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

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

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

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

 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

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.

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

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.

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

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

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

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