Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3 umts

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  SVTH: TỐNG VĂN ĐỨC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA UMTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2011 MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC HÌNH xi Lời mở đầu CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ IMT-2000 1.3 CÔNG NGHỆ WCDMA 1.4 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG UMTS 1.4.1 Tổng quan 1.4.2 Dịch vụ hệ thống UMTS .7 1.4.3 Cấu trúc hệ thống UMTS 10 1.4.4 Mạng lõi CN (Core Network) 12 1.4.5 Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) 13 1.4.6 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) 15 1.5 CÁC KÊNH CỦA WCDMA/UMTS 15 1.5.1 Các kênh logic, LoCH 16 1.5.2 Các kênh truyền tải, TrCH 16 1.5.3 Các kênh vật lý 17 1.6 CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG 20 1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 22 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 23 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 23 2.2 Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT .23 i 2.3 PHÂN LOẠI ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 24 2.3.1 Điều khiển công suất cho đường xuống đường lên 25 2.3.2 Điều khiển công suất phân tán tập trung 25 2.3.3 Phân loại điều khiển công suất theo phương pháp đo 26 2.3.4 Điều khiển cơng suất vịng kín, điều khiển cơng suất vịng hở .27 2.4 ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG HỞ TRONG UMTS 30 2.4.1 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng hở đường lên 30 2.4.2 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vịng hở đường xuống .31 2.5 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT Ở CÁC KÊNH CHUNG ĐƯỜNG XUỐNG 32 2.6 CÁC THỦ TỤC ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG TRONG 34 2.6.1 Điều khiển cơng suất vịng đường lên 35 2.6.2 Điều khiển cơng suất vịng đường xuống .38 2.6.3 Trôi công suất 40 2.7 ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG NGỒI .41 2.7.1 Điều khiển công suất vịng ngồi đường lên 42 2.7.2 Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường xuống .43 2.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC ĐỘNG DSSPC VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHÂN TÁN DPC 45 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG .45 3.2 TỔNG QUAN 45 3.3 MỘT SỐ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG THUẬT TOÁN 47 3.3.1 Nhiễu đồng kênh 47 3.3.2 Nhiễu kênh lân cận 48 3.3.3 Hiện tượng gần xa 49 3.3.4 Tải lưu lượng 51 3.3.5 Cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) 52 3.3.6 Hiệu sử dụng kênh 53 ii 3.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC (DSSPC) (Dynamic Step-size Power Control) 53 3.4.1 Khái niệm lợi ích độ dự trữ, cửa sổ cơng suất 53 3.4.2 Sự hoạt động mạng 54 3.4.3 Sự hoạt động trạm di động 56 3.5 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHÂN TÁN (DPC) (Distributed Power Control) 59 3.5.1 Tổng quan 59 3.5.2 Mơ hình hệ thống .60 3.5.3 Thuật tốn điều khiển cơng suất phân tán DPC .61 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 62 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ MÔ PHỎNG .63 4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 63 4.2 GIỚI THIỆU NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH VISUAL BASIC 2008 EXPRESS EDITION .63 4.3 QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN THAM KHẢO CHO HỆ THỐNG UMTS 64 4.4 MƠ HÌNH TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC ĐỘNG DSSPC VÀ PHÂN TÁN CÔNG SUẤT DPC TRONG HỆ THỐNG UMTS .66 4.4.1 Thông số đầu vào .66 4.4.2 Các cơng thức tính tốn chương trình mơ 67 4.4.3 Điều khiển công suất theo bước động DSSPC .69 4.4.3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển 69 4.4.3.2 Kết tính tốn 71 4.4.4 Tính tốn điều khiển công suất phân tán DPC 73 4.4.4.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển 73 4.4.4.2 Kết tính toán 76 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 iii KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 81 iv CÁC TỪ VIẾT TẮT 3G Hệ thống thông tin di động Third Generation Cellular hệ thứ ba GPP Third Generation Patnership Project Dự án hợp tác hệ A AC Admission Cotrol Điều khiển cho phép AI Acquistion Indicator Chỉ thị bắt AICH Acquistion Indication Channel Kênh thị bắt A-P Access Preamble Tiền tố ATM Asynchoronous Transfer Mode Kiểu truyền di B BER Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CD-P Collision Detection Preamble Tiền tố phát tranh chấp CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung đường lên CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung D DC Điều khiển riêng Delicated Control v DCH Delicated Channel Kênh riêng DL Down Link Hướng xuống DS-CDMA Direct Sequence Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã Multiple Access dãy trực tiếp DSCH Downlink Shared Channel Kênh đường xuống dùng chung DSSPC dynamic step-size power control Điều khiển công suất theo bước động DPCCH Delicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý DPDCH Delicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng E ETSI European Telecommunications Học viện viễn thông Châu Âu Standard Institute F FACH Kênh truy nhập đường Forward Access Channel xuống FBI Feedback Information Thông tin hồi tiếp FER Frame Error Rate Tỷ số khung lỗi FDD Fequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Đa truy cập phân chia theo Multiple Access tần số G GGSN Gateway GPRS Support Node Node dịch vụ GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển mạch gói vơ tuyến GoS Grade of Service Cấp độ phục vụ GSM Global System of Mobile Hệ thống thơng tin di động Communication tồn cầu vi H HC Handover Control Điều khiển chuyển giao HDLA History Data Logic Analyzer Bộ phân tích liệu gốc HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú I International Mobile Tiêu chuẩn viễn thơng di Telecommunication động tồn cầu 2000 ISDN Integated Service Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecomunication Liên minh viễn thông quốc tế IMT-2000 Union M MAC Điều khiển truy nhập môi Medium Access Control trường ME Mobile Equipment Thiết bị nhận dạng thuê bao MM Mobility Management Quản lý di động MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di dộng O OFDM OSS Orthogonal Frequency Division Đa phân chia theo tần số trực Multiple giao Operation Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động P PC Power Control Điều khiển công suất PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh gói chung vật lý PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chung đường xuống vii Kênh thị tìm gọi PICH Paging Indication Channel PLMN Public Land Mobile Network PRACH Physical Random Access Channel Mạng di động mặt đất công cộng Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Q QI Quality Indicator Chỉ số chất lượng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ R RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Random Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến RNC Radio Network Controler Bộ điều khiển mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRM Radio Resouce Management Quản lí tài ngun vơ tuyến tuyến RRU Sử dụng tài nguyên vô tuyến Radio Resouce Utilization S Secondary Common Control Kênh vật lý điều khiển chung Physical Channel thứ cấp SCH Synchronization Channel Kênh đồng SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ chuyển mạch gói SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SF Spreading Fator Hệ số trải phổ SHO Soft Hand Over Chuyển giao mềm S-CCPCH viii SNR Tỷ số tín hiệu nhiễu Signal Noise Ratio T TCP Transit Control Power Điều khiển công suất phát TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian TFCI TPC Transport Format Combination Chỉ thị kết hợp khuôn dạng Indicator truyền tải Transmit Power Command Lệnh công suất phát U UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UL Up link Đường lên UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thơng di động Telecommunication System tồn cầu UMTS Subscriber Indentity Module nhận dạng thuê bao Module UMTS UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến USIM UTRAN mặt đất UMTS V VLR Thanh ghi định vị tạm trú Vistor Location Register W WCDMA Wideband Code Division Đa truy cập phân chia Multiple Access theo mã băng rộng ix Phụ lục End If Next i kenhNt = vt + 'tinh SIR real Dim j As Integer ReDim Pme(n - 1) ReDim Pma(n - 1) ReDim lp(n - 1) ReDim Pcu(n - 1) ReDim Iutr(n - 1) ReDim Ictr(n - 1) ReDim Io(n - 1) ReDim SIRreal(n - 1) ReDim Itr(n - 1) For i = To UBound(Pme) If RbBox1.Text = "12.2" Then Pme(i) = GetNumber.Next(-30, 18) SF = 10 * log10((3.84 * 10 ^ 3) / 12.2) lp(i) = GetNumber.Next(-141.9, -83) Al = -7.3 Gm = Ca = 0.67 Lm = -3 ElseIf RbBox1.Text = "144" Then Pme(i) = GetNumber.Next(-30, 26) SF = 10 * log10((3.84 * 10 ^ 3) / 144) lp(i) = GetNumber.Next(-133.8, -83) 'mo hinh hata cho o Macro vung thi cao bs=30m,do cao ms=1.5 song mang 1950Mhz Al = -4.2 90 Phụ lục Gm = Ca = Lm = ElseIf RbBox1.Text = "384" Then Pme(i) = GetNumber.Next(-30, 26) SF = 10 * log10((3.84 * 10 ^ 3) / 384) lp(i) = GetNumber.Next(-139.9, -83) Al = -7.3 Gm = Ca = Lm = End If Pma(i) = Pme(i) - Lm - Gm Pcu(i) = Pme(i) + lp(i) + Al + Gt + Lt Iutr(i) = Pcu(i) + 10 * log10(kenhNt - 1) + 10 * log10(Ca) - 10 * log10(3.84 * 10 ^ 6) Ictr(i) = Iutr(i) + 10 * log10(1 / fr - 1) Itr(i) = 10 * log10(dBto(Iutr(i)) + dBto(Ictr(i))) Io(i) = 10 * log10(dBto(Itr(i)) + dBto(No)) SIRreal(i) = SF + Pcu(i) - Io(i) - 10 * log10(3.84 * 10 ^ 6) dt1.Rows.Add(Round(Pma(i), 4), Round(SIRreal(i), 4)) 'hien dong kq Next DataGridView1.DataSource = dt1 End Sub '******************************************************************* 'phuong phap DSSPC Private Sub Button6_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button6.Click 91 Phụ lục Dim dt2 As New DataTable dt2.Merge(dt1) dt2.Columns.Add("Pdk_DSSPC") dt2.Columns.Add("SIRdk_DSSPC") ReDim Pdkdsspc(n - 1) ReDim Po(n - 1) ReDim Pmadsspc(n - 1) ReDim SIRdk_DSSPC(n - 1) ReDim SIR_DSSPC(n - 1) Dim p(99, n - 1) Dim s(99, n - 1) Dim nlap As Integer = 100 Dim lap As Integer SIRMax = Val(txtSIRmax.Text) SIRMin = Val(txtSIRmin.Text) SIROptMax = Val(TxtSIRomax.Text) SIROptMin = Val(TxtSIRomin.Text) For lap = To nlap If lap < nlap Then If lap = Then For i = To n - Po(i) = Pme(i) Next End If ' -For i = To UBound(Pme) SIR_DSSPC(i) = SIRreal(i) If SIR_DSSPC(i) > SIRMax Then 92 Phụ lục Pdkdsspc(i) = Po(i) - aa * b2 ElseIf (SIR_DSSPC(i) >= SIROptMax) And (SIR_DSSPC(i) = SIROptMin) And (SIR_DSSPC(i) < SIROptMax) Then Pdkdsspc(i) = Po(i) ElseIf (SIR_DSSPC(i) >= SIRMin) And (SIR_DSSPC(i) < SIROptMin) Then Pdkdsspc(i) = Po(i) + aa * b1 ElseIf SIR_DSSPC(i) < SIRMin Then Pdkdsspc(i) = Po(i) + aa * b2 End If If Pdkdsspc(i) >= pmin And Pdkdsspc(i)