Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 được xây dựng với mục đích cung cấp cho một mạng di động toàn cầu với các dịch vụ phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, Internet và dữ liệu băng rộng. Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 đã được tiêu chuẩn hoá bởi Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) phù hợp với tiêu chuẩn IMT 2000 của ITU (International Telecommunication Union). Hệ thống có tên là hệ thống di động viễn thông toàn cầu UMTS. UMTS được xem là hệ thống kế thừa của hệ thống 2G GSM, nhằm đáp ứng các yêu cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn lên tới 2 Mbps và cung cấp một tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu. UMTS được phát triển bởi Third Generation Partnership Project (3GPP) là dự án phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu chuẩn hoá (SDO) như : ETSI (Châu Âu), ARIBTCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung Quốc).
Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG I HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA 1.1 HỆ THỐNG UMTS .5 1.1.1 Tổng quan 1.1.2 Dịch vụ hệ thống UMTS 1.1.3 Kiến trúc hệ thống UMTS .7 1.1.4 Mạng lõi CN (Core Network) 1.1.5 Kiến trúc UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network) 10 1.1.6 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) .13 1.2 CÔNG NGHỆ WCDMA 14 CHƯƠNG II 17 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG WCDMA .17 2.1 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG WCDMA 17 2.1.1 Điều khiển công suất .18 2.1.1.1 Điều khiển công suất vòng hở 18 2.1.1.2 Điều khiển công suất vòng khép kín .18 2.1.1.3 Điều khiển công suất vòng bên 19 2.1.2 Điều khiển nghẽn 19 2.2 CHUYỂN GIAO TRONG WCDMA 20 2.2.1 Giới thiệu .20 2.2.2 Phân loại 20 2.2.3 Các thủ tục trình chuyển giao 21 2.2.4 Chuyển giao tần số 23 2.2.4.1 Đo đạc tần số 23 2.2.4.2 Thuật toán chuyển giao 24 Châu Phước Khánh Đ06VTA1 trang 2.2.5 Chuyển giao khác tần số 31 2.2.6 Chuyển giao khác hệ thống WCDMA GSM .32 2.2.7 Chuyển giao khác tần số WCDMA 35 2.2.8 Tổng kết chuyển giao .36 CHƯƠNG III 37 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CHUYỂN GIAO 37 3.1 GIỚI THIỆU 37 3.2 PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP ĐƯỜNG DẪN 37 3.2.1 Phân tích nhiễu hướng xuống 37 3.2.1.1 Tổng quan 37 3.2.1.2 Nhiễu intra-cell nhiễu inter-cell 39 3.2.2 Những tác động chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống 42 3.2.3 Kết luận 44 3.3 PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP HỆ THỐNG .44 3.3.1 Độ lợi chuyển giao mềm hướng xuống 44 3.3.1.1 Giới thiệu 44 3.3.1.2 Độ lợi chuyển giao mềm 45 3.3.1.3 Những tác động độ lợi chuyển giao mềm 49 3.4 PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN 50 3.4.1 Tốc độ cập nhật tập tích cực 50 3.4.2 Kích thước tập tích cực trung bình 50 CHƯƠNG 52 MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO 52 4.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG .52 4.1.1 Môi trường vô tuyến mạng di động 52 4.1.2 Mô hình kênh vô tuyến 52 4.1.3 Viễn cảnh hệ thống 53 trang 4.2 ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ CỦA THUẬT TOÁN ĐẾN HIỆU SUẤT .54 CHUYỂN GIAO 54 4.2.1 Cửa sổ thêm vào 54 4.2.2 Cửa sổ xóa .54 4.2.3 Cửa sổ thay 55 4.2.4 Kích thước tập tích cực tối đa 56 4.3 MÔ PHỎNG 56 4.3.1 Thông số mô .56 4.3.2 Kết mô 57 4.3.2.1 Thuật toán chuyển giao ngưỡng tương đối 57 4.3.2.2 Thuật toán chuyển giao ngưỡng tuyệt đối .59 4.3.3 Nhận xét kết 61 4.3.3.1 Thuật toán ngưỡng tương đối 61 4.3.3.2 Thuật toán ngưỡng tuyệt đối 61 KẾT LUẬN 62 trang LỜI MỞ ĐẦU Ra đời vào năm 40 kỷ XX, thông tin di động coi thành tựu tiên tiến lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm thiết bị đầu cuối truy cập dịch vụ di động phạm vi vùng phủ sóng Thành công người lĩnh vực thông tin di động không dừng lại việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao khắp nơi toàn giới, nhà cung cấp dịch vụ, tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động nỗ lực hướng tới hệ thống thông tin di động hoàn hảo, dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao 3G - Hệ thống thông tin di động hệ bước đường phát triển Với việc sử dụng dịch vụ có tốc độ cao thuê bao di chuyển nhanh, vấn đề chuyển giao 3G trở nên quan trọng để đảm bảo tính liên tục chất lượng dịch vụ Do đó, cần có thuật toán chuyển giao hiệu để đảm bảo hiệu suất chuyển giao Trong luận văn giới thiệu thuật toán chuyển giao thông dụng phân tích hiệu suất chuyển giao với thông số thuật toán mô hình giả định Nội dung đề tài chia làm chương: Chương 1: Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Chương 2: Chuyển giao WCDMA Chương 3: Đánh giá hiệu suất chuyển giao Chương 4: Mô thuật toán chuyển giao trang CHƯƠNG I HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA - 1.1 HỆ THỐNG UMTS 1.1.1 Tổng quan Hệ thống thông tin di động hệ thứ 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 Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) phù hợp với tiêu chuẩn IMT2000 ITU (International Telecommunication Union) Hệ thống có tên hệ thống di động viễn thông toàn cầu UMTS UMTS xem hệ thống kế thừa hệ thống 2G GSM, nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển dịch vụ di động ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn lên tới Mbps cung cấp tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu UMTS phát triển Third Generation Partnership Project (3GPP) dự án phát triển chung nhiều quan tiêu chuẩn hoá (SDO) : ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) CWTS (Trung Quốc) Hội nghị vô tuyến giới năm 1992 đưa phổ tần số dùng cho hệ thống UMTS: o 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 o 1900 MHz ÷ 1920 MHz 2010 ÷ 2025 MHz dành cho ứng dụng TDD – TD/CDMA, khoảng cách kênh MHz o 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 trang Hình 1.1 Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS 1.1.2 Dịch vụ hệ thống UMTS GPP xây dựng tiêu chuẩn cho dịch vụ hệ thống UMTS nhằm đáp ứng: - Định nghĩa đặc điểm yêu cầu dịch vụ Phát triển dung lượng cấu trúc dịch vụ cho ứng dụng mạng tổ ong, mạng cố định mạng di động - Thuê bao tính cước UMTS cung cấp loại dịch vụ xa (teleservices) thoại tin ngắn (SMS) loại dịch vụ mang (bearer services: dịch vụ viễn thông cung cấp khả truyền tín hiệu hai giao diện người sử dụng–mạng) Các mạng có tham số QoS (Quality of Service: chất lượng dịch vụ) khác cho độ trễ truyền dẫn tối đa, độ trễ truyền biến thiên tỉ lệ lỗi bit (BER) Những tốc độ liệu yêu cầu : - 144 Kbps cho môi trường vệ tinh nông thôn 384 Kbps cho môi trường thành phố (ngoài trời) 2084 Kbps cho môi trường nhà trời với khoảng cách gần Hệ thống UMTS có loại QoS sau: trang - Loại hội thoại (thoại, thoại thấy hình, trò chơi) Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu…) Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập sở liệu) Loại (thư điện tử, SMS, tải liệu xuống) Yếu tố chủ yếu để phân biệt loại độ nhạy cảm với trễ, ví dụ hội thoại nhạy với trễ loại nhạy cảm với trễ Các loại QoS UMTS tổng kết bảng 1.1 Loại lưu lượng Loại hội thoại - Các đặc tính Thí dụ ứng dụng Dành trước quan hệ thời gian thực thể thông tin luồng Loại luồng Loại Dành trước quan hệ thời gian thực thể thông tin luồng - Yêu cầu mẫu trả lời trước Dành trước số liệu toàn vẹn - Nơi nhận không đợi số liệu khoảng thời gian định - Dành trước số liệu toàn vẹn Luồng đa phương tiện - - Tải liệu xuống - Mẫu hội thoại (chặt chẽ độ trễ nhỏ) Thoại Thoại thấy hình Loại tương tác - Duyệt web Các trò chơi qua mạng Bảng 1.1: Các loại QoS hệ thống UMTS - Email 1.1.3 Kiến trúc hệ thống UMTS Mỗi phần tử mạng UMTS có chức xác định định nghĩa mức logic Nhưng điều không bắt buộc cấu trúc phần cứng chúng phải giống Trong tiêu chuẩn có số giao diện mở cho phép sử dụng thiết bị điểm cuối từ nhà sản xuất khác Các phần tử mạng phân nhóm theo tương đồng chức hay dựa mạng mà trực thuộc trang Uu USIM Iu Node B RNS Node B Iub RNC CS Iur Cu ME MSC/ VLR Node B RNS Node B Iub UE RNC GMSC PLMN,PSTN,ISDN HLR SGSN GGSN INTERNET PS UTRAN CN Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống UMTS Về mặt chức phần tử mạng chia thành nhóm: Mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Random Access Network hay UTRAN :UMTS Terrestrial RAN) thực chức liên quan đến vô tuyến Mạng lõi (CN: Core Network) thực chức chuyển mạch, định tuyến gọi kết nối liệu với mạng bên Một hệ thống hoàn chỉnh cần có thêm thiết bị người dùng (UE) Cấu trúc hệ thống mức cao thể hình (1.2) Từ quan điểm chuẩn hoá, UE UTRAN bao gồm giao thức Việc thiết kế giao thức dựa yêu cầu công nghệ vô tuyến WCDMA Trái lại, việc định nghĩa CN dựa kế thừa từ GSM Điều cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mang tính toàn cầu dựa công nghệ CN biết phát triển Một phương pháp chia nhóm khác cho mạng UMTS chia chúng thành mạng Trên khía cạnh này, hệ thống UMTS thiết kế theo môđun Vì thế, có nhiều phần tử mạng cho kiểu Khả có nhiều phần tử kiểu cho phép chia hệ thống UMTS thành mạng hoạt động độc lập với mạng khác Các mạng phân biệt nhận dạng Một mạng gọi mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN:UMTS Public Land Mobite Network) Thông thường, PLMN khai thác nhất, nối đến PLMN khác ISDN, PSTN, Internet… UE bao gồm phần: trang - - Thiết bị di động (ME – Mobile Equipment) đầu cuối vô tuyến sử dụng truyền thông vô tuyến giao diện Uu Module xác định thuê bao UMTS (USIM – UMTS Subscriber Identity Module) card thông minh chứa thông tin xác định người dùng, thực thuật toán nhận thực, lưu trữ khóa nhận thực mật mã hóa UTRAN bao gồm phần: Node B chuyển đổi liệu giao diện Iub Uu Nó tham gia vào quản lí tài nguyên vô tuyến Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC – Radio Network Controller) Các tiêu chuẩn UMTS cấu trúc cho không định nghĩa chi tiết chức bên phần tử mạng định nghĩa giao diện phần tử mạng logic Các giao diện mở là: Giao diện Cu: giao diện thẻ thông minh USIM ME Giao diện tuân theo khuôn dạng tiêu chuẩn cho thẻ thông minh Giao diện Uu: giao diện vô tuyến WCDMA, giao diện UE Node B Đây giao diện mà qua UE truy cập phần tử cố định hệ thống giao diện mở quan trọng UMTS Giao diện Iu nối UTRAN với CN Nó cung cấp cho nhà khai thác khả trang bị UTRAN CN từ nhà sản xuất khác - Iu- CS dành cho liệu chuyển mạch kênh Iu- PS dành cho liệu chuyển mạch gói Giao diện Iur: giao diện hai RNC Đây giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm RNC từ nhà sản xuất khác Giao diện Iub: kết nối node B với RNC Nó cho phép hỗ trợ cạnh tranh nhà sản xuất lĩnh vực UMTS hệ thống điện thoại di động có Iub tiêu chuẩn hoá giao diện mở hoàn toàn 1.1.4 Mạng lõi CN (Core Network) Những chức việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là: Quản lí di động, điều khiển báo hiệu thiết lập gọi UE mạng lõi Báo hiệu nút mạng lõi Định nghĩa chức mạng lõi mạng bên trang Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói Giao diện Iu yêu cầu quản lí điều hành mạng Mạng lõi UMTS chia thành phần: chuyển mạch kênh chuyển mạch gói Thành phần chuyển mạch kênh gồm: MSC, VLR cổng MSC Thành phần chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) cổng nút hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node) Một số thành phần mạng HLR AuC chia cho hai phần Cấu trúc mạng lõi thay đổi dịch vụ đặc điểm hệ thống đưa Các phần tử mạng lõi sau : HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường trú) sở liệu đặt hệ thống chủ nhà người sử dụng để lưu trữ thông tin lý lịch dịch vụ người sử dụng, bao gồm thông tin dịch vụ bổ sung trạng thái chuyển hướng gọi, số lần chuyển hướng gọi MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động) tổng đài (MSC) sở liệu (VLR) để cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE vị trí thời Nhiệm vụ MSC sử dụng giao dịch chuyển mạch kênh VLR làm nhiệm vụ giữ lý lịch người sử dụng vị trí xác UE hệ thống phục vụ CS phần mạng đựơc truy nhập qua MSC/VLR GMSC (Gateway MSC) chuyển mạch điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên SGSN (Serving GPRS: General Packet Radio Network Service Node) có chức giống MSC/VLR sử dụng cho dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch) Vùng PS phần mạng truy nhập qua SGSN GGSN (Gateway GPRS Support Node) có chức giống dịch vụ điện thoại, ví dụ ISDN PSTN Các mạng PS đảm bảo kết nối cho dịch vụ chuyển mạch gói, ví dụ Internet 1.1.5 Kiến trúc UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network) UTRAN bao gồm hay nhiều hệ thống mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) Một RNS mạng UTRAN gồm điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) hay nhiều Node B Các trang 10 (3.14) SHO gain Ps1 ds A Ps1 ds S Ps1 _ SHO ds 100 % S' 3.3.1.3 Những tác động độ lợi chuyển giao mềm Các vấn đề tác động đến dung lượng hướng xuống đưa bảng 3.1 Trong bảng, liên kết biểu thị dấu móc (có) dấu chéo (không) Độ lợi xử lí & Eb/N0 mục tiêu Mối quan hệ Ps1 Ps1_SHO x Thuật toán chuyển giao mềm x x Overhead chuyển giao mềm x x Điều khiển công suất hướng xuống x Chiến lược chia công suất x x Ps1_SHO & N Psi_SHO Chiến lược chọn cell Loại dịch vụ S & S’ x x x x x x x x x x Bảng 3.1: Bảng liên kết Sơ đồ chọn lựa Cell định trạm gốc để lưu trú đến Sự phân chia khác tương ứng với mức công suất khác kênh hướng xuống Do khác điều kiện ban đầu kết thúc thuật toán chuyển giao mềm nên có tác động đến S S’ trang 49 Các thuật toán chuyển giao mềm tổng phí chuyển giao mềm khác dẫn đến S S’ khác Các điều kiện điều khiển công suất khác cho Ps1 Ps1-SHO khác Các sơ đồ phân chia công suất khác dẫn tới mối quan hệ khác Ps1-SHO Psi-SHO Các loại hình dịch vụ khác tương ứng với độ lợi xử lý tỷ số E b/I0 mong muốn khác 3.4 PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN 3.4.1 Tốc độ cập nhật tập tích cực Tốc độ cập nhật tập tích cực thời gian yêu cầu cập nhật tập tích cực liên tiếp bao gồm kiện: thêm vào, xóa bỏ thay Việc đo có liên quan đến kích thước(dimensioning) RNC báo hiệu cập nhật tập tích cực tải RNC Tốc độ cập nhật tập tích cực biểu thị hình 3.9 Giá trị trung bình hình 12 giây, tức có lần cập nhật tập tích cực phút Giá trị phụ thuộc vào tính di động user, kích cỡ cell, thiết kế mạng thông số chuyển giao Chi phí chuyển giao mềm(SHO overhead) tốc độ cập nhật tập tích cực có liên quan với nhau: chi phí nhỏ tốc độ cập nhật tập tích cực cao Hình 3.9: Ví dụ tốc độ cập nhật tập tích cực 3.4.2 Kích thước tập tích cực trung bình Kích thước tập tích cực trung bình tính sau: trang 50 AS average N i N (3.15) i t i i Trong đó: ti Δti khoảng thời gian mà tập tích cực có kích thước i N kích thước tối đa tập tích cực Chú ý giá trị kích thước tập tích cực trung bình lớn Ví dụ: Giả sử tập tích cực UE có giá trị tối đa Khoảng thời gian tương ứng với kích thước tập tích cực 1,2,3 có giá trị 30 phút, phút, phút Kích cỡ tập tích cực trung bình là: AS_average = (1x30 + 2x9 + 3x1)/(30+9+1)=1,275 Kích cỡ tập tích cực trung bình lớn chứng tỏ UE thường xuyên trạng thái chuyển giao mềm Do đó, độ lợi phân tập macro độ lợi kết hợp tín hiệu cao khu vực chất lượng tín hiệu Tuy nhiên, nhiều BS tham gia vào trình chuyển giao mềm gây khó khăn cho trình điều khiển công suất đường lên Hiện tượng thường gặp tượng trôi công suất hướng xuống Sự trôi công suất trường hợp xảy thực chuyển giao mềm mà UE gửi lệnh đơn để điều khiển công suất phát đường xuống đến tất Node B tập tích cực Các Node B phát lệnh cách độc lập, lệnh không kết hợp điều khiển mạng RNC gây nhiều trễ báo hiệu mạng Chính lỗi báo hiệu giao diện vô tuyến, Node B phát lệnh điều khiển công suất theo cách khác Có thể Node B làm giảm công suất phát tới UE, Node B khác lại tăng mức công suất phát tới UE Sự khác dẫn đến tình công suất đường xuống bắt đầu trôi theo hướng khác Hiện tượng làm giảm hiệu suất chuyển giao đường xuống Do đó, cần điều chỉnh thông số thuật toán chuyển giao cho giá trị kích cỡ tập tích cực trung bình mức tối ưu để vừa đảm bảo độ lợi phân tập vừa giảm trôi công suất hướng xuống trang 51 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO - 4.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG 4.1.1 Môi trường vô tuyến mạng di động Kiến thức đặc tính truyền vô tuyến điều kiện tiên để thiết kế hệ thống thông tin vô tuyến Không giống truyền thông cố định, môi trường truyền thông tin di động khó dự đoán trước Thông thường, kênh vô tuyến mô hình trạng thái tĩnh cách sử dụng liệu đo đạc thực tế Nhiều phương pháp đo thực để thu đặc tính môi trường vô tuyến Nói chung, tín hiệu fading môi trường vô tuyến chia thành loại: - - Thành phần fading diện rộng: tổn hao tuyến Đây tượng suy giảm cường độ tín hiệu nhận theo khoảng cách gây phản xạ, nhiễu xạ xung quanh cấu trúc, khúc xạ Thành phần fading thay đổi chậm: hiệu ứng bóng râm gây chướng ngại vật tòa nhà, núi đồi, cây… Thành phần fading thay đổi nhanh: tượng fading đa đường phản xạ sóng truyền vật thể (tòa nhà, cối …) Sự khác độ dài tín hiệu đa đường dẫn đến trễ truyền khác Tổng thành phần gây fading Tùy thuộc vào môi trường vô tuyến, thông số cho mô hình kênh truyền khác Theo ITU, chia làm loại môi trường vô tuyến: - Phương tiện giao thông (Vehicular) Ngoài trời khách hành (Outdoor and pedestrian) - Văn phòng (Indoor Office) Các môi trường vô tuyến tương ứng với loại cell: macro-cell, micro-cell, pico-cell Trong luận văn này, tập trung đến chuyển giao nên ta mô hệ thống WCDMA với macrocell 4.1.2 Mô hình kênh vô tuyến Giả sử máy thu thiết bị di động chịu ảnh hưởng fading nhanh, mô hình kênh vô tuyến mô hình hóa tích suy hao đường truyền với suy hao fading trang 52 Với khoảng cách từ thiết bị di động đến BS phục vụ, suy hao truyền tính sau: (4.1) Trong đó: α hệ số lũy thừa suy hao đường truyền với giá trị tiêu chuẩn δ (dB) biến ngẫu nhiên có phân bố Gauss với giá trị trung bình độ lệch chuẩn σ , biểu diễn suy hao hiệu ứng bóng râm Độ lệch chuẩn σ không phụ thuộc vào khoảng cách r, có giá trị khoảng - 12 dB, giá trị tiêu chuẩn 8-10 dB macro-cell Suy hao bóng râm tương quan BS Có thể biểu diễn thành phần ngẫu nhiên suy hao bóng râm cho BS thứ i là: δi = a ξ +b ξi đó: (4.2) a ξ chung cho tất BS b ξi thành phần riêng cho BS định, độc lập từ BS đến BS khác a,b thỏa điều kiện: a2 + b2=1 E(δi) = E(ξ) = E(ξi) = với i; (4.3) var(δi) = varE(ξ) = varE(ξi) = σ với i; (4.4) E(ξξi)=0 với i; E(ξiξj)=0 với i j, i ≠ j; Hệ số tương quan chuẩn hóa suy hao BS, BSi BSj E(δi δj)/σ2 = a2 = 1-b2 (4.5) (4.6) (4.7) Thông thường, a2 = b2 = ½ 4.1.3 Viễn cảnh hệ thống Hình 4.1 biểu diễn viễn cảnh hệ thống với 19 cell Các BS phân bố theo dạng lưới lục giác trang 53 Hình 4.1: Viễn cảnh hệ thống Khu vực gần đường bao cell tô màu biểu thị vùng chuyển giao Tất thiết bị di động khu vực trạng thái chuyển giao, kết nối với nhiều BS lúc Trong hình 4.1, hình dạng khu vực không chuyển giao đường tròn thực tế, hình dạng khu vực chuyển giao phụ thuộc vào thuật toán chuyển giao chi phí chuyển giao mềm (chi phí chuyển giao mềm định nghĩa tổng số kết nối chia cho tổng số user trừ Khi xét chuyển giao đường, chi phí chuyển giao mềm tỉ số số user trạng thái chuyển giao mềm tổng số user trạng thái tích cực 4.2 ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ CỦA THUẬT TOÁN ĐẾN HIỆU SUẤT CHUYỂN GIAO 4.2.1 Cửa sổ thêm vào Cửa sổ thêm vào xác định sai lệch tương đối E c/I0 cell (thuật toán ngưỡng tương đối) hay đưa ngưỡng cứng (thuật toán ngưỡng tuyệt đối) để thêm BS vào tập tích cực UE Cửa sổ thêm vào cần tối ưu hóa để đưa vào tập tích cực BS thích hợp Giá trị lớn hay nhỏ làm giảm dung lượng hệ thống Hình 4.2 mô tả ảnh hưởng thuật toán chuyển giao ngưỡng tương đối Tăng chi phí chuyển giao mềm lớn Vùng chuyển giao mềm rộng Cửa sổ thêm vào (Addition window ) nhỏ Vùng chuyển giao mềm nhỏ Thêm vào BS không cần thiết Giảm dung lượng hướng xuống Giảm độ lợi phân tập macro hướng lên Giảm dung lượng hướng lên Cập nhật tập tích cực thường xuyên Tăng chi phí báo hiệu Hình 4.2: Ảnh hưởng cửa sổ thêm vào đến hiệu suất chuyển giao 4.2.2 Cửa sổ xóa Cửa sổ xóa thiết lập tương cửa sổ thêm vào Thông số thường lớn cửa sổ thêm vào Tuy nhiên, cửa sổ xóa lớn, cell không tốt nằm tập tích cực, dẫn đến giảm dung lượng hướng lên hướng xuống Nếu cửa sổ xóa nhỏ, trang 54 gây tượng ping-pong dẫn đến chuyển giao không cần thiết làm tăng báo hiệu có liên quan đến chuyển giao Hình 4.3 minh họa tác động với thuật toán chuyển giao ngưỡng tương đối Tăng chi phí chuyển giao mềm lớn Các BS không cần thiết tập tích cực Vùng chuyển giao lớn Chuyển giao thường xuyên Tăng chi phí báo hiệu Giảm dung lượng hướng xuống Cửa sổ xóa bỏ (Drop window ) nhỏ Hình 4.3: Ảnh hưởng cửa sổ xóa đến hiệu suất chuyển giao 4.2.3 Cửa sổ thay Cửa sổ thay sử dụng trường hợp thay BS tập tích cực Nó xác định ngưỡng tương đối để UE khởi tạo kiện 1C Một cell thay cell yếu tập tích cực đầy sai biệt P-CPICH cell lớn ngưỡng Ảnh hưởng cửa sổ thay hình 4.4 Trong trường hợp ngưỡng lớn, thay diễn chậm, làm cho tập tích cực không tối ưu Điều dẫn đến tăng công suất truyền làm giảm dung lượng, chất lượng hướng lên hướng xuống Nếu ngưỡng nhỏ dẫn đến việc thay diễn thường xuyên làm tăng chi phí báo hiệu lớn Tập tích cực không tối ưu Cửa sổ thay (Replacement window) Thực thi chuyển giao nhỏ không cần thiết Tăng công suất truyền MS Tăng tải hướng lên Tăng tỉ sổ nghẽn rớt gọi Tăng công suất truyền BS Tăng tải hướng xuống Giảm tỉ lệ thiết lập gọi thành công Tăng chi phí báo hiệu trang 55 Giảm lưu lượng gọi hướng lên/hướng xuống Hình 4.4: Ảnh hưởng cửa sổ thay đến hiệu suất chuyển giao 4.2.4 Kích thước tập tích cực tối đa Ảnh hưởng kích thước tập tích cực đến hiệu suất chuyển giao, trường hợp kích thước tập tích cực tối đa lớn thứ yếu Nếu điều chỉnh thông số chuyển giao mềm cho BS ứng viên đưa vào tập tích cực cách hiệu nhât, ảnh hưởng việc điều chỉnh thông số kích thước tập tích cực tối đa không đáng kể Do đó, người ta thường tối ưu hiệu suất chuyển giao với thông số cửa sổ trước Ảnh hưởng kích thước tập tích cực tối đa biểu diễn hình 4.5 Giảm hiệu suất sai khác mức công suất tín hiệu tập tích cực lớn Kích cớ tập tích cực tối đa Tăng công suất truyền MS Giảm dung lượng hướng lên Tăng chi phí chuyển giao mềm Tăng công suất truyền BS Giảm dung lượng hướng xuống Đòi hỏi công suất truyền cao đến MS Giảm hiệu suất BLER hướng xuống Đòi hỏi công suất truyền MS cao Giảm hiệu suất BLER hướng lên Có khả thêm vào BS không cần thiết Cản trở thêm vào nhỏ nhánh chuyển giao cần thiết Tăng tỉ số nghẽn/rớt gọi Hình 4.5: Ảnh hưởng kích thước tập tích cực tối đa đến hiệu suất chuyển giao 4.3 MÔ PHỎNG 4.3.1 Thông số mô Công suất phát trạm gốc P 20 W Bán kính cell r km Độ lệch chuẩn suy hao bóng râm σ dB Tốc độ bit dịch vụ R 12,2 kbps Tốc độ di chuyển user v 10 m/s Hệ số trực giao a 0.6 Kích thước tối đa tập tích cực N trang 56 Hệ số lũy thừa suy hao kênh truyền α Trọng số β Khoảng báo cáo kiện 1A R1A 1-15 dB Khoảng báo cáo kiện 1B R1B R1B=R1A+2 Thông số trễ kiện 1A, 1B, 1C H1A=H1B=H1C dB Ngưỡng tuyệt đối cho kiện 1E T_add 1-20dB Ngưỡng tuyệt đối cho kiện 1F T_drop T_drop=T_add-2 Thông số trễ kiện 1E, 1F HA=HD=HR Bảng 4.1: Các thông số mô dB - Quỹ đạo di chuyển UE: Giả sử UE di chuyển từ vị trí x=-3000m đến vị trí x=3000m theo đường thẳng y=2200m hình 4.6 Hình 4.6: Quỹ đạo di chuyển UE mô 4.3.2 Kết mô 4.3.2.1 Thuật toán chuyển giao ngưỡng tương đối trang 57 Hình 4.7: Ảnh hưởng ngưỡng thêm vào đến số lần chuyển giao thuật toán ngưỡng tương đối trang 58 Hình 4.8: Ảnh hưởng ngưỡng thêm vào đến kích thước tập tích cực trung bình thuật toán ngưỡng tương đối Hình 4.9: Ảnh hưởng ngưỡng thêm vào đến tốc độ cập nhật tập tích cực thuật toán ngưỡng tương đối 4.3.2.2 Thuật toán chuyển giao ngưỡng tuyệt đối trang 59 Hình 4.10: Ảnh hưởng ngưỡng thêm vào đến số lần chuyển giao thuật toán ngưỡng tuyệt đối Hình 4.11: Ảnh hưởng ngưỡng thêm vào đến kích cỡ tập tích cực trung bình thuật toán ngưỡng tuyệt đối trang 60 Hình 4.12: Ảnh hưởng ngưỡng thêm vào đến tốc độ cập nhật tập tích cực thuật toán ngưỡng tuyệt đối 4.3.3 Nhận xét kết 4.3.3.1 Thuật toán ngưỡng tương đối Khi giá trị ngưỡng thêm vào lớn, BS dễ đưa vào tập tích cực Do giá trị ngưỡng xóa thiết lập tương ngưỡng thêm vào (R 1B=R1A+2) nên giá trị lớn tương ứng Điều dẫn đến BS khó bị xóa khỏi tập tích cực Do đó, số lần chuyển giao nhỏ (hình 4.7) kích thước tập tích cực trung bình lớn (hình 4.8) Ngược lại giá trị ngưỡng thêm vào nhỏ, giá trị ngưỡng xóa nhỏ, BS khó đưa vào tập tích cực dễ bị xóa khỏi tập tích cực Vì thế, số lần chuyển giao lớn kích thước tập tích cực trung bình nhỏ Giá trị tốt cho ngưỡng thêm vào R 1A=3dB, số lần chuyển giao 221 lần, kích thước tập tích cực trung bình 1,39 Giá trị phù hợp với giá trị đưa phần lý thuyết 4.3.3.2 Thuật toán ngưỡng tuyệt đối Đối với thuật toán ngưỡng tuyệt đối, giá trị ngưỡng thêm vào (ngưỡng cứng) cần thiết lập phù hợp với công suất E b/I0 trung bình nhận Nếu đưa ngưỡng thêm vào nhỏ công suất Eb/I0 nhận lớn dẫn đến vùng chuyển giao lớn tăng chi phí chuyển giao Trong hình 4.11, giá trị ngưỡng thêm vào khoảng 1-8 dB, kích thước tập tích cực trung bình 3, nghĩa UE trạng thái chuyển giao mềm đường Việc làm cho xác suất xảy trôi công suất hướng xuống cao dẫn đến giảm hiệu suất chuyển giao Giá trị tốt cho ngưỡng thêm vào T_add nằm khoảng 12-14dB mô hình mô trang 61 KẾT LUẬN Luận văn đề cập đến tiêu chí đánh giá chung cho thuật toán chuyển giao Các kết phân tích hiệu suất cấp đường dẫn sử dụng để tính toán mô mô hình mạng tế bào Khi so sánh tính hiệu thuật toán chuyển giao người ta thường dựa chủ yếu thông số hiệu suất sử dụng tài nguyên số lần chuyển giao, tốc độ cập nhật tập tích cực kích thước tập tích cực trung bình Một thuật toán chuyển giao hiệu cần có số lần chuyển giao nhỏ, kích thước tập tích cực trung bình lớn tốc độ cập nhật tập tích cực thấp Để đạt mục tiêu đó, thông số thuật toán cần thiết lập phù hợp với trạng mạng dựa kết kiểm tra, đo thử Hiện với phát triển công nghệ GPS, ta xác định dễ dàng vị trí thuê bao di động Từ đó, ta tính toán khoảng cách từ UE tới Node B phục vụ Node B đo đạc Để nâng cao hiệu thuật toán chuyển giao truyền thống người ta dựa vào thông số khoảng cách từ UE tới node B để đưa ngưỡng tương đối cho kiện thêm vào, xóa bỏ Nếu khoảng cách từ UE tới Node B phục vụ nhỏ khoảng cách từ UE tới Node B định đưa vào tập tích cực ta tăng giá trị thông số trễ để Node B khó đưa vào tập tích cực ngược lại Dựa ý tưởng đó, giáo sư Học viện máy tính truyền thông Đài Bắc (Đài Loan) đưa thuật toán chuyển giao dựa tính di động (Mobility-Based Soft Handover Algorithm) Các kết đo đạc thực nghiệm cho thấy số lần chuyển giao giảm 20-30% so với thuật toán trang 62 truyền thống Hi vọng tương lai gần thuật toán triển khai rộng rãi hệ thống WCDMA trang 63 ... giao Chương 4: Mô thuật toán chuyển giao trang CHƯƠNG I HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA - 1.1 HỆ THỐNG UMTS 1.1.1 Tổng quan Hệ thống thông tin di động hệ thứ xây dựng với... công nghệ thông 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 công nghệ thông tin di động hệ ba WCDMA. .. ngưỡng tương đối 57 4 .3. 2.2 Thuật toán chuyển giao ngưỡng tuyệt đối .59 4 .3. 3 Nhận xét kết 61 4 .3. 3.1 Thuật toán ngưỡng tương đối 61 4 .3. 3.2 Thuật toán ngưỡng tuyệt đối