Điều khiển công suất và quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA

Điều khiển công suất và quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC BẢNG 9

DANH MỤC HÌNH VẼ 10

LỜI MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG I 13

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG 13

1.1 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới 13

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 16

1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 17

1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 17

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 18

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 18

1.4.1 UMTS (Universal Mobile Telephone System) 20

1.4.2 FOMA (Freedom Of Mobile multimedia Access) 20

1.5 Tổng quan về công nghệ W-CDMA 20

1.5.1 Cấu trúc mạng W-CDMA 21

1.5.1.1 Mô hình khái niệm 21

1.5.1.2 Mô hình cấu trúc 22

1.5.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 25

1.5.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) 26

1.5.2.2 Node B 26

1.5.2.3 Các chức năng điều khiển của UTRAN 26

1.5.3 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99 27

1.5.4 Cấu trúc phân lớp của W-CDMA 28

1.5.5 Các loại kênh trong UTRAN 30

1.5.6 Kỹ thuật trải phổ 30

1.6 Quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA 31

1.6.1 Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến 31

1.6.2 Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến 32

1.6.2.1 Điều khiển công suất (Power Control) 32

1.6.2.2 Điều khiển chuyển giao (Handover Control) 33

1.6.2.3 Điều khiển thâm nhập (Admission Control) 33

1.6.2.4 Điều khiển tải (điều khiển tắc nghẽn) 35

CHƯƠNG II 37

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG W-CDMA 37

2.1 Giới thiệu chung 37

2.1.1 Điều khiển công suất vòng hở (Open-loop power control) 38

2.1.2 Điều khiển công suất vòng kín 39

2.2 Điều khiển công suất nhanh 39

2.2.1 Độ lợi của điều khiển công suất nhanh 39

2.2.2 Phân tập và điều khiển công suất 41

2.2.3 Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm 43

2.2.3.1 Sự trôi công suất đường xuống 44

2.2.3.2 Độ tin cậy của các lệnh điều khiển công suất đường lên 46

2.3 Điều khiển công suất vòng ngoài 46

2.3.1 Độ lợi của điều khiển công suất vòng ngoài 47

2.3.2 Tính toán chất lượng thu 48

2.3.3 Giới hạn biến động điều khiển công suất 49

2.3.4 Đa dịch vụ 50

2.3.5 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống 50

CHƯƠNG III 52

CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG W-CDMA 52

3.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động 52

3.1.1 Các kiểu chuyển giao trong hệ thống W-CDMA 52

3.1.2 Các mục tiêu của chuyển giao 54

3.1.3 Các thủ tục và phép đo chuyển giao 55

3.2 Chuyển giao mềm (SHO) 56

3.2.1 Nguyên lý của chuyển giao mềm 56

3.2.2 Thuật toán chuyển giao mềm 60

3.2.3 Đặc điểm của chuyển giao mềm 62

3.3 Chuyển giao giữa hệ thống W-CDMA và GSM 64

3.4 Chuyển giao giữa các tần số trong W-CDMA 66

3.5 Tổng kết chuyển giao 68

CHƯƠNG IV 70

QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN W-CDMA 70

4.1 Định cỡ mạng 71

4.1.1 Phân tích vùng phủ vô tuyến 72

4.1.1.1 Tính toán quỹ đường truyền 73

4.1.1.2 Hiệu suất vùng phủ vô tuyến 76

4.1.2 Phân tích dung lượng ô 77

4.1.2.1 Tính toán hệ số tải 79

4.1.2.3 Dung lượng mềm 85

4.2 Quy hoạch vùng phủ và dung lượng chi tiết 87

4.2.1 Dự đoán vùng phủ và dung lượng lặp 87

4.2.2 Công cụ hoạch định 89

4.3 Tối ưu mạng 89

4.4 Tính toán tối ưu số cell trong mạng W-CDMA và mô phỏng các kết quả 92

4.4.1 Tính toán tối ưu số cell 93

4.4.1.1 Tính số cell theo dung lượng 94

4.4.1.2 Tính số cell theo vùng phủ 96

4.4.1.3 Kết quả tính số cell 98

4.4.1.4 Tối ưu giữa vùng phủ và dung lượng 98

4.4.2 Mô phỏng các kết quả bằng Visual Basic 6.0 100

4.4.2.1 Lưu đồ thuật toán 100

4.4.2.2 Kết quả mô phỏng 103

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 1: CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG

PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH

3GPP R99 Release 1999 of 3GPP UMTS

Stander

Phiên bản 1999 của 3GPP UMTS

A

AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại tiên tiến

AMR Adaptive Multirate Đa tốc độ thích nghi

AGC Automatic Gain Control Bộ điều khiển tăng ích tự động

AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực

B

BER Bit Error Rate Tốc độ lỗi bit

BLER Block Error Rate Tốc độ lỗi Block

BMC Broadcast/ Multicast Control Điều khiển quảng bá/ đa phưong tiện BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BMC Broadcast/ Multicast Control Điều khiển quảng bá/ đa phưong tiện

C

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CEPT Conference European of Postal

and Telecommunications

Tổ chức các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông châu Âu

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CRC Cylic Redundancy Check Mã vòng kiểm tra dư thừa

EIR Equipment Identity Centre Trung tâm chỉ thị thiết bị

EIRP Equivalent Isotropic Radiated

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multiple

Access FER Frame Error Rate Tỷ số lỗi khung

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSCSD High Speed Circuit Switched Data Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSDPA High-speed Downlink Packet-data

Viễn thông di động quốc tế 2000

IS-54 Interim Standard-54 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA

của châu Mỹ (do AT&T đề xuất) IS-95 Interim Standard-95 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA

của Mỹ (do Qualcomm đề xuất) ISDN Integrated Services Digital Mạng số đa dịch vụ

Network ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU-R International Telecommunication

PDC Personal Digital Cellular Hệ thông tin số cá nhân

PDCH Packet Data CHannel Kênh dữ liệu gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Q

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế dịch pha cầu phương

R

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLB Radio Link Budgets Quỹ năng lượng đường truyền

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM Radio Resouse Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

S

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

T

TACS Total Access Communications

System

Hệ thống thông tin truy nhập toàn diện

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TD-

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

USIM Universal Subscriber Indentity

VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú

VMS Virtual Memory System Hệ thống bộ nhớ ảo

2.2 Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và

không có điều khiển công suất nhanh

40

2.3 Các mức tăng công suất được minh họa của kênh ITU

Pedestrian A đa đường với phân tập anten

43

2.4 Kết quả mô phỏng dịch vụ AMR, BLER = 1%, sử dụng điều

khiển công suất vòng ngoài

47

4.3 Quỹ đường truyền tham khảo cho các dịch vụ khác nhau 75

4.5 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu ứng với tải cell 78

4.7 Các thông số sử dụng trong việc tính toán hệ số tải liên kết

đơn

83

4.8 Nhu cầu về lưu lượng của một vùng cần tính toán 924.9 Bảng các thông số khi tính toán thiết kế hệ thống W-CDMA 924.10 Bảng kết quả tính số cell theo dung lượng 95

1.1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G 15

1.4 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99 27

1.8 Các vị trí điển hình của RRM trong mạng W-CDMA 32

2.1 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên) 372.2 Bù nhiễu ở kênh lân cận (điều khiển công suất ở đường

xuống)

38

2.3 Công suất phát và thu trong 2 nhánh (công suất khoảng hở

trung bình 010 dB); Kênh fading Rayleigh tại tốc độ 3Km/h

41

2.4 Công suất phát và thu trên 3 nhánh (công suất khoảng hở

như nhau); Kênh fading Rayleigh tại tốc độ 3 Km/h

tại RNC2.9 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên cho nhiều dịch

3.7 Giảm nhiễu hướng lên bằng cách sử dụng SHO 633.8 Chuyển giao giữa hệ thống W-CDMA & GSM 65

3.10 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang W-CDMA 67

4.2 Các kiểu môi trường phủ sóng trong hệ thống W-CDMA 72

4.5 Quá trình tính toán vùng phủ và dung lượng lặp 87

4.8 Sơ đồ thuật toán tối ưu số cell giữa dung lượng và vùng phủ 100

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng, nó quyết địnhnhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các thông tinvăn hóa, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú Với tốc độ cao, dịch

vụ phong phú và đa dạng của thông tin di động không chỉ hạn chế ở tín hiệu thoạithông thường mà còn mở rộng ra các dịch vụ đa phương tiện khác như truyền âmnhạc, số liệu tốc độ cao, hình ảnh,

Nhu cầu ngày càng tăng làm cho các hệ thống sử dụng công nghệ 2G và2,5G hiện nay không đáp ứng được Người ta đã nghiên cứu thành công thông tin diđộng thế hệ mới là hệ thống di dộng 3G đảm bảo được các yêu cầu đó và đang đượccác nước trên thế giới thử nghiệm và triển khai sự dụng Ở nước ta thông tin di độngthế hệ 3 đã và đang được đưa vào sử dụng nhằm đáp ứng được nhu cầu sử dụng củamọi người, giúp Việt Nam hội nhập nhanh chóng với các nước trên thế giới

Với mong muốn tìm hiểu về một lĩnh vực viễn thông còn mới mẻ ở ViệtNam cùng với kiến thức trong những đã tích lũy được trong quá trình học tập và sự

giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè, em đã đăng ký đề tài tốt nghiệp “Điều khiển công suất và quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA”.

Nội dung đồ án gồm 4 chương:

Chương I: Sự phát triển của thông tin di động

Chương II: Điều khiển công suất trong hệ thống W-CDMA

Chương III: Chuyển giao trong hệ thống W-CDMA

Chương IV: Quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS.Đào Minh Hưng đã nhiệt tình

hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Mặc dù đã rất cố gắng trong việc tìm tòi và học hỏi nhưng do hạn chế về thờigian cũng như về sự hiểu biết nên không tránh khỏi sai sót Em rất mong nhận được

sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Quy Nhơn, tháng 6 năm 2010Sinh viên thực hiện

Mai Văn Trọng

CHƯƠNG I

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới

Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1946,khi đó nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này có 6 kênh sửdụng cấu trúc ô rộng với tần số 150 MHz Mặc dù các khái niệm tế bào, cáckhái niệm trải phổ, điều chế số và các công nghệ hiện đại khác được biết đếnhơn 50 năm trước đây, nhưng cho đến đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại

di động tế bào mới xuất hiện trong các dạng ứng dụng và khi đó nó chỉ là cácsửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận Các hệ thống di động đầu tiên này

có ít tiện lợi và có dung lượng rất thấp.Vào những năm 1980, hệ thống điệnthoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chiatheo tần số xuất hiện, đây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống thông tin

di động thế hệ thứ nhất (1G) Các hệ thống thông tin di động tế bào tương tự nổitiếng nhất là: hệ thống di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến bănghẹp (NAMPS), hệ thống thông tin truy nhập toàn diện (TACS) và hệ thốngNTT Hạn chế của các hệ thống này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượngthấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn với kháchhàng

Giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuậtthông tin số sử dụng các dịch vụ đa truy nhập mới Hệ thống đa truy nhậpTDMA đầu tiên ra đời trên thế giới là GSM GSM được phát triển từ năm

1982, CEPT quy định việc ấn định tần số dịch vụ viễn thông châu Âu ở băngtần 900 MHz ở Việt Nam hệ thống thông tin di động được đưa vào hoạt độngvào năm 1993, hiện đang được hai công ty VMS và GPC khai thác rất hiệuquả, mới đây Viettel là công ty thứ ba đưa vào khai thác hệ thống GSM trênthị trường thông tin di động Việt nam Song song với sự phát triển của các hệthống thông tin di động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chếcho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được nghiên cứu

Enhanced cordless Telecoms) của Châu Âu và PHS của Nhật cũng đã đượcđưa vào khai thác Ngoài kỹ thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA được đưavào sử dụng ở một số nước Các hệ thống thông tin di động kỹ thuật số nóitrên, sử dụng phương pháp truy nhập TDMA như GSM (Châu Âu), PDC(Nhật) hoặc phương pháp truy nhập CDMA theo chuẩn năm 1995 (CDMA-IS95) đều thuộc hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G).

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản của hệ thống thông tin tế bào số [6]

Các thông số

cơ bản

PDC (Nhật Bản)

13 kbps VSELP

8,5 kbps QCELP Tốc độ biến thiên 4 nấc

22,8 kbps PRE-LTP- LPC 11,4 kbps EVSI

Phương pháp

Hướng xuống:

QPSK Hướng lên:

OQPSK

GMSK

 Chú thích:

RPE: mã hoá dự báo kích thích xung đều

LTP: mã hoá dự báo dài hạn

LPC: mã dự báo tuyến tính

FDD: song công chia tần số

PSI-CELP: dự báo tuyến tính kích thích mã – đổi đồng bộ âm.Các hệ thống thông tin tế bào số có nhiều điểm nổi bật như chất lượngthông tin được cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tín hiệu số khác nhau, nhiềudịch vụ mới (vd: các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hóa được cải tiến, tương

thích tốt hơn với các mạng số và phát huy hiệu quả dải phổ vô tuyến Bảng 1.1

mô tả các thông số cơ bản của các tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin tế bào

số của Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu Ngoài chuẩn IS-95 dựa trên công nghệCDMA, tất cả các chuẩn khác đều dựa trên công nghệ TDMA

SMR

GSM (1800)

GSM (1900)

IS-136 TDMA (800)

IS-95 CDMA (800)

IS-136 (1900) IS-95 (J-STD-008) (1900)

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin diđộng thế hệ thứ ba IMT-2000 đã và đang được nghiên cứu sử dụng Khác vớicác hệ thống thông tin di động thứ nhất (tương tự) và thứ hai (số), hệ thốngthông tin di động thế hệ thứ ba (3G) có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năngcung cấp các dịch vụ ở tốc độ bít lên tới 2 Mbps (có thể sử dụng truy cậpInternet, truyền hình và thêm nhiều dịch vụ mới khác) Để phân biệt với hệthống thông tin di động băng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ

3 còn được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng Từ năm 2001, các hệthống IMT-2000 sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng(W-CDMA) bắt đầu được đưa vào khai thác Lộ trình phát triển của các hệ

Hiện nay, thế hệ thông tin di động thứ tư (4G) đang được nghiên cứu sửdụng Vào cuối năm 2009, nhà mạng TeliaSonera của Thụy Điển đã chính thứccung cấp dịch vụ mạng di động 4G-LTE (Long Term Evolution) đầu tiên trên

thế giới tại 2 thành phố Stockholm (Thụy Điển) và Oslo (Na-Uy) [15].

Theo hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU), số thuê bao di động toàn cầu năm

2009 đạt mức 4,6 tỷ và dự kiến tăng lên 5 tỷ trong năm 2010 Số thuê bao băngthông rộng trên thế giới sẽ vượt ngưỡng 1 tỷ trong năm 2010

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1

Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự

và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người,

và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) VớiFDMA, khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênhtrong lĩnh vực tần số Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi

MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dànhriêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh vềkênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng Trong trường hợp số thuêbao nhiều hơn số lượng kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại khôngđược truy cập

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số

kế tiếp, và được cách nhau bởi một dải tần số phòng vệ Mỗi dải tần sốđược gán cho một kênh liên lạc N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướnglên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướngxuống

Đặc điểm :

 Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến

 Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

 BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động AMPS(Advanced Mobile Phone System) Hệ thống di động này sử dụng phươngpháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên, hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày

càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì thế, hệ thống diđộng thứ 2 ra đời được cải thiện về cả dung lượng, tốc độ và các dịch vụđược cung cấp.

1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chấtlượng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời sốlượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng

sử dụng 2 phương pháp đa truy cập :

-TDMA)

1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóngmang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành chonhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo Phổ quy định cho liênlạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùngchung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳmột khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuêbao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung

Đặc điểm:

 Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

 Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau,trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến cácmáy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy diđộng đến trạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu vàmáy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

 Giảm số máy thu phát ở BTS

 Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (GlobalSystem for Mobile Communications - GSM).

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA

Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý khôngquá 106 lệnh trên giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn50x106 lệnh trên giây

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nênnhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành cáccuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên đượcphân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh

vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh nàycũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

Đặc điểm của CDMA:

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Công nghệ thông tin di động số thế hệ 3 Công nghệ này liên quan đếnnhững cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây chođiện thoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay.Đầu tiên là tăng tốc độ bit truyền từ 9,5 kbps lên 2 Mbps Khi số lượng thiết bịcầm tay được thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải cóđược công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng hơn Côngnghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nộidung video và multimedia đến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động

Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế

hệ 2,5G sang thế hệ 3G Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch vụthông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiếnhành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba ITU-R đangtiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-

2000 Ở châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi

là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Hệ thống mới này sẽlàm việc ở dải tần 2 GHz Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm cácdịch vụ thoại và số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại củangười sử dụng có thể lên đến 2 Mbps Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứucác hệ thống vô tuyến thế hệ thứ tư có tốc độ lên đến 32 Mbps

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT-2000với các tiêu chí sau :

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz với đường lên có dải tần18852025MHz và đường xuống có dải tần 21102200 MHz

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vôtuyến, tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tươngtác với mọi loại dịch vụ viễn thông

 Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khácnhau

 Có thể hỗ trợ các dịch vụ như : môi trường thông tin nhà ảo (VHE –Vitual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân vàchuyển mạch toàn cầu; đảm bảo chuyển mạng quốc tế; đảm bảo các dịch vụ

đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệuchuyển mạch theo gói

 Dễ dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiệnnay là : GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC Trong quá trình thiết kế

hệ thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quan chuẩnhóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợp với mỗivùng

SCDMA Chuẩn W-CDMA có hai chuẩn con thành phần: UMTS và FOMA.

1.4.1 UMTS (Universal Mobile Telephone System)

UMTS dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp tổng quát cho cácnước sử dụng công nghệ di động GSM UMTS do tổ chức 3GPP quản lý, 3GPPcũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS

1.4.2 FOMA (Freedom Of Mobile multimedia Access)

FOMA được đưa vào ứng dụng từ năm 2001, và được coi là dịch vụ 3Gthương mại đầu tiên của thế giới Mặc dù cũng dựa vào nền tảng W-CDMAnhưng FOMA lại không tương thích với UMTS

1.5 Tổng quan về công nghệ W-CDMA

W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là công nghệthông tin di động thế hệ 3 giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thốngGSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở bằng tần rộng thay thế choTDMA W-CDMA nằm trong dải tần 19201980 MHz, 21102170 MHz.Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ 3 thì W-CDMA nhận được sự ủng

hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch

vụ khác nhau

W-CDMA có các đặc điểm cơ bản sau:

- Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độbit cao (lên đến 2 Mbps)

- Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, do đó hỗ trợ tốc

độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập

- Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục Mỗi người sử dụng cungcấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng tốc độ có thể

thay đổi từ khung này đến khung khác.

- Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD Trong mô hình FDD sóngmang 5 MHz sử dụng cho đường lên và đường xuống, còn trong mô hình TDDsóng mang 5 MHz chia sẻ theo thời gian giữa đường lên và đường xuống

- W-CDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó dễdàng phát triển các trạm gốc vừa và nhỏ

- W-CDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trênkênh hoa tiêu, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng phủ

- W-CDMA được thiết kế dễ dàng nâng cấp hơn các hệ thống CDMA nhưtách sóng đa người sử dụng, sử dụng anten thông minh để nâng cao dung lượng

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cho phép trong băngTDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễucác môi trường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA có thể cung cấp các dịch

vụ với tốc độ bit lên đến 2 Mbps, bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫnđối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Vớikhả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dễ dàngcác dịch vụ mới như đàm thoại video (Video Call), duyệt web qua điện thoại(Mobile Internet), Mobile TV,…

1.5.1 Cấu trúc mạng W-CDMA

1.5.1.1 Mô hình khái niệm

Mạng 3G bao gồm năng chính: khối chức năng chuyển mạch gói (PS) vàkhối chức năng chuyển mạch kênh (CS) Các giao diện là phương tiện để các

Hình 1.2 Mô hình khái niệm mạng W-CDMA

Dựa trên cấu trúc thủ tục và nhiệm vụ của chúng, mô hình mạng 3G đượcchia thành hai tầng: tầng truy cập và tầng không truy cập

 Tầng truy cập bao gồm các thủ tục xử lý giao tiếp giữa UE với mạng truynhập

 Tầng không truy nhập chứa các thủ tục xử lý giao tiếp giữa UE với mạnglõi (khối chức năng CS/PS) tương ứng

Mạng thường trú chứa các thông tin đăng ký và thông tin bảo mật Mạngphục vụ là một phần của mạng lõi Mạng truyền tải là phần mạng lõi thực hiệnkết nối thông tin giữa mạng phục vụ với các mạng bên ngoài

1.5.1.2 Mô hình cấu trúc

Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chứcnăng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần: mạng lõi (CN) vàmạng truy cập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúcphần cứng của mạng GSM, còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp củaW-CDMA Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có UE thựchiện giao tiếp người sử dụng với hệ thống

Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giaothức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõiđược định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

Miền CS

Miền PS

Mạng phục vụ

Mạng thường trú

Tầng không truy cập

Thiết bị

di động

Mạng truy cập

USIM

Tầng truy cập

Mạng truyền dẫn

Miền mạng lõi

Miền cấu trúc mạng Miền thiết bị người sử dụng

UTRAN

Hình 1.3 Mô hình cấu trúc hệ thống W-CDMA

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quanđến truy cập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử: Node B và RNC

Các phần tử chính của mạng lõi như sau:

- HLR (Home Location Register): là thanh ghi định vị thường trú lưu giữthông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng, bao gồm thông tin về cácdịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch

vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộcgọi

- MSC/VLR (Mobile Service Switching Center/Visitor LocationRegister): là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụchuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giaodịch chuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sửdụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.

- GMSC (Gateway MSC): trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di độngcổng kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Servicing GPRS Support Node): node hỗ trợ GPRS đang phục

vụ, có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyểnmạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): node hỗ trợ GPRS cổng, cóchức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

Để kết nối MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năngtương tác mạng (IWF) Ngoài ra mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiếtcho các mạng di động như HLR, AuC và EIR

- Giao diện Cu: là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diệnnày tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện Uu: là giao diện mà qua đó UE truy câp các phần tử cố địnhcủa hệ thống và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất của W-CDMA

- Giao diện Iu (UTRAN-CN):

+ Cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ cácnhà sản xuất khác nhau

+ Là một giao diện mở để chia hệ thống thành UTRAN đặc thù và CN Iu

xuất khác nhau và đảm bảo bốn chức năng sau:

+ Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

+ Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

+ Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

+ Hỗ trợ quản lý tài nguyên máy tính toàn cầu

có những chức năng sau:

+ Thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầutiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

+ Khởi tạo và báo cáo các đặc thù cell, Node B, kết nối vô tuyến

+ Xử lý các kênh riêng và kênh chung

+ Xử lý kết hợp chuyển giao

+ Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

1.5.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (Radio

mang cả thông tin báo hiệu và lưu lượng

Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN, các chứcnăng và giao thức UTRAN có các đặc tính chính sau:

- Hỗ trợ các chức năng truy cập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm vàcác thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh vàchuyển mạch gói để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM

- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính của UTRAN

1.5.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyếncủa UTRAN RNC kết nối với CN (thông thường với một MSC và SGSN) qua

tránh tắc nghẽn cho các cell của mình

Khi một kết nối UE – UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thìcác RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt:

kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một Node

B nào đó được UE sử dụng để kết nối với UTRAN

khiển các cell được UE sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp vàphân chia ở phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết

không có hoặc có một hay nhiều DRNC

1.5.2.2 Node B

Chức năng chính của Node B là thực hiện xử lý trên lớp vật lý của giaodiện vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,… Nó cũngthực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suấtvòng trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

1.5.2.3 Các chức năng điều khiển của UTRAN

o Phát quảng bá thông tin hệ thống

o Thiết lập các kênh mạng báo hiệu và truy cập ngẫu nhiên

o Quản lý kênh mang vô tuyến

o Các chức năng an toàn trong mạng UTRAN

o Xử lý cơ sở dữ liệu

o Định vị thuê bao.

1.5.3 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99

Hình 1.4 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99

3GPP R99 là hệ tiêu chuẩn UMTS đầu tiên, trong đó thể hiện một hệthống truy cập vô tuyến băng rộng với mạng lõi (CN) được nâng cấp từ GSM.Mạng lõi sử dụng hạ tầng GSM và phần mở rộng GPRS để sử dụng cho các dịch

vụ gói Mạng lõi được chia thành ba khối chức năng:

bản:

MSC/VLR chịu trách nhiệm cho các hoạt động quản lý kết nối chuyểnmạch kênh, quản lý di động như: cập nhật vị trí, tìm gọi và các chức năng bảomật Ngoài ra còn chứa các bộ chuyển mã, đây là điểm khác biệt so với hệ thốngGSM truyền thống

GMSC phụ trách kết nối với các mạng bên ngoài, thiết lập đường kết nốiđến các MSC/VLR đang phục vụ mà tại đó có thể tìm thấy thuê bao cần tìm

 Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN).

SGSN hỗ trợ thông tin chuyển mạch gói tới mạng truy cập vô tuyến Chứcnăng chủ yếu của SGSN liên quan đến việc quản lý di động: cập nhật khu vựcđịnh tuyến, đăng ký vị trí, tìm gọi và điều khiển cơ chế bảo mật trong chuyểnmạch gói

GGSN duy trì kết nối tới các mạng chuyển mạch gói khác như mạngInternet, thực hiện quản lý phiên

gồm:

thực

quan đến phần cứng của UE

Ngoài các thanh ghi trong khối thanh ghi, còn có thêm thanh ghi tạm trú(VLR), được coi như một phần chức năng của MSC phục vụ VLR tham gia vàocác thủ tục như: cập nhật vị trí, tìm gọi và các hoạt động bảo mật

1.5.4 Cấu trúc phân lớp của W-CDMA

Các giao thức giữa các phần tử trong mạng W-CDMA được chia thànhhai phần chính: tầng không truy nhập và tầng truy nhập Giao diện vô tuyếnđược phân thành 3 lớp giao thức:

- Lớp vật lý (L1)

- Lớp kết nối số liệu (L2)

- Lớp mạng (L3)

Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC, RLC, PDCP và BMC

Lớp 3 và RLC được chia thành hai phần: phần điều khiển (C) và phầnngười sử dụng (U) PDCP và BMC chỉ có ở phần U

Các thủ tục giao diện vô tuyến thực hiện chức năng thiết lập, duy trì vàgiải phóng kết nối vô tuyến trong mạng UTRA Chúng thực hiện các chức năngcủa các lớp 1÷3 trong mô hình OSI tương ứng

Hình 1.5 Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến

Lớp cao nhất là lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC tương ứng vớilớp mạng Giao diện giữa các lớp và các phân lớp được thực hiện thông qua cácđiểm truy cập dịch vụ (SAP) Các kênh truyền dẫn được truyền qua các điểmtruy cập dịch vụ giữa lớp vật lý và phân lớp điều khiển truy cập trung gian(MAC) để thực hiện việc giao tiếp giữa lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu (L2).Các kênh lôgic thực hiện giao tiếp trong L2 giữa các phân lớp MAC và RLC.Còn các kênh vật lý được truyền bên trong lớp vật lý

1.5.5 Các loại kênh trong UTRAN

UTRAN bao gồm các kênh logic, kênh vật lý và kênh truyền tải

Hình 1.6 Các loại kênh trong UTRAN

Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum), độ rộngbăng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi đượcphát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậykhông có hiệu quả Nhưng trong môi trường nhiều người sử dụng, các người sửdụng này có thể dùng chung một băng tần SS và hệ thống sử dụng băng tần cóhiệu quả mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là trải phổ nếu:

tối thiểu cần thiết để phát thông tin

Hình 1.7 Tín hiệu trải phổ

Có ba phương pháp trải phổ cơ bản sau:

Trong hệ thống DS/SS tất cả các người sử dụng cùng dùng chung mộtbăng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫunhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách nén phổ Trong các hệthống FH/SS và TH/SS mỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẫu nhiênsao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian,như vậy các máy phát sẽ tránh được xung đột Như vậy, FH và TH là các kiểu hệthống tránh xung đột, trong khi đó DS là kiểu hệ thống lấy trung bình

1.6 Quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA

Tín hiệu băng hẹp chưa trải phổ

Tín hiệu băng rộng

đã được trải phổ

R W

Tần số (Hz)

1.6.1 Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến

Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) trong mạng di động 3G cónhiệm vụ cải thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến Các mục đích củacông việc quản lý tài nguyên vô tuyến RRM có thể tóm tắt như sau:

- Đảm bảo QoS cho các dịch vụ khác nhau

- Duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định

- Tối ưu dung lượng hệ thống

Trong các mạng 3G, việc phân bố tài nguyên và định cỡ quá tải của mạngkhông còn khả thi nữa do các nhu cầu không dự đoán trước và các yêu cầu khácnhau của các dịch vụ khác nhau Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm hai phần:cấu hình tài nguyên vô tuyến và tái cấu hình

một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đang đưa đến hệ thống để cho mạng không

bị quá tải và duy trì tính ổn định Tuy nhiên, nghẽn vẫn có thể xuất hiện trongmạng 3G vì sự di chuyển của người sử dụng

nguyên trong mạng khi tải tăng lên hoặc tắt nghẽn bắt đầu xuất hiện Chức năngnày có nhiệm vụ đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cáchnhanh chóng và có thể điều khiển được

1.6.2 Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến

Quản lý tài nguyên vô tuyến có thể chia thành các chức năng: điều khiểncông suất, chuyển giao, điều khiển thâm nhập và điều khiển tải Hình 1.8 thểhiện các vị trí điển hình của RRM trong mạng W-CDMA

Hình 1.8 Các vị trí điển hình của RRM trong mạng W-CDMA

1.6.2.1 Điều khiển công suất (Power Control)

Điều khiển công suất là một công việc quan trọng trong tất cả các hệthống di động bởi các vấn đề về pin và các lý do an toàn, nhưng trong các hệthống CDMA, điều khiển công suất là cần thiết bởi vì đặc điểm giới hạn nhiễucủa CDMA

Trong các hệ thống GSM, chỉ áp dụng điều khiển công suất chậm (tần sốxấp xỉ 2 Hz) Trong IS-95, điều khiển công suất nhanh với tần số 800 KHz được

hỗ trợ ở đường lên, nhưng ở đường xuống, một vòng điều khiển công suất tươngđối chậm (xấp xỉ 50 Hz) điều khiển công suất truyền Trong W-CDMA, điềukhiển công suất nhanh với tần số 1,5 KHz được sử dụng ở cả đường lên vàđường xuống Điều khiển công suất nhanh khép kín là một vấn đề quan trọngcủa hệ thống W-CDMA

1.6.2.2 Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

Chuyển giao là một phần cần thiết của các hệ thống thông tin di động tếbào Tính di động là nguyên nhân gây ra sự thay đổi về chất lượng liên kết vàmức độ nhiễu trong hệ thống thông tin di động tế bào, yêu cầu khi một người sửdụng cụ thể thay đổi trạm gốc phục vụ nó Sự thay đổi này được gọi là chuyểngiao

1.6.2.3 Điều khiển thâm nhập (Admission Control)

Nếu tải giao tiếp không gian được phép tăng quá mức thì vùng phủ sóngcủa cell sẽ giảm xuống dưới giá trị mong muốn (còn được gọi là “tế bào thở”) vàQoS của các kết nối đang tồn tại sẽ không thể đảm bảo Lý do của hiện tượng “tếbào thở” là vì đặc tính giới hạn nhiễu của hệ thống CDMA Do đó, trước khinhận một kết nối mới, điều khiển thâm nhập cần phải kiểm tra rằng việc nhận kếtnối mới đó sẽ không hy sinh đi vùng phủ sóng mục tiêu hoặc QoS của các kếtnối đã tồn tại Điều khiển thâm nhập sẽ chấp nhận hoặc từ chối một yêu cầu đểthiết lập một đường bao truy xuất vô tuyến trong mạng truy xuất vô tuyến Chứcnăng của điều khiển thâm nhập được đặt ở RNC, nơi mà có thể thu được thôngtin tải của nhiều cell

Giải thuật điều khiển thâm nhập ước tính sự tăng lên của tải để thiết lậpđường bao trong mạng truy xuất vô tuyến Ước tính tải được đưa vào trong cảhai hướng lên và xuống Đường bao yêu cầu chỉ có thể được chấp nhận nếu điềukhiển thâm nhập trong cả hai hướng chấp nhận nó, ngược lại nó sẽ bị từ chối bởinhiễu thêm vào mạng là quá mức.

Hình 1.9 Đường cong tải

Nhìn chung, các chiến lược điều khiển thâm nhập có thể được chia thành

2 loại đó là: chiến lược điều khiển thâm nhập dựa trên công suất băng rộng vàchiến lược điều khiển thâm nhập dựa vào thông lượng

Người sử dụng mới không được chấp nhận nếu mức nhiễu tổng thể mớitạo ra cao hơn giá trị mức ngưỡng Ithreshold:

+ Từ chối: Itotal-old + ∆I > Ithreshold

+ Chấp nhận: Itotal-old + ∆I < Ithreshold

Giá trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lên lớn nhất và có thể đượcthiết lập bởi việc quy hoạch mạng vô tuyến

Trong chiến lược điều khiển thâm nhập dựa vào thông lượng, người sửdụng mới không được thu nhận truy nhập vào mạng vô tuyến nếu toàn bộ tải mớigây ra cao hơn giá trị ngưỡng:

+ Từ chối: ηtotal-old + ∆L > ηthreshold

+ Chấp nhận: ηtotal-old + ∆L < ηthreshold

(1.1)

(1.2)

Cần lưu ý rằng chiến lược điều khiển thâm nhập được áp dụng riêng rẽcho hướng lên và hướng xuống, các chiến lược điều khiển thâm nhập khác nhau

có thể được sử dụng trong mỗi hướng

1.6.2.4 Điều khiển tải (điều khiển tắc nghẽn)

Một nhiệm vụ quan trọng của chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến làđảm bảo cho hệ thống không bị quá tải và duy trì tính ổn định Nếu hệ thốngđược quy hoạch một cách hợp lý, và công việc điều khiển thâm nhập hoạt độngtốt, các tình huống quá tải sẽ bị loại trừ Tuy nhiên, trong mạng di động sự quátải ở một nơi nào đó là không thể tránh khỏi vì các tài nguyên vô tuyến được ấnđịnh trước trong mạng Khi quá tải được xử lý bởi điều khiển tải, hay còn gọi làđiều khiển tắc nghẽn, hoạt động điều khiển này sẽ trả lại cho hệ thống tải mụctiêu, được vạch ra trong quá trình quy hoạch mạng, một cách nhanh chóng và cókhả năng điêu khiển được Các công việc điều khiển tải để giảm bớt hoặc cânbằng tải được liệt kê như sau:

công suất nhanh hướng lên

Hai công việc đầu tiên là hai thao tác nhanh được thực hiện trong BS Haihoạt động này có thể diễn ra trong một khe thời gian, nghĩa là với một tần số 1,5

đổi kích thước vùng chuyển giao mềm đặc biêt hữu dụng trong mạng giới hạnhướng xuống.

Các thao điều khiển tải khác thì chậm hơn Chuyển giao inter-frequency

và chuyển giao inter-system có thể khắc phục tình trạng quá tải bằng cách cânbằng tải Giải pháp cuối cùng là ngắt các user sử dụng dịch vụ thời gian thực(như thoại hay dữ liệu chuyển mạch kênh) để giảm tải Giải pháp này chỉ được

sử dụng khi tải của toàn bộ mạng vẫn rất lớn ngay cả khi cá giải pháp điều khiểntải khác đã được sử dụng để giảm quá tải Giao diện vô tuyến W-CDMA và yêucầu tăng của lưu lượng phi thời gian thực trong mạng 3G đem lại nhiều sự lựachọn các giải pháp xử lý tình trạng quá tải Vì vậy, việc giảm tải bằng cách ngắtcác User sử dụng dịch vụ thời gian thực hiếm khi xảy ra

CHƯƠNG II ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG W-CDMA

2.1 Giới thiệu chung

Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đườnglên và đường xuống Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt nhưsau :

Hình 2.1 chỉ ra hiệu ứng gần-xa trên đường lên Tín hiệu từ các MS khác

nhau được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thốngW-CDMA Không có điều khiển công suất, tín hiệu đến từ MS gần với BS nhất

có thể chặn các tín hiệu từ các MS khác cách xa BS hơn Trong tình huống xấunhất, một MS có công suất quá lớn có thể chặn toàn bộ một cell Giải pháp làphải áp dụng điều khiển công suất để đảm bảo rằng các tín hiệu đến từ các đầucuối khác nhau có cùng công suất hay có cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khichúng đến BS

Hình 2.1 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên)

Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần-xa do mô hình một-tới-nhiều.Điều khiển công suất có nhiệm vụ bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm

2.2) Hơn thế nữa, điều khiển công suất trên đường xuống có nhiệm vụ làm giảmthiểu toàn bộ nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu.

Hình 2.2 Bù nhiễu ở kênh lân cận (điều khiển công suất ở đường xuống)

để đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho

Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thựchiện thủ tục xin truy nhập Node B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênhhoa tiêu phát đi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này Còn điều khiểncông suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với Node B Điều khiểncông suất vòng hở lại được chia thành:

thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIRđích

SIR đích cho Node B, dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu được với tỷ lệđích

2.1.1 Điều khiển công suất vòng hở (Open-loop power control)

Điều khiển công suất vòng mở được sử dụng trong UMTS FDD cho việcthiết lập năng lượng ban đầu cho MS Trạm di động sẽ tính toán suy hao đường

truyền giữa các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận

sử dụng mạch điều khiển độ tăng ích tự động (AGC) Tuỳ theo sự tính toán suyhao đường truyền này, trạm di động có thể quyết định công suất phát đường lêncủa nó Điều khiển công suất vòng mở có ảnh hưởng trong hệ thống TDD bởi vìđường lên và đường xuống là tương hỗ, nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các

hệ thống FDD bởi vì các kênh đường lên và đường xuống hoạt động trên cácbăng tần khác nhau và hiện tượng fading Rayleigh trên đường lên và đườngxuống độc lập nhau Vậy điều khiển công suất vòng hở chỉ có thể bù một cáchđại khái suy hao do khoảng cách Đó là lý do tại sao điều khiển công suất vòng

mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng ban đầu trong hệ thốngFDD

2.1.2 Điều khiển công suất vòng kín

Điều khiển công suất vòng khép kín, được gọi là điều khiển công suấtnhanh trong các hệ thống W-CDMA, có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của

MS (đường lên), hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lạifading của các kênh vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIRđược thiết lập bởi vòng bên ngoài Chẳng hạn như trên đường lên, trạm gốc sosánh SIR nhận được từ MS với SIR mục tiêu trong mỗi khe thời gian (0,666 ms).Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “0” đến MSthông qua kênh điều khiển riêng đường xuống Nếu SIR nhận được thấp hơnmục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “1” đến MS Bởi vì tần số của điều khiểncông suất vòng kín rất nhanh nên có thể bù được fading nhanh và cả fadingchậm

2.2 Điều khiển công suất nhanh

2.2.1 Độ lợi của điều khiển công suất nhanh

Điều khiển công suất nhanh trong W-CDMA đem lại nhiều lợi ích cho hệthống Chẳng hạn đối với dịch vụ mô phỏng có tốc độ 8 kbps với BLER =1% và ghép xen 10 ms Sự mô phỏng được tạo ra trong trường hợp có hoặckhông có điều khiển công suất nhanh với bước công suất là 1dB Điều khiểncông suất chậm có nghĩa là công suất trung bình được giữ tại mức mong muốn

đường truyền và suy hao do các vật chắn, trong khi đó điều khiển công suấtnhanh có thể bù được cho fading nhanh Phân tập thu hai nhánh được sử dụngtrong Node B ITU Vehicular A là một kênh 5 nhánh trong W-CDMA, và ITU

và công suất truyền trung bình yêu cầu trong trường hợp không có và có điềukhiển công suất nhanh được trình bày trong bảng 2.1 và bảng 2.2

Bảng 2.1 Giá trị E b /N 0 yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh [5]

Điều khiển công suất chậm [dB]

Điều khiển công suất nhanh tần số 1,5 KHz [dB]

Độ lợi của điều khiển công suất nhanh [dB] ITU Pedestrian A 3

Độ lợi của điều khiển công suất nhanh [dB]

Trong 2 bảng, độ lợi âm tại tốc độ 50 Km/h có nghĩa là điều khiển côngsuất chậm lý tưởng sẽ đem lại hiệu suất tốt hơn so với điều khiển công suấtnhanh thức tế Độ lợi âm do việc tính toán SIR không chính xác, các lỗi báohiệu điều khiển công suất, và trễ trong vòng điều khiển công suất.

Độ lợi từ điều khiển công suất nhanh có thể được sử dụng để tính toán độ

dự trữ fading nhanh yêu cầu trong quỹ đường truyền Độ dữ trữ fading nhanhcần thiết cho công suất phát của UE để duy trì điều khiển công suất nhanh vòngkín thích hợp Kích thước cell lớn nhất có thể đạt được khi UE đang phát với đủlượng công suất không đổi nghĩa là không có độ lợi của điểu khiển công suấtnhanh Giá trị thông thường cho độ dự trữ fading nhanh cho các tốc độ di độngthấp từ 2 đến 5dB

2.2.2 Phân tập và điều khiển công suất

Hình 2.3 Công suất phát và thu trong 2 nhánh (công suất khoảng hở trung bình 010

dB); Kênh fading Rayleigh tại tốc độ 3 Km/h

Tầm quan trọng của phân tập sẽ được phân tích cùng với điều khiển côngsuất nhanh Với các UE tốc độ thấp, điều khiển công suất nhanh có thể bùđựơc fading của kênh và giữ cho mức công suất thu không đổi Các nguyênnhân chính của các lỗi trong công suất thu là do việc tính toán SIR không chínhxác, các lỗi báo hiệu và trễ trong vòng điều khiển công suất Việc bù fading gây