MỤC LỤC Chương KỸ THUẬT CHUYỂN GIAO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA 1.1.Giới thiệu chương 1.2.Kỹ thuật chuyển giao 1.2.1.Sự cần thiết việc chuyển giao hệ thống thông tin di động 1.2.2.Tiêu chuẩn thực chuyển giao 1.2.3.Trình tự chuyển giao 1.2.4.Các loại chuyển giao hệ thống WCDMA 1.2.4.1.Chuyển giao hệ thống (Intra-system Handover) 1.2.4.2.Chuyển giao hệ thống (Inter-System Handover) 1.2.4.3.Chuyển giao cứng (HHO: Hard Handover) 1.2.4.4.Chuyển giao mềm (Soft HO) mềm (Softer HO) 1.3.Kỹ thuật chuyển giao mềm 10 1.3.1.Nguyên lý chuyển giao mềm 10 1.3.2.Đặc điểm chuyển giao mềm 11 1.4.Điều khiển công suất hệ thống WCDMA 13 1.4.1.Ý nghĩa việc điều khiển công suất 13 1.4.2.Phân loại điều khiển công suất 15 1.4.2.1.Điều khiển công suất cho đường xuống đường lên 15 1.4.2.2.Điều khiển công suất phân tán tập trung 15 1.4.2.3.Điều khiển công suất vòng hở, điều khiển công suất vòng kín, điều khiển công suất vòng 15 1.4.3.Phân phối công suất đường xuống 18 1.5.Kết luận chương 19 Chương ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC ĐỘNG DSSPC VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHÂN TÁN DPC 2.1 Giới thiệu chương 20 2.2.Một số lý thuyết sử dụng thuật toán 20 2.2.1.Hệ số tái sử dụng tần số (Frequency Reuse Factor) 20 2.2.2.Nhiễu đồng kênh 22 i 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 sử dụng kênh 28 2.3.Thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC 28 2.3.1.Tổng quan 28 2.3.2.Thuật toán điều khiển công suất bước động DSSPC 29 2.3.2.1 Khái niệm lợi ích độ dự trữ công suất (cửa sổ công suất) 30 2.3.2.2.Sự hoạt động mạng 31 2.3.2.4.Sự hoạt động UE 32 2.4 Phương pháp điều khiển công suất phân tán ( DPC) 35 2.4.1 Mô hình hệ thống 35 2.4.3 Thuật toán điều khiển công suất phân tán ( DPC ) 35 2.5.Kết luận chương 36 Chương LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ TÍNH TOÁN 3.1.Giới thiệu chương 37 3.2.Tổng quan 37 3.3.Quỹ đường truyền vô tuyến hướng lên hệ thống WCDMA 37 3.4 Điều khiển công suất theo bước động DSSPC điều khiển công suất phân tán DPC hệ thống WCDMA 40 3.4.1.Thông số đầu vào 41 3.4.2.Các công thức tính toán 42 3.4.3 Điều khiển công suất theo bước động DSSPC 43 3.4.3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển 43 3.4.3.2 Kết tính toán 45 3.5.3 Điều khiển công suất phân tán DPC 48 3.5.3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển 48 3.5.3.2 Kết tính toán 50 3.6 Kết luận 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 531 ii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT  A AWGN AMPS Additive White Gaussian Noise - Nhiễu Gauss trắng cộng Advance Mobile Phone System - Hệ thống điện thoại di động tiên tiến B BER BPSK BCCH BCH BS BSC BTS Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit Binary Phase Shift Keying - Khóa dịch pha nhị phân Broadcast Control Channel - Kênh quảng bá điều khiển Broadcast Channel - Kênh quảng bá Base Station - Trạm gốc Base Station Controller - Bộ điều khiển trạm gốc 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 thị trạng thái cho CPCH C/I Carrier to Interference Ratio - Tỷ số sóng mang nhiễu CD/CA-ICH Collision Detection/Channel Assignment- Indication Channel Kênh thị phát tranh chấp/ ấn định kênh D DCCH DPCCH DPCH DPC DPDCH DL DTCH DSCH Dedicated Control Channel - Kênh điều khiển dành riêng Dedicated Physical Control Channel - Kênh điều khiển vật lý riêng Dedicated Physical Channel - Kênh vật lý riêng Distributed Power Control - Điều khiển công suất phân tán Dedicated Physical Data Channel - Kênh số liệu vật lý riêng Down Link - Đường xuống Dedicated Traffic Channel - Kênh lưu lượng riêng Downlink Share Channel - Kênh dùng chung đường xuống iii DSSPC DSSS E EDGE EIR F FACH FCCCH FHSS FDD FDMA FDCCH FOMA G GOS GSM GPRS H HSCSD Dynamic Step-Size Power Control Điều khiển công suất theo bước động Direct Sequence Spread Spectrum - Trải phổ chuỗi trực tiếp Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ bit tăng cường sử dụng cho nhánh tiến hoá GSM Equipment Indentification Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị Forward Access Channel - Kênh truy nhập đường xuống Forward Common Control Channel Kênh điều khiển chung đường xuống Frequency Hopping Spread Spectrum - Trải phổ nhảy tần Frequency Division Duplexing Ghép kênh song công phân chia theo tần số Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo tần số Forward Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng đường xuống Freedom of Mobile Multimedia Access- Truy nhập đa phương tiện tự Grade Of Service - Cấp độ phục vụ Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung High Speed Circuit Switch Data Kỹ thuật truyền 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 CDMA Bắc Mỹ ISI Intersymbol Interference - Nhiễu xuyên ký tự iv L LA LOS M ME MS MSC MAC N NAS O OFDM OPC P PCCH PDCP PN PS PLMN PSTN Location Area - Khu vực định vị Line of Sight - Tuyến truyền dẫn thẳng Mobile Equipment - Thiết bị di động Mobile Station - Trạm di động Mobile Switch Center - Trung tâm chuyển mạch di động Medium Access Control - Điều khiển truy nhập môi trường Non Access Statum - Tầng không truy nhập Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Open-loop Power Control - Điều khiển công suất vòng hở Paging Control Channel - Kênh điều khiển tìm gọi Packet Data Convergence Protocol - Giao thức hội tụ số liệu gói Pseudo Noise - Nhiễu giả ngẫu nhiên Packet Switch - Chuyển mạch gói Public Land Mobile Network - Mạng di động công cộng mặt đất Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng Q QAM QoS (Q)PSK Quadrature Amplitude Modulation- Điều biên cầu phương Quality of Service - Chất lượng dịch vụ (Quadrature) Phase-Shift Keying - Khóa dịch pha (vuông góc) R RACH RRM RNC RLB RLC Random Access Channel - Kênh truy cập ngẫu nhiên Radio Resource Management - Quản lý tài nguyên vô tuyến Radio Network Control - Bộ điều khiển mạng vô tuyến Radio Link Budgets - Quỹ lượng đường truyền vô tuyến Radio Link Control - Điều khiển kết nối vô tuyến S SNR Signal to Noise Ratio - Tỷ lệ tín hiệu nhiễu v SCH SDCCH Synchronization Channel - Kênh đồng Stand alone Dedicated Control Channel - Kênh điều khiển dành riêng T TDMA TDD THSS Time Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo thời gian Time Division Duplexing - Ghép song công phân chia thời gian Time Hopping Spread Spectrum - Trải phổ nhảy thời gian U UTRAN UL Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến toàn cầu Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Uplink - Đường lên V VLR Visitor Location Register - Bộ định vị tạm trú UMTS W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng vi LỜI MỞ ĐẦU  Ngày thông tin di động đóng góp vai trò vô to lớn sống Các loại hình dịch vụ viễn thông phát triển đa dạng, chất lượng nâng cao cách rõ rệt đáp ứng nhu cầu ngày cao người Sở dĩ có thành phát triển không ngừng công nghệ viễn thông giới, có công nghệ băng rộng WCDMA Hệ thống WCDMA đời làm cho viễn thông giới bước sang kỷ nguyên Hiện nay, Việt Nam nhà cung cấp dịch vụ viễn thông bước triển khai đưa vào sử dụng hệ thống thông tin di động thứ ba này, nhằm mang lại dịch vụ tốt cho người sử dụng Một khâu quan trọng hệ thống thông tin di động nói chung hệ thống WCDMA nói riêng Vấn đề chuyển giao điều khiển công suất nhằm hạn chế ảnh hưởng Hiệu ứng gần - xa đến chất lượng thoại, tăng dung lượng hệ thống, khả chống lại fading,… em chọn đề tài tiểu luận Nghiên cứu K u ng h hu uất phát từ tầm quan trọng nên chu n gi Đi u hi n c ng h ng WCDMA Tiểu luận chia làm chương: Chương 1:“Kỹ thuật chuyển giao điều khiển công suất hệ thống WCDMA” Trong chương tập trung sâu vào tìm hiểu ý nghĩa, nguyên lý cách phân loại chuyển giao điều khiển công suất WCDMA Chương 2: Điều khiển công suất theo bước động DSSPC điều khiển công suất phân tán DPC Do chương giới thiệu lưu đồ thuật toán nguyên lý hai phương pháp Chương 3: Tính toán đưa kết Đây chương quan trọng tiểu luận Nội dung chương kiểm chứng lại lý thuyết hai thuật toán điều khiển công suất DSSPC DPC Việc tính toán vẽ đồ thị theo bước lặp giúp cho chương trình điều khiển hoạt động theo bước động, đồ thị vẽ liền nét liên tục, giá trị điều khiển (SIR, Pdk) điều chỉnh liên tục đến đạt giá trị tối ưu, thông số điều khiển mặc định mà người điều khiển thiết lập lại cho phù hợp với hệ thống vii Kỹ thuật chuyển giao điều khiển công suất WCDMA Chương Chương KỸ THUẬT CHUYỂN GIAO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA 1.1 Giới hi u Ở chương tập trung tìm hiểu kỹ thuật chuyển giao, đặc biệt chuyển giao mềm phương pháp điều khiển công suất hệ thống WCDMA Bởi kỹ thuật chuyển giao điều khiển công suất vấn đề quan trọng nhằm đảm bảo cho dịch vụ vô tuyến, giữ vững chất lượng QoS yêu cầu, hạn chế nhiễu giao thoa Nội dung chương đề cập đến mục đích, tiêu chuẩn, trình tự loại chuyển giao, đồng thời phân tích ý nghĩa việc điều khiển công suất phương pháp hệ thống WCDMA 1.2 K hu chu n gi 1.2.1 Sự cần hiế củ vi c chu n gi ng h h ng h ng in di động Hệ thống thông tin di động WCDMA hệ thống sử dụng trải phổ trực tiếp Cấu trúc mạng gồm tập hợp cell có hình lục giác liên kết với tạo thành mạng tổ ong Trong cell có BS đặt trung tâm cell, đảm bảo việc phủ sóng cho UE cell Do đặc điểm UE thông tin di động luôn di chuyển, UE gần trạm gốc chất lượng tín hiệu tốt, UE di chuyển gần biên cell chất lượng thoại giảm xuống thoại bị ngắt Do đó, cần phải có kỹ thuật để chuyển thoại UE vừa rời khỏi cell cũ sang cell để đảm bảo tính liên tục thoại Kỹ thuật gọi chuyển giao Do đặc tính động UE nên thấy chuyển giao vấn đề quan trọng hệ thống thông tin di động tổ ong Việc thực chuyển giao tốt xác suất rớt gọi biên cell thấp, có nghĩa chất lượng thoại cao Nếu UE rời khỏi vùng phủ sóng cell mà không chuyển giao tốt xác suất rớt gọi lớn, điều ảnh hưởng đến chất lượng thông tin Chương Kỹ thuật chuyển giao điều khiển công suất WCDMA Tuy nhiên, chuyển giao UE di chuyển vùng biên cell, tức chuyển giao mục đích để thoại liên tục (chuyển giao giải cứu) có loại chuyển giao cho mục đích sau:  Loại chuyển giao tín hiệu yếu, mà mục đích để cải thiện chung nhiễu UE tối thiểu hóa công suất phát thuộc cell có suy hao đường truyền tối thiểu với Nếu UE tối thiểu hóa công suất phát mức nhiễu chung tối thiểu Nếu hệ thống khởi động chuyển giao tối ưu hóa nhiễu, chuyển giao kiêng kị nhiễu (Confinement Handover) Sự chuyển giao làm cho UE hoạt động thông tin vùng tối ưu theo quan điểm phòng vệ nhiễu, tín hiệu trước chuyển giao đủ mạnh Vì thế, chuyển giao thực điều kiện biết rõ chất lượng truyền dẫn tốt sau chuyển giao  Loại chuyển giao khác chuyển giao lưu thông (Traffic Handover) Do điều kiện mà dung lượng cell tăng đột ngột, tắc nghẽn xảy Để giải vấn đề này, người ta chuyển giao sang cell kế cận thường vùng biên cell trùng lên cách đáng kể 1.2.2 Tiêu chuẩn hi hực hi n chu n gi Tiêu chuẩn chuyển giao phụ thuộc vào loại chuyển giao, vào cell dự định chuyển giao đến kết chuyển giao 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 trình thông tin UE BS thông tin chất lượng truyền dẫn, mức tín hiệu UE đo lường liên tục cách định kỳ Sau đó, dựa vào yếu tố đưa dự đoán suy hao đường truyền UE truyền số liệu đo lường BS đến hai lần giây Đối với chuyển giao kiêng kị nhiễu, tiêu chuẩn kết so sánh chất lượng truyền dẫn với cell kế cận Thường đo suy hao truyền dẫn UE BS đường xuống mà Kỹ thuật chuyển giao điều khiển công suất WCDMA Chương Còn chuyển giao lưu thông, tiêu chuẩn tải lưu lượng BS MSC BSC biết 1.2.3 T ình ự củ chu n gi Trình tự chuyển giao gồm ba giai đoạn chính:  Giai đoạn đánh giá  Giai đoạn định  Giai đoạn thực thi Nhiệm vụ ba giai đoạn trình chuyển giao minh họa qua hình vẽ 1.1 Hình 1.1 Các trình tự chuyển giao  Đo lường nhiệm vụ quan trọng trình chuyển giao vì:  Mức tín hiệu đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi lớn tùy thuộc vào fading tổn hao đường truyền Những thay đổi phụ thuộc vào môi trường cell tốc độ di chuyển thuê bao  Số lượng báo cáo đo lường nhiều làm ảnh hưởng đến tải hệ thống Để thực chuyển giao, suốt trình kết nối, UE liên tục đo cường độ tín hiệu cell lân cận thông báo kết tới mạng, tới RNC  Pha định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể QoS kết nối, so sánh với thuộc tính QoS yêu cầu ước lượng từ cell lân cận Tùy theo kết so sánh mà ta định thực hay không thực chuyển giao RNC kiểm tra giá trị báo cáo đo đạc để kích hoạt đồng điều Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương Mục khảo sát quỹ đường truyền hướng lên cho dịch vụ UMTS: dịch vụ thoại 12.2 kbit/s sử dụng codec tiếng ARM (thuê bao xe ô tô tốc độ 120km/h có chuyển giao mềm); dịch vụ số liệu thời gian thực 144kbit/s (thuê bao nhà có tốc độ 3km/h, phủ sóng BS trời, có chuyển giao mềm); dịch vụ số liệu phi thời gian thực 384kbit/s (thuê bao trời có tốc độ 3km/h chuyển giao mềm) Các tham số quỹ đường truyền cung cấp bảng Giá trị tham số cho [2] Th ng Công thức 12.2kbit/s 144kbit/s 384kbit/s Công suất phát cực đại (dBm) a 21 24 24 Hệ số khuyếch đại anten MS (dBi) b 2 Tổn hao thể (dB) c 0 d=a+b-c 18 26 26 Mật độ phổ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) e -174 -174 -174 Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) f 5 g=e+f -169 -169 -169 h = g + 10lg(3840000) -103.2 -103.2 -103.2 k 3 i=h+k -100.2 -100.2 -100.2 j= 10lg(3840/Rt) 25 14.3 10 l 1.5 m= l–j+i -120.2 -113 -109.2 Hệ số khuếch đại anten trạm gốc (dB) n 18 18 18 Tổn hao cáp BS (dB) o 2 Dự trữ fading nhanh p 4 q = d – m + n –o - p 154.2 151 147.2 Dự trữ fading log chuẩn (dB) r 7.3 4.2 7.3 Độ lợi chuyển giao mềm (dB) s Tổn hao nhà t 15 u = q –r + s - t 141.9 133.8 139.9 Máy phát MS EIRP (dBm) Má hu ạm g c BS Mật độ phổ tạp âm máy thu (dBm/Hz) Công suất tạp âm máy thu (dBm) Dự trữ nhiễu (dB) Tổng tạp âm hiệu dụng cộng nhiễu (dBm) Độ lợi xử lý (dB) yêu cầu (dB) Độ nhạy máy thu (dBm) Các phần hác Tổn hao đường truyền cực đại (dB) Tổn hao truyền sóng cho phép vùng phủ cell (dB) Bảng 3.1 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ UMTS Từ bảng rút nhận xét sau: 39 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương ▪ Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2kbit/s ARM dự trữ fading nhanh tốc độ 120km/h điều khiển công suất không bù fading Thông thường tốc độ thấp UE yếu tố để giới hạn dự trữ fading nhanh ▪ yêu cầu phụ thuộc vào tốc độ bit, dịch vụ, đặc điểm tuyến đa đường truyền, tốc độ máy di động, thuật toán thu cấu trúc anten trạm BS Đối với UE có tốc độ thấp yêu cầu thấp ▪ Công suất phát UE trường hợp tốc độ bit lớn cao so với tốc độ bit bé ▪ Độ lợi xử lý trường hợp khác Tốc độ bit thấp độ lợi xử lý cao ngược lại Dưới giao diện quỹ đường truyền vô tuyến hướng lên cho tốc độ bit 12.2 kbit/s với tham số mặc định sẵn Hình 3.3 Quỹ đường truyền vô tuyến hướng lên ứng với tốc độ 12.2 kbit/s Ngoài tham số mặc định sẵn người dùng tự tạo cho thông số tùy ý cách kích hoạt phím nhập Việc nhập phải nằm khoảng giá trị cho phép nhằm đảm bảo tính hợp lý cho chương trình 3.4 Mô hình tính toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC điều khiển công suất phân tán DPC hệ thống WCDMA 40 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương 3.4.1 Th ng đầu + Nhập số lượng UE có kết nối với trạm gốc phục vụ: NUE ( < NUE < 8) + Khởi tạo ngẫu nhiên vectơ (P1, P2, …, PNUE)  Pmax công suất ban đầu NUE UE + Nhập tốc độ liệu UE + Nhập thông số máy phát UE + Nhập thông số máy thu trạm gốc BS Các thông số đầu vào người dùng nhập form Nhập số liệu trước thực điều khiển công suất hệ thống Trong chương trình có hỗ trợ ba liệu hệ thống WCDMA tham khảo tương ứng với ba tốc độ liệu khác UE: 12.2 kbit/s, 144kbit/s, 384kbit/s Dưới giao diện form nhập số liệu chương trình Hình 3.6 Giao diện form nhập số liệu để thực việc điều khiển công suất Trong hình 3.6 trên, thông số đầu vào mặc định sẵn cho tốc độ 144kbit/s số lượng UE kết nối đồng thời với trạm gốc cell Cũng giống toán quỹ đường truyền hướng lên, form nhập số liệu cho phép người dùng tự điều chỉnh thông số điều khiển Và thông số nằm khoảng giá trị cho phép buộc người dùng phải 41 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương thiết lập khoảng Khi người dùng nhập thông số không khoảng giá trị giới hạn yêu cầu nhập lại thông số 3.4.2 Các c ng hức ính án  Khuếch đại c ng u ng chương trình [2] di động Pma = Pme - Lm + Gm [dBm] (3.1) Trong đó: Pma : Công suất khuếch đại công suất di động [dBm] Pme : EIRP từ anten phát UE [dBm] Lm : Suy hao cáp đầu khuếch đại công suất đầu vào anten UE [dB] Gm : Tăng ích anten phát UE [dBm]  C ng u hu BS ên người dụng Pr = Pme - Lp - Al + Gt - Lt [dBm] (3.2) Trong đó: Pr : Công suất kênh lưu lượng thu BS phục vụ từ UE [dBm] Lp : Tổn hao truyền sóng trung bình UE BS [dB] Al : Suy hao fading chuẩn loga [dB] Gt : Tăng ích anten thu BS [dB] Lt : Tổn hao conector cáp thu BS [dB]  M độ c ng u củ UE hác BS phục vụ Iutr = Pr + 10*lg(Nt - 1) + 10*lgCa – 10*lgBw [ dBm/Hz ] (3.3) Trong đó: Iutr : Mật độ nhiễu giao thoa từ UE khác BS 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]  M độ nhiễu gi h Ictr = Iutr + 10*lg(1/ fr -1 ) ạm di động BTS hác [dBm/Hz] (3.4) Trong đó: Ictr : Mật độ nhiễu giao thoa từ UE BS khác [dBm/Hz] fr : Hệ số tái sử dụng tần số (0,6)  M độ nhiễu gi h UE hác ại BS đ ng phục vụ BS khác Itr = 10 *lg (10 0,1* Iutr + 10 0,1* Ictr ) [dBm/Hz] (3.5) 42 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương Trong đó: Itr : Mật độ nhiễu giao thoa từ UE khác đến BS phục vụ từ BS khác [dBm/Hz]  M độ ạp âm nhi N0 = 10* lg (290 * 1,38 10 -23) + Nf + 30 [dBm/Hz] (3.6) Trong đó: N0 : Mật độ tạp âm nhiệt nhiệt độ tham khảo 290 oK Nf : Hệ số tạp âm máy thu BS [dB]  M độ phổ c ng u nhiễu I0 = 10*lg ( 10 0,1* Itr + 10 0,1* N0 ) [dBm/Hz] (3.7)  Tính SIR SIR  SF Pr Io.Bw (3.8) với: I = I0 * Bw hay SIR = SF (dB) +Pr (dBm) – Io – 10*lg(Bw) [dB] 3.4.3 Tính toán u hi n c ng u 3.4.3.1 Lưu đồ hu he bước động DSSPC án u hi n Lưu đồ thuật toán điều khiển (hình 3.8) với thông số giả thiết khởi tạo ban đầu là:  SIRmax = 33 dB  SIRopt_max = 27 dB  SIRopt_min = 19 dB  SIRmin = dB  alpha(  ) = 0.5  petamax(βmax) =2  petamin(βmin) =  gamma (  ) =   số bước lặp điều khiển số lần lặp timer1 Các giá trị tham khảo [5] Những thông số thiết lập lại Form Nhập số liệu theo tuỳ chọn người điều khiển hệ thống cần điều khiển Chương trình mô nhận thông số đầu vào, áp dụng công thức tính toán mục (3.4.2) vào lưu đồ thuật toán để điều khiển công suất 43 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương Việc điều khiển theo bước động DSSPC phải đảm bảo theo nguyên tắc sau: Pmin ≤ Pđk ≤ Pmax Dưới lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC Bắt đầu Các thông số * Các thông số: + Pmax, NUE, NL(Nlap) + SIR_max, SIR_min,SIRopt_max, SIRopt_min + (Po1,Po2,…,PoNUE)  Pmax + , max, min lap = i=1 SIR_reali SIR_reali > SIR _max Đúng Lệnh giảm công suất truyền Pdki = Poi - .max Sai SIRopt_max  SIR_reali Đúng Lệnh giảm công suất truyền Pdki = Poi - .min Sai SIRopt_min  SIR_reali Đúng Công suất nhận tối ưu Pdki = Poi Sai SIR_min  SIR_reali Đúng Sai Lệnh tăng công suất truyền Pdki = Poi + .min Lệnh tăng công suất truyền Pdki = Poi + .max Đúng Pmin Poi = Pdki  Pđki  Pmax Sai i= i+1 Sai Đúng i  NUE lap = lap +1 Đúng lap  NL Sai Kết thúc Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán phương pháp DSSPC 44 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương 3.4.3.2 Kế tính toán Hình 3.9 Bảng thông số điều khiển công suất theo DSSPC Đây bảng tính toán thông số trước sau trình điều khiển công suất theo bước động DSSPC  Th ng ước u hi n c ng u + Số lượng UE kết nối đồng thời với trạm gốc phục vụ 5, đánh theo số thứ tự từ UE1 tới UE5 + Công suất phát UE lấy ngẫu nhiên khoảng [-30,18] Công suất Pme dùng công thức (4.1) (4.2) + Giá trị SIR trước điều khiển tính theo công thức mục (4.5.2) + SIRmax = 33 dB, SIRopt_max = 27 dB, SIRopt_min = 19 dB, SIRmin = dB, α = 0.5, βmin = 1, βmax = 2, γ =  Th ng u u hi n c ng u 45 Chương Lưu đồ thuật toán tính toán mô + Có thể thấy giá trị thông số UE5 không thay đổi trước sau điều khiển Sở dĩ giá trị SIR_tính trước điều khiển công suất (cũng giá trị SIR đo đạc thực tế) nằm khoảng SIR_opmin ≤ SIR_tính ≤ SIR_opmax Theo thuật toán DSSPC SIR_tính đạt giá trị tối ưu công suất phát UE giữ nguyên, không thay đổi Đây điều mà BS phục vụ mong muốn nhận + UE2, UE3, UE4 lại có giá trị SIR_tính nhỏ giá trị SIR_opmin Khi đó, BS điều khiển cho UE tăng công suất phát để đạt SIR nằm vùng tối ưu Và SIR đạt giá trị tối ưu công suất phát UE không tăng nữa, giữ mức ổn định Tuy nhiên, việc tăng giá trị công suất đến mức phải thỏa mãn điều kiện cho phép Đó phải đảm bảo nằm khoảng (Pmin, Pmax) + UE1 có giá trị SIR_tính lớn SIR_opmax nên BS phục vụ điều khiển cho UE giảm công suất phát để giảm SIR Khi SIR giảm tới mức để đạt đến giá trị tối ưu công suất phát UE lúc không giảm nữa, mà trì ổn định Và giống trường hợp trên, việc giảm giá trị công suất phải nằm điều kiện (Pmin, Pmax) Hình 3.10 đồ thị biểu diễn giá trị SIR Pdk sau điều khiển theo thuật toán DSSPC phản ánh tương đối xác thông số Trong khoảng thời gian ngắn (cỡ 0.5s) giá trị SIR thăng giáng mạnh, phá vỡ mối quan hệ tỷ lệ SIR Pdk Tuy nhiên, sau đó, SIR Pdk phản ánh quan hệ tỷ lệ thuận công thức (3.8) Các SIR gần với giá trị tối ưu thời gian hội tụ SIR ngắn nhiêu Và SIR nằm vùng hội tụ công suất phát UE dường không thay đổi theo thời gian Ngược lại, UE có SIR_tính nằm xa giá trị tối ưu thời gian để SIR đạt giá trị hội tụ lâu 46 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn SIR Pdk theo phương pháp DSSPC Nh n xé : - Sự biến đổi Pđk (Công suất điều khiển), SIR UE (để tiến vào vùng tối ưu khoảng giá trị (SIRoptmin, SIRoptmax)) bước lặp đồ thị quan hệ tỷ lệ thuận với phản ánh với mối quan hệ tỷ lệ thuận Pr SIR - Khi SIR UE hội tụ vào vùng tối ưu hệ thống đạt trạng thái ổn định tức SIR, Pđk dường không đổi theo thời gian 47 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương 3.5.3 Tính toán u hi n c ng u 3.5.3.1 Lưu đồ hu SIR đích phân án án u hi n [6] thiết lập ban đầu, mô chọn SIRđích = dB tín hiệu thoại, hệ số hội tụ k có tác động trực tiếp đến hội tụ SIR Pđk UE, k lớn tốc độ hội tụ nhanh ngược lại Tuy nhiên k lớn gây dao động hệ thống, theo nhiều lần thực nghiệm nên chọn k = 0.04 hợp lý chương trình tính toán Thuật toán DPC với thông số ban đầu thiết lập sau: + Nhập số lượng UE kết nối đồng thời tới trạm gốc phục vụ cho NUE nằm khoảng giá trị [1,7] + Số lần điều khiển công suất hệ thống mặc định 300 lần Giá trị thay đổi khác tùy theo người dùng + Khởi tạo ngẫu nhiên vecto công suất phát ban đầu có độ dài tương ứng với NUE Tuy nhiên, giá trị công suất phát ngẫu nhiên UE phải thỏa mãn điều kiện: Pmin ≤ Po ≤ Pmax + SIRđích =7 (dB) + Hệ số hội tụ k = 0.04 + Pmin = -50 (dBm) + Pmax = 21 (dBm) + Pdki = Poi + e k*(SIRđích - SIRi) [dBm] [dBm] (3.9) [dBm] Điều kiện: Pmin ≤ Pdk ≤ Pmax Dưới lưu đồ thuật toán phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC hệ thống 48 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương Bắt đầu NUE,Nlap,SIRđích,Pmax Pmin ≤ (Po1,Po2,…,PoNUE)  Pmax lap = i =1 SIRi Pdki = Poi + e k*(SIRđích - SIRi) [dBm] [dBm] [dBm] Pmin  Pdki  Pmax Sai Đúng Poi = Pdki i=i+1 i  NUE Đúng Sai lap = lap + Đúng i  Nlap Sai Kết thúc Hình 3.11 Lưu đồ thuật toán phương pháp DPC 49 Lưu đồ thuật toán tính toán mô Chương 3.5.3.2 Kế tính toán Hình 3.12 Bảng thông số điều khiển công suất theo DPC  Th ng ước u hi n c ng u + Số lượng UE kết nối đồng thời với BS 5, thỏa mãn NUE nằm khoảng [1,7] + Giá trị công suất phát UE lấy ngẫu nhiên khoảng [-50,21] dBm + SIR_tính trước điều khiển công suất tính theo công thức (3.4.2)  Th ng sau u hi n c ng u + Giá trị SIR_tính UE khác hội tụ giá trị SIRđích Vì SIRđích thiết lập dB nên SIR_tính phải tiến tới giá trị tối ưu + Giá trị công suất điều khiển Pdk tiến tới không thay đổi theo thời gian SIR hội tụ giá trị SIRđich 50 Chương Lưu đồ thuật toán tính toán mô Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn SIR Pdk theo phương pháp DPC Nh n xét: - Ở giai đoạn đầu điều khiển SIR biến đổi nhanh tích tắc biến đổi tương ứng Pđk UE chậm nên quan hệ tỷ lệ thuận chúng không phản ánh rõ nét Tuy nhiên giai đoạn sau, SIR hội tụ dần SIRđích Pđk không đổi theo thời gian Pmin ≤ Pđk ≤ Pmax - Đồ thị SIR Pđk phản ánh với thuật toán điều khiển: đồ thị biến thiên dạng hàm số e mũ, với công thức (3.9) - Tốc độ hội tụ SIR Pđk nhanh so với phương pháp DSSPC 3.6 Kế lu n Kỹ thuật điều khiển công suất theo bước động DSSPC dựa tham số tỷ số tín hiệu nhiễu giao thoa SIR để điều khiển công suất truyền cách dùng 51 Chương Lưu đồ thuật toán tính toán mô khái niệm ngưỡng nhiều mức Tốc độ điều chỉnh công suất nhanh Do phương pháp có khả chi phối linh hoạt thay đổi fading tín hiệu truyền Kỹ thuật điều khiển công suất phân tán DPC 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 đồng 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 cần nhiều thời gian để tối ưu hoá mức SIR 52 Phụ lục TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] Đinh Thị Thái Mai, Hệ thống thông tin đại , ĐH Công nghệ Hà Nội [2] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động hệ , Nhà xuất Bưu điện 2001 [3] Harri Holma, Antti Toskala, WCDMA for UMTS- Radio access for third generation mobile communications , John Wiley & Sons Ltd, 2004 [4] Yue Chen, Soft Handover Issues in Radio Resource & Management for 3G WCDMA Networks , Doctor of Thesis [5] Siamak Naghian, Matti Rintamaki, Ramin Baghaie, Dynamic Step-Size power control , Nokia Group, Finland [6] S Zhu, S Dong, Fast convergence distributed power control algorithm for WCDMA systems , IEE Proc Commun., Vol 150, No.2, April 2003 [7] Tham khảo nhiều Website :www.google.com, Wikipedia.org [8] Nhiều tài liệu tham khảo khác 53 [...]... ng h h ng 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 Chu n gi ng cùng h h ng (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... DPC Chương 2 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC ĐỘNG (DSSPC) VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHÂN TÁN (DPC) TRONG HỆ THỐNG WCDMA 2.1 Giới hi u chương Chương này đề cập đến hai thuật toán điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động WCDMA Đó là điều khiển công suất theo bước động và điều khiển công suất phân tán Thuật toán DSSPC (Dynamic Step-Size Power Control) là phương pháp điều khiển công suất hướng... 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 16 Chương 1 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA 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. .. 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 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA Chương 1 Hình 1.11 Sự giảm bớt nhiễu giao thoa bởi chuyển giao mềm ở đường... điều khiển công suất này Điều khiển công suất là một cơ chế cần thiết đối với sự vận hành của hệ thống WCDMA Điều quan trọng trong cơ chế điều khiển công suất chính là làm tối đa hóa tỉ số SIR cực tiểu của các kênh trong hệ thống WCDMA, giải quyết các yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS cho mỗi kênh 28 Chương 2 Điều khiển công suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC Thuật toán điều khiển công suất. .. cụ thể về các kỹ thuật chuyển giao cũng như các phương pháp điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA Chính vì tầm quan trọng của việc điều khiển công suất trong hệ thống WCDMA nên ở chương tiếp theo sẽ đề cập đến hai phương pháp điều khiển công suất và sẽ đi sâu vào tìm hiểu nguyên lý cũng như thuật toán của hai phương pháp này 19 Chương 2 Điều khiển công suất theo bước... của thuật toán điều khiển công suất theo bước động là để cải thiện đặc tính của hệ thống thông tin di động tổ ong UMTS /WCDMA Phương pháp này sử dụng các lệnh điều khiển công suất động, SIR nhận (công suất nhận) và dữ liệu hỗ trợ định vị điện thoại cầm tay Ngoài ra, sự kết hợp giữa điều khiển công suất, điều khiển cho phép và điều khiển chuyển giao nhằm mục đích cải thiện độ hội tụ của phương pháp điều. .. khoảng thời gian ngắn 6 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA Chương 1 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 f1 và f2 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... 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... việc điều khiển công 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 14 Kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong WCDMA Chương 1 1.4.2 Phân l ại đi u hi n c ng u 1.4.2.1 Đi u hi n c ng u ch đường xu ng 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