Đồ án tốt nghiệp hệ thống thông tin di động thế hệ 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ Chương I giới thiệu cách tổng quan hệ thống thông tin di động hệ 3, chiến lược dịch chuyển từ hệ thống GSM lên hệ thống UMTS Từ giúp hiểu kiến trúc hệ thống thông tin di động UMTS hệ thống hệ thống thông tin di động WCDMA/UMTS 1.1 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G Lộ trình phát triển công nghệ thông tin di động lên 4G cho hình 1.1 Hình 1.1: Lộ trình phát triển công nghệ thông tin di động lên Hệ thông di động hệ hỗ trợ dịch vụ thoại tương tự sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang liệu thoại người, sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Hệ thống thông tin di động hệ đưa để đáp ứng kịp thời số lượng lớn thuê bao di động dựa công nghệ số Tất hệ thống thông tin di động hệ sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng phương pháp đa truy cập : - Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) - Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) Hệ thống thông tin di động chuyển từ hệ sang hệ qua giai đoạn trung gian hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA kết hợp nhiều khe nhiều tần số sử dụng công nghệ CDMA chồng lên phổ tần hệ hai không sử dụng phổ tần mới, bao gồm mạng đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE CDMA2000-1x Ở hệ thứ hệ thống thông tin di động có xu hoà nhập thành tiêu chuẩn có khả phục vụ tốc độ bit lên đến Mbit/s Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp nay, hệ thống thông tin di động hệ gọi hệ thống thông tin di động băng rộng Hệ thống thông tin di động hệ sang hệ qua giai đoạn trung gian hệ 3,5 có tên mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA Thế hệ công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải liệu với tốc độ tối đa điều kiện lý tưởng lên tới 1.5 Gb/giây Công nghệ 4G hiểu chuẩn tương lai thiết bị không dây Các nghiên cứu NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G nhận liệu với tốc độ 100 Mb/giây di chuyển tới Gb/giây đứng yên, cho phép người sử dụng tải truyền lên hình ảnh động chất lượng cao Chuẩn 4G cho phép truyền ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên ứng dụng mạnh mẽ cho mạng không dây nội (WLAN) ứng dụng khác Thế hệ di động 4G dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, kỹ thuật nhiều tín hiệu gởi lúc tần số khác Trong kỹ thuật OFDM, có thiết bị truyền tín hiệu nhiều tần số độc lập (từ vài chục vài ngàn tần số) Hình 1.2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP Trên lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP trải qua giai đoạn từ R3 đến R8 1.2 Kiến trúc chung hệ thống thông tin di động 3G Mạng thông tin di động 3G lúc đầu mạng kết hợp vùng chuyển mạch gói chuyển mạch kênh để truyền số liệu gói tiếng Các vùng chuyển mạch kênh (CS) chuyển mạch gói (PS) thể nhóm đơn vị chức lôgic: thực thực tế vùng chức đặt vào thiết bị nút vật lý Chẳng hạn thực chức chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) chức chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) nút để hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch truyền dẫn kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di động toàn cầu) sử dụng hai kiểu RAN : • Kiểu thứ sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces) gọi UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network) mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS • Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA gọi GERAN (GSM EDGE Radio Access Network) mạng truy nhập vô tuyến dưa công nghệ EDGE GSM Các trung tâm chuyển mạch gói chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh dần chuyển sang chuyển mạch gói Các dịch vụ kể số liệu lẫn thời gian thực ( tiếng video ) cuối truyền môi trường IP chuyển mạch gói Hình 1.3: Kiến trúc chung mạng thông tin di động 3G 1.3 Cấu trúc mạng 3G – WCDMA Hệ thống W-CDMA xây dựng sở mạng GPRS Về mặt chức chia cấu trúc mạng W-CDMA làm hai phần: Mạng lõi (CN) mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) Trong mạng lõi sử dụng toàn cấu trúc phần cứng mạng GPRS mạng truy nhập vô tuyến phần nâng cấp WCDMA Ngoài để hoàn thiện hệ thống, W-CDMA có thiết bị người sử dụng (UE) thực giao diện người sử dụng với hệ thống.Từ quan điểm chuẩn hóa, UE UTRAN bao gồm giao thức thiết kế dựa công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi định nghĩa hoàn toàn dựa GSM Điều cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu sở công nghệ GSM Hình 1.4: Cấu trúc UMTS • UE (User Equipment) Thiết bị người sử dụng thực chức giao tiếp người sử dụng với hệ thống UE gồm hai phần : − Thiết bị di động ME : Là đầu cuối vô tuyến sử dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu − Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực thuật toán nhận thực, lưu giữ khóa nhận thực số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối • UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực chức liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử : − Nút B : Thực chuyển đổi dòng số liệu giao diện I ub Uu Nó tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến − Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức sở hữu điều khiển tài nguyên vô tuyến vùng (các nút B kết nối với nó) RNC điểm truy cập tất dịch vụ UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN • CN (Core Network) − HLR (Home Location Register) : Là ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin lý lịch dịch vụ người sử dụng Các thông tin bao gồm :  Các dịch vụ phép, vùng không chuyển mạng  Các thông tin dịch vụ bổ sung : trạng thái chuyển hướng gọi, số lần chuyển hướng gọi − MSC/VLR: Là tổng đài (MSC) sở liệu (VLR) để cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE vị trí MSC có chức sử dụng giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức lưu giữ lý lịch người sử dụng vị trí xác UE hệ thống phục vụ − GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng − SGSN (Serving GPRS) : Có chức MSC/VLR sử dụng cho dịch vụ chuyển mạch gói (PS) − GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức GMSC phục vụ • − − • − cho dịch vụ chuyển mạch gói Các mạng Mạng CS : Mạng kết nối cho dịch vụ chuyển mạch kênh Mạng PS : Mạng kết nối cho dịch vụ chuyển mạch gói Các giao diện vô tuyến Giao diện CU : Là giao diện thẻ thông minh USIM ME Giao diện tuân theo khuôn dạng chuẩn cho thẻ thông minh − Giao diện UU : Là giao diện mà qua UE truy cập phần tử cố định hệ thống mà giao diện mở quan trọng UMTS − Giao diện IU : Giao diện nối UTRAN với CN, cung cấp cho nhà khai thác khả trang bị UTRAN CN từ nhà sản xuất khác − Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm RNC từ nhà sản xuất khác − Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối nút B với RNC I Ub tiêu chuẩn hóa giao diện mở hoàn toàn 1.3.1 Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R3 Về giao diện vô tuyến: • Phần mạng truy nhập vô tuyến UTRAN ( WCDMA ) thêm thành phần RNC BC • Việc có nâng cấp giao diện vô tuyến có GSM lên EDGE (E-RAN) hay không tùy chọn nhà khai thác MSC/VLR nâng cấp xử lý cho phần vô tuyến băng rộng Để dịch vụ IN cung cấp cho mạng tạm trú thuê bao cần triển khai CAMEL Kết nối truyền dẫn mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dùng công nghệ ATM nhằm hỗ trợ loại hình dịch vụ khác nhau: dịch vụ tốc độ không đổi cho chuyển mạch kênh và dịch vụ có tốc độ thay đổi chuyển mạch gói Các nút lõi chuyển đổi: • Phần CS phải quản lý thuê bao 2G 3G, đòi hỏi thay đổi MSC/VLR HLR/AuC/EIR • Phần PS nâng cấp từ GPRS, thay đổi SGSN lớn Mạng cung cấp loại dịch vụ 3G dịch vụ giống với mạng 2.5G, hầu hết dịch vụ chuyển sang dạng gói có nhu cầu Ví dụ WAP chuyển sang dùng chuyển mạch gói Dịch vụ dựa vị trí giúp truyền liệu gói hiệu Hình 1.5: Mô hình 3G WCDMA/UMTS R3 Ưu điểm: • Tận dụng tối đa hạ tầng GSM/GPRS có: − Có thể triển khai nhanh chóng − Chỉ tiêu phần tử mạng ổn định • Cung cấp dịch vụ 2G 3G, dịch vụ chuyển mạch kênh gói • Bảo đảm an toàn đầu tư: − Thiết bị nâng cấp tới mạng lõi 3G Nhược điểm: • Phức tạp hai thành phần CS PS • Phần CS phức tạp phải phục vụ 2G 3G, khó mở rộng • Việc quản lý hệ thống phức tạp 1.3.2 Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R4 Hình 1.6: Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R4 Điểm khác biệt phát hành phát hành 99 mạng lõi phân bố MSC chia thành MSC sever MGW 3GPP phát hành tách phần kết nối, điều khiển dịch vụ cho chuyển mạch kênh mạng lõi • MSC sever có chức quản lý di động điều khiển gọi, không chứa ma trận chuyển mạch, phần tử điều khiển MGW • Media Gateway (MGW) phần tử chiệu trách nhiệm trì kết nối thực chức chuyển mạch cần • Thoại chuyển mạch gói (VoIP): gọi chuyển mạch kênh chuyển sang chuyển mạch gói MGW Ưu điểm: • Khắc phục số nhược điểm R99 • Tách riêng phần kết nối gọi, phần điều khiển phần dịch vụ cho phần chuyển mạch lõi chuyển mạch kênh • Toàn lưu lượng qua MGW, quản lý nằng MSC Sever tách rời ( nâng cấp từ MSC/VLR) • Phần CN CS tự mở rộng dung nhiều MGW • Cho phép truyền tải lưu lượng hiệu nhờ chuyển mạch gói Một gọi GSM truyền thống thay VoIP qua MGW Phân hệ đa phương tiện IP(IMS) thêm vào đáp ứng dịch vụ đa phương tiện IP VoIP Nhược điểm: • Làm thay đổi phần CS hai thành phần CS PS Vai trò CAMEL thay đổi, phải lập kết nối với phần PS trở thành yếu tố đấu nối hạ tầng dịch vụ mạng 1.3.3 Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R5 Đặc điểm mạng 3G phát hành thêm miền IP đa phương tiện mạng lõi, hỗ trợ liệu thoại qua IP, bổ sung số phần tử mới: • CSCF: Quản lý việc thiết lập trì giải phóng phiên truyền đa phương tiện với người sử dụng • MRF: Hỗ trợ chức gọi nhiều bên, gọi hội nghị Ngoài ra, SGSN GGSN cải tiến so với R4 có hỗ trợ thoại MGW có chức tương tự R4 MGW MGCF điều khiển Điều dựa thông tin lưu lượng sẵn có AC (Admission Cotrol),cường độ tín hiệu,SIR, độ ưu tiên truy cập, thông tin hỗ trợ định vị… Như hình (3.20), trạm gốc phát lệnh công suất truyền (TPC: Transmit Power Command) việc so sánh SIR nhận được/công suất kênh đường lên với ngưỡng xác định SIR/độ dự trữ công suất i =1 Bắt đầu ≤ SIRopt_max SIR_reali ≤ SIR_max ≤ SIRopt_min SIR_reali < SIR_opt_max SIR_reali > SIR _max ≤ SIR_min SIR_reali < SIR_opt_min SIR_reali < SIR_min Lệnh giảm công suất truyền Pdki = Poi - α.βmax Lệnh giảm công suất truyền Pdki = Poi - α.βmax Lệnh tăng công suất truyền Pdki = Poi + α.βmin Lệnh tăng công suất truyền Pdki = Poi + α.βmax Công nhận nhận tối ưu Sai Sai Sai Sai Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng [111] [010] [100] [110] [101] ≤ i N Kết thúc Sai Đúng Tính SIR_reali Tính Poi Pdki = Poi i = i+ Nhập số thuê bao N, Các mức SIR đích Nhập thông số chương trình Hình 3.20: Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSP 3.7.1.3 Sự hoạt động trạm di động Đầu tiên, trạm di động nhận lệnh điều khiển công suất từ trạm gốc Nó ghi lệnh điều khiển công suất vào ghi lệnh Việc thay đổi liệu gốc lưu trữ bao gồm liệu lệnh điều khiển công suất gần nhất, kích cỡ bước, toạ độ máy thu cầm tay Trạm di động kiểm tra giá trị lệnh điều khiển công suất, kích cỡ bước, thông tin hỗ trợ định vị bao gồm thay đổi liệu gốc Nếu lệnh điều khiển công suất hay chuỗi kích thước bước chẵn, nghĩa mức công suất không hoàn toàn thay đổi giữ ổn định số lượng đáng kể cần thay đổi công suất truyền Để tính kích thước DSS (Dynamic Step-Size) dựa vào phương trình (3.5), trạm di động xác định giá trị toàn điều khiển công suất Bước điều khiển công suất kết kết hợp giá trị không đổi giá trị thay đổi điều khiển công suất Do đó, trạm di động điều chỉnh công suất truyền cách thêm DSS vào công suất tín hiệu ban đầu Po sau : Ptrx(dB) = Po(dB) + DSS (dB) Phương trình 3.5 Trong phương trình (3.5), 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 vô tuyến Mục đích DSS để bù vào suy giảm công suất kênh truyền không ổn định Để định nghĩa giá trị thông số SIR nhận SIR đích cần phải sẵn có Tuy nhiên, thông tin sẵn có trạm gốc Do đó, việc điều chỉnh công suất truyền đường lên có hai khả thực : Thông tin liên quan đến SIR truyền đến trạm di động cách dùng tín hiệu kênh chuyên dụng hay kênh chung Bộ phân tích liệu gốc (HDLA: History Data Analyzer Logic) trạm di động tính toán giá trị β dựa bảng dò tìm (bảng 3.1) Giá trị β tính toán trạm gốc việc dùng tiêu chuẩn định nghĩa bảng dò tìm Như kết quả, thông tin truyền đến trạm di động thật α.β Trong trường hợp trạm di động không cần tính tham số liên quan đến SIR, giảm bớt phức tạp tiêu thụ pin Trong bảng (3.3) ki = ( 0,…, k, k+1 ) số nguyên, tối ưu dựa phép đo thực tế liên quan đến mạng vô tuyến Do đó, thay đổi phụ thuộc vào thay đổi thời gian thực chất lượng tín hiệu fading đích SIR cho kênh mang yêu cầu ánh xạ mạng Trong ví dụ giá trị nhiều mức SIR đích định nghĩa : SIR_max, SIRopt_ max, SIRopt_ min, SIR_min Bảng 3.3: Bảng tra cứu lưu lượng DSSPC Đối với điều kiện thuật toán, sử dụng bit để truyền thông tin yêu cầu trạm gốc máy di động Có thể sử dụng điều kiện khác thuật toán, để giảm số bit yêu cầu điều khiển công suất truyền TPC Hình (3.21) ví dụ sơ đồ khối thực phương pháp điều khiển công suất ứng dụng cho đường lên Trạm gốc nhận tín hiệu truyền trạm di động hướng tới để giữ cường độ tín hiệu nhận không thay đổi cách gởi lệnh điều khiển công suất đến trạm di động Hình 3.21: Mô hình chung DSSPC điều khiển công suất đường lên Trạm gốc chịu trách nhiệm để đo SIR nhận phần phép đo yêu cầu thiết lập thông số dự trữ công 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 Trạm gốc tính toán giá trị tương ứng cho ( định nghĩa phương trình (3.5) Để xác định lệnh công suất truyền, phát trạm gốc gởi lệnh công suất phát (TPCs) đến trạm di động để tăng, giảm hay giữ công suất truyền không thay đổi Tại trạm di động, lệnh điều khiển công suất tập hợp thành vector mà trạm di động ghi vào phận phân tích liệu gốc (HDLA) HDLA phân tích vector bit lệnh nhận đưa giá trị thích ứng DSS HDLA đưa thành phàn thích ứng DSS dựa thông tin nhận từ trạm gốc dạng luồng TPC Cuối cùng, phần tử điều khiển chỉnh công suất truyền trạm di động dựa phương trình 3.5 3.7.1.4 Công thức tính toán a Tỷ số tín hiệu nhiễu (SIR : Signal to Interference Ratio) Theo phương thức song công FDD tín hiệu đường lên tín hiệu đường xuống truyền dải thông 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 môi trường truyền sóng thông tin di động môi trường đa đường nên sử dụng mã trực giao đường xuống thành phần nhiễu tín hiệu người sử dụng khác BS gây không bị triệt tiêu Tỷ số công suất tín hiệu tạp âm đường lên SIR thuê bao xác định sau : SIR = SF Pr α Iintra + Iinter + PN Trong SF hệ số trãi phổ (spreading factor) , Pr công suất thu, α α hệ số giảm trực giao (0≤ ≤1) Iin nhiễu gây tín hiệu BS, Iout nhiễu gây tín hiệu từ BS khác PN công suất nhiệt tạp âm (nhiễu nền) Đối với đường lên, trực giao nên Ġ = SIR = Pr Iintra + Iinter + PN Sau nén phổ tổng công suất can nhiễu I = Iintra + Iinter +PN , SIR viết lại sau : SIR = SF Pr Io.Bw với : I = Io Bw hay SIR = SF (dB) +Pr (dB) – Io – 10 lg(Bw) (dB) (3.6) b Hệ số trải phổ SF = 3,84 Rt SF = 10lg hay 3,84 Rt (dB) (3.6) Trong : Rt tốc độ liệu (Mbps) c Khuếch đại công suất di động Pma = Pme - Lm - Gm ( dBm ) (3.7) Pma : công suất khuếch đại công suất di động (dBm) Pme : ERP từ anten phát MS (dBm) Lm : suy hao cáp đầu khuếch đại công suất đầu vào anten MS (dB) Gm : tăng ích anten phát MS (dBm) d Công suất thu BS người sử dụng Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt (dBm) (3.8) Pr : công 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) e Mật độ công suất MS khác BTS phục vụ Iutr = Pr + 10 lg(Nt - 1) + 10 lgCa – 10 lgBw (dBm/Hz) (3.9) 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) f Mật độ nhiễu giao thoa từ trạm di động BTS khác Ictr = Iutr + 10 lg(1/ fr -1 ) (dBm/Hz) (3.10) Ictr : mật độ nhiễu giao thoa từ MS BS khác (dBm/Hz) fr : hệ số tái sử dụng tần số (0,6) g 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) (3.11) Itr : mật độ nhiễu giao thoa từ MS khác đến BS phục vụ từ BS khác (dBm/Hz) h Mật độ tạp âm nhiệt N0 = 10 lg (290 * 1,38 10 -23) + Nf + 30 (dBm/Hz) (3.12) Trong : No : mật độ tạp âm nhiệt nhiệt độ tham khảo 290 oK Nf : hệ số tạp âm máy thu BTS (dB) i Mật độ phổ công suất nhiễu I0 = 10 lg ( 10 0,1 Itr + 10 0,1 N0 ) (dBm/Hz) (3.13) 3.7.2 Điều khiển công suất phân tán DPC hệ thống thông tin di động WCDMA/UMTS 3.7.2.1 Tổng quan Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) kỹ thuật đa truy nhập sử dụng hệ thống thông tin di động hệ Mạng thông 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 vô 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 yêu cầu chất lượng điều khiển công suất truyền người sử dụng Thuật toán điều khiển công suất phân thành điều khiển phân tán tập trung Nhiều nghiên cứu kỹ thuật phân tán tập trung điều khiển công suất tập trung chịu ảnh hưởng lớn điều khiển liệu phải chịu tình trạng mạng không bảo vệ Trong kỹ thuật điều khiển công suất phân tán (DPC), trạm sử dụng công suất truyền thời Kỹ thuật phân tán đơn giản sử dụng thông tin kỹ thuật tập trung Kỹ thuật phân tán yêu 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 hoá mức SIR Kỹ thuật điều khiển công suất sử dụng theo dạng tập trung yêu cầu thông tin cường độ tín hiệu tất kết nối vô tuyến hoạt động mà không ý khả điều chỉnh công suất truyền Phương pháp gia tăng phức tạp mạng thông tin chi tiết mạng di động nhiều ô liên quan yêu cầu kênh vô tuyến tập trung không sẵn sàng thời gian thực Ngược lại, kỹ thuật điều khiển công suất phân tán không yêu cầu thông tin trạng thái tập trung tất kênh riêng lẻ Thay vào đó, thích nghi mức công suất nhờ sử dụng phép đo vô 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 không xét đến liên quan kết nối cho QoS kết nối hữu Trong hệ thống, mong muốn công suất truyền giảm đến mức tối ưu trì chất lượng thông tin yêu cầu, đặc biệt kết cuối di động công suất truyền cung cấp pin DPC thuật toán điều khiển công suất phân tán sử dụng thông tin SIR sử dụng kỹ thuật lặp để điều khiển công suất truyền Thuật toán có khả đạt mức SIR yêu cầu tối ưu hoá hoạt động mạng 3.7.2.2 Mô hình hệ thống Mô hình hệ thống sử dụng điều khiển công suất đường lên Giả thiết trạm di động (M), J thuê bao di động hệ thống Tại trạm M, tỷ số tín hiệu nhiễu nhận thuê bao thứ i :  S   Eb.Ri   i =  i =  I   No.W  GMi.Pi J ∑G = γi pj + ηM Mj j ≠i (3.14) Trong Eb lượng bit thông tin No mật độ phổ công suất tạp âm Công suất truyền thuê bao thứ i pi giới hạn mức công suất cực đại : Pi≤ Pimax với ≤i≤j (3.15) Ri tốc độ liệu thuê bao thứ i, GMi độ lợi đường truyền thuê bao thứ i trạm M Giá trị GMi giả thiết Việc giả thiết hợp lý thuật toán điều khiển công suất hội tụ khoảng thời gian ngắn W độ rộng băng tần trải phổ, (M nhiễu Do vậy, việc yếu điều khiển công suất tìm vector công suất dương p = (p1, p2 pJ) thoả mãn thoả mãn : γi ≥ γT ≤ ≤ i J (3.16) Trong T mức SIR tối thiểu yêu cầu xác định dịch vụ hay môi trường BER 3.7.2.3 Thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC Mỗi thuê bao điều khiển công suất truyền giới hạn cực đại dựa thông tin mức công suất phép đo SIR Thuật toán DPC điều khiển mức SIR tất thuê bao để đạt SIR yêu cầu Chúng ta đề xuất thuật toán điều khiển công suất phân tán sử dụng tham số thay đổi từ thuật toán truyền thống để cải thiện hiệu Hàm công suất vấn đề cần thiết để đạt mức SIR tối thiểu Nếu SIR thuê bao mức cực tiểu suốt thời gian điều khiển công suất kết nối thuê bao-trạm gốc bị cắt Do vậy, tốc độ hội tụ liên quan đến dung lượng hệ thống Thuật toán mô tả sau : pi(0) = p pi(n+1) (dBm) = ek (γT - γi(n)) + pi(n) (dBm) (3.17) Trong k tham số dương theo kinh nghiệm chọn k = 0,1 tốt cho cho hầu hết hệ thống, k lớn tốc độ hội tụ chậm, k nhỏ SIR dao động Chúng ta đạt tốc độ hội tụ nhanh cách tối ưu hoá k p i(0) công suất truyền ban đầu thuê bao, pi(n+1) công suất truyền thuê bao thứ i vòng lặp thứ n, γi(n) SIR thuê bao thứ i vòng lặp thứ n Theo kết thực nghiệm n chọn khoảng 10-20 tối ưu Có trường hợp sau : Trường hợp : γi(n) < γT pi(n+1) < pi(n) (3.18) Trường hợp γi(n) > γT pi(n+1) > pi(n) (3.19) Trường hợp : γi(n) = γT pi(n+1) = pi(n) (3.20) Mục đích thuật toán tăng hay giảm công suất truyền thuê bao liên quan SIRi nhận trạm M Bằng cách điều chỉnh thông số k hàm điều khiển công suất, hệ thống thoả mãn yêu cầu vận hành khác Kết mô thể khả ổn định hệ thống cao phương pháp điều khiển công suất truyền thống Hình 3.22: Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC 3.8 Kết luận chương Điều khiển công suất hệ thống thông tin di động UMTS khâu quan trọng hệ thống Nó hạn chế ảnh hưởng hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, dung lượng hệ thống khả chống lại fading vốn đặc trưng môi trường di động Chương ta phân tích, tìm hiểu điều khiển công suất GSM, điều khiển công suất CDMA-IS 95, để thấy rõ tầm quan trọng việc điều khiển công suất, ý nghĩa điều khiển công suất hệ thống 2G trước Từ giúp có nhìn sâu sắc điều khiển công suất phân loại điều khiển công suất đồng thời phân tích số kỹ thuật điều khiển công suất hệ thống thông tin di động hệ ba cụ thể hệ thống UMTS Trong chương nghiên cứu hai mô hình điều khiển công suất thông minh giảm ảnh hưởng can nhiễu đồng thời nâng cao chất lượng dịch vụ hệ thống thông tin di động hệ [...]... điểm của hệ thống Giúp ta khai thác một cách hiệu quả khi sử dụng hệ thống thông tin di động WCDMA/UMTS 2.1 Công nghệ WCDMA 2.1.1 Giới thiệu công nghệ WCDMA WCDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ 3 giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ 3 thì WCDMA... đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 có thể cung cấp dễ dàng các dịch vụ mới như: điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác 2.2 Trải phổ sử dụng trong hệ thống WCDMA 2.2.1 Đặc điểm của trải phổ Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần... nay mạng 3GWCDMA UMTS đang ở giai doạn chuyển dần từ R4 sang R5 Cuối chương trình bày cấu trúc địa lý của một mạng thông tin di đông 3G có chứa cả vùng chuyển mạch kênh và vùng chuyển mạch gói CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA/UMTS Chương 2 giới thiệu về các công nghệ truy nhập WCDMA trong hệ thống UMTS, từ đó giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan về hệ thống WCDMA/UMTS,... mềm dẻo dễ thích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang • Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1 • Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiến tiến b Nhược điểm Nhược điểm chính của WCDMA là hệ thống không cho phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiên cho các kỹ thuật chống nhiễu các môi trường làm việc khác nhau Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA có thể cung cấp các dịch... quan tốt  Kênh PRACH – Kênh vật lý truy xuất ngẫu nhiên, được sử dụng ở hướng lên mang thông tin truy xuất mạng Trong một vài trường hợp dùng phát thông tin số liệu gói Hình 1.14 cho ta cái nhìn sơ bộ về chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH Hình 1. 13: Cấu trúc kênh đồng bộ SCH Hình 1.14: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH 1.5 Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động 3G... một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR Thông tin này bao gồm hai loại:  Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao  Thông tin về vị trí của thuê bao ( thuê bao đang ở vùng định vị hoặc vùng định tuyến nào ) 1.5 .3 Phân chia theo vùng định vị... sử dụng để thiết kế cho sơ đồ phủ sóng chuẩn 1.6 Kết luận chương Chương này trước hết xét tổng quan quá trình phát triển thông tin di động lên 4G Nếu công nghệ đa truy nhập cho 3G là CDMA băng rộng thì công nghệ đa truy nhập cho 4G là OFDMA Sau đó kiến trúc mạng 3G được xét Các phát hành đánh dấu các mốc quan trọng phát triển mạng 3G WCDMA UMTS được xét: R3, R4, R5 và R6 R3 bao gồm hai miền chuyển mạch... cùng hệ thống, chuyển giao ngoài hệ thống, chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và mềm hơn Hình 2 .3: Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G  Chuyển giao trong cùng hệ thống Chuyển giao trong cùng hệ thống có thể được chia thành chuyển giao cùng tần số và chuyển giao khác tần số Chuyển giao cùng tần số xuất hiện giữa các cell cùng sóng mang WCDMA Chuyển giao khác tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động. .. giữa di n tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.2.b và tổng di n tích các hình chữ nhật trắng trên hình 2.2.c: SIR=S 1/S2 Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain) 2 .3 Chuyển giao trong hệ thống WCDMA/UMTS 2 .3. 1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động Chuyển giao là một khái niệm cơ bản của sự di chuyển trong cấu trúc cell Trong hệ thống. .. viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào đó phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng Các vùng mạng di động 3G được đại di n bằng tổng đài cổng GMSC hoặc GGSN Tất cả các cuộc gọi đến một mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC hoặc GGSN Tổng đài này làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng 3G Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động