Chuyển giao mềm trong mạng wcdma

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: CHUYỂN GIAO MỀM TRONG MẠNG WCDMA Người hướng dẫn Sinh viên thực : ThS Nguyễn Anh Quỳnh : Lê Thị Hằng Lớp Mã số sinh viên Niên khóa : 48k- ĐTVT : 0751083391 : 2007 - 2012 NGHỆ AN -01/2012 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA 11 1.1 Giới thiệu chung 11 1.2 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động 11 1.3 Công nghệ WCDMA 13 1.3.1 Các tham số hệ thống WCDMA 13 1.3.2 Cấu trúc hệ thống WCDMA 16 1.3.3 Các kênh hệ thống WCDMA .20 1.3.4 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM 21 1.3.4.1 Khái niệm RRM mạng di động 21 1.3.4.2 Điều khiển công suất 23 1.3.4.3 Điều khiển chuyển giao .25 1.3.4.4 Điều khiển thu nạp 25 1.3.4.5 Điều khiển tải (điểu khiển tắc nghẽn) 26 CHƯƠNG CHUYỂN GIAO MỀM TRONG MẠNG WCDMA 28 2.1 Giới thiệu chung 28 2.2 Kỹ thuật chuyển giao 28 2.2.1 Ý nghĩa việc chuyển giao 28 2.2.2 Tiêu chuẩn chuyển giao 29 2.2.3 Các mục tiêu chuyển giao 30 2.2.4 Các thủ tục chuyển giao 30 2.2.5 Phân loại chuyển giao hệ thống WCDMA 32 2.2.5.1 Chuyển giao hệ thống (Intra-system Handover) .32 2.2.5.2 Chuyển giao hệ thống (Inter-System Handover) 33 2.2.5.3 Chuyển giao cứng (HHO: Hard Handover) 33 2.2.5.4 Chuyển giao mềm (SHO: Soft Hadover) mềm .35 2.3 Kỹ thuật chuyển giao mềm .37 2.3.1 Nguyên lý chuyển giao mềm 37 2.3.2 Đặc điểm chuyển giao mềm .40 2.4 Chất lượng cấp đường dẫn cấp hệ thống 42 2.4.1 Nhiễu những tác động chuyển giao mềm đến nhiễu 42 2.4.1.1 Nhiễu intra-Cell nhiễu inter-Cell 42 2.4.1.2 Những tác động chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống 43 2.4.1.3 Sự phân bố công suất hướng xuống 45 2.4.2 Phân tích hiệu suất câp hệ thống 52 2.4.2.1 Độ lợi dung lượng mạng chuyển giao mềm 52 2.4.2.2 Phân tích độ lợi chuyển giao mềm 52 2.5 Chương trình demo chuyển giao mềm .55 CHƯƠNG CÁC THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO VÀ CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TỐI ƯU TRONG CHUYỂN GIAO MỀM 57 3.1 Giới thiệu chung 57 3.2 Tìm hiểu thuật tốn SHO .58 3.2.1 Thuật toán IS-95A 58 3.2.2 Thuật toán chuyển giao mềm UTRA 61 3.2.3 Hình dạng vùng SHO với thuật tốn chuyển giao mềm 64 3.3 Phân bố công suất hướng xuống điều kiện điều khiển công suất 65 3.3.1 Phân bố công suất điều kiện điều khiển công suất .65 3.3.2 Độ lợi SHO những tác động điều khiển công suất 68 3.4 Chiến lược điều khiển công suất tối ưu chuyển giao mềm .69 3.4.1 Giới thiệu chiến lược điều khiển công suất tối ưu .69 3.4.2 Đánh giá tính khả thi 71 KẾT LUẬN CHUNG 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển xã hội, khoa học kỹ thuật ln ln có những cải tiến để tìm tịi những thành tựu, cơng trình đáp ứng nhu cầu người Công nghệ 3G phát triển rộng khắp toàn giới, đáp ứng nhiều loại hình dịch vụ với tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbps Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động thứ bắt đầu triển khai từ năm 2009 Hệ thống WCDMA Việt Nam lựa chọn cho việc triển khai 3G Cùng với q trình điều khiển cơng suất, q trình chuyển giao hai yếu tố then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ mà hệ thống di động WCDMA cung cấp Chính vậy, em lựa chọn hướng nghiên cứu hệ thống WCDMA, đặc biệt kỹ thuật“Chuyển giao mềm hệ thống WCDMA” cho đồ án tốt nghiệp Đồ án trình bày bao gồm chương:  Chương 1: Tổng quan hệ thống WCDMA  Chương 2: Chuyển giao mềm hệ thống WCDMA  Chương 3: Các thuật toán chuyển giao chiến lược điều khiển công suất tối ưu chuyển giao mềm Để hoàn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử- Viễn thông trường Đại Học Vinh nhiệt tình truyền đạt cho em những kiến thức vơ q báu suốt khóa học vừa qua Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Th.s Nguyễn Anh Quỳnh tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án tốt Do kiến thức lực hạn chế chưa có nhiều hội để tiếp xúc với công nghệ nên đồ án em không tránh khỏi những thiếu sót Em mong nhận góp ý từ thầy bạn để đồ án hoàn thiện Nghệ An, tháng 01 năm 2012 Sinh viên thực Lê Thị Hằng TĨM TẮT ĐỒ ÁN Cùng với điều khiển cơng suất, điều khiển đầu vào, điều khiển tải chuyển giao cần thiết để trì dịch vụ liên tục, khơng gây khó chịu cho người sử dụng, áp dụng chuyển giao vào trường hợp cụ thể So với chuyển giao cứng truyền thống sử dụng mạng di động GSM, chuyển giao mềm (SHO) sử dụng IS-95 đề xuất cho mạng 3G hệ thống WCDMA có hiệu suất tốt hai cấp độ đường dẫn hệ thống Chính vậy, đồ án sâu vào việc nghiên cứu đặc tính chuyển giao mềm những tác động đến dung lượng hay hiệu suất hướng xuống mạng WCDMA Cuối đồ án tìm hiểu chiến lược điều khiển công suất tối ưu chuyển giao mềm ABSTRACT With power control, input control, load control, the transfer is necessary to maintain continuous service, non-irritating to users, and may apply to transfer into the school by case Compared to traditional hard transfer is used in GSM mobile networks, the transfer of software (SHO) using the IS-95 and recommended for 3G WCDMA systems have better performance on both levels and path system Therefore, this project will go into the study of the transfer characteristics of the software as well as its impact to the capacity or performance in WCDMA downlink Finally the project will explore strategies optimal power control in the transfer of software DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ  Hình 1.1 Lộ trình phát triển thông tin di động 11 Hình 1.2 Sơ đồ trải phổ trực tiếp DSSS 14 Hình 1.3 Sơ đồ giải trải phổ trực tiếp DSSS 14 Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống WCDMA R99 16 Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc kênh WCDMA 20 Hình 1.6 Các vị trí điển hình chức RRM mạng CDMA 22 Hình 1.7 Hiện tượng gần-xa (điều khiển công suất đường lên) 24 Hình 1.8 Bù nhiễu bên cell (điều khiển công suất đường xuống) 24 Hình 1.9 Biểu đồ đường tải 26 Hình 2.1 Các thủ tục chuyển giao 31 Hình 2.2 Các loại chuyển giao hệ thống WCDMA 32 Hình 2.3 Chuyển giao cứng tần số 34 Hình 2.4 Chuyển giao cứng khác tần số 35 Hình 2.5 Chuyển giao mềm hai đường 35 Hình 2.6 Chuyển giao mềm ba đường 36 Hình 2.7 Chuyển giao mềm 36 Hình 2.8 Sự khác giữa chuyển giao cứng chuyển giao mềm 38 Hình 2.9 Nguyên lý chuyển giao mềm 39 Hình 2.10 Giảm nhiễu hướng lên cách sử dụng SHO 41 Hình 2.11 Nhiễu hướng xuống 43 Hình 2.12 Những tác động chuyển giao mềm nhiễu hướng xuống 45 Hình 2.13 Ý nghĩa 1 ,  ,  với UE khác 49 Hình 2.14 Hàm phân bố tích lũy 1   50 Hình 2.15 Cơng suất trung bình vị trí UE 51 Hình 2.16 Cơng suất kênh lưu lượng hướng xuống 51 Hình 2.17 Vùng chuyển giao mềm vùng phủ sóng hiệu Cell 53 Hình 2.18 Sự bố trí Cell 54 Hình 2.19 Mơ hình chuyển giao 56 Hình 3.1 Thuật tốn chuyển giao mềm IS 95A 59 Hình 3.2 Thuật tốn chuyển giao mềm WCDMA 62 Hình 3.3 So sánh vùng SHO thuật tốn khác 64 Hình 3.4 Điều khiển công suất hướng xuống chuyển giao mềm 69 Hình 3.5 Cơng suất truyền tương đối cho UE SHO 73 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ Bảng 1.1 Các thơng số WCDMA 15 Bảng 3.1 Các thông số hệ thống 73 Sơ đồ 3.1 Lưu đồ thuật toán chuyển giao mềm IS-95A 60 Sơ đồ 3.2 Lưu đồ thuật toán chuyển giao mềm UTRA 63 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT  2G Second Generation Thế hệ thứ 3G Third Generation Thế hệ thứ ba ird 3GPP Genaration Partnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh RRM Radio resouce management Quản lí tài ngun vơ tuyến DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển DL Downlink Đường xuống DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Kênh vật lý riêng Dedicated Physical Channel DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp EDGE Enhanced Data rates for GPRS Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thơng tin di động tịan cấu HHO Hard Handover Chuyên giao cứng HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao IP Internet Protocol Giao thức Internet LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PHY Physical Layer Lớp vật lý PICH Page Indication Channel Kênh thị tìm gọi PS Packet Switch Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vng góc QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vng góc RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SHO Soft Handover Chuyển giao mềm TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TrCH Transport Channel Kênh truyền tải UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động tồn cấu UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vơ tuyến mặt đất UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS WCDMA Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Access 10 Trong đó: - PT cơng suất truyền tổng trạm gốc - a hệ số trực giao hướng xuống - Ppilot công suất truyền kênh hoa tiêu - Li độ suy giảm truyền dẫn kênh vô tuyến từ BS đến UE - T_ADD ngưỡng phát kênh hoa tiêu - T_DROP : ngưỡng giảm kênh hoa tiêu Giải thích lưu đồ thuật tốn chuyển giao mềm IS-95A: + Bắt đầu: MS tìm đo cuờng độ Ec/ Io kênh hoa tiêu , Nếu BSi ko thuộc tập tích cực mà cường độ Epi > T_ADD chuyển BSi vào tập ứng cử + Nếu tập tích cực chưa đầy lại tiếp tục chuyển BSi tới tập tích cực để thực chuyển giao MS kết nối thu phát với Bsi có yêu cầu chuyển giao + Nếu BSi thuộc tập tích cực MS đo cường độ kênh hoa tiêu BSi thấy Epi ( Ec / I )P-CPICH1-(R1a-H1a/2) (*) Trong đó: - R1a số dải báo cáo (do RNC thiết lập) - H1a/2 thông số trễ (R1a-H1a/2) cửa sổ kết nạp cho kiện 1A 61 - ( Ec / I )P-CPICH1 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu ô mạnh - ( Ec / I )P-CPICH3 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu nằm ngồi tập tích cực Nếu bất đẳng thức (*) tồn khoảng thời gian ΔT kết nạp vào tập tích cực Hình 3.2 Thuật tốn chuyển giao mềm WCDMA - Tại kiện 1C: ( Ec / I )P-CPICH4 > ( Ec / I )P-CPICH2 +H1c/2 Trong đó: - ( Ec / I )PCPICH4 tỷ số tín hiệu nhiễu nằm ngồi tập tích cực - ( Ec / I )PCPICH2 tỷ số tín hiệu nhiễu tồi tập tích cực - H1C thông số trễ Nếu quan hệ tồn thời gian ΔT tập tích cực đầy bị loại khỏi tập tích cực chỗ tập tích cực - Tại kiện 1B: ( Ec / I )P-CPICH1 < ( Ec / I )P-CPICH3- (R1b+H1b/2) Trong đó: - ( Ec / I )P-CPICH1 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu yếu tập tích cực 62 - ( Ec / I )P-CPICH3 tỷ số tín hiệu nhiễu mạnh tập tích cực - R1b số dải báo cáo (do RNC thiết lập) - H1b/2 thông số trễ (R1b+H1b/2) cửa sổ loại cho kiện 1B Nếu quan hệ tồn khoảng thời gian ΔT bị loại khỏi tập tích cực Lưu đồ thuật tốn chuyển giao mềm UTRA thể sơ đồ 3.2 Bắt đầu BSi Є tập tích cực Epi < Ep_best - Th_drop Trong chu kỳ ΔT Có Khơng Khơng Có (Sự kiện 1B) Loại BSi khỏi tập tích cực Epi >Ep_best - Th_add Trong chu kỳ ΔT Có Tập tích cực đầy Khơng (Sự kiện 1A) Thêm BSi vào tập tích cực Thiết lập kết nối với BSi Có BSi tốt tập ứng cử Có Khơng Epi – Ep_worst > Th_rep Trong chu kỳ ΔT Có (Sự kiện 1C) Thay BSi tập tích cực xấu Khơng Sơ đồ 3.2 Lưu đồ thuật tốn chuyển giao mềm UTRA Trong đó, EPi biểu diễn tỷ số Ec / I kênh CPICH từ BSi, EP-best Ec / I kênh CPICH mạnh tập tích cực, EP-worst Ec / I kênh CPICH yếu tập tích cực, Th_add = R1a-H1a/2, Th_drop = R1b+H1b/2, Th_rep = H1c/2 Giả sử BSi trạm gốc ban đầu UE 63 Trong thuật toán WCDMA, người ta sử dụng ngưỡng tương đối không sử dụng ngưỡng tuyệt đối So với IS-95A, lợi ích lớn giải thuật biểu diễn tham số cách dễ dàng, nhờ có giá trị ngưỡng tương đối nên không yêu cầu thay đổi tham số khu vực có nhiễu cao thấp Điều kiện kích hoạt thuật tốn chuyển giao mềm UTRA biểu diễn là:  Ec   Ib  E    c  pilot _ BSi  I    AS_Th-AS_Th_Hyst  pilot _ BSj (3.2) Trong hình 3.3b cho thấy vùng chuyển giao mềm thuật tốn UTRA với tổng phí chuyển giao mềm khác Và định chuyển giao thực dựa tỷ số Ec / I kênh pilot nhận trung bình 3.2.3 Hình dạng vùng SHO với thuật toán chuyển giao mềm khác Hình 3.3 đưa vùng chuyển giao mềm thuật tốn IS-95A UTRA với tổng phí chuyển giao mềm khác dựa Ec / I kênh pilot thu trung bình Hình 3.3 So sánh vùng SHO thuật toán khác Ở đây, chuyển giao mềm đường sử dụng giả sử phân phối tải đồng Do đó, tổng phí chuyển giao mềm tỷ lệ khu vực vùng chuyển giao mềm khu vực Cell 64 Từ hình 3.3, ta thấy hình dạng vùng chuyển giao mềm hai thuật toán khác tổng phí chuyển giao mềm nhỏ Khi tổng phí tăng lên, những khác dần 3.3 Phân bố công suất hướng xuống điều kiện điều khiển công suất Điều khiển công suất những 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, nguyên nhân để sử dụng điều khiển cơng suất giảm nhiễu inter- Cell Ta thấy những UE trạng thái chuyển giao mềm gần cạnh Cell, nhiễu inter-Cell cao nhiều so với nhiễu intra-Cell Điều đặc biệt tính trực giao giữa kênh hướng xuống giữ mức tốt Do đó, có số mối tương quan giữa việc điều khiển cơng suất độ lợi chuyển giao mềm 3.3.1 Phân bố công suất điều kiện điều khiển công suất  Khơng có điều khiển cơng suất Bởi hướng xuống, điều khiển công suất không quan trọng hướng lên, nên vài nghiên cứu trước khơng quan tâm tới Khi khơng có điều khiển công suất, kênh lưu lượng hướng xuống phân bổ giá trị công suất Do đó: Ps1  P s1 _ SHO  PT  N (1  x) (3.3) Trong đó: - x tổng phí chuyển giao mềm - N số UE 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  Điều khiển cơng suất hồn hảo Việc điều khiển cơng suất hướng xuống hoàn hảo làm cho tỷ số Eb / I nhận giá trị mong muốn tất UE thời điểm Do 65 đó, cơng suất truyền dẫn kênh dành riêng hướng xuống dẫn xuất từ phương trình chất lượng liên kết Đối với UE đặt ( r1 ,1 ) bên ngồi vùng chuyển giao mềm UE1 hình 3.8, không quan tâm đến nhiễu nhiệt, tỷ số lượng bít mật độ phổ cơng suất nhiễu Eb / I nhận được biểu diễn là: Eb W  I0 vR Ps1r1 10  PT (1  a )r 1 10 M   PTj r j 2  j  (3.4) j 10 10 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 - r1 r j khoảng cách từ UE 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 BS đưa vào tính tốn nhiễu inter-Cell Ở đây, những trạm gốc thuộc lớp thứ thứ hai sử dụng Giả sử UE 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 (3.4) sau: Ps1  vR  Eb  W  I M j  1    PT 1  a r1 10 10   r j 10 10  j 2 t    r 10 1 10  vR  Eb  W  I   PT  a   1 t   (3.5) Trong ( Eb / I ) t giá trị Eb / I mong muốn Ta có:  rj   1   j   r1 M   j    10  10  66 Đối với UE bên vùng chuyển giao mềm UE2 hình 2.8 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 / I nhận là:   i 1     10 10 Ps1 _ SHO r1 10 Psi _ SHO ri 10 Eb  Eb   Eb  W         M M j i k  1 I  I   I  i vR         10 10 PT (1  a)ri 10 10   PT rk 10 10   PT (1  a)r1 10   PT r j 10 j 2 k 1, k  i   (3.6) Vì vậy, Ps1 SHO tính là: Ps1 SHO  vR  Eb     PT W   I t (3.7) 1   a   1  a   2  Trong đó:  rj   1   j   r1 M    j    10  10   rk   2  k  1,k i  ri M   k  i   10  10  (3.8) Điều khiển công 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 cơng suất (được tính dB), Ps1 Ps1 SHO viết sau: Ps1  Ps1'  Pe (dB) (3.9) Ps1SHO  Ps1SHO'  Pe1 (dB) PsiSHO  PsiSHO'  Pei (dB) (3.10) Trong Pe giá trị ngẫu nhiên có phân bố Gaussian với trung bình khơng phương sai, e Độ lệch chuẩn σe phản ánh mức độ khơng hồn hảo Suốt q trình chuyển giao mềm, Pe1 Pe độc lập với Thay (3.9) (3.10) vào (3.4) (3.6), ta thu cơng suất truyền thực tế theo điều kiện điều khiển cơng suất khơng hồn hảo Ps1' Ps1SHO' 67 3.3.2 Độ lợi SHO những 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 (2.17) (2.20) Đối với UE (r1,θ1) bên vùng chuyển giao mềm, thay (3.3) vào (3.4), Eb / I biểu diễn là: Eb W  I0 vR  W vR  r1 10 N (1  x)(1  a)r1 10 1 1 10 M 10  N (1  x) r j 10 j 10 j 2 (3.11)  M   rj N (1  x) 1  a     j   r1   j     10  10    Rõ ràng khơng có điều khiển cơng suất, Eb / I hàm theo vị trí trạm di động Từ (3.10) rút N: N W  vR Eb I t M   rj (1  x) 1  a     j   r1 (3.12)   j     10  10    Đối với UE bên vùng chuyển giao mềm UE2 hình 3.8, Eb / I biểu diễn là:  Eb W        I0 vR  N (1  x)  a  (2)    N (1  x)  a   (1)  Trong đó,    (3.13)  (1)  (2) đưa (3.7) Từ (3.12), N suy ra: W  vR Eb / I t N  (1  x)   1     1  a   (1)  a   ( 2)   (3.14) Do đó, dung lượng hướng xuống trung bình N khơng điều khiển cơng suất hướng xuống biểu diễn là: 68 (3.15) Từ (3.15) ta thấy khơng điều khiển cơng suất, dung lượng hướng xuống bị giới hạn UE yếu (UE có Eb / I thấp nhất) Cell 3.4 Chiến lược điều khiển công suất tối ưu chuyển giao mềm 3.4.1 Giới thiệu chiến lược điều khiển công suất tối ưu Hệ thống CDMA những hệ thống giới hạn nhiễu.Việc giảm thiểu nhiễu tổng những nguyên tắc để tối ưu hố tài ngun vơ tuyến những hệ thống CDMA Nguyên lý cách tiếp cận điều khiển cơng suất giảm thiểu mức tiêu thụ công suất tổng suốt trình chuyển giao mềm mức tiêu thụ công suất thấp đồng nghĩa với việc nhiễu đến UE khác Xét UE trạng thái SHO hai đường đưa hình 3.4, công suất tổng tiêu thụ UE tổng P1 P2 P1 P2 công suất truyền kênh hướng xuống dành riêng tương ứng từ BS1 BS2 Giả sử tải phân bố đồng toàn hệ thống, công suất truyền tổng PT trạm gốc giống P1 P2 BS2 BS1 Main Topic Main Topic UE Hình 3.4 Điều khiển cơng suất hướng xuống chuyển giao mềm 69 Tỷ số Eb / I trạm di động biểu diễn sau: Eb  Eb   E b      I  I 1  I  (3.16)  Eb  W P1 L1 P1 W     M M  I 1 vR P (1  a) L  P L vR P 1  a  Li   T T i  T  i 2 i  L1   Với   Và  Eb   W  I0  vR P1 L2 PT (1  a) L1   M P L j 1, j  T j W P2 vR vR (3.17) P2  PT 1  a   (3.18) Lj     L j 1, j  2  M 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 UE; M số trạm gốc đưa vào nhiễu inter-Cell Thay (3.16) (3.17) vào (3.18) ta được:   Eb P1 P2 W    M M Lj Li I0 vR PT   a   a     i  L1 j 1, j  L2        (3.19) Ta định nghĩa thông số B để định nghĩa mối quan hệ giữa P1 P2 theo: B Ps1 Ps (3.20) Theo nguyên tắc “Không hơn, không kém”, QoS nhận UE giữ mức giá trị mục tiêu Do đó, từ (3.19) (3.20), công suất tổng yêu cầu trạm di động suy là:  Bb   I0  vR  PT 1  t W Pt  P1  P2  1   1/ B B   M M L L 1 a   i 1 a   j i  L1 j 1, j  L2 (3.21) Trong ( Eb / I ) t giá trị mục tiêu dịch vụ mà UE yêu cầu Từ (3.21), ta thấy rõ ràng cơng suất tổng mà UE tiêu thụ có mối quan hệ với tỷ số công suất B Những giá trị khác tỷ số P1 P2 dẫn tới mức 70 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 3.4.2 Đánh giá tính khả thi Gọi Pt giá trị đại diện cho công suất tổng mà UE tiêu thụ thực chiến lược phân chia công suất cân chuẩn suốt trình chuyển giao mềm Thay P1 P2 vào (3.21), Pt biểu diễn là: E 2. b  I0 Pt  M L 1 a   i i  L1  vR  PT t W (3.22)  M Lj j 1, j  L2  1 a  Để giảm bớt cơng suất tổng phải thoả theo bất đẳng thức sau đây: Pt  Pt Đặt: X (3.23) M 1 a   i 2 Li L1 Thì (3.23) viết lại sau: Vì: Y  1 a  M lj j 1, j  L2  B  X  Y X Y B 1  X  Y  X  Y    B    B  X  Y  X  Y   X  Y B  X  Y   B   X Y B 1 Nên: Suy ra: Suy ra: X Y  1 X  Y  X  Y B B B  1  1 1  .Y  1   X  B  B (3.24) B tuỳ thuộc vào mối quan hệ giữa X Y Nếu: X  Y , 1   B 1 B (3.25) Nếu: X  Y , 1   B 1 B (3.26) 71  Ec   I0 Gọi:  1    M  i (1  a)  L j  j i Li (3.27) Là tỷ số Ec / I 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  Ec   Ec      1  I 1  I0 2 Do đó: X  Y    M M Lj L 1  1  1 a   i 1 a   i  L1 j 1, j  L2 (3.28) Khi (3.25) (3.26) viết lại thành: Nếu:  Ec   I0   Ec    1  I   ,1    B  B 2 (3.29) Nếu:  Ec   I0   Ec    1  I      B  B 2 (3.30) Khi tải phân bố đồng toàn hệ thống, tất kênh hoa tiêu hướng xuống phân bổ giá trị công suất, việc nhận Ec / I 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 (3.29) (3.30) đồng thời thoả mãn (3.23) Điều có nghĩa tỷ số cơng suất giữa những BS tập tích cực tỷ số suy giảm lan truyền giữa 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, những BS tập tích cực thay đổi cơng 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 BS 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 72 Trong SHO đường việc phân tích hồn tồn tương tự Giả sử BS 1, BS BS BS tập tích cực, mối quan hệ giữa P1 , P2 P3 là: P1 L1 ,  P2 L2 P1 L1  P3 L3 , P2 L2  P3 L3 Hình 3.5 biểu diễn cơng suất tổng tương đối trung bình mà UE cần trình chuyển giao mềm Hình 3.5 Cơng suất truyền tương đối cho UE SHO Những giả định hệ thống mơ hình kênh vơ tuyến giống đưa chương những thông số hệ thống lấy từ bảng thông số 3.1 Bảng 3.1 Các thông số hệ thống Thông số  Giá trị Mật độ đường dẫn  Độ lệch chuẩn hiệu ứng chắn dB a Hệ số trực giao 0.6 W Tốc độ chip 3.84Mchip/s R Tốc độ bit dịch vụ 12.2 kbit/s  0.5 Hệ số hoạt động Pt / PT Pt / PT tính tốn tương ứng từ (3.21) (3.22) Những kết hình cho thấy so với sơ đồ phân chia cơng suất cân bằng, phân chia công suất không cân sơ đồ điều khiển cơng suất tối ưu làm giảm cơng suất tổng mà UE tiêu thụ trình chuyển giao mềm 73 KẾT LUẬN CHUNG Sau thời gian thân tự tìm tịi, nghiên cứu tài liệu hướng dẫn nhiệt tình Th.s Nguyễn Anh Quỳnh giúp đỡ quý thầy cô khoa Điện tử- Viễn thơng em hồn thành đồ án “Chuyển giao mềm hệ thống WCDMA” Trong đồ án em nghiên cứu những vấn đề sau: + Tổng quan mạng hệ thứ ba, đặc tính WCDMA, cách thức quản lí tài ngun vơ tuyến WCDMA + Tổng quan chuyển giao hệ thống thông tin di động Nghiên cứu chi tiết ngun lý, thuật tốn tính chuyển giao mềm WCDMA Từ rút những lợi ích chuyển giao mềm + Thuật tốn lưu đồ thuật toán chuyển giao mềm demo chương trình chuyển giao mềm Qua việc nghiên cứu vấn đề em thấy với điều khiển công suất, điều khiển đầu vào, điều khiển tải chuyển giao cần thiết để trì dịch vụ liên tục, khơng gây khó chịu cho người sử dụng, áp dụng chuyển giao vào trường hợp cụ thể Ví dụ loại chuyển giao sử dụng hệ thống nào, sử dụng Nghiên cứu chuyển giao mềm tiền đề để em nghiên cứu tiếp vấn đề chuyên sâu kết hợp chuyển giao điều khiển công suất, điều khiển đầu vào điều khiển tải Cuối cùng, lần nữa em xin chân thành cảm ơn Th.s Nguyễn Anh Quỳnh Thầy, Cô khoa Điện tử- Viễn thơng tận tình hướng dẫn bảo em hoàn thành đồ án 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động hệ 3, tập 1, tập 2, Nhà xuất Bưu điện 2001 [2] Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ ứng dụng, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2006 [3] DanielWong,Stanford University and Teng Joon Lim, National University of Singapore Soft Handoffs in CDMA Mobile System [4] Website: Google.com, vntelecom.org, hoiquandtvt.net [5] Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng, Công nghệ 3G WCDMA UMTS [6] Ts Đỗ Trọng Tuấn, Thông tin di động, Trường đại học bách khoa Hà Nội, 2010 [7] YueChen, Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Network [8] Các nguồn tài liệu khác 75 ... chuyển giao hệ thống WCDMA Chuyển giao hệ thống WCDMA phân loại hình 2.2 Chuyển giao cứng Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm Chuyển giao khác tần số Chuyển giao ngồi hệ thống Hình 2.2 Các loại chuyển. .. số khơng có mạng lưới đa dạng vĩ mơ tồn tại, ví UE sử dụng mạng GSM muốn chuyển sang tế bào mạng WCDMA chuyển giao cứng lựa chọn chuyển giao mềm chuyển giao mềm khơng thể thực Chuyển giao cứng... 35 Hình 2.6 Chuyển giao mềm ba đường 36 Hình 2.7 Chuyển giao mềm 36 Hình 2.8 Sự khác giữa chuyển giao cứng chuyển giao mềm 38 Hình 2.9 Nguyên lý chuyển giao mềm 39