ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 UMTS 5 I. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỀN THÔNG TIN DI ĐỘNG 5 II. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 IMT2000 6 III. CÔNG NGHỆ WCDMA 7 IV. HỆ THỐNG UMTS 9 1. Tổng quan 9 2. Mối quan hệ và sự khác nhau giữa WCDMA và UMTS 11 3. Dịch vụ của hệ thống UMTS 13 4. Cấu trúc của cell UMTS 14 5. Cấu trúc của hệ thống UMTS 15 6. Mạng lõi CN (Cora Network) 17 7. Truy cập vô tuyến mặt đất UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network) 18 8. Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) 20 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG UMTS 22 I. MỤC ĐÍCH CỦA ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 22 II. PHÂN LOẠI ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 24 1. Điều khiển công suất cho đường xuống và đường lên 24 2. Điều khiển công suất phân tán và tập trung 24 3. Điều khiển công suất theo phương pháp đo 25 4. Điều khiển công suất vòng kín và vòng hở 26 III. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÒNG HỞ TRONG UMTS 27 1. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường lên 27 2. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường xuống 28 IV. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÒNG KÍN 29 1. Các kỹ thuật điều khiển công suất vòng trong 29 2. Điều khiển công suất vòng ngoài 35 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC ĐỘNG DSSPC VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHÂN TÁN DPC 38 I. MỘT SỐ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG THUẬT TOÁN 39 1. Nhiễu đồng kênh 39 2. Nhiễu kênh lân cận 40 3. Hiện tượng gần xa 41 4. Tải lưu lượng 42 5. Cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) 43 6. Hiệu quả sử dụng kênh 44 II. Độ dự trữ SIR nhiều mức 44 III. Sự hoạt động của mạng 45 V. Điều khiển công suất phân tán DCP 49 1. Mô hình hệ thống 50 2. Thuật toán điều khiển công suất 51

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -*** - HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Giảng viên hướng dẫn ThS Đặng Xuân Điệp Sinh viên thực SV Mạng Máy Tính – Khóa 58 Nguyễn Thị Hạnh (1321050519) Nguyễn Mạnh Cường (1321050034) Nguyễn Xuân Hòa (1321050551) Nguyễn Vinh Quỳnh (1321050169) Hà Nội – 2017 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MỤC LỤC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển nghành công nghệ điện tử, tin học Công nghệ thông tin di động năm qua phát triển mạnh mẽ, cung cấp loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng Kể từ đời vào cuối năm 1940 thông tin di động phát triển qua nhiều hệ tiến bước dài đường công nghệ Trong kỷ 21, giới chứng kiến bùng nổ thông tin vô tuyến thông tin di động đóng vai trò quan trọng Để đáp ứng nhu cầu ngày tăng số lượng lẫn chất lượng dịch vụ đặc biệt dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện công nghệ băng rộng đời Với khả tích hợp nhiều dịch vụ, công nghệ băng rộng dần chiếm lĩnh thị trường viễn thông Có nhiều chuẩn thông tin di động hệ ba đề xuất, chuẩn WCDMA ITU chấp nhận triển khai số khu vực Hệ thống UMTS phát triển hệ thống thông tin di động hệ hai sử dụng công nghệ TDMA GSM, PDC, IS136… UMTS sử dụng công nghệ CDMA mục tiêu hướng tới hệ thống thông tin di động toàn giới, điều cho phép thực tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ truyền thông không dây toàn cầu Điều khiển công suất hệ thống thông tin di động khâu quan trọng hệ thống, hạn chế ảnh hưởng hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, dung lượng hệ thống khả chống lại fading vốn đặc trưng môi trường di động Điều khiển công suất cho hệ thống vô tuyến tế bào nghiên cứu tương đối chi tiết số công trình Đối với hệ thống băng hẹp, sơ đồ điều khiển công suất gợi mở cho nhiều nghiên cứu cho hệ thống băng rộng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS I QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỀN THÔNG TIN DI ĐỘNG Sự phát triền nhanh chóng dịch vụ số liệu IP đặt yêu cầu công nghệ thông tin di động Thông tin di động hệ sử dụng công nghệ số hệ thống băng hẹp xây dựng chế chuyển mạch kênh nên đáp ứng dịch vụ Trước bố cảnh hiệp hội viễn thông quốc tế đưa đề án tiêu chuẩn hóa để xây dựng hệ thống thông tin hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 thông qua dự án 3GPP (Thir Generation Partnership Project) Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba đời từ dự án 3GPP gọi hệ thống thông tin di động UMTS/WCDMA Sơ đồ tóm lược trình phát triển hệ thống thông tin di động tế bào Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Quá trình nghiên cứu tăng tốc độ số liệu 3GPP HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ IMT-2000 II Liên minh viễn thông quốc tế ITU(International Telelcommunications Union) thành lập nhóm nghiên cứu để nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ 3, nhóm nghiên cứu TG8/1, nhóm đặt tên cho hệ thống thông tin di động hệ thứ Hệ thống thông tin di động mặt đất tương lai(FPLMTS-Future public Lan Mobile Telecommucation System) Sau này, nhóm đổi tên hệ thống thông tin thành Hệ thống thông tin di động toàn cầu cho năm 2000(IMT-2000: Internaltional Mobile Telecommunication for the year 2000) Với tiêu chí sau: Sử dụng dải tần quy định quốc tế GHz sau : - Đường lên : 1885 – 2025 MHz Đường xuống : 2110 – 2200 MHz Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho hình loại thông tin vô tuyến: - Tích hợp mạng thông tin hữu tuyến vô tuyến Tương tác cho loại dịch vụ viễn thông Sử dụng môi trường khai thác khác : Trong công sở, đường, xe, vệ tinh 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 mô hình truyền liệu đồng không đồng Có khả chuyển vùng toàn cầu ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Có khả sử dụng giao thức Internet Hiệu sử dụng phổ tần cao hệ thống có Môi trường hoạt động IMT- 2000 chia thành bốn vùng với tốc độ bit Rb phục vụ sau : - Vùng : nhà, ô pico, RbĠ Mbps Vùng : thành phố, ô micro, RbĠ 384 Mbps Vùng : ngoại ô, ô macro, RbĠ 144 Kbps Vùng : toàn cầu, RbG = 9,6 Kbps Hiện hai tiêu chuẩn chấp thuận cho IMT- 2000 là: WCDMA xây dựng sở cộng tác Châu Âu Nhật Bản CDMA 2000 Mỹ xây dựng CÔNG NGHỆ WCDMA III WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access – Truy cập đa phân mã băng rộng) công nghệ 3G hoạt động dựa CDMA có khả hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao video, truy cập Internet, hội thảo hình… WCDMA nằm truong dải tần 1920 MHz – 1980 MHz, 2110MHz-2170MHz WCDMA 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 công nghệ thông 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 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG - Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD TDD Trong mô hình FDD sóng mang MHz sử dụng cho đường lên đường xuống, mô hình TDD sóng - mang MHz chia xẻ theo thời gian đường lên đường xuống WCDMA hỗ trợ hoạt động không 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 thông 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 thông tin sóng mang Hệ số tái sử dụng tần số Hỗ trợ phân tập phát cấu trúc thu tiên tiến Nhược điểm WCDMA hệ thống không cho phép băng TDD phát liên tục không tạo điều kiện cho kỹ thuật chống nhiễu môi trường làm việc khác Hệ thống thông tin di động hệ ba WCDMA cung cấp dịch vụ với tốc độ bit lên đến Mbit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn truyền dẫn đối xứng không đối xứng, thông tin điểm đến điểm thông tin đa điểm Với khả đó, hệ thống thông tin di động hệ ba cung cấp dễ dàng dịch vụ như: điện thoại thấy hình, tải liệu nhanh, cung cấp dịch vụ đa phương tiện khác ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Các dịch vụ đa phương tiện hệ thống thông tin di động hệ thứ Các nhà khai thác cung cấp nhiều dịch vụ khách hàng, từ dịch vụ điện thoại khác với nhiều dịch vụ bổ sung dịch vụ không liên quan đến gọi thư điện tử, FPT… IV HỆ THỐNG UMTS Tổng quan UMTS (Universal Mobile Telefone System) dựa công nghệ WCDMA giải pháp tổng quát cho nước sử dụng công nghệ di động GSM, UMTS tổ chức 3GPP quản lý 3GPP đồng thời chịu trách nhiệm chuẩn mạng di động GSM, GPRS EDGE Được xây dựng với mục đích cung cấp cho mạng di động toàn cầu với dịch vụ phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, Internet liệu băng rộng Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động hệ thứ tiêu chuẩn hoá học viện tiêu chuẩn ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG viễn thông Châu Âu (ETSI: European Telecommunications Standard Institute) phù hợp với tiêu chuẩn IMT- 2000 ITU (International Telecommunication Union) UMTS có tên 3GSM, dùng để nhấn mạnh liên kết 3G chuẩn GSM UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải liệu đến 1920Kbps (gần 2Mbps số liệu công bố), thực tế hiệu suất đạt vào khoảng 384Kbps Tuy nhiên tốc độ nhanh nhiều so với chuẩn GSM (14,4Kbps) HSCSD (14,4 Kbps) lựa chọn hoàn hảo cho giải pháp truy cập internet giá rẻ thiết bị di động Hội nghị vô tuyến giới năm 1992 đưa phổ tần số dùng cho hệ thống UMTS: - 1920MHz ÷ 1980MHz 2110MHz ÷ 2170 MHz dành cho ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: ghép kênh theo tần số) đường lên đường - xuống, khoảng cách kênh MHz 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 Năm 1998 3GPP đưa tiêu chuẩn UMTS: - Dịch vụ Mạng lõi Mạng truy nhập vô tuyến Thiết bị đầu cuối Cấu trúc hệ thống ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Các giải phổ tần dành cho UMTS WCDMA sử dụng hai phương thức song công: TDD (song công phân chia theo thời gian) FDD(song công phân chia theo tần số) Phương pháp FDD cần hai băng tần cho đường lên đường xuống Phương thức TDD cần băng tần Thông thường phổ tần số bán cho nhà khai thác theo dải 2X10MHz, 2x15MHz cho điều khiển Mặc dù có số đặc điểm khác hai phương thức có tổng hiệu suất gần giống Chế độ TDD không cho phép máy di động trạm phát có trễ truyền lớn, gây đụng độ khe thời gian thu phát Vì mà chế độ TDD phù hợp với môi trường có trễ truyền thấp, chế độ TDD vận hành pico cell Một ưu điểm TDD tốc độ liệu đường lên đường xuống khác nhau, mà phù hợp cho ứng dụng có đặc tính bất đối xứng đường lên đường xuống, chẳng hạn Web Browsing Trong trình hoạch định mạng, ưu điểm nhược điểm hai phương pháp bù trừ Mối quan hệ khác WCDMA UMTS Ngay từ đầu năm 20 kỷ 20, Hiệp hội tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu(ETSI) bắt đầu trung cầu phương án kỹ thuật tiêu chuẩn 3G vội vàng gọi ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 10 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ô khác nhau, ta có nhiều sơ đồ phân bổ kênh cho phép phân cách kênh lân cận ô thành N độ rộng băng tần kênh, N kích cỡ cụm Nhiễu kênh lân cận phân hai loại nhiễu kênh lân cận “trong băng” nhiễu kênh lân cận “ngoài băng” Gọi nhiễu “trong băng” tâm độ rộng băng tần tín hiệu gây nhiễu nằm độ rộng băng tần tín hiệu mong muốn Gọi nhiễu kênh lân cận “ngoài băng” tâm độ rộng băng tần tín hiệu gây nhiễu nằm độ rộng băng tần tín hiệu mong muốn Nhiễu kênh lân cận tập trung chủ yếu vào nhiễu kênh lân cận băng dạng nhiễu có ảnh hưởng dễ nhận thấy tín hiệu mong muốn, trái lại nhiễu băng vấn đề không nghiêm trọng Tỷ số sóng mang kênh lân cận (C/A) biểu diễn mức tín hiệu kênh mong muốn thu kênh liền kề : C / A = 10 log(Pc / Pa ) Trong Pc : cường độ tín hiệu thu nhận từ kênh mong muốn Pa : cường độ tín hiệu nhận từ kênh lân cận Giá trị C/A thấp dẫn đến BER cao Các loại nhiễu hệ thống Hiện tượng gần xa ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 39 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Vấn đề gần xa ( Điều khiển công suất đường lên) Tín hiệu từ MS khác truyền đồng thời băng thông hệ thống WCDMA Nếu không điều khiển công suất, tín hiệu từ MS gần BS chặn tín hiệu từ MS khác xa BS Trong tình xấu nhất, MS có công suất lớn chặn tất MS cell Giải pháp sử dụng điều khiển công suất để đảm bảo tín hiệu đến từ kết cuối khác có công suất hay SIR (Signal-to-Interference Ratio) đến trạm BS Bù nhiễu kênh lân cận ( điều khiển công suất đường xuống) Ở hướng xuống, tượng gần xa Điều khiển công suất để bù vào suy hao nhiễu kênh lân cận, đặc biệt máy di động gần đường biên cell hình Hơn nữa, điều khiển công suất đường xuống để cực tiểu nhiễu tổng cộng giữ giá trị đích QoS Tải lưu lượng Trong hệ thống viễn thông, lưu lượng tin tức truyền dẫn qua kênh thông tin Cơ sở lý thuyết nhà toán học tên Erlang người Đan Mạch nghiên cứu xây dựng mô hình lưu lượng để dự tính đặc điểm vận hành Ngày số đo cường độ lưu lượng truyền kênh mang tên ông Một Erlang lưu lượng kênh thông tin liên tục bị chiếm giữ (nghĩa gọi hay phút gọi phút) ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 40 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Chẳng hạn kênh vô tuyến bị chiếm thời gian 30 phút mang 0,5 Erlang lưu lượng Lưu lượng thuê bao A tính theo công thức sau: A= n.T ( Erl ) 3600 Trong : A : lưu lượng thông tin người sử dụng (Erlang) n : số gọi trung bình người sử dụng T : thời gian trung bình cho gọi (s) (n,T phụ thuộc vào số thống kê mạng) Từ A ta tính số kênh yêu cầu cần thiết mạng tế bào Ở Châu Âu, thời gian trung bình từ 50-90 s Theo số liệu thống kê mạng di động n=1, T=210 s Hiện nay, tồn hai mô hình toán học lý thuyết lưu lượng : mô hình Erlang- B mô hình Erlang- C Mô hình Erlang-B : mô hình hệ thống hoạt động theo kiểu suy hao, gọi bị nghẽn bị bỏ rơi không lưu giữ lại dạng để chờ rỗi Mô hình áp dụng cho mạng UMTS Mô hình Erlang-C : mô hình hệ thống hoạt động theo kiểu chờ, gọi bị nghẽn hệ thống giữ lại đợi có kênh giải phóng Tồn ba khái niệm lưu lượng : lưu lượng phục vụ, lưu lượng truyền, lưu lượng bị chặn Lưu lượng phục vụ tổng lưu lượng phục vụ cho tất người sử dụng Lưu lượng truyền lưu lượng kênh truyền, lưu lượng bị chặn lưu lượng trình thiết lập gọi mà không truyền Vậy : Lưu lượng phục vụ = Lưu lượng truyền + Lưu lượng bị chặn Cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) Là đại lượng biểu thị số % gọi không thành công Hay GoS xác định xác suất nghẽn đường truyền vô tuyến vấn đề khởi tạo gọi cao điểm Giờ cao điểm chọn theo yêu cầu khách hàng cao điểm tuần, tháng năm Cấp bậc phục vụ dấu mốc sử dụng để định nghĩa hiệu yêu cầu hệ thống phân bổ trung kế sở đặc tả xác xuất yêu cầu để người sử dụng đạt truy nhập kênh cho trước số lượng kênh khả dụng hệ thống Nhiệm vụ người thiết kế hệ thống vô tuyến ước tính ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 41 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG dung lượng yêu cầu cực đại phân bổ số lượng kênh để đáp ứng GoS GoS thường cho xác suất gọi bị chặn hay xác suất mà gọi phải trễ (đợi) lớn thời gian hàng Quá trình thiết lập gọi Để có GoS tốt khả tắc nghẽn phải giảm Điều có nghĩa số người sử dụng thấp, số tải đến (lưu lượng phục vụ) phải nằm giới hạn phục vụ kênh Ngược lại, GoS khả tắt nghẽn cao, tương ứng với số người sử dụng cao Chính vậy, tính toán số kênh sở lưu lượng cần thiết đòi hỏi phải có thoả hiệp số lượng người sử dụng chất lượng phục vụ, có nghĩa phải rõ mức nghẽn Cấp độ phục vụ chấp nhận thường từ 2(5%, có nghĩa tối đa 2(5% lưu lượng bị nghẽn, 98(95% lưu lượng truyền Cấp bậc phục vụ GoS thấp hiệu suất sử dụng kênh cao Hiệu sử dụng kênh Hiệu sử dụng kênh hiệu suất sử dụng tối đa kênh mà không xảy nghẽn Hiệu sử dụng kênh định nghĩa tỷ số tải phục vụ tổng số kênh Gọi A lưu lượng phục vụ, ta có : Lưu lượng bị chặn = A GoS Lưu lượng truyền = A ( 1- GoS ) Nếu giảm cấp độ phục vụ GoS với số kênh lưu lượng phục vụ nhiều thuê bao hơn.Vậy cấp bậc phục vụ thấp hiệu suất sử dụng kênh cao II Độ dự trữ SIR nhiều mức Là giả thuyết biến đổi kênh ban đầu mà cần phải xác định theo kết phép đo vô tuyến thời gian thực.Rút từ kết hợp AC (Admision Control) phần tử khác RRM( Radio Resource Management) Độ dự trữ có giới hạn ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 42 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG giới hạn tùy thuộc vào tải/giao thoa mạnh vô tuyến truy cập vô tuyến hay tai mức tế bào Xác định rõ độ dự trữ công suất nhằm đảm bảo tiêu độ ổn định hệ thống Do mạng vô tuyến môi trường động biến đổi nhanh lớn nên vùng dự trữ công suất giao động lên xuống dứới mức tải giao thoa thay đổi Khi kênh mang vô tuyến thiết lập,DSSPC điều khiển mức công suất truyền để tối ưu dự trữ công suất Điều đạt nhờ sử dụng thông tin chất lượng dịch vụ QoS kênh mang mức nhiễu mà gây cho mạng dung lượng mạng liên quan đến nhiễu Để cung cấp chất lượng dịch vụ tốt với mức tối thiểu công suất truyền (hay SIR) cần cân chất lượng dịch vụ QoS ,dung lượng mạng, quản lý cước kênh mang nhiên kết điều khiển công suất không tất yếu mức tối thiểu Độ dự trữ SIR loại dịch vụ khác Hình đồ thị thể mức công suất truyền trạm di động dạng nhiều múc SIR điều khiển để đến mức tối ưu.Thay ngưỡng SIR đích, SIR nhiều mức có nhiều ngưỡng bao gồm giới hạn giới hạn xác định.Do dịch vụ thoại, liệu hình ảnh có mức công suất truyền tối ưu đặc biệt mà trạm di động hay III Sự hoạt động mạng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 43 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC Hình giản đồ phương pháp DSSPC điều khiển công suất đường lên Trong điều khiển công suất đường lên, bên cạnh mạng, điều khiển truy cập vô tuyến trạm gốc sở cho điều khiển phần tiến trình điều chỉnh công suất Điều khiển cho phép điều khiển công suất điều khiển truy cập vô tuyến thiết lập đích chất lượng tín hiệu gồm SIR_max, SIR-opt_max, SIR_opt_min SIR_min Điều dựa thông tin lưu lượng sẵn có AC (Admission Cotrol),cường độ tín hiệu, SIR, độ ưu tiên truy cập, thông tin hỗ trợ định vị… Như hình Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC, trạm gốc phát lệnh công suất truyền (TPC: Transmit Power Command) việc so sánh SIR nhận được/công suất kênh đường lên với ngưỡng xác định SIR/độ dự trữ công suất ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 44 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG IV Sự hoạt động trạm di động Đầu tiên, trạm di động nhận lệnh điều khiển công suất từ trạm gốc Nó ghi lệnh điều khiển công suất vào ghi lệnh Việc thay đổi liệu gốc lưu trữ bao gồm liệu lệnh điều khiển công suất gần nhất, kích cỡ bước, toạ độ máy thu cầm tay Trạm di động kiểm tra giá trị lệnh điều khiển công suất, kích cỡ bước, thông tin hỗ trợ định vị bao gồm thay đổi liệu gốc Nếu lệnh điều khiển công suất hay chuỗi kích thước bước chẵn, nghĩa mức công suất không hoàn toàn thay đổi giữ ổn định số lượng đáng kể cần thay đổi công suất truyền Nếu lệnh điều khiển công suất hay chuỗi kích thước bước lẻ, tiến trình dẫn tới việc kiểm tra lệnh điều khiển công suất không ổn định, nói cách khác chu trình lệnh điều khiển công suất lặp lặp lại thường xuyên Trong trường hợp chuỗi kích cỡ bước rộng xem xét để bù vào thay đổi công suất truyền Nếu lệnh điều khiển công suất hay chuỗi khích thước bước không chẵn không lẻ, lệnh lặp lại không theo quy luật sau tiến trình chuyển trực tiếp đến bước điều khiển công suất nhanh nơi mà không gây trễ Vùng phủ sóng trạm điện thoại dự đoán thay đổi môi trường truyền, điều ảnh hửởng đến kênh vô tuyến tránh tựơng “hiệu ứng góc” định điều khiển công suất Để tính kích thước DSS (Dynamic Step-Size) dựa vào phương trình (*), trạm di động xác định giá trị toàn điều khiển công suất Bước điều khiển công suất kết kết hợp giá trị không đổi giá trị thay đổi điều khiển công suất Do đó, trạm di động điều chỉnh công suất truyền cách thêm DSS vào công suất tín hiệu ban đầu Po sau Ptrx(dB) = Po(dB) + DSS (dB) DSS(dB) = α β γ , với γ = (*) Trong phương trình (*), α kích thước bước cố định xác định trước β thành phần động DSS định nghĩa dựa giá trị thực đích SIR tương ứng với kết nối vô tuyến Mục đích DSS để bù vào suy giảm công suất kênh truyền không ổn định ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 45 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Để định nghĩa giá trị thông số SIR nhận SIR đích cần phải sẵn có Tuy nhiên, thông tin sẵn có trạm gốc Do đó, việc điều chỉnh công suất truyền đường lên có hai khả thực : • Thông tin liên quan đến SIR truyền đến trạm di động cách dùng tín hiệu kênh chuyên dụng hay kênh chung Bộ phân tích liệu gốc (HDLA: History Data Analyzer Logic) trạm di động tính toán giá trị β dựa bảng dò tìm β (bảng 1) • Giá trị β tính toán trạm gốc việc dùng tiêu chuẩn định nghĩa bảng dò tìm Như kết quả, thông tin truyền đến trạm di động thật β γ Trong trường hợp trạm di động không cần tính tham số liên quan đến SIR, giảm bớt phức tạp tiêu thụ pin Trong bảng (1) ki = ( 0,…,k, k+1 ) số nguyên, tối ưu dựa phép đo thực tế liên quan đến mạng vô tuyến Do đó, thay đổi phụ thuộc vào thay đổi thời gian thực chất lượng tín hiệu fading đích SIR cho kênh mang yêu cầu ánh xạ mạng Trong ví dụ giá trị nhiều mức SIR đích định nghĩa : SIR_max, SIRopt_ max, SIRopt_ min, SIR_min Tiêu chuẩn so sánh SIR ≤ SIRopt_min SIRreal ≤ ≤ ≤ SIR max SIRopt_max SIRreal SIRmax SIRreal > SIRmax ≤ SIRmin SIRreal SIRreal < SIRmin ≤ SIRopt_min β Γ X K1 K2 K1 -1 K2 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC -1 Đối với điều kiện thuật toán, sử dụng bit để truyền thông tin yêu cầu trạm gốc máy di động Có thể sử dụng điều kiện khác thuật toán, để giảm số bit yêu cầu điều khiển công suất truyền TPC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 46 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Mô hình chung DSSPC điều khiển công suất đường lên Trạm gốc chịu trách nhiệm để đo SIR nhận phần phép đo yêu cầu thiết lập thông số dự trữ công suất đích SIR Các phép đo thực sau máy thu phân tập RAKE, nơi kết nối nhiều nhánh khác tín hiệu nhận Tại khối trạm gốc, giá trị đích giá trị đo SIR so sánh Trạm gốc tính toán giá trị tương ứng cho β γ định nghĩa phương trình (*) Để xác định lệnh công suất truyền, phát trạm gốc gởi lệnh công suất phát (TPCs) đến trạm động để tăng, giảm hay giữ công suất truyền không thay đổi Tại trạm di động, lệnh điều khiển công suất tập hợp thành vector mà trạm di động ghi vào phân tích liệu gốc (HDLA) HDLA phân tích vector bit lệnh nhận đưa giá trị thích ứng DSS HDLA đưa đưa thành phần thích ứng DSS dựa thông tin nhận từ trạm gốc dạng luồng bit TPC Cuối cùng, phần tử điều khiển điều chỉnh công suất truyền trạm di động dựa phương trình (*) V Điều khiển công suất phân tán DCP Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) kỹ thuật đa truy nhập sử dụng hệ thống thông tin di động hệ Mạng thông tin di động hệ tích hợp dịch vụ multimedia gồm âm thanh, liệu, hình ảnh, ảnh động vài kết hợp chúng Các loại lưu lượng khác khác tốc độ bit, tỷ lệ lỗi bit BER, độ ưu tiên truy cập Dung lượng CDMA giới hạn nhiễu tổng cộng từ tất kết nối vô tuyến Nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference) nhân tố ảnh hưởng đến dung lượng hệ thống, thiết kế việc giảm MAI làm tăng dung lượng Một kỹ thuật hiệu sử dụng để giảm MAI đáp ứng yêu cầu chất lượng điều khiển công suất truyền người sử dụng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 47 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Thuật toán điều khiển công suất phân thành điều khiển phân tán tập trung Nhiều nghiên cứu kỹ thuật phân tán tập trung điều khiển công suất tập trung chịu ảnh hưởng lớn điều khiển liệu phải chịu tình trạng mạng không bảo vệ Trong kỹ thuật điều khiển công suất phân tán (DPC), trạm sử dụng công suất truyền thời Kỹ thuật phân tán đơn giản sử dụng thông tin kỹ thuật tập trung Kỹ thuật phân tán yêu cầu đo nhiễu đường truyền trạm tiếp tục truyền đến máy di động tương ứng Tuy nhiên kỹ thuật phân tán cần nhiều thời gian để tối thiểu hoá mức SIR Kỹ thuật điều khiển công suất sử dụng theo dạng tập trung yêu cầu thông tin cường độ tín hiệu tất kết nối vô tuyến hoạt động mà không ý khả điều chỉnh công suất truyền Phương pháp gia tăng phức tạp mạng thông tin chi tiết mạng di động nhiều ô liên quan yêu cầu kênh vô tuyến tập trung không sẵn sàng thời gian thực Ngược lại, kỹ thuật điều khiển công suất phân tán không yêu cầu thông tin trạng thái tập trung tất kênh riêng lẻ Thay vào đó, thích nghi mức công suất nhờ sử dụng phép đo vô tuyến cục bộ, ý tới thay đổi chất lượng dịch vụ động thời giải hiệu ứng tồn hệ thống tế bào Tuy nhiên, phương pháp không xét đến liên quan kết nối cho QoS kết nối hữu Trong hệ thống, mong muốn công suất truyền giảm đến mức tối ưu trì chất lượng thông tin yêu cầu, đặc biệt kết cuối di động công suất truyền cung cấp pin DPC thuật toán điều khiển công suất phân tán sử dụng thông tin SIR sử dụng kỹ thuật lặp để điều khiển công suất truyền Thuật toán có khả đạt mức SIR yêu cầu tối ưu hoá hoạt động mạng Mô hình hệ thống Mô hình hệ thống sử dụng điều khiển công suất đường lên Giả thiết trạm di động (M), J thuê bao di động hệ thống Tại trạm M, tỷ số tín hiệu nhiễu nhận thuê bao thứ i là:  S   Eb.Ri   i =  i =  I   No.W  GMi.Pi J ∑G = γi p j + ηM Mj j ≠i Trong Eb lượng bit thông tin No mật độ phổ công suất tạp âm Công suất truyền thuê bao thứ i pi giới hạn mức công suất cực đại : Pi < Pimax với ≤i≤j ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 48 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Ri tốc độ liệu thuê bao thứ i, GMi độ lợi đường truyền thuê bao thứ i trạm M Giá trị GMi giả thiết Việc giả thiết hợp lý thuật toán điều khiển công suất hội tụ khoảng thời gian ngắn W độ rộng băng tần trải phổ, (M nhiễu Do vậy, việc yếu điều khiển công suất tìm vector công suất dương p = (p1, p2 pJ) thoả mãn γi ≥ γT ≤ ≤ i J Trong (T mức SIR tối thiểu yêu cầu xác định dịch vụ hay môi trường BER Thuật toán điều khiển công suất Mỗi UE điều khiển công suất truyền giới hạn cực đại dựa thông tin mức công suất phép đo SIR Thuật toán DPC điều khiển mức SIR tất thuê bao để đạt SIR yêu cầu Chúng ta đề xuất thuật toán điều khiển công suất phân tán sử dụng tham số thay đổi từ thuật toán truyền thống để cải thiện hiệu Hàm công suất vấn đề cần thiết để đạt mức SIR tối thiểu Nếu SIR thuê bao mức cực tiểu suốt thời gian điều khiển công suất kết nối UE-Node B bị cắt Do vậy,tốc độ hội tụ liên quan đến dung lượng hệ thống Thuật toán mô tả sau: Trong k tham số dương theo kinh nghiệm chọn k=0,04 tốt cho hầu hết hệ thống Nếu k lớn, tốc độ hội tụ chậm, k nhỏ SIR dao động Chúng ta đạt tốc độ hội tụ nhanh cách tối ưu hóa k, ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG công Page 49 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG suất truyền ban đầu thuê bao, công suất truyền thuê thứ n Theo kết thực nghiệm n chọn khoảng 10-20 tối ưu Có trường hợp sau: Mục đích thuật toán tăng hay giảm công suất truyền UE dựa SIRi(γi) nhận Bằng cách điều chỉnh thông số k hàm điều khiển công suất, hệ thống thỏa mãn yêu cầu vận hành khác Kết mô thể khả ổn định hệ thống cao phương pháp điều khiển công suất truyền thống ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 50 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất Công thức tính toán SIRreal từ Pđk Tỷ số công suất tín hiệu tạp âm đường lên SIR thuê bao xác định sau: Trong đó: SP hệ số trải phổ (spreading factor) Pr công suất thu Node B α hệ số giảm trực giao (0≤α≤1) Iintra nhiễu tín hiệu từ UE khác Node B gây Iinter nhiễu tín hiệu từ UE Node B khác gây PN công PN công suất nhiệt tạp âm (nhiễu nền) Đối với đường lên, trực giao nên α=1, trước nén phổ SIR tính theo phương trình sau: Sau nén phổ tổng công suất can nhiễu I =Iintra+Iinter+PN, SIR viết sau: Với: I=I0.Bw Viết lại công thức theo dB: SIR=SF(dB)+Pr(dB)-I0-10.lg(Bw) Hệ số trải phổ: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 51 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Hay (dB) Trong đó: Rt tốc độ liệu (Mbps) Công suất tín hiệu thu UE Node B Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt (dBm) Trong đó: Pr công suất tín hiệu thu UE Node B (dBm) Lp : tổn hao đường truyền sóng cho phép vùng phủ ô (dB) Al: dự trữ pha đinh log chuẩn (dB) Gt: hệ số khuếch đại anten trạm gốc (dBi) Lt: tổn hao conector cáp thu Node B (dB) Mật độ công suất nhiễu tín hiệu từ UE khác Node B gây ra: Iintra = Pr + 10lg(Nt – 1) + 10lgCa – 10lgBw (dBm/Hz) Trong đó: Iintra : mật độ công suất nhiễu tín hiệu từ UE khác Node B gây (dBm/Hz) Ca : hệ số tích cực thoại kênh lưu lượng (0,4-0,6) Nt : Số kênh lưu lượng Cell xét Bw : độ rộng băng tần (Hz) Mật độ công suất nhiễu tín hiệu từ UE Node B khác gây ra: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 52 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Ictr: mật độ công suất nhiễu tín hiệu từ UE node B khác gây (dBm/Hz) fr: Hệ số tái sử dụng tần số Mật độ tạp âm nhiệt (nhiễu nền) : Trong đó: N0: Mật độ tạp âm nhiệt nhiệt độ 290 (K) Nf: Hệ số tạp âm máy thu Node B (dB) Mật độ phổ công suất nhiễu: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 53 ... THÔNG TIN DI ĐỘNG MỤC LỤC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển nghành công nghệ điện tử, tin học... SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Page BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS I QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỀN THÔNG TIN DI ĐỘNG Sự phát triền... HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ IMT-2000 II Liên minh viễn thông quốc tế ITU(International Telelcommunications Union) thành lập nhóm nghiên cứu để nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ 3,