Tìm hiểu tổng quan về hệ thống LTE, mục tiêu thiết kế hệ thống và tiềm năng hệ thống. Nghiên cứu về các kỹ thuật được lựa chọn sử dụng trong LTE bao gồm: các kỹ thuật sử dụng cho đường lên và đường xuống, phân tích cấu trúc và nguyên lý hoạt động ở lớp dưới (lớp 2). Nghiên cứu các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE. Đồng thời, lựa chọn và kết hợp tinh tế ưu điểm từ các cơ chế để đưa vào sử dụng trong mạng LTE.
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG LTE Giáo viên hướng dẫn: T.S NGUYỄN VIỆT HƯNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH TUẤN Lớp: D11VT4 Khóa: 2011 – 2015 Hệ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 12 năm 2015 NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Điểm: ……(Bằng chữ: ………….) Ngày tháng năm 2015 Người hướng dẫn T.s Nguyễn Việt Hưng NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Điểm: ……(Bằng chữ: ………….) Ngày tháng năm 2015 Người phản biện NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp viễn thông di động lao vào đua 4G với mục tiêu cung cấp băng thông di động rộng hơn, tốc độ truyền liệu nhanh để đáp ứng cho xu hướng bùng nổ dịch vụ đa truyền thông, thỏa mãn nhu cầu người dùng ngày cao xu thiết bị đầu cuối ngày rẻ Băng thông rộng dành cho di động trở thành thực bởi sốt công nghệ mạng 4G hay còn gọi mạng LTE (Long Term Evolution) Đây hệ thứ được phát triển từ 3G tại không chỉ mang lại lợi ích cho người tiêu dùng mà còn cho nhà cung cấp mạng di động Mạng LTE dần thay công nghệ 2G 3G trước để trở thành mạng chủ lực giới Với sử mở rộng công nghệ LTE thì công nghệ trước CDMA GSM cũng sẽ tồn tại thị trường cung cấp dịch vụ mạng Việt Nam không nằm xu hướng phát triển chung của giới thời điểm triển khai 4G tại Việt Nam chín muồi Dự kiến Bộ TTTT sẽ cấp phép triển khai 4G năm 2016 Qualcomm, Samsung cho rằng, năm 2015 thời điểm vàng để Việt Nam triển khai 4G Các nhà cung cấp thiết bị đầu cuối tên tuổi giới hào hứng với chơi mang tên 4G, trước triển vọng mạng băng thông rộng di động hệ sẽ “kích hoạt” lượng lớn smartphone trang bị chip 4G LTE ngày trở nên phổ biến, giá thành giảm dần Một điều phủ nhận với băng thông rộng, truyền thông tốc độ cao, 4G LTE sẽ tác động mạnh mẽ làm thay đổi nhiều ngành truyền thống truyền hình, giáo dục, y tế, bán lẻ nhiều lĩnh vực khác Để đảm bảo thực mục tiêu đề của LTE thì việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) vấn đề thiết yếu Chính vì em chọn thực nghiên cứu đề tài “quản lí tài nguyên vô tuyến LTE” cho đồ án tốt nghiệp của mình Nội dung của đồ án gồm chương: o o o Chương I: Giới thiệu tổng quan công nghệ LTE Chương II: Các kỹ thuật sử dụng LTE Chương III: Các thuật toán quản lý tài nguyên Do thời gian kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong được sự góp ý của thầy cô bạn để đồ án của mình được hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Thanh Tuấn NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ban lãnh đạo Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông thầy cô giáo khoa Viễn Thông quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt trình học tập Những kiến thức mà thầy cô truyền đạt, cũng học lời khuyên dành cho em chắn sẽ hành trang vô quý giá để em bước đường đầy chông gai tới Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp T.s Nguyễn Việt Hưng, thầy tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Nếu sự giúp đỡ, hỗ trợ của thầy đồ án sẽ hoàn thành Em cũng xin cảm ơn bố mẹ, thành viên gia đình em, người bạn, người thân động viên em, tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành tốt đề tài Cuối cùng, cũng muốn cảm ơn tất người bạn tuyệt vời ở trường Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Những người sát cánh gần năm đại học, chia sẽ khoảnh khắc vui vẻ tuyệt vời, chính tạo lên quãng đời sinh viện đầy ý nghĩa thú vị ở Học Viện Xin chân thành cám ơn! NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .9 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE .13 1.1.Giới thiệu 13 1.1.1 Định nghĩa 13 1.1.2 Mục tiêu công nghệ LTE 13 1.1.3 Lợi ích từ mạng LTE 14 1.2 Yêu cầu hệ thống LTE .14 1.2.1 Tính hệ thống 14 1.2.2 Hiệu suất hệ thống .15 1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến 17 1.2.4 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai 17 Bảng 1.2: Yêu cầu thời gian gián đoạn, LTE-GSM LTE-WCDMA 18 1.2.4 Kiến trúc sự dịch chuyển .20 1.3 Kiến trúc mô hình LTE 20 1.4 Tổng kết chương .22 CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE 25 2.1 Kỹ thuật đa truy nhập 25 2.1.1 Kỹ thuật phân chia theo tần số trực giao OFDM 25 2.1.2 Đường xuống OFDMA .35 2.1.3 Đường lên – SC-FDMA 36 2.2 Kỹ thuật MIMO 38 2.2.1 Mã hóa Turbo .39 2.2.2 Thích ứng đường truyền 40 2.6 Lập biểu phụ thuộc kênh 41 2.7 HARQ với kết hợp mềm .41 2.3 Lớp (MAC, RLC, PDCP) 41 NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC 2.3.1 Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) 41 2.3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường 43 2.3.3 HARQ với kết hợp mềm 48 2.4 Tổng kết chương 49 CHƯƠNG III: 51 CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN .51 3.1 Các thuật toán lập biểu tài nguyên .51 3.1.1 Thuật toán phân bổ tài nguyên công tỉ lệ 51 3.1.2 Kế hoạch lập biểu tài nguyên dựa nhiễu tối đa 52 3.1.3 Kế hoạch lập biểu quay vòng 52 3.1.4 Thuật toán lập biểu tài nguyên tái sử dụng tần số .52 3.1.5 Thuật toán lập biểu tài nguyên dựa phân bổ động 53 3.1.6 Lập biểu đường lên 53 3.2 Các thuật toán triển khai .54 3.2.1 Xác suất nhiễu 54 3.2.2 Quản lý công suất đường lên 59 3.2.3 Thực 60 3.3 Phân tích hiệu suất 61 3.3.1 Quản lý nhiễu tĩnh tái sử dụng tần số hệ số tái sử dụng tần số hệ số 61 3.3.2 Phương án quản lý nhiễu động 63 3.3.3 Cơ chế phân lập từng phần .64 TỔNG KẾT 67 NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .9 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE .13 1.1.Giới thiệu 13 1.1.1 Định nghĩa 13 1.1.2 Mục tiêu công nghệ LTE 13 1.1.3 Lợi ích từ mạng LTE 14 1.2 Yêu cầu hệ thống LTE .14 1.2.1 Tính hệ thống 14 1.2.2 Hiệu suất hệ thống .15 1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến 17 1.2.4 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai 17 Bảng 1.2: Yêu cầu thời gian gián đoạn, LTE-GSM LTE-WCDMA 18 1.2.4 Kiến trúc sự dịch chuyển .20 1.3 Kiến trúc mô hình LTE 20 1.4 Tổng kết chương .22 CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE 25 2.1 Kỹ thuật đa truy nhập 25 2.1.1 Kỹ thuật phân chia theo tần số trực giao OFDM 25 2.1.2 Đường xuống OFDMA .35 2.1.3 Đường lên – SC-FDMA 36 2.2 Kỹ thuật MIMO 38 2.2.1 Mã hóa Turbo .39 2.2.2 Thích ứng đường truyền 40 2.6 Lập biểu phụ thuộc kênh 41 2.7 HARQ với kết hợp mềm .41 2.3 Lớp (MAC, RLC, PDCP) 41 2.3.1 Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) 41 NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC HÌNH VẼ 2.3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường 43 2.3.3 HARQ với kết hợp mềm 48 2.4 Tổng kết chương 49 CHƯƠNG III: 51 CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN .51 3.1 Các thuật toán lập biểu tài nguyên .51 3.1.1 Thuật toán phân bổ tài nguyên công tỉ lệ 51 3.1.2 Kế hoạch lập biểu tài nguyên dựa nhiễu tối đa 52 3.1.3 Kế hoạch lập biểu quay vòng 52 3.1.4 Thuật toán lập biểu tài nguyên tái sử dụng tần số .52 3.1.5 Thuật toán lập biểu tài nguyên dựa phân bổ động 53 3.1.6 Lập biểu đường lên 53 3.2 Các thuật toán triển khai .54 3.2.1 Xác suất nhiễu 54 3.2.2 Quản lý công suất đường lên 59 3.2.3 Thực 60 3.3 Phân tích hiệu suất 61 3.3.1 Quản lý nhiễu tĩnh tái sử dụng tần số hệ số tái sử dụng tần số hệ số 61 3.3.2 Phương án quản lý nhiễu động 63 3.3.3 Cơ chế phân lập từng phần .64 TỔNG KẾT 67 NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .9 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE .13 1.1.Giới thiệu 13 1.1.1 Định nghĩa 13 1.1.2 Mục tiêu công nghệ LTE 13 1.1.3 Lợi ích từ mạng LTE 14 1.2 Yêu cầu hệ thống LTE .14 1.2.1 Tính hệ thống 14 1.2.2 Hiệu suất hệ thống .15 1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến 17 1.2.4 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai 17 Bảng 1.2: Yêu cầu thời gian gián đoạn, LTE-GSM LTE-WCDMA 18 1.2.4 Kiến trúc sự dịch chuyển .20 1.3 Kiến trúc mô hình LTE 20 1.4 Tổng kết chương .22 CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE 25 2.1 Kỹ thuật đa truy nhập 25 2.1.1 Kỹ thuật phân chia theo tần số trực giao OFDM 25 2.1.2 Đường xuống OFDMA .35 2.1.3 Đường lên – SC-FDMA 36 2.2 Kỹ thuật MIMO 38 2.2.1 Mã hóa Turbo .39 2.2.2 Thích ứng đường truyền 40 2.6 Lập biểu phụ thuộc kênh 41 2.7 HARQ với kết hợp mềm .41 2.3 Lớp (MAC, RLC, PDCP) 41 NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN 3.2 Các thuật toán triển khai 3.2.1 Xác suất nhiễu Trong phần này, tính toán sự phân bổ số lượng xung đột dải tần, biết có n ô gây nhiễu cho ô mục tiêu được đánh số từ đến n, ô mục tiêu được đánh số Trong mạng dải tần của sóng mang N được phân chia thành C kênh con, sóng mang có độ rộng M M = N/C (3.6) Phân bổ nhiễu của kênh ô được biểu diễn bởi vector K sau: K = {K0, K1, K2…, Kn} tập hợp vector đại diện cho kênh phân bổ n ô, vị trí K2 đại diện cho kênh phân bổ ô thứ Phân bổ được thực tại vị trí ô cách tập trung để tránh xung đột có người sử dụng ô Tuy nhiên, việc xảy xung đột ô lân cận sử băng tần số Nhiễu mạng được coi xung đột sóng mang ô khác với sóng mang được phân bổ ô bị nhiễu Để tìm hiểu xác suất xung đột cần tìm hiểu tải của người sử dụng ô Tải ô được tính sau: Xi = ∑ K iπ ( K i ) C K i ≤C (3.7) Trong X i tải của ô, C số kênh có sẵn, K i số kênh phân bổ ô I, π ( Ki ) xác suất của K kênh phân bổ ô thứ i Xác suất xung đột sóng mang ở mạng đồng được tính được nhị thức sau: n Pr ( k ) = ÷x k (1 − x) n − k , ≤ k ≤ n k (3.8) Trong n số lượng của ô gây nhiễu, k số lượng xung đột của sóng mang được phân bổ ô xét với sóng mang được phân bổ ô nhiễu, x tải trọng ô xét i ≤ x ≤ Sử dụng Pr (k ) tìm thấy Pr ( X ) X vector có giá trị không có giá trị phụ thuộc vào số lượng của ô gây nhiễu thành phần tương ứng với ô gây nhiễu ví dụ có ô gây nhiễu xác suất xung đột X được xác định sau: X = [ P1 ( k ) NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 P2 (k ) P3 (k ) P4 (k ) P5 (k ) P6 (k ) ] 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN Một ví dụ tiêu biểu của ô hình lục giác bố trí mạng di động được coi có chứa vòng phủ khác với ô khác Dựa vào khoảng cách ô chính ô lân cận mà chúng gây nhiễu kênh phân bổ ô với mức độ khác nhau, ví dụ mạng được đưa ở hình 3.1 Hình 3.1: Cấu trúc mạng lưới ô Chúng ta tìm thấy ảnh hưởng của nhiễu với vòng khác sau: n1 n2 ÷ ÷ k k Pr (k1 + k2 ) = Pr (k1 + k ) n1 + n2 ÷ k1 + k (3.9) Trường hợp Pr (k1 + k2 ) được tìm thấy cách sử dụng phương trình (3.9) Xác suất có chính xác k j xung đột mạng không đồng được tính sau Ô gây nhiễu được phân loại thành tập L Tập hợp j bao gồm n j ô có tải ngang nhau, tải trọng được ký hiệu x j Xác suất có k j xung đột sóng mang của ô sóng mang thuộc ô tập hợp j là: nn k n −k Pr (k j , x j ) = ÷( x j ) j (1 − x j ) j j , ≤ k j ≤ n j kj (3.10) Và xác suất có chính xác kj xung đột với số tập hợp j được tìm thấy phương trình sau đây: Pr (k1 , , kt ) = ∏ j =1 P( k j , x j ) t NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 (3.11) 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN Trạng thái của hệ thống được xác định bởi số lượng của người sử dụng U ô nghĩa là: S = {U: U≤C} Trong S đại diện cho trạng thái hệ thống, U biểu thị số lượng người dùng ô C biểu thị số lượng kênh ô Các xác suất trạng thái ổn định chìa khóa để có được số biện pháp thực chẳng hạn khả chặn: b = π (C) Để đánh giá hiệu hệ thống, cần phải tính toán đến tốc độ đến của người dùng đến từ ô Cho D thông lượng tức thời của gọi Sau đó, D phụ thuộc vào băng thông W, hiệu sử dụng sơ đồ điều chế, tỷ lệ lỗi khối (BLER) tính cách: D = M × W × e × (1 − BLER) (3.12) Trong e hiệu suất sử dụng điều chế, ví dụ, bit ký hiệu cho QPSK 1/2 cho 64QAM 5/6 Điều chế tỷ lệ mã hóa được lựa chọn dựa nhiễu của tín hiệu trước cộng với tỉ lệ nhiễu (SINR) 3GPP LTE, điều chế cung cấp BLER lớn 0,1 được chọn Hiệu suất điều chế được thu được với tốc độ mã hóa từ mức độ của đường cong thể Hình 3.2 Hiệu của e tỷ lệ lỗi BLER phụ thuộc vào SINR, mà còn được viết C / I Tích số e x (1-BLER) viết sau: e × (1 − BLER) = e(C/I ) × (1 − BLER(C/I )) = B(C/I ) (3.13) SINR phụ thuộc vào thông số sau: - Điều kiện lan truyền - Khoảng cách máy phát máy thu - Hiệu ứng che khuất - Fađing lựa chọn tần số NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN Hình 3.2: Các đường cong mô mức độ liên kết Vì vậy, hệ thống OFDMA tập hợp kênh song song, phẳng, fading không chọn lọc được sử dụng, kênh truyền chỉ chịu ảnh hưởng bởi fading chậm Kết của SINR ô được tính sau: C (X ) = I P / q0 n P ∑ i =1 X i q D + N0 i (3.14) Trong đó: X i =1 có nghĩa có xung đột gọi ô i người sử dụng ô đích N nhiễu qi D tổn thất đường ảnh hưởng trạm sở i người nhận tương ứng α qi = ri 10 D ξi 10 (3.15) Với ri khoảng cách từ trạm gốc ô i tới người nhận ô đích ξi biến ngẫu nhiên chuẩn hiệu ứng che khuất, α ∈ [2, 4] là số NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN Thời gian phục vụ trung bình gọi Thời gian phục vụ trung bình của gọi kênh được tính cách sử dụng trung bình của D thông lượng tái sử dụng tần số lần: T = E[ Z] (3.16) D D = ∑ Pr ( X ) X D ( x) −1 (3.17) Trong D(x) được xác định vector thông lượng của xung đột X: D( X ) = M × W × Er0 C B ( ( X )) I −1 (3.18) Thời gian dịch vụ trung bình của gọi ô được tính sau: Z T = E [ T ( X )] = Er0 M W B C (X ) ÷ I (3.19) Trong đó: Z : Kích thước của tập tin sẽ được tải xuống M : Số kênh được gán cho gọi W : kênh băng thông Er0 : Kỳ vọng ô Sau tìm thấy thời gian phục vụ trung bình của 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) Trong G số được tìm cách: l ( λT ) π (U ) = G U! U (3.21) Trong đó: l : mật độ của gọi đến U : số lượng người sử dụng (thuê bao) ô NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN C : số kênh ô Xác suất trạng thái ổn định được tính cách sử dụng tốc độ khởi hành ô mục tiêu, tốc độ khởi hành được tính cách sử dụng xác suất trạng thái ổn định ô nhiễu Vì vậy, phương pháp lặp lặp lại được thông qua để tìm xác suất trạng thái ổn định sau: - Thiết lập giá trị ban đầu cho lần lặp lại ví dụ ô tải = 0,5 - Tính ∏ (U ) cách sử dụng giá trị ban đầu sử dụng kết để tính toán tải sử dụng phương trình (3.7) - Tính toán thông qua phương trình (3.17) - Đưa giá trị của bước vào phương trình (3.20) lặp lại trình giá trị hội tụ Thời gian trung bình mà phiên dành cho hệ thống được tính cách sử dụng công thức: T= E[U ] λ (1 − b) (3.22) Trong đó: E[U ] = ∑ U ∈S π (U ) (3.23) số lượng trung bình của gọi ô 3.2.2 Quản lý công suất đường lên Do công suất của MS bị giới hạn bởi lượng pin vì truyền tải điện của phải được giảm thiểu nhiều tốt phải đủ để đạt được công suất cần thiết Việc truyền tải tối thiểu công suất điện Pe được tính toán với sự hỗ trợ của thủ tục sau đây: i) Tính toán SINR đạt được tín hiệu được truyền với công suất cực đại Pmax ii) Xác định phương thức mã hóa điều chế MCS tương ứng với SINR tính được ở iii) Tính toán công suất truyền tải tối thiểu P e đạt được ứng với MCS được xác định Giả sử có X xung đột ô mục tiêu sự ảnh hưởng của nhiễu lên người sử dụng ô mục tiêu tính được vì dung lượng người sử dụng ô được tính sau: NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN PU (li (ri , θ i )) I i (ri ,θ i ) = q0U ( ri ) U (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 của người sử dụng ô nhiễu cách trạm sở khoảng l, q0U đường bị người dùng trạm sở ô đích SINR đạt được tối đa của người sử dụng được 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 : công suất tối đa truyền của người sử dụng mục tiêu q0U (r0 ) : việc hướng của người sử dụng mục tiêu ở khoảng cách r từ trạm sở của Bây xác định MCS dựa SINR tính được ở với sự hỗ trợ của đường cong cấp liên kết Hình 3.2 ở Để tính toán được công suất tối thiểu truyền dẫn đạt được được xác định MCS, biểu diễn hệ thống mã hóa điều chế cho giá trị s của SINR bởi chức bước m (s) c (s) tương ứng n Pe (q0 , X , r ,θ ) = (∑ X i × liU (ri ,θi ) + 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) được sử dụng để đạt được SINR tối thiểu cho điều chế m tỷ lệ mã hóa c Truyền dẫn công suất tối thiểu trung bình cần thiết để chiếm khoảng cho thay đổi can nhiễu, được tính sau: Pe (r0 ) = ∑ Er ,θ [ Pe (r0 , X , r , θ )] Pr ( X ) X (3.27) Pr ( X ) xác suất xung đột của vụ xung đột vector X công suất phát trung bình nhiễu bề mặt ô 3.2.3 Thực Thực phân tích so sánh chế phân bổ tần số đề xuất khác ô để giảm thiểu sự can thiệp nhiễu đánh giá thuật toán phân bổ nguồn lực NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN 3GPP LTE được thiết kế cho băng thông tức thời được chỉ định bất kỳ 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 nguyên vô tuyến được 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 được sử dụng chương để điều tra vấn đề thực chế phân bổ tần số vô tuyến khác được thảo luận mục 3.1 Những biểu đồ được hiển thị chương được lấy từ báo nghiên cứu IEEE để tham khảo Thông thường phương án phân bổ tần số được phân loại tĩnh, bán tĩnh, động Trong chế phân bổ tần số tĩnh, tần số được lập kế hoạch giao cho ô trước triển khai mạng, sau thay đổi Trong chế phân bổ bán tĩnh, việc phân bổ tần số được thực sau thời gian dài thời gian 10 ngày việc phân bổ động được 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 ô có tải phân bổ kênh tương tự mô hình Tổng dung lượng của hệ thống 10 MHz được chia thành 30 kênh 30 kênh được chia thành bốn phần Phần đầu chứa 18 kênh ba phần khác có bốn kênh phần Các người sử dụng ô trung tâm được chỉ định kênh từ phần tức từ 18 kênh người sử dụng ô cạnh được giao kênh từ ba phần khác tức có kênh Như vậy, chỉ có 18 +4 = 22 kênh có sẵn toàn ô Hình 3.3: Thông lượng ô NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN Người sử dụng ở ô trung tâm ô cạnh được phân biệt bởi tổn hao đường Một ngưỡng tổn hao đường được thiết lập theo cách mà người sử dụng tại biên của ô chiếm 4/22 tổng số người sử dụng ô Ta giả sử chỉ có kênh được giao cho người sử dụng thì sẽ lãng phí 8/30 công suất, nghĩa chỉ xử lý 22 người sử dụng thay vì xử lý 30 người sử dụng Trong Hình 3.3, biểu đồ hiển thị so sánh thông lượng của chế phân bổ tần số tĩnh khác so với tốc độ đến của người dùng Biểu đồ cũng 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 sự can thiệp nhiễu liên ô nguồn tài nguyên tần số được chia ba ô sự 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 Hình 3.4: Thông lượng ô tại biên Thông lượng biên của ô được quan tâm nhiều thông lượng ở trung tâm ô vì ở biên ô 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 ở biên ô lớn so với thông lượng đạt được tái sử dụng tần số hệ số Như vậy, việc cân phải được thực công suất thông lượng tại 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 NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN tái sử dụng tần số hệ số chế quản lý tần số tĩnh toàn phần so sánh việc để người sử dụng nhiễu liên ô Điều đồng nghĩa với việc có ít 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 không đồng nhất, nơi mà tại vị trí khác ô sẽ có tải trọng khác Chúng ta giả sử vị trí ô số ô (Hình 3.5) chiếm tải trọng 50%, nhiều tải trọng của vùng lân cận Ngưỡng tổn hao đường yếu tố phân biệt người dùng ở trung tâm người dùng ở biên của ô Các ô mục tiêu giảm ngưỡng tổn hao đường sự gia tăng người sử dụng tại biên ô ô liền kề tăng ngưỡng tổn hao đường lúc Như vậy, có sự can thiệp nhiễu thấp tại khu vực biên ô Nếu đột nhiên, bất kỳ ô liền kề nhận được nhiều nguời sử dụng trình được lặp lặp lại thì ô sẽ được xem xét để trở thành ô mục tiêu Hình 3.5: Triển khai mạng cho chế ICIC động Một vài giả định được thực xem xét phương trình xác suất thu được mục 3.2 Trong tính toán xác suất trạng thái ổn định theo phương trình 3.20 mục 3.2 Chúng ta giả sử vị trí ô lân cận có tải trọng, tức coi vùng lân cận mạng đồng Sau tính toán xác suất trạng thái ổn định, được sử dụng phương trình 3.17 để tính toán thông lượng trung bình D ô mục tiêu Hình 3.6 cho thấy phân tích thông lượng tĩnh động cho chế phân bổ tài nguyên tần số Rõ ràng, chế động nhanh so với chế tĩnh vì chế động xử NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN lý nhiều người dùng cung cấp thông lượng lớn khu vực biên di động cách trì giới hạn ngưỡng tổn hao đường đóng vai trò quan trọng việc giảm nhiễu liên ký tự Hình 3.6 cũng chỉ chế phân bổ tài nguyên động nhanh chế phân bổ tài nguyên tĩnh tại khu vực lân cận cho tỉ lệ lên đến 0.8 Cơ chế phân bổ tài nguyên vô tuyến động sự lựa chọn tốt, nhiên có bất lợi của chế sở hoạt động của đòi 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 của mạng di động 3GPP LTE Hình 3.6: Thông lượng ô hai chế tĩnh động 3.3.3 Cơ chế phân lập từng 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 cô lập tĩnh toàn phần ô sử dụng 22 subchannels chỉ 18 subchannels được chỉ định sẽ được sử dụng trung tâm ô chỉ có subchannels được 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 ô với cấu hình khác từ chế tái sử dụng tần số hệ số Điều đạt được cách kiểm soát công suất truyền tải NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN Như chế cô lập tĩnh toàn phần, 18 kênh có sẵn cho người sử dụng ở trung tâm ô nơi mà trình truyền được thực với toàn công suất của để đạt được tỉ lệ tín hiệu nhiễu cao ở phía người nhận chỉ có kênh được cung cấp khu vực biên của ô Khi tất kênh được gán cho người dùng ở trung tâm ô mà còn nhiều nhu cầu xuất thì sử dụng kênh khác sẽ bị giới hạn chặt chẽ công suất truyền dẫn, tức công suất truyền dẫn phải được tối thiểu hoá đủ để nguyên nhân làm tăng nhiễu liên ô ô liền kề Cơ chế cung cấp sự tận dụng tài nguyên vô tuyến so với chế cô lập tĩnh toàn phần vì tất kênh được sử dụng khu vực của ô Tất nhiên, có ít khả xử lý thông lượng tại khu vực biên của ô vì chỉ có 30 kênh ở biên ô Nhưng điều cần thiết vì có tài nguyên dự trữ để cung cấp cho người dùng với sự ảnh hưởng của nhiễu nhỏ Vì vậy, chế thích hợp chế cô lập tĩnh toàn phần Cơ chế cũng thích hợp chế phân bổ động liên quan đến nhiều tín hiệu nút B quản lý tài nguyên biên của ô, ô mục tiêu ô liền kề của Hình 3.7: Tỉ lệ tắc nghẽn cho chế phân bổ tài nguyên tần số khác 3.4 Tổng kết chương Chương nêu được 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 ô, 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 của có chế phân bổ tài nguyên vô truyến động cách NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN xử lý linh hoạt, tận dụng triệt để tài nguyên vô tuyến, nhờ mà hệ số tải cao thông lượng ô cao NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG III – CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN TỔNG KẾT Với mục tiêu đặt nghiên cứu thuật toán “Quản lý tài nguyên vô tuyến LTE” đồ án hoàn thành được mục tiêu sau: - Tìm hiểu tổng quan hệ thống LTE, mục tiêu thiết kế hệ thống tiềm hệ thống - Nghiên cứu kỹ thuật được lựa chọn sử dụng LTE bao gồm: kỹ thuật sử dụng cho đường lên đường xuống, phân tích cấu trúc nguyên lý hoạt động ở lớp (lớp 2) - Nghiên cứu thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến LTE Đồng thời, lựa chọn kết hợp tinh tế ưu điểm từ chế để đưa vào sử dụng mạng LTE Do kiến thức thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em tránh khỏi thiếu sót Em mong được sự đánh giá, góp ý của thầy cô giáo bạn để đồ án được hoàn thiện hơn, đồng thời làm tiền đề để tiếp tục nghiên cứu, phát triển NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: - Giáo trình thông tin di động – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, NXB Bưu Điện, 2014 - Giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G” TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất thông tin truyền thông; 2/2010 Tiếng Anh: - Dynamic radio resource management in 3GPP LTE, Sajid Hussain, January 2009 - 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 - Performance Evaluation of Frequency Planning Schemes in OFDMA-based Networks - S-E Elayoubi, O Ben Haddada, and B Fourestie - IEEE Transactions on Wireless Communications, vol.7, no.5- May 2008 - moscow.sci-hub.bz - www.wikipedia.com - www.3gpp.org NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 68 [...]... Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) 41 2.3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường 43 2.3.3 HARQ với kết hợp mềm 48 2.4 Tổng kết chương 49 CHƯƠNG III: 51 CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN .51 3.1 Các thuật toán lập biểu tài nguyên .51 3.1.1 Thuật toán phân bổ tài nguyên công bằng tỉ lệ 51 3.1.2 Kế hoạch lập biểu tài nguyên dựa trên... kỹ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS 1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến Những yêu cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến được chia ra như sau : hỗ trợ nâng cao cho chất lượng dịch vu đầu cuối tới đầu yêu cầu cải thiện sự giữa thích ứng dịch vụ, ưng dụng và các điaàu kiện về giao thức (bao gồm báo hiệu lớp cao hơn ) với tài nguyên RAN và các đặc tính vô. .. 52 3.1.4 Thuật toán lập biểu tài nguyên và tái sử dụng tần số .52 3.1.5 Thuật toán lập biểu tài nguyên dựa trên phân bổ động 53 3.1.6 Lập biểu đường lên 53 3.2 Các thuật toán triển khai .54 3.2.1 Xác suất nhiễu 54 3.2.2 Quản lý công suất đường lên 59 3.2.3 Thực hiện 60 3.3 Phân tích hiệu suất 61 3.3.1 Quản lý nhiễu tĩnh... RE (tức 7x12) trong trường hợp chiều dài CP thông thường vf 72RE (6x12) trong trường hươp chiefu dài CP mở rộng Hình 2.8: Chỉ định tài nguyên của OFDM trong LTE Bảng 2.1: Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền: Băng thông kênh 1.4 truyền( MHz) 3 5 10 15 20 Số tài nguyên 15 25 50 75 100 6 NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 32 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE Hình 2.9:... RAN và các đặc tính vô tuyến Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE RAN phải có khả năng cung cấp cơ cấu để hỗ trọ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các giao thức ở lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn như quá trình nén tiêu đề IP( IP header) Việc hỗ trợ chia sẻ tài nguyên và quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau đòi... thữ LTE còn làm giảm trễ gói - Tăng cường giao diện không gian cho phép tăng tốc số liệu LTE được xác định trên mạng truy nhập vô tuyến tuyến hoàn toàn mới dựa trên công nghệ OFDM cho đường xuống và SC- FDMA cho đường lên - Hiệu quả sử dụng phổ tần của OFDM được nâng cao nhờ sử dụng kỹ thuật điều chế bậc cao 64QAM Mã hóa turbo, mã hóa xoắn cùng với các kỹ thuật vô tuyến bổ sung như kỹ thuật. .. riêng lẻ mà dựa vào các khối tài nguyên (Resource Block) Mỗi khối tài nguyên bao gồm 12 sóng mang con cho khoarmng thời gian 1 slot và khỏng cách giữa các sóng mang con là 15Mhz, dẫn đến kết quả băng thông tối thiếu của nó là 180KHz Đơn NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE vik nhỏ nhất của tài nguyên là thành phần tài nguyên (RE), nó bao gồm một... thích với các công nghệ vô tuyến khác - Tối ưu hóa cho tốc độ đi động thấp đồng thời hỗ trợ tốc độ di động cao NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4 22 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE 2.1 Kỹ thuật đa truy nhập OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM là kỹ thuật chia dòng dữ liệu... phần liên quan đến những yêu cầu LTE về mặt độ linh hoạt phổ là khả năng triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE cho dù phân bố phổ là theo cặp hay đơn lẻ, như vậy LTE có thể hỗ trợ cả song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD) Sơ đồ song công hay việc quy hoạch song công là một thuộc tính của công nghệ truy cập vô tuyến Tuy vậy, một phân bố phổ cho... trợ Yêu cầu về độ linh hoạt phổ đòi hỏi LTE phải có khả năng mở rộng trong miền tần số và có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau Yêu cầu về độ linh hoạt được liệt kê thành danh sách các dải phổ của LTE (1,25; 1,6; 2,5; 5; 10; 15 và 20 MHz) Ngoài ra, LTE còn có khả năng hoạt động theo cặp phổ cũng như là đơn lẻ LTE cũng có thể triển khai trong nhiều băng tần khác nhau Những băng