Tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng dịch vụ mạng 3g WCDMA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TIẾN THẮNG TỐI ƯU HOÁ HIỆU XUẤT CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG 3G WCDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN THẮNG TỐI ƯU HOÁ HIỆU XUẤT CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG 3G WCDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS PHẠM VĂN BÌNH HÀ NỘI – 2010 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU .8 DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA 12 1.1 Mơ hình hệ thống thơng tin di động 3G WCDMA 12 1.2 Các thành phần chức hệ thống 13 1.2.1 Thiết bị người sử dụng 13 1.2.2 Mạng lõi .14 1.2.3 Mạng truy cập vô tuyến 15 1.2.4 Các mạng giao diện .18 1.3 Cấu trúc phân lớp WCDMA cấu trúc giao thức giao diện vô tuyến 20 1.3.1 Lớp vật lý .22 1.3.2 Các kênh vật lý 23 1.3.3 Các kênh truyền tải 25 1.3.4 Giao thức điều khiển truy nhập môi trường MAC 28 1.3.5 Các kênh logic .29 1.3.6 Giao thức điều khiển kết nối vô tuyến RLC 30 1.3.7 Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC 31 1.3.8 Giao thức hội tụ số liệu gói PDCP .31 1.3.9 Giao thức điều khiển quảng bá/ đa phương BMC 31 1.3.10 Sắp xếp kênh WCDMA .32 1.3.10.1 Sắp xếp kênh logic lên kênh truyền tải 32 1.3.10.2 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 32 1.4 Tóm tắt chương 34 CHƯƠNG II : CÁC KỸ THUẬT QUAN TRỌNG TRONG WCDMA .35 2.1 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 35 2.1.1 Khái quát kỹ thuật trải phổ 35 2.1.2 Nguyên lí kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 39 2.1.3 Các loại mã giả tạp âm dùng kĩ thuật trải phổ 40 2.1.3.1 Các tiêu ngẫu nhiên 41 2.1.3.2 Chuỗi m 42 2.1.3.3 Chuỗi Gold 44 2.1.3.4 Chuỗi Kasami .45 2.1.3.5 Các hàm trực giao 45 2.1.4 Đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ chuỗi trực tiếp DS- CDMA 46 2.2 Điều khiển công suất 49 2.3 Chuyển giao 50 2.4 Mã hóa 53 2.4.1 Mã hoá nguồn 53 2.4.2 Mã hóa phát lỗi 54 2.4.3 Mã hoá kênh 55 2.5 Kỹ thuật thu đa đường 56 2.6 Tóm tắt chương 58 CHƯƠNG III: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT VÀ QOS MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UTRAN 59 3.1 Tác động nhiễu .59 3.1.1 Nhiễu đồng kênh 59 3.1.3 Nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Access Interference) 62 3.1.4 Nhiễu đa đường MPI (Multipe path interference) hay nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference) 63 3.1.5 Độ dự trữ nhiễu 63 3.2 Vấn đề Fading 64 3.3 Suy hao đường truyền q trình truyền lan tín hiệu .65 3.3.1 Mơ hình tính suy hao đường truyền 66 3.3.1.1 Mơ hình Hata - Okumura 66 3.3.1.2 Mơ hình Walfisch-Ikegami (hay COST 231) 67 3.3.2 Suy giảm đường truyền lớn cho phép 71 3.4 Ảnh hưởng việc quy hoạch định cỡ mạng ban đầu .72 3.5 Tóm tắt chương .72 CHƯƠNG IV: CÁC THÔNG SỐ KPI TRONG MẠNG UTRAN .74 4.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ QOS .74 4.2 Một số khái niệm cần quan tâm 74 4.3 Dung lượng kết nối vô tuyến 75 4.4 Phương pháp chuyển đổi lưu lượng data hệ thống UMTS theo mơ hình Erlang.77 4.5 Những KPI cần quan tâm mạng UTRAN 78 4.5.1.Tỷ lệ lỗi khối 78 4.5.2 Các thông số liên quan đến vô tuyến 78 4.5.2.1 Công suất sóng mang truyền 79 4.5.2.2 Công suất băng rộng tổng nhận 79 4.5.2.3 Tỉ số tín hiệu nhiễu (SIR) 79 4.5.2.4 Round Trip Time (RTT) 80 4.5.3.Tỷ lệ sử dụng kênh truyền tải 80 4.5.4 Soft handover 80 4.5.5 Tỷ lệ lỗi thành công Hard HO tần số 80 4.5.6 Tỷ lệ thiết lập gọi thành công không thành công 81 4.5.7 Call drop rates 82 4.6 Tóm tắt chương .83 CHƯƠNG V: CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO HIỆU SUẤT VÀ QOS TRONG MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UTRAN 84 5.1 Các thuật toán diều khiển quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA 84 5.1.1 Giới thiệu quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA 84 5.1.2 Điều khiển công suất .85 5.1.3 Điều khiển chuyển giao 87 5.1.3.1 Chuyển giao mềm 87 5.1.3.2 Chuyển giao hệ thống WCDMA GSM 89 5.1.3.3 Chuyển giao tần số WCDMA .90 5.1.4 Điều khiển thu nạp .91 Giá trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lên lớn thiết lập việc quy hoạch mạng vô tuyến 92 5.1.5 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) 93 5.1.6.Truy nhập gói .95 5.1.6.1 Lưu lượng số liệu gói 95 5.1.6.2 Các phương pháp lập biểu gói 96 5.1.6.3 Lập biểu phân chia theo thời gian 96 5.1.6.4 Lập biểu phân chia theo mã 96 5.2 Các công nghệ để tăng dung lượng đường truyền WCDMA 97 5.2.1 Thiết bị triệt nhiễu nhiều tầng 98 5.2.2 Phân tập dàn anten thích ứng 101 5.2.2.1 Giới thiệu 101 5.2.2.2 Cấu hình phân tập dàn anten thích ứng .102 5.3 Tóm tắt chương .104 KẾT LUẬN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 LỜI CAM ĐOAN Tên Nguyễn Tiến Thắng, học viên lớp cao học Điện tử- Viễn thơng, khố 2008 – 2010, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan nội dung luận văn hoàn toàn kết tìm hiểu, nghiên cứu thân tơi sở hướng dẫn khoa học TS.Phạm Văn Bình, giảng viên khoa Điện tử -Viễn thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong luận văn tơi có tham khảo số tài liệu ngồi nước có liệt kê đầy đủ mục tài liệu tham khảo Luận văn không chép từ nguồn tài liệu Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm luận văn DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DTCH Dedicated Traffic Chanel Kênh lưu lượng riêng BCCH Eb/No Broadcast Channel Energy of aControl bit / Noise BER E c/Io Bit ErrorofRatio Energy a chip/ Interference BS FACCH BaseAssociated Station Fast Control Channel BTS FCCH FH CDMA GOS Base Transceiver Station Frequency Correction Channel Frequency Hopping Code Division Multiple Access Grade of Service Kênh quảng bá điều Năng lượng khiển bit tạp âm Tỷ số lượng bit lỗi.của chip Năng nhiễu Trạm Kênh gốc điều khiển liên kết nhanh Trạm gốc Kênh thu hiệuphát chỉnh tần số Đa truy nhập phân chia Nhảy tần theo mã Cấp dịch vụ khiển Kênhđộvật lý điều CCPCH GSM Common Control Global System forPhysical Mobile Chanel CN HO Core Network Handover chung Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động Mạng lõigiao Chuyển MS CPCH Mobile Station Common Packet Chanel Trạm di Kênh góiđộng chung NAS CPICH IP CRC MSC CS OSI DCCH PN Non-Access Stratum Common Pilot Chanel Internet Protocol Cyclic Redundance Check Mobile Services Switching Center Circuit Switch Open System Interconnection Dedicated Control Channel Pseudorandom Noise QPSK DPCCH Quadrature Phase Shift Keying Dedicated Physical Control Chanel Tầng không truy nhập Kênh hoa tiêu chung Giao thức Internet Kiểm tra bit dư theo chu kỳ Trung tâm chuyển mạch dịch mạch vụ di kênh động Chuyển Hệ thống tiếp mở Kênh điềugiao khiển dành riêngâm giả ngẫu nhiên Tạp Kênh điều khiển vật lý Điều chế pha cầu phương riêng RF DPCH Radio Frequency Dedicated Physical Chanel Tần số vô tuyến Kênh vật lý riêng RNC DPDCH SNR DS RRC DS-SS Radio Network Control Dedicated Physical Data Chanel Signal to Noise Ratio Direct Sequence Radio Direct Resource SequenceControl - Spread Spectrum Điều khiển mạng vô tuyến Kênh số liệu vật lý riêng Tỷ số tín hiệu tạp âm Chuỗi trực tiếp Điều khiển tài nguyên Trải phổ chuỗi trực tiếpvô tuyến TDMA Time Division Multiple Access UMTS Universal Mobile Telecommunnication System UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access 3G Third Generation Đa truy nhập phân chia theo thời gian Hệ thống viễn thông di động tồn cầu Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất toàn cầu Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng Hệ thống thông tin di động hệ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Giá trị SFM thông dụng 65 Bảng 3.2 So sánh tổn hao đường truyền từ mơ hình Hata Walfisch-Ikegami 71 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA 12 Hình 1.2 Cấu trúc UE 13 Hình 1.3 Cấu trúc mạng lõi CN .15 Hình 1.4 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UMTS 18 Hình 1.5 Cấu trúc tổng quan mạng UMTS phát triển từ GSM .20 Hình 1.6 Cấu trúc phân lớp W-CDMA 21 Hình 1.7 Cấu trúc giao thức giao diện vô tuyến WCDMA 22 Hình 1.8 Sắp xếp kênh WCDMA 33 Hình 2.1 Một hệ thống DSSS đơn giản 39 Hình 2.2b Mã ngắn 40 Hình 2.4 Mơ hình hệ thống DS-CDMA .47 Hình 2.5a Phổ tín hiệu phát sau trải 48 Hình 2.5b Phổ tín hiệu thu sau trải 49 Hình 2.6 Các loại chuyển giao WCDMA 52 Hình 3.1 Nhiễu đồng kênh tác động lên UE 60 Hình 3.2 Các loại nhiễu hệ thống 61 Hình 3.4 Các tham số mơ hình Walfisch-Ikegami .68 Hình 5.1 Các vị trí điển hình chức RRM mạng WCDMA .85 Hình 5.2 Sự so sánh chuyển giao cứng chuyển giao mềm .88 Hình 5.3 Chuyển giao hệ thống GSM WCDMA 89 Hình 5.4 Thủ tục chuyển giao hệ thống 90 Hình 5.5 Nhu cầu chuyển giao tần số sóng mang WCDMA 91 Hình 5.6 Thủ tục chuyển giao tần số .91 khơng ảnh hưởng đến vùng phủ sóng QoS kết nối hoạt động hay không Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yêu cầu thiết lập truy nhập vô tuyến mạng truy nhập Chức điều khiển thu nạp đặt điều khiển RNC, nơi mà lưu giữ thông tin vể tải số cell quản lý Thuật tốn điều khiển thu nạp tính tốn việc tải tăng lên thiết lập thêm đối tượng gây mạng truy nhập vơ tuyến Việc tính toán tải áp dụng cho đường lên đường xuống Đầu cuối yêu cầu chấp nhận điều khiển thu nạp chiều chấp nhận, khơng bị từ chối nhiễu q mức tăng thêm mạng Nhìn chung chiến lược điều khiển thu nạp chia thành hai loại: chiến lược điểu khiển thu nạp dựa vào công suất băng rộng chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng Người sử dụng không chấp nhận mức nhiễu tổng thể tạo cao giá trị mức ngưỡng Ithreshold, cụ thể: + Từ chối: Itotal-old + ∆I > Ithreshold + Chấp nhận : Itotal-old + ∆I < Ithreshold Giá trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lên lớn thiết lập việc quy hoạch mạng vơ tuyến 92 Hình 5.7 Đường cong tải Trong chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng, người sử dụng không thu nhận truy nhập vào mạng toàn tải gây cao giá trị ngưỡng: + Từ chối : ηtotal-old + ∆L > ηthreshold + Chấp nhận : ηtotal-old + ∆L < ηthreshold Tương tự chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào công suất sau: + Từ chối : Ptotal-old + ∆Ptotal > Pthreshold + Chấp nhận : Ptotal-old + ∆Ptotal < Pthreshold Chú ý việc điều khiển thu nạp áp dụng cách tách biệt đường lên đường xuống Và hướng sử dụng chiến lược điều khiển thu nạp khác 5.1.5 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) Đây công cụ quan trọng chức quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến để đảm bảo cho hệ thống không bị q tải trì tính ổn định Nếu hệ thống quy hoạch cách hợp lý công việc điều khiển thu nạp hoạt động tốt, tình tải gần bị loại trừ Tuy nhiên, mạng di động, tải 93 nơi khơng thể tránh khỏi tài ngun vơ tuyến ấn định trước mạng Khi tải xử lý điều khiển tải hay cịn gọi điều khiển nghẽn hoạt động điều khiển trả lại cho hệ thống tải mục tiêu chọn đưa q trình quy hoạch mạng cách nhanh chóng có khả điều khiển Các hoạt động điều khiển tải để làm giảm hay cân tải bao gồm: - Từ chối lệnh công suất tới đường xuống nhận từ MS - Giảm tiêu Eb/I0 đường lên sử dụng điều khiển công suất nhanh đường lên - Thay đổi kích cỡ miền chuyển giao mềm để phục vụ nhiều người sử dụng - Chuyển giao tới sóng mang WCDMA khác (mạng UMTS khác hay mạng GSM) - Giảm thông lượng lưu lượng liệu gói (các liệu phi thời gian thực) - Ngắt gọi đường điều khiển Hai hoạt động hoạt động nhanh thực bên BS Các hoạt động diễn khe thời gian, nghĩa với tần số 1,5KHz, cung cấp quyền ưu tiên cho dịch vụ khác Hoạt động thứ thay đổi kích cỡ miền chuyển giao mềm có lợi ích đặc biệt mạng giới hạn đường xuống Các phương pháp điều khiển tải khác chậm Chuyển giao bên băng tần chuyển giao bên hệ thống khắc phục tượng tải cách cân tải Hoạt động cuối ngắt người sử dụng dịch vụ thời gian thực (như thoại hay liệu chuyển mạch kênh) để giảm tải Hoạt động sử dụng tải tồn mạng lớn chí sau hoạt động điều khiển tải khác vừa có tác dụng để giảm tải Giao diện vô tuyến WCDMA yêu cầu tăng lưu lượng phi thời gian thực mạng 3G đem lại nhiều lựa chọn 94 hoạt động khả thi để điều khiển tình tải nhu cầu cắt người sử dụng dịch vụ thời gian thực để giảm tải xảy 5.1.6.Truy nhập gói Truy nhập gói W-CDMA cho phép vật mang khơng phải thời gian thực sử dụng động kênh chung, riêng kênh chia sẻ Việc sử dụng kênh khác điều khiển lập biểu gói PS (Packet Scheduler) Bộ lập biểu gói thường đặt RNC việc lập biểu gói thực hiệu cho nhiều ơ, ngồi xem xét kết nối chuyển giao mềm Bộ lập biểu gói có chức sau : - Phân chia dung lượng giao diện vô tuyến người sử dụng - Phân chia kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu người sử dụng - Giám sát phân bổ gói tải hệ thống 5.1.6.1 Lưu lượng số liệu gói Truy nhập gói sử dụng cho dịch vụ khơng theo thời gian thực, nhìn từ quan điểm giao diện vơ tuyến có thuộc tính điển hình sau : - Số liệu gói có dạng cụm, tốc độ bit yêu cầu biến đổi nhanh - Số liệu gói cho phép trễ lớn dịch vụ thời gian thực Vì số liệu gói lưu lượng điều khiển xét theo quan điểm mạng truy nhập vô tuyến - Các gói phát lại lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) Điều cho phép sử dụng chất lượng đường truyền vô tuyến tỷ số lỗi khung cao so với dịch vụ thời gian thực Lưu lượng gói đặc trưng thông số sau : - Quá trình đến phiên - Số gọi đến phiên - Thời gian đọc gọi - Số gói gọi gói 95 - Khỗng thời gian hai gói gọi gói - Kích thước gói 5.1.6.2 Các phương pháp lập biểu gói Chức lập biểu gói phân chia dung lượng giao diện vô tuyến khả dụng người sử dụng Bộ lập biểu gói định tốc độ bit phân bổ thời gian phân bổ Thuật tốn lập biểu gói W-CDMA thực theo hai phương pháp : phân chia theo mã phân chia theo thời gian Trong phương pháp phân chia theo mã, có nhu cầu tăng dung lượng tốc độ bit phân bổ cho người sử dụng giảm Trong phương pháp phân chia theo thời gian biểu dung lượng dành cho số người theo thời điểm, người sử dụng có tốc độ bit cao sử dụng thời gian ngắn Trong trường hợp số người sử dụng tăng phải đợi truyền dẫn lâu Thực tế q trình lập biểu gói kết hợp hai phương pháp 5.1.6.3 Lập biểu phân chia theo thời gian Khi lập biểu phân chia thời gian phân bổ tốc độ gói, cần xét đến hiệu vô tuyến Thông thường dịch vụ tốc độ bit cao địi hỏi lượng bit hơn, phân chia theo thời gian có ưu điểm Eb/No thấp N goài thời gian trễ trung bình phương pháp ngắn so với phương pháp phân chia theo mã Nhược điểm phương pháp phân chia thời gian : - Thời gian truyền dẫn ngắn việc thiết lập giải phóng kết nối địi hỏi thời gian dài chí đến vài khung - Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế dải tốc độ cao hạn chế công suất MS đường lên - Phương pháp sử dụng tốc độ bit cao tạo lưu lượng dạng cụm, điều dẫn đến thay đổi cao mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã 5.1.6.4 Lập biểu phân chia theo mã 96 Trong lập biểu phân chia theo mã tất người sử dụng ấn định kênh họ cần chúng Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng tốc độ bit phải thấp lập biểu theo thời gian Các ưu điểm phương pháp : - Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập giải phóng gây tổn thất dung lượng tốc độ bit thấp thời gian truyền dẫn lâu Do tốc độ bit thấp việc phân bổ tài nguyên lập biểu gói phân chia theo mã địi hỏi nhiều thời gian lập biểu gói phân chia theo thời gian Điều cho phép dự báo mức nhiễu - Lập biểu phân chia theo mã tĩnh động Trong lập biểu tĩnh, tốc độ bit phân bổ trì cố định suốt thời gian kết nối Trong lập biểu độngs, tốc độ bit thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói - Phương pháp lập biểu địi hỏi khả MS thấp 5.2 Các công nghệ để tăng dung lượng đường truyền WCDMA W-CDMA có giao diện vơ tuyến cho phép ứng dụng thiết bị triệt nhiễu công nghệ thu phát phân tập dàn anten thích ứng để tăng dung lượng truyền dẫn tương lai Ở đường lên, việc giảm MAI MPI quan trọng để tăng dung lượng đường truyền, kết hợp với việc sử dụng TPC nhanh-một biện pháp hiệu nhằm giảm công suất phát MS để kéo dài tuổi thọ pin mở rộng vùng phủ sóng Mặt khác, đường xuống, yêu cầu tăng dung lượng đường truyền mạnh đường lên việc tải xuống (downloading) số liệu tốc độ cao Internet dịch vụ quảng bá chắn ứng dụng rộng rãi Các mã OVSF sử dụng để đạt tính trực giao đường truyền, MPI từ thuê bao tốc độ cao gây nhiễu lớn đến thuê bao tốc độ thấp (ví dụ thơng tin thoại) Do đó, việc tăng dung lượng đường truyền xuống nhiệm vụ quan trọng Các công nghệ để thực điều bao gồm công nghệ sử dụng thiết bị triệt nhiễu (thiết bị triệt nhiễu đa đường) công nghệ thu phân 97 tập dàn anten thích ứng MS cơng nghệ phân tập phát dàn anten thích ứng BS Trong số đó, cơng nghệ phân tập phát dàn anten thích ứng cơng nghệ có tính thực tế hiệu để tăng dung lượng đường truyền xuống, khơng u cầu phải thay đổi đáng kể chức MS thực qua việc xử lý phần phát phía BS 5.2.1 Thiết bị triệt nhiễu nhiều tầng Công nghệ hiệu để giảm MAI MPI q trình thu tín hiệu đường lên BS sử dụng thiết bị triệt nhiễu nhiều tầng (MSIC), thiết bị tạo MAI MPI phía thu dựa đường bao phức hợp pha đinh thu ước tính theo tín hiệu thu nhiều thuê bao liệu định, sau loại bỏ chúng khỏi tín hiệu thu để tăng SIR cải thiện đặc tính thu MSIC giảm liên tục nhiễu thuê bao khác tầng giải pháp thực tế Hiệu suất MISC phụ thuộc vào độ xác máy thu khả tạo tín hiệu nhiễu từ thuê bao khác Do đó, đạt q trình ước tính kênh với độ xác cao giảm lỗi liệu định kênh pha đinh đa đường ( pha đinh nhiều tia) thực tế vấn đề quan trọng Một giải pháp tán thành sử dụng thiết bị triệt nhiễu nhiều tầng quán (COMSIC), thiết bị cập nhật liên tục giá trị ước tính kênh tầng sử dụng ký hiệu hoa tiêu COMSIC cập nhật liên tục giá trị ước tính kênh để chuỗi tín hiệu có SIR tốt hơn, nhiễu loại bỏ tầng sử dụng ký hiệu hoa tiêu (trong trường hợp lý tưởng, việc loại bỏ MAI loại bỏ tất trừ tín hiệu thuê bao) Việc cập nhật cịn nhằm tăng độ xác q trình ước tính kênh nhờ cải thiện độ xác việc tạo nhiễu, giúp nâng cao hiệu việc giảm nhiễu tăng dung lượng đường truyền COMSIC chia thành hai loại: loại nối tiếp (còn gọi loại liên tục) loại song song Hình 5.8a 5.8b minh họa sơ đồ khối tương ứng COMSIC loại nối tiếp loại song song Cả hai loại COMSIC bao gồm khối tạo nhiễu ước tính kênh nhiều 98 tầng (CEIGUs), khối thực xử lý ước tính kênh đường thuê bao, kết hợp tín hiệu thu RAKE, định liệu tạo nhiễu Đầu tiên COMSIC loại nối tiếp đo SIR thu đầu MF xếp hạng thuê bao dựa SIR thu theo thứ tự giảm dần CEIGU thực giải điều chế tạo nhiễu theo thứ tự này, thuê bao có thứ hạng cao có SIR thu lớn Giả sử số thuê bao K số CEIGU tầng K Tín hiệu thu MF đường truyền thứ l ( ≤ l ≤ Lk) thuê bao thứ k ( 1≤ k ≤ K) tầng thứ p ( ≤ p ≤ P ) I(p) k,l , giá trị ước tính I(p)k,l Trong tầng đầu tiên, nhiễu thuê bao có thứ hạng cao thuê bao chiếm kênh I(p)k,l loại khỏi chuỗi tín hiệu thu loại khỏi tín hiệu đầu vào CEIGU thuê bao chiếm kênh Tín hiệu đầu vào CEIGU thuê bao có thứ hạng thấp tín hiệu cịn lại sau loại bỏ nhiễu tất thuê bao khỏi tín hiệu thu Trong tầng tiếp theo, nhiễu thuê bao khác có thứ hạng cao thứ hạng thuê bao chiếm kênh tạo tầng loại khỏi chuỗi tín hiệu thu, ngược lại nhiễu thuê bao có thứ hạng thấp thuê bao chiếm kênh tạo tầng trước loại bỏ tầng xét Bằng cách nhiễu tạo có tham chiếu tới định thời thu đường thu tổ hợp RAKE ước tính máy thu, giá trị ước tính kênh liệu định Tuy nhiên, nhiễu bị ảnh hưởng xấu lỗi, đặc biệt chúng tạo với lỗi giá trị ước tính kênh Do đó, giá trị điều chỉnh tải thực tế nhỏ gọi hệ số tải trọng chống nhiễu (IRW) βp, lấy từ tín hiệu nhiễu, giá trị sử dụng để làm giảm ảnh hưởng lỗi q trình ước tính kênh việc tạo tín hiệu nhiễu cải thiện đặc tính BER COMSIC Ngược lại, COMSIC dạng song song thực giải điều chế tạo nhiễu cho tất thuê bao theo cách song song (đồng thời) Trong tầng đầu tiên, tín hiệu thu đưa thẳng đến CEIGU trường hợp thu RAKE dựa MF Trong tầng tiếp 99 theo CEIGU, nhiễu tất thuê bao khác I(p-1)k,l tạo tầng trước tham chiếu với tín hiệu thu điều chỉnh hệ số IRW βp tín hiệu kết đưa vào Như giải thích phần trước, COMSIC dạng nối tiếp lấy tín hiệu nhiễu thuê bao có thứ hạng cao thuê bao chiếm dụng kênh từ tín hiệu thu tầng đầu tiên, điều cho phép tạo nhiễu có độ xác cao so với COMSIC dạng song song Vì thế, với giả thiết số tầng COMSIC dạng nối tiếp đảm bảo đặc tính BER cao so với dạng song song Hạn chế COMSIC dạng nối tiếp phải chịu gia tăng đáng kể thời gian trễ trình giải điều chế số thuê bao tăng thực giải điều chế tạo nhiễu theo trật tự giảm dần công suất thu Khi cân nhắc đến thời gian trễ trình giải điều chế COMSIC dạng song song có tính thực tế dạng nối tiếp 100 Hình 5.8 Sơ đồ khối COMSIC 5.2.2 Phân tập dàn anten thích ứng 5.2.2.1 Giới thiệu Như trình bày hình, phân tập dàn anten thích ứng bao gồm việc lắp máy thu phát cho dàn anten thích ứng BS nhân tín hiệu thu từ anten đường lên với hệ số tải trọng tối ưu sau kết hợp tín hiệu lại Phương pháp đem lại mẫu xạ định hướng có búp sóng hướng mà tín hiệu cần thu đến chùm sóng hướng mà sóng nhiễu đến nhằm làm vơ hiệu sóng nhiễu, cho phép tăng tối đa SIR thu Nhờ phương pháp giúp làm giảm MAI tăng dung lượng hệ thống đường lên Ở đường xuống, phương pháp bao gồm việc nhân hệ số tải trọng anten phát tạo cách thích hợp BS cho thuê bao với tín hiệu phát thuê bao, nhằm tạo búp sóng hướng có tín hiệu cần thu thuê bao thực truyền theo cách giảm 101 nhiễu hướng thuê bao khác Điều cho phép tăng dung lượng hệ thống đường xuống Hình 5.9 Nguyên lý phương pháp phân tập dàn anten thích ứng 5.2.2.2 Cấu hình phân tập dàn anten thích ứng Phân tập dàn anten thích ứng cơng nghệ xử lý q trình thu thích ứng (đường lên) phát thích ứng ( đường xuống) BS xây dựng theo cách để ứng dụng cho giao diện vô tuyến W-CDMA qui định GPP Phân tập phát dàn anten thích ứng (AAA-TD) tạo hệ số tải trọng anten phát cách thực theo hệ số tải trọng anten thu tạo khối thu BS: (1) Kiểm định mạch RF, thực bù độ lệch biên độ pha nhánh mạch thu phát RF (2) kiểm định tần số sóng mang, thực bù cho giá trị xê dịch hệ số tải trọng anten phát hướng búp sóng búp sóng vơ hiệu gây khác tần số sóng mang đường lên đường xuống ( đặc biệt FDD, tần số sóng khơng giống đường lên đường xuống) Hình trình bày cấu hình khối BS thực phân tập thu phát dàn anten thích ứng Các tín hiệu thu anten đường lên giới hạn độ rộng băng tần khuyếch đại nhờ mạch thu RF sau điều chỉnh hệ số tải 102 trọng hệ số tải anten thu phức hợp kết hợp khối thu phân tập dàn anten thích ứng qn (CAAAD) Sau tín hiệu đưa tới q trình ước tính dao động pha biên độ gây pha đinh đường truyền kết hợp RAKE Sau đó, tín hiệu kết hợp RAKE đưa tới phần giải xen kẽ giải mã sữa lỗi để khôi phục chuỗi số liệu phát Mặt khác, khối máy phát BS, tín hiệu mã hoá kênh (FEC), xen kẽ, điều chế QPSK nhân với hệ số tải trọng anten phát phức hợp đưa đến trình trải phổ Sau đó, tín hiệu đổi tần khuyếch đại khối phát RF để phát Như trình bày hình 2.28, hệ số tải trọng anten thu tạo khối thu CAAAD bị ảnh hưởng dao động pha biên độ nhánh mạch thu RF, hệ số cịn bị ảnh hưởng góc tới cơng suất thu trung bình sóng cần thu sóng nhiễu cuối anten Hơn nữa, hệ số tải trọng anten phát tạo khối xử lý tín hiệu số băng gốc bị ảnh hưởng dao động pha biên độ mạch phát RF đến tận đầu máy phát Hình 5.10 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống phân tập dàn anten thích ứng 103 5.3 Tóm tắt chương Chương trình bày vai trị chức điều khiển vô tuyến đặt RNC Chức điều khiển công suất giúp khắc phục tượng gần xa, tối ưu dung lượng hệ thống việc điều khiển nhiễu Chức chuyển giao giúp cho mục đích cân tải cell, tần số hay hệ thống WCDMA GSM, đảm bảo chất lượng tín hiệu thu UE Chức điều khiển tải, điều khiển thu nhận đảm bảo cho mạng hoạt động ổn định, tránh nghẽn tải Chức lập lịch gói tin giúp RNC phân bổ kênh truyền tải cho người dùng cách hợp lý hiệu Ngồi chương cịn đề xuất hai kỹ thuật lớp vật lý nhằm tăng dung lượng đường truyền sử dụng thiết bị triệt nhiễu nhiều tầng COMSIC kỹ thuật phân tập dàn ăngten thích ứng 104 KẾT LUẬN Mạng truy nhập vô tuyến phần đặc trưng hệ thống viễn thông di động Trong mạng 3G WCDMA, mạng truy cập vô tuyến UTRAN sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA hoạt động băng tần rộng (5MHz) Thông tin thoại hay số liệu người sử dụng ghép với chuỗi bit giả ngẫu nhiên có tốc độ lớn,do tín hiệu người dùng có độ rộng băng tần tương đối hẹp trải rộng phụ thuộc vào hệ số trải phổ Nhờ mà mạng WCDMA có khả cung cấp linh hoạt nhiều loại dịch vụ với tốc độ khác Trong trình truyền qua giao diện vơ tuyến UTRAN, tín hiệu chịu tác động yếu tố nhiễu, fadinh, suy hao đường truyền v.v địi hỏi thiết bị điều khiển mạng vơ tuyến RNC phải có chức điều khiển tài nguyên vô tuyến tin cậy hiệu Hoạt động UTRAN ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chất lượng dịch vụ chung mạng, nhà khai thác phải giám sát hoạt động UTRAN , mà cụ thể hoạt động RNC Node B thông qua thông số thị hiệu suất KPI, để từ có giải pháp điều chỉnh, tối ưu hóa hoạt động mạng truy nhập vơ tuyến Trong luận văn đề xuất hai kỹ thuật nhằm nâng cao dung lượng hệ thống vô tuyến thiết bị triệt nhiễu nhiều tầng COMSIC kỹ thuật phân tập dàn ăngten thích ứng Do thời gian có hạn hiểu biết lĩnh vực di động hạn chế nên luận văn nhiều điểm khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp q giá Thầy cô, đồng nghiệp bạn 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Học viện công nghệ BCVT (2004), Hệ thống thông tin di động W-CDMA Tiếng Anh: Ralf Kreher (2006), UMTS Performance Measurement, John Wiley & Sons, Ltd David Soldani (2005), QoS Management in UMTS Terrestrial Radio Access FDD Networks, Helsinki University of Technology Communications Laboratory Technical Report T53 G Gómez and R Sánchez (2005), End-to-End Quality of Service over Cellular Networks, John Wiley & Sons, Ltd David Soldani, Man Li and Renaud Cuny (2006), QoS and QoE Management in UMTS Cellular Systems, John Wiley & Sons, Ltd Robert Lloyd-Evans,QoS in Integrated 3G Networks, Artech Housewww.artechhouse.com Jaana Laiho and Achim Wacker (2006), Radio Network Planning and Optimisation for UMTS Second Edition, John Wiley & Sons, Ltd 106 ... việc đảm bảo hiệu suất chất lượng dịch vụ mạng 3G WCDMA Khái niệm chất lượng dịch vụ (QoS) khái niệm rộng Để đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối đòi hỏi kết hợp nhiều thành phần mạng Luận văn... UTRAN có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chất lượng dịch vụ chung mạng 3G WCDMA, địi hỏi người quản trị thường xuyên giám sát hoạt động mạng truy nhập vô tuyến thơng qua số hiệu suất KPI (Key Performance...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN THẮNG TỐI ƯU HOÁ HIỆU XUẤT CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG 3G WCDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI