HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ hệ 3 UMTS

Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS LUẬN VĂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 1.1 Giới thiệu chương Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, để đáp ứng nhu cầu ngày cao dịch vụ hệ thống thông tin di động, dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi nhà khai thác phải đưa hệ thống thơng tin di động Trước bối cảnh hiệp hội viễn thông quốc tế ITU đưa đề án tiêu chuẩn hoá để xây dựng hệ thống thông tin di động hệ ba với với tên gọi IMT- 2000 Đồng thời quan tiêu chuẩn hoá xúc tiến việc xây dựng tiêu chuẩn hố áp dụng cho IMT- 2000 thơng qua dự án 3GPP (Third Generation Partnership Project) Hệ thống thông tin di động hệ ba đời từ dự án 3GPP gọi hệ thống thông tin di động UMTS/WCDMA Trong chương trình bày tổng quan hệ thống thông tin di động hệ ba phận quan trọng hệ thống UMTS thơng qua tìm hiểu cấu trúc mạng 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ IMT-2000 Hệ thống thông tin di động hệ ba xây dựng sở tiêu chuẩn chung IMT- 2000 (Internaltional Mobile Telecommunications 2000–Viễn thông di động quốc tế 2000) Các tiêu chí chung để xây dựng IMT- 2000 sau : - Sử dụng dải tần quy định quốc tế GHz sau : + Đường lên : 1885 – 2025 MHz + Đường xuống : 2110 – 2200 MHz - Là hệ thống thơng tin di động tồn cầu cho hình loại thơng tin vơ tuyến: + Tích hợp mạng thơng tin hữu tuyến vơ tuyến + Tương tác cho loại dịch vụ viễn thông LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS - Sử dụng môi trường khai thác khác : + Trong cơng sở + Ngồi đường + Trên xe + Vệ tinh - Đảm bảo dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch kênh số liệu chuyển mạch gói - Dễ dàng hỗ trợ dịch vụ xuất - Cung cấp hai mơ hình truyền liệu đồng khơng đồng - Có khả chuyển vùng tồn cầu - Có khả sử dụng giao thức Internet - Hiệu sử dụng phổ tần cao hệ thống có Mơi trường hoạt động IMT- 2000 chia thành bốn vùng với tốc độ bit Rb phục vụ sau : - Vùng : nhà, ô pico, RbĠ Mbps - Vùng : thành phố, ô micro, RbĠ 384 Mbps - Vùng : ngoại ô, ô macro, RbĠ 144 Kbps - Vùng : toàn cầu, Rb = 9,6 Kbps Hiện hai tiêu chuẩn chấp thuận cho IMT- 2000 : 1.3 - WCDMA xây dựng sở cộng tác Châu Âu Nhật Bản - Cdma2000 Mỹ xây dựng Công nghệ WCDMA WCDMA (Wideband CDMA) công nghệ thông tin di động hệ ba giúp tăng tốc độ truyền nhận liệu cho hệ thống GSM cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động băng tần rộng thay cho TDMA Trong công nghệ thông tin di động hệ ba WCDMA nhận ủng hộ lớn nhờ vào tính linh hoạt lớp vật lý việc hỗ trợ kiểu dịch vụ khác đặc biệt dịch vụ tốc độ bit thấp trung bình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS WCDMA có đặc điểm sau : - Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ bit lên cao (lên đến Mbps) - Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang MHz, hỗ trợ tốc độ liệu cao đem lại nhiều lợi ích độ lợi đa phân tập - Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục Mỗi người sử dụng cung cấp khung, khung tốc độ liệu giữ cố định tốc độ thay đổi từ khung đến khung khác - Hỗ trợ hai mơ hình vơ tuyến FDD TDD Trong mơ hình FDD sóng mang MHz sử dụng cho đường lên đường xuống, cịn mơ hình TDD sóng mang MHz chia xẻ theo thời gian đường lên đường xuống - WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng trạm gốc, dễ dàng phát triển trạm gốc vừa nhỏ - WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa kênh hoa tiêu, nâng cao dung lượng vùng phủ - WCDMA thiết kế dễ dàng nâng cấp hệ thống CDMA tách sóng đa người sử dụng, sử dụng anten thông minh để nâng cao dung lượng vùng phủ - WCDMA thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng dung lượng mạng - Lớp vật lý mềm dẻo dễ thích hợp tất thơng tin sóng mang - Hệ số tái sử dụng tần số - Hỗ trợ phân tập phát cấu trúc thu tiên tiến Nhược điểm W_CDMA hệ thống khơng cho phép băng TDD phát liên tục không tạo điều kiện cho kỹ thuật chống nhiễu môi trường làm việc khác LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Hệ thống thơng tin di động hệ ba WCDMA cung cấp dịch vụ với tốc độ bit lên đến Mbps Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn truyền dẫn đối xứng không đối xứng, thông tin điểm đến điểm thông tin đa điểm Với khả đó, hệ thống thơng tin di động hệ ba cung cấp dễ dàng dịch vụ như: điện thoại thấy hình, tải liệu nhanh, ngồi cịn cung cấp dịch vụ đa phương tiện khác 1.4 Hệ thống UMTS 1.4.1 Tổng quan Hệ thống thông tin di động hệ thứ xây dựng với mục đích cung cấp cho mạng di động toàn cầu với dịch vụ phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, Internet liệu băng rộng Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động hệ thứ tiêu chuẩn hố học viện tiêu chuẩn viễn thơng Châu Âu (ETSI: European Telecommunications Standard Institute) phù hợp với tiêu chuẩn IMT2000 ITU (International Telecommunication Union) Hệ thống có tên UMTS (hệ thống di động viễn thơng tồn cầu) UMTS xem hệ thống kế thừa hệ thống 2G GSM (Global System for Mobile Communication), nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển dịch vụ di động ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn lên tới Mbps cung cấp tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu UMTS phát triển Third Generation Partnership Project (3GPP) dự án phát triển chung nhiều quan tiêu chuẩn hoá (SDO) : ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) CWTS (Trung Quốc) Hội nghị vô tuyến giới năm 1992 đưa phổ tần số dùng cho hệ thống UMTS:  1920 ÷ 1980 MHz 2110 ÷ 2170 MHz dành cho ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: ghép kênh theo tần số) đường lên đường xuống, khoảng cách kênh MHz LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Hình 1.1: Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS  1900 MHz ÷ 1902 MHz 2010 ÷ 2025 MHz dành cho ứng dụng TDD – TD/CMDA, khoảng cách kênh MHz  1980 MHz ÷ 2010 MHz 2170 MHz ÷ 2200 MHz dành cho đường xuống đường lên vệ tinh Năm 1998 3GPP đưa tiêu chuẩn UMTS: - Dịch vụ - Mạng lõi - Mạng truy nhập vô tuyến - Thiết bị đầu cuối - Cấu trúc hệ thống 1.4.2 Dịch vụ hệ thống UMTS GPP xây dựng tiêu chuẩn cho dịch vụ hệ thống UMTS nhằm đáp ứng : - Định nghĩa đặc điểm yêu cầu dịch vụ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS - Phát triển dung lượng cấu trúc dịch vụ cho ứng dụng mạng tổ ong, mạng cố định mạng di động - Thuê bao tính cước UMTS cung cấp loại dịch vụ xa (teleservices) thoại tin ngắn (SMS) loại dịch vụ mang (bearer services: dịch vụ viễn thông cung cấp khả truyền tín hiệu hai giao diện người sử dụng–mạng) Các mạng có tham số Q0S (Quality of Service: chất lượng dịch vụ) khác cho độ trễ truyền dẫn tối đa, độ trễ truyền biến thiên tỉ lệ lỗi bit (BER) Những tốc độ liệu yêu cầu : ( 144 Kbps cho môi trường vệ tinh nông thôn ( 384 Kbps cho mơi trường thành phố (ngồi trời) ( 2084 Kbps cho mơi trường nhà ngồi trời với khoảng cách gần Hệ thống UMTS có loại Q0S sau:  Loại hội thoại (thoại, thoại thấy hình, trò chơi)  Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu…)  Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập sở liệu)  Loại (thư điện tử, SMS, tải liệu xuống) Yếu tố chủ yếu để phân biệt loại độ nhạy cảm với trễ, ví dụ hội thoại nhạy với trễ cịn loại nhạy cảm với trễ Các loại Q0S UMTS tổng kết bảng (1.1) Bảng 1.1 Các loại Q0S hệ thống UMTS Loại lưu Loại hội thoại Loại luồng Loại tương tác Loại lượng Các đặc tính Dành trước Yêu cầu mẫu Nơi trước Dành quan hệ thời quan hệ thời trả lời trước nhận không đợi số gian gian Dành trước số liệu thực thể thông thực thể thơng liệu tồn vẹn khoảng tin luồng gian định tin luồng thời Mẫu hội thoại Dành trước số (chặt chẽ liệu toàn vẹn độ trễ nhỏ) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Thí dụ ứng - Thoại dụng Luồng đa - Duyệt Web - Tải liệu - Thoại thấy phương tiện -Các trị chơi xuống hình qua mạng - Email 1.4.3 Cấu trúc hệ thống UMTS Phần ta xét tổng quan cấu trúc hệ thống UMTS Cấu trúc bao gồm phần tử mạng logic giao diện H? th?ng UMTS s? d?ng c?u trúc hệ thống hệ 2, chí phần cấu trúc hệ thống hệ Mỗi phần tử mạng logic có chức xác định Trong tiêu chuẩn phần tử mạng định nghĩa thường thực dạng vật lí tương tự, có số giao diện mở (giao diện cho mức chi tiết sử dụng thiết bị hai nhà sản xuất khác điểm cuối) Có thể nhóm phần tử mạng theo chức giống hay theo mạng mà chúng trực thuộc Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống UMTS Về mặt chức có nhóm phần tử mạng:  Mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Random Access Network hay UTRAN : UMTS Terrestrial RAN) thực chức liên quan đến vô tuyến  Mạng lõi (CN: Core Network) thực chức chuyển mạch, định tuyến gọi kết nối số liệu 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Để hoàn thiện, hệ thống cịn có thiết bị người sử dụng (UE :User Equipment) để thực giao diện người sử dụng với hệ thống cần định nghĩa giao diện vô tuyến Cấu trúc hệ thống mức cao thể hình (1.2) Từ quan điểm chuẩn hoá, UE UTRAN bao gồm giao thức Việc thiết kế giao thức dựa nhu cầu công nghệ vô tuyến WCDMA Trái lại, việc định nghĩa CN dựa GSM Điều cho phép hệ thống với cơng nghệ vơ tuyến mang tính tồn cầu dựa cơng nghệ CN biết phát triển Một phương pháp chia nhóm khác cho mạng UMTS chia chúng thành mạng Trên khía cạnh này, hệ thống UMTS thiết kế theo Modun Vì thế, có nhiều phần tử mạng cho kiểu Khả có nhiều phần tử kiểu cho phép chia hệ thống UMTS thành mạng hoạt động độc lập với mạng khác Các mạng phân biệt nhận dạng Một mạng gọi mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN:UMTS Public Land Mobite Network) Thông thường, PLMN khai thác nhất, nối đến PLMN khác ISDN, PSTN, Internet Các tiêu chuẩn UMTS cấu trúc cho không định nghĩa chi tiết chức bên phần tử mạng định nghĩa giao diện phần tử mạng logic Các giao diện mở là:  Giao diện Cu: giao diện thẻ thông minh USIM ME Giao diện tuân theo khuôn dạng tiêu chuẩn cho thẻ thông minh  Giao diện Uu: giao diện vô tuyến WCDMA, giao diện UE Node B Đây giao diện mà qua UE truy cập phần tử cố định hệ thống giao diện mở quan trọng UMTS  Giao diện Iu nối UTRAN với CN Nó cung cấp cho nhà khai thác khả trang bị UTRAN CN từ nhà sản xuất khác - Iu- CS dành cho liệu chuyển mạch kênh - Iu- PS dành cho liệu chuyển mạch gói 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS  Giao diện Iur: giao diện hai RNC Đây giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm RNC từ nhà sản xuất khác  Giao diện Iub: kết nối nút B với RNC Nó cho phép hỗ trợ cạnh tranh nhà sản xuất lĩnh vực UMTS hệ thống điện thoại di động có Iub tiêu chuẩn hoá giao diện mở hoàn toàn 1.4.4 Mạng lõi CN (Core Network) Những chức việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là:  Quản lí di động, điều khiển báo hiệu thiết lập gọi UE mạng lõi  Báo hiệu nút mạng lõi  Định nghĩa chức mạng lõi mạng bên  Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói  Giao diện Iu yêu cầu quản lí điều hành mạng Mạng lõi UMTS chia thành phần: chuyển mạch kênh chuyển mạch gói Thành phần chuyển mạch kênh gồm: MSC, VLR cổng MSC Thành phần chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) cổng nút hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node) Một số thành phần mạng HLR AUC chia cho hai phần Cấu trúc mạng lõi thay đổi dịch vụ đặc điểm hệ thống đưa Các phần tử mạng lõi sau :  HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường trú) sở liệu đặt hệ thống chủ nhà người sử dụng để lưu trữ thơng tin lý lịch dịch vụ người sử dụng, bao gồm thông tin dịch vụ bổ sung trạng thái chuyển hướng gọi, số lần chuyển hướng gọi  MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động) tổng đài (MSC) sở liệu (VLR) để cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE vị trí thời Nhiệm vụ MSC sử dụng giao dịch chuyển mạch kênh VLR làm nhiệm vụ giữ lý lịch 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Pma : công suất khuếch đại công suất di động (dBm) 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)  Cơng suất thu BS người sử dụng Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt (dBm) (3.7) 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) (3.8) 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) (3.9) 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) (3.10) 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) (3.11) Trong : 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS No : mật độ tạp âm nhiệt nhiệt độ tham khảo 290 oK Nf : hệ số tạp âm máy thu BTS (dB)  Mật độ phổ công suất nhiễu I0 = 10 lg ( 10 0,1 Itr + 10 0,1 N0 ) 3.5 (dBm/Hz) (3.12) Phương pháp điều khiển công suất phân tán (DPC) (Distributed Power Control) 3.5.1 Tổng quan Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) kỹ thuật đa truy nhập sử dụng hệ thống thông tin di động hệ Mạng thông tin di động hệ tích hợp dịch vụ multimedia gồm âm thanh, liệu, hình ảnh, ảnh động vài kết hợp chúng Các loại lưu lượng khác khác tốc độ bit, tỷ lệ lỗi bit BER, độ ưu tiên truy cập Dung lượng CDMA giới hạn nhiễu tổng cộng từ tất kết nối vô tuyến Nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference) nhân tố ảnh hưởng đến dung lượng hệ thống, thiết kế việc giảm MAI làm tăng dung lượng Một kỹ thuật hiệu sử dụng để giảm MAI đáp ứng yêu cầu chất lượng điều khiển cơng suất truyền người sử dụng Thuật tốn điều khiển công suất phân thành điều khiển phân tán tập trung Nhiều nghiên cứu kỹ thuật phân tán tập trung điều khiển cơng suất tập trung chịu ảnh hưởng lớn điều khiển liệu phải chịu tình trạng mạng khơng 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 thơng 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 hố mức SIR Kỹ thuật điều khiển cơng 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 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS thơng tin chi tiết mạng di động nhiều ô liên quan yêu cầu kênh vô tuyến tập trung không sẵn sàng thời gian thực Ngược lại, 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 tốn điều khiển cơng suất phân tán sử dụng thông tin SIR sử dụng kỹ thuật lặp để điều khiển công suất truyền Thuật tốn có khả đạt mức SIR yêu cầu tối ưu hoá hoạt động mạng 3.5.2 Mơ hình hệ thống Mơ 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  i (3.13) pj   M Mj 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 (3.14) 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 tốn điều khiển cơng suất hội tụ khoảng thời gian ngắn W độ rộng băng tần trải phổ, (M nhiễu Do vậy, việc yếu 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS điều khiển cơng suất tìm vector công suất dương p = (p1, p2 pJ) thoả mãn thoả mãn : i  T iJ (3.15) Trong (T mức SIR tối thiểu yêu cầu xác định dịch vụ hay mơi trường BER 3.5.3 Thuật tốn điều khiển cơng suất phân tán DPC Mỗi thuê bao điều khiển công suất truyền giới hạn cực đại dựa thơng tin mức cơng suất phép đo SIR Thuật toán DPC điều khiển mức SIR tất thuê bao để đạt SIR yêu cầu Chúng ta đề xuất thuật tốn điều khiển công suất phân tán sử dụng tham số thay đổi từ thuật toán truyền thống để cải thiện hiệu Hàm cơng suất vấn đề cần thiết để đạt mức SIR tối thiểu Nếu SIR thuê bao mức cực tiểu suốt thời gian điều khiển cơng suất kết nối thuê bao-trạm gốc bị cắt Do vậy, tốc độ hội tụ liên quan đến dung lượng hệ thống Thuật tốn mơ tả sau : pi(0) = p pi(n+1) (dBm) = ek (T -  (n)) i + pi(n) (dBm) (3.16) 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 pi(0) công suất truyền ban đầu thuê bao, pi(n+1) công suất truyền thuê bao thứ i vòng lặp thứ n, (i(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 : (i(n) < (T pi(n+1) pi(n) (3.17) Trường hợp : (i(n) > (T pi(n+1) pi(n) (3.18) Trường hợp : (i(n) = (T pi(n+1) = pi(n) (3.19) Mục đích thuật tốn tăng hay giảm công suất truyền thuê bao liên quan SIRi nhận trạm M Bằng cách điều chỉnh thông số k 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS 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 cơng 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 Đúng Công suất điều khiển : pi(j +1) = ek (T - i(j))) + pi iJ (j ) Sai j = j +1 Kết thúc Hình 3.10 Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS 3.6 Kết luận chương Trong chương đề xuất hai phương pháp điều khiển công suất hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS phương pháp điều khiển công suất theo bước động DSSPC phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC Đối với phương pháp điều khiển công suất theo bước động DSSPC tập trung vào điều khiển công suất truyền cách dùng khái niệm ngưỡng nhiều mức, lệnh điều khiển công suất TPC Bước động bù cho chậm phương pháp điều khiển công suất cố định cần bù nhanh công suất truyền cửa sổ chấp nhận được, cân ổn định hệ thống Trong đó, phương pháp điều khiển cơng suất phân tán DPC dùng thơng tin tỷ số tín hiệu nhiễu giao thoa SIR mức ngưỡng SIR(i) điều chỉnh cho phù hợp với đường truyền vô tuyến để đạt chất lượng đường truyền tốt Do DPC có khả đạt mức SIR yêu cầu hệ thống hoạt động ổn định phương pháp điều khiển công suất truyền thống Tuy nhiên DPC cần nhiều thời gian để tối thiểu hố mức SIR Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, nhiên hai phương pháp điều chỉnh công suất truyền hiệu phương pháp điều khiển công suất truyền thống Do hai phương pháp hi vọng sở để nghiên cứu nhằm điều khiển công suất cho số hệ thống thông tin di động hệ ba CHƯƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ MÔ PHỎNG 4.1 Giới thiệu chương Sau nghiên cứu hai mơ hình điều khiển cơng suất DSSPC DPC chương vào tính tốn số cụ thể mô kết hai phương pháp điều khiển công suất 4.2 Quỹ đường truyền vô tuyến tham khảo cho hệ thống UMTS 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS quỹ đường truyền sử dụng để tính tốn vùng phủ chất lượng cho trạm gốc trạm di động Các thành phần bao gồm hệ số truyền lan để tính tốn tổn hao đường truyền thông số hệ thống (công suất phát, hệ số tạp âm máy thu, hệ số khuếch đại an ten, độ rộng băng tần máy thu, độ lợi xử lý nhiễu giao thoa) Các tổn hao khác : lổi điều khiển cơng suất, truy nhập tồn nhà nhiễu từ nguồn khác Bảng 4.1 Quỹ đường truyền cho tham khảo cho dịch vụ thoại 12,2 Kbps Máy phát MS Hệ số khuếch đại anten phát MS (dB) Tổn hao cáp thu lọc máy thu MS (dBm) -3 Công suất xạ ERP MS (dBm) 21 Máy thu trạm gốc Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18 Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) Suy hao đường truyền cho phép vùng phủ ô (dB) Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -141,9 -7,3 Tổn hao cáp lọc máy phát BS (dBm) -2 Hệ số tích cực thoại 67% Hệ số tái sử dụng tần số 0,65 Độ rộng băng tần (MHz ) Bảng 4.2 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực 144 Kbps Máy phát MS Hệ số khuếch đại anten phát MS (dB) Tổn hao cáp thu lọc máy thu MS (dBm) -3 Công suất xạ ERP MS (dBm) 26 Máy thu trạm gốc 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18 Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) Suy hao đường truyền cho phép vùng phủ ô (dB) Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -133,8 -4,2 Tổn hao cáp lọc máy phát BS (dBm) -2 Hệ số tích cực thoại 100% Hệ số tái sử dụng tần số 0,65 Độ rộng băng tần (MHz ) Bảng 4.3 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu phi thoại 384 Kbps Máy phát MS Hệ số khuếch đại anten phát MS (dB) Tổn hao cáp thu lọc máy thu MS (dBm) -3 Công suất xạ ERP MS (dBm) 18 Máy thu trạm gốc Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18 Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) Suy hao đường truyền cho phép vùng phủ ô (dB) Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -139,9 -7,3 Tổn hao cáp lọc máy phát BS (dBm) -2 Hệ số tích cực thoại 100% Hệ số tái sử dụng tần số 0,65 Độ rộng băng tần (MHz ) 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS 4.3 Phương pháp tính tốn cụ thể Dựa vào quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực 144 Kbps (bảng 4.2) ta tính cụ thể tỷ số tín hiệu nhiễu SIR mức điều chỉnh công suất truyền hai phương pháp điều khiển cơng suất thực chương trình mơ  Khuếch đại công suất di động Pma = Pme - Lm - Gm = 26 - (- 3) - = 27 (dBm)  Công suất thu BS người sử dụng Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt = 26 - 133,8 - 4,2 + 18 - = -96 (dBm)  Tải lưu lượng - Lưu lượng thuê bao : A  n.T 1.90   0,025 3600 3600 (Erl) Thời gian trung bình gọi T = 90 (s) - Lưu lượng 45 thuê bao/1cell = 45 0,025 = 1,125 (Erl) Cấp bậc phục vụ GoS = 2% Sử dụng bảng Erlang B (phụ lục) ta xác định số kênh Nt =  Mật độ công suất MS khác BTS phục vụ Iutr = Pr + 10 lg(Nt - 1) + 10 lgCa – 10 lgBw = -96 + 10 lg(4 - 1) + 10 lg(0,6) – 10 lg3840000 = -159,29 (dBm/Hz)  Mật độ nhiễu giao thoa từ trạm di động BTS khác Ictr = Iutr + 10 lg(1/ fr -1 ) = -159,29 + 10 lg(1/ 0,65 -1 ) = -161,98 (dBm/Hz)  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 ) = 10 lg (10 0,1 (-159,29) + 10 0,1 (-161,98) ) 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS = -157,42 (dBm/Hz)  Mật độ tạp âm nhiệt N0 = 10 lg (290 * 1,38 10 -23) + Nf + 30 = 10 lg (290 * 1,38 10 -23) + + 30 = -168,98 (dBm/Hz)  Mật độ phổ công suất nhiễu I0 = 10 lg ( 10 0,1 Itr + 10 0,1 N0 ) = 10 lg ( 10 0,1.(-157,42) + 10 0,1.(-168,98)) = -157,13 (dBm/Hz)  Hệ số trải phổ SF  10lg hay SF  10lg 3,84 Rt 3,84 3840  10lg  14,25 Rt 144 (dB)  Tỷ số tín hiệu nhiễu SIR SIR  SF hay Pr Io.Bw SIR = SF (dB) + Pr (dB) – = 14,25 - 96 Io – 10 lg(Bw) - (-157,13) – 10 lg(3840000) = 9,53 (dB) 4.4 Kết mô  Form giới thiệu 64 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS  Form nhập số liệu 65 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS  Form kết tính tốn  Form kết mô đồ thị 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Nhận xét: Điều khiển công suất vấn đề quan trọng đem lại lợi to lớn cho hệ thống thông tin di động việc nâng cao dung lượng, chất lượng hệ thống hạn chế can nhiễu mà khơng địi hỏi nâng cấp cơng nghệ 67 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS 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 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 phương pháp truyền thống 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 cơng 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 hố mức SIR Trong chương tính tốn cụ thể tỷ số tín hiệu nhiễu SIR, mức công suất điều chỉnh kết thể qua chương trình mơ Tuy nhiên thực tế tính tốn điều khiển cơng suất phải tính đến ảnh hưởng tham số khác nên hai phương pháp điều khiển hy vọng sở nghiên cứu nhằm điều khiển công suất cho số hệ thống thơng tin di động Ngồi tham số mô tham số chọn lọc từ báo nghiên cứu nên kết tính chưa xác với thực tế 4.5 Kết luận chương Dựa vào thông số chọn lọc kỹ từ tài liệu, chương tính tốn cụ thể tỷ số tín hiệu nhiễu SIR, công suất trước điều khiển công suất điều chỉnh tối ưu hai thuật toán điều khiển cơng suất DSSPC DPC Các kết biểu diễn dạng đồ thị thể khả điều chỉnh công suất truyền hai phương pháp khác Từ thấy khả tối ưu độ ổn định hai phương pháp điều khiển công suất so với phương pháp điều khiển công suất truyền thống 68 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS 69 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Project) Hệ thống thông tin di động hệ ba đời từ dự án 3GPP gọi hệ thống thông tin di động UMTS/ WCDMA Trong chương trình bày tổng quan hệ thống thông tin di động hệ ba phận quan trọng hệ thống UMTS. ..Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 1.1 Giới thiệu chương Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, để đáp ứng nhu cầu... 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS 1.6 Kết luận chương Hệ thống thông tin di động hệ gọi IMT- 2000 tổ chức quốc tế đưa tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm đáp ứng kịp thời cho việc triển khai hệ thống