Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS

Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Luận văn Hệ thống thơng tin di động hệ ba UMTS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS CHƯƠNG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 1.1 Giới thiệu chương Cng với pht triển mạnh mẽ cơng nghệ thơng tin, để đáp ứng nhu cầu ngy cng cao cc dịch vụ hệ thống thơng tin di động, l cc dịch vụ truyền số liệu địi hỏi cc nh khai thc phải đưa hệ thống thơng tin di động Trước bối cảnh hiệp hội viễn thơng quốc tế ITU đ đưa đề n tiu chuẩn hố để xy dựng hệ thống thơng tin di động hệ ba với với tn gọi l IMT- 2000 Đồng thời cc quan tiu chuẩn hố xc tiến việc xy dựng tiu chuẩn hố p dụng cho IMT- 2000 thơng qua dự n 3GPP (Third Generation Partnership Project) Hệ thống thơng tin di động hệ ba đời từ dự n 3GPP gọi l hệ thống thơng tin di động UMTS/WCDMA Trong chương ny trình by tổng quan hệ thống thơng tin di động hệ ba v phận quan trọng nĩ l hệ thống UMTS thơng qua tìm hiểu cấu trc mạng 1.2 Hệ thống thơng tin di động hệ IMT-2000 Hệ thống thơng tin di động hệ ba xy dựng trn sở tiu chuẩn chung IMT- 2000 (Internaltional Mobile Telecommunications 2000–Viễn thơng di động quốc tế 2000) Cc tiu chí chung để xy dựng IMT- 2000 sau : - Sử dụng dải tần quy định quốc tế GHz sau : + Đường ln : 1885 – 2025 MHz + Đường xuống : 2110 – 2200 MHz - L hệ thống thơng tin di động tồn cầu cho cc hình loại thơng tin vơ tuyến: + Tích hợp cc mạng thơng tin hữu tuyến v vơ tuyến + Tương tc cho loại dịch vụ viễn thơng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS - Sử dụng cc mơi trường khai thc khc : + Trong cơng sở + Ngồi đường + Trn xe + Vệ tinh - Đảm bảo cc dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch knh v số liệu chuyển mạch gĩi - Dễ dng hỗ trợ cc dịch vụ xuất - Cung cấp hai mơ hình truyền liệu đồng v khơng đồng - Cĩ khả chuyển vng tồn cầu - Cĩ khả sử dụng giao thức Internet - Hiệu sử dụng phổ tần cao cc hệ thống đ cĩ Mơi trường hoạt động IMT- 2000 chia thnh bốn vng với tốc độ bit Rb phục vụ sau : - Vng : nh, pico, RbĠ Mbps - Vng : thnh phố, micro, RbĠ 384 Mbps - Vng : ngoại ơ, macro, RbĠ 144 Kbps - Vng : tồn cầu, Rb = 9,6 Kbps Hiện hai tiu chuẩn đ chấp thuận cho IMT- 2000 l : 1.3 - WCDMA xy dựng trn sở cộng tc Chu u v Nhật Bản - Cdma2000 Mỹ xy dựng Cơng nghệ WCDMA WCDMA (Wideband CDMA) l cơng nghệ thơng tin di động hệ ba gip tăng tốc độ truyền nhận liệu cho hệ thống GSM cch dng kỹ thuật CDMA hoạt động băng tần rộng thay cho TDMA Trong cc cơng nghệ thơng tin di động hệ ba WCDMA nhận ủng hộ lớn nhờ vo tính linh hoạt lớp vật lý việc hỗ trợ cc kiểu dịch vụ khc đặc biệt l dịch vụ tốc độ bit thấp v trung bình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS WCDMA cĩ cc đặc điểm sau : - L hệ thống đa truy cập phn chia theo m trải phổ trực tiếp, cĩ tốc độ bit ln cao (ln đến Mbps) - Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sĩng mang MHz, hỗ trợ tốc độ liệu cao đem lại nhiều lợi ích độ lợi đa phn tập - Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi lin tục Mỗi người sử dụng cung cấp khung, khung tốc độ liệu giữ cố định tốc độ cĩ thể thay đổi từ khung ny đến khung khc - Hỗ trợ hai mơ hình vơ tuyến FDD v TDD Trong mơ hình FDD sĩng mang MHz sử dụng cho đường ln v đường xuống, cịn mơ hình TDD sĩng mang MHz chia xẻ theo thời gian đường ln v đường xuống - WCDMA hỗ trợ hoạt động khơng đồng cc trạm gốc, dễ dng pht triển cc trạm gốc vừa v nhỏ - WCDMA sử dụng tch sĩng cĩ tham chiếu đến sĩng mang dựa trn knh hoa tiu, cĩ thể nng cao dung lượng v vng phủ - WCDMA thiết kế dễ dng nng cấp cc hệ thống CDMA tch sĩng đa người sử dụng, sử dụng anten thơng minh để nng cao dung lượng v vng phủ - WCDMA thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vng phủ sĩng v dung lượng mạng - Lớp vật lý mềm dẻo dễ thích hợp tất thơng tin trn sĩng mang - Hệ số ti sử dụng tần số - Hỗ trợ phn tập pht v cc cấu trc thu tin tiến Nhược điểm W_CDMA l hệ thống khơng cho php băng TDD pht lin tục khơng tạo điều kiện cho cc kỹ thuật chống nhiễu cc mơi trường lm việc khc 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 cĩ thể cung cấp cc dịch vụ với tốc độ bit ln đến Mbps Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn truyền dẫn đối xứng v khơng đối xứng, thơng tin điểm đến điểm v thơng tin đa điểm Với khả đó, cc hệ thống thơng tin di động hệ ba cĩ thể cung cấp dễ dng cc dịch vụ như: điện thoại thấy hình, tải liệu nhanh, ngồi nĩ cịn cung cấp cc dịch vụ đa phương tiện khc 1.4 Hệ thống UMTS 1.4.1 Tổng quan Hệ thống thơng tin di động hệ thứ xy dựng với mục đích cung cấp cho mạng di động tồn cầu với cc dịch vụ phong ph bao gồm thoại, nhắn tin, Internet v liệu băng rộng Tại Chu u hệ thống thơng tin di động hệ thứ đ tiu chuẩn hố học viện tiu chuẩn viễn thơng Chu u (ETSI: European Telecommunications Standard Institute) ph hợp với tiu chuẩn IMT- 2000 ITU (International Telecommunication Union) Hệ thống cĩ tn l UMTS (hệ thống di động viễn thơng tồn cầu) UMTS xem l hệ thống kế thừa hệ thống 2G GSM (Global System for Mobile Communication), nhằm đáp ứng cc yu cầu pht triển cc dịch vụ di động v ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn ln tới Mbps v cung cấp tiu chuẩn chuyển vng tồn cầu UMTS pht triển Third Generation Partnership Project (3GPP) l dự n pht triển chung nhiều quan tiu chuẩn hố (SDO) : ETSI (Chu u), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hn Quốc) v CWTS (Trung Quốc) Hội nghị vơ tuyến giới năm 1992 đ đưa cc phổ tần số dng cho hệ thống UMTS:  1920 ÷ 1980 MHz v 2110 ÷ 2170 MHz dnh cho cc ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: ghp knh theo tần số) đường ln v đường xuống, khoảng cch knh l MHz LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Hình 1.1: Cc phổ tần dng cho hệ thống UMTS  1900 MHz ÷ 1902 MHz v 2010 ÷ 2025 MHz dnh cho cc ứng dụng TDD – TD/CMDA, khoảng cch knh l MHz  1980 MHz ÷ 2010 MHz v 2170 MHz ÷ 2200 MHz dnh cho đường xuống v đường ln vệ tinh Năm 1998 3GPP đ đưa tiu chuẩn UMTS: - Dịch vụ - Mạng li - Mạng truy nhập vơ tuyến - Thiết bị đầu cuối - Cấu trc hệ thống 1.4.2 Dịch vụ hệ thống UMTS GPP đ xy dựng tiu chuẩn cho cc dịch vụ hệ thống UMTS nhằm đáp ứng : - Định nghĩa v cc đặc điểm yu cầu dịch vụ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS - Pht triển dung lượng v cấu trc dịch vụ cho cc ứng dụng mạng tổ ong, mạng cố định v mạng di động - Thu bao v tính cước UMTS cung cấp cc loại dịch vụ xa (teleservices) thoại tin ngắn (SMS) v cc loại dịch vụ mang (bearer services: dịch vụ viễn thơng cung cấp khả truyền tín hiệu hai giao diện người sử dụng–mạng) Cc mạng cĩ cc tham số Q0S (Quality of Service: chất lượng dịch vụ) khc cho độ trễ truyền dẫn tối đa, độ trễ truyền biến thin v tỉ lệ lỗi bit (BER) Những tốc độ liệu yu cầu l : ( 144 Kbps cho mơi trường vệ tinh v nơng thơn ( 384 Kbps cho mơi trường thnh phố (ngồi trời) ( 2084 Kbps cho mơi trường nh v ngồi trời với khoảng cch gần Hệ thống UMTS cĩ loại Q0S sau:  Loại hội thoại (thoại, thoại thấy hình, trị chơi)  Loại luồng (đa phương tiện, video theo yu cầu…)  Loại tương tc (duyệt web, trị chơi qua mạng, truy nhập sở liệu)  Loại (thư điện tử, SMS, tải liệu xuống) Yếu tố chủ yếu để phn biệt cc loại ny l độ nhạy cảm với trễ, ví dụ hội thoại nhạy với trễ cịn loại nhạy cảm với trễ Cc loại Q0S UMTS tổng kết bảng (1.1) Bảng 1.1 Cc loại Q0S hệ thống UMTS Loại lưu Loại hội thoại Loại luồng Loại tương tc Loại lượng Cc đặc tính Dnh trước Dnh trước Yu cầu mẫu Nơi quan hệ thời quan hệ thời trả lời trước nhận khơng đợi số gian cc gian cc Dnh trước số liệu thực thể thơng thực thể thơng liệu tồn vẹn khoảng tin luồng gian định tin luồng thời Mẫu hội thoại Dnh trước số (chặt chẽ v độ liệu tồn vẹn 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 -Cc trị chơi xuống hình qua mạng - Email 1.4.3 Cấu trc hệ thống UMTS Phần ny ta xt tổng quan cấu trc hệ thống UMTS Cấu trc bao gồm cc phần tử mạng logic v cc giao diện H? th?ng UMTS s? d?ng cng c?u trc hệ thống hệ 2, chí phần cấu trc hệ thống hệ Mỗi phần tử mạng logic cĩ chức xc định Trong tiu chuẩn cc phần tử mạng định nghĩa thường thực dạng vật lí tương tự, l cĩ số giao diện mở (giao diện cho mức chi tiết cĩ thể sử dụng thiết bị hai nh sản xuất khc cc điểm cuối) Cĩ thể nhĩm cc phần tử mạng theo cc chức giống hay theo mạng m chng trực thuộc Hình 1.2 Cấu trc củ a hệ thống UMTS Về mặt chức cĩ nhĩm phần tử mạng:  Mạng truy nhập vơ tuyến (RAN: Random Access Network hay UTRAN : UMTS Terrestrial RAN) thực chức lin quan đến vơ tuyến  Mạng li (CN: Core Network) thực chức chuyển mạch, định tuyến gọi v 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 hồn thiện, hệ thống cịn cĩ thiết bị người sử dụng (UE :User Equipment) để thực giao diện người sử dụng với hệ thống v cần định nghĩa giao diện vơ tuyến Cấu trc hệ thống mức cao thể hình (1.2) Từ quan điểm chuẩn hố, UE v UTRAN bao gồm cc giao thức Việc thiết kế cc giao thức ny dựa trn nhu cầu cơng nghệ vơ tuyến WCDMA Tri lại, việc định nghĩa CN dựa trn GSM Điều ny cho php hệ thống với cơng nghệ vơ tuyến mang tính tồn cầu dựa trn cơng nghệ CN đ biết v đ pht triển Một phương php chia nhĩm khc cho mạng UMTS l chia chng thnh cc mạng Trn khía cạnh ny, hệ thống UMTS thiết kế theo Modun Vì thế, cĩ thể cĩ nhiều phần tử mạng cho cng kiểu Khả cĩ nhiều phần tử cng kiểu cho php chia hệ thống UMTS thnh cc mạng hoạt động độc lập cng với cc mạng khc Cc mạng ny phn biệt cc nhận dạng Một mạng gọi l mạng di động mặt đất cơng cộng UMTS (UMTS PLMN:UMTS Public Land Mobite Network) Thơng thường, PLMN khai thc nhất, v nĩ nối đến cc PLMN khc ISDN, PSTN, Internet Cc tiu chuẩn UMTS cấu trc cho khơng định nghĩa chi tiết chức bn cc phần tử mạng định nghĩa giao diện cc phần tử mạng logic Cc giao diện mở l:  Giao diện Cu: l giao diện thẻ thơng minh USIM v ME Giao diện ny tun theo khuơn dạng tiu chuẩn cho cc thẻ thơng minh  Giao diện Uu: l giao diện vơ tuyến WCDMA, giao diện UE v Node B Đây l giao diện m qua UE truy cập cc phần tử cố định hệ thống nĩ l giao diện mở quan trọng UMTS  Giao diện Iu nối UTRAN với CN Nĩ cung cấp cho cc nh khai thc khả trang bị UTRAN v CN từ cc nh sản xuất khc - Iu- CS dnh cho liệu chuyển mạch knh - Iu- PS dnh cho liệu chuyển mạch gĩi  Giao diện Iur: giao diện hai RNC Đây l giao diện mở, cho php chuyển giao mềm cc RNC từ cc nh sản xuất khc 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS  Giao diện Iub: kết nối nt B với RNC Nĩ cho php hỗ trợ cạnh tranh cc nh sản xuất lĩnh vực ny UMTS l hệ thống điện thoại di động đầu tin cĩ Iub tiu chuẩn hố giao diện mở hồn tồn 1.4.4 Mạng li CN (Core Network) Những chức việc nghin cứu mạng li UMTS l:  Quản lí di động, điều khiển bo hiệu thiết lập gọi UE v mạng li  Bo hiệu cc nt mạng li  Định nghĩa cc chức mạng li v cc mạng bn ngồi  Những vấn đề lin quan đến truy nhập gĩi  Giao diện Iu v cc yu cầu quản lí v điều hnh mạng Mạng li UMTS cĩ thể chia thnh phần: chuyển mạch knh v chuyển mạch gĩi Thnh phần chuyển mạch knh gồm: MSC, VLR v cổng MSC Thnh phần chuyển mạch gĩi gồm nt hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) v cổng nt hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node) Một số thnh phần mạng HLR v AUC chia cho hai phần Cấu trc mạng li cĩ thể thay đổi cc dịch vụ v cc đặc điểm hệ thống đưa Cc phần tử mạng li sau :  HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường tr) l sở liệu đặt hệ thống chủ nh người sử dụng để lưu trữ thơng tin lý lịch dịch vụ người sử dụng, bao gồm thơng tin cc dịch vụ bổ sung trạng thi chuyển hướng gọi, số lần chuyển hướng gọi  MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tm chuyển mạch dịch vụ di động) l tổng đài (MSC) v sở liệu (VLR) để cung cấp cc dịch vụ chuyển mạch knh cho UE vị trí thời nĩ Nhiệm vụ MSC l sử dụng cc giao dịch chuyển mạch knh VLR lm nhiệm vụ giữ lý lịch người sử dụng vị trí xc UE hệ thống phục vụ CS l phần mạng đựơc truy nhập qua MSC/VLR  GMSC (Gateway MSC) l chuyển mạch điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bn ngồi 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS BS l cc m trực giao m trải phổ đường ln hay đường xuống từ BS khc l cc m giả ngẫu nhin Vì mơi trường truyền sĩng thơng tin di động l mơi trường đa đường nn mặc d sử dụng cc m trực giao đường xuống thnh phần nhiễu tín hiệu người sử dụng khc cng BS gy khơng bị triệt tiu Tỷ số cơng suất tín hiệu trn tạp m đường ln SIR thu bao xc định sau : SIR  SF Pr  Iintra  Iinter  PN Trong đĩ SF l hệ số tri phổ (spreading factor) , Pr l cơng suất thu,  l hệ số giảm trực giao (0  1) Iin l nhiễu gy tín hiệu cng BS, Iout l nhiễu gy tín hiệu từ BS khc v PN l cơng suất nhiệt tạp m (nhiễu nền) Đối với đường ln, khơng cĩ trực giao nn Ġ = Trước nn phổ SIR tính theo phương trình sau : SIR  Pr Iintra  Iinter  PN Sau nn phổ tổng cơng 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) (3.4)  Hệ số trải phổ SF  3,84 Rt SF  10lg hay 3,84 Rt (dB) (3.5) Trong đĩ : Rt l tốc độ liệu (Mbps)  Khuếch đại cơng suất di động Pma = Pme - Lm - Gm ( dBm ) (3.6) Pma : cơng suất khuếch đại cơng suất di động (dBm) Pme : ERP từ anten pht MS (dBm) 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Lm : suy hao cp đầu khuếch đại cơng suất v đầu vo anten MS (dB) Gm : tăng ích anten pht MS (dBm)  Cơng suất thu BS trn người sử dụng Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt (dBm) (3.7) Pr : cơng suất knh lưu lượng thu BS phục vụ từ MS (dBm) Lp : tổn hao truyền sĩng trung bình MS v BS (dB) Al : suy hao pha dinh chuẩn lg (dB) Gt : tăng ích anten thu BS (dB) Lt : tổn hao conector v cp thu BTS (dB)  Mật độ cơng suất cc MS khc BTS phục vụ Iutr = Pr + 10 lg(Nt - 1) + 10 lgCa – 10 lgBw (dBm/Hz) (3.8) Iutr : mật độ nhiễu giao thoa từ cc MS khc BTS phục vụ (dBm/Hz) Ca : hệ số tích cực thoại knh lưu lượng (0,4 ÷ 0,6) Nt : số knh lưu lượng cell xt Bw : độ rộng băng tần (Hz)  Mật độ nhiễu giao thoa từ cc trạm di động cc BTS khc Ictr = Iutr + 10 lg(1/ fr -1 ) (dBm/Hz) (3.9) Ictr : mật độ nhiễu giao thoa từ cc MS cc BS khc (dBm/Hz) fr : hệ số ti sử dụng tần số (0,6)  Mật độ nhiễu giao thoa từ cc MS khc BS phục vụ v từ cc BS khc Itr = 10 lg (10 0,1 Iutr + 10 0,1 Ictr ) (dBm/Hz) (3.10) Itr : l mật độ nhiễu giao thoa từ cc MS khc đến BS phục vụ v từ cc BS khc (dBm/Hz)  Mật độ tạp m nhiệt N0 = 10 lg (290 * 1,38 10 -23) + Nf + 30 (dBm/Hz) (3.11) Trong : No : mật độ tạp m nhiệt nhiệt độ tham khảo 290 oK Nf : hệ số tạp m my thu BTS (dB)  Mật độ phổ cơng suất nhiễu 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS I0 = 10 lg ( 10 0,1 Itr + 10 0,1 N0 ) 3.5 (dBm/Hz) (3.12) Phương php điều khiển cơng suất phn tn (DPC) (Distributed Power Control) 3.5.1 Tổng quan Đa truy nhập phn chia theo m (CDMA) l kỹ thuật đa truy nhập sử dụng hệ thống thơng tin di động hệ Mạng thơng tin di động hệ tích hợp dịch vụ multimedia gồm m thanh, liệu, hình ảnh, ảnh động v vi kết hợp chng Cc loại lưu lượng khc khc tốc độ bit, tỷ lệ lỗi bit BER, độ ưu tin truy cập Dung lượng CDMA giới hạn nhiễu tổng cộng từ tất cc kết nối vơ tuyến Nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference) l nhn tố ảnh hưởng đến dung lượng hệ thống, thiết kế việc giảm MAI lm tăng dung lượng Một kỹ thuật hiệu sử dụng để giảm MAI v đáp ứng cc yu cầu chất lượng l điều khiển cơng suất truyền người sử dụng Thuật tốn điều khiển cơng suất phn thnh điều khiển phn tn v tập trung Nhiều nghin cứu kỹ thuật phn tn l tập trung điều khiển cơng suất tập trung chịu ảnh hưởng lớn điều khiển liệu v phải chịu tình trạng mạng khơng bảo vệ Trong kỹ thuật điều khiển cơng suất phn tn (DPC), trạm sử dụng cơng suất truyền thời nĩ Kỹ thuật phn tn đơn giản v sử dụng thơng tin kỹ thuật tập trung Kỹ thuật phn tn yu cầu đo nhiễu đường truyền trạm v tiếp tục truyền đến my di động tương ứng Tuy nhin kỹ thuật phn tn cần nhiều thời gian để tối thiểu hố mức SIR Kỹ thuật điều khiển cơng suất sử dụng theo dạng tập trung yu cầu thơng tin cường độ tín hiệu tất cc kết nối vơ tuyến hoạt động m khơng ch ý khả điều chỉnh cơng suất truyền Phương php ny gia tăng phức tạp mạng thơng tin chi tiết cc mạng di động nhiều lin quan yu cầu knh vơ tuyến tập trung l khơng sẵn sng thời gian thực Ngược lại, kỹ thuật điều khiển cơng suất phn tn khơng yu cầu thơng tin trạng thi tập trung tất cc knh ring lẻ Thay vo đó, nĩ cĩ thể thích nghi cc mức cơng suất nhờ sử dụng cc php đo vơ tuyến cục bộ, ch ý tới thay đổi chất lượng dịch vụ động 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS thời giải hiệu ứng tồn hệ thống tế bo Tuy nhin, phương php ny khơng xt đến lin quan cc kết nối cho QoS cc kết nối hữu Trong hệ thống, mong muốn cơng suất truyền giảm đến mức tối ưu trì chất lượng thơng tin yu cầu, đặc biệt cc kết cuối di động cơng suất truyền cung cấp pin DPC l thuật tốn điều khiển cơng suất phn tn sử dụng thơng tin SIR v sử dụng kỹ thuật lặp để điều khiển cơng suất truyền Thuật tốn cĩ khả đạt mức SIR yu cầu v tối ưu hố hoạt động mạng 3.5.2 Mơ hình hệ thống Mơ hình hệ thống sử dụng điều khiển cơng suất đường ln Giả thiết trạm di động (M), J thu bao di động hệ thống Tại trạm M, tỷ số tín hiệu trn nhiễu nhận thu bao thứ i l :  S   Eb.Ri   i   i   I   No.W  GMi.Pi J G  i (3.13) pj  M Mj j i Trong Eb l lượng bit thơng tin v No l mật độ phổ cơng suất tạp m Cơng suất truyền thu bao thứ i l pi giới hạn mức cơng suất cực đại l : Pi≤ Pimax với ≤i≤j (3.14) Ri l tốc độ liệu thu bao thứ i, GMi l độ lợi đường truyền thu bao thứ i v trạm M Gi trị GMi giả thiết l Việc giả thiết ny l hợp lý thuật tốn điều khiển cơng suất cĩ thể hội tụ khoảng thời gian ngắn W độ rộng băng tần trải phổ, (M l nhiễu Do vậy, việc yếu điều khiển cơng suất l tìm vector cơng suất dương p = (p1, p2 pJ) thoả mn thoả mn : i  T iJ (3.15) Trong (T l mức SIR tối thiểu yu cầu xc định dịch vụ hay mơi trường BER 3.5.3 Thuật tốn điều khiển cơng suất phn tn DPC 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Mỗi thu bao điều khiển cơng suất truyền nĩ giới hạn cực đại dựa trn thơng tin mức cơng suất nĩ v php đo SIR Thuật tốn DPC điều khiển mức SIR tất cc thu bao để đạt SIR yu cầu cĩ thể Chng ta đề xuất thuật tốn điều khiển cơng suất phn tn sử dụng tham số thay đổi từ thuật tốn truyền thống để cải thiện hiệu nĩ Hm cơng suất l vấn đề cần thiết để đạt mức SIR tối thiểu Nếu SIR thu bao trn mức cực tiểu suốt thời gian điều khiển cơng suất kết nối thu baotrạm gốc bị cắt Do vậy, tốc độ hội tụ lin quan đến dung lượng hệ thống Thuật tốn cĩ thể mơ tả sau : pi(0) = p pi(n+1) (dBm) = ek (T -  (n)) i + pi(n) (dBm) (3.16) Trong k l tham số dương theo kinh nghiệm chọn k = 0,1 l tốt cho cho hầu hết cc hệ thống, k qu lớn tốc độ hội tụ chậm, k qu nhỏ SIR dao động Chng ta cĩ thể đạt tốc độ hội tụ nhanh cch tối ưu hố k p i(0) l cơng suất truyền ban đầu thu bao, pi(n+1) l cơng suất truyền thu bao thứ i vịng lặp thứ n, i(n) l SIR thu bao thứ i vịng lặp thứ n Theo cc kết thực nghiệm n chọn khoảng 10-20 l tối ưu Cĩ cc trường hợp sau : pi(n+1) < pi(n) (3.17) >T pi(n+1) > pi(n) (3.18) = pi(n+1) = pi(n) Trường hợp : i(n) < Trường hợp i(n) Trường hợp : i(n) T T (3.19) Mục đích thuật tốn ny l tăng hay giảm cơng suất truyền thu bao lin quan SIRi nhận trạm M Bằng cch điều chỉnh thơng số k hm điều khiển cơng suất, hệ thống thoả mn cc yu cầu vận hnh khc Kết mơ thể khả ổn định hệ thống cao cc phương php điều khiển cơng suất truyền thống Bắt đầu Nhập số thuê bao J 57 Nhập thông số chương trình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Hình 3.10 L ưu đồ thuậ t tốn đ iều khiển công suất phân tán DPC 3.6 Kết luận chương Trong chương ny chng ta đ đề xuất hai phương php điều khiển cơng suất hệ thống thơng tin di động hệ ba UMTS l phương php điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC v phương php điều khiển cơng suất phn tn DPC Đối với phương php điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC đ tập trung vo điều khiển cơng suất truyền cch dng niệm ngưỡng nhiều mức, cc lệnh điều khiển cơng suất TPC Bước động b cho chậm phương php điều khiển cơng 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS suất cố định cần b nhanh cơng suất truyền cửa sổ chấp nhận được, cn ổn định hệ thống Trong đó, phương php điều khiển cơng suất phn tn DPC dng thơng tin tỷ số tín hiệu trn nhiễu giao thoa SIR mức ngưỡng SIR(i) điều chỉnh cho ph hợp với đường truyền vơ tuyến để đạt chất lượng đường truyền tốt Do DPC cĩ khả đạt mức SIR yu cầu v hệ thống hoạt động ổn định cc phương php điều khiển cơng suất truyền thống Tuy nhin DPC cần nhiều thời gian để tối thiểu hố mức SIR Mỗi phương php cĩ ưu v nhược điểm ring, nhin hai phương php điều chỉnh cơng suất truyền hiệu cc phương php điều khiển cơng suất truyền thống Do hai phương php ny hi vọng l sở để nghin cứu nhằm điều khiển cơng suất cho số hệ thống thơng tin di động hệ ba CHƯƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN V MƠ PHỎNG 4.1 Giới thiệu chương Sau nghin cứu hai mơ hình điều khiển cơng suất DSSPC v DPC chương ny vo tính tốn số cụ thể v mơ kết hai phương php điều khiển cơng suất 4.2 Quỹ đường truyền vơ tuyến tham khảo cho hệ thống UMTS 59 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 vng phủ v chất lượng cho trạm gốc v trạm di động Cc thnh phần ny bao gồm hệ số truyền lan để tính tốn tổn hao đường truyền v cc thơng số hệ thống (cơng suất pht, hệ số tạp m my thu, hệ số khuếch đại an ten, độ rộng băng tần my thu, độ lợi xử lý v nhiễu giao thoa) Cc tổn hao khc : lổi điều khiển cơng suất, truy nhập tồn nh v nhiễu từ cc nguồn khc Bảng 4.1 Quỹ đường truyền cho tham khảo cho dịch vụ thoại 12,2 Kbps My pht MS Hệ số khuếch đại anten pht MS (dB) Tổn hao cp thu v lọc my thu MS (dBm) -3 Cơng suất xạ ERP MS (dBm) 21 My thu trạm gốc Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18 Hệ số tạp m my thu trạm gốc (dB) Suy hao đường truyền cho php vng phủ (dB) Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -141,9 -7,3 Tổn hao cp v lọc my pht BS (dBm) -2 Hệ số tích cực thoại 67% Hệ số ti sử dụng tần số 0,65 Độ rộng băng tần (MHz ) Bảng 4.2 Qu ỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực 144 Kbps My pht MS Hệ số khuếch đại anten pht MS (dB) Tổn hao cp thu v lọc my thu MS (dBm) -3 Cơng suất xạ ERP MS (dBm) 26 My thu trạm gốc Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Hệ số tạp m my thu trạm gốc (dB) Suy hao đường truyền cho php vng phủ (dB) Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -133,8 -4,2 Tổn hao cp v lọc my pht BS (dBm) -2 Hệ số tích cực thoại 100% Hệ số ti 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 My pht MS Hệ số khuếch đại anten pht MS (dB) Tổn hao cp thu v lọc my thu MS (dBm) -3 Cơng suất xạ ERP MS (dBm) 18 My thu trạm gốc Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18 Hệ số tạp m my thu trạm gốc (dB) Suy hao đường truyền cho php vng phủ (dB) Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -139,9 -7,3 Tổn hao cp v lọc my pht BS (dBm) -2 Hệ số tích cực thoại 100% Hệ số ti sử dụng tần số 0,65 Độ rộng băng tần (MHz ) 4.3 Phương php tính tốn cụ thể 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Dựa vo 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 trn nhiễu SIR cc mức điều chỉnh cơng suất truyền hai phương php điều khiển cơng suất thực chương trình mơ  Khuếch đại cơng suất di động Pma = Pme - Lm - Gm = 26 - (- 3) - = 27 (dBm)  Cơng suất thu BS trn người sử dụng Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt = 26 - 133,8 - 4,2 + 18 - = -96 (dBm)  Tải lưu lượng - Lưu lượng thu bao : A  n.T 1.90   0,025 3600 3600 (Erl) Thời gian trung bình gọi l T = 90 (s) - Lưu lượng 45 thu bao/1cell = 45 0,025 = 1,125 (Erl) Cấp bậc phục vụ GoS = 2% Sử dụng bảng Erlang B (phụ lục) ta xc định số knh Nt =  Mật độ cơng suất cc MS khc 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 cc trạm di động cc BTS khc 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 cc MS khc BS phục vụ v từ cc BS khc Itr = 10 lg (10 0,1 Iutr + 10 0,1 Ictr ) = 10 lg (10 0,1 (-159,29) + 10 0,1 (-161,98) ) = -157,42 (dBm/Hz)  Mật độ tạp m nhiệt 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS 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 cơng 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 trn 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 mơ  Form giới thiệu 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS  Form nhập số liệu 64 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 mơ đồ thị 65 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Nhận xt: Điều khiển cơng suất l vấn đề quan trọng đem lại lợi to lớn cho hệ thống thơng tin di động việc nng cao dung lượng, chất lượng hệ thống v hạn chế can nhiễu m khơng địi hỏi nng cấp cơng nghệ Kỹ thuật điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC dựa trn tham số tỷ số tín hiệu trn nhiễu giao thoa SIR để điều khiển cơng suất truyền cch dng niệm ngưỡng nhiều mức Tốc độ điều chỉnh cơng suất nhanh Do phương php ny cĩ khả chi phối linh hoạt thay đổi fading tín hiệu truyền cc phương php truyền thống Kỹ thuật điều khiển cơng suất phn tn DPC khơng yu cầu thơng tin trạng thi tập trung tất cc knh ring lẻ Thay vo đó, nĩ cĩ thể thích nghi cc mức cơng suất nhờ sử dụng cc php đo vơ tuyến cục bộ, ch ý tới thay đổi chất lượng dịch vụ đồng thời giải hiệu ứng tồn hệ thống tế bo Tuy nhin, phương php ny khơng xt đến lin quan cc kết nối cho QoS cc kết nối hữu v cần nhiều thời gian để tối ưu hố mức SIR Trong chương ny đ tính tốn cụ thể tỷ số tín hiệu trn nhiễu SIR, cc mức cơng suất điều chỉnh v kết thể qua chương trình mơ Tuy nhin thực tế tính tốn điều khiển cơng suất phải tính đến ảnh hưởng cc tham số khc 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS nn hai phương php điều khiển ny hy vọng l sở nghin cứu nhằm điều khiển cơng suất cho số hệ thống thơng tin di động Ngồi cc tham số mơ l cc tham số chọn lọc từ cc bi bo nghin cứu nn cc kết tính chưa xc với thực tế 4.5 Kết luận chương Dựa vo cc thơng số chọn lọc kỹ từ cc ti liệu, chương ny đ tính tốn cụ thể tỷ số tín hiệu trn nhiễu SIR, cơng suất trước điều khiển v cơng suất điều chỉnh tối ưu hai thuật tốn điều khiển cơng suất DSSPC v DPC Cc kết biểu diễn dạng đồ thị thể khả điều chỉnh cơng suất truyền hai phương php l khc Từ thấy khả tối ưu v độ ổn định hai phương php điều khiển cơng suất so với cc phương php điều khiển cơng suất truyền thống 67 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Project) Hệ thống thơng tin di động hệ ba đời từ dự n 3GPP gọi l hệ thống thơng tin di động UMTS/ WCDMA Trong chương ny trình by tổng quan hệ thống thơng tin di động hệ ba v phận quan trọng nĩ l hệ thống. ..Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS CHƯƠNG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 1.1 Giới thiệu chương Cng với pht triển mạnh mẽ cơng nghệ thơng tin, để đáp ứng nhu cầu... 1: Hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS CHƯƠNG CC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 2.1 Giới thiệu chương Vì mạng WCDMA nhiều người sử dụng cng hoạt động