Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về các dịch vụ của hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra hệ thống thông tin di động mới. Trước bối cảnh đó hiệp hội viễn thông quốc tế ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi là IMT 2000 Đồng thời các cơ quan về tiêu chuẩn hoá xúc tiến việc xây dựng một tiêu chuẩn hoá áp dụng cho IMT 2000 thông qua dự án 3GPP (Third Generation Partnership Project). Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được ra đời từ dự án 3GPP được gọi là hệ thống thông tin di động UMTSWCDMA. Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba và một bộ phận quan trọng của nó là hệ thống UMTS thông qua tìm hiểu cấu trúc mạng.
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ THƠNG TIN HỮU NGHỊ VIỆT - HÀN KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN ỨNG DỤNG ============================ BÀI TẬP LỚN MƠN THƠNG TIN DI ĐỘNG TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ UMTS Lớp: CCVT07A SVTH: BÙI Q TÂM GVHD: DƯƠNG HỮU ÁI Đà Nẵng, 14 tháng 12 năm 2016 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái MỤC LỤC HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ UMTS MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ UMTS 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ IMT-2000 1.3CƠNG NGHỆ WCDMA 1.4 HỆ THỐNG UMTS 1.4.1 Tổng quan 1.4.2 Dịch vụ hệ thống UMTS 11 1.4.3Cấu trúc hệ thống UMTS 12 1.4.4 Mạng lõi CN (Core Network) .14 1.4.4Truy nhập vơ tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network) 15 1.4.5Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) .17 1.5 CHUYỂN GIAO 17 1.5.1 Tổng quan chuyển giao mạng di động 17 1.5.2Các loại chuyển giao hệ thống 3G WCDMA .18 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 20 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 21 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 21 2.2 Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT 21 2.3 PHÂN LOẠI ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT 22 2.3.1 Điều khiển cơng suất cho đường xuống đường lên 23 2.3.2 Điều khiển cơng suất phân tán tập trung 23 2.3.3 Phân loại điều khiển cơng suất theo phương pháp đo .24 2.3.4 Điều khiển cơng suất vòng kín, điều khiển cơng suất vòng hở 24 2.4 ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG HỞ TRONG UMTS 27 2.4.1 Kỹ thuật điều khiển cơng suất vòng hở đường lên 28 2.4.2Kỹ thuật điều khiển cơng suất vòng hở đường xuống .28 2.5 ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT Ở CÁC KÊNH CHUNG ĐƯỜNG XUỐNG 29 2.6 CÁC THỦ TỤC ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG TRONG 30 2.6.1 Điều khiển cơng suất vòng đường lên .31 2.6.2Điều khiển cơng suất vòng đường xuống 35 2.6 ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG NGỒI 39 2.7.1Điều khiển cơng suất vòng ngồi đường lên 40 2.7.2Điều khiển cơng suất vòng ngồi đường xuống 41 2.8KẾT LUẬN CHƯƠNG 41 LỜI CẢM ƠN: 43 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 44 SVTH: Bùi Q Tâm Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1: CÁC PHỔ TẦN DÙNG CHO HỆ THỐNG UMTS 10 HÌNH 1.2 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG UMTS 13 HÌNH 1.3 CẤU TRÚC CỦA UTRAN 15 HÌNH 1.4: CÁC LOẠI CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG 3G 18 HÌNH 1.5 CHUYỂN GIAO MỀM VÀ MỀM HƠN 19 HÌNH 1.6 CÁC LOẠI CHUYỂN GIAO KHÁC NHAU TRONG MẠNG WCDMA 20 HÌNH 2.1 CƠNG SUẤT THU TỪ TH BAO TẠI TRẠM GỐC 22 HÌNH 2.2 PHÂN LOẠI KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT CƠNG SUẤT 24 HÌNH 2.3 NGUN LÝ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG KÍN 25 HÌNH 2.4A ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG KÍN BÙ TRỪ FADING NHANH 26 HÌNH 2.4B ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG NGỒI 27 HÌNH 2.5 CƠNG SUẤT PHÁT TRÊN KÊNH S-CCPCH, PO3 VÀ PO1 KÝ HIỆU CHO DỊCH 30 HÌNH 2.6 CÁC THỦ TỤC ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT VỊNG TRONG VÀ VỊNG NGỒI .31 HÌNH 2.7 UL PC VỊNG TRONG KHI CHUYỂN GIAO MỀM .34 HÌNH 2.8 DỊCH CƠNG SUẤT (PO) ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÁO HIỆU ĐƯỜNG XUỐNG 35 HÌNH 2.9 DẢI ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT ĐƯỜNG XUỐNG 37 HÌNH 2.10 DL PC VỊNG TRONG KHI DHO (SHO) 38 HÌNH 2.11 KIẾN TRÚC LOGIC CHỨC NĂNG UL PC VỊNG NGỒI 40 SVTH: Bùi Q Tâm Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT SVTH: Bùi Q Tâm 1xEV- 1x Evolution – Data Optimized DO Third Generation Bài tập lớn 3G Third Generation Global Partnership 3GPP Project Pha 1- Tối ưu liệu Thế hệ Dự án hội nhập tồn cầu GVHD: Dương Hữu Ái hệ Third Generation Global Partnership 3GPP2 A Project AGC Automatic Gain Control Bộ điều khiển tăng ích tự động AMR Adaptive Multi-Rate codec Bộ mã hố giải mã đa tốc độ thích nghi AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ) B BHCA Busy Hour Call Attempts Số gọi bận BER Bit Error Rate Tốc độ lỗi bit BLER Block Error Rate Tốc độ lỗi Block BPSK Binary Phase Shift Keying Khố dịch pha nhị phân BSIC Base station identity code Mã nhận dạng trạm gốc BTS C Base Tranceiver Station Trạm gốc CDG The CDMA Development Group Nhóm phát triển CDMA CDMA Code Division Multiple Access Truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CRC D Cylic Redundancy Check Mã vòng kiểm tra dư thừa DL Downlink Đường xuống DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp E EDGE Enhanced Data Rates for Evolution Các tốc độ liệu tăng cường cho tiến hố EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power Cơng suất xạ đẳng hướng tương đương ETSI European Telecommunication Viện chuẩn hố viễn thơng Standard Institute Châu Âu F FDD Frequency Division Duplex SVTH: Bùi Q Tâm FDMA Frequency Division Multiple Access Phương thức song cơng phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái SVTH: Bùi Q Tâm Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái CHƯƠNG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ UMTS 1.1 Giới thiệu chương Cùng với phát triển mạnh mẽ cơng nghệ thơng tin, để đáp ứng nhu cầu ngày cao dịch vụ hệ thống thơng tin di động, dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi nhà khai thác phải đưa hệ thống thơng tin di động Trước bối cảnh hiệp hội viễn thơng quốc tế ITU đưa đề án tiêu chuẩn hố để xây dựng hệ thống thơng tin di động hệ ba với tên gọi IMT- 2000 Đồng thời quan tiêu chuẩn hố xúc tiến việc xây dựng tiêu chuẩn hố áp dụng cho IMT- 2000 thơng qua dự án 3GPP (Third Generation Partnership Project) Hệ thống thơng tin di động hệ ba đời từ dự án 3GPP gọi hệ thống thơng tin di động UMTS/WCDMA Trong chương trình bày tổng quan hệ thống thơng tin di động hệ ba phận quan trọng hệ thống UMTS thơng qua tìm hiểu cấu trúc mạng 1.2 Hệ thống thơng tin di động hệ IMT-2000 Hệ thống thơng tin di động hệ ba xây dựng sở tiêu chuẩn chung IMT- 2000 (Internaltional Mobile Telecommunications 2000–Viễn thơng di động quốc tế 2000) Các tiêu chí chung để xây dựng IMT- 2000 sau : - Sử dụng dải tần quy định quốc tế GHz sau : + Đường lên : 1885 – 2025 MHz + Đường xuống : 2110 – 2200 MHz - Là hệ thống thơng tin di động tồn cầu cho hình loại thơng tin vơ tuyến: + Tích hợp mạng thơng tin hữu tuyến vơ tuyến + Tương tác cho loại dịch vụ viễn thơng - Sử dụng mơi trường khai thác khác : + Trong cơng sở + Ngồi đường + Trên xe + Vệ tinh SVTH: Bùi Q Tâm Bài tập lớn - GVHD: Dương Hữu Ái Đảm bảo dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch kênh số liệu chuyển mạch gói - Dễ dàng hỗ trợ dịch vụ xuất - Cung cấp hai mơ hình truyền liệu đồng khơng đồng - Có khả chuyển vùng tồn cầu - Có khả sử dụng giao thức Internet - Hiệu sử dụng phổ tần cao hệ thống có Mơi trường hoạt động IMT- 2000 chia thành bốn vùng với tốc độ bit Rb phục vụ sau : - Vùng : nhà, pico, RbĠ Mbps - Vùng : thành phố, micro, RbĠ 384 Mbps - Vùng : ngoại ơ, macro, RbĠ 144 Kbps - Vùng : tồn cầu, Rb = 9,6 Kbps Hiện hai tiêu chuẩn chấp thuận cho IMT- 2000 : - WCDMA xây dựng sở cộng tác Châu Âu Nhật Bản - Cdma2000 Mỹ xây dựng 1.3 Cơng nghệ WCDMA WCDMA (Wideband CDMA) cơng nghệ thơng tin di động hệ ba giúp tăng tốc độ truyền nhận liệu cho hệ thống GSM cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động băng tần rộng thay cho TDMA Trong cơng nghệ thơng tin di động hệ ba WCDMA nhận ủng hộ lớn nhờ vào tính linh hoạt lớp vật lý việc hỗ trợ kiểu dịch vụ khác đặc biệt dịch vụ tốc độ bit thấp trung bình WCDMA có đặc điểm sau : - Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ bit lên cao (lên đến Mbps) - Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang MHz, hỗ trợ tốc độ liệu cao đem lại nhiều lợi ích độ lợi đa phân tập - Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục Mỗi người sử dụng cung cấp khung, khung tốc độ liệu giữ cố định tốc độ thay đổi từ khung đến khung khác SVTH: Bùi Q Tâm Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái - Hỗ trợ hai mơ hình vơ tuyến FDD TDD Trong mơ hình FDD sóng mang MHz sử dụng cho đường lên đường xuống, mơ hình TDD sóng mang MHz chia xẻ theo thời gian đường lên đường xuống - WCDMA hỗ trợ hoạt động khơng đồng trạm gốc, dễ dàng phát triển trạm gốc vừa nhỏ - WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa kênh hoa tiêu, nâng cao dung lượng vùng phủ - WCDMA thiết kế dễ dàng nâng cấp hệ thống CDMA tách sóng đa người sử dụng, sử dụng anten thơng minh để nâng cao dung lượng vùng phủ - WCDMA thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng dung lượng mạng - Lớp vật lý mềm dẻo dễ thích hợp tất thơng tin sóng mang - Hệ số tái sử dụng tần số - Hỗ trợ phân tập phát cấu trúc thu tiên tiến Nhược điểm W_CDMA hệ thống khơng cho phép băng TDD phát liên tục khơng tạo điều kiện cho kỹ thuật chống nhiễu mơi trường làm việc khác Hệ thống thơng tin di động hệ ba WCDMA cung cấp dịch vụ với tốc độ bit lên đến Mbps Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn truyền dẫn đối xứng khơng đối xứng, thơng tin điểm đến điểm thơng tin đa điểm Với khả đó, hệ thống thơng tin di động hệ ba cung cấp dễ dàng dịch vụ như: điện thoại thấy hình, tải liệu nhanh, ngồi cung cấp dịch vụ đa phương tiện khác 1.4 Hệ thống UMTS 1.4.1 Tổng quan Hệ thống thơng tin di động hệ thứ xây dựng với mục đích cung cấp cho mạng di động tồn cầu với dịch vụ phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, Internet liệu băng rộng Tại Châu Âu hệ thống thơng tin di động hệ thứ tiêu chuẩn hố học viện tiêu chuẩn viễn thơng Châu Âu (ETSI: European Telecommunications Standard Institute) phù hợp với tiêu chuẩn IMT- 2000 ITU SVTH: Bùi Q Tâm Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái (International Telecommunication Union) Hệ thống có tên UMTS (hệ thống di động viễn thơng tồn cầu) UMTS xem hệ thống kế thừa hệ thống 2G GSM (Global System for Mobile Communication), nhằm đáp ứng u cầu phát triển dịch vụ di động ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn lên tới Mbps cung cấp tiêu chuẩn chuyển vùng tồn cầu UMTS phát triển Third Generation Partnership Project (3GPP) dự án phát triển chung nhiều quan tiêu chuẩn hố (SDO) : ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) CWTS (Trung Quốc) Hội nghị vơ tuyến giới năm 1992 đưa phổ tần số dùng cho hệ thống UMTS: 1920 ÷ 1980 MHz 2110 ÷ 2170 MHz dành cho ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: ghép kênh theo tần số) đường lên đường xuống, khoảng cách kênh MHz Hình 1.1: Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS 1900 MHz ÷ 1902 MHz 2010 ÷ 2025 MHz dành cho ứng dụng TDD – TD/CMDA, khoảng cách kênh MHz 1980 MHz ÷ 2010 MHz 2170 MHz ÷ 2200 MHz dành cho đường xuống đường lên vệ tinh SVTH: Bùi Q Tâm 10 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái cơng suất P-CPICH đến 10% tổng cơng suất phát cấp phát cho Cơng suất phát kênh chung khác thiết lập tương đối so với cơng suất phát P-CPICH Cơng suất phát AICH PICH thơng số cấu hình TrCH chung thiết lập tương đối so với cơng suất phát P-CPICH q trình quy hoạch mạng vơ tuyến để đảm bảo phủ tồn Các thơng số chuyển đến Node B TrCH chung tương ứng thiết lập hay lập lại cấu hình Cơng suất phát PICH phụ thuộc vào thơng số PI khung (N) Số PI khung lớn PI lặp nhiều khung cơng suất PICH tương đối so với P-PICH cần cao Giá trị điển hình khoảng dịch cơng suất -10 dB (N=18 hay 36), -8 dB (N=72) -5 dB (N=144) Theo tiêu chuẩn, thiết lập lặp lại cấu hình S-CCPCH (nghĩa FACH PCH), Node B cung cấp thơng tin dịch cơng suất (PO1 cho TFCI), PO3 cho hoa tiêu (hình 2.6) Trên kênh FACH áp dụng PC chậm dựa tỷ số Eb/No giải thuật riêng để cải thiện dung lượng đường xuống Trong trường hợp giá trị thị dịch âm so với cơng suất cực đại lập cấu hình cho S-CCPCH mang FACH Nếu ta coi cơng suất tất TrCH ghép kênh vật lý, giá trị cơng suất điển hình cho S-CCPCH so với P-CPICH +1 SF = 64 (60 kbps), -1dB SF = 128 (30 kbps) -5 dB SF = 256 (15 kbps) Đối với CCPCH, giá trị điển hình dB cho 15 kbps, dB cho 30 kbps dB cho 60 kbps Trong q trình thơng tin, dịch cơng suất thay đổi tuỳ theo tốc độ bit sử dụng PO3 PO1 Hoa tiêu TFCI Số liệu TS = 2560 chip Hình 2.5 Cơng suất phát kênh S-CCPCH, PO3 PO1 ký hiệu cho dịch 2.6 Các thủ tục điều khiển cơng suất vòng SVTH: Bùi Q Tâm 30 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái Điều khiển cơng suất vòng (điều khiển cơng suất nhanh) dựa thơng tin hồi tiếp lớp từ đầu đường truyền vơ tuyến Thơng tin cho phép UE/Node B điều chỉnh cơng suất phát dựa mức SIR thu để bù trừ fading kênh vơ tuyến Chức điều khiển cơng suất vòng hở UMTS sử dụng cho kênh riêng đường lên đường xuống CPCH đường lên Trong WCDMA, PC nhanh thực tần số 1,5 kHz.Tổng quan thủ tục điều khiển cơng suất vòng cho hình (2.7) SRNC (a) (f) (b) (c) Iub (d) Uu UE (e) DL PC vòng ngồi \+∆SIR= f(FLERorBLER) +Quản lý SIR đích Node B SIR ước tính so với SIR đích Lệnh UL PC SIR ước tính so với SIR đích Lệnh DL TPC UL PC vòng ngồi +∆SIR= f(FLERor BLER) + Quản lý SIR đích MDC phân chia MDC :Macro Diversity Combiner : kết hợp phân tập vĩ mơ (a): RRC: DL BER đích, hệ số khuếch đại UL, giá trị UL RM DPC_mode (b): RRC: BLER thực tế, P-CPCICH Ec/Io, P-CPICH RSPC, tổn hao đường truyền, lưu lượng đo UE (c): Các lệnh UL/DL TCP (PC vòng trong) Hình 2.6 Các thủ tục điều khiển cơng suất vòng vòng ngồi 2.6.1 Điều khiển cơng suất vòng đường lên Điều khiển cơng suất vòng đường lên sử dụng để thiết lập cơng suất DPCH CPCH đường lên Node B nhận SIR đích từ UL PC vòng ngồi RNC (e): Chỉ PC DPCCH (DPCCH đònh cỡ theo hệ so sánh với SIR ước tính ký hiệu hoa tiêu DPCCH đường lên sốnó khuếch đại) (f): DCH-FP (10-100 Hz) UL CRC UL SIR đích thực tế khe Nếu SIR thu lớn SIR đích, Node B phát lệnh “hạ thấp” đến UE, ngược lại Node B phát lệnh“tăng thêm”đến UE DPCCH đường xuống SVTH: Bùi Q Tâm 31 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái Kích thước bước PC theo tiêu chuẩn phụ thuộc vào tốc độ UE Đối với đích chất lượng cho trước, kích thước bước UL PC tốt kích thước cho SIR đích nhỏ Với tốc độ điều khiển cơng suất 1500 Hz, kích thước bước PC 1dB theo kịp kênh phading Raleigh với tần số lên đến 55 Hz (30 Km/h) Tại tốc độ cao (tới 80 Km/h) kích thước bước PC 2dB tốt Tại tốc độ cao 80 Km/h, điều khiển cơng suất vòng khơng theo kịp phading tạp âm vào đường dẫn đường lên Có thể giảm ảnh hưởng xấu cách sử dụng bước PC nhỏ dB Ngồi tốc độ UE thấp Km/h, tần suất phading kênh nhỏ, sử dụng bước PC nhỏ có lợi Hai giải thuật (giải thuật 2) đặc tả cho UE để diễn giải lệnh TPC từ Node B Giải thuật sử dụng tốc độ UE đủ thấp để bù trừ phading kênh Bước PC thiết lập q trình quy hoạch mạng vơ tuyến đến 2dB Giải thuật thiết kế để mơ ảnh hưởng sử dụng bước nhỏ dB sử dụng để bù trừ xu phading chậm kênh truyền sóng Nó hoạt động tốt giải thuật UE chuyển động nhanh 80 Km/h chậm Km/h Trong giải thuật bước PC cố định dB UE khơng thay đổi cơng suất phát nhận lệnh TCP Tại cuối khe thứ 5, dựa định cứng, UE điều chỉnh cơng suất theo quy tắc sau : • Nếu tất lệnh TPC “giảm”, cơng suất giảm dB • Nếu tất lệnh TPC “tăng”, cơng suất phát tăng dB • Trái lại cơng suất phát khơng đổi Trước khởi đầu UL DPDCH, UE mạng hướng dẫn sử dụng tiền tố UL DPDCH, PC nhận DPDCH đường xuống Độ dài tiền tố DPDCH PC thơng số thiết lập quy hoạch mạng vơ tuyến dải từ đến khung Trong tiền tố UL DPDCH PC, lệnh TPC Node B phát ln tn theo giải thuật để đảm bảo đạt cơng suất phát đường lên nhanh trước bắt đầu điều khiển cơng suất thơng thường Trong UMTS, sơ đồ phân tập áp dụng cho kênh riêng Sau đạt đồng lớp 1, hay nhiều tham gia vào chuyển giao phân tập bắt đầu PC vòng đường lên Mỗi số nối đến UE đo SIR đường lên so SVTH: Bùi Q Tâm 32 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái sánh SIR ước tính với SIR đích để tạo lệnh TPC gởi đến UE Nếu tất u cầu tăng cơng suất UE tăng cơng suất SVTH: Bùi Q Tâm 33 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái SRNC Iub Nhánh Iub Nhánh bổ sung MDC phân chia Uu UL PC vòng ngồi +∆ SIR=f(BLER orBER) +Quản lý SIR đích TPC1 Node B1 RAKE MDC (các ký hiệu số liệu hoa tiêu) SIR1 so với SIR đích -> lệnh UL TPC1 TPC2 UE Giải thuật hay kết hợp TCP1 TCP2 thành TPC Uu Node B2 RAKE MDC (các ký hiệu số liệu hoa tiêu ) SIR1 so với SIR đích-> cáclệnh UL TPC2 MDC : Macro Diversity Combiner = kết hợp phân tập vĩ mơ Hình 2.7 UL PC vòng chuyển giao mềm Khi UE chuyển giao HO (Hand Over) mềm, Node B phục vụ thơng báo cho UE để kết hợp lệnh TPC đến từ tập đoạn nối vơ tuyến vào lệnh TPC theo giải thuật Các thủ tục kết hợp lệnh TPC từ đoạn nối vơ tuyến HO mềm minh họa hình (2.8) Nếu lệnh TPC đến từ khác giải thuật sử dụng, UE rút lệnh TPC kết hợp sở định mềm thay đổi cơng suất phát theo bước PC quy định trước Nếu giải thuật sử dụng, UE thực định cứng theo giá trị lệnh TPC từ đoạn vơ tuyến khác cho năm khe liên tiếp sau đồng chỉnh Sau UE rút lệnh TPC cho khe thứ năm theo ngun tắc sau: • Nếu giá trị trung bình ước tính lệnh TPC tức thời lớn 0,5, tăng cơng suất dB • Nếu giá trị trung bình ước tính lệnh TPC tức thời nhỏ 0,5, giảm cơng suất dB • Trái lại khơng thay đổi cơng suất SVTH: Bùi Q Tâm 34 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái Trong tính tốn đường lên, lệnh “tăng” thể giá trị “+1” lệnh “giảm” giá trị “-1” Trong q trình kết hợp, sau áp dụng điều chỉnh cơng suất DPCH, tiêu chuẩn u cầu UE phải có khả giảm cơng suất phát đến -50 dBm Giả sử cơng suất phát cực đại UE 21 dBm (250 mW), ta dải động điều khiển cơng suất vào khoảng 70 dB 2.6.2 Điều khiển cơng suất vòng đường xuống UE nhận BLER đích RNC thiết lập cho DL PC vòng ngồi với thơng số điều khiển khác UE so sánh SIR ước tính với SIR đích Nếu ước tính lớn đích, UE phát lệnh TPC “giảm” đến Node B, ngược lại phát lệnh TPC “tăng” đến Node B Cơng suất phát đường xuống TS = 256 chip PO2 PO1 DL DPCH Số liệu TPC DPDCH TFC1 DPCCH PO3 Số liệu DPDCH Hoa tiêu Thời gian DPCCH Hình 2.8 Dịch cơng suất (PO) để cải thiện chất lượng báo hiệu đường xuống Nếu DPC_MODE = UE phát lệnh TPC cho khe, trái lại phát lệnh TPC cho ba khe Các lệnh TPC phát UL DPCCH để điều khiển cơng suất DL DPDCH DPDCH tương ứng với lượng cơng suất Dịch cơng suất ký hiệu TFCI (PO1), TPC (PO2) hoa tiêu (PO3) kênh DL DPCCH so với kênh DL DPDCH cho hình (2.8) Kích thước bước DL PC thơng số q trình quy hoạch mạng vơ tuyến bước 0,5; 1; 1,5 dB Bước bắt buộc tối thiểu 1dB bước khác tuỳ chọn Nếu UE chuyển giao mềm SHO (Soft Hand Over), tất SVTH: Bùi Q Tâm 35 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái nối đến UE phải có bước PC để tránh trơi cơng suất Trong trường hợp nghẽn, RNC lệnh cho Node B khơng thực lệnh TPC “tăng” UE SVTH: Bùi Q Tâm 36 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái Cơng suất phát Node B cực đại dB Dải động DLPC 28 dB Dải động cơng suất DL 18 dB Cơng suất kênh mã cực đại Khơng kênh lưu lượng tích cực Cơng suất kênh thu mã tối thiểu Hình 2.9 Dải động điều khiển cơng suất đường xuống DL PC vòng trong q trình HO mềm hoạt động giống trường hợp đoạn nối vơ tuyến Chỉ có DPCCH phát đường lên, báo hiệu phần số liệu nhận từ anten khác kết hợp cho ký hiệu Node B Trên đường xuống Node B điều khiển đồng thời cơng suất tập đoạn nối vơ tuyến chia luồng nhận từ DCH-FP cho tất tham gia vào HO mềm Trong SHO, DL PC vòng găäp hai vấn đề khác với trường hợp đoạn nối vơ tuyến trơi cơng suất phát tin cậy lệnh TPC Hoạt động DL PC vòng trong SHO minh hoạ hình (2.10) SVTH: Bùi Q Tâm 37 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái SRNC Nhánh Iub Nhánh bổ sung Iub MDC phân chia Uu UL PC vòng ngồi +∆ SIR=f (BLER or BER) + Quản lý SIR đích Uu DL TPC Node B1 +DPC_MODE=0: định TPC khe +DPC_MODE=1: định TPC khe +Cơng suất = cơng suất +/- TPC dB UE + RAKE MDC (MRC ký hiệu hoa tiêu số liệu) + So sánh SIR ước tính với SIR đích hay TPC= hay + DPC_MODE = lệnh TPC lập khe Node B2 +DPC_MODE=0: định TPC khe +DPC_MODE=1: định TPC khe +Cơng suất = cơng suất+/- TPC dB Hình 2.10 DL PC vòng DHO (SHO) Trơi cơng suất Khi UE SHO, phát lệnh điều khiển đường xuống đến tất tham gia vào SHO Các Node B giải lệnh độc lập với nhau, khơng thể giải lệnh kết hợp RNC trễ q lớn báo hiệu q nhiều mạng Do lỗi báo hiệu nên Node B giải lệnh điều khiển cơng suất theo cách khác Nên Node B hạ thấp cơng suất phát Node B khác lại tăng cơng suất phát Điều dẫn đến cơng suất phát xuống bắt đầu trơi, tượng gọi trơi cơng suất Trơi cơng suất tượng khơng mong muốn, giảm hiệu chuyển giao mềm đường xuống Trơi cơng suất điều khiển RNC Phương pháp đơn giản thiết lập giới hạn chặt chẽ dải động điều khiển cơng suất Các giới hạn áp dụng cho cơng suất phát đặc thù MS Tất SVTH: Bùi Q Tâm 38 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái nhiên dải động nhỏ trơi cơng suất cực đại Tuy nhiên điều làm giảm độ lợi nhận từ SHO Có cách khác để giảm trơi cơng suất sau RNC nhận thơng tin từ Node B liên quan đến mức cơng suất phát kết nối chuyển giao mềm Các mức trung bình hố số lệnh điều khiển cơng suất, chẳng hạn 500 ms hay tương đương với 750 lệnh điều khiển cơng suất Trên sở kết đo RNC phát giá trị tham chuẩn cho cơng suất phát Pref đến Node B Các Node B SHO sử dụng giá trị tham khảo để điều khiển cơng suất chúng cho kết nối giảm trơi cơng suất Ý tưởng hiệu chỉnh nhỏ thực định kỳ cho cơng suất tham chuẩn Trơi cơng suất xảy có điều khiển cơng suất nhanh đường xuống Ở IS-95 có điều khiển cơng suất chậm đường xuống khơng cần phương pháp điều khiển trơi cơng suất 2.6 Điều khiển cơng suất vòng ngồi Mục đích giải thuật điều khiển cơng suất vòng ngồi trì chất lượng thơng tin mức SIR định nghĩa u cầu chất lượng kênh mang dịch vụ cách tạo SIR đích phù hợp cho PC vòng Thao tác thực cho DCH thuộc kết nối RRC SIR đích cần điều chỉnh tốc độ UE hay điều kiện truyền sóng thay đổi Sự thay đổi cơng suất thu lớn, u cầu SIR đích cao Nếu chọn SIR đích cố định, chất lượng thơng tin q thấp q cao dẫn đến số trường hợp cơng suất khơng đảm bảo chất lượng đường truyền số trường hợp khác tăng lãng phí cơng suất Tần số PC vòng ngồi thay đổi từ 10 đến 100 Hz Khi SHO đường lên luồng số liệu DCH từ khác qua Iub Iur kết hợp lại SNRC thành luồng Trên đường xuống luồng số liệu DCH tách thành nhiều luồng cho Node B SHO Q trình kết hợp tách RNC thực kết hợp phân tập vĩ mơ MDC (Macro Diversity Combiner) MDC RNC dựa thơng tin nhận khung FP kết CRC đặc thù khối truyền tải thơng tin chất lượng ước tính SHO tin cậy dựa thơng tin CFN chứa luồng Iub/Iur Tại UE, kết hợp tỷ lệ cực đại MRC (Maximum Ratio SVTH: Bùi Q Tâm 39 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái Combining) cho tín hiệu thu thực theo ký hiệu (số liệu hoa tiêu) Trên đường lên truyền DCCPH 2.7.1 Điều khiển cơng suất vòng ngồi đường lên UL PC vòng ngồi thực SRNC để lập SIR đích Node B cho UL PC vòng SIR đích cập nhật cho UE dựa ước tính chất lượng đường lên (BLER BER) cho kết nối RRC Giải thuật điều khiển sử dụng CRC luồng số liệu làm số đo chất lượng Nếu CRC đạt u cầu, SIR đích giảm lượng định, trái lại tăng lên Giá trị thơng thường bước điều chỉnh SIR từ 0,1 đến dB Kiến trúc chức UL PC vòng ngồi áp dụng cho trường hợp dịch vụ nhiều kênh mang cho hình (2.12) Thơng tin chất lượng (BLER/ BER) PC vòng LCCC Bộ diều khiển UL PC (1) vòng ngồi Tính tốn SIR Đích (2) UL PC vòng ngồi thực thể #1 Tính tốn thay đổi SIR đích Phát SIR đích đến Node B Các thơng số PC thiết lập RAB lặp lại cấu hình đoạn nối vơ tuyến MDC Iub Node B SIR đích AC SIR đích khởi đầu : Lệnh thay đổi SIR đích : SIR đích LC: Load Control = điều khiển tải AC: Amission Control = điều khiển cho phép Hình 2.11 Kiến trúc logic chức UL PC vòng ngồi Chỉ có điều khiển PC vòng ngồi cho kết nối RRC thực thể UL PC vòng ngồi cho DCH kết nối Các thực thể UL PC vòng ngồi tính tốn thay đổi cần thiết cho SIR đích dựa ước tính chất lượng Trong SVTH: Bùi Q Tâm 40 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái kết nối RRC, thực thể UL đường lên (đường báo hiệu DCCH) chọn để phát SIR đích đến Node B SIR đích nhận tính tốn điều khiển UL PC vòng ngồi dựa thay đổi SIR đích nhận từ thực thể PC thơng số cấu hình khác (như : SIR đích khởi đầu/ cực đại/ cực tiểu) AC cung cấp thời điểm thiết lập RAB lập lại cấu hình đoạn nối vơ tuyến DCH-FP sử dụng cho thơng tin tương tác RNC Node B Mỗi thực thể UL PC đường lên nhận thơng tin chất lượng đường lên từ MDC, số liệu đến từ nhánh SHO khác kết hợp (thủ tục chọn kết hợp) Phụ thuộc vào kiểu kênh mang vơ tuyến, thực thể PC nhận ước tính BLER tính MDC theo bit CRC khung chọn và/hoặc ước tính BER tính Node B Nếu CRC khơng ổn, MDC chọn ước tính tốt số ước tính BER Tại TTI, hay nhiều thực thể PC đóng góp vào tính tốn SIR đích mới, chẳng hạn hiệu số ước tính BLER/BER BLER/BER đích nhân với bước lớn 0,1 dB 2.7.2 Điều khiển cơng suất vòng ngồi đường xuống DL PC vòng ngồi thực UE, giá trị SIR đích cho DL PC vòng điều chỉnh UE cách sử dụng thuật tốn riêng đảm bảo chất lượng đo (BLER) giống chất lượng đích RNC thiết lập Nếu CPCH sử dụng, đích chất lượng RNC thơng báo DCCH BER, trái lại BLER đích cung cấp cho UE Ngồi sử dụng BLER kênh truyền tải làm BLER đích thơng tin, DL PC vòng ngồi đảm bảo u cầu chất lượng trì cho TrCH với BLER đích gán Mặt khác, BER DL DCCH phát dạng chất lượng đích, vòng điều khiển UE đảm bảo chất lượng cho CPCH với DL DPCCH BER đích gán Giá trị chất lượng DL PC đích UE điều khiển AC RNC AC định giá trị BLER đích cho DCH đặt CCTrCH BER đích đường xuống cho kênh truyền tải sau UE nhận tin RRC 2.8 Kết luận chương Điều khiển cơng suất hệ thống thống 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 SVTH: Bùi Q Tâm 41 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái vốn đặc trưng mơi trường di động Chương trình bày ý nghĩa việc điều khiển cơng suất phân loại điều khiển cơng suất đồng thời phân tích số kỹ thuật điều khiển Mục đích thuật tốn tăng hay giảm cơng suất truyền th bao liên quan SIRi nhận trạm M Bằng cách điều chỉnh thơng số k hàm điều khiển cơng suất, hệ thống thoả mãn u cầu vận hành khác Kết mơ thể khả ổn định hệ thống cao phương pháp điều khiển cơng suất truyền thống SVTH: Bùi Q Tâm 42 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái LỜI CẢM ƠN: Trong q trình tìm hiểu hệ thống thơng tin di động UMTS, em thu nhận nhiều kiến thức thực tế thời gian có hạn nên em chưa tìm hiểu sâu thơng tin di động UMTS, hướng phát triển đề tài tiếp nghiên cứu giao thức khác nhằm hồn thiện đề tài “hệ thống thơng tin di động UMTS” UMTS khái niệm kiến thức hạn chế, em khơng thể tránh thiếu sót đồ án, mong góp ý thầy giáo bạn Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Bùi Q Tâm 43 Bài tập lớn GVHD: Dương Hữu Ái NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016 Giảng viên SVTH: Bùi Q Tâm 44 ... HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ UMTS 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ IMT-2000 1.3CƠNG NGHỆ WCDMA 1.4 HỆ THỐNG UMTS 1.4.1 Tổng quan ... án 3GPP (Third Generation Partnership Project) Hệ thống thơng tin di động hệ ba đời từ dự án 3GPP gọi hệ thống thơng tin di động UMTS/ WCDMA Trong chương trình bày tổng quan hệ thống thơng tin di. .. quan hệ thống thơng tin di động hệ ba phận quan trọng hệ thống UMTS thơng qua tìm hiểu cấu trúc mạng 1.2 Hệ thống thơng tin di động hệ IMT-2000 Hệ thống thơng tin di động hệ ba xây dựng sở tiêu chuẩn