Quản lý tài nguyên vô tuyến động trong LTE

Đề tài nghiên cứu về: “Quản lý tài nguyên vô tuyến động trong LTE” cho đồ án tốt nghiệp của mình. Nội dung của đồ án gồm 3 phần: • Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE • Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE • Chương III: Các thuật toán quản lý tài nguyên

Đồ án tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3G 3GPP Third Generation 3rd Generation Partnership Projec BCCH BCH BER BLER BM-SC A Acknowledgement Access Gateway Acknowledged Mode Adaptive Modulation And Coding Automatic Repeat-request Additive Gaussian Noise B Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit Error Rate Block-Error Rate Broadcast/Multicast Service Center BPSK BS BSC Binary Phase ShiftKeying Base Station Base Tranceiver Station ACK AGW AM AMC ARQ AWGN CDMA CN CP DCCH DCH DFT DFTS-OFDM DL DPCCH DPCH DPDCH DSCH E-DCH eNodeB FCC FDD FDM FDMA FFT C Code Division Multiple Access Core Network Cyclic Prefix D Dedicated Control Channel Dedicated Channel Discrete Fourier Transform DFT-Spread OFDM Downlink Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel Downlink Shared Channel E Enhanced Dedicated Channel E-UTRAN NútB F Federal Communications Commission Frequency Division Duplex Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiple Access Fast Fourier Transform Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1 Thế hệ thứ ba Tổ chức chuẩn hóa mạng di động hệ thứ Báo nhận Cổng truy nhập Chế độ cơng nhận Mã hóa điều chế thích ứng u cầu phát lại tự động Tạp âm Gauss trắng cộng Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỉ số lỗi bít Tỷ số lỗi khối Trung tâm dịch vụ quảng bá/đa phương Khóa chuyển pha hai trạng thái Trạm gốc Trạm thu phát gốc Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Tiền tố chu trình Kênh điều khiển riêng Kênh riêng Biến đổi fourier rời rạc OFDM trải phổ Đường xuống Kênh điều khiển vật lý riêng Kênh vật lý riêng Kênh số liệu vật lý riêng Kênh chia sẻ đường xuống Kênh dành riêng tăng cường Nút B E-UTRAN Ủy ban thông tin liên bang Ghép song công phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Biến đổi fourier nhanh Đồ án tốt nghiệp GPRS GSM HARQ HSDPA HSPA HSUPA IFFT IMT-2000 LTE MAC MBS MIMO Thuật ngữ viết tắt G General Packet Radio Services Global Sytem For Mobile Communications H Hybrid ARQ High Speed Downlink Packet Access High Speed Packet Access High Speed Uplink Packet Access I Inverse FFT International Mobile Telecommunications 2000 L Long Term Evolution M Medium Access Control Multicast Broadcast Service Multiple Input Multiple Output Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống truyền thơng di động tồn cầu ARQ hỗn hợp Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Biến đổi Fourier nhanh ngược Thông tin di động quốc tế 2000 Phát triển dài hạn Điều khiển truy nhập môi trường Dịch vụ đa phương quảng bá Nhiều đầu vào nhiều đầu O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao P PAPR PCCH PCH PDCCH PDCP PDSCH PDU SC-FDMA TD-CDMA TDD TDMA TTI UE UTRAN Peak to Average Power Ratio Paging Control Channel Paging Channel Physical Downlink Control Channel Packet Data Convergence Packet Data Convergence Protocol Physical Downlink Shared Channel Protocol Data Unit S Single Carrier FDMA T Time Dvision-Code Division Multiple Access Time Division Duplex Tỉ số công suất đỉnh trung bình Kênh điều khiển tìm gọi Kênh tìm gọi Kênh điều khiển vật lý đường xuống Giao thức hội tụ số liệu gói Kênh chia sẻ vật lý đường xuống Khối số liệu gói FDMA đơn sóng mang Đa truy nhập phân chia theo mã-phân chia theo thời gian Ghép song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Khoảng thời gian phát Time Division MultipleAccess Transmission Time Interval U User Equipment Thiết bị người dùng UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn Network cầu Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Những năm gần đây, giới chứng kiến bùng nổ nhu cầu truyền thông không dây số lượng, chất lượng loại hình dịch vụ Tuy nhiên, theo đánh giá cơng nghệ truyền thơng khơng dây thời cịn q chậm khơng đáp ứng yêu cầu dịch vụ đặc biệt dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện Điều địi hỏi nhà khai thác phải có công nghệ truyền thông không dây nhanh tốt Để đáp ứng yêu cầu đó, mà công nghệ mạng thông tin di động hệ thứ ba (3G) chưa có đủ thời gian để khẳng định vị tồn cầu người ta tiến hành nghiên cứu, lập biểu hệ thống thông tin di động hệ tư (4G) Một số chuẩn di động hệ có nhiều tiềm nhà khai thác viễn thông lớn giới bắt đầu triển khai thử nghiệm trở thành chuẩn di động 4G tương lai, LTE (Long Term Evolution) Các thử nghiệm chứng tỏ lực tuyệt vời công nghệ LTE khả thương mại hóa LTE đến gần Trước đây, muốn truy cập liệu, bạn phải cần có đường dây cố định để kết nối Trong tương lai không xa với LTE, bạn truy cập tất dịch vụ lúc nơi di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải sở liệu v.v… với tốc độ “siêu tốc” 4G LTE cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định, đáp ứng dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G khơng thể đáp ứng Tuy cịn mẻ mạng di động băng rộng 4G kỳ vọng tạo nhiều thay đổi khác biệt so với mạng di động Hiện nay, nhiều quốc gia giới triển khai 4G LTE thu kết đáng ngạc nhiên Ví dụ châu Âu, 4G xem khả đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với khả kết nối với nhiều loại hình mạng truy nhập vơ tuyến khác khả chọn lựa mạng vô tuyến thích hợp để truyền tải dịch vụ đến người dùng cách tối ưu Quan điểm xem “quan điểm liên đới” Do đó, khái niệm “ABC-Always Best Connected” (luôn kết nối tốt nhất) ln xem đặc tính hàng đầu mạng thông tin di động 4G Định nghĩa nhiều công ty viễn thông lớn nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận Dù theo quan điểm nào, tất kỳ vọng mạng thông tin di động hệ thứ tư 4G lên vào khoảng 2010-2015 mạng vô tuyến băng rộng tốc độ siêu cao Ở Việt Nam , số nhà mạng lớn VNPT, Viettel, Công ty Cổ phần Viễn thông FPT (FPT Telecom), Tập đồn Cơng nghệ CMC Tổng công ty Truyền thông Đa phương tiện (VTC) tiến hành thử nghiệm 4G LTE, dự báo việc tiến lên 4G khơng cịn xa Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Từ vấn đề ta thấy việc nghiên cứu kiến trúc mạng LTE kỹ thuật sử dụng LTE điều tất yếu Xuất phát từ ý tưởng đó, em chọn đề tài nghiên cứu về: “Quản lý tài nguyên vô tuyến động LTE” cho đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án gồm phần: • • • Chương I: Tổng quan công nghệ LTE Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Chương III: Các thuật tốn quản lý tài ngun Trong suốt q trình làm đồ án, em nhận giúp đỡ tận tình thầy bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Phạm Thị Thúy Hiền, người trực tiếp hướng dẫn em suốt thời gian làm đồ án Đồng thời xin cảm ơn tất thầy cô khoa Viễn thơng nhiệt tình bảo em q trình học tập thực đồ án Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực Lê Thu Hiền Sinh viên: Lê Thu Hiền–Lớp D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan công nghệ LTE CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Định nghĩa LTE hệ thứ tư tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai tồn giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống tương lai, tháng 11/2004 3GPP bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với giao tiếp mở giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối Đặc tả kỹ thuật cho LTE hoàn tất sản phẩm LTE bắt đầu hãng tung thị trường Các mục tiêu công nghệ là: - Tăng tốc độ truyền liệu: điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mbps - Dải tần co giãn được: có khả mở rộng từ 1,4MHz; 3MHz; MHz; 10 MHz; 15MHz 20 MHz chiều lên xuống Điều dẫn đến linh hoạt sử dụng hiệu băng thông Mức công suất cao - Đảm bảo hiệu suất di chuyển: chức hỗ trợ từ 120 đến 350km/h chí 500km/h tùy thuộc vào băng tần - Giảm độ trễ mặt phẳng người sử dụng: giảm thời gian để thiết bị chuyển từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng bắt đầu truyền thông tin kênh truyền Thời gian phải nhỏ 100ms - Sẽ khơng cịn chuyển mạch kênh: tất dựa IP Chúng cho phép cung cấp dịch vụ linh hoạt đơn giản với mạng di động - Độ phủ sóng từ 5-100km: vịng bán kính 5-100km LTE cung cấp tối ưu lưu lượng người dùng - Kiến trúc mạng đơn giản so với mạng 3G thời Tuy nhiên mạng LTE tích hợp cách dễ dàng với mạng 3G 2G Điều quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE khơng cần thay đổi tồn sở hạ tầng mạng có - Giảm chi phí: độ phức tạp thấp, thiết bị đầu cuối tiêu thụ lượng - Cùng tồn với chuẩn hệ thống trước: LTE phải tồn phối hợp hoạt động với hệ thống 3GPP khác Người sử dụng LTE thực gọi từ thiết bị đầu cuối chí họ khơng nằm vùng phủ sóng LTE Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan công nghệ LTE 1.2 Mục tiêu thiết kế LTE 1.2.1 Tiềm hệ thống Yêu cầu đặt việc đạt tốc độ liệu đỉnh cho đường xuống 100 Mbit/s đường lên 50 Mbit/s, hoạt động phân bố phổ 20 MHz Khi phân bố phổ hẹp tốc độ liệu đỉnh tỉ lệ thuận theo Do đó, điều kiện đặt biểu diễn bit/s/Hz cho đường xuống 2,5 bit/s/Hz cho đường lên LTE hỗ trợ chế độ FDD TDD Rõ ràng, trường hợp TDD, truyền dẫn đường lên đường xuống, theo định nghĩa khơng thể xuất đồng thời Do mà u cầu tốc độ liệu đỉnh trùng đồng thời Mặt khác, trường hợp FDD, đặc tính LTE cho phép q trình phát thu đồng thời đạt tốc độ liệu đỉnh theo phần lý thuyết LTE phải có thời gian chuyển đổi trạng thái nhỏ 100ms vào trạng thái tích cực Nó cần đảm bảo thời gian chuyển đổi nhỏ 50ms từ trạng thái ngủ vào trạng thái tích cực Cần đảm bảo trễ mặt phẳng U nhỏ 10ms Trễ mặt phẳng U định nghĩa trễ chiều gói lóp IP UE (hoặc nút biên UTRAN) đến lớp IP nút biên UTRAN (hoặc UE) Nút biên UTRAN nút giao diện UTRAN với mạng lõi Cần phải đảm bảo trễ mặt phẳng U LTE nhỏ với 5ms điều kiện không tải (nghĩa người sử dụng với luồng số liệu) gói nhỏ (chẳng hạn tải tin khơng cộng với tiêu đề) Rõ ràng chế độ ấn định băng thơng LTE ảnh hưởng đáng kể lên trễ Xét mặt yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE hỗ trợ 200 thiết bị đầu cuối di động trạng thái tích cực hoạt động khoảng tần 5MHz Trong phân bố rộng 5MHz có 400 thiết bị đầu cuối hỗ trợ Số lượng thiết bị đầu cuối khơng tích cực khơng nói rõ cao cách đáng kể 1.2.2 Hiệu suất hệ thống Các mục tiêu thiết kế công hệ thống LTE xác định lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, MBMS nâng cao Nhìn chung, yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử dụng phiên HSPA Đối với trạm gốc, giả định có anten phát hai anten thu, thiết bị đầu cuối có tối đa anten phát hai anten thu Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý đặc tính nâng cao phần việc cải tiến HSPA khơng bao gồm tham chiếu chuẩn Vì thế, thiết bị đầu cuối hệ thống chuẩn giả định có hai anten thu thu RAKE đơn giản áp dụng Tương tự, ghép kênh không gian không áp dụng hệ thống chuẩn Yêu cầu lưu lượng người dùng định rõ theo hai điểm: phân bố người dùng trung bình phân bố người dùng phân vị thứ (khi mà 95% người dùng có chất lượng tốt hơn) Mục tiêu hiệu suất phổ rõ, thuộc Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan cơng nghệ LTE tính hiệu suất phổ định nghĩa lưu lượng hệ thống theo tính theo bit/s/MHz/ô Những mục tiêu thiết kế tổng hợp Bảng 1.1 Bảng 1.1: Các yêu cầu hiệu suất phổ lưu lượng người dùng Phương pháp đo hiệu suất Mục tiêu đường xuống Mục tiêu đường lên so so với với Lưu lượng người dùng trung – lần – lần bình (trên 1MHz) Lưu lượng người dùng biên ô – lần – lần (trên 1MHz, phân vị thứ 5) Hiệu suất phổ (bit/s/Hz/ô) – lần – lần Yêu cầu độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển thiết bị đầu cuối di động Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h hiệu suất đạt tối đa, cho phép giảm tốc độ cao Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE cung cấp hiệu suất cao vận tốc 120 km/h hệ thống phải trì kết nối tồn mạng Tốc độ tối đa quản lý hệ thống LTE thiết lập đến 350 km/h (hoặc chí đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần) Một yếu tố quan đặc biệt dịch vụ thoại cung cấp LTE ngang với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ Yêu cầu vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi (bán kính), nghĩa khoảng cách tối đa từ tâm ô đến thiết bị đầu cuối di động ô Đối với phạm vi ô lên đến km yêu cầu lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ độ linh động đảm bảo giới hạn không bị ảnh hưởng nhiễu Đối với có bán kính lên đến 30 km có giảm nhẹ cho phép lưu lượng người dùng hiệu suất phổ lại giảm cách đáng kể chấp nhận Tuy nhiên, yêu cầu độ di động đáp ứng Khi mà phạm vi lên đến 100 km khơng thấy có đặc tính kỹ thuật u cầu hiệu suất nói rõ trường hợp Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định hai chế độ: quảng bá đơn hướng Nhìn chung, LTE cung cấp dịch vụ tốt so với phiên u cầu trường hợp quảng bá hiệu suất phổ bit/s/Hz, tương ứng với khoảng 16 kênh TV di động cách sử dụng khoảng 300 kbit/s phân bố phổ tần 5MHz Hơn nữa, cung cấp dịch vụ MBMS với dịch vụ sóng mang, kết hợp với dịch vụ non-MBMS khác Và đương nhiên đặc tính kỹ thuật LTE có khả cung cấp đồng thời dịch vụ thoại dịch vụ MBMS 1.2.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm kịch triển khai, độ linh hoạt phổ, trải phổ, tồn làm việc với LTE với công nghệ Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE - Hiệu ứng che khuất - Fađing lựa chọn tần số Hình 3.2: Các đường cong mơ mức độ liên kết Vì vậy, hệ thống OFDMA tập hợp kênh song song, phẳng, fading không chọn lọc sử dụng, kênh truyền chịu ảnh hưởng fading chậm Kết SINR tính sau: C (X ) = I P / q0 n P ∑ i =1 X i q D + N0 i (3.14) Trong đó: Xi =1 có nghĩa có xung đột gọi ơ đích i người sử dụng N0 nhiễu qi D i tổn thất đường ảnh hưởng trạm sở người nhận tương ứng α qi = ri 10 D ξi 10 (3.15) Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE ri Với khoảng cách từ trạm gốc ô i tới người nhận đích ξi biến ngẫu nhiên chuẩn hiệu ứng che khuất, α ∈ [2, 4] là số Thời gian phục vụ trung bình gọi Thời gian phục vụ trung bình gọi kênh tính cách sử dụng trung bình T= D thông lượng tái sử dụng tần số lần: E[ Z] D (3.16)   D = ∑ Pr ( X )   X D( x)  −1 (3.17) Trong D(x) xác định vector thông lượng xung đột X:     D( X ) = M × W × Er0   C  B ( ( X ))   I  −1 (3.18) Thời gian dịch vụ trung bình gọi tính sau:     Z  T = E [ T ( X )] = Er0  M W  B  C (X ) ÷  I    (3.19) Trong đó: Z : Kích thước tập tin tải xuống M W Er0 : Số kênh gán cho gọi : kênh băng thông : Kỳ vọng ô Sau tìm thấy thời gian phục vụ trung bình gọi, tính toán xác suất trạng thái ổn định tức khả có gọi U hệ thống sau: l ( λT ) π (U ) = G U! U (3.20) Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Trong G số tìm cách: l ( λT ) π (U ) = G U! U (3.21) Trong đó: l : mật độ gọi đến U C : số lượng người sử dụng (thuê bao) ô : số kênh ô Xác suất trạng thái ổn định tính cách sử dụng tốc độ khởi hành ô mục tiêu, tốc độ khởi hành tính cách sử dụng xác suất trạng thái ổn định nhiễu Vì vậy, phương pháp lặp lặp lại thơng qua để tìm xác suất trạng thái ổn định sau: - Thiết lập giá trị ban đầu cho lần lặp lại ví dụ tải = 0,5 ∏ (U ) - Tính cách sử dụng giá trị ban đầu sử dụng kết để tính tốn tải sử dụng phương trình (3.7) - Tính tốn thơng qua phương trình (3.17) - Đưa giá trị bước vào phương trình (3.20) lặp lại trình giá trị hội tụ Thời gian trung bình mà phiên dành cho hệ thống tính cách sử dụng cơng thức: T= E[U ] λ (1 − b) (3.22) Trong đó: E[U ] = ∑ U ∈S π (U ) (3.23) số lượng trung bình gọi ô 3.2.4 Quản lý công suất đường lên Do công suất MS bị giới hạn lượng pin truyền tải điện phải giảm thiểu nhiều tốt phải đủ để đạt công suất cần thiết Việc truyền tải tối thiểu cơng suất điện Pe tính tốn với hỗ trợ thủ tục sau đây: i) Tính tốn SINR đạt tín hiệu truyền với cơng suất cực đại Pmax Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE ii) Xác định phương thức mã hóa điều chế MCS tương ứng với SINR tính iii) Tính tốn cơng suất truyền tải tối thiểu P e đạt ứng với MCS xác định Giả sử có X xung đột mục tiêu ảnh hưởng nhiễu lên người sử dụng mục tiêu tính dung lượng người sử dụng tính sau: I iU (ri , θ i ) = PU (li (ri ,θ i )) q0U (ri ) (3.24) Trong đó: li (ri , θi ) : khoảng cách trạm sở người sử dụng ô nhiễu PU (li (ri ,θi )) : công suất truyền tải trung bình người sử dụng nhiễu cách trạm sở khoảng l, q0U đường bị người dùng trạm sở đích SINR đạt tối đa người sử dụng tính sau: SINR max ( q0 , X , r , θ ) = ∑ Pmax / q0U (r0 ) n i =1 X i I iU (ri ,θi ) + N (3.25) Trong đó: Pmax : cơng suất tối đa truyền người sử dụng mục tiêu q0U (r0 ) : việc hướng người sử dụng mục tiêu khoảng cách r từ trạm sở Bây xác định MCS dựa SINR tính với hỗ trợ đường cong cấp liên kết Hình 3.2 Để tính tốn cơng suất tối thiểu truyền dẫn đạt được xác định MCS, biểu diễn hệ thống mã hóa điều chế cho giá trị s SINR chức bước m (s) c (s) tương ứng n Pe (q0 , X , r , θ ) = (∑ X i × liU (ri ,θ i ) + N ) i =1 × S (m( SINRmax (q0, X , r , θ )), c( SINRmax ( q0, X , r , θ ))) (3.26) r &θ vector khoảng cách góc người sử dụng nhiễu trạm sở mục tiêu di động S(m,c) sử dụng để đạt SINR tối thiểu cho điều chế m tỷ lệ mã hóa c Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Truyền dẫn công suất tối thiểu trung bình cần thiết để chiếm khoảng cho thay đổi can nhiễu, tính sau: Pe (r0 ) = ∑ Er ,θ [ Pe (r0 , X , r ,θ )] Pr ( X ) X (3.27) Pr ( X ) xác suất xung đột vụ xung đột vector nhiễu bề mặt ô X công suất phát trung bình 3.2.5 Thực Thực phân tích so sánh chế phân bổ tần số đề xuất khác ô để giảm thiểu can thiệp nhiễu đánh giá thuật toán phân bổ nguồn lực 3GPP LTE thiết kế cho băng thông tức thời định tần số dải: 1,24; 2,5; 5; 10; 15 20 MHz với người sử dụng tùy thuộc vào điều kiện kênh sẵn có Tài ngun vơ tuyến lập biểu sau khoảng thời gian định kỳ 1ms 3.3 Phân tích hiệu suất Ở sử dụng phương trình xác suất mục 3.2 sử dụng chương để điều tra vấn đề thực chế phân bổ tần số vô tuyến khác thảo luận mục 3.1 Những biểu đồ hiển thị chương lấy từ báo nghiên cứu IEEE để tham khảo Thông thường phương án phân bổ tần số phân loại tĩnh, bán tĩnh, động Trong chế phân bổ tần số tĩnh, tần số lập kế hoạch giao cho ô trước triển khai mạng, sau khơng thể thay đổi Trong chế phân bổ bán tĩnh, việc phân bổ tần số thực sau thời gian dài thời gian 10 ngày việc phân bổ động thực lặp lặp lại sau thời gian ngắn 3.3.1 Quản lý nhiễu tĩnh tái sử dụng tần số hệ số tái sử dụng tần số hệ số Các chế tĩnh hữu dụng việc triển khai mạng đồng mà có tải phân bổ kênh tương tự mơ hình Tổng dung lượng hệ thống 10 MHz chia thành 30 kênh 30 kênh chia thành bốn phần Phần đầu chứa 18 kênh ba phần khác có bốn kênh phần Các người sử dụng ô trung tâm định kênh từ phần tức từ 18 kênh người sử dụng ô cạnh giao kênh từ ba phần khác tức có kênh Như vậy, có 18 +4 = 22 kênh có sẵn tồn ô Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Hình 3.3: Thơng lượng ô Người sử dụng ô trung tâm ô cạnh phân biệt tổn hao đường Một ngưỡng tổn hao đường thiết lập theo cách mà người sử dụng biên chiếm 4/22 tổng số người sử dụng ô Ta giả sử có kênh giao cho người sử dụng lãng phí 8/30 cơng suất, nghĩa xử lý 22 người sử dụng thay xử lý 30 người sử dụng Trong Hình 3.3, biểu đồ hiển thị so sánh thông lượng chế phân bổ tần số tĩnh khác so với tốc độ đến người dùng Biểu đồ bao gồm việc so sánh chế tái sử dụng tần số tái sử dụng tần số Từ đưa đánh giá xem liệu tái sử dụng tần số có cung cấp hiệu suất cao so với tái sử dụng tần số không Chúng ta kết luận từ đồ thị tái sử dụng tần số cung cấp thông lượng thấp bên cạnh khơng có can thiệp nhiễu liên ô nguồn tài nguyên tần số chia ba lãng phí lớn nguồn lực Tái sử dụng tần số cung cấp thông lượng lớn nhiễu liên ô kèm bất lợi với lợi thông lượng lớn Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Hình 3.4:Thông lượng ô biên Thông lượng biên ô quan tâm nhiều thông lượng trung tâm biên người dùng có xác suất bị nhiễu từ ô lân cận nhiều Hình 3.4 cho thấy chế tái sử dụng quản lý tần số tĩnh toàn phần hệ số cung cấp thông lượng biên ô lớn so với thông lượng đạt tái sử dụng tần số hệ số Như vậy, việc cân phải thực công suất thông lượng biên ô chế phân bổ tần số tĩnh Hình 3.7 cho ta thấy tái sử dụng tần số hệ số có tỉ lệ tắc nghẽn lớn so với tỉ lệ tắc nghẽn tái sử dụng tần số hệ số Có thể quan sát thấy tỷ lệ tắc nghẽn tái sử dụng tần số hệ số chế quản lý tần số tĩnh tồn phần so sánh việc để người sử dụng nhiễu liên ô Điều đồng nghĩa với việc có nguồn lực sẵn có chế quản lý tài nguyên tần số tĩnh toàn phần 3.3.2 Phương án quản lý nhiễu động Trong chế này, giả sử có mạng khơng đồng nhất, nơi mà vị trí khác có tải trọng khác Chúng ta giả sử vị trí số (Hình 3.5) chiếm tải trọng 50%, nhiều tải trọng vùng lân cận Ngưỡng tổn hao đường yếu tố phân biệt người dùng trung tâm người dùng biên ô Các ô mục tiêu giảm ngưỡng tổn hao đường gia tăng người sử dụng biên ô ô liền kề tăng ngưỡng tổn hao đường lúc Như vậy, có can thiệp nhiễu thấp khu vực biên ô Nếu đột nhiên, ô liền kề nhận nhiều nguời sử dụng q trình lặp lặp lại xem xét để trở thành ô mục tiêu Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Hình 3.5: Triển khai mạng cho chế ICIC động Một vài giả định thực xem xét phương trình xác suất thu mục 3.2 Trong tính tốn xác suất trạng thái ổn định theo phương trình 3.20 mục 3.2 Chúng ta giả sử vị trí lân cận có tải trọng, tức coi vùng lân cận mạng đồng Sau tính tốn xác suất trạng thái ổn định, sử dụng phương trình 3.17 để tính tốn thơng lượng trung bình D mục tiêu Hình 3.6 cho thấy phân tích thơng lượng tĩnh động cho chế phân bổ tài nguyên tần số Rõ ràng, chế động nhanh so với chế tĩnh chế động xử lý nhiều người dùng cung cấp thông lượng lớn khu vực biên di động cách trì giới hạn ngưỡng tổn hao đường đóng vai trị quan trọng việc giảm nhiễu liên ký tự Hình 3.6 chế phân bổ tài nguyên động nhanh chế phân bổ tài nguyên tĩnh khu vực lân cận cho tỉ lệ lên đến 0.8 Cơ chế phân bổ tài nguyên vô tuyến động lựa chọn tốt, nhiên có bất lợi chế sở hoạt động địi hỏi nhiều tín hiệu liên tục để theo dõi ngưỡng tổn hao đường Điều dẫn đến việc tổn hao hiệu rõ ràng trình điều khiển lưư lượng eNodeB mạng di động 3GPP LTE Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Hình 3.6: Thông lượng ô hai chế tĩnh động 3.3.3 Cơ chế phân lập phần Cơ chế cô lập phần rơi vào loại chế phân bổ nguồn lực bán tĩnh Trong trình triển khai có 30 kênh kênh có 20 sóng mang Trong chế lập tĩnh tồn phần sử dụng 22 subchannels 18 subchannels định sử dụng trung tâm có subchannels phép sử dụng cạnh ô cách thiết lập ngưỡng tổn hao đường cho phù hợp Cơ chế cô lập phần sử dụng tất 30 kênh có sẵn với cấu hình khác từ chế tái sử dụng tần số hệ số Điều đạt cách kiểm sốt cơng suất truyền tải Như chế lập tĩnh tồn phần, 18 kênh có sẵn cho người sử dụng trung tâm ô nơi mà q trình truyền thực với tồn cơng suất để đạt tỉ lệ tín hiệu nhiễu cao phía người nhận có kênh cung cấp khu vực biên ô Khi tất kênh gán cho người dùng trung tâm ô mà cịn nhiều nhu cầu xuất sử dụng kênh khác bị giới hạn chặt chẽ công suất truyền dẫn, tức cơng suất truyền dẫn phải tối thiểu hố đủ để khơng phải ngun nhân làm tăng nhiễu liên ô ô liền kề Cơ chế cung cấp tận dụng tài nguyên vô tuyến so với chế lập tĩnh tồn phần tất kênh sử dụng khu vực Tất nhiên, có khả xử lý thông lượng khu vực biên có 30 kênh biên Nhưng điều cần thiết có tài nguyên dự trữ để cung cấp cho người Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE dùng với ảnh hưởng nhiễu nhỏ Vì vậy, chế thích hợp chế lập tĩnh tồn phần Cơ chế thích hợp chế phân bổ động liên quan đến nhiều tín hiệu nút B quản lý tài nguyên biên ô, ô mục tiêu ô liền kề Hình 3.7: Tỉ lệ tắc nghẽn cho chế phân bổ tài nguyên tần số khác 3.4 Tổng kết chương Chương nêu thuật toán quản lý tài nguyên, thuật toán triển khai phân tích phương pháp quản lý tài nguyên vô tuyến cho LTE Các vấn đề liên quan đến quản lý tài nguyên bao gồm: phân vùng ơ, viết phương trình tính dung lượng người dùng xác suất xung đột vùng để tối ưu dung lượng hệ thống đồng thời hạn chế nhiễu Ưu điểm có chế phân bổ tài nguyên vô truyến động cách xử lý linh hoạt, tận dụng triệt để tài nguyên vô tuyến, nhờ mà hệ số tải cao thông lượng ô cao Đồ án tốt nghiệp TỔNG KẾT Với mục tiêu đặt nghiên cứu thuật tốn “Quản lý tài ngun vơ tuyến động LTE” đồ án hoàn thành mục tiêu sau:  Tìm hiểu tổng quan hệ thống LTE, mục tiêu thiết kế hệ thống tiềm hệ thống  Nghiên cứu kỹ thuật lựa chọn sử dụng LTE bao gồm: kỹ thuật sử dụng cho đường lên đường xuống, phân tích cấu trúc nguyên lý hoạt động lớp (lớp vật lý, lớp 2)  Nghiên cứu thuật tốn quản lý tài ngun vơ tuyến LTE, đặt biệt phân tích mơ chế quản lý tài nguyên động để thấy ưu điểm trội so với chế khác Đồng thời, lựa chọn kết hợp tinh tế ưu điểm từ chế để đưa vào sử dụng mạng LTE Do kỹ thuật quản lý tài nguyên động lĩnh vực kiến thức có hạn nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong đánh giá, đóng góp ý kiến thầy giáo bạn để đồ án hoàn thiện hơn, đồng thời làm tiền đề để tiếp tục nghiên cứu, phát triển Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng; Giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G”; Nhà xuất thông tin truyền thông; 2/2010 [2] Performance Evaluation of Frequency Planning Schemes in OFDMA-based Networks - Elayoubi, S.-E.; B Haddada, O.; Fourestie, B - IEEE Transactions on Wireless Communications - May 2008 [3] An Inter-cell Interference Coordination Technique Based on User’s Ratio and Multi-Level Frequency Allocations Fan, Chen, Zhang – International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 2007, IEEE [4] Dynamic radio resource management in 3GPP LTE ... chọn đề tài nghiên cứu về: ? ?Quản lý tài nguyên vô tuyến động LTE? ?? cho đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án gồm phần: • • • Chương I: Tổng quan công nghệ LTE Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Chương... dùng , lưu lượng O&M, v.v… - LTE RAN thiết kế để làm giảm thiểu thay đổi trễ cho thông tin gói TCP/IP 1.2.5 Quản lý tài ngun vơ tuyến Những yêu cầu quản lý tài nguyên vô tuyến chia sau: hỗ trợ nâng... 2.2.2 Tài nguyên vật lý đường xuống Như đề cập mục 2.1, truyền dẫn đường xuống LTE dựa việc ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) Tài nguyên vật lý đường xuống LTE xem mạng lưới tài nguyên