Đang tải... (xem toàn văn)
Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Để đáp ứng nhu cầu băng thông lớn, tốc độ ngày càng cao của con người thì 3G cũng như phát triển lên 4G ngày càng trở lên vô cùng cấp thiết. Để có thể tạo ra một mạng 4G(LTE) đáp ứng được các nhu cầu người sử dụng, và áp dụng triển khai thực tế, các nhà mạng các công ty sản xuất thiết bị cũng như các tổ chức tiêu chuẩn đã không ngừng nghiên cứu và thử nghiệm. Việc áp dụng các lý thuyết cơ bản, các ứng dụng thực tế đã đem lại kết quả khả quan cho sự phát triển 4G. Một giải pháp tương đối đơn giản đó là làm giảm khoảng cách đến với thiết bị người dùng di động, thì hiệu quả mang lại là rất lớn. Khi trạm gốc được đặt trong nhà sẽ có khả năng cung cấp một dịch vụ băng thông rộng và tốc độ cao. Và truyền tải thoại không có ưu cầu quá cao sẽ vẫn được duy trì trên trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ đặt bên ngoài. Nhưng thực tế nó cũng gặp phải thách thức về nhiễu giữ trạm gốc trong nhà và trạm gốc bên ngoài. Các nhà cung cấp thiết bị hay các tổ chức nghiên cứu cũng đưa ra các giải pháp cho thách thức này
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng Tổng quan LTE/LTE Advanced MỞ ĐẦU Thông tin di động số ngày phát triển mạnh mẽ giới với ứng dụng rộng rãi lĩnh vực thông tin, dịch vụ sống ngày Các kĩ thuật không ngừng hoàn thiện đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Để đáp ứng nhu cầu băng thông lớn, tốc độ ngày cao người 3G phát triển lên 4G ngày trở lên vô cấp thiết Để tạo mạng 4G(LTE) đáp ứng nhu cầu người sử dụng, áp dụng triển khai thực tế, nhà mạng công ty sản xuất thiết bị tổ chức tiêu chuẩn không ngừng nghiên cứu thử nghiệm Việc áp dụng lý thuyết bản, ứng dụng thực tế đem lại kết khả quan cho phát triển 4G Một giải pháp tương đối đơn giản làm giảm khoảng cách đến với thiết bị người dùng di động, hiệu mang lại lớn Khi trạm gốc đặt nhà có khả cung cấp dịch vụ băng thông rộng tốc độ cao Và truyền tải thoại ưu cầu cao trì trạm gốc nhà cung cấp dịch vụ đặt bên Nhưng thực tế gặp phải thách thức nhiễu giữ trạm gốc nhà trạm gốc bên Các nhà cung cấp thiết bị hay tổ chức nghiên cứu đưa giải pháp cho thách thức Vì vậy, đồ án này, em nghiên cứu đề tài: “Hệ thống thông tin di động sử dụng Femtocell” với trọng tâm tìm hiểu số thuật toán điều khiển công suất cho mạng thông tin di động sử dụng femtocell Chương Quyền đồ án gồm chương là: Chương1: Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advance Chương 2: Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell Chương 3: Một số giải pháp cho hệ thống LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell Chương 4: Kết luận kiến nghị Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 MỤC LỤC CHƯƠNG1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE/LTE ADVANCED 1.1 Tổng quan lịch sử thông tin di động 1.1.1 Hệ thống 1G 1.1.2 Hệ thống 2G 1.1.3 Hệ thống 3G 13 1.1.4 Hệ thống 4G 16 1.2 Tổng quan LTE/LTE Advanced 18 2.1Lịch sử đời LTE 18 1.2.2 Mong muốn đặt cho LTE 19 1.2.3 Các truy cập vô tuyến LTE 20 1.2.4 Sử dụng hệ thống MIMO LTE : 25 1.2.5 Các băng tần hỗ trợ : 27 1.2.6 LTE Advanced 28 1.3 Các phương pháp tăng hiệu hệ thống thông tin di động (LTE) 29 CHƯƠNG2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE\LTE-ADVACEDSỬ DỤNG FEMTOCELL 32 2.1 Giới thiệu Femtocell 32 2.2 Các khía cạnh kỹ thuật Femtocell 35 2.2.1 Tiêu chuẩn Femtocell 35 2.2.2 Đường lên xuống Femtocell 37 2.2.3 Kết nối Femtocell tới mạng lõi 42 2.3 Thách thức Femtocell 49 2.3.1 Thách thức kỹ thuật 49 2.3.2 Các vấn đề kinh tế quản lý 55 CHƯƠNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG LTE\LTE ADVANCED SỬ DỤNG FEMTOCELL 59 3.1 Quản lý công suất cho mạng femtocell xanh 59 1.1Femtocell môi trường doanh nghiệp 60 3.1.2 Thuật toán điểu khiển công suất 62 3.1.3 Ví dụ Femtocell tối ưu hóa 68 3.2 Thiết lập công suất thích ứng 69 3.2.1 Đề án mức công suất thích nghi 70 3.3 Đánh giá mô 74 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 4.1 Kết luận 81 4.2 Kiến nghị 81 CHƯƠNG1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE/LTE ADVANCED Thông tin di động không khái niệm xa lạ phát triển nhanh chóng nhìn thấy rõ ràng Theo Martin Cooper Arraycomm: "Khả di động tăng gấp đôi sau 30 tháng kể từ 104 năm qua" Và tốc độ vượt dự đoán trước Trong chương em muốn giới thiệu khái quát hệ thống thông tin di động từ hệ 1G đến hệ 4G(LTE) Đồng thời trình bày tổng quan hệ thống LTE/LTE-Advanced Một số cách làm tăng hiệu hệ thống giải pháp nhằm đáp ứng tăng trưởng hệ thống 1.1 Tổng quan lịch sử thông tin di động 1.1.1 Hệ thống 1G Công nghệ di động công nghệ tương tự, hệ thống truyền tín hiệu tương tự (analog), mạng điện thoại di động nhân loại, khơi mào Nhật vào năm 1979 Những công nghệ thuộc hệ thứ kể đến : NMT (Nordic Mobile Telephone) sử dụng nước Bắc Âu, Tây Âu Nga Cũng có số công nghệ khác AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) sử dụng Mỹ Úc; TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) sử dụng Anh, C-45 Tây Đức, Bồ Đào Nha Nam Phi, Radiocom 2000 Pháp; RTMI Italia Hầu hết hệ thống hệ thống analog yêu cầu chuyển liệu chủ yếu âm Với hệ thống này, gọi bị nghe trộm bên thứ ba Một số chuẩn hệ thống là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac Những điểm yếu hệ 1G dung lượng thấp, xác suất rớt gọi cao, khả chuyển gọi không tin cậy, chất lượng âm kém, chế độ bảo mật… hệ thống 1G đáp ứng nhu cầu sử dụng 1.1.2 Hệ thống 2G Năm 1982, hội nghị quản lý bưu điện viễn thông Châu Âu (CEPT – European Conference of Postal and Telecommunications adminstrations) thành lập nhóm nghiên cứu, GSM – Group Speciale Mobile, mục đích phát triển chuẩn thông tin di động Châu âu Năm 1987, 13 quốc gia ký vào ghi nhớ đồng ý giới thiệu mạng GSM vào năm 1991 Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European Telecommunication Standards Institute) thành lập, có trách nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn European.Sự phát triển kỹ thuật từ FDMA 1G, 2G kết hợp FDMA TDMA Hệ thống 2G phát triển kèm theo nhiều cải tiến việc sử dụng triệt để nguồn tài nguyên tần số vô tuyến Hệ thống thông tin mạng tế bào triển khai góp phần tái sử dụng tần số Hình sau hệ thống di động tế bào tái sử dụng tần số Hình 1.1: Mạng tế bào tái sử dụng tần số Ta thấy vùng phân chia thành nhóm tế bào đánh số từ Cell đến Cell Các tế bào đánh số khác sử dụng nhóm tần số giống nhau, tế bào sử dụng 1/7 số kênh có sẵn Tất chuẩn hệ chuẩn kỹ thuật số định hướng thương mại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD, WiDEN CDMA2000 (1xRTT/IS-2000) Trong khoảng 60% số mạng theo chuẩn châu Âu Một số tiến hệ thống 2G so với 1G là: - Những gọi di động mã hóa kĩ thuật số - Cho phép tăng hiệu kết nối thiết bị - Bắt đầu có khả thực dịch vụ số liệu điện thoại di động, khởi đầu tin nhắn SMS 1.1.2.1 Đặc điểm hệ thống : Hệ thống GSM làm việc băng tần hẹp, dài tần từ (890960MHz) Băng tần chia làm phần: Hình 1.2: Cặp băng tần đường lên xuống GMS 900 - Uplink band từ (890 – 915) MHz - Downlink ban từ (935 – 960)MHz Băng tần gồm 124 sóng mang chia làm băng, băng rộng 25MHz, khoảng cách sóng mang kề 200KHz Mỗi kênh sử dụng tần số riêng biệt cho đường lên xuống gọi kênh song công Khoảng cách tần số không đổi 45MHz Mỗi kênh vô tuyến mang khe thời gian TDMA khe thời gian kênh vật lý trao đổi thông tin MS mạng GSM Tốc độ mã từ (6.513)Kbps 125 kênh tần số đánh số từ đến 124 gọi kênh tần số tuyệt đối - Sử dụng phương pháp đa truy nhập : + Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple Access ) + Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple Access) + Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access) 1.1.2.2 Các hệ thống điển hình Thế hệ thứ hai (2G) xuất vào năm 90 với mạng di động đầu tiên,sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Trong thời kỳ hệ thứ hai, công nghệ thông tin di động tăng trưởng vượt trội số lượng thuê bao dịch vụ giá trị gia tăng Các mạng thứ hai cho phép truyền liệu hạn chế khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps Các mạng sử dụng chủ yếu cho mục đích thoại mạng chuyển mạch kênh.Tương tự 1G, không tồn chuẩn chung toàn cầu cho 2G, hệ thống 2G dựa chuẩn công nghệ sau: - D-AMPS (Digital AMPS): Được sử dụng Bắc Mỹ D-AMPS dần đượcthay GSM/GPRS CDMA2000 - GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai GSM sử dụng rộng rãi giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật) Hệ thống GSM dồn kênh phân chia tần số sử dụng, với đầu cuối di động truyền thông tần số nhận thông tin tần số khác cao (chênh lệch 80MHz D-AMPS 55MHz GSM) Trong hai hệ thống, phương pháp dồn kênh phân chia thời gian lại áp dụng cho cặp tần số, làm tăng khả cung cấp dịch vụ đồng thời hệ thống Tuy nhiên, kênh GSM rộng kênh AMPS (200kHz so với 30kHz) qua GSM cung cấp độ truyền liệu cao D-AMPS - CDMA (code Division Multiple Access): CDMA sử dụng công nghệ đa truy cập thông qua mã Nhờ công nghệ mà CDMA nâng cao dung lượng cung cấp đồng thời gọi cell cao hẳn so với hai công nghệ - PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn phát triển sử dụng Nhật Bản Giống D-AMPS GSM, PDC sử dụng TDMA 1.1.2.3 GSM Phát triển lên 2.75G Trong : - HSCSD( High Speed Circuit Switched Data): số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao - GPRS(General Packet Radio Service): dịch vụ vô tuyến gói chung:Hệ thống GPRS bước hướng tới 3G Mở rộng kiến trúc mạng GSM Truy cập tốc độ cao hiệu tới mạng chuyển mạch gói khác (tăng tới 115kbps) Có thể coi GPRS hệ thông tin di động 2.5 G - EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution): tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM:EDGE phát nhiều bit gấp lần GPRS chu kỳ Đây lý cho tốc độ bit EDGE cao ITU định nghĩa 384kbps giới hạn tốc độ liệu cho dịch vụ để thực chuẩn IMT-2000 môi trường không lý tưởng 384kbps tương ứng với 48kbps khe thời gian, giả sử đầu cuối có khe thời gian Đây công nghệ di động hệ 2.75G 1.1.3 Hệ thống 3G Hình 1.3: Tổng quan mạng 3G Mạng 3G (Third-generation technology) hệ thứ ba chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền liệu thoại liệu thoại (tải liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp hai hệ thống chuyển mạch gói chuyển mạch kênh Hệ thống 3G yêu cầu mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G Điểm mạnh công nghệ so với công nghệ 2G 2.5G cho phép truyền, nhận liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho thuê bao cố định thuê bao di chuyển tốc độ khác Với công nghệ 3G, nhà cung cấp mang đến cho khách hàng dịch vụ đa phương tiện, âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail; video thời gian thực ; chơi game tốc độ cao; Quốc gia đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi Nhật Bản Vào năm 2001, NTT Docomo công ty mắt phiên thương mại mạng WCDMA Năm 2003 dịch vụ 3G bắt đầu có mặt châu Âu Tại châu Phi, mạng 3G giới thiệu Marốc vào cuối tháng năm 2007 Công ty Wana 1.1.3.1 Đặc điểm 3G Các mạng 3G đề xuất để khắc phục nhược điểm mạng 2G 2.5G đặc biệt tốc độ thấp không tương thích công nghệ TDMA CDMA nước Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-200 (International Mobile Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với ưu điểm mong đợi đem lại hệ thống 3G là: - Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao - Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ) - Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, ) - Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ) - Sử dụng chung công nghệ thống nhất, đảm bảo tương thích toàn cầu hệ thống Để thoả mãn dịch vụ đa phương tiện đảm bảo khả truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhưngthực tế triển khai với băng thông việc chuyển giao khó, có người sử dụng không di động đáp ứng băng thông kết nối này, băng thông 384 Kbps, di chuyển ô tô 144Kbps Theo đặc tả ITU công nghệ toàn cầu sử dụng hệ thống IMT2000, điều dẫn đến khả tương thích mạng 3G toàn giới Tuy nhiên, giới tồn hai công nghệ 3G chủ đạoUMTS(WCDMA) CDMA2000 - UMTS (W-CDMA):UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa công nghệ W-CDMA, giải pháp ưa chuộng cho nước triển khai hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G UMTS hỗ trợ Liên Minh Châu Âu quản lý 3GPP (third Generation Partnership Project), tổ chức chịu trách nhiệm cho côngnghệ GSM, GPRS UMTS hoạt động băng thông 5MHz, cho phép gọi chuyển giao cách hoàn hảo hệ thống UMTS GSM có - CDMA2000:Một chuẩn 3G quan trọng khác CDMA2000, chuẩn tiếp nối cáchệ thống sử dụng công nghệ CDMA hệ CDMA2000 quản lý 3GPP2, tổ chức độc lập tách rời khỏi 3GPP UMTS CDMA2000 có tốc độ truyền liệu từ 144Kbps đến Mbps Hệ thống CDMA2000 khả tương thích với hệ thống GSM D-AMPS hệ thứ - TD-SCDMA:Chuẩn it biết đến TD-SCDMA phát triển Trung Quốc công ty Datang Siemens Tần số: có băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tầnsố cấp phát băng Uplink (1885 – 2025)MHz Downlink (2110 – 2200)MHz UMTS sử dụng WCDMA cấu vận chuyển vô tuyến Điều chế đường lên xuống khác Đường xuống sử dụng dịch khóa pha cầu phương (QPSK) cho tất kênh vận chuyển Tuy nhiên, đường lên sử dụng kênh riêng biệt để thực quay vòng phát trạng thái on off để không gây nhiễu đường audio, kênh đôi ( dual channel phase chifl keying) dùng để mã hóa liệu người dùng tới I đầu vào In-phase tới điều chế DQPSK, điều khiển liệu mã hóa việc sử dụng mã khác tới đầu vào Q quadrature tới điều chế Ưu điểm công nghệ W-CDMA so với GSM: 10 + L1 Điều tăng lên theo xuất +L2 Điều cập nhật lấy trung bình qua lần lặp lại trước + L3 Điều cập nhật trung bình i lần lặp trước - (CC C1, 2, 3): Trọng số hiển thị để chia sẻ tài nguyên lượng theo cấp độ truy cập người sử dụng F-BS cung cấp vùng phủ cho L1sử dụng cao so với L2 sử dụng cao L3 Đáng kể mở rộng vùng phủ sóng để đảm bảo tính liên tục dịch vụ cho L1 chủ sử dụng - ΔP, ε thông số liên tục 3) Bán kính vùng phủ phù hợp: Lặp lại trình Femtocell truyền tải tăng công suất cách xem xét kiểm soát công suất P1 Nó phụ thuộc đặc biệt tương ứng N1 số (như xác định mức độ cao hệ số C1), số N2 sau (bằng cách xem xét mức độ vừa phải C2 hệ số) cuối N3 (bằng cách xem xét mức độ thấp hệ số C3 ) Bán kính vùng phủ hợp lý: Khi truyền tải công suất tăng lặp lặp lại, phạm vi vùng phủ femtocell tiến triển tình trạng ổn định Thật Pfj( 1)i xác định cách so sánh biến định ( )i (Rfj ) với giá trị ngưỡng th1 th2 Người cho biết phát lượng đáng kể từ femtocell khác vùng lân cận Thứ hai mức giới hạn khu vực femtocell cho phép chồng chéo Nếu th2 lớn so với SINR rìa tế bào, F-BS lặp giảm công suất phát cách xem xét kiểm soát quyền lực bước Δ để đạt đến trạng thái ổn định Phạm vi vùng phủ giảm dần theo mét để tránh chồng chéo femtocell liên đới, hậu để giảm nhiễu 3.1.3 Ví dụ Femtocell tối ưu hóa Một số thông số đầu vào sử dụng thuật toán phụ thuộc vào môi trường doanh nghiệp thay đổi tự động tất ngày Như vậy, định nghĩa sau kịch thường gặp thực để phù hợp với hành vi người dùng khác vào thời điểm khác 65 Kịch đầu tiên, thực đầu ngày vào 7:00 kéo dài tối đa Chắc chắn thời gian quan trọng tỷ lệ xuất người sử dụng lao động người sử dụng quan trọng Ví dụ, macrocell thời gian cư trú dự kiến 1/θ = phút, sau mức độ lặp lặp lại tối đa cho chương trình ổn định không vượt 10 P Trong trường hợp thông số ( Pini ; i i 1,2 ;C C C1, 2, 3;N N N1, 2, 3 and P) khởi tạo mô tả đây: - Pini =Pfj Ban đầu ( N1=1, N2 =0 , N3 =0) họ tăng dần theo xuất người sử dụng lao động người sử dụng cập nhật tất bước lặp Vùng phủ sóng doanh nghiệp tiến triển lặp lặp lại tình trạng ổn định Thông thường ngày, người sử dụng lao động chuyển từ văn phòng khác trao đổi công việc.Vì vậy, giai đoạn / μ (1 / η = giờ) BS Femto cập nhật vùng phủ họ cách thực kịch thứ hai thuật toán Trong cách tiếp cận thứ hai, thông số ( Pini ,N N N1, 2, )được khởi tạo mô tả đây: - Pini : có giá trị femtocell truyền tải công suất đánh giá phương pháp tiếp cận xem xét có giá trị N1: Pini (pp tiếp cận thứ 2) = Pini (pp tiếp cận đầu) + C1 1N P - N1: Nó tăng lên cập nhật theo xuất chủ sử dụng - N2 =0 , N3 =0 Nhưng cập nhật trung bình qua lần lặp lại - Phạm vi vùng phủ femtocell tiến triển lặp lặp lại tình trạng ổn định Kịch cuối diễn vào buổi tối từ 19:00 h Femto BS chuyển sang chế độ nhàn rỗi Phạm vi vùng phủ femtocell giảm đến Rf =Rmin =Rindoor phù hợp cho lưu lượng truy cập thấp 66 3.2 Thiết lập công suất thích ứng Như phương pháp nêu phần phát triển tự tối ưu hóa vùng phủ phù hợp với thông tin kiện di động truyền người sử dụng nhà Được sử dụng đường xuống điều khiển công suất để đạt SINR cho người sử dụng macrocell femtocell Tuy nhiên, kỹ thuật không hạch toán việc can thiệp với người sử dụng macrocell lân cận Kết là, tùy thuộc vào môi trường vô tuyến nơi mà BS femtocell triển khai, thực macrocell đáng kể bị suy hao nhiễu từ femtocell Phần giới thiệu chương trình thiết lập công suất thích ứng cấp độ dựa tiếp nhận công suấtđường xuống (DL) từ macrocell BS mạnh đường lên (UL) tiếp nhận công suất từ nước láng giềng macrocell trạm di động (MS) Bằng cách sử dụng phép đo, tổn thất nhà ước tính cho thiết lập quyền lực Đề án đề xuất giảm nhẹ nhiễu macrocell MS trì tốt femtocell phủ sóng nhà Việc thực đề án đề xuất so sánh với chương trình cách mô hệ thống cấp 3.2.1 Đề án mức công suất thích nghi Thiết lập mức độ truyền tải công suất BS femtocell phù hợp điều cần thiết cho việc kiểm soát can nhiễu với macrocells Trong này, công suất phát có nghĩa công suất phát tín hiệu tham chiếu công suất truyền tải tối đa BS femtocell, trừ quy định rõ ràng Mức nhiễu điều khiển công suất phát tín hiệu tham chiếu tỷ lệ thuận với công suất phát tối đa Với thiết kế ban đầu cố định mức phát công suất, phương pháp đơn giản đưa để so sánh với phương pháp khác Nó có ưu điểm dễ thực đơn giản, nhược điểm khó thích nghi với môi trường macrocell xung quanh Vì coi mô hình tham chiếu chung Sau hai phương án đưa nhằm thích nghi với môi trường macrocell xung quanh doanh nghiệp 3.2.1.1 Dựa công suất thu nhận đường xuống từ macrocell BS Thiết lập chương trình dựa tiếp nhận công suất đường xuống đồng kênh tín hiệu tham chiếu BS macrocell mạnh BS femtocell biện pháp công suất tiếp tân giai đoạn cấu hình ban đầu giai đoạn hoạt động thích nghi 67 thiết lập mức độ truyền tải công suất cho phù hợp Dưới BS femtocell đặt công suất phát tín hiệu tham chiếu P MEDIAN P Ptx ( m offset ,Ptx upp ,Ptx low) (1) Hàm MEDIAN() có nghĩa giá trị trả lại giá trị tất đối số Pm [dBm] công suất thu tín hiệu tham khảo gần từ macrocell BS đo BS femtocell phụ thuộc vào tổn hao đường gần macrocell BS BS femtocell bao gồm tổn hao thâm nhập vào tường xây dựng Poffset [dB] phải bồi thường cố định xác định trước công suất bù đắp cho mát nhà Ptx-upp Ptx-low [dB] giới hạn giá trị công suất phát Ptx-upp cần thiết để hạn chế gây nhiễu từ BS femtocell đến MS macrocell Ptx-low cần thiết để đảm bảo hiệu suất tối thiểu định cho femtocell macrocell xung quanh phát Với chương trình thiết lập công suất thích ứng, BSS femtocell gần đến BS macrocell cải thiện chất lượng công suất phát trở nên tương đối lớn Mặt khác, BS femtocell nằm cạnh macrocell nhiễu nhỏ với gần macrocell MS công suất phát nhiễu trở nên nhỏ Một bất lợi chương trình không đủ cho công suất cố định bù đắp để bù đắp cho tổn thất đường nhà Mỗi tòa nhà nơi mà BS femtocell thiết lập có tính chất khác nhau, chẳng hạn tổn hao vào tường bên Nếu Poffset thiết lập lớn tổn thất xâm nhập nhỏ chẳng hạn tầng nhà 2, gây nhiễu từ femtocell đến macrocell tăng lên Ngược lại, Poffset thiết lập nhỏ tổn thất xâm nhập lớn cao ốc văn phòng nhà làm bê tông, chất lượng nhà vùng phủ trở nên nghèo 68 Hình 3.5: Hình ảnh đề án thiết lập công suất 3.2.1.2 Dựa công suất nhận đường xuống từ macrocell BS công suất nhận đường lên từ MS macrocell Đề án thiết lập công suất dựa đường xuống (DL) công suất tiếp nhận đồng kênh tín hiệu tham chiếu BS macrocell mạnh đường lên (UL) tiếp nhận lượng từ vùng lân cận maccrocell MS BS femtocell thích nghi đo đường xuống công suất tiếp nhận đường lên giai đoạn tự cấu hình sau tối ưu hóa công suất phát giai đoạn tự tối ưu hóa cách đo lường chúng BS femtocell công suất phát tín hiệu tham chiếu phương trình (2) Dưới sơ đồ thuật toán áp dụng cho đề án này: 69 Hình 3.6: Sơ đồ thuật toán công suất thích ứng P MEDIANP Ptx ( m offset_o K L P* ,E tx upp ,Ptx low) (2) Trong Pm , Ptx-upp , Ptx-low có ý nghĩa (1) Poffset_o [dB] công suất xác định trước bồi thường giá trị bù đắp cho tổn thất đường truyền nhà không bao gồm tổn thất xâm nhập K yếu tố tích cực điều chỉnh 70 xác định ưu tiên hoạt động femtocell BS LE [dB] giá trị ước tính tổn thất xâm nhập mô tả chi tiết Các mối quan hệ thông số (2) minh họa hình 3.5 Tổn thất thâm nhập LE giả định lý tưởng ước tính BS femtocell đặt trung tâm nhà Macrocell trời MS nằm gần nhà Nếu K = 1, công suất tiếp nhận từ BS femtocell trước thâm nhập gần giống công suất tiếp nhận từ BS macrocell tường bên Femtocell BS truyền tải công suất không đổi tổn thất xâm nhập Nếu K = 2, công suất tiếp nhận từ BS femtocell sau thâm nhập gần giống công suất tiếp nhận từ BS macrocell tường bên Mức nhiễu từ BS femtocell không đổi tổn thất xâm nhập Hình 3.5 ước tính mát xâm nhập Một MS macrocell giả định nằm gần BS femtocell Điều có nghĩa khoảng cách từ BS macrocell tới MS macrocell gần giống từ BS macrocell tới BS femtocell Theo hình3.5, tổn thất thâm nhập LE tính sau: LE (Ptx f Prx f La) (3) Ptx f [dBm] công suất phát đường lên tính BS femtocell Năng lượng dựa giả định đường lên kiểm soát công suất áp dụng cho MS macrocell BS-femtocell MS Sau đó, công suất phát đường lên tính tổn thất truyền đường xuống từ xung quanh BS macrocell, BS femtocell sử dụng phép đo công suất tiếp nhận Prx f [dBm] lực tiếp nhận đường lên từ MS macrocell đo BS femtocell La [dB] tổn thất truyền không khí macrocell MS BS femtocell không bao gồm mát xâm nhập La giá trị xác định trước giả định trước để khoảng cách MS macrocell BS femtocell giảm thiểu theo điều kiện mà nhiễu từ MS macrocell đến BS femtocell chịu Khi tổn thất đường macrocell MS BS femtocell không bao gồm mát xâm nhập La , thâm nhập (3) ước tính nhỏ so với giá trị thực truyền 71 tải điện bị ức chế Khi đường dẫn bên La, thâm nhập ước tính lớn giá trị thực tế truyền tải điện phát hành Hình 3.7: Thâm nhập ước tính tổn thất femtocell BS macrocell MS Chương trình thiết lập công suất giải vấn đề chương trình thiết lập công suất phần 2.1.1 Nếu thâm nhập nhỏ, công suất phát ước tính nhỏ để nhiễu với macrocell giảm nhẹ.Mặt khác, mát xâm nhập lớn, công suất phát ước tính lớn để có chất lượng nhà vùng phủ tốt 3.3 Đánh giá mô a) Thiết lập thông số giả định Thiết lập thông số giả định cho trình mô dựa thông số bảng Được đánh giá với mô hệ thống cấp dựa hệ thống đường xuống LTE Dưới bảng thông số giả định cho macrocell femtocell Bảng Các thông số thiết lập Macrocell giả định Thông số Giả thuyết Bố trí di động Lưới hình lục giác, Khu vực cho địa điểm, tái sử dụng Bán kính Cell 0.289 -2 km 72 Số phân vùng Tần số Băng thông Tổn thất từ BS macrocell đến MS macrocell Tổn thất từ BS macrocell đến MS/BS femtocell Độ lệch chuẩn tạo bóng Mẫu ăng ten 7(=21 cells) Bao quanh 200 MHz MHz 15,3+37,6 log10(R) [dB] (R:khoảng cách đơn vị mét) 15,3+37,6 log10(R)+ PL [dB] (PL: tổn thất thâm nhập) 8dB 2 A( ) min 12 ,20 dB 3dB 180 180 3dB băng thông 3dB (70 °) BS ăng-ten thu sau dây cáp Hệ số tạp âm BS Ăng ten MS tăng thêm Hệ số tạp âm MS Tổng công suất phát BS Mô hình lưu lượng Phân phối MS Khoảng cách tối thiểu MS Cell MS tốc độ quan tâm 14 dBi dB dBi dB 43dBm Đệm hoàn toàn với 10 macrocell MS cho vùng phủ Thống >= 35 m km/h Bảng Các thông số thiết lập femtocell giả định Thông số Giả thuyết Bán kính Cell 0.289 -2 km Femtocell Tần số kênh Cùng tần số băng thông tương tự lớp macrocell Phân phối femtocell BS Ngẫu nhiên thống vùng phủ sóng macrocell Tối thiểu tách biệt BS femtocell 35 m BS Macrocell Mẫu ăng ten Omni Ăng ten tăng cường dBi Tổn thất từ BS femtocell tới MS 38,46+20log10(R) +7*d [dB] d femtocell (m):khoảng cách nhà (số tầng thâm nhập bỏ qua cách thiết lập 0) Tổn thất từ BS femtocell tới MS Max( 15,3+37,6log10(R); macrocell 38,46+20log10(R) )+0,7*d +PL [dB] 73 Tổn thất từ BS femtocell tới MS femtocell femtocell khác Max( 15,3+37,6log10(R); 38,46+20log10(R) )+0,7*d +2PL [dB] Độ lệch chuẩn tạo bóng Hệ số tạp âm BS Giá trị giới hạn công suất phát P offset / P offset o K La Mô hình lưu lượng Số femtocell MS hoạt động femtocell Số BS femtocell vùng macrocell Phân phối femtocell MS femtocell Tối thiểu tách biệt BS femtocell MS femtocell dB dB 20/-20 dBm Từ 50 đến 110 dB 100 dBm Đệm toàn 10 Thống 10cm b) Kết mô Sau kết cho thấy mối quan hệ 5% người dùng macrocell thông lượng thấp người dùng femtocell thông lượng trung bình Với ba sơ đồ thiết lập công suất phụ thuộc vào bán kính macrocell (CR) tổn thất thâm nhập (PL) tòa nhà nơi mà BS femtocell triển khai Thông lượng macrocell 5% người dùng đánh giá điều thường thông qua người sử dụng cạnh macrocell Ở nhiễu femtocell tới macrocell trở nên tương đối lớn Mỗi ô đồ thị thu cách thay đổi khả bù đắp truyền tải giá trị công suất La công thức (3) 100 dB.Để tham khảo, kết cho thấy có người dùng macrocell tồn femtocell không Trường hợp mô cho macrocell bán kính km xâm nhập 30 dB Trường hợp tương ứng với môi trường có gây nhiễu yếu macrocell femtocell Trong trường hợp này, thiết lập dựa công suất trực tiếp từ macrocell BS luôn thực tồi tệ so với đề án đề xuất Femtocell thông lượng dùng trung bình đề án đề xuất 36% lớn so với chương trình dựa sức mạnh tiếp nhận mức 0,27 Mbps người sử dụng thông lượng macrocell 5% Đề án dựa vào công suất tiếp nhận từ BS macrocell luôn bồi thường Pm nhỏ công thức (1) công suất bù đắp Ptx thường đạt đến giới hạn thấp Nếu sức mạnh bù đắp cố gắng gia tăng để bù đắp 74 tổn hao đường lớn để mức độ femtocell thông lượng dùng trung bình đề án đề xuất, người sử dụng thônglượng macrocell 5% trở nên nhỏ Điều hạn chế cho thiết kế dựa công suất tiếp tân Sau kết mô cho trường hợp này: Hình 3.8: Trường hợp CR=2km; PL =30dB Trường hợp mô cho macrocell bán kính km xâm nhập 10 dB Tất ba thiết lập cho thấy hiệu suất tương tự Bởi mát xâm nhập hình 3.9 nhỏ so với hình3.8, Pm thiết lập dựa công suất tiếp nhận từ BS macrocell lớn hơn, dẫn đến truyền tải công suất lớn Kết là, chương trình dựa công suất tiếp nhận từ BS macrocell đạt mức độ hiệu giống hai sơ đồ khác khác Kết mô cho trường hợp thể hình đây: 75 Hình 3.9: Trường hợp CR=2km; PL =10 dB Trường hợp mô cho bán kính macrocell 0,289 km (khoảng cách vùng liên đới 0,5 km) tổn thất xâm nhập 10 dB Trường hợp tương ứng với nhiễu mạnh mẽ macrocell femtocell Trong trường hợp này, chương trình thiết lập công suất cố định luôn thực tồi tệ so với đề án đề xuất Femtocell thông lượng dùng trung bình đề án đề xuất 73% lớn sơ đồ thiết lập cố định công suất mức 0,27 Mbps người sử dụng thông lượng macrocell 5% Sơ đồ thiết lập công suất cố định lúc bù đắp cho nhiễu từ macrocell so sánh với đề án đề xuất điều chỉnh công suất phát dựa P m công thức (2) Nếu công suất phát cố định cố gắng để tăng giới hạn trên, người sử dụng thông lượng macrocell 5% trở nên nhỏ nhiều.Đây nhược điểm cho thiết kế cài đặt công suất cố định Kết mô thể hình 3.10 sau đây: 76 Hình 3.10: Trường hợp CR=0,289km; PL=10 dB Trường hợp mô cho bán kính macrocell 0,289 km xâm nhập 30 dB Tất ba thiết lập cho thấy hiệu suất tương tự Bởi tổn thất xâm nhập hình 3.11là lớn so với hình 3.10, nhiễu từ BS macrocell nhỏ hơn, dẫn đến SINR lớn thiết kế cài đặt công suất cố định Kết là, sơ đồ thiết lập quyền lực cố định đạt mức độ hiệu giống hai chương trình khác Kết mô trường hợp đánh giá hình 3.11 đây: 77 Hình 3.11: Trường hợp CR= 0,289Km; PL= 30dB Từ kết mô ta rút kết luận đề án đề xuất giảm nhẹ can thiệp macrocell MS trì tốt femtocell phủ sóng nhà cho femtocell MS Theo mô hệ thống cấp LTE với MHz băng thông đường xuống, điều kiện mà giao thoa macrocell femtocell tương đối yếu (bán kính tế bào = km, thâm nhập = 30 dB), femtocell trung bình người sử dụng thông lượng đề xuất chương trình rìa macrocell 36% lớn so với chương trình dựa sức mạnh tiếp từ macrocell BS Hơn nữa, điều kiện mà giao thoa macrocell femtocell tương đối mạnh (bán kính tế bào = 0,289 km, thâm nhập = 10 dB), femtocell thông dùng trung bình đề án đề xuất cạnh macrocell 73% lớn chương trình cài đặt điện cố định Kết mô tham khảo từ tài liệu số [5] danh sách tham khảo tiếng anh đồ án 78 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Với trình bày đồ án em mong muốn truyền tải tới người đọc lượng kiến thức như: - Tổng quan ngành vô tuyến truyền thông - Sự hiểu biết khái quát cho tiến trình lên 4G người đọc hiểu công nghệ LTE/LTE advaced - Cũng cung cấp đến người giải pháp femtocell sử dụng LTE/LTEAdvanced Trong đồ án này, em diễn đạt cách nhìn đơn giản giải pháp femtocell, giải pháp trạm gốc nhà Nó giúp cung cấp dịch vụ tới người dùng với hiệu chất lượng cao đạt khoảng cách ngắn Đồng thời đồ án em trình bày giải pháp giải vấn đề nhiễu macrocell femtocell Một phương pháp tương đối đơn giản, thay đổi công suất phát femtocell tùy vào điều kiện môi trường để đạt kết tốt truyền tải thông tin.Việc kiểm soát công suất mang lại lợi ích tiết kiệm lượng cho hành tinh xanh BS femtocell phát công suất thích ứng tự tắt không sử dụng vào cuối ngày 4.2 Kiến nghị Các giải pháp điều khiển công suất trình bày đồ án xem xét trường hợp có trạm gốc bỏ qua nhiễu femtocells Về nguyên tắc, femtocells hoạt động vùng giao cell số trạm gốc chịu ảnh hưởng nhiễu đồng thời từ trạm gốc (đã nêu mục thách thức femtocell) Thêm vào đó, femtocells đặt gần nhau, ví dụ lắp đặt hộ chung cư, gây nhiễu đến hoạt động Vì vị trí hoạt động femtocells thường có tính ngẫu nhiên, việc xử lý nhiễu femtocells thách thức Tóm lại, hướng nghiên cứu tiếp theo, em đề xuất việc nghiên cứu giải pháp xử lý nhiễu mô hình phức tạp gần với thực tế với ảnh hưởng nhiễu từ nhiều trạm gốc từ femtocells 79 ... pháp Femtocell hứa hẹn tạo hệ thống thông tin di động hội tụ cao thoại liệu Trong chương em xin trình bày hệ thống LTE/LTE-Advanced sử dụng công nghệ Femtocell 27 CHƯƠNG2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG... HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTELTE-ADVACEDSỬ DỤNG FEMTOCELL 32 2.1 Giới thiệu Femtocell 32 2.2 Các khía cạnh kỹ thuật Femtocell 35 2.2.1 Tiêu chuẩn Femtocell... QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE/LTE ADVANCED 1.1 Tổng quan lịch sử thông tin di động 1.1.1 Hệ thống 1G 1.1.2 Hệ thống 2G 1.1.3 Hệ thống