Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA.

Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA.

LỜI MỞ ĐẦU Ra đời vào năm 40 kỷ XX, thông tin di động coi thành tựu tiên tiến lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm thiết bị đầu cuối truy cập dịch vụ di động phạm vi vùng phủ sóng Thành cơng người lĩnh vực thông tin di động không dừng lại việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ th bao khắp nơi tồn giới, nhà cung dịch vụ, tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động nỗ lực hướng tới hệ thống thông tin di động hoàn hảo, dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao 3G - Hệ thống thông tin di động hệ đích trước mắt mà giới hướng tới Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế bắt tay vào việc phát triển tảng chung cho hệ thống viễn thông di động Kết sản phẩm gọi Thơng tin di động tồn cầu 2000 (IMT-2000) IMT-2000 khơng dịch vụ, đáp ứng ước mơ liên lạc từ nơi đâu vào lúc Để vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp mạng mặt đất và/hoặc vệ tinh Hơn nữa, IMT-2000 đề cập đến Internet không dây, hội tụ mạng cố định di động, quản lý di động (chuyển vùng), tính đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng liên mạng Các hệ thống thông tin di động hệ xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS-95, PDC, IS-38 phát triển nhanh vào năm 1990 Trong tỷ thuê bao điện thoại di động giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA 290 triệu lại dùng FDMA TDMA Khi tiến tới 3G, hệ thống GSM CDMA tiếp tục phát triển TDMA FDMA chìm dần vào quên lãng Con đường GSM tới CDMA băng thông rộng (WCDMA) CDMA cdma2000 Tại Việt Nam, thị trường di động năm gần phát triển với tốc độ tương đối nhanh Cùng với hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn Vinaphone Mobifone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel), S-fone Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội Viễn Thông Điện Lực tham gia vào thị trường di động hẳn tạo cạnh tranh lớn nhà cung cấp dịch vụ, đem lại lựa chọn phong phú cho người sử dụng Vì vậy, nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không sử dụng biện pháp cạnh tranh phải nỗ lực tăng cường số lượng dịch vụ nâng cao chất lượng dịch vụ để chiếm lĩnh thị phần nước Điều có nghĩa hướng tới 3G tương lai xa Việt Nam Trong số nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam, hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn Vinaphone Mobifone, có Vietel áp dụng cơng nghệ GSM cung cấp dịch vụ di động cho phần lớn thuê bao di động Việt Nam Vì tiến lên 3G, chắn hướng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di động hệ phải xem xét nghiên cứu Chương 1: Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến hệ thống WCDMA Chương : Điều khiển công suất Chương : Chuyển giao CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA 1.1 Mục đích chung quản lý tài nguyên vô tuyến Việc quản lý tài ngun vơ tuyến (RRM) mạng di động 3G có nhiệm vụ cải thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vơ tuyến Các mục đích cơng việc quản lý tài ngun vơ tuyến RRM tóm tắt sau : • Đảm bảo QoS cho dịch vụ khác • Duy trì vùng phủ sóng hoạch định • Tối ưu dung lượng hệ thống Trong mạng 3G, việc phân bố tài nguyên định cỡ q tải mạng khơng cịn khả thi nhu cầu khơng dự đốn trước yêu cầu khác dịch vụ khác Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm phần : Đặt cấu hình đặt lại cấu hình tài ngun vơ tuyến • Việc đặt cấu hình tài ngun vơ tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tài ngun cách hợp lý cho yêu cầu đưa đến hệ thống mạng không bị tải trì tính ổn định Tuy nhiên, nghẽn xuất mạng 3G di chuyển người sử dụng • Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài ngun phạm vi mạng tượng nghẽn bắt đầu xuất Chức có nhiệm vụ đưa hệ thống bị tải trở lưu lượng tải mục tiêu cách nhanh chóng điều khiển 1.2 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến chia thành chức : Điều khiển công suất, chuyển giao, điều khiển thu nhận, điều khiển tải lập lịch cho gói tin Hình 3-1 vị trí điển hình chức RRM phạm vi mạng WCDMA Hình 1- Các vị trí điển hình chức RRM mạng WCDMA 1.2.1 Điều khiển công suất Điều khiển công suất công việc quan trọng tất hệ thống di động vần để tuổi thọ pin lý an tồn, hệ thống CDMA, điều khiển cơng suất cần thiết đặc điểm giới hạn nhiễu CDMA Trong hệ thống GSM, áp dụng điều khiển công suất chậm (tần số xấp xỉ 2Hz) Trong IS-95, điều khiển công suất nhanh với tần số 800 hz hỗ trợ đường lên, đường xuống, vịng điều khiển cơng suất tương đối chậm (xấp xỉ 50Hz) điều khiển công suất truyền Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh với tần số 1,5KHz sử dụng đường lên đường xuống Điều khiển cơng suất nhanh khép kín vấn đề quan trọng hệ thống WCDMA 1.2.2 Điều khiển chuyển giao Chuyển giao phần quan trọng hệ thống thông ti di động tế bào Sự di chuyển gây biến đổi chất lượng liên kết mức nhiễu hệ thống tế bào, yêu cầu người sử dụng cụ thể thay đổi trạm gốc phục vụ Sự thay đổi gọi chuyển giao 1.2.3 Điều khiển thu nạp Nếu tải giao diện vô tuyến cho phép tăng lên cách liên tục, vùng phủ sóng cell bị giảm giá trị hoạch định (gọi “cell breathing”), QoS kết nối tồn đảm bảo Nguyên nhân hiệu ứng “cell breathing” đặc điểm giới hạn nhiễu hệ thống CDMA Vì thế, trước thu nhận kết nối mới, điều khiển thu nạp cần kiểm tra xem việc nhận kết nối khơng ảnh hưởng đến vùng phủ sóng QoS kết nối hoạt động Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yêu cầu thiết lập mang truy nhập vô tuyến mạng truy nhập vô tuyến Chức điều khiển thu nạp đặt điều khiển mạng vô tuyến RNC, nơi mà lưu giữ thông tin vể tải số cell Thuật tốn điều khiển thu nạp tính tốn việc tải tăng lên mà thiết lập thêm vật mang gây mạng truy nhập vô tuyến Việc tính tốn tải áp dụng cho đường lên đường xuống Bộ mang yêu cầu chấp nhận điều khiển thu nạp chiều chấp nhận, khơng bị từ chối nhiễu q mức tăng thêm mạng Nhìn chung chiến lược điều khiển thu nạp chia thành hai loại: chiến lược điểu khiển thu nạp dựa vào công suất băng rộng chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng Người sử dụng không chấp nhận mức nhiễu tổng thể tạo cao giá trị mức ngưỡng Ithreshold: + Từ chối : Itotal-old + ∆ I > Ithreshold (1.1) + Chấp nhận : Itotal-old + ∆ I < Ithreshold Giá trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lên lớn thiết lập việc quy hoạch mạng vô tuyến Hình 1-2 Đường cong tải Trong chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng, người sử dụng không thu nhận truy nhập vào mạng vô tuyến toàn tải gây cao giá trị ngưỡng: : η total-old +∆ I>η threshold +Chấp nhận : η total-old +∆ IGSM n để rộg phủ ng mở n só Chuyể giao GSM ->WCDMA n để rộg dung lượ g mở n n Hình 3-10 Chuyển giao hệ thống GSM WCDMA Thủ tục chuyển giao 3-11 Việc đo đạc chuyển giao hệ thống không hoạt động thường xuyên khởi động có nhu cầu thực chuyển giao hệ thống Việc khởi xướng chuyển giao thuật toán RNC thực dựa vào chất lượng (BLER) hay công suất phát yêu cầu Khi khởi xướng đo đạc, UE đo cơng suất tín hiệu tần số GSM danh sách lân cận Khi kết đo đạc gửi tới RNC, lệnh cho UE giải 32 mã nhận dạng trạm gốc (BSIC) cell ứng cử GSM tốt Khi RNC nhận BSIC, lệnh chuyển giao gửi tới UE Việc đo đạc hồn thành 2s (1) RNC lệh cho UE bắđầ đo đạ n t u c chuyể giao giữ cá hệ ng độ n n a c thố chế né (2) UE đo côg suấtín hiệ băg tầ GSM n t u n n danh sáh cell lâ cậ c n n (3) RNC lệh cho UE giảmã n i BSIC củ a cell ứg cử n GSM tốnhấ t t (4) RNC gửlệh chuyể giao đế UE i n n n Hình 3-11 Thủ tục chuyển giao hệ thống • Chế độ nén WCDMA sử dụng việc thu phát liên tục tiến hành đo đạc với nhận đơn khoảng gián đoạn tạo tín hiệu WCDMA Vì thế, chế độ nén cần thiết cho việc đo đạc chuyển giao tần số chuyển giao hệ thống Trong suốt khoảng gián đoạn chế độ nén, điều khiển công suất nhanh sử dụng phần độ lợi ghép chèn bị Vì vậy, suốt khung nén cần Ec/N0 cao dẫn tới dung lượng bị giảm Chế độ nén ảnh hưởng đến vùng phủ sóng đường lên dịch vụ thời gian thực, tốc độ bit khơng thể giảm suốt chế độ nén Vì mà thủ tục chuyển giao hệ thống phải bắt đầu đủ sớm biên giới cell để tránh suy giảm chất lượng chế độ nén Chuyển giao từ GSM sang WCDMA bắt đầu BSC GSM Không cần sử dụng chế độ nén để tiến hành đo đạc WCDMA từ GSM GSM sử dụng chế độ thu phát không liên tục Thời gian ngắt dịch vụ chuyển giao hệ thống lớn 40ms Thời gian ngắt khoảng thời gian block chuyển vận thu cuối tần số cũ thời gian UE bắt đầu phát kênh đường lên Tổng khoảng hở dịch vụ lớn thời gian ngắt UE cần nhận kênh riêng hoạt động mạng GSM Khoảng hở dịch vụ thường 80ms tương tự chuyển giao GSM Khoảng hở khơng làm giảm chất lượng dịch vụ 33 3.4 Chuyển giao tần số WCDMA Hầu hết vận hành UMTS có tần số FDD có hiệu lực Việc vận hành bắt đầu sử dụng tần số tần số thứ hai, thứ ba Sau cần để tăng dung lượng, vài tần số sử dụng hình 3-29 Một vài tần số sử dụng site tăng dung lượng site lớp micro macro sử dụng tần số khác Chuyển giao tần số sóng mang WCDMA cần sử dụng phương pháp 3.5 Tổng kết chuyển giao Các kiểu chuyển giao tổng kết Bảng 3-2 Báo cáo chuyển giao tần số thường khởi xướng cho kiện, RNC lệnh thực chuyển giao dựa vào báo cáo đo đạc Trong trường hợp chuyển giao tần số UE kết nối với Nút B tốt để tránh hiệu ứng gần xa, RNC phải hoạt động để lựa chọn cell mục tiêu Bảng 3-2 Tổng kết chuyển giao Kiểu chuyển giao Đo đạc chuyển giao Báo cáo đo đạc chuyển giao từ UE đến RNC Chuyển giao Đo toàn thời Báo cáo khởi xướng tần số WCDMA gian sử dụng lọc kết kiện hợp Chuyển giao Việc đo bắt đầu Báo cáo định kỳ hệ thống cần thiết, sử dụng chế độ suốt chế độ nén WCDMA -GSM nén Mục đích chuyển giao - Sự di động thơng thường Phủ sóng Tải Dịch vụ Chuyển giao Việc đo bắt đầu Báo cáo định kỳ - Phủ sóng tần số cần, sử dụng chế độ nén suốt chế độ nén - Tải WCDMA Việc đo đạc chuyển giao hệ thống tần số thường bắt đầu cần thực chuyển giao Chuyển giao tần số cần để cân tải sóng mang WCDMA lớp cell, để mở rộng vùng phủ sóng tần số khác không bao phủ hết Chuyển giao tới hệ thống GSM để mở rộng vùng phủ sóng WCDMA, để cân tải hệ thống định hướng dịch vụ đến hệ thống phù hợp 34 TỔNG KẾT Quản lý tài nguyên vô tuyến toán quan trọng thiết kế hệ thống thông tin di động, đặc biệt hệ thống tế bào sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Chương trình bày chức quản lý tài nguyên vô tuyến hệ thống WCDMA điểm khác biệt thuật tốn quản lý tài ngun vơ tuyến so với hệ thống khác Trong đó, điều khiển cơng suất điều khiển chuyển giao có điểm khác biệt quan trọng so với hệ thống thông tin di động trước Đối với điều khiển cơng suất, rõ ràng thuật tốn điều khiển cơng suất phức tạp tinh vi để khắc phục hiệu ứng gần-xa Trong loại điều khiển công suất, điều khiển cơng suất vịng mở cần thiết suốt q trình thiết lập kết nối, điều khiển cơng suất vịng kín (điều khiển cơng suất nhanh) giúp khắc phục hiệu ứng phadinh nhanh kênh giao diện vô tuyến Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh thực đường lên đường xuống tần số 1.5KHz hệ thống IS-95 thực điều khiển công suất nhanh đường lên tần số 800Hz, cịn GSM tồn điều khiển cơng suất chậm Phương thức thứ điều khiển công suất điều khiển cơng suất vịng ngồi giúp thiết lập giá trị mục tiêu điều khiển công suất nhanh Các vấn đề cụ thể lợi ích điều khiển cơng suất phân tích chương Một đặc trưng khác biệt WCDMA so với hệ thống khác thuật toán điều khiển chuyển giao Chuyển giao diễn người sử dụng máy di động di chuyển từ cell đến cell khác mạng thông tin di động tế bào Nhưng chuyển giao sử dụng để cân tải mạng thông tin, chuyển giao mềm tăng cường dung lượng vùng phủ mạng Chuyển giao cứng tồn hệ thống WCDMA, chuyển giao mà kết nối cũ bị cắt trước kết nối thiết lập Chuyển giao cứng sử dụng để thay đổi tần số hệ thống hệ thống sử dụng đa sóng mang; trường hợp khơng hỗ trợ phân tập macro; trường hợp chuyển đổi hai chế độ FDD TDD Chương thảo luận chi tiết chuyển giao mềm mềm xuất máy di động vùng phủ sóng chồng lấn cell Trường hợp chuyển giao mềm cell thuộc trạm gốc, hai tín hiệu đồng thời kết hợp Nút B sử dụng xử lý RAKE Trong suốt trình chuyển giao mềm, hai tín hiệu thu 35 từ trạm gốc khác định tuyến đến RNC để so sánh hết khung đến khung khác Độ lợi chuyển giao mềm độ lợi cung cấp kết hợp nhiều tín hiệu (được gọi độ lợi phân tập macro) Khi độ dự trữ chuyển giao mềm thích hợp sử dụng độ lợi chuyển giao mềm tăng cường đáng kể hiệu hệ thống TÀI LIỆU THAM KHẢO WCDMA for UMTS- Radio Access for Third Generation Mobile Communications – Harri Holma and Antti Toskala IS – 95 CDMA and cdma2000 – VIJAY K.GARG 3G cdma2000 Wireless System Engineering – Samuel C Yang Thông tin di động hệ Tập 1, Tập - Nguyễn Phạm Anh Dũng Bài giảng Viba số - Tài liệu cho lớp cao học – TS Phạm Công Hùng Studies on Wideband CDMA System – Zhang Ping, Li Zexian, Yang Xinjie, Chen Yuhua, Chen Zgiqiang, WANG Yuzhen and Hu Xuehong – Bejjing University of Posts and Telecommunications Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Networks – PH.D Thesis of Yue Chen – Queen Mary, University of London 8.WCDMA for UMTS lectures – Nokia Research Centre, Finland GSM, cdmaOne and 3G Systems - Raymond Steele, Chin-Chun Lee and Peter Gould - Copyright © 2001 John Wiley & Sons Ltd 10.www.3GPP.org 11 www.vnpt.com.vn 12.www.3gnewsroom.com 36 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA 1.1 Mục đích chung quản lý tài nguyên vô tuyến 1.2 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM 1.2.1 Điều khiển công suất 1.2.2 Điều khiển chuyển giao 1.2.3 Điều khiển thu nạp 1.2.4 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) .6 CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Điều khiển cơng suất vịng mở (Open-loop power control) .8 2.1.3 Điều khiển cơng suất vịng bên ngồi 2.2 Điều khiển công suất nhanh 2.2.1 Độ lợi điều khiển công suất nhanh .9 2.2.2 Phân tập điều khiển công suất 10 2.2.3 Điều khiển công suất chuyển giao mềm 12 2.3 Điều khiển cơng suất vịng ngồi .14 2.3.1 Độ lợi điều khiển cơng suất vịng ngồi .15 2.3.2 Tính tốn chất lượng thu 15 2.3.3 Thuật toán điều khiển cơng suất vịng ngồi 16 2.3.4 Các dịch vụ chất lượng cao .17 2.3.5 Giới hạn biến động điều khiển công suất 18 2.3.6 Đa dịch vụ 18 2.3.7 Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường xuống .18 CHƯƠNG : CHUYỂN GIAO 20 3.1 Khái quát chuyển giao hệ thống thông tin di động 20 3.1.1 Các kiểu chuyển giao hệ thống WCDMA 3G 20 3.1.2 Các mục đích chuyển giao 21 3.1.3 Các thủ tục phép đo đạc chuyển giao 22 3.2 Chuyển giao tần số 23 3.2.1 Chuyển giao mềm 23 3.2.2 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm .28 3.2.3 Tổng phí chuyển giao mềm 30 3.2.4 Độ lợi dung lượng mạng chuyển giao mềm .31 3.3 Chuyển giao hệ thống WCDMA GSM 32 3.4 Chuyển giao tần số WCDMA 34 3.5 Tổng kết chuyển giao 34 37 TỔNG KẾT .35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 38 ... CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA 1.1 Mục đích chung quản lý tài nguyên vô tuyến 1.2 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM ... : Chuyển giao CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA 1.1 Mục đích chung quản lý tài nguyên vô tuyến Việc quản lý tài nguyên vơ tuyến (RRM) mạng di động 3G... hướng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di động hệ phải xem xét nghiên cứu Chương 1: Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến hệ thống WCDMA Chương :