TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CHUYỂN GIAO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA Sinh viên thực hiện: HỒ CÔNG LUÂN Lớp 46 K ĐT-VT Giảng viên hướng dẫn: KS LÊ THỊ KIỀU NGA VINH, 5-2010 5/2010 NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CHUYỂN GIAOVÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA HỒ CÔNG LUÂN 46K ĐT-VT TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CHUYỂN GIAO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA Sinh viên thực hiện: HỒ CÔNG LUÂN Lớp 46 K ĐT-VT Giảng viên hướng dẫn: KS LÊ THỊ KIỀU NGA Cán phản biện: VINH, 5-2010 Chương 1: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA 1.1 Giới thiệu mạng thông tin di động WCDMA Cùng với phát triển nhanh chóng mạng thông tin di động, dịch vụ số liệu, truyền hình tốc độ cao đặt yêu cầu cho nhà khai thác phải thay hệ thống thông tin di động hệ hai hiệu suất thấp chủ yếu dung cho thoại Từ mạng thông tin di động hệ thứ ba đời, đặc biệt hệ thống thong tin di động WCDMA Hệ thống có nhiều ưu điểm để đảm bảo yêu cầu đặt cho mạng di động hành Hệ thống WCDMA phát triển nhiều nước giới Vì mạng thong tin di động WCDMA phát triển kế thừa tảng mạng GSM nên không làm mạng 2G mà hai mạng phát triển song song phù hợp nước phát triển Băng thông rộng tích hợp nhiều dịch vụ, tốc độ cao giúp truyền hình trực tuyến, yếu tố giúp cho hệ thống thông tin di động ngày phát triển trở thành hệ thống thông tin di động phổ biến Các đặc trưng hệ thống WCDMA Một số đặc trưng hệ thống thông tin di động sau: • Dải tần : Hệ thống mặt đất: FDD : − Đường lên: 1920 – 1980MHz − Đường xuống: 2110 – 2170MHz TDD : Dùng hai dải tần sau: − 1900 – 1920MHz − 2020 – 2025MHz Hệ thống vệ tinh: − Đường lên : 1980-2010MHz − Đường xuống: 2170-2200MHz Bảng 1.1 Tốc độ bit vùng phủ Tốc độ 2.048Mb/s Kiểu vùng phủ Pico-cell/micro- 384kb/s cell Medium cell 144kb/s 64kb/s Large cell 14.4kb/s Ver large cell 9.6kb/s Global cell 4.75kb/s – 12.2kb/s Voice • Dịch vụ: − Truyền hình hội nghị: quản lý thông tin cá nhân, lập biểu, nhóm làm việc, fax màu,… − Truyền thông: Báo, tạp chí, quảng cáo,… − Mua sắm: Thương mại điện tử, tiền điện tử, ví điện tử, giao dịch tự động, đấu giá,… − Giải trí: Tin tức, thể thao, trò chơi, video, âm nhạc,… − Giáo dục: Thư viện trực tuyến, máy tìm kiếm, học từ xa… − Sức khoẻ: Chữa bệnh, theo dõi chuẩn đoán từ xa… − Tự động hoá: Đo đạc từ xa… − Truy nhập thông tin cá nhân: Thời gian biểu, đặt vé từ xa, cảnh báo vị trí… − Chất lượng: Chất lượng cao, đạt tới BER=10-6 Tính bảo mật cao, chống nghe trộm − Chuyển mạng: Cho phép thực chuyển mạng toàn cầu nhà khai thác 3G khác Hỗ trợ chuyển giao hệ thống khác để cân tải tăng cường vùng phủ 1.2 Kiến trúc hệ thống WCDMA Hệ thống WCDMA phát triển dựa tảng hệ thống GSM có phần kế thừa hệ thống Mục tiêu ban đầu hệ thống WCDMA tương thích với hệ thống GSM phần mạng lõi hệ thống WCDMA lại phát triển theo hướng tận dụng lại tối đa thiết bị hệ thống GSM Với tính trên, hệ thống WCDMA mang lại ưu điểm sau: • Cải thiện hệ thống thông tin di động tại: cải thiện dung lượng, cải thiện vùng phủ sóng • Đem lại tính linh hoạt cao việc cung cấp dịch vụ • Thực truy nhập gói hiệu tin cậy • Mang lại tính linh hoạt cao vận hành: hỗ trợ hoạt động không đồng trạm gốc nên triển khai thuận lợi nhiều môi trường Hệ thống WCDMA sử dụng hai giải pháp FDD TDD Trong FDD sử dụng công nghệ WCDMA, TDD sử dụng công nghệ TD/CDMA Tuy vậy, giải pháp FDD phát triển rộng rãi có nhiều ưu điểm đặc biệt việc sử dụng băng tần đối xứng Còn giải pháp TDD chủ yếu dùng cho ô quy mô nhỏ ô micro hay ô picro 1.2.1 Kiến trúc 3G WCDMA R3 WCDMA R3 hỗ trợ kết nối chuyển mạch kênh (CS) lẫn chuyển mạch gói (PS): đến 384 Mbps miền CS 2Mbps miền PS Các kết nối tốc độ cao đảm bảo cung cấp tập dich vụ cho người sử dụng di động giống mạng điện thoại cố định Internet Các dịch vụ gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm chất lượng cao (CD) tốc độ truyền cao đầu cuối Một tính khác đưa với GPRS "luôn kết nối" đến Internet UMTS cung cấp thông tin vị trí tốt hỗ trợ tốt dịch vụ dựa vị trí Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (CN: Core Network) Hình 1.1 Kiến trúc 3G WCDMA R3 1.2.1.1 Thiết bị người sử dụng (UE) Các đầu cuối (TE) Vì máy đầu cuối không đơn dành cho điện thoại mà cung cấp dịch vụ số liệu mới, nên tên chuyển thành đầu cuối Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai giao diện Cu UMTS IC card (UICC) đầu cuối Giao diện tuân theo tiêu chuẩn cho card thông minh Mặc dù nhà sản xuất đầu cuối có nhiều ý tưởng thiết bị, họ phải tuân theo tập tối thiểu định nghĩa tiêu chuẩn để người sử dụng đầu cuối khác truy nhập đến số chức sở theo cách Các tiêu chuẩn gồm:  Bàn phím (các phím vật lý hay phím ảo hình)  Đăng ký mật  Thay đổi mã PIN  Giải chặn PIN/PIN2 (PUK)  Trình bầy IMEI  Điều khiển gọi Các phần lại giao diện dành riêng cho nhà thiết kế người sử dụng chọn cho đầu cuối dựa hai tiêu chuẩn (nếu xu 2G kéo dài) thiết kế giao diện Giao diện kết hợp kích cỡ thông tin hình cung cấp (màn hình nút chạm), phím menu • UICC UMTS IC Card card thông minh Điều mà ta quan tâm đến dung lượng nhớ tốc độ xử lý cung cấp Ứng dụng USIM chạy UICC • USIM Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng card Điều thay đổi UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS cài ứng dụng UICC Điều cho phép lưu nhiều ứng dụng nhiều chữ ký (khóa) điện tử với USIM cho mục đích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh) Ngoài có nhiều USIM UICC để hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng USIM chứa hàm số liệu cần để nhận dạng nhận thực thuê bao mạng UMTS Nó lưu hồ sơ thuê bao Người sử dụng phải tự nhận thực USIM cách nhập mã PIN Điều đảm bảo người sử dụng đích thực truy nhập mạng UMTS Mạng cung cấp dịch vụ cho người sử dụng đầu cuối dựa nhận dạng USIM đăng ký 1.2.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) liên kết người sử dụng CN Nó gồm phần tử đảm bảo truyền thông UMTS vô tuyến điều khiển chúng UTRAN định nghĩa hai giao diện Giao diện Iu UTRAN CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu UTRAN thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện hai nút, RNC nút B • RNC RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho hay nhiều trạm gốc điều khiển tài nguyên chúng Đây điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN Nó nối đến CN hai kết nối, cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) đến miền chuyển mạch kênh (MSC) Một nhiệm vụ quan trọng RNC bảo vệ bí mật toàn vẹn Sau thủ tục nhận thực thỏa thuận khóa, khoá bảo mật toàn vẹn đặt vào RNC Sau khóa sử dụng hàm an ninh f8 f9 RNC có nhiều chức logic tùy thuộc vào việc phục vụ nút Người sử dụng kết nối vào RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sử dụng chuyển vùng đến RNC khác kết nối với RNC cũ, RNC trôi (DRNC: Drift RNC) cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, RNC phục vụ quản lý kết nối người sử dụng đến CN Vai trò logic SRNC DRNC mô tả hình 1.2 Khi UE chuyển giao mềm RNC, tồn nhiều kết nối qua Iub có kết nối qua Iur Chỉ số RNC (SRNC) đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi RNC khác (DRNC) làm nhiệm vụ định tuyến thông tin Iub Iur Chức cuối RNC RNC điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi nút B có RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho tài nguyên vô tuyến Hình 1.2 Vai trò logic SRNC DRNC • Nút B Trong UMTS trạm gốc gọi nút B nhiệm vụ thực kết nối vô tuyến vật lý đầu cuối với Nó nhận tín hiệu giao diện Iub từ RNC chuyển vào tín hiệu vô tuyến giao diện Uu Nó thực số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến sở "điều khiển công suất vòng trong" Tính để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa tất đầu cuối phát công suất, đầu cuối gần nút B che lấp tín hiệu từ đầu cuối xa Nút B kiểm tra công suất thu từ đầu cuối khác thông báo cho chúng giảm công suất tăng công suất cho nút B thu công suất từ tất đầu cuối 1.2.1.3 Mạng lõi Mạng lõi (CN) chia thành ba phần, miền PS, miền CS HE Miền PS đảm bảo dịch vụ số liệu cho người sử dụng kết nối đến Internet mạng số liệu khác miền CS đảm bảo dịch vụ điện thoại đến mạng khác kết nối TDM Các nút B CN kết nối với đường trục nhà khai thác, thường sử dụng công nghệ mạng tốc độ cao ATM IP Mạng đường trục miền CS sử dụng TDM miền PS sử dụng IP • SGSN SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) nút miền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS đến GGSN thông quan giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất kết nối điều khiển công suất Các giới hạn áp dụng cho công suất phát đặc thù MS Tất nhiên dải động nhỏ trôi công suất cực đại Tuy nhiên điều làm giảm độ lợi nhận từ SHO Có cách khác để giảm trôi công suất sau RNC nhận thông tin từ Node B liên quan đến mức công suất phát kết nối chuyển giao mềm Các mức trung bình hoá số lệnh điều khiển công suất, chẳng hạn 500 ms hay tương đương với 750 lệnh điều khiển công suất Trên sở kết đo RNC phát giá trị tham chuẩn cho công suất phát Pref đến Node B Các Node B SHO sử dụng giá trị tham khảo để điều khiển công suất chúng cho kết nối giảm trôi công suất Ý tưởng hiệu chỉnh nhỏ thực định kỳ cho công suất tham chuẩn Trôi công suất xảy có điều khiển công suất nhanh đường xuống Ở IS-95 có điều khiển công suất chậm đường xuống không cần phương pháp điều khiển trôi công suất • Điều khiển công suất vòng đường xuống DL PC vòng thực UE, giá trị SIR đích cho DL PC vòng điều chỉnh UE cách sử dụng thuật toán riêng đảm bảo chất lượng đo (BLER) giống chất lượng đích RNC thiết lập Nếu CPCH sử dụng, đích chất lượng RNC thông báo DCCH BER, trái lại BLER đích cung cấp cho UE Ngoài sử dụng BLER kênh truyền tải làm BLER đích thông tin, DL PC vòng đảm bảo yêu cầu chất lượng trì cho TrCH với BLER đích gán Mặt khác, BER DL DCCH phát dạng chất lượng đích, vòng điều khiển UE đảm bảo chất lượng cho CPCH với DL DPCCH BER đích gán Giá trị chất lượng DL PC đích UE điều khiển AC RNC AC định giá trị BLER đích cho DCH đặt CCTrCH BER đích đường xuống cho kênh truyền tải sau UE nhận tin RRC 3.4 Kết luận chương Điều khiển công suất hệ thống thông tin di động UMTS khâu quan trọng hệ thống Nó hạn chế ảnh hưởng hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, dung lượng hệ thống khả chống lại fading vốn đặc trưng môi trường di động Chương trình bày ý nghĩa việc điều khiển công suất phân loại điều khiển công suất đồng thời phân tích số kỹ thuật điều khiển công suất hệ thống thông tin di động hệ ba cụ thể hệ thống UMTS Trong chương nghiên cứu hai mô hình điều khiển công suất thông minh giảm ảnh hưởng can nhiễu đồng thời nâng cao chất lượng dịch vụ hệ thống thông tin di động hệ Chương 4: Kỹ thuật điều khiển công suất theo bước động (DSSPC) kỹ thuật điều khiển công suất phân tán (DPC) 4.1 Giới thiệu chung Trong chương giới thiệu hai phương pháp điều khiển công suất thông tin di động WCDMA phương pháp điều khiển công suất theo bước động (DSSPC: Dynamic Step Site Power Control) phương pháp điều khiển công suất theo phương pháp phân tán (DPC: Distributed Power Control) Thuật toán DSSPC phương pháp điều khiển công suất hướng lên thông minh dựa việc sử dụng liệu gốc, vòng lặp kín tương thích với nhân tố quản lý tài nguyên vô tuyến Thuật toán DPC sử dụng thông tin SIR sử dụng kỷ thuật lặp để điều khiển công suất truyền đến mức tối ưu đáp ứng yêu cầu chất lượng người sử dụng 4.2 Phương pháp điều khiển công suất theo bước động (DSSPC) 4.2.1 Khái niệm lợi ích độ dự trữ Độ dự trữ SIR nhiều mức giả thiết biến đổi kênh ban đầu mà cần phải xác định theo kết phép đo vô tuyến thời gian thực Những giới hạn độ dự trữ công suất tuỳ thuộc vào tải/giao thoa mạng vô tuyến truy cập vô tuyến hay mức tế bào Bằng việc xác định độ dự trữ công suất nhằm đảm bảo tiêu độ ổn định hệ thống Do mạng vô tuyến môi trường động, vùng dự trữ công suất dao động lên xuống mức tải giao thoa thay đổi Khi kênh mang vô tuyến thiết lập, DSSPC điều khiển mức công suất truyền để tối ưu dự trữ công suất Điều đạt nhờ sử dụng thông tin chất lượng dịch vụ QoS kênh mang mức nhiễu mà gây cho mạng dung lượng mạng liên quan đến nhiễu Để cung cấp chất lượng dịch vụ tốt với mức tối thiểu công suất truyền (hay SIR) cần cân chất lượng dịch vụ QoS, dung lượng mạng, quản lý cước kênh mang… Tuy nhiên kết điều khiển công suất không tất yếu mức tối thiểu Hình 4.1 Dự trữ SIR chất lượng dịch vụ khác Hình (4.1) đồ thị mức công suất truyền trạm di động dạng nhiều mức SIR điều khiển để hội tụ đến mức tối ưu Thay ngưỡng SIR đích, SIR nhiều mức có nhiều ngưỡng, bao gồm giới hạn xác định Do đó, dịch vụ thoại, liệu hình ảnh có mức công suất truyền tối ưu đặc biệt mà trạm di động từ hay 4.2.2 Sự hoạt động mạng Phương pháp DSSPC phương pháp điều khiển công suất đường lên Trong phương pháp bên cạnh mạng điều khiển truy nhập vô tuyến trạm gốc sở cho điều khiển phần tiến trình điều khiển công suất Điều khiển cho phép điều khiển công suất điều khiển truy cập vô tuyến thiết lập đích chất lượng tín hiệu gồm SIR_max, SIR-opt_max, SIR_opt_min SIR_min Điều dựa thông tin lưu lượng sẵn có AC (Admission Cotrol), cường độ tín hiệu, SIR, độ ưu tiên truy cập, thông tin hỗ trợ định vị… Bắt đầu Nhập số liệu thuê bao, mức SIR đích Nhập thông số chương trình i =1 Tính SIR_reali Tính Poi [111] SIR_reali > SIR _max Đúng Lệnh giảm công suất truyền Pdki = Poi - α.βmax Sai [101] SIRopt_max SIR_reali SIR_max Đúng Lệnh giảm công suất truyền: Pdki = Poi - α.βmin Sai [110] SIRopt_min SIR_reali < SIR_opt_max Đúng Công suất nhận tối ưu Pdki = Poi Sai [100] SIR_min SIR_reali < SIR_opt_min Đúng Sai [010] SIR_reali < SIR_min Đúng Lệnh tăng công suất truyền: Pdki = Poi + α.βmin Lệnh tăng công suất truyền: Pdki = Poi + α.βmax i = i+ Đúng i N Sai Kết thúc Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước động Như hình (4.2), trạm gốc phát lệnh công suất truyền (TPC: Transmit Power Command) việc so sánh SIR nhận được/công suất kênh đường lên với ngưỡng xác định SIR/độ dự trữ công suất 4.2.3 Sự hoạt động trạm di động Đầu tiên, trạm di động nhận lệnh điều khiển công suất từ trạm gốc Nó ghi lệnh điều khiển công suất vào ghi lệnh Việc thay đổi liệu gốc lưu trữ bao gồm liệu lệnh điều khiển công suất gần nhất, kích cỡ bước, toạ độ máy thu cầm tay Trạm di động kiểm tra giá trị lệnh điều khiển công suất, kích cỡ bước, thông tin hỗ trợ định vị bao gồm thay đổi liệu gốc Nếu lệnh điều khiển công suất hay chuỗi kích thước bước chẵn, nghĩa mức công suất không hoàn toàn thay đổi giữ ổn định số lượng đáng kể cần thay đổi công suất truyền Để tính kích thước DSS (Dynamic Step-Size) dựa vào phương trình (1), trạm di động xác định giá trị toàn điều khiển công suất Bước điều khiển công suất kết kết hợp giá trị không đổi giá trị thay đổi điều khiển công suất Do đó, trạm di động điều chỉnh công suất truyền cách thêm DSS vào công suất tín hiệu ban đầu Po sau : Ptrx(dB) = Po(dB) + DSS (dB) DSS(dB) = α β γ , vaø γ = ∆SIR < -1 ∆SIR > (4.1) Trong phương trình (1), α kích thước bước cố định xác định trước β thành phần động DSS định nghĩa dựa giá trị thực đích SIR tương ứng với kết nối vô tuyến Mục đích DSS để bù vào suy giảm công suất kênh truyền không ổn định Để định nghĩa giá trị thông số SIR nhận SIR đích cần phải sẵn có Tuy nhiên, thông tin sẵn có trạm gốc Do đó, việc điều chỉnh công suất truyền đường lên có hai khả thực : • Thông tin liên quan đến SIR truyền đến trạm di động cách dùng tín hiệu kênh chuyên dụng hay kênh chung Bộ phân tích liệu gốc (HDLA: History Data Analyzer Logic) trạm di động tính toán giá trị β dựa bảng dò tìm • Giá trị β tính toán trạm gốc việc dùng tiêu chuẩn định nghĩa bảng dò tìm Như kết quả, thông tin truyền đến trạm di động thật α.β Trong trường hợp trạm di động không cần tính tham số liên quan đến SIR, giảm bớt phức tạp tiêu thụ pin Trong bảng ki = ( 0,…,k, k+1 ) số nguyên, tối ưu dựa phép đo thực tế liên quan đến mạng vô tuyến Do đó, thay đổi phụ thuộc vào thay đổi thời gian thực chất lượng tín hiệu fading đích SIR cho kênh mang yêu cầu ánh xạ mạng Trong bảng giá trị nhiều mức SIR đích định nghĩa : SIR_max, SIRopt_ max, SIRopt_ min, SIR_min Bảng 4.1 Tra cứu ứng dụng DSSPC Tiêu chuẩn so sánh SIR SIRopt_min ≤ SIRreal ≤ SIR max SIRopt_max ≤ SIRreal ≤ SIRmax SIRreal > SIRmax SIRmin ≤ SIRreal ≤ SIRopt_min SIRreal < SIRmin β K1 K2 K1 K2 γ X 1 -1 -1 Đối với điều kiện thuật toán, sử dụng bit để truyền thông tin yêu cầu trạm gốc máy di động Có thể sử dụng điều kiện khác thuật toán, để giảm số bit yêu cầu điều khiển công suất truyền TPC Hình (4.3) ví dụ sơ đồ khối thực phương pháp điều khiển công suất ứng dụng cho đường lên Trạm gốc nhận tín hiệu truyền trạm di động hướng tới để giữ cường độ tín hiệu nhận không thay đổi cách gởi lệnh điều khiển công suất đến trạm di động Hình 4.3 Mô hình chung DSSPC điều khiển công suất đường lên Trạm gốc chịu trách nhiệm để đo SIR nhận phần phép đo yêu cầu thiết lập thông số dự trữ công suất đích SIR Các phép đo thực sau máy thu phân tập RAKE, nơi kết nối nhiều nhánh khác tín hiệu nhận Tại khối trạm gốc, giá trị đích giá trị đo SIR so sánh Trạm gốc tính toán giá trị tương ứng cho β α Để xác định lệnh công suất truyền, phát trạm gốc gởi lệnh công suất phát (TPCs) đến trạm di động để tăng, giảm hay giữ công suất truyền không thay đổi Tại trạm di động, lệnh điều khiển công suất tập hợp thành vector mà trạm di động ghi vào phân tích liệu gốc (HDLA) HDLA phân tích vector bit lệnh nhận đưa giá trị thích ứng DSS HDLA đưa đưa thành phần thích ứng DSS dựa thông tin nhận từ trạm gốc dạng luồng bit TPC Cuối cùng, phần tử điều khiển điều chỉnh công suất truyền trạm di động dựa phương trình (1) 4.2.4 Các công thức tính toán • Tỷ số tín hiệu nhiễu (SIR : Signal to Interference Ratio) Theo phương thức song công FDD tín hiệu đường lên tín hiệu đường xuống truyền dải thông phân biệt Mã trải phổ dùng cho tín hiệu đường xuống từ BS mã trực giao mã trải phổ đường lên hay đường xuống từ BS khác mã giả ngẫu nhiên Vì môi trường truyền sóng thông tin di động môi trường đa đường nên sử dụng mã trực giao đường xuống thành phần nhiễu tín hiệu người sử dụng khác BS gây không bị triệt tiêu Tỷ số công suất tín hiệu tạp âm đường lên SIR thuê bao xác định sau : SIR = SF Pr α Iintra + Iinter + PN (4.2) Trong SF hệ số trãi phổ (spreading factor) , Pr công suất thu, α hệ số giảm trực giao (0≤ α ≤1) Iin nhiễu gây tín hiệu BS, Iout nhiễu gây tín hiệu từ BS khác PN công suất nhiệt tạp âm (nhiễu nền) Đối với đường lên, trực giao nên Ġ = Trước nén phổ SIR tính theo phương trình sau : SIR = Pr Iintra + Iinter + PN Sau nén phổ tổng công suất can nhiễu I = Iintra + Iinter +PN , SIR viết lại sau : SIR = SF Pr Io.Bw với : I = Io Bw hay SIR = SF (dB) +Pr (dB) – Io – 10 lg(Bw) (dB) (4.3) • Hệ số trải phổ SF = 3,84 Rt hay SF = 10lg 3,84 Rt (dB) (4.4) Trong : Rt tốc độ liệu (Mbps) • Khuếch đại công suất di động Pma = Pme - Lm - Gm ( dBm ) Pma : công suất khuếch đại công suất di động (dBm) (4.5) Pme : ERP từ anten phát MS (dBm) Lm : suy hao cáp đầu khuếch đại công suất đầu vào anten MS (dB) Gm : tăng ích anten phát MS (dBm) • Công suất thu BS người sử dụng Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt (dBm) (4.6) Pr : công suất kênh lưu lượng thu BS phục vụ từ MS (dBm) Lp : tổn hao truyền sóng trung bình MS BS (dB) Al : suy hao pha dinh chuẩn lg (dB) Gt : tăng ích anten thu BS (dB) Lt : tổn hao conector cáp thu BTS (dB) • Mật độ công suất MS khác BTS phục vụ Iutr = Pr + 10 lg(Nt - 1) + 10 lgCa – 10 lgBw (dBm/Hz) (4.7) Iutr : mật độ nhiễu giao thoa từ MS khác BTS phục vụ (dBm/Hz) Ca : hệ số tích cực thoại kênh lưu lượng (0,4 ÷ 0,6) Nt : số kênh lưu lượng cell xét Bw : độ rộng băng tần (Hz) • Mật độ nhiễu giao thoa từ trạm di động BTS khác Ictr = Iutr + 10 lg(1/ fr -1 ) (dBm/Hz) (4.8) Ictr : mật độ nhiễu giao thoa từ MS BS khác (dBm/Hz) fr : hệ số tái sử dụng tần số (0,6) • Mật độ nhiễu giao thoa từ MS khác BS phục vụ từ BS khác Itr = 10 lg (10 0,1 Iutr + 10 0,1 Ictr ) (dBm/Hz) (4.9) Itr : mật độ nhiễu giao thoa từ MS khác đến BS phục vụ từ BS khác (dBm/Hz) • Mật độ tạp âm nhiệt N0 = 10 lg (290 * 1,38 10 -23) + Nf + 30 (dBm/Hz) Trong : No : mật độ tạp âm nhiệt nhiệt độ tham khảo 290 oK Nf : hệ số tạp âm máy thu BTS (dB) (4.10) • Mật độ phổ công suất nhiễu I0 = 10 lg ( 10 0,1 Itr + 10 0,1 N0 ) (dBm/Hz) (4.11) 4.3 Phương pháp điều khiển công suất phân tán (DPC) 4.3.1 Mục dích phương pháp DPC Trong thông tin di động hệ có nhiều vấn đề ảnh hưởng tới chất lượng người dùng có nhiễu đa truy nhập (MAI: Multiple access interference) nên môt kỷ thuật hiệu đư ợc sử dụng để giảm MAI điều khiển công suất Thuật toán điều khiển công suất phân thành điều khiển phân tán tập trung Nhiều nghiên cứu kỹ thuật phân tán tập trung điều khiển công suất tập trung chịu ảnh hưởng lớn điều khiển liệu phải chịu tình trạng mạng không bảo vệ Trong kỹ thuật điều khiển công suất phân tán (DPC), trạm sử dụng công suất truyền thời Kỹ thuật phân tán đơn giản sử dụng thông tin kỹ thuật tập trung Kỹ thuật phân tán yêu cầu đo nhiễu đường truyền trạm tiếp tục truyền đến máy di động tương ứng Tuy nhiên kỹ thuật phân tán cần nhiều thời gian để tối thiểu hoá mức SIR Kỹ thuật điều khiển công suất sử dụng theo dạng tập trung yêu cầu thông tin cường độ tín hiệu tất kết nối vô tuyến hoạt động mà không ý khả điều chỉnh công suất truyền Phương pháp gia tăng phức tạp mạng thông tin chi tiết mạng di động nhiều ô liên quan yêu cầu kênh vô tuyến tập trung không sẵn sàng thời gian thực Còn kỹ thuật điều khiển công suất phân tán không yêu cầu thông tin trạng thái tập trung tất kênh riêng lẻ Thay vào đó, thích nghi mức công suất nhờ sử dụng phép đo vô tuyến cục bộ, ý tới thay đổi chất lượng dịch vụ động thời giải hiệu ứng tồn hệ thống tế bào Tuy nhiên, phương pháp không xét đến liên quan kết nối cho QoS kết nối hữu Trong hệ thống, mong muốn công suất truyền giảm đến mức tối ưu trì chất lượng thông tin yêu cầu, đặc biệt kết cuối di động công suất truyền cung cấp pin DPC thuật toán điều khiển công suất phân tán sử dụng thông tin SIR sử dụng kỹ thuật lặp để điều khiển công suất truyền Thuật toán có khả đạt mức SIR yêu cầu tối ưu hoá hoạt động mạng 4.3.2 Mô hình hệ thống Mô hình hệ thống sử dụng điều khiển công suất đường lên Giả thiết trạm di động (M), J thuê bao di động hệ thống Tại trạm M, tỷ số tín hiệu nhiễu nhận thuê bao thứ i :  S   Eb.Ri   i =  i =  I   No.W  GMi.Pi J ∑G pj + ηM Mj = γi (4.12) j ≠i Trong Eb lượng bit thông tin No mật độ phổ công suất tạp âm Công suất truyền thuê bao thứ i pi giới hạn mức công suất cực đại : Pi≤ Pimax với ≤i≤j (4.13) Ri tốc độ liệu thuê bao thứ i, GMi độ lợi đường truyền thuê bao thứ i trạm M Giá trị GMi giả thiết Việc giả thiết hợp lý thuật toán điều khiển công suất hội tụ khoảng thời gian ngắn W độ rộng băng tần trải phổ, (M nhiễu Do vậy, việc yếu điều khiển công suất tìm vector công suất dương p = (p1, p2 pJ) thoả mãn thoả mãn : γi ≥ γT ≤ i≤ J (4.14) Trong (T mức SIR tối thiểu yêu cầu xác định dịch vụ hay môi trường BER 4.3.3 Mô hình thuật toán Mỗi thuê bao điều khiển công suất truyền giới hạn cực đại dựa thông tin mức công suất phép đo SIR Thuật toán DPC điều khiển mức SIR tất thuê bao để đạt SIR yêu cầu Thuật toán điều khiển công suất phân tán sử dụng tham số thay đổi từ thuật toán truyền thống để cải thiện hiệu Hàm công suất vấn đề cần thiết để đạt mức SIR tối thiểu Nếu SIR thuê bao mức cực tiểu suốt thời gian điều khiển công suất kết nối thuê bao trạm gốc bị cắt Do vậy, tốc độ hội tụ liên quan đến dung lượng hệ thống Thuật toán mô tả sau : pi(0) = p pi(n+1) (dBm) = ek (γT - γi(n)) + pi(n) (dBm) (4.15) Trong k tham số dương theo kinh nghiệm chọn k = 0,1 tốt cho cho hầu hết hệ thống, k lớn tốc độ hội tụ chậm, k nhỏ SIR dao động Chúng ta đạt tốc độ hội tụ nhanh cách tối ưu hoá k p i(0) công suất truyền ban đầu thuê bao, pi(n+1) công suất truyền thuê bao thứ i vòng lặp thứ n, γi(n) SIR thuê bao thứ i vòng lặp thứ n Theo kết thực nghiệm n chọn khoảng 10-20 tối ưu Có trường hợp sau : Trường hợp : γi(n) < γT pi(n+1) < pi(n) (4.16) Trường hợp γi(n) > γT pi(n+1) > pi(n) (.417) Trường hợp : γi(n) = γT pi(n+1) = pi(n) (4.18) Mục đích thuật toán tăng hay giảm công suất truyền thuê bao liên quan SIRi nhận trạm M Bằng cách điều chỉnh thông số k hàm điều khiển công suất, hệ thống thoả mãn yêu cầu vận hành khác Kết mô thể khả ổn định hệ thống cao phương pháp điều khiển công suất truyền thống Bắt đầu Nhập số thuê bao j Nhập thông số chương trình i =1 Tính Poi j=0 pi(0) = Poi Sai j n -1 i = i+1 Đúng Công suất điều khiển: i J pi(j +1) = ek (γ T - γ i(j)) + pi(j ) Sai j = j +1 Kết thúc Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC Đúng 4.4 Kết luận chương Trong chương tìm hiểu hai phương pháp điều khiển công suất hệ thống thông tin di động WCDMA phương pháp điều khiển công suất bước động DSSPC phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC Đối với phương pháp điều khiển công suất theo bước động điều khiển công suất hướng lên thông minh sử dụng phương pháp điều khiển công suất nhiều mức lệnh điều khiển công suất TCP để đáp ứng yêu cầu dịch vụ Bước động bù cho chậm chạp phương pháp điều khiển công suất cố định cần bù nhanh công suất truyền cửa sổ chấp nhận cân ổn định hệ thống Còn với phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC dùng thông tin tỉ số SIR tỉ số điều khiển cho phù hợp với đường truyền nên tỉ số SIR ổn định so với phương pháp điều khiển công khác Cả hai phương pháp sử dụng có hiệu cao thông tin di động WCDMA [...]... tải trong báo hiệu mạng thấp hơn và trong chuyển giao mềm, thì không có suy hao dữ liệu do truyền dẫn bị ngắt như trong chuyển giao cứng Ngoài điều khiển di động, còn có một lý do khác để thực hiện chuyển giao mềm trong WCDMA, cùng với điều khiển công suất, chuyển giao mềm cũng được sử dụng như là một cơ cấu giảm nhiễu Trong hình (a), chỉ sử dụng điều khiển công suất, trong hình (b) sử dụng cả điều khiển. .. khác nhau của họ • Giao di n Cu Giao di n Cu là giao di n chuẩn cho các card thông minh Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE • Giao di n Uu Giao di n Uu là giao di n vô tuyến của WCDMA trong UMTS Đây là giao di n mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao di n này nằm giữa nút B và đầu cuối • Giao di n Iu Giao di n Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói,... BS và được định tuyến đến bộ điều khiển vô tuyến cho sự kết hợp lựa chọn Trog trường hợp chuyển giao mềm hơn một máy di động được điều khiển bởi ít nhất hai sector trong cùng một BS, RNC không quan tâm và chỉ có một vòng điều khiển công suất hoạt động Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trong một tần số sóng mang nên nó là quá trình chuyển giao trong cùng tần số • Nguyên lý chuyển. .. sở kiến trúc hệ thống WCDMA R3, R4, R5 Qua đó chúng ta đã thấy được sự khác nhau giữa các kiến trúc WCDMA, kiến trúc sau này được xây dựng một cách hiệu quả và hiệu quả hơn Chương 2: Kỹ thuật chuyển giao trong thông tin di động WCDMA 2.1 Giới thiệu kỷ thuật chuyển giao trong WCDMA Các mạng di động cho phép người dùng có thể sử dụng dịch vụ mạng trong khi di chuyển trên ô tô, trong xe buyt lúc đó chắc... được và thông thường ở trong khoảng từ 1 dến 3 tín hiệu 2.2 Các kiểu chuyển giao trong WCDMA Có bốn loại chuyển giao trong hệ thống WCDMA đó là: 2.2.1 Chuyển giao cứng Là thủ tục chuyển giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến củ của một máy di động được giải phóng trước khi các liên kết vô tuyến mới được thiết lập Nó không phù hợp với dịch vụ thời gian thực Chuyển giao cứng di n ra như là chuyển giao. .. liên kết và mức nhiễu, người sử dụng đôi khi còn yêu cầu thay đổi trạm gốc phục vụ Quá trình này được gọi là chuyển giao Chuyển giao là một phần cần thiết cho việc xử lý sự di động của người sử dụng đầu cuối Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển từ qua ranh giới các ô tế bào Trong thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai thì kỷ thuật chuyển giao đang... khiển công suất và chuyển giao mềm Hình 2.9 Sự suy giảm nhiễu do có chuyển giao mềm trong UL Giả sử rằng MS di chuyển từ BS 1 đến BS2 Tại vị trí hiện tại tín hiệu pilot nhận được từ BS2 đã mạnh hơn từ BS1 Điều này có nghĩa là BS2 “tốt hơn” BS1 Trong hình (a) vòng điều khiển công suất tăng năng lượng phát đến MS để đảm bảo QoS trên đường lên khi MS di chuyển ra xa khỏi BS phục vụ của nó, BS 1 Trong. .. tập vĩ mô và sự tiêu tốn tài nguyên tăng thêm Hình 2.6 Nguyên lý của chuyển giao mềm • Các thuật toán của chuyển giao mềm Hình 2.7 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A  Ec/I0 pilot vượt quá T_ADD, MS gửi thông điệp đo cường độ pilot (PSMM) và truyền tín hiệu pilot đến tập hợp ứng cử  BS gửi một thông điệp điểu khiển chuyển giao (HDM)  MS chuyển tín hiệu pilot đến tập hợp tích cực và gửi thông điệp... chuyển giao đang còn đơn giản, nhưng trogn hệ thông thông tin di động thế hệ ba thì kỷ thuật chuyển giao là chuyển giao mềm 2.1.1 Mục đích của chuyển giao Nguyên nhân của việc khởi đầu của một tiến trình chuyển giao là do chất lượng đường truyền, sự thay đổi dịch vụ, sự thay đổi tốc độ, do lưu lương hoặc do cự điều hành và bảo dưỡng Các mục đích của chuyển giao có thể tóm tắt như sau: • Đảm bảo tính... trong cùng tần số • Nguyên lý chuyển giao mềm Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống Đối với chuyển giao cứng, một quyết định xác định là có thực hiện chuyển giao hay không và máy di động chỉ giao tiếp với một BS tại một thời điểm Đối với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được tạo ra là có thực hiện chuyên giao hay không Tuỳ thuộc vào sự thay đổi cường độ tín hiệu ... việc đo đạc di n tần số khác Chương 3: Kỹ thuật điều khiển công suất thông tin di động WCDMA 3.1 Giới thiệu kỷ thuật điều khiển công suất Trong hệ thống thông tin di động WCDMA, máy di động phát... NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CHUYỂN GIAOVÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA HỒ CÔNG LUÂN 46K ĐT-VT TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT... SIRđích cho điều khiển công suất vòng Hình (3.5) cho thấy hoạt động điều khiển công suất đường lên kênh fading tốc độ chuyển động thấp MS Các lệnh điều khiển công suất điều khiển công suất MS tỷ