Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động UMTS luận văn tốt nghiệp đại học

Mục lục Các từ viết tắt Lời giới thiệu 11 Chương GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 13 1.1 Giới thiệu 13 1.2 Hệ thống thơng tin di dộng hệ 14 1.3 Hệ thống thơng tin di dộng hệ 16 1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 16 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 17 1.4 Hệ thống thơng tin di động hệ 18 1.5 Hệ thống thơng tin di động hệ 21 1.6 Kết luận chương 22 Chương HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THỨ UMTS 23 2.1 Giới thiệu chung 23 2.2 Hệ thống thơng tin di động hệ IMT-2000 23 2.3 Cơng nghệ WCDMA 24 2.4 Hệ thống UMTS 26 2.4.1 Tổng quan 26 2.4.2 Dịch vụ hệ thống UMTS 28 2.4.3 Cấu trúc hệ thống UMTS 28 2.4.4 Mạng lõi CN (Core Network) 31 2.4.5 Truy nhập vơ tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network) 33 2.4.6 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) 34 2.5 Chuyển giao 35 2.5.1 Tổng quan chuyển giao mạng di động 35 2.5.2 Các loại chuyển giao hệ thống 3G WCDMA 35 2.6 Trải phổ 38 2.6.1 Các phương pháp trải phổ 41 2.7 Điều chế BIT/SK QPSK 44 2.7.1 Điều chế BIT/SK 44 2.7.2 Điều chế QPSK 46 2.8 Kết luận chương 47 Chương CÁC KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG UMTS 48 3.1 Giới thiệu chương 48 3.2 Ý nghĩa điều khiển cơng suất 48 3.3 Phân loại điều khiển cơng suất 50 3.3.1 Điều khiển cơng suất cho đường xuống đường lên 50 3.3.2 Điều khiển cơng suất phân tán tập trung 50 3.3.3 Phân loại điều khiển cơng suất theo phương pháp đo 51 3.3.4 Điều khiển cơng suất vòng kín,điều khiển cơng suất vòng hở 52 3.4 Điều khiển cơng suất vòng hở UMTS 54 3.4.1 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vòng hở đường lên 54 3.4.2 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vòng hở đường xuống 57 3.5 Điều khiển cơng suất kênh chung đường xuống 57 3.6 Các thủ tục điều khiển cơng suất vòng 59 3.6.1 Điều khiển cơng suất vòng đường lên 60 3.6.2 Điều khiển cơng suất vòng đường xuống 63 3.7 Điều khiển cơng suất vòng ngồi 66 3.7.1 Điều khiển cơng suất vòng ngồi đường lên 67 3.7.2 Điều khiển cơng suất vòng ngồi đường xuống 69 3.8 Một số lý thuyết sử dụng thuật tốn 70 3.8.1 Nhiễu đồng kênh 70 3.8.2 Nhiễu kênh lân cận 71 3.8.3 Hiện tượng gần xa 73 3.8.4 Tải lưu lượng 74 3.8.5 Cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) 75 3.8.6 Hiệu sử dụng kênh 76 3.9 Phương pháp điều khiển cơng suất theo bước (DSSPC: Dynamic Stepsize Power Control) 77 3.9.1 Khái niệm lợi ích độ dự trữ, cửa sổ cơng suất 77 3.9.2 Sự hoạt động mạng 78 3.9.3 Sự hoạt động trạm di động 80 3.9.4 Các cơng thức tính tốn 82 3.10 phương pháp điều khiển cơng suất phân tán (DPC) (Distributed Power Control) 85 3.10.1 Tổng quan 85 3.10.2 Mơ hình hệ thống 87 3.10.3 Thuật tốn điều khiển cơng suất phân tán DPC 87 3.11 Kết luận 90 Tài liệu tham khảo 91 CÁC TỪ VIẾT TẮT 3G Third Generation Cellular Hệ thống thơng tin di động 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 AS Access Slot Khe truy nhập B BER Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi BLER Block Error Rate Tốc độ lỗi Block BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá / đa phương BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C CC Connecting Management Quản lý kết nối 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 Delicated Control Điều khiển riêng DCH Delicated Channel Kênh riêng DL Down Link Hướng xuống DS-CDMA Direct Sequence Code Division Đa truy nhập phân chia Multiple Access theo mã dãy trực tiếp DSCH Downlink Shared Channel Kênh đường xuống dùng chung DSSPC dynamic step-size power control Điều khiển cơng 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 thơng Standard Institute Châu Âu F FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FBI Feedback Information Thơng tin hồi tiếp FER Frame Error Rate Tỷ số khung lỗi FDD Fequency Division DuplexGhép song cơng phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Đa truy cập phân chia theo Multiple Access tần số G GC General Control Điều khiển chung 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 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 IMT-2000 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 thơng quốc tế Union L LC Load Control Điều khiển tải M MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập mơi trường ME Mobile Equipment Thiết bị nhận dạng th bao MM Mobility Management Quản lý di động MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di dộng N Nt Notification Thơng báo O OFDM OSS Orthogonal Frequency Division Đa Multiple số trực giao Operation Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động phân chia theo tần P PC Power Control Điều khiển cơng 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 PICH Paging Indication Channel Kênh thị tìm gọi PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất cơng cộng PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PSH Packet Scheduler Lập biểu gói PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch cơng 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 vơ tuyến RAT Radio Access Technology Kỹ thuật truy nhập vơ tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vơ tuyến RNC Radio Network Controler Bộ điều khiển mạng vơ tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài ngun vơ tuyến RRM Radio Resouce Management S Quản lí tài ngun vơ tuyến S-CCPCH Secondary Common Control Kênh vật lý điều khiển Physical Channel chung thứ cấp SCH Synchronization Channel Kênh đồng SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ chuyển mạch gói SIM Subscriber Indentity Module Module nhận dạng th bao SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SF Spreading Fator Hệ số trải phổ SHO Soft Hand Over Chuyển giao mềm SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu T TCP Transit Control Power Điều khiển cơng suất phát TDD Time Division Duplex Ghép song cơng 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 khn dạng Indicator truyền tải Transmit Power Command Lệnh cơng suất phát U UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UL Up link Đường lên UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thơng di Telecommunication System động tồn cầu USIM UMTS Subscriber Indentity Module nhận dạng th bao UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất UMTS V VHE Virtual Home Enviroment Mơi trường gia đình ảo VLR Vistor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú W WCDMA Wideband Code Division Đa Multiple Access theo mã băng rộng Lời giới thiệu 10 truy cập phân chia chất lượng dịch vụ QoS, dung lượng mạng, quản lý cước kênh mang… Hình 3.17 Dự trữ SIR chất lượng dòch vụ khác Hình (3.17) đồ thị mức cơng suất truyền trạm di động dạng nhiều mức SIR điều khiển để hội tụ đến mức tối ưu Thay ngưỡng SIR đích, SIR nhiều mức có nhiều ngưỡng, bao gồm giới hạn xác định Do đó, dịch vụ thoại, liệu hình ảnh có mức cơng suất truyền tối ưu đặc biệt mà trạm di động từ hay 3.9.2 Sự hoạt động mạng Hình (3.18) giản đồ phương pháp DSSPC điều khiển cơng suất đường lên Trong điều khiển cơng suất đường lên, bên cạnh mạng, điều khiển truy cập vơ tuyến trạm gốc sở cho điều khiển phần tiến trình điều chỉnh cơng suất Điều khiển cho phép điều khiển cơng suất điều khiển truy cập vơ tuyến thiết lập đích chất lượng tín hiệu gồm SIR_max, SIRopt_max, SIR_opt_min SIR_min 78 Điều dựa thơng tin lưu lượng sẵn có AC (Admission Cotrol), cường độ tín hiệu, SIR, độ ưu tiên truy cập, thơng tin hỗ trợ định vị… 79 Bắt đầu Nhập số thuêbaoN, mức SIR đích Nhập thông số chương trình i =1 Tính SIR_reali Tính Poi [111] Lệnh giảm công suất truyền: Pdki = Poi - α.βmax Đúng SIR_reali > SIR _max Sai [101] SIRopt_max SIR_reali SIR_max Đúng Lệnh giảm công suất truyền: Pdki = Poi - α.βmin Sai [110] SIRopt_min SIR_reali < SIR_opt_max Đúng Công suất nhận tối ưu: Pdki = Poi Sai [100] SIR_min SIR_reali < SIR_opt_min Đúng Sai [010] SIR_reali < SIR_min Đúng Lệnh tăng công suất truyền: Pdki = Poi + α.βmin Lệnh tăng công suất truyền: Pdki = Poi + α.βmax i = i+ Đúng i N Sai Kết thúc Hình 3.18 Lưu đồ thuật tốn điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC 80 Như hình (3.18), trạm gốc phát lệnh cơng suất truyền (TPC: Transmit Power Command) việc so sánh SIR nhận được/cơng suất kênh đường lên với ngưỡng xác định SIR/độ dự trữ cơng suất 3.9.3 Sự hoạt động trạm di động Đầu tiên, trạm di động nhận lệnh điều khiển cơng suất từ trạm gốc Nó ghi lệnh điều khiển cơng suất vào ghi lệnh Việc thay đổi liệu gốc lưu trữ bao gồm liệu lệnh điều khiển cơng suất gần nhất, kích cỡ bước, toạ độ máy thu cầm tay Trạm di động kiểm tra giá trị lệnh điều khiển cơng suất, kích cỡ bước, thơng tin hỗ trợ định vị bao gồm thay đổi liệu gốc Nếu lệnh điều khiển cơng suất hay chuỗi kích thước bước chẵn, nghĩa mức cơng suất khơng hồn tồn thay đổi giữ ổn định khơng có số lượng đáng kể cần thay đổi cơng suất truyền Để tính kích thước DSS (Dynamic Step-Size) dựa vào phương trình (3.3),trạm di động xác định giá trị tồn điều khiển cơng suất Bước điều khiển cơng suất kết kết hợp giá trị khơng đổi giá trị thay đổi điều khiển cơng suất Do đó, trạm di động điều chỉnh cơng suất truyền cách thêm DSS vào cơng suất tín hiệu ban đầu Po sau: Ptrx(dB) = Po(dB) + DSS (dB) DSS(dB) = α β γ , γ = ∆SIR < -1 ∆SIR > (1) Trong phương trình trên,α kích thước bước cố định xác định trước β thành phần động DSS định nghĩa dựa giá trị thực đích SIR tương ứng với kết nối vơ tuyến.Mục đích DSS để bù vào suy giảm cơng suất kênh truyền khơng ổn định 81 Để định nghĩa giá trị thơng số SIR nhận SIR đích cần phải sẵn có.Tuy nhiên,thơng tin sẵn có trạm gốc Do đó, việc điều chỉnh cơng suất truyền đường lên có hai khả thực hiện: - Thơng tin liên quan đến SIR truyền đến trạm di động cách dùng tín hiệu kênh chun dụng hay kênh chung Bộ phân tích liệu gốc (HDLA: History Data Analyzer Logic) trạm di động tính tốn giá trị β dựa bảng dò tìm (bảng 3.1) - Giá trị β tính tốn trạm gốc việc dùng tiêu chuẩn định nghĩa bảng dò tìm.Như kết quả, thơng tin truyền đến trạm di động thật α.β Trong trường hợp trạm di động khơng cần tính tham số liên quan đến SIR, giảm bớt phức tạp tiêu thụ pin Trong bảng (3.1) ki = ( 0,…,kk+1 ) số ngun,có thể tối ưu dựa phép đo thực tế liên quan đến mạng vơ tuyến Do đó, thay đổi phụ thuộc vào thay đổi thời gian thực chất lượng tín hiệu fading đích SIR cho kênh mang u cầu ánh xạ mạng Trong ví dụ giá trị nhiều mức SIR đích định nghĩa như:SIR_max,SIRopt_ max,SIRopt_ min, SIR_min Bảng 3.1 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC Tiêu chuẩn so sánh SIR SIRopt_min ≤ SIRreal ≤ SIR max SIRopt_max ≤ SIRreal ≤ SIRmax SIRreal > SIRmax SIRmin ≤ SIRreal ≤ SIRopt_min SIRreal < SIRmin β K1 K2 K1 K2 γ X 1 -1 -1 Đối với điều kiện thuật tốn, sử dụng bit để truyền thơng tin u cầu trạm gốc máy di động Có thể sử dụng điều kiện khác thuật tốn,để giảm số bit u cầu điều khiển cơng suất truyền TPC 82 Hình (3.19) ví dụ sơ đồ khối thực phương pháp điều khiển cơng suất ứng dụng cho đường lên Trạm gốc nhận tín hiệu truyền trạm di động hướng tới để giữ cường độ tín hiệu nhận khơng thay đổi cách gởi lệnh điều khiển cơng suất đến trạm di động Hình 3.19 Mơ hình chung DSSPC điều khiển cơng suất đường lên Trạm gốc chịu trách nhiệm để đo SIR nhận phần phép đo u cầu thiết lập thơng số dự trữ cơng suất đích SIR.Các phép đo thực sau máy thu phân tập RAKE, nơi kết nối nhiều nhánh khác tín hiệu nhận Tại khối trạm gốc, giá trị đích giá trị đo SIR so sánh Để xác định lệnh cơng suất truyền, phát trạm gốc gởi lệnh cơng suất phát (TPCs) đến trạm di động để tăng, giảm hay giữ cơng suất truyền khơng thay đổi Tại trạm di động, lệnh điều khiển cơng suất tập hợp thành vector mà trạm di động ghi vào phân tích liệu gốc (HDLA).HDLA phân tích vector bit lệnh nhận đưa giá trị thích ứng DSS HDLA đưa đưa thành phần thích ứng DSS dựa thơng tin nhận từ trạm gốc dạng luồng bit TPC Cuối cùng, phần tử điều khiển điều chỉnh cơng suất truyền trạm di động dựa phương trình (1) 83 3.9.4 Các cơng thức tính tốn • Tỷ số tín hiệu nhiễu (SIR:Signal to Interference Ratio) Theo phương thức song cơng FDD tín hiệu đường lên tín hiệu đường xuống truyền dải thơng phân biệt Mã trải phổ dùng cho tín hiệu đường xuống từ BS mã trực giao mã trải phổ đường lên hay đường xuống từ BS khác mã giả ngẫu nhiên Vì mơi trường truyền sóng thơng tin di động mơi trường đa đường nên sử dụng mã trực giao đường xuống thành phần nhiễu tín hiệu người sử dụng khác BS gây khơng bị triệt tiêu Tỷ số cơng suất tín hiệu tạp âm đường lên SIR th bao SIR = SF xác định sau : Pr α Iintra + Iinter + PN Trong SF hệ số trãi phổ (spreading factor), Pr cơng suất thu, α hệ số giảm trực giao (0≤ α ≤1) Iin nhiễu gây tín hiệu BS,Iout nhiễu gây tín hiệu từ BS khác PN cơng suất nhiệt tạp âm (nhiễu nền) Đối với đường lên, khơng có trực giao nên Ġ = Trước nén phổ SIR tính theo phương trình sau : SIR = Pr Iintra + Iinter + PN Sau nén phổ tổng cơng suất can nhiễu I = Iintra + Iinter +PN,vì SIR viết lại sau: SIR = SF Pr Io.Bw với:I = Io Bw hay SIR = SF (dB) +Pr (dB) – Io – 10 lg(Bw) Hệ số trải phổ SF = 3,84 Rt hay 84 (dB)(2) SF = 10lg 3,84 Rt (dB) (3) Trong đó:Rt tốc độ liệu (Mbps) • Khuếch đại cơng suất di động Pma = Pme - Lm - Gm ( dBm ) (4) Pma: cơng suất khuếch đại cơng suất di động (dBm) Pme : ERP từ anten phát MS (dBm) Lm : suy hao cáp đầu khuếch đại cơng suất đầu vào anten MS (dB) Gm : tăng ích anten phát MS (dBm) • Cơng suất thu BS người sử dụng Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt (dBm) (5) Pr:cơng suất kênh lưu lượng thu BS phục vụ từ MS (dBm) Lp: tổn hao truyền sóng trung bình MS BS (dB) Al: suy hao pha dinh chuẩn lg (dB) Gt: tăng ích anten thu BS (dB) Lt: tổn hao conector cáp thu BTS (dB) • Mật độ cơng suất MS khác BTS phục vụ Iutr = Pr + 10 lg(Nt - 1) + 10 lgCa – 10 lgBw (dBm/Hz) (6) Iutr: mật độ nhiễu giao thoa từ MS khác BTS phục vụ (dBm/Hz) Ca: hệ số tích cực thoại kênh lưu lượng (0,4 ÷ 0,6) Nt: số kênh lưu lượng cell xét Bw: độ rộng băng tần (Hz) • Mật độ nhiễu giao thoa từ trạm di động BTS khác Ictr = Iutr + 10 lg(1/ fr -1 ) (dBm/Hz) (7) Ictr: mật độ nhiễu giao thoa từ MS BS khác (dBm/Hz) fr: hệ số tái sử dụng tần số (0,6) 85 • Mật độ nhiễu giao thoa từ MS khác BS phục vụ từ BS khác Itr = 10 lg (10 0,1 Iutr + 10 0,1 Ictr ) (dBm/Hz) (8) Itr: mật độ nhiễu giao thoa từ MS khác đến BS phục vụ từ BS khác (dBm/Hz) • Mật độ tạp âm nhiệt N0 = 10 lg (290 * 1,38 10 -23) + Nf + 30 (dBm/Hz) (9) Trong đó: No: mật độ tạp âm nhiệt nhiệt độ tham khảo 290 oK Nf: hệ số tạp âm máy thu BTS (dB) • Mật độ phổ cơng suất nhiễu I0 = 10 lg ( 10 0,1 Itr + 10 0,1 N0 ) (dBm/Hz) (10) 3.10 phương pháp điều khiển cơng suất phân tán (DPC) (Distributed Power Control) 3.10.1 Tổng quan Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 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 âm thanh, liệu, hình ảnh, ảnh động vài kết hợp chúng Các loại lưu lượng khác khác tốc độ bit, tỷ lệ lỗi bit BER, độ ưu tiên truy cập Dung lượng CDMA giới hạn nhiễu tổng cộng từ tất kết nối vơ tuyến Nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference) nhân tố ảnh hưởng đến dung lượng hệ thống, thiết kế việc giảm MAI làm tăng dung lượng Một kỹ thuật hiệu sử dụng để giảm MAI đáp ứng u cầu chất lượng điều khiển cơng suất truyền người sử dụng Thuật tốn điều khiển cơng suất phân thành điều khiển phân tán tập trung Nhiều nghiên cứu kỹ thuật phân tán tập trung 86 điều khiển cơng suất tập trung chịu ảnh hưởng lớn điều khiển liệu phải chịu tình trạng mạng khơng bảo vệ Trong kỹ thuật điều khiển cơng suất phân tán (DPC), trạm sử dụng cơng suất truyền thời Kỹ thuật phân tán đơn giản sử dụng thơng tin kỹ thuật tập trung Kỹ thuật phân tán u cầu đo nhiễu đường truyền trạm tiếp tục truyền đến máy di động tương ứng Tuy nhiên kỹ thuật phân tán cần nhiều thời gian để tối thiểu hố mức SIR Kỹ thuật điều khiển cơng suất sử dụng theo dạng tập trung u cầu thơng tin cường độ tín hiệu tất kết nối vơ tuyến hoạt động mà khơng ý khả điều chỉnh cơng suất truyền Phương pháp gia tăng phức tạp mạng thơng tin chi tiết mạng di động nhiều liên quan u cầu kênh vơ tuyến tập trung khơng sẵn sàng thời gian thực Ngược lại, kỹ thuật điều khiển cơng suất phân tán khơng u cầu thơng tin trạng thái tập trung tất kênh riêng lẻ Thay vào đó, thích nghi mức cơng suất nhờ sử dụng phép đo vơ tuyến cục bộ, ý tới thay đổi chất lượng dịch vụ động thời giải hiệu ứng tồn hệ thống tế bào Tuy nhiên, phương pháp khơng xét đến liên quan kết nối cho QoS kết nối hữu Trong hệ thống, mong muốn cơng suất truyền giảm đến mức tối ưu trì chất lượng thơng tin u cầu, đặc biệt kết cuối di động cơng suất truyền cung cấp pin DPC thuật tốn điều khiển cơng suất phân tán sử dụng thơng tin SIR sử dụng kỹ thuật lặp để điều khiển cơng suất truyền Thuật tốn có khả đạt mức SIR u cầu tối ưu hố hoạt động mạng 3.10.2 Mơ hình hệ thống 87 Mơ hình hệ thống sử dụng điều khiển cơng suất đường lên Giả thiết trạm di động (M), J th bao di động hệ thống Tại trạm M,tỷ số tín hiệu nhiễu nhận th bao thứ i :  S   Eb.Ri   i =  i =  I   No.W  GMi.Pi J ∑G = γi (11) pj + ηM Mj j ≠i Trong Eb lượng bit thơng tin No mật độ phổ cơng suất tạp âm Cơng suất truyền th bao thứ i pi giới hạn mức cơng suất cực đại là: Pi≤ Pimax với ≤i≤j (12) Ri tốc độ liệu th bao thứ i, GMi độ lợi đường truyền th bao thứ i trạm M Giá trị GMi giả thiết Việc giả thiết hợp lý thuật tốn điều khiển cơng suất hội tụ khoảng thời gian ngắn W độ rộng băng tần trải phổ, (M nhiễu Do vậy, việc yếu điều khiển cơng suất tìm vector cơng suất dương p = (p1, p2 pJ) thoả mãn thoả mãn: γi ≥ γT ≤ i≤ J (13) Trong (T mức SIR tối thiểu u cầu xác định dịch vụ hay mơi trường BER 3.10.3 Thuật tốn điều khiển cơng suất phân tán DPC Mỗi th bao điều khiển cơng suất truyền giới hạn cực đại dựa thơng tin mức cơng suất phép đo SIR Thuật tốn DPC điều khiển mức SIR tất th bao để đạt SIR u cầu Chúng ta đề xuất thuật tốn điều khiển cơng suất phân tán sử dụng tham số thay đổi từ thuật tốn truyền thống để cải thiện hiệu Hàm cơng suất vấn đề cần thiết để đạt mức SIR tối thiểu Nếu 88 SIR th bao mức cực tiểu suốt thời gian điều khiển cơng suất kết nối th bao-trạm gốc bị cắt Do vậy, tốc độ hội tụ liên quan đến dung lượng hệ thống Thuật tốn mơ tả sau: pi(0) = p pi(n+1) (dBm) = ek (γT - γi(n)) + pi(n) (dBm) (14) Trong k tham số dương theo kinh nghiệm chọn k = 0,1 tốt cho cho hầu hết hệ thống, k q lớn tốc độ hội tụ chậm, k q nhỏ SIR dao động Chúng ta đạt tốc độ hội tụ nhanh cách tối ưu hố k pi(0) cơng suất truyền ban đầu th bao, p i(n+1) cơng suất truyền th bao thứ i vòng lặp thứ n, γ i(n) SIR th bao thứ i vòng lặp thứ n Theo kết thực nghiệm n chọn khoảng Bắt đầu 10-20 tối ưu Có trường hợp sau: Trường hợp 1: γi(n) < γT Nhập số thuê bao J Trường hợp (n) > γtrình Nhập cá c thô2: ng số củaγichương T Trường hợp 3: pi(n+1) < pi(n) (15) pi(n+1) > pi(n) (16) pi(n+1) = γi(n) = γT pi(n) (17) Mục đích thuật tốn tăng hay giảm cơng suất truyền th bao liên quani =1 SIR i nhận trạm M Bằng cách điều chỉnh thơng số k hàm điều khiển cơng suất, hệ thống thoả mãn u cầu vận hành khác nhau.Tính Kết Pquả mơ thể khả ổn định hệ oi j = 0pháp điều khiển cơng suất truyền thống thống cao phương (0) pi = Poi Sai j n -1 i = i+1 Đúng Công suất điều khiển : pi(j +1) = ek (γ T - γ i(j))) + pi(j ) j = j +1 i J 89 Sai Kết thúc Đúng Hình 3.20 Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC Kết luận Điều khiển cơng suất hệ thống thơng tin di động UMTS khâu quan trọng hệ thống Nó hạn chế ảnh hưởng 90 hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, dung lượng hệ thống khả chống lại fading vốn đặc trưng mơi trường di động Đồ án trình bày ý nghĩa việc điều khiển cơng suất phân loại điều khiển cơng suất đồng thời phân tích số kỹ thuật điều khiển cơng suất hệ thống thơng tin di động hệ ba cụ thể hệ thống UMTS Hiện nay, hệ thống thơng tin di động phát triển lên 4G 3G phát triển sử dụng rộng rãi Việc tìm hiểu, nghiên cứu giúp ta hạn chế tác động khơng mong muốn, đem lại chất lượng dịc vụ cao cho người dụng đạt hiệu kinh tế Một lần xin cảm ơn ThS Nguyễn Phúc Ngọc hướng dẫn giúp em hồn thành đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thơng tin di động”, Nhà xuất Bưu Điện, 02-2003 [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thơng tin di động hệ “, Tập 1, Nhà xuất Bưu Điện, 12-2001 [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thơng tin di động hệ “, Tập 2, Nhà xuất Bưu Điện, 12-2001 [4] Nguyễn Ngơ Hồng, Bài báo “Mối quan hệ khác biệt UMTS WCDMA”, Tạp chí bưu viễn thơng kỳ 1, – 2003 [5] Ngơ Hán Chiêu, Trần Q, Ngơ Duy Tân, Bài báo “Điều khiển cơng suất thơng tin di động DS/CDMA” 92 [...]... thế hệ thứ ba Chương 3 CÁC KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS sẽ trình bày về ý nghĩa và phân loại các kỹ thuật điều khiển công suất Từ đó đi sâu vào phân tích các kỹ thuật điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS Điều khiển công suất theo bước động DSSPC và điều khiển công suất phân tán DPC trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS. .. chính trong từng chương như sau: Chương 1 GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG giới thiệu tổng quan về các hệ thống thông tin di động, quá trình phát triển của thông tin di động Chương 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THỨ 3UMTS giới thiệu các vấn đề cơ bản về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng truy nhập vô 11 tuyến UMTS, sơ lược về những dịch vụ và ứng dụng trong hệ thống này trong hệ thống thông tin di động. .. áp dụng cho IMT2000 thông qua dự án 3GPP(Third Generation Partnership Project) Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được ra đời từ dự án 3GPP được gọi là hệ thống thông tin di động UMTS/ WCDMA Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba và một bộ phận quan trọng của nó 2.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba xây dựng trên... với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000.Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này... bè trong khoa giúp em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Ngệ An, ngày 02 tháng 01năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Tiệp ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 12 Chương 1 GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ... không dây trên toàn cầu Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động là một trong những khâu quan trọng của hệ thống, hạn chế được ảnh hưởng của hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, dung lượng của hệ thống và khả năng chống lại fading vốn là đặc trưng của môi trường di động Vì thế em đã chọn đề tài tim hiểu về điều khiển công suất trong hệ thông thông tin di động UMTS Đồ án em làm gồm... nhiều dịch vụ công nghệ băng rộng đã chiếm lĩnh thị trường viễn thông Hệ thống UMTS là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136… UMTS sử dụng công nghệ CDMA đang là mục tiêu hướng tới của các hệ thống thông tin di động trên toàn thế giới, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn hóa giao di n vô tuyến công nghệ truyền thông không... vào sử dụng 22 Chương 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THỨ 3 UMTS 2.1 Giới thiệu chung Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về các dịch vụ của hệ thống thông tin di động mà các thế hệ thứ 2 chưa dáp ứng được như các dịch vụ thời gian thực, gọi video nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra hệ thống thông tin di động mới Hệ thống thông tin di động thế hệ ba với với tên gọi là... điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao di n vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 - W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136 - CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95 19 3G 2,5G 2G cdmaOne Thoại, số liệu 14,4 kbps... của các hệ thống thông tin di động thế hệ 1,2 và 3, đồng thời đã sơ lược những yêu cầu của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo là thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA) Và hiện nay là thế hệ thứ ba ... tích kỹ thuật điều khiển công suất hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS Điều khiển công suất theo bước động DSSPC điều khiển công suất phân tán DPC hệ thống thông tin di động hệ ba UMTS nhằm nghiên... ứng dụng hệ thống hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Chương CÁC KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS trình bày ý nghĩa phân loại kỹ thuật điều khiển công suất Từ... ta tiếp tục tìm hiểu kỹ thuật điều khiển công suất hệ thống thông tin di động hệ ba 47 Chương CÁC KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 3.1 Giới thiệu chương Vì