Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu giải pháp để giảm ảnh hưởng của nhiễu trong mạng tích hợp femtocell, cụ thể là nhiễu đồng kênh xuyên lớp giữa femtocell và macrocell với kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn. Mời các bạn tham khảo!
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÝ THỊ THANH ĐÀO NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU TRONG HỆ THỐNG FEMTOCELL Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật điện tử : 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2014 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN CƯỜNG Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN VĂN TUẤN Phản biện 2: TS NGUYỄN HOÀNG CẨM Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 28 tháng 12 năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Xu mạng viễn thông hội tụ mạng di động cố định để tạo mạng đa dịch vụ, sử dụng chung tài nguyên: đầu cuối, hệ thống điều khiển, mạng truyền tải, Sự hội tụ mạng cố định di động cần thiết để cung cấp dịch vụ chất lượng cao Trong đó, femtocell xem ứng cử viên triển vọng để giải vấn đề Femtocell thuật ngữ liên quan đến khái niệm trạm gốc điểm truy nhập Mỗi femtocell trạm thu phát sóng di động nhỏ mạng thông tin di động tế bào, tích hợp nhiều chức BSC (Base Station Controller) số chức MSC (Mobile Switching Center) Femtocell kết nối đến mạng nhà cung cấp dịch vụ qua đường truyền băng rộng Mục đích femtocell phủ sóng bên tòa nhà, cho phép nhà cung cấp dịch vụ mở rộng phạm vi phủ sóng khu vực khu dân cư sóng yếu cao ốc tầng hầm Vì thế, femtocell cổng kết nối mạng thông tin di động tế bào đặt nhà khách hàng xem kết hợp mạng cố định mạng di động Một thách thức đặt cho mạng triển khai hệ thống femtocell vấn đề nhiễu Vì cơng suất femtocell tương đối nhỏ, ảnh hưởng nhiễu hai femtocell lân cận nhỏ Vấn đề đặt femtocell macrocell bị nhiễu lẫn nghiêm trọng việc quy hoạch mạng tế bào quản lý phổ tần số khơng xem xét thích hợp Nhiễu femtocell macrocell làm giảm dung lượng hệ thống giảm thông lượng người dùng Giải pháp đơn giản để giảm ảnh hưởng nhiễu sử dụng dải tần số chuyên dụng dành cho femtocell Nhưng thực tế nay, tài nguyên phổ tần số quý Do đó, vấn đề giảm ảnh hưởng nhiễu hệ thống femtocell, cụ thể nhiễu đồng kênh xuyên lớp femtocell macrocell nhằm sử dụng tài nguyên phổ tần số cách hợp lý vô cần thiết Một giải pháp sử dụng hiệu tài nguyên phổ tần số áp dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số Nếu sóng mang sử dụng người dùng khác macrocell femtocell, nhiễu đồng kênh xuyên lớp xảy Vì vậy, việc lựa chọn giải pháp tái sử dụng tần số thích hợp cơng việc cần thiết để nhà mạng xem xét áp dụng thực tế Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu giải pháp để giảm ảnh hưởng nhiễu mạng tích hợp femtocell, cụ thể nhiễu đồng kênh xuyên lớp femtocell macrocell với kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn: - Tính tốn suy hao đường truyền - Ước tính SINR, tính tốn dung lượng hệ thống - Đánh giá yếu tố ảnh hưởng mạng femtocell - Cấp phát băng tần số cho femtocell Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu loại nhiễu kỹ thuật quản lý nhiễu hệ thống femtocell; phân tích, đánh giá mơ lược đồ tái sử dụng tần số phân đoạn nhằm giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp femtocell macrocell - Phạm vi nghiên cứu: Luận văn tập trung vào giải pháp để giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp, cụ thể kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn; xây dựng mơ hình, kịch để thực mơ phỏng, thể kết phân tích mức dễ hiểu Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích tài liệu thông tin liên quan đến đề tài - Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật giảm ảnh hưởng nhiễu hệ thống mạng sử dụng femtocell sở lý thuyết: Kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn - Nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab để thực mơ Bố cục đề tài Ngồi phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, kết cấu luận văn gồm chương sau: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE VÀ FEMTOCELL Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin di động chuẩn di động hệ 4G LTE, tổng quan femtocell vấn đề cần xem xét quản lý, bảo mật, vấn đề nhiễu, triển khai femtocell Chương 2: NHIỄU VÀ QUẢN LÝ NHIỄU TRONG FEMTOCELL Giới thiệu loại nhiễu, kỹ thuật quản lý nhiễu thách thức quản lý nhiễu triển khai hệ thống mạng tích hợp femtocell Chương 3: TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ TRONG FEMTOCELL Trình bày kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn để giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp triển khai mạng femtocell phân tích mơ hình đề xuất sử dụng để thực mơ Chương 4: MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ Mô đánh giá kết đạt Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu tham khảo báo, luận văn thạc sĩ từ trường đại học quốc gia khác giới, với trang web tìm hiểu Luận văn chắn khơng tránh khỏi sai sót, mong nhận góp ý Hội đồng để luận văn trở thành cơng trình thực có ích CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE VÀ FEMTOCELL 1.1 MỞ ĐẦU Với mạng thông tin di động LTE, người dùng truy cập tất dịch vụ di chuyển Tuy nhiên, việc truy cập dịch vụ nơi khuất sâu tòa nhà cao tầng, tầng hầm… trở thành trở ngại thật lớn Khi đó, femtocell giải pháp hoàn hảo để đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt truy cập lúc nơi Phần đầu chương giới thiệu tổng quan phát triển thông tin di động, công nghệ di động LTE Nguyên lý hoạt động, kiến trúc femtocell vấn đề cần xem xét triển khai hệ thống giới thiệu chương 1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THƠNG TIN DI ĐỘNG 1.2.1 Cơng nghệ thơng tin di động 1G 1.2.2 Công nghệ thông tin di động 2G 1.2.3 Công nghệ thông tin di động 3G 1.2.4 Công nghệ thơng tin di động 4G 1.3 TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ LTE 1.3.1 Các khả LTE 1.3.2 Hiệu hệ thống 1.3.3 Các khía cạnh liên quan tới triển khai femtocell 1.3.4 Quản lí tài ngun vơ tuyến 1.3.5 Các vấn đề mức độ phức tạp 1.4 TỔNG QUAN HỆ THỐNG FEMTOCELL 1.4.1 Khái niệm nguyên lý hoạt động 1.4.2 Kiến trúc femtocell Femto Management System FAP-MS Mobile Device FGW-MS Fm HPLMN Core Network Fg Fr Radio int Fa Femtocell Home Access GW FL Point Fb-cs Femto GW Subscriber Databases CS core Fb-ps PS core Fb-ms Broadband SeGW MS core HPLMN RAN Hình 1.8 - Kiến trúc femtocell tham khảo 1.5 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN XEM XÉT KHI TRIỂN KHAI HỆ THỐNG FEMTOCELL 1.5.1 Quản lý femtocell 1.5.2 Femtocell bảo mật mạng 1.5.3 Các vấn đề nhiễu 1.6 KẾT LUẬN Trong chương giới thiệu tổng quan trình phát triển hệ thống thông tin di động công nghệ 4G LTE So với công nghệ WCDMA hệ 3G, LTE có nhiều ưu điểm vượt trội: tốc độ liệu cao, cho phép kết nối di chuyển tốc độ cao hiệu hệ thống tốt Tại nơi sóng yếu khơng có sóng, để truy cập dịch vụ, nhà mạng cần triển khai hệ thống femtocell, trạm thu phát di động nhỏ tích hợp nhiều chức BSC số chức MSC CHƯƠNG NHIỄU VÀ QUẢN LÝ NHIỄU TRONG FEMTOCELL 2.1 MỞ ĐẦU Khi triển khai hệ thống femtocell, việc dùng chung tài nguyên tần số điểm truy nhập FAP lắp đặt ngẫu nhiên bên vùng phủ macrocell làm vấn đề nhiễu trở nên phức tạp khó kiểm sốt Trong chương trình bày vấn đề liên quan đến hai loại nhiễu: nhiễu đồng lớp nhiễu xuyên lớp cấu trúc mạng hai lớp bao gồm macrocell femtocell Các kỹ thuật quản lý nhiễu sử dụng để loại bỏ nhiễu loại bỏ nhiễu liên tiếp, song song phát đa người dùng để giảm ảnh hưởng nhiễu tách phổ tần số, điều khiển công suất, nhảy tần tái sử dụng tần số 2.2 CÁC LOẠI NHIỄU KHI TRIỂN KHAI MẠNG FEMTOCELL Các femtocell triển khai tồn mạng macrocell, kiến trúc mạng gọi kiến trúc mạng hai lớp hay hai tầng [10] Tầng mạng tế bào macrocell thông thường tầng thứ hai mạng femtocell Tầng thứ hai femtocell phân phối ngẫu nhiên, không theo quy hoạch lớp Do đó, kiến trúc mạng tạo số vấn đề thách thức kỹ thuật việc thiết kế quy hoạch mạng Một thách thức lớn quan trọng vấn đề nhiễu Kiến trúc mạng hai lớp cho phép chia nhiễu thành hai loại nhiễu đồng lớp nhiễu xuyên lớp Trong đó, nhiễu đồng lớp thành phần mạng lớp gây ra, nhiễu xuyên lớp thành phần mạng hai hay nhiều lớp lân cận gây 2.2.1 Nhiễu đồng lớp 2.2.2 Nhiễu xuyên lớp 2.3 CÁC KỸ THUẬT QUẢN LÝ NHIỄU TRONG FEMTOCELL 2.3.1 Kỹ thuật loại bỏ nhiễu femtocell Các kỹ thuật quản lý nhiễu Giảm ảnh hưởng nhiễu Loại bỏ nhiễu SIC PIC MSIC MUD Tách phổ tần số Điều khiển công suất Nhảy tần Quản lý nhiễu phân tán Tái sử dụng tần số Điều khiển công suất phân tán Hình 2.4 – Các kỹ thuật quản lý nhiễu khác femtocell 2.3.2 Kỹ thuật giảm nhiễu femtocell 2.3.3 Chương trình quản lý nhiễu phân tán 2.5 CÁC THÁCH THỨC TRONG QUẢN LÝ NHIỄU 2.6 KẾT LUẬN Trong chương trình bày loại nhiễu kiến trúc mạng hai lớp bổ sung thêm lớp mạng femtocell Trong đó, nhiễu đồng lớp gây femtocell lân cận, nhiễu xuyên lớp femtocell macrocell Để đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt nhất, kỹ thuật quản lý nhiễu đưa ra, bao gồm kỹ thuật loại bỏ nhiễu giảm ảnh hưởng nhiễu Trong đó, kỹ thuật sử dụng có ưu điểm nhược điểm riêng Kỹ thuật tái sử dụng tần số DFFR nhằm giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp macrocell femtocell áp dụng dễ dàng triển khai hệ thống femtocell phân tích mơ chương sau CHƯƠNG TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ TRONG FEMTOCELL 3.1 MỞ ĐẦU Nhiễu đồng kênh xuyên lớp người dùng femtocell macrocell làm giảm dung lượng hệ thống thơng lượng người dùng Vì vậy, kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn FFR sử dụng để giảm ảnh hưởng loại nhiễu này, đồng thời tăng hiệu suất tổng thể hệ thống Trong chương trình bày kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn FFR cố định, FFR mềm, FFR-3, FFR tĩnh tối ưu FFR động Mơ hình mạng chế hoạt động kỹ thuật tái sử dụng tần số DFFR phân tích để thực mơ 3.2 TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ PHÂN ĐOẠN 3.2.1 FFR cố định 3.2.2 FFR mềm 3.2.3 FFR-3 3.2.4 FFR tĩnh tối ưu 3.2.5 FFR động Stolyar Viswanathan đề xuất cách thức thực cho kỹ thuật tái sử dụng tần số DFFR (Dynamic FFR), bao gồm hai ý tưởng Đầu tiên đốn, thuật tốn phân phối để phân bổ công suất tối ưu cho thiết lập nhiều tế bào Khi khơng có thơng tin liên lạc trạm gốc BS macrocell FAP, trạm gốc BS macrocell FAP tự động phân bổ công suất cho người dùng Việc tối ưu hóa phân bổ cơng suất để tối đa hóa dung lượng mạng xem vấn đề khó khăn Tuy nhiên, thay đối phó với điều này, trạm gốc BS macrocell FAP phân bổ công 10 Phổ tần số sẵn có chia thành hai phần: phần dành cho người dùng vùng phủ trung tâm với yếu tố tái sử dụng FRF (băng tần W1), phần lại phổ tần chia thành băng tần giao cho người dùng vùng phủ lân cận với yếu tố tái sử dụng FRF (băng tần W2, W3 W4) Hình 3.6 - Phân bổ băng tần sử dụng DFFR với FRF Nếu femtocell nằm miền macrocell băng tần sử dụng cho miền macrocell tái sử dụng người dùng femtocell Ngược lại, femtocell nằm miền macrocell khơng thể tái sử dụng băng tần giao cho người dùng vùng phủ lân cận Nguyên nhân công suất phát trạm gốc BS macrocell trường hợp Các người dùng vùng phủ bên nằm gần với trạm gốc BS macrocell nên yêu cầu công suất phát phải thấp Mặt khác, trạm gốc BS macrocell phải truyền công suất tối đa để đáp ứng cho người dùng vùng phủ lân cận Ví dụ, theo hình 3.6, femtocell hoạt động miền ngồi vùng phủ trung tâm (có màu xám màu xanh cây) sử dụng không băng tần W3 11 W2 (màu đỏ màu xanh giao cho miền ngồi vùng phủ lân cận) mà cịn sử dụng băng tần W1 (màu xám) sử dụng macrocell Do đó, nhiễu đồng kênh xuyên lớp từ macrocell đến femtocell ngược lại giảm đáng kể 3.3.2 Mô tả chế hoạt động Các yếu tố đầu vào kích thước mơi trường macrocell, số lượng femtocell vị trí femtocell đặc điểm khác mạng công suất phát FAP trạm gốc BS macrocell Khi đó, tính tốn công suất nhận từ mạng phục vụ từ nhiễu vùng phủ Dựa giá trị có tính đến nhiễu trắng Gaussian, chế ước lượng SINR thơng lượng vị trí định mạng LTE Cuối cùng, độ thỏa mãn người dùng US (User Satisfaction) cho vùng phủ tính tốn thơng qua giá trị thông lượng người dùng Cơ chế theo phương pháp trình bày đây: a Tính tốn bán kính tế bào bên Dựa vào đặc điểm macrocell, bán kính khác từ đến R kiểm tra để tìm kích thước tốt vùng phủ bên để tối ưu hóa US cho người dùng vùng phủ b Phân chia băng tần tối ưu Mục đích bước tính tốn US cho tất kết hợp có phổ tần phân chia Phổ tần có sẵn giao cho người dùng theo kết hợp nhằm tối đa hóa US Có hai thiết lập phân chia sóng mang Bộ thiết lập I có chứa sóng mang miền thiết lập O có chứa sóng mang miền ngồi Như vậy, tổng cộng có 26 trường hợp khác 12 băng tần phân bổ cho miền chia W1, W2 W3 Ban đầu, thiết lập I tập rỗng tất sóng mang chứa thiết lập O, có nghĩa tất sóng mang giao cho miền W1, W2 W3 25/3 Trong trường hợp, sóng mang loại bỏ từ thiết lập O thêm vào thiết lập I Cuối cùng, trường hợp thứ 26, thiết lập I bao gồm 25 sóng mang thiết lập O tập rỗng c Phân bổ băng tần cho femtocell Trong bước này, băng tần số cấp phát cho femtocell với trình trình bày phần 3.3.1 Tùy thuộc vào vị trí femtocell triển khai mạng macrocell mà băng tần số cấp phát cho femtocell cho không với băng tần số macrocell femtocell lân cận 3.3.3 Phân tích chế hoạt động Để đánh giá hiệu suất kết nối sử dụng tỷ số lỗi khối BLER (Block Error Ratio) dung lượng hệ thống mạng Xây dựng phương trình cho dung lượng hệ thống mạng, trước hết cần phương trình để tính tốn SINR SINR nhận người dùng i sóng mang n mạng macrocell tính tốn cơng thức sau [16]: SINRi,n = PM,n Gi,M,n No ∆f + ∑M' PM',n Gi,M',n + ∑F PF,n Gi,F,n (3.6) Trong đó: PM,n cơng suất phát macrocell phục vụ M sóng mang n; PM’,n công suất phát macrocell lân cận M’ sóng mang n; Gi,M,n độ lợi kênh truyền người dùng i macrocell 13 macrocell phục vụ M sóng mang n; Gi,M’,n độ lợi kênh truyền người dùng i macrocell macrocell lân cận M’ sóng mang n; PF,n công suất phát femtocell lân cận F sóng mang n; Gi,F,n độ lợi kênh truyền người người dùng i macrocell femtocell lân cận F sóng mang n; N0 mật độ phổ lượng nhiễu trắng; ∆f khoảng cách sóng mang Trong trường hợp người dùng f mạng femtocell, SINR nhận sóng mang n tính tốn đơn giản sau [16]: SINRf,n = PF,n Gf,F,n No ∆f + ∑M PM,n Gf,M,n + ∑F' PF',n Gf,F',n (3.7) Trong đó, F’ tập hợp can nhiễu femtocell Độ lợi kênh truyền G bị ảnh hưởng suy hao đường truyền, khác người dùng macrocell người dùng femtocell Suy hao đường truyền trạm gốc BS macrocell UE mơ hình hóa sau [1]: PL = 15.3 + 37.6 log10 (d) + Low (3.8) Suy hao đường truyền FAP UE tịa nhà có triển khai mạng femtocell cho phương trình sau [1]: PL = 38.46 + 20 log10 (d) + 0.7 d 2D,indoor + 18.3 n((n+2) / (n+1) - 0.46) + qLiw (3.9) Trong trường hợp FAP UE khơng phải tịa nhà suy hao đường truyền cho [1]: PL = max 15.3 + 37.6 log10 (d) , 38.46 + 20 log10 (d) + 14 0.7d2D,indoor +18,3n( n+2 / (n+1) - 0.46) + qLiw+ Low1 + Low2 (3.10) Trong đó: d khoảng cách trạm gốc BS macrocell FAP đến UE nằm macrocell femtocell, tính mét; Low Liw suy hao qua tường trời nhà, Low = Liw = 5dB; n số tầng bị xuyên thủng suy hao đường truyền FAP UE nằm femtocell; q số tường ngăn cách FAP UE femtocell; 0,7d2D,indoor tính tốn suy hao tường tịa nhà Vì vậy, độ lợi kênh truyền G thể lại sau [16]: G = 10-PL / 10 (3.11) Dung lượng hệ thống mạng người dùng i sóng mang n, ước tính thơng qua SINR theo cơng thức [16]: Ci,n =W log2 1+ αSINRi,n (3.12) Trong đó: W băng thơng có sẵn cho sóng mang n chia cho số lượng người dùng chia sẻ sóng mang đó; α số cho tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) Ta có công thức: α = -1,5/ln(5BER) Ở thiết lập BER=10-6 Như vậy, để đánh giá ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp macrocell femtocell, ta đánh giá dung lượng hệ thống mạng sử dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn DFFR Đồng thời tính tốn dung lượng hệ thống mạng femtocell macrocell dùng chung băng tần số Từ đó, ta so sánh mức độ ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp kết tính tốn Ngồi ra, ta có thơng số tổng thông lượng macrocell phục vụ M [16]: 15 TM = pi,n Ci,n i (3.13) n Trong đó: pi,n biến số phân Với pi,n =1 cho biết sóng mang n gán cho người dùng i pi,n =0 ngược lại Trong hệ thống LTE, sóng mang chiếm đóng người dùng vùng phủ khe thời gian Giả sử Ni số lượng người dùng macrocell, điều có nghĩa là: Ni pi,n = (3.14) i=1 Các biểu thức dung lượng hệ thống mạng (3.12) tổng thông lượng hệ thống mạng (3.13) (3.14) tính tương tự trường hợp người dùng mạng femtocell Độ thỏa mãn người dùng US đảm bảo khác biệt nhỏ giá trị thông lượng mạng US trình bày làm để thơng lượng mạng thông lượng tối đa người dùng tế bào Khi US gần đến 1, tất người dùng vùng phủ có thơng lượng mạng gần Ngược lại, có khác biệt lớn thơng lượng mạng đạt cho người dùng vùng phủ, giá trị US tiến đến US thể công thức [16]: ∑U i=1 Ti US= max_user_throughput U (3.15) Trong đó: U tổng số người dùng vùng phủ cụ thể; Ti thông lượng người dùng (người dùng macrocell femtocell); max_user_throughput giá trị thông lượng mạng tối đa đạt người dùng vùng phủ 3.4 KẾT LUẬN 16 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 4.1 MỞ ĐẦU Khi triển khai mạng femtocell, vấn đề nhiễu đồng kênh xuyên lớp femtocell macrocell làm giảm dung lượng hệ thống thông lượng người dùng Để giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp này, ta sử dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn DFFR Trong chương trước trình bày lý thuyết công thức liên quan đến DFFR Trong chương tiến hành thực thuật tốn mơ để đánh giá dung lượng hệ thống yếu tố ảnh hưởng đến số lượng người dùng phục vụ mạng femtocell 4.2 MƠ HÌNH VÀ CÁC THƠNG SỐ ĐỂ MƠ PHỎNG 4.2.1 Mơ hình sử dụng để mô Trong phần thực thuật tốn mơ phỏng, ta sử dụng mơ hình mạng gồm có macrocell femtocell nằm vùng macrocell Việc thực mơ đánh giá dung lượng hệ thống macrocell femtocell, xem xét cân băng thông, công suất phát nhiễu đồng kênh xuyên lớp vùng phủ macrocell femtocell Trạm gốc BS macrocell FAP cách khoảng cách l, BS macrocell phát với công suất P FAP phát với công suất P’ Các người dùng nằm vùng phủ macrocell femtocell cách trạm gốc BS macrocell FAP d d’ 4.2.2 Các thông số để mô Bảng 4.1 – Các thông số sử dụng để thực mô Parameters Number of cells Radius Values Macrocell 700m Femtocell 30m 17 BS transmit power Constant data rate (CDR) Subcarriers Subcarriers’ bandwidth Subband System bandwidth Carrier frequency Channel model 15,22W 20mW 9600 kps 25 185 kHz 20 MHz 1,9 GHz 3GPP Typical Urban Trước tiên, ta thực thuật tốn mơ phân chia băng tần số tối ưu đánh giá dung lượng hệ thống Sau thực thuật tốn mơ để đánh giá ảnh hưởng công suất phát, khoảng cách từ người dùng đến trạm gốc số lượng sóng mang băng tần đến số lượng người dùng 4.3 PHÂN CHIA BĂNG TẦN SỐ TỐI ƯU VÀ ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG 4.3.1 Phân chia băng tần số tối ưu cho macrocell femtocell a Thuật tốn b Kết Hình 4.3 – Phân chia băng tần tối ưu 18 Nhận xét: Băng thông hệ thống 20MHz phân chia thành băng tần W1, W2, W3 W4 có băng thơng 5MHz Mỗi macrocell sử dụng băng tần W1 cho vùng sử dụng băng tần W2, W3, W4 cho vùng Dựa vào vị trí FAP macrocell để cấp phát băng tần cho người dùng mạng femtocell Trong hình 4.3, FAP nằm vùng macrocell (macrocell sử dụng băng tần W1) người dùng femtocell sử dụng băng tần W2, W3, W4 Ngược lại, FAP nằm vùng macrocell (macrocell sử dụng băng tần W2) người dùng femtocell sử dụng băng tần W1, W3, W4 Với việc cấp phát băng tần cho người dùng giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp macrocell femtocell 4.3.2 Dung lượng hệ thống a Thuật toán b Kết a – Macrocell 19 b – Femtocell Hình 4.4 – Dung lượng hệ thống Nhận xét: Khi macrocell femtocell nằm vùng sử dụng băng tần số, người dùng macrocell femtocell tiếp cận với tồn băng thơng phải đối phó với nhiễu đồng kênh xuyên lớp từ người dùng vùng Khi sử dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn DFFR, băng thông hệ thống phân chia thành băng tần con, macrocell femtocell tương ứng sử dụng băng tần không với Vì vậy, người dùng macrocell femtocell giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp từ người dùng vùng đồng thời băng thông tiếp cận bị giảm Dung lượng hệ thống cho người dùng biến đổi theo khoảng cách kết nối công suất phát thể hình 4.4 Bề mặt màu xanh cho thấy dung lượng hệ thống đạt macrocell femtocell sử dụng băng tần số Và bề mặt màu xanh 20 dương tương ứng sử dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn DFFR cấp phát băng tần khác cho macrocell femtocell Hình 4.4 cho thấy khoảng cách kết nối từ người dùng đến trạm gốc BS macrocell FAP tương ứng tăng lên dung lượng hệ thống giảm Và công suất phát trạm gốc BS macrocell FAP tương ứng tăng lên dung lượng hệ thống tăng lên Dung lượng hệ thống đạt cho người dùng macrocell femtocell sử dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn DFFR cấp phát băng tần khác cao so với macrocell femtocell sử dụng băng tần số 4.4 DFFR VỚI CÔNG SUẤT PHÁT VÀ VỊ TRÍ CỦA NGƯỜI DÙNG THAY ĐỔI 4.4.1 Thuật tốn 4.4.2 Kết a Femtocell 21 b Macrocell c So sánh kỹ thuật DFFR sử dụng băng tần số Hình 4.5 - Ảnh hưởng vị trí công suất phát đến số lượng người dùng 22 Nhận xét: Thực q trình mơ cách thêm người dùng hệ thống ổn định, hệ thống không ổn định thời gian đó, khơng thể thêm người dùng q trình mơ dừng lại Trong hình 4.5a, với cơng suất phát FAP, khoảng cách kết nối từ người dùng đến FAP tăng lên số lượng người dùng phục vụ bị giảm Và với khoảng cách kết nối từ người dùng đến FAP cố định, số lượng người dùng phục vụ tăng lên tăng công suất phát FAP Số lượng người dùng phục vụ lớn không phụ thuộc vào khoảng cách kết nối từ người dùng đến FAP công suất phát đủ lớn Như vậy, khoảng cách kết nối từ người dùng đến FAP công suất phát FAP ảnh hưởng lớn đến số lượng người dùng mà FAP phục vụ Hình 4.5c cho thấy kết sử dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn DFFR cấp phát băng tần khác nhau, số lượng người dùng phục vụ lớn nhiều so với macrocell femtocell sử dụng băng tần số Do ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp người dùng macrocell femtocell làm cho dung lượng hệ thống giảm, số lượng người dùng mà FAP phục vụ bị giảm 4.5 DFFR VỚI SỐ LƯỢNG SÓNG MANG CON THAY ĐỔI 4.5.1 Thuật tốn 4.5.2 Kết 23 Hình 4.6 – Ảnh hưởng băng đến số lượng người dùng Nhận xét: Kết mơ hình 4.6 cho thấy ảnh hưởng thay đổi số lượng sóng mang băng tần đến số lượng người dùng phục vụ Cùng công suất phát cố định FAP, số lượng sóng mang băng tần tăng lên số lượng người dùng phục vụ giảm xuống Trong trường hợp có sóng mang cho băng tần con, nhiễu tổ chức cao: người dùng tự động chọn nhiễu Trong trường hợp có 48 sóng mang cho băng tần con, nhiễu vô tổ chức người dùng bị nhiễu từ người dùng khác nằm vùng phủ macrocell Như vậy, số lượng người dùng phục vụ phụ thuộc lớn vào số lượng sóng mang băng tần Với số lượng sóng mang băng tần lớn phải tăng công suất phát 24 FAP để giảm ảnh hưởng nhiễu đạt số lượng người dùng phục vụ lớn 4.6 KẾT LUẬN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Chất lượng dịch vụ tiêu chí hàng đầu triển khai mạng thơng tin di động Trong đó, femtocell giải pháp hồn hảo nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ nơi sóng yếu khơng có sóng tòa nhà cao tầng, tầng hầm Do femtocell triển khai ngẫu nhiên nơi tồn mạng macrocell khiến cho vấn đề nhiễu trở nên trầm trọng Do công suất phát điểm truy nhập FAP không lớn, nên nhiễu femtocell lân cận không đáng kể Trong đó, ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp từ femtocell đến mạng macrocell ngược lại lớn Luận văn hồn thành việc phân tích mô với kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn DFFR, cho thấy ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp giảm đáng kể, dung lượng hệ thống đạt số lượng người dùng phục vụ tăng lên Ngoài ra, để giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp có nhiều kỹ thuật khác tách phổ tần số, điều khiển cơng suất Trong đó, kỹ thuật điều khiển cơng suất giải pháp hữu ích thực dễ dàng để giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp macrocell femtocell Vì vậy, hướng phát triển đề tài nghiên cứu kỹ thuật điều khiển công suất, thực việc phân tích mơ kỹ thuật nhằm giảm ảnh hưởng nhiễu đồng kênh xuyên lớp femtocell macrocell ... lượng hệ thống - Đánh giá yếu tố ảnh hưởng mạng femtocell - Cấp phát băng tần số cho femtocell Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu loại nhiễu kỹ thuật... Nhiễu đồng lớp 2.2.2 Nhiễu xuyên lớp 2.3 CÁC KỸ THUẬT QUẢN LÝ NHIỄU TRONG FEMTOCELL 2.3.1 Kỹ thuật loại bỏ nhiễu femtocell Các kỹ thuật quản lý nhiễu Giảm ảnh hưởng nhiễu Loại bỏ nhiễu SIC PIC MSIC... Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích tài liệu thơng tin liên quan đến đề tài - Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật giảm ảnh hưởng nhiễu hệ thống mạng sử dụng femtocell sở lý thuyết: Kỹ thuật tái