Thông tin di động Thông tin di động Nhóm 3 1 MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2 LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1 5 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 5 W CDMA 5 1 1 Giới thiệu về W CDMA 5 1 2 Đặc điểm 6 1[.]
Thông tin di động MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ W-CDMA 1.1 Giới thiệu W-CDMA 1.2 Đặc điểm 1.3 Mơ hình cấu trúc CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG W-CDMA 2.1 Ý nghĩa việc điều khiển công suất 2.2 Phân loại điều khiển công suất 12 2.2.1 Điều khiển công suất phân tán tập trung .12 2.2.2 Điều khiển công suất cho đường lên đường xuống .13 2.2.3 Điều khiển công suất theo phương pháp đo 13 2.2.4 Điều khiển cơng suất vịng kín, điều khiển cơng suất vịng mở 14 2.3 Điều khiển công suất W-CDMA 16 2.3.1 Kỹ thuật điều khiển công suất đường lên 17 2.3.1.1 Điều khiển cơng suất vịng mở đường lên 17 2.3.1.2 Điều khiển cơng suất vịng kín đường lên 20 2.3.2 Kỹ thuật điều khiển công suất đường xuống .25 2.3.2.1 Điều khiển cơng suất vịng mở đường xuống 25 2.3.2.2 Điều khiển cơng suất vịng kín đường xuống 26 Kết luận chương 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO .31 Nhóm Thơng tin di động LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghệ điện tử, tin học, công nghệ thơng tin di động năm qua có bước phát triển mang tính chất đột phá mạnh mẽ, đủ khả cung cấp loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng Kể từ đời vào cuối năm 1940 nay, thông tin di động phát triển qua nhiều hệ tiến bước dài đường công nghệ Trong kỷ XXI, giới chứng kiến phát triển bùng nổ hệ thống thông tin vô tuyến thơng tin di động đóng vai trị quan trọng Để đáp ứng nhu cầu ngày tăng số lượng lẫn chất lượng, đặc biệt dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện nên công nghệ băng rộng đời thay cho cơng nghệ cũ khơng cịn phù hợp với xu phát triển công nghệ thông tin Với khả tích hợp nhiều dịch vụ, cơng nghệ băng rộng dần chiếm lĩnh thị trường viễn thơng Có nhiều chuẩn thông tin di động hệ ba đề xuất, chuẩn WCDMA ITU chấp nhận triển khai số khu vực Hệ thống thông tin di động W-CDMA phát triển hệ thống thông tin di động hệ hai sử dụng công nghệ TDMA GSM, IS-13 Công nghệ CDMA mục tiêu hướng tới hệ thống thông tin di động toàn giới, điều cho phép thực tiêu chuẩn hóa giao diện vơ tuyến cơng nghệ truyền thơng khơng dây tồn cầu Điều khiển cơng suất hệ thống thơng tin di động nói chung WCDMA nói riêng khâu quan trọng nhằm hạn chế ảnh hưởng hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, tăng khả chống lại fading, nhiễu vốn đặc trưng mơi trường di động Từ đảm tối ưu hóa dung lượng chất lượng hệ thống Nhóm Thơng tin di động Xuất phát từ xu phát triển tầm quan trọng việc điều khiển cơng suất nên nhóm em định chọn đề tài ” Điều khiển công suất W-CDMA” Bài tiểu luận gồm chương với nội dung chương sau: Chương 1: giới thiệu chung công nghệ di động hệ ba W-CDMA Chương 2: điều khiển công suất W-CDMA Chương trình bày ý nghĩa dạng điều khiển cơng suất Từ sâu vào phân tích kỹ thuật điều khiển cơng suất hệ thống thông tin di động hệ ba WCDMA Trong thời gian làm đề tài, nhóm em cố gắng nhiều song kiến thức hạn chế, thời gian tìm hiểu cịn hạn chế nên cịn sai sót Nhóm em mong nhận ý kiến đóng góp chân thành thầy bạn để tiểu luận hồn thiện Nhóm 3 Thông tin di động THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CN CPICH Core Network Common Pilot Channel Điều khiển cho phép Bộ điều khiển trạm gốc Tỷ lệ lỗi bit Trạm thu phát gốc Truyền dẫn không đồng Trung tâm nhận thực Đa truy nhập phân chia theo mã Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng Mạng lõi Kênh hoa tiêu chung DCCH DCH DPC Dedicate Control Channel Dedicated Channel Distributed Power Control Kênh điều khiển riêng Các kênh truyền tải dành riêng Điều khiển công suấ phân tán VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú EIR FDD GMSC Thanh ghi nhận dạng thiết bị Song công phân chia theo tần số GPRS Equipment Identity Register Frequency Division Duplex Gateway Mobile Service Switching Cente General Packet Radio Services GSM Global System for Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn cầu AC Amission Control BSC Base Station Controller BER Bit Error Ratio BTS Base Tranceiver Station ATM Asynchoronous Transfer Mode AUC Authentication Center CDMA Code Division Multiple Access W- CDMA Wide band CDMA Physical Downlink Shared Channel RACH Random Access Channel SIR Signal to Interference SIM Subscriber Identity Module UE User Equipment UTRAN UMTS Terrestrial Radio Tổng đài vô tuyến cổng Dịch vụ vô tuyến gói chung PDSCH Nhóm Kênh chia đường xuống vật lý Kênh truy nhập ngẫu nhiên Tỉ số tín hiệu nhiễu Modul nhận dạng thuê bao Thiết bị người sử dụng Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Thông tin di động CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ W-CDMA Hệ thống 3G xây dựng nhằm chuẩn bị sở hạ tầng di động chung có khả phục vụ dịch vụ tương lai Cơ sở hạ tầng 3G thiết kế với điều kiện thay đổi, phát triển kỹ thuật có khả phù hợp với mạng mà không làm ảnh hưởng đến dịch vụ sử dụng Để thực điều đó, cần tách biệt kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật dịch vụ (điều khiển kết nối) ứng dụng người sử dụng Chương phân tích cấu trúc phần cứng hệ thống di động 3G phần tử mạng truy cập vô tuyến, mạng lõi, chức phần tử, giao diện mạng, mơ hình giao thức phân lớp hệ thống W-CDMA sở cấu trúc hệ thống cho W-CDMA UMTS xây dựng sở GSM nên có xu hướng tận dụng tối đa sở hạ tầng GSM hệ hai Ngồi chương cịn giới thiệu loại kênh UTRAN, qua đề cập đến phương thức xếp kênh lôgic lên kênh truyền tải kênh truyền tải lên kênh vật lý, cách đáp ứng yêu cầu trình xếp, trình bày kỹ thuật trải phổ W-CDMA, thủ tục liên quan đến giao diện vô tuyến bao gồm chuyển giao điều khiển công suất 1.1.Giới thiệu W-CDMA W-CDMA công nghệ 3G hoạt động dựa kỹ thuật CDMA có khả hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao video, truy cập Internet, hội thảo hình W-CDMA nằm dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz Nhóm Thơng tin di động W-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 cơng nghệ thơng tin di động hệ ba W-CDMA 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 1.2 Đặc điểm W-CDMA 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 hai mơ hình vơ tuyến ghép song cơng phân chia theo tần số FDD (Fequency Division Duplex) ghép song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) Trong mơ hình FDD sóng mang MHz sử dụng cho đường lên đường xuống, mơ hình TDD sóng mang MHz chia xẻ theo thời gian đường lên đường xuống + W-CDMA hỗ trợ hoạt động không đồng trạm gốc, dễ dàng phát triển trạm gốc vừa nhỏ + W-CDMA 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 + W-CDMA thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng dung lượng mạng + Lớp vật lý mềm dẻo dễ tích hợp tất thơng tin sóng mang + Hệ số tái sử dụng tần số Nhóm Thơng tin di động + Hỗ trợ phân tập phát cấu trúc thu tiên tiến + Nhược điểm W-CDMA hệ thống không cho phép phát liên tục băng TDD không tạo điều kiện cho kỹ thuật chống nhiễu môi trường làm việc khác + Hệ thống thông tin di động hệ ba W-CDMA 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 1.3 Mơ hình cấu trúc Hệ thống W-CDMA xây dựng sở mạng GPRS Về mặt chức chia cấu trúc mạng W-CDMA làm hai phần: mạng lõi CN (Core Network) UTRAN Trong mạng lõi sử dụng toàn cấu trúc phần cứng mạng GPRS cịn mạng truy nhập vơ tuyến phần nâng cấp W-CDMA Ngoài để hoàn thiện hệ thống, W-CDMA cịn có thiết bị người sử dụng UE thực giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, UE UTRAN bao gồm giao thức thiết kế dựa công nghệ vô tuyến W-CDMA, mạng lõi định nghĩa hoàn toàn dựa GSM Điều cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính tồn cầu sở cơng nghệ GSM Nhóm Thơng tin di động UE In te rn e t Uu Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc hệ thơng W-CDMA Nhóm Thông tin di động CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG W-CDMA Trong hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng W-CDMA, thuê bao tham gia vào hệ thống cấp mã để hoạt động kênh tần số Điều làm dung lượng hệ thống tăng lên đáng kể, bên cạnh đó, có nhiều thuê bao hoạt động kênh tần số gây nhiễu đồng kênh Ngồi ra, nhiễu cịn phát sinh mơi trường hay từ thiết bị hệ thống W-CDMA Nhằm trì số cấp độ phục vụ QoS hệ thống mức tiêu chuẩn, hạn chế nhiễu việc điều khiển công suất đường lên đường xuống việc làm cần thiết Trong chương tìm hiểu dạng điều khiển công suất ý nghĩa Sau ta sâu vào phân tích số kỹ thuật điều khiển cơng suất hệ thống thông tin di động hệ ba W-CDMA 2.1 Ý nghĩa việc điều khiển công suất Trong hệ thống thông tin di động W-CDMA, UE phát chung tần số thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh với Chất lượng truyền dẫn đường truyền vô tuyến người sử dụng môi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào giá trị SIR Để đảm bảo tỷ số tín hiệu nhiễu SIR (Signal to Interference) khơng đổi đảm bảo ngưỡng yêu cầu ta cần điều khiển công suất Ở hệ thống W-CDMA việc điều khiển công suất bắt buộc phải nhanh chóng khơng dung lượng hệ thống bị giảm Việc điều khiển công suất giúp cho công suất thu trạm gốc tất thuê bao, dung lượng hệ thống đạt tới mức cực đại SNR tín hiệu thu đảm bảo lớn ngưỡng tối thiểu có nhiều th bao hoạt động Ngồi điều khiển cơng suất cịn tham gia vào q trình chuyển giao giúp cho thông tin liên lạc giữ suốt trình thuê bao di chuyển từ trạm gốc qua trạm gốc khác Điều khiển công suất nhằm mục đích để chống lại hiệu Nhóm Thơng tin di động ứng Fading Rayleigh tín hiệu truyền việc bù cho Fading nhanh kênh truyền Nó cịn góp phần làm tăng tuổi thọ pin máy di động giúp cho máy di động hoạt động công suất thấp mà đảm bảo chất lượng tín hiệu Để minh hoạ việc điều khiển công suất cần thiết hệ thống W-CDMA, xem xét tế bào đơn lẻ có hai thuê bao giả định Thuê bao gần trạm gốc thuê bao 2, điều khiển cơng suất, hai th bao phát mức công suất cố định P, nhiên khác khoảng cách nên công suất thu từ thuê bao P1 lớn thuê bao P2 Giả sử độ lệch khoảng cách mà P1 lớn gấp 10 lần P2 thuê bao chịu bất lợi lớn Nếu tỷ số SNR yêu cầu (1/10) nhận chênh lệch SNR hai thuê bao Hình 2.1 minh hoạ điều này, bỏ qua tạp âm nhiệt SNR thuê bao 10 SNR thuê bao (1/10) Thuê bao có SNR cao nhiều có chất lượng tốt, SNR thuê bao vừa đủ so với yêu cầu Sự không cân xem toán “gần-xa” kinh điển hệ thống đa truy cập trải phổ Nhóm 10 Thơng tin di động khiển cơng suất vịng kín CLPC (Close Loop Power Control) Trong điều khiển cơng suất vịng kín người ta lại phân làm hai loại điều khiển cơng suất vịng điều khiển cơng suất vịng ngồi 2.3.1 Kỹ thuật điều khiển cơng suất đường lên 2.3.1.1 Điều khiển cơng suất vịng mở đường lên Một vấn đề cần phải giải vấn đề điều khiển cơng suất cơng suất phát ban đầu máy di động Trước thiết lập liên hệ với trạm gốc máy di dộng điều chỉnh công suất phát trạm gốc Như câu hỏi đặt máy di động bắt đầu thử truy nhập vào trạm gốc mức cơng suất máy di động nên sử dụng để phát yêu cầu Do thời điểm mối liên hệ nút B UE chưa thiết lập trạm gốc vị trí th bao di động Do có hai lựa chọn: thứ máy di động thử truy nhập tới trạm gốc với công suất cao Điều làm tăng khả trạm gốc thu yều cầu truy nhập thuê bao, nhiên phương pháp gây nhiễu tới thuê bao khác quản lý trạm gốc Lựa chọn thứ hai UE thăm dị với mức cơng suất tăng dần thu mức công suất tín hiệu hoa tiêu từ trạm gốc đường xuống UE sử dụng mức cơng suất thu để ước tính cơng suất ban đầu sau: UE điều chỉnh mức cơng suất truyền dẫn theo hướng tỷ lệ nghịch với mức cơng suất tín hiệu hoa tiêu thu Do vậy, mức cơng suất tín hiệu hoa tiêu lớn mức cơng suất phát UE (P_trx) nhỏ Nhóm 17 Thơng tin di động Ước tính cường độ hoa tiêu BS P_trx = 1/cường độ hoa tiêu Hình 2.3 Điều khiển cơng suất vịng mở đường lên Q trình điều khiển cơng suất khơng có tham gia trạm gốc Quá trình điều khiển cơng suất theo vịng mở diễn liên tục sau trạm gốc xác nhận yêu cầu truy nhập UE sau UE cấp phát kênh lưu lượng Sau gọi thiết lập UE di chuyển phạm vi tế bào, suy hao đường truyền UE trạm gốc liên tục thay đổi Kết công suất thu UE thay đổi hoạt động điều chỉnh cơng suất theo vịng mở liên tục giám sát công suất thu UE tiếp tục điều chỉnh công suất phát UE Một ý quan trọng điều khiển cơng suất theo vịng mở dựa ước tính suy hao đường truyền Q trình điều chỉnh cơng suất sử dụng để bù đắp cho thay đổi chậm, có tương quan đường truyền đường truyền Tuy nhiên tương quan xác nên q trình điều khiển cơng suất theo vịng mở khơng đủ q chậm cho tượng fading nhanh Nhóm 18 Thơng tin di động Chi tiết thuật toán sau: Chức điều khiển công suất thực đầu cuối UTRAN Chức địi hỏi số thơng số điều khiển phát quảng bá tế bào cơng suất mã tín hiệu thu RSPC (Received Signal Code Power) đo UE P-CPICH tích cực Dựa tính tốn vịng mở, UE thiết lập công suất khởi đầu tiền tố PRACH DPCCH đường lên trước khởi đầu điều khiển công suất vòng Trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên, công suất tiền tố AP (Access Preamble) thiết lập UE sau: Preamble_Initial_Power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP + UL_interference + UL_required_CI (2.1) Trong CPICH_Tx_Power công suất tiền tố đầu tiên, UL_required_CI tỷ số sóng mang nhiễu yêu cầu đường lên thiết lập trình quy hoạch mạng vô tuyến, UL_interference nhiễu đường lên đo nút B truyền quảng bá BCH Khi tính tốn DPCCH đầu tiên, UE khởi đầu điều khiển vịng cơng suất sau: DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP (2.2) Trong CPICH_RSCP cơng suất mã tín hiệu thu kênh hoa tiêu chung đo UE, DPCCH_Power_offset độ dịch công suất kênh điều khiển vật lý riêng tính tốn điều khiển cho phép AC (Amission Control) RNC cung cấp cho UE kết nối RRC hay lập lại cấu hình kênh vật lý sau: DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_power + UL_interference + SIRDPCCH +10lg(SFDPDCH) (2.3) Trong SIRDPCCH SIR đích khởi đầu AC tạo kết nối cụ thể, SFDPDCH hệ số trải phổ kênh số liệu vật lý riêng DPDCH tương ứng Nhóm 19 Thơng tin di động 2.3.1.2 Điều khiển cơng suất vịng kín đường lên Tiền tố UL DPCCH PC DL DPCCH DCH-FP(10-100Hz): BER,BLER (CRC) DCH-FP(10-100Hz): DL SIR đích UE PC vịng - Nếu SIR ước tính > SIR đích: TPC = 0(lệnh giảm cơng suất UE 1dB) - Nếu SIR ước tính < SIR đích: TPC = 1(lệnh tăng cơng suất lên bB) PC vịng ngồi - Nếu BLER ước tính > BLER đích: SIR đích (n+1)=SIR đích(n)-∆SIR - Nếu BLER ước tính