vấn đề này, người ta chuyển giao sang cell kế cận vì thường
vùng biên của các cell sẽ trùng lên nhau một cách đáng kể.
1.2.2. Tiêu chuẩn khi thực hiện chuyển giao
Tiêu chuẩn chuyển giao phụ thuộc vào loại chuyển giao, vào cell được dự
định chuyển giao đến và kết quả chuyển giao được dự kiến. Đối với chuyển giao
giải cứu, tiêu chuẩn chuyển giao là:
 Sai lỗi truyền dẫn.
 Suy hao đường truyền.
 Trễ truyền dẫn.
Trong quá trình thông tin giữa UE và BS thì các thông tin về chất lượng
truyền dẫn, mức tín hiệu sẽ được UE đo lường liên tục một cách định kỳ. Sau đó,
dựa vào các yếu tố trên đưa ra dự đoán về suy hao đường truyền. UE truyền số liệu
đo lường về BS một đến hai lần trong một giây.
Đối với chuyển giao kiêng kị nhiễu, tiêu chuẩn là kết quả so sánh chất lượng
truyền dẫn với các cell kế cận. Thường chỉ đo được suy hao truyền dẫn giữa các UE
và BS ở đường xuống mà thôi.
2
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Còn đối với chuyển giao lưu thông, tiêu chuẩn là tải lưu lượng của mỗi BS

do MSC và BSC biết được.
1.2.3. Trình tự của chuyển giao
Trình tự của chuyển giao gồm ba giai đoạn chính:
 Giai đoạn đánh giá.
 Giai đoạn quyết định.
 Giai đoạn thực thi.
Nhiệm vụ của ba giai đoạn trong quá trình chuyển giao được minh họa qua
hình vẽ 1.1.
Hình 1.1 Các trình tự của 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. RNC kiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt đồng bộ các điều
3
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
kiện chuyển giao. Nếu các điều kiện này bị kích hoạt, RNC phục vụ sẽ cho phép
thực hiện chuyển giao.
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.
• 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.
4
Ngưỡng trên
Tín hiệu tổng
Giới hạn chuyển giao
Thời gian
Tín hiệu B
Ngưỡng dưới
Tín hiệu A
Cường độ tín hiệu
(1)(2)(3)
Hình 1.2 Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
(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.

1.2.4. Các loại chuyển giao trong hệ thống WCDMA
Chuyển giao trong hệ thống WCDMA phân thành bốn loại:
 Chuyển giao trong cùng hệ thống.
 Chuyển giao ngoài hệ thống.
 Chuyển giao cứng.
 Chuyển giao mềm và mềm hơn
Hình 1.3 Các loại chuyển giao trong hệ thống WCDMA
1.2.4.1. Chuyển giao trong cùng hệ thống (Intra-system Handover)
Chuyển giao trong cùng hệ thống bao gồm hai loại: chuyển giao cùng tần số,
chuyển giao khác tần số.
Chuyển giao cùng tần số xuất hiện giữa các cell cùng sóng mang trong hệ
thống WCDMA.
Chuyển giao khác tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động trên các tần số
sóng mang khác nhau.
5
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
1.2.4.2. Chuyển giao ngoài hệ thống (Inter-System Handover)
Chuyển giao ngoài hệ thống xuất hiện giữa các cell thuộc hai kỹ thuật truy
nhập vô tuyến khác nhau RAT (Radio Access Transmission ) hoặc giữa các mode
truy nhập vô tuyến khác nhau RAM (Radio Access Mode).
Trường hợp thông thường nhất của loại này là chuyển giao giữa mạng
WCDMA và mạng GSM/EDGE. Chuyển giao giữa hai hệ thống CDMA cũng thuộc
loại này. Thí dụ của loại chuyển giao RAM bên ngoài là chuyển giao giữa hai
mode: UTRAN FDD và UTRAN TDD.
1.2.4.3. Chuyển giao cứng (HHO: Hard Handover)
Chuyển giao cứng được thực hiện khi cần chuyển sang một kênh tần số mới,
là loại chuyển giao được thực hiện dựa trên nguyên tắc “cắt trước nối sau” (“Break
before Make”), tức là liên kết với kênh lưu lượng cũ bị cắt bỏ trước khi nó được nối
đến kênh lưu lượng mới.
Tuy nhiên, nhược điểm chính của loại chuyển giao này là xác suất rớt cuộc

thoại trong quá trình chuyển giao cao, chất lượng cuộc thoại thấp.
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 Iu
r
giữa hai RNC này.
 Chuyển giao cứng cùng tần số
Chuyển giao cứng cùng tần số có thể thực hiện khi giao diện Iu
r
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.
6
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Hình 1.4 Chuyển giao cùng tần số
 Chuyển giao cứng khác tần số
Đây là kiểu chuyển giao giống chuyển giao GSM, giữa hai tần số WCDMA f
1
và f
2
. 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 phải 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.
Hình 1.5 Chuyển giao cứng khác tần số

1.2.4.4. Chuyển giao mềm (Soft HO) và mềm hơn (Softer HO)
Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trên nguyên tắc kết nối “nối trước khi
cắt” (“Make before Break”). Chuyển giao mềm hay chuyển giao giữa các cell là
chuyển giao được thực hiện giữa các cell khác nhau. Chuyển giao mềm hơn hay
chuyển giao giữa các đoạn cell là chuyển giao giữa các đoạn cell của cùng một cell.
7
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Chuyển giao mềm
UE phát đến và thu từ hai BS này đồng thời. UE thu đồng thời thông tin từ các
BS và kết hợp chúng để được thông tin tốt nhất. Ở đường lên thông tin phát đi từ
UE được các BS thu lại rồi chuyển đến RNC để được kết hợp chung.
Trong chuyển giao mềm các BS đều phát lệnh điều khiển công suất UE ở
vùng chồng lấn vùng phủ của hai đoạn cell thuộc hai trạm gốc khác nhau (chuyển
giao hai đường). Thông tin giữa UE và BS xảy ra đồng thời ở hai kênh của giao
diện vô tuyến từ hai (hoặc hơn) BS khác nhau.
Chuyển giao mềm chỉ có thể được thực hiện khi cả BS cũ lẫn BS mới đều làm
việc ở cùng một tần số. UE thông tin với 2 sector của 2 cell khác nhau (chuyển giao
2 đường) hoặc với 3 sector của 3 cell khác nhau (chuyển giao 3 đường). BS điều
khiển trực tiếp quá trình xử lý cuộc gọi trong quá trình chuyển giao gọi là BS sơ
cấp, các BS khác không điều khiển quá trình cuộc gọi gọi là các BS thứ cấp.
Chuyển giao mềm kết thúc khi hoặc BS sơ cấp hoặc BS thứ cấp bị loại bỏ. Nếu BS
sơ cấp bị loại thì BS sơ cấp trở thành BS thứ cấp của cuộc gọi này. Chuyển giao ba
đường có thể kết thúc bằng cách loại bỏ một trong số các BS và trở thành chuyển
giao hai đường.
8
Hình 1.6 Chuyển giao mềm hai đường
β
Sector
Kết nối cũ
γ

Cell BCell A
γ
β
α
α
Kết nối mới
BS
UE
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Lợi ích của chuyển giao mềm là quá trình thông tin trên kênh lưu lượng
hướng đi và hướng về. Hệ số thu phải
đủ lớn để đảm bảo thu được vì công
suất phát thấp được yêu cầu trên kênh
lưu lượng hướng đi và hướng về. Điều
này có ý nghĩa là tổng nhiễu của hệ
thống giảm và kết quả là dung lượng
của hệ thống tăng lên, đồng nghĩa với
chất lượng cuộc thoại tốt hơn. Ngoài ra
công suất phát thấp từ UE cũng làm
tăng tuổi thọ và thời gian làm việc của pin. Trong chuyển giao mềm, nếu một trạm
di động thu được tín hiệu điều khiển công suất tăng từ một trạm gốc và thu được tín
hiệu điều khiển công suất giảm từ một trạm gốc khác thì UE sẽ giảm công suất phát
của nó. Để thực hiện điều này có hiệu quả thì phải đảm bảo có một tuyến liên kết
thông tin tin cậy từ trạm gốc thứ hai.
Chuyển giao mềm hơn
Chuyển giao mềm hơn xảy ra giữa
hai hay nhiều sector thuộc cùng một BS.
Trong trường hợp này chỉ có một vòng
điều khiển công suất do BS điều khiển để
phục vụ cả hai đoạn cell.

Trong chuyển giao mềm hơn, UE ở
vùng chồng lấn giữa hai vùng phủ của hai
đoạn cell của BS. Thông tin giữa UE và
BS xảy ra đồng thời trên hai kênh giao
diện vô tuyến. Vì thế, cần sử dụng hai mã khác nhau ở đường xuống để UE có thể
phân biệt được hai tín hiệu. Dữ liệu bị chia nhỏ tại BS và được định tuyến tới các
anten khác nhau. Máy thu của UE nhận hai tín hiệu này bằng phương pháp xử lý
RAKE.
9
Hình 1.7 Chuyển giao mềm ba đường
Cell A
Cell C
cell B
Kết nối mới
Cell A Cell B
Kết nối cũ
Hình 1.8 Chuyển giao mềm hơn
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Ở đường lên cũng xảy ra quá trình tương tự như ở UE: BS thu được kênh mã
của UE ở từng đoạn cell, sau đó chuyển chúng đến cùng máy thu RAKE và kết hợp
chúng để nhận được tín hiệu tốt nhất.
 Chuyển giao mềm - mềm hơn
UE thông tin với một sector của
cùng thuộc một BS A và hai sector của
BS B. Các tài nguyên mạng cần cho kiểu
chuyển giao này gồm tài nguyên cho
chuyển giao mềm hai đường giữa BS A
và BS B cộng với tài nguyên cho chuyển
giao mềm hơn tại BS B.
1.3 Kỹ thuật chuyển giao mềm

1.3.1. Nguyên lý chuyển giao mềm
Chuyển giao mềm khác với tiến trình chuyển giao cứng truyền thống. Đối
với chuyển giao cứng quyết định có chuyển giao hay không là xác định và di động
chỉ liên lạc với một BS. Với chuyển giao mềm quyết định chuyển giao hay không là
có điều kiện. Phụ thuộc vào sự thay đổi của cường độ tín hiệu hoa tiêu từ hai hay
nhiều BS có liên quan, một quyết định cứng sẽ xảy ra để chỉ liên lạc với một BS.
Điều này thường xảy ra sau khi xác định rõ tín hiệu từ một BS này lớn hơn đáng kể
so với các BS khác. Tại thời điểm chuyển tiếp của chuyển giao mềm di động liên
lạc cùng lúc với tất cả các BS trong tập tích cực. Sự khác biệt giữa chuyển giao
cứng và mềm là chuyển giao cứng xảy ra trong một điểm thời gian trong khi chuyển
giao mềm kết thúc sau một giai đoạn thời gian.
10
Hình 1.9 Chuyển giao mềm - mềm hơn
γ
β
α
α
γ
β
Cell thuộc BS A Cell thuộc BS B
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Hình 2.10 Nguyên lý của chuyển giao mềm
Ở đường lên, di động truyền tín hiệu lên không trung qua một anten đa
hướng. Hai BS đang thiết lập hiện hành có thể đồng thời cùng lúc nhận tín hiệu. Do
đó tín hiệu được truyền thẳng tới RNC để kết hợp lựa chọn. Khung tốt hơn sẽ được
lựa chọn, khung còn lại sẽ bị loại bỏ. Do đó ở đường lên không cần thêm kênh để
chuyển giao mềm.
Ở đường xuống, các tín hiệu giống nhau được truyền qua cả hai BS và di
động có thể dễ dàng kết hợp các tín hiệu từ các BS khác nhau do nó xem chúng chỉ
là các thành phần đa đường phụ thêm. Phương án kết hợp hệ số cực đại thường

được sử dụng sẽ cung cấp một lợi ích gọi là sự đa dạng vĩ mô (macrodiversity). Tuy
nhiên để hỗ trợ chuyển giao mềm trong đường xuống ta cần thêm ít nhất một kênh
đường xuống (chuyển giao mềm hai đường). Với những thuê bao khác, kênh đường
xuống thêm vào này tựa như nhiễu thêm trong giao diện vô tuyến. Như thế để hỗ trợ
chuyển giao mềm trong đường xuống cần thêm nhiều tài nguyên. Kết quả là ở
phương đường xuống hoạt động của chuyển giao mềm phụ thuộc vào độ lợi đa dạng
vĩ mô và độ tiêu tốn thêm tài nguyên.
1.3.2. Đặc điểm cơ bản của chuyển giao mềm
Chuyển giao mềm là một hình thức phân tập đường truyền (phân tập vĩ mô).
Độ lợi phân tập cao vì cần ít công suất ở các đường lên và đường xuống hơn. Điều
này có nghĩa tổng nhiễu giao thoa giảm. Kết quả là dung lượng trung bình của hệ
thống tăng. Ngoài ra, công suất phát thấp hơn sẽ tăng tuổi thọ acquy của UE và thời
gian đàm thoại sẽ lâu hơn.
So với chuyển giao cứng, chuyển giao mềm có những đặc điểm nổi bật như
hạn chế hiện tượng “ping-pong”, và truyền dẫn liên tục không bị gián đoạn. Không
có hiện tượng “ping-pong” nghĩa là tải nhỏ hơn trên mạng báo hiệu và với chuyển
giao mềm không có hiện tượng mất dữ liệu do bị ngắt tạm thời như trong chuyển
giao cứng.
Về phía máy di động, thì có lý do khác để thực hiện chuyển giao mềm trong
mạng WCDMA: cùng với điều khiển công suất, chuyển giao mềm dùng để giảm
nhiễu máy thu.
11
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Hình 1.11 Sự giảm bớt nhiễu giao thoa bởi chuyển giao mềm ở đường lên
Các ưu điểm của chuyển giao mềm
 Chuyển giao mềm làm giảm hoặc loại bỏ được ảnh hưởng của hiện tượng
“ping-pong” xảy ra trong chuyển giao cứng. Cụ thể:
Điều hòa tải trên mạng. Trong trường hợp tải của một cell vì một lý do
nào đó tăng đột ngột thì hệ thống sẽ chuyển giao sang các cell kế cận có lưu lượng
tải thấp hơn.

Làm cho thông tin của người sử dụng được liên tục hơn, không có các
tiếng “kíc” như trong chuyển giao cứng (do tín hiệu bị ngắt quãng trong một thời
gian ngắn) trong quá trình chuyển giao. Nhất là đối với các modem số, tiếng “kíc”
thường gây ra lỗi số liệu và mất đồng bộ.
 Với chuyển giao mềm không có độ dự trữ trễ, tức là giảm được thời gian
trễ tương đương do phân tập có chọn lựa. Điều này được thực hiện bởi việc chuyển
mạch “tức thời” đến trạm gốc có cường độ tín hiệu mạnh nhất trong quá trình
chuyển giao (đường lên) và tránh được nhiễu cộng kết hợp với trễ chuyển giao. Vì
thế:
Cung cấp chất lượng thông tin tốt hơn cho người sử dụng.
12
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
Số UE/cell tăng lên cùng với một giá trị E
c
/I
o
(tăng dung lượng).
Công suất phát yêu cầu cho đường lên thấp hơn nên giảm được nhiễu
đường lên.
 Do trong chuyển giao mềm, UE có khả năng thông tin đồng thời với nhiều
hơn một trạm gốc (phân tập), điều này làm tăng độ tin cậy của hệ thống, đảm bảo sự
liên tục và chất lượng của tín hiệu.
 Giảm thời gian thâm nhập mạng như thiết lập kênh truyền, thời gian đợi
trung bình để có một kênh mới từ BS đích sẽ dài hơn, điều này làm giảm khả năng
gây nghẽn và rớt cuộc gọi.
 Một ưu điểm nữa của chuyển giao mềm là khi nó được kết hợp với điều
khiển công suất. Vì vùng chuyển giao mềm là nơi mà cường độ tín hiệu của UE yếu
và khả năng gây nhiễu của nó lên các UE của các các cell lân cận là lớn nhất nên
khi chuyển giao mềm kết hợp với điều khiển công suất sẽ làm cho nhiễu của các UE
tại các vùng này giảm xuống, tức là nhiễu của toàn bộ hệ thống giảm. Điều này sẽ

làm tăng dung lượng của hệ thống và cải thiện chất lượng cuộc thoại.
Những hạn chế của chuyển giao mềm
 Thực hiện phức tạp hơn chuyển giao cứng.
 Chuyển giao mềm làm giảm dung lượng đường xuống. Do trong quá trình
chuyển giao mềm, UE thông tin đồng thời với hai hay nhiều hơn các trạm gốc, tức
là cũng sẽ có hai hay nhiều hơn các kênh lưu lượng đường xuống được cấp phát cho
UE. Điều này làm giảm tài nguyên mạng, dẫn đến làm giảm dung lượng đường
xuống. Do đó, cần sử dụng thêm tài nguyên mạng ở đường xuống.
 Làm tăng nhiễu đường xuống (đến những người sử dụng khác) khi chuyển
giao mềm được xử lý bởi vì có nhiều hơn hai trạm gốc cùng phát đến một UE thay
vì một trạm gốc như trong chuyển giao cứng. Điều này cũng có thể làm tăng nhiễu
đường lên khi cả đường lên và đường xuống cùng sử dụng chung một tần số.
1.4 Điều khiển công suất trong hệ thống WCDMA
1.4.1. Ý nghĩa của việc 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
13
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môi trường đa
người sử dụng phụ thuộc vào tỷ số E
b
/N
o
( E
b
là năng lượng bit, N
o
là mật độ tạp âm
trắng Gausơ bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi từ máy phát của người sử dụng
khác). Để đảm bảo tỷ số E

b
/N
o
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 BS 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. Điều khiển
công suất là điều khiển công suất phát từ mỗi thuê bao sao cho công suất thu của
mỗi thuê bao ở trạm gốc là bằng nhau. 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.
Hình 1.12 Các hiệu ứng gần xa (điều khiển công suất đường lên)
Hình 2.12 cho thấy vấn đề về hiệu ứng gần xa ở đường lên tín hiệu từ những
UE khác nhau được truyền đồng thời trên cùng một băng tần trong hệ thống
WCDMA.
Mục đích chính của kỹ thuật điều khiển công suất là sẽ làm cực đại SIR tại
mỗi kênh của hệ thống WCDMA, giữ yêu cầu tối thiểu QoS của các kênh. Hơn nữa,
điều khiển công suất còn để chống lại hiệu ứng Fading Rayleigh trên tín hiệu truyền
đi bởi việc bù cho Fading nhanh của kênh truyền. Ngoài ra việc điều khiển công
14
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
suất còn có tác dụng giảm nhiễu đa đường, vì công suất phát của máy di động thấp
nên làm tăng tuổi thọ của pin.
1.4.2. Phân loại điều khiển công suất
1.4.2.1. Điều khiển công suất cho đường xuống và đường lên

Điều khiển công suất cho đường lên (từ UE đến BS) 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 cell bên cạnh
làm giảm sự độc lập từ vị trí các cell 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 cell.
1.4.2.2. Điều khiển công suất phân tán và tập trung
Một bộ điều khiển tập trung có tất cả các thông tin về các kết nối được thiết
lập và độ lợi kênh và điều khiển tất cả các mức công suất trong mạng hay một phần
của mạng. Điều khiển công suất tập trung theo yêu cầu tín hiệu điều khiển phạm vi
rộng trong mạng và không thể ứng dụng trong thực tế. Chúng có thể sử dụng để đưa
ra giới hạn về hiệu suất của thuật toán phân tán.
Bộ điều khiển phân tán chỉ điều khiển công suất của một trạm phát đơn và
thuật toán chỉ phụ thuộc vào nội bộ, như SIR hay độ lợi kênh của người sử dụng đặc
biệt. Những thuật toán này thực hiện tốt trong trường hợp lý tưởng nhưng trong các
hệ thống thực tế có một số hiệu ứng không thích hợp như:
 Tín hiệu đo và điều khiển làm mất thời gian dẫn đến thời gian trễ trong hệ
thống.
 Công suất phát hợp lý của máy phát bị hạn chế bởi giới hạn vật lý và sự
lượng tử hóa. Những hạn chế bên ngoài khác như công suất phát cực đại trên một
kênh đặc biệt tác động đến công suất ra.
 Chất lượng là một sự đo đạc chủ quan và cần phải tận dụng sự đo đạc khách
quan hợp lý.
15
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
1.4.2.3. Điều khiển công suất vòng hở, điều khiển công suất vòng kín, điều
khiển công suất vòng ngoài
Điều khiển công suất vòng hở (OPC: Open-loop Power Control)

OPC hay còn gọi là phương pháp tự điều khiển (AGC: Automation Gain
Control) ở máy di động. Trước khi phát, máy di động giám sát tổng công suất thu
được từ trạm gốc. Công suất đo được cho thấy tổn hao đường truyền đối với từng
người sử dụng để căn cứ vào đó, máy di động điều chỉnh công suất phát của mình tỷ
lệ nghịch với tổng công suất mà nó thu được. Điều khiển công suất vòng hở có thể
là không tuyến tính. Mục đích là cho phép đáp ứng nhanh với sự hiệu chỉnh âm,
nhưng đáp ứng chậm với sự hiệu chỉnh dương. Nếu cường độ tín hiệu thu được cao,
có nghĩa là máy di động rất gần trạm gốc hoặc lượng suy hao đường dẫn thấp thì
máy di động điều chỉnh cho công suất phát giảm xuống. Tốc độ tăng công suất phát
máy di động thường phải nằm trong tốc độ điều khiển công suất mạch vòng khép
kín từ trạm gốc. Bằng cách này các máy di động không thể tăng công suất phát quá
lớn cho dù có sự suy giảm đột ngột chất lượng thoại trên kênh hướng xuống. Như
vậy, trong phương pháp này trạm gốc không tham gia vào quá trình điều khiển công
suất.
Nhược điểm của phương pháp OPC là do điều kiện truyền sóng của đường
lên và đường xuống khác nhau, nhất là do fading nhanh nên sự đánh giá sẽ thiếu
chính xác. Tần số trung tâm của các đường lên và đường xuống thường nằm ở các
băng tần khác nhau nên sẽ không có sự đối xứng giữa hai đường, vì thế tổn hao
đường truyền giữa hai đường là khác nhau
Trong hệ thống WCDMA, phương pháp này chỉ được sử dụng để thiết lập
công suất gần đúng khi truy cập mạng lần đầu tiên.
Điều khiển công suất vòng kín
Điều khiển công suất vòng kín (trong hệ thống WCDMA còn gọi là điều
khiển công suất nhanh) chịu trách nhiệm kiểm soát công suất truyền của UE (đường
lên) hay là BS (đường xuống) nhằm phản ứng lại fading của kênh vô tuyến và đạt
được SIR đích do vòng ngoài thiết lập. Ở phương pháp này BS (hoặc UE) thường
xuyên ước tính tỷ số tín hiệu trên can nhiễu thu được (SIR nhận) và so sánh nó với
16
Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA
tỷ số SIR. Ví dụ ở đường lên trạm gốc sẽ so sánh SIR nhận từ UE với SIR đích mỗi

khe thời gian một lần (0,666 ms). Nếu như SIR nhận được lớn hơn SIR đích trạm
gốc sẽ truyền một lệnh điều khiển công suất phát “0” tới UE thông qua đường
xuống dành cho kênh kiểm soát. Nếu SIR nhận nhỏ hơn đích thì BS truyền một lệnh
kiểm soát công suất phát “1” đến UE. Bởi vì tần số điều khiển công suất vòng kín
nhanh nên có thể bù cho fading nhanh và fading chậm.
Hình 1.13 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín
Kỹ thuật điều khiển công suất vòng kín như vậy (còn gọi là vòng trong) cũng
được sử dụng cho đường xuống mặc dù ở đây không có hiện tượng gần xa vì tất cả
các tín hiệu đến các UE trong cùng một cell đều bắt đầu từ một BS. Tuy nhiên lý do
điều khiển công suất ở đây như sau. Khi UE tiến đến gần biên giới cell, nó bắt đầu
chịu ảnh hưởng ngày càng tăng của nhiễu từ các cell khác. Điều khiển công suất
trong trường hợp này để tạo một lượng dự trữ công suất cho các UE trong trường
hợp nói trên. Ngoài ra điều khiển công 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 không hiệu
quả.
Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện đánh giá dài hạn chất lượng
đường truyền trên cơ sở tỷ lệ lỗi khung FER hoặc BER để quyết định SIR đích cho
điều khiển công suất vòng trong.
Điều khiển công suất vòng ngoài
Điều khiển công suất vòng ngoài cần thiết để duy trì chất lượng thông tin ở
mức yêu cầu bằng cách thiết lập chỉ tiêu đích cho điều khiển công suất nhanh.
17