LỜI MỞ ĐẦU Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày các trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết. ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây: Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này. Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của các hệ thống thông tin di động. Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động . Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba. Hiện nay tai Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đã được chia là bốn khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT. Trong các năm tới 3GWCDMA UMTS sẽ được triển khai trên băng tần này. Và trong WCDMA chuyển giao là một chức năng thiết yêu để đối phó với tính di động của các thuê bao di động. So với chuyển giao cứng truyền thống được sử dụng trong mang di động GSM, thì chuyển giao mềm sử dụng trong IS-95 và được đề xuất cho mạng 3G có hiệu suất tốt hơn trên cả hai cấp độ đường dẫn và hệ thống. Đồ án này đi sâu vào nghiên cứu các đặc tính của chuyển giao mềm cũng như tác động của nó đến dung lượng hay hiệu suất hướng xuống trong mạng WCDMA. Đồ án được chia làm 4 chương với các nội dung chính như sau : Chương 1 - Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế 3 UMTS : Giới thiệu tổng quan về mạng thong tin di động , cấu trúc của mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS , đặc điểm của công nghệ WCDMA và quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) Chương 2– Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA : Trình bày về các kiểu chuyển giao trong hệ thống WCDMA , thuật toán chuyển giao IS-95A và thuật toán chuyển giao mềm WCDMA ở dạng hình vẽ . Bên cạnh đó phần này cũng giới thiệu khái quát về : đặc điểm , tổng phí và độ lợi dung lượng mang của chuyển giao mềm Chương 3 – Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn ,cấp hệ thống và thuật toán chuyển giao mềm : Chương này nguyên cứu về sự phân bố công suất hướng xuống, phân tích hiêu suất cấp hê thống thuật toán chuyên giao mềm và chuyến lược điều khiên công suất tối ưu trong chuyển giao mềm Chương 4- Chương trình mô phỏng : Phần này sẽ đưa ra mô hình của một user trong 1 ô tô đang chuyển động từ cell trực thuộc sang cell khác. Sản phẩm giao nộp kèm theo đề tài gồm 01 chương trình viết bằng VB6 và Mã nguồn của các chương trình này cộng với nội dung của đề tài trong CD-ROM sản phẩm. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của quý thầy cô, đồng nghiệp để hoàn thiện thêm kiến thức trong lĩnh vực này. Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn, cám ơn sâu sắc đến các thầy cô trong trường đại học Bách Khoa Hà Nội , thầy cô trong khoa Điện tử viển thông đại học Bách Khoa Hà Nội . Và đặc biệt em xin cảm ơn Thạc sỹ Vũ Duy Hải , giáo viên hướng dẫn đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án , thầy đã nhiệt tình chỉ bảo , góp ý ,cũng như định hướng cho em trong suốt quá trình làm đồ án này , thầy đã cho em những lời khuyên quý báu trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Hà Nội, tháng 5 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Thanh Thuần
Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HỊA Xà HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyên Thanh Thuần Số hiệu sinh viên: 20043001 Khoá: 50 Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: Điện tử tin học Đầu đề đồ án: Xây dựng chương trình mơ trình chuyển giao mềm mạng WCDMA Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Tổng quan hệ thống thông tin di động UMTS Chuyển giao hệ thống 3G WCDMA Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn ,cấp hệ thống thuật toán chuyển giao mềm Kết mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA Họ tên giảng viên hướng dẫn: Thạc sỹ : Vũ Duy Hải Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/12/2009 Ngày hồn thành đồ án: 05/2010 Chủ nhiệm Bộ mơn Ngày tháng Giảng viên hướng dẫn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng Cán phản biện SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 năm năm Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Thuần Số hiệu sinhviên:.20043001 Ngành: Điện tử tin học Khoá: 50…………………… Giảng viên hướng dẫn:.Vũ Duy Hải Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ trình chuyển giao mềm WCDMA Ngày tháng năm Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 10 TÓM TẮT ĐỒ ÁN .12 ABSTRACT 13 MỤC LỤC 14 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 15 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ UMTS 20 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG 20 1.1.1 Hệ thống di động tương tự hệ 20 1.1.2 Hệ thống di động hệ thứ giai đoạn 2+ .21 1.1.3 Hệ thống di động thứ cao 24 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WCDMA 26 1.2.1 Hệ thống UMTS 27 1.2.1a Tổng quan 27 1.2.1.b Các loại lưu lượng dịch vụ 3G WCDMA UMTS hỗ trợ 29 1.2.2 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 31 1.3 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN ( RRM) 40 1.3.1 RRM mạng di động 40 1.3.2 Chức RRM 41 1.3.2.a Điều khiển công suất (Power Control) 41 1.3.2.b Điều khiển chuyển giao (Handover control) 45 1.3.2.c Điều khiển thâm nhập (Admission control) 45 1.3.2.d Điều khiển Tải (Điều khiển tắc nghẽn) .46 CHƯƠNG II : CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA .45 2.1 KHÁI QUÁT VỀ CHUYỂN GIAO TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .48 2.1.1 Các kiểu chuyển giao hệ thống WCDMA 3G 48 2.1.2 Các mục đích chuyển giao .50 2.1.3 Các thủ tục phép đo đạc chuyển giao 51 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA 2.2 CHUYỂN GIAO TRONG CÙNG TẦN SỐ 52 2.2.1 Chuyển giao mềm 52 2.2.1.a Nguyên lý chuyển giao mềm .53 2.2.1.b Các thuật toán chuyển giao mềm 56 2.2.1.c Các đặc điểm chuyển giao mềm 58 2.2.2 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm 60 2.2.3.Tổng phí chuyển giao mềm 62 2.2.4 Độ lợi dung lượng mạng chuyển giao mềm 63 2.3 CHUYỂN GIAO GIỮA CÁC HỆ THỐNG WCDMA VÀ GSM 64 2.4 CHUYỂN GIAO GIỮA CÁC TẦN SỐ TRONG WCDMA 66 2.5 TỔNG KẾT CHUYỂN GIAO 66 CHƯƠNG III : PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP ĐƯỜNG DẪN, CẤP HỆ THỐNG VÀ THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO MỀM .69 3.1.2 Những tác động chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống 71 3.1.3 Sự phân bố công suất hướng xuống 72 3.1.3.a Phân bố cơng suất khơng có SHO .73 3.1.3.b Phân bố công suất với SHO .74 3.1.4 Kết luận .76 3.2 PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP HỆ THỐNG 77 3.2.1 Độ lợi chuyển giao mềm hướng xuống .77 3.2.1.a Độ lợi chuyển giao mềm 77 3.2.1.b Những tác động độ lợi chuyển giao mềm 81 3.3.2 Sơ đồ chọn lựa tái chọn lựa Cell 82 3.3.2.a Nguyên lý sơ đồ chọn lựa Cell (CS) khác 83 3.3.2.b Những tác động sơ đồ chọn lựa Cell khác đến độ lợi SHO .86 3.3 CÁC THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO MỀM .86 3.3.1 Các thuật toán SHO khác 87 3.3.1.a Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A 88 3.3.1.b Thuật toán chuyển giao mềm UTRA 89 3.3.2 Vùng SHO thuật toán chuyển giao mềm khác 90 3.4 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT HƯỚNG XUỐNG 91 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA 3.4.1 Phân bố công suất điều kiện điều khiển cơng suất 91 3.4.1.a Khơng có điều khiển công suất 91 3.4.1.b Điều khiển cơng suất hồn hảo 91 3.4.1.c Điều khiển cơng suất khơng hồn hảo 93 3.4.2 Độ lợi SHO tác động điều khiển công suất .94 3.5 CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TỐI ƯU TRONG CHUYỂN GIAO MỀM 96 3.5.1 Nguyên lý cách tiếp cận 96 3.5.2 Đánh giá tính khả thi 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự phát triển mạng di động .22 Hinh1.2 Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G 26 Hình 1.3 Các phổ tần dùngcho hệ thống UMTS 28 Hình 1.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 32 Hình 1.5 Vai trò logic SRNC DRNC 35 Hình 1.7 Hiệu ứng gần xa ( điều khiển công suất hướng lên ) 42 Hình1.8 Bù nhiễu inter- cell ( điều khiển cơng suất hướng xuống ) .43 Hình 1.9 Thuật tốn chung diều khiển cơng suất vòng ngồi 44 Hình 1.10 Đường cong tải .46 Hình 2.1 Các kiểu chuyển giao khác 50 Hình2.2 Các thủ tục chuyển giao 52 Hình 2.3 Lưu đồ kích hoạt chuyển giao cứng .54 Hình 2.4 Sự so sánh chuyển giao cứng chuyển giao mềm .54 Hình 2.5 Nguyên lý chuyển giao mềm 56 Hình 2.6 Thuật tốn chuyển giao mềm IS-95A .56 Hình 2.7 Thuật tốn chuyển giao mềm WCDMA 58 Hình 2.8 Sự suy giảm nhiễu có chuyển giao mềm UL 59 Hình 2.9 Độ lợi chuyển giao mềm công suất phát đường lên(giá trị dương = độ lợi, giá trị âm = suy hao) .61 Hình 2.10 Độ lợi chuyển giao mềm công suất phát đường xuống (Giá trị dương =độ lợi, âm =suy hao) 62 Hình 2.11 Tổng phí chuyển giao mềm 63 Hình 2.12 Chuyển giao hệ thống GSM WCDMA 65 Hình 2.13Thủ tục chuyển giao hệ thống 66 Hình 2.1 Nhiễu hướng xuống 70 Hình 3.2 Những tác động chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống 73 Hình 3.3 Vùng chuyển giao mềm vùng phủ sóng hiệu Cell .79 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA Hình 3.4 Sự bố trí cell 80 Hình 3.5 Sơ đồ chọn lựa Cell .85 Hình 3.6 Lưu đồ chọn lựa Cell hoàn hảo 86 Hình 3.7 Sơ đồ chon cell .86 Hình 3.8 Lưu đồ chọn lựa Cell bình thường 87 Hình 3.9 Lưu đồ thuật tốn chuyển giao mềm IS-95A 89 Hình 3.10 Lưu đồ thuật toán chuyển giao mềm UTRA 90 Hình 3.11 So sánh vùng SHO thuật tốn khác .91 Hình 3.12 Điều khiển công suất hướng xuống Chuyển giao mềm .97 Hình 3.13 Cơng suất truyền tổng tương đối cho MS chuyển giao mềm .102 Hình 4.1 Trạng thái chưa chuyển giao 103 Hình 4.2 Quá trình đầu chuyển giao .104 Hình 4.3 Quá trình chuyển giao mềm WCDMA .104 Hình 4.4 Kết thúc trình chuyển giao .105 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật hệ thống số hệ thứ .23 Bảng 1.2 Phân loại dịch vụ 3GWDCMA UMTS 30 Bảng 2.2 Tổng kết chuyển giao 67 Bảng liên kết 3.1 81 Bảng 3.2 Các thông số hệ thống 101 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA LỜI MỞ ĐẦU Ngày thông tin di động ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh với số thuê bao đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008 Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho số người xe, đến với ứng dụng ngày rộng rãi thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thơng tin di động cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể chức camera, MP3 PDA Với dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G phát triển lên 4G ngày trở nên cấp thiết ITU đưa đề án tiêu chuẩn hố hệ thống thơng tin di động hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt mục tiêu sau đây: Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo dịch vụ băng rộng truy nhập internet nhanh ứng dụng đa phương tiện, yêu cầu ngày tăng dịch vụ Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ đánh số cá nhân tồn cầu điện thoại vệ tinh Các tính cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ hệ thống thông tin di động Tương thích với hệ thống thơng tin di động có để đảm bảo phát triển liên tục thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ ba IMT-2000 đề xuất, hai hệ thống WCDMA UMTS cdma-2000 ITU chấp thuận đưa vào hoạt động Các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA điều cho phép thực tiêu chuẩn tồn giới cho giao diện vơ tuyến hệ thống thông tin động hệ ba Hiện tai Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA chia bốn khe cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT Trong năm tới 3GWCDMA UMTS triển khai băng tần Và WCDMA chuyển giao chức thiết u để đối phó với tính di động thuê bao di động So với chuyển giao cứng truyền thống sử dụng mang di động GSM, chuyển giao mềm sử dụng IS-95 đề xuất cho mạng 3G có hiệu suất tốt hai cấp độ đường dẫn hệ thống Đồ án sâu vào nghiên cứu đặc tính chuyển giao mềm tác động đến dung lượng hay hiệu suất hướng xuống mạng WCDMA Đồ án chia làm chương với nội dung sau : Chương - Tổng quan hệ thống thông tin di động UMTS : Giới thiệu tổng quan mạng thong tin di động , cấu trúc mạng thông tin di động hệ thứ UMTS , đặc điểm công nghệ WCDMA quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) Chương 2– Chuyển giao hệ thống 3G WCDMA : Trình bày kiểu chuyển giao hệ thống WCDMA , thuật toán chuyển giao IS-95A thuật toán chuyển giao mềm WCDMA dạng hình vẽ Bên cạnh phần giới thiệu khái quát : đặc điểm , tổng phí độ lợi dung lượng mang chuyển giao mềm SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 10 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ trình chuyển giao mềm WCDMA 3.4 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT HƯỚNG XUỐNG Như đề cập chương I, hệ thống CDMA, điều khiển công suất chức quan trọng để quản lý tài nguyên vô tuyến Ở hướng lên, điều khiển công suất đưa vào để khắc phục hiệu ứng gần xa, hướng xuống, ngun nhân để sử dụng điều khiển cơng suất giảm nhiễu inter-Cell Bởi điều khiển cơng suất hướng xuống không quan trọng việc điều khiển công suất hướng lên, nên số nghiên cứu trước chuyển giao mềm không đề cập đến điều khiển công suất hướng xuống Đối với MS trạng thái chuyển giao mềm gần cạnh Cell, nhiễu inter-Cell cao nhiều so với nhiễu intra-Cell Điều đặc biệt tính trực giao kênh hướng xuống giữ mức tốt Do đó, khơng khó khăn để đến kết luận có số mối tương quan việc điều khiển công suất độ lợi chuyển giao mềm Trong luận án này, kết luận mang tính trực quan kiểm chứng cách phân tích so sánh độ lợi chuyển giao mềm điều kiện điều khiển công suất khác cách riêng rẽ 3.4.1 Phân bố công suất điều kiện điều khiển cơng suất 3.4.1.a Khơng có điều khiển cơng suất Bởi hướng xuống, điều khiển cơng suất không quan trọng hướng lên, nên vài nghiên cứu trước khơng quan tâm tới Khi khơng có điều khiển cơng suất, kênh lưu lượng hướng xuống phân bổ giá trị cơng suất Do : Ps1 Ps1_ SHO PT 1. N (1 x ) (3.25) Trong x tổng phí chuyển giao mềm, N số User hoạt động Cell, N(1+x) tổng số kênh dành riêng hướng xuống, γ tỷ lệ công suất truyền tổng dành cho kênh lưu lượng 3.4.1.b Điều khiển cơng suất hồn hảo Việc điều khiển cơng suất hướng xuống hồn hảo làm cho tỷ số E b/I0 nhận giá trị mong muốn tất trạm di động thời điểm Do đó, cơng suất truyền dẫn kênh dành riêng hướng xuống SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 92 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA dẫn xuất từ phương trình chất lượng liên kết Đối với User đặt (r1,θ1) bên vùng chuyển giao mềm User hình III.4, khơng quan tâm đến nhiễu nhiệt, tỷ số lượng bít mật độ phổ cơng suất nhiễu E b/I0 nhận được biểu diễn là: Eb W I vR s1 1 10 1 P r 10 PT1 (1 )r1 10 10 M j �PT j rj 10 (3.26) 10 j 2 Trong đó, W tốc độ chip; R tốc độ bit dịch vụ; ν hệ số hoạt động; PT công suất truyền tổng tất trạm gốc; r rj khoảng cách từ trạm di động đến BS1 BSj tương ứng; α độ đường dẫn; ζ độ suy giảm tính theo dB hiệu ứng chắn, với độ lệch chuẩn σ; a hệ số trực giao; M số trạm gốc đưa vào tính tốn nhiễu inter-Cell Ở đây, trạm gốc thuộc lớp thứ thứ hai sử dụng, M = 19 Giả sử User phân bố tồn mạng cơng suất truyền tổng tất trạm gốc giống nhau, ký hiệu PT Công suất truyền yêu cầu kênh dành riêng hướng xuống từ BS1 , Ps1 giải từ phương trình (3.26) sau: M j 1 � vR �Eb � � 10 10 P (1 ) r 10 P r 10 � � � � � Tj j W �I �T � j 2 � Ps1 1 r1 10 10 = vR �Eb � W �I � �(1) � �PT � � � � (3.27) �rj � j 1 10 Trong (Eb/I0)t giá trị Eb/I0 mong muốn : � 1 �� � 10 r1 � j 2 � M SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 93 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA Đối với User bên vùng chuyển giao mềm User hình III.12, giả sử BS1 BSi nằm tập tích cực (SHO đường), chiến lược phân chia công suất cân tỷ số tổng hợp tối đa sử dụng trình chuyển giao mềm, tỷ số Eb/I0 nhận là: Eb �Eb � �Eb � � � � �= I �I � �I � i � � 1 i � Ps1_ SHO r1 10 10 Psi _ SHO ri 10 10 W� � � (3.28) 19 19 j k 1 i vR � 10 10 10 10 � P (1 ) r 10 P r 10 P (1 ) r 10 P r 10 � � T T j T T k � � j 2 k 1,k # � � Vì vậy, Ps1-SHO tính là: Ps1_ SHO vR �Eb � � �PT W �I � t (3.29) 1 �(1) �(2) Trong : �rj � j 1 10 � 1 � � � 10 r1 � j 2 � M M �rk � 10( k i )10 (2) (3.30) �r � � k � 1,k #1 � i � Phân bố cơng suất theo SHO đường dẫn xuất theo cách tương tự 3.4.1.c Điều khiển cơng suất khơng hồn hảo Qua việc xác minh thực nghiệm, lỗi điều khiển cơng suất mơ hình hố giá trị ngẫu nhiên với phân bố logarit chuẩn tắc Gọi Pe giá trị biểu diễn cho lỗi điều khiển công suất (được tính dB), Ps1 Ps1-SHO viết sau: Ps1 = Ps1’ + Pe (dB) Ps1_SHO =Ps1_SHO’ + Pe1 (dB) Psi_SHO = Psi_SHO + Pei (dB) SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 (3.31) (3.32) 94 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA Trong Pe giá trị ngẫu nhiên có phân bố Gaussian với trung bình khơng phương sai, e2 Độ lệch chuẩn σe phản ánh mức độ khơng hồn hảo Suốt q trình chuyển giao mềm, Pe1 Pe2 độc lập với Thay (3.31) (3.32) vào (3.26) (3.28), ta thu công suất truyền thực tế theo điều kiện điều khiển cơng suất khơng hồn hảo Ps1’ Ps1_SHO’ 3.4.2 Độ lợi SHO tác động điều khiển công suất Dung lượng hướng xuống độ lợi chuyển giao mềm với điều khiển cơng suất hồn hảo hay khơng hồn hảo tính cách thay Ps1 , Ps1-SHO , Ps1’ , Ps1_SHO’vào (3.18 (3.21) Đối với User (r1,θ1) bên vùng chuyển giao mềm, thay (3.25) vào (3.26), Eb/I0 biểu diễn là: Eb W I vR W vR 1 r1 10 1 N (1 x)(1 )r1 10 10 M 10 j N (1 x)�rj 10 10 j 2 (3.33) M ( j 1 ) � � �rj � 10 N (1 x) � �� � 10 � r1 � j 2 � � � � � Rõ ràng điều khiển cơng suất, Eb/I0 hàm theo vị trí trạm di động Từ (3.33) rút N: N W vR �Eb � � � �I � t M ( j 1 ) � � �r � 10 (1 x) � ��j � 10 � r j �1 � � � � � (3.34) Đối với MS bên vùng chuyển giao mềm User hình III.2, Eb/I0 biểu diễn là: SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 95 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ trình chuyển giao mềm WCDMA � Eb W � � � I vR �N (1 x)1 �(1) N (1 x )1 �(2) � (3.35) Trong : �rj � j 1 10 � 1 � � � 10 r j �1 � M M �rk � 10( k i )10 (2) �r � � k � 1,k #1 � i � Từ (3.35) , N suy : W vR �Eb � � �� � 1 �I � t N � � (1 x) � �(1) �(2) � (3.36) Do đó, dung lượng hướng xuống trung bình N khơng điều khiển cơng suất hướng xuống biểu diễn là: �� W � � �� � � vR �Eb � �� � � � � I �� � � �0 � E outsideSHOzone � �(1 x) � � � �(1) � � �� �� � �� � � �� � � �� � � N (r1 ) � �(3.37) W � � � � � �vR �Eb �� � � � � � � � � 1 �E � �I ��� insideSHOzone � �1 �(1) �(2) � � � � (1 x) �� � � � � � � � � �� � � � � � � �� Từ (3.37) ta thấy không điều khiển công suất, dung lượng hướng xuống bị giới hạn User yếu (User có Eb/I0 thấp nhất) Cell SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 96 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA 3.5 CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TỐI ƯU TRONG CHUYỂN GIAO MỀM 3.5.1 Nguyên lý cách tiếp cận Như đề cập chương trước, hệ thống CDMA hệ thống giới hạn nhiễu Việc giảm thiểu nhiễu tổng nguyên tắc để tối ưu hoá tài nguyên vô tuyến hệ thống CDMA Nguyên lý cách tiếp cận điều khiển công suất giảm thiểu mức tiêu thụ cơng suất tổng suốt trình chuyển giao mềm mức tiêu thụ cơng suất thấp đồng nghĩa với việc nhiễu đến User khác Xét trạm di động trạng thái SHO đường đưa hình 3.12 , cơng suất tổng tiêu thụ trạm di động tổng P1 P2 P1 P2 công suất truyền kênh hướng xuống dành riêng tương ứng từ BS1 BS2 Hình 3.12 Điều khiển công suất hướng xuống Chuyển giao mềm Giả sử tải phân bố đồng toàn hệ thống, công suất truyền tổng PT trạm gốc giống Tỷ số Eb/I0 trạm di động biểu diễn sau: Eb �Eb � �Eb � � � � � I �I � �I � (3.38) Với : �Eb � W � � vR �I � t P1.L1 M PT (1 ) L1 �PL t i i 2 W vR P1 M � L � PT � 1 � i � i L1 � � SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 (3.39) 97 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA Và : �Eb � W � � vR �I � P2 L2 PT (1 ) L2 M � PL t j W vR i 2, j # P2 M � L � (3.40) PT � 1 � j � i 2, j # L2 � � Trong W tốc độ chip; R tốc độ bit dịch vụ; ν hệ số hoạt động dịch vụ; a hệ số trực giao hướng xuống; Li suy giảm lan truyền từ BSi đến trạm di động; M số trạm gốc đưa vào nhiễu inter-Cell Thay (3.40) (3.39) vào (3.38) ta được: � � Eb W � P1 P2 M M Lj Li I vR PT � � � � i L1 j 1, j # L2 � � � � � � � (3.41) Ta định nghĩa thông số B để định nghĩa mối quan hệ P1 P2 theo: B Ps1 Ps (3.42) Theo nguyên tắc “Không hơn, không kém”, QoS nhận trạm di động giữ mức giá trị mục tiêu Do đó, từ (3.41) (3.42), công suất tổng yêu cầu trạm di động suy là: � 1� Pt P1 P2 � 1 � � B� �Eb �vR � � PT W �I � t M L 1 � i i L1 1 (3.43) M Lj �L j 1, j # 2 Trong (Eb/I0)t giá trị mục tiêu dịch vụ mà User yêu cầu Từ (3.43), ta thấy rõ ràng công suất tổng mà User tiêu thụ có mối quan hệ với tỷ số công suất B Những giá trị khác tỷ số P P2 dẫn tới mức tiêu thụ công suất tổng khác Mục đích chiến lược điều khiển cơng suất tối ưu cố gắng tìm giá trị tỷ số B thích hợp để tối thiểu hố cơng suất tổng PT SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 98 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ trình chuyển giao mềm WCDMA 3.5.2 Đánh giá tính khả thi Sử dụng chiến lược phân chia cơng suất cân chuẩn [ETSI TS 125 214] làm tham chiếu, dẫn xuất B để giảm bớt công suất tổng tiến hành sau: Gọi Pt0 giá trị đại diện cho công suất tổng mà User tiêu thụ thực chiến lược phân chia cơng suất cân chuẩn suốt q trình chuyển giao mềm Thay P1 P2 vào (3.43 ), Pt0 biểu diễn là: Pto �E �vR � b � PT W �I � t M L 1 � i i L1 1 (3.44) M Lj �L j 1, j #2 Để giảm bớt công suất tổng phải thoả theo bất đẳng thức sau đây: pt �Pt (3.45) Đặt : X M L 1 � i i L1 Và Y 1 M Lj �L j 1, j # ( 3.46) Thì (3.45) viết thành : B � X Y X Y B 1 � � X Do: X Y � (3.47) � Y � B � (3.48) Nên: B X Y �X Y �� X Y �X Y � � � � � B X Y B � � � � X Y B 1 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 (3.49) 99 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA Suy : X Y 1 X Y �2 X Y B B B (3.50) Suy : � 1� � 1� 1 � Y �� 1 � X � � B� � B� (3.51) Để thỏa mãn (3.51) , B phải phụ thuộc vào mối quan hệ X Y : Nếu X �Y , � B 1 B Nếu X �Y , � B 1 B (3.52) (3.53) Gọi : �Eb � � � �I � i 1 L 1 � j j 1 Li M (3.54) Là tỷ số Ec/I0 kênh Pilot nhận từ trạm gốc BSi Trong đó, γ tỷ lệ cơng suất truyền tổng trạm gốc dành cho kênh lưu lượng; a hệ số trực giao hướng xuống Do : �Eb � �Eb � � � � � I0 � 1 �I � � Và (3.55) Y X M M L Li 1 1 � 1 � j i L1 j 1, j # L2 (3.52) (3.53)có thể viết lại thành : �Ec � �Ec � �I � �I � Nếu � ��� � , � B 1 B (3.56) SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 100 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA �Ec � �Ec � �I � �I � Nếu � ��� �, � B 1 B Khi tải phân bố đồng toàn hệ thống, tất kênh hoa tiêu hướng xuống phân bổ giá trị cơng suất, việc nhận Ec/I0 cao từ trạm gốc BSi tương ứng với suy giảm lan truyền từ BSi đến User thấp Do đó, việc chọn B = L1/L2 thoả mãn (3.56) đồng thời thoả mãn (3.45) Điều có nghĩa tỷ số cơng suất trạm gốc tập tích cực tỷ số suy giảm lan truyền chúng mức tiêu thụ cơng suất tổng suốt q trình chuyển giao mềm giảm bớt so với sơ đồ phân chia công suất cân Do đó, sơ đồ điều khiển cơng suất tối ưu, trạm gốc tập tích cực thay đổi công suất truyền chúng cách phụ thuộc tỷ số công suất giữ với tỷ số suy giảm lan truyền Lưu ý việc chọn B = L1/L2 cho sơ đồ điều khiển công suất tối ưu suy giảm lan truyền từ trạm gốc cụ thể thu cách đo kênh Pilot hướng xuống trạm gốc Điều đảm bảo tính khả thi cách tiếp cận điều khiển cơng suất việc đo kênh Pilot thủ tục chuyển giao mềm Trong SHO đường việc phân tích hồn tồn tương tự Giả sử BS1, BS2 BS3 trạm gốc tập tích cực, mối quan hệ P1, P2 P3 là: P1 L1 P2 L2 , P1 L1 , P3 L3 P1 L1 P3 L3 (3.57) Hình 3.13 biểu diễn cơng suất tổng tương đối trung bình mà User cần trình chuyển giao mềm Trục X biểu diễn khoảng cách tiêu chuẩn hoá từ User đến trạm gốc gần tập tích cực Những giả định hệ thống mơ hình kênh vơ tuyến giống đưa chương thông số hệ thống lấy từ bảng 3.2 P t0/PT Pt/PT tính tốn tương ứng từ (3.43) (3.44) Những kết hình cho thấy so với sơ đồ phân chia công suất cân bằng, phân chia cơng suất khơng cân sơ đồ điều khiển SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 101 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA cơng suất tối ưu làm giảm cơng suất tổng mà User tiêu thụ trình chuyển giao mềm Bảng 3.2 Các thơng số hệ thống Hình 3.13 Công suất truyền tổng tương đối cho MS chuyển giao mềm SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 102 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG Chương trình mơ đưa mơ hình chuyển giao MS tơ chuyển động cell sang cell Hình 4.1 Trạng thái chưa chuyển giao Khi MS chuyển động cell MS kết nối với BS cell , BS cell1 chịu giám sát RNC Khi MS vùng chuyển giao hai cell va cell2 , MS kết nối đồng thời với BS gổm BS lân cận BS1 gồm : BS1, BS2, BS3, BS4 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 103 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA Hình 4.2 Quá trình đầu chuyển giao Sau MS kết nối đồng thời với hai BS cell1 cell Lúc BS cell1 cell2 đông thời chịu điều khiển RNC Hình 4.3 Quá trình chuyển giao mềm WCDMA Kết thúc trình chuyển giao MS kết nối với BS cell SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 104 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA Hình 4.4 Kết thúc trình chuyển giao SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 105 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA TÀI LIỆU THAM KHẢO WCDMA for UMTS- Radio Access for Third Generation Mobile Communications – Harri Holma and Antti Toskala IS – 95 CDMA and cdma2000 – VIJAY K.GARG 3G cdma2000 Wireless System Engineering – Samuel C Yang Thông tin di động hệ Tập 1, Tập - Nguyễn Phạm Anh Dũng Bài giảng Viba số - Tài liệu cho lớp cao học – TS Phạm Công Hùng Studies on Wideband CDMA System – Zhang Ping, Li Zexian, Yang Xinjie, Chen Yuhua, Chen Zgiqiang, WANG Yuzhen and Hu Xuehong – Bejjing University of Posts and Telecommunications Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Networks – PH.D Thesis of Yue Chen – Queen Mary, University of London 8.WCDMA for UMTS lectures – Nokia Research Centre, Finland GSM, cdmaOne and 3G Systems - Raymond Steele, Chin-Chun Lee and Peter Gould - Copyright © 2001 John Wiley & Sons Ltd 10.www.3GPP.org 11 www.vnpt.com.vn 12.www.3gnewsroom.com SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 106 ... Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tốt nghiệp em hướng dẫn thạc sỹ Vũ Duy Hải trình bày chuyển giao mềm WCDMA xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao. .. K50 13 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ trình chuyển giao mềm WCDMA MỤC LỤC SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 14 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA DANH SÁCH... đích chuyển giao .50 2.1.3 Các thủ tục phép đo đạc chuyển giao 51 SV: Nguyễn Thanh Thuần - Lớp ĐT3 – K50 Đề tài : Xây dựng chương trình mơ q trình chuyển giao mềm WCDMA 2.2 CHUYỂN GIAO