Chuyển giao mềm trong hệ thống wcdma

MỤC LỤC Trang MỤC LỤC HÌNH VẼ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN Chƣơng Tổng quan thông tin di động hệ 3 1.1 Giới thiệu 1.2 Hệ thống di động hệ thứ 3 1.2.1 Các đặc điểm công nghệ WCDMA 1.2.2 Yêu cầu hệ thống thông tin di động hệ 1.2.3 C u tr c củ thông tin di động hệ 1.2.3.1 UE (User Equipment: Thiết bị ngƣời sử dụng) 1.2.3.2 UTRAN 1.2.3.3 CN(Core Network: Mạng lõi) 1.2.3.4 Các giao diện vô tuyến 10 1.2.4 Đ truy cập phân chia theo mã CDMA 1.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management) 10 12 1.3.1 RRM mạng di động 12 1.3.2 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM 12 Điều khiển công su t 13 1.3.2.2 Điều khiển chuyển giao 15 1.3.2.3 Điều khiển th m nhập 15 Điều khiển tải (điểu khiển tắc nghẽn) 16 Chƣơng Chuyển giao hệ thống WCDMA 18 Giới thiệu 18 2 Kỹ thuật chuyển gi o 18 2.2.1.Sự cần thiết việc chuyển giao hệ thống thông tin di động 18 2.2.2.Tiêu chuẩn thực chuyển giao 19 2.2.3 Các mục tiêu chuyển giao 20 2.2.4 Các thủ tục phép đo đạc chuyển giao 21 2.2.5 Các loại chuyển giao hệ thống WCDMA 22 2.2.5.1 Chuyển giao hệ thống (Intra-system Handover) 23 2.2.5.2.Chuyển giao hệ thống (Inter-System Handover) 23 2 Chuyển gi o cứng (HHO: H rd H ndover) 23 2.2.5.4.Chuyển giao mềm (Soft HO) mềm (Softer HO) 25 2.3 Kỹ thuật chuyển giao mềm 28 Nguyên lý chuyển gi o mềm 28 2.3.2 Đặc điểm chuyển giao mềm 32 2.3.3 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm 35 Chƣơng trình DEMO 35 Chƣơng Ph n tích ch t lƣợng c p đƣờng dẫn c p hệ thống 36 Giới thiệu 36 Nhi u tác động củ chuyển gi o mềm đến nhi u 36 3.2.1 Nhi u intra-Cell nhi u inter-Cell 36 3.2.2 Những tác động chuyển giao mềm đến nhi u hƣớng xuống 39 3.2.3 Sự phân bố công su t hƣớng xuống 41 3.3 Phân tích hiệu su t câp hệ thống 48 3.3.1 Độ lợi chuyển giao mềm hƣớng xuống 48 3.3.2 Độ lợi chuyển giao mềm 48 3.3.3 Những tác động độ lợi chuyển giao mềm 52 CHƢƠNG Các thuật toán chuyển giao chiến lƣợc điều khiển công 54 su t tối ƣu chuyển giao mềm 4.1 Giới thiệu 54 4.2.Các thuật toán SHO 54 4.2.1 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A 55 4.2.2 Thuật toán chuyển giao mềm UTRA 57 4.2.3 Vùng SHO thuật toán chuyển giao mềm khác 60 4.3 Điều khiển công su t hƣớng xuống 60 4.3.1 Phân bố công su t dƣới điều kiện điều khiển công su t 61 4.3.2 Độ lợi SHO dƣới tác động củ điều khiển công su t 63 4.4 Chiến lƣợc điều khiển công su t tối ƣu chuyển giao mềm 64 4.4.1 Nguyên lý cách tiếp cận 64 4.4.2 Đánh giá tính khả thi 66 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình1 ộ trình phát triển t 2G lên 3G Hình C u tr c hệ htống thơng tin di động UMTS Hình Đ truy cập phân chia theo mã (CDMA Hình Sơ đồ trải phổ trực tiếp DSSS Hình Sơ đồ giải trải phổ trực tiếp DSSS Hình 1.6 Các vị trí điển hình chức RRM mạng WCDMA Hình Hiệu ứng gần-x (điều khiển cơng su t đƣờng lên Hình Bù nhi u bên cell (điều khiển công su t đƣờng xuống Hình Đƣờng biểu đồ tải Hình Các thủ tục chuyển gi o Hình 2 Các loại chuyển giao hệ thống WCDMA Hình 2.3 Chuyển gi o cứng tần số Hình 2.4 Chuyển giao cứng khác tần số Hình Chuyển gi o mềm h i đƣờng Hình 2.6 Chuyển giao mềm b đƣờng Hình 2.7 Chuyển giao mềm Hình Sự khác nh u giữ chuyển gi o cứng chuyển gi o mềm Hình 2.9 Nguyên lý chuyển giao mềm Hình 2.10 Giảm nhi u hƣớng lên cách sử dụng HO Hình 2.11 Mơ hình chuyển gi o mềm Hình 2.12 Kết thúc trình chuyển giao mềm Hình 3.1 Nhi u hƣớng xuống Hình Những tác động củ chuyển gi o mềm nhi u hƣớng xuống Hình 3 Ý nghĩ củ β1 β2 β3 với MS khác Hình 3.4 Hàm phân bố tích lũy củ β1 β2 β3 Hình 3.5 Cơng su t trung bình vị trí UE Hình 3.6 Cơng su t kênh lƣu lƣợng hƣớng xuống Hình 3.7 Vùng chuyển giao mềm vùng phủ sóng hiệu Cell Hình 3.8 Sự bố trí Cell Hình Thuật toán chuyển gi o mềm IS 95 Hình Thuật tốn chuyển gi o mềm WCDM Hình 4.3 So sánh vùng SHO thuật tốn khác Hình 4.4 Điều khiển cơng su t hƣớng xuống Chuyển giao mềm Hình 4.5 Biểu di n cơng su t tổng tƣơng đối trung bình mà UE cần chuyển giao mềm THUẬT NGỮ VIẾT TẮT  AuC Authentication Center- Trung t m nhận thực BER Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit BS Base Station - Trạm gốc BSC Base Station Controller - Bộ điều khiển trạm gốc DMA Code Division Multiple Access - Đ truy cập ph n chi theo mã CPICH Common Pilot Channel - Kênh hoa tiêu chung CN Core Network - Mạng lõi CS Circuit Switch - Chuyển mạch kênh CDF Cumulative Distribution Function- Hàm ph n bố tích lũy DSSS Direct Sequence Spread Spectrum - Trải phổ chuỗi trực tiếp DL Down Link – Đƣờng xuống EDGE Enhanced Data Rates for GSM EvolutionTốc độ bit tăng cƣờng sử dụng cho nhánh tiến hoá GSM EIR Equipment Indentification Register - Th nh ghi nhận dạng thiết bị FDD Frequency Division Duplexing-Ghép kênh song công ph n chi theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access - Đ truy cập ph n chi theo tần số FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum - Trải phổ nhảy tần GGSN Gateway GPRS Support Node - N t hỗ trợ GPRS cổng GSM Global System for Mobile Communication-Hệ thống thông tin di động toàn cầu GMSC Gateway Mobile Switch Center - Trung t m chuyển mạch di động cổng HE Home Environment- Môi trƣờng nhà HLR Home Location Register- Th nh ghi định vị thƣờng tr HHO Hard Handover- Chuyển gi o cứng IMEI International Mobile Equipment Identity-Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMSI International Mobile Subsscriber Identity- Số nhận dạng thuê b o di động quốc tế ISDN Integrates Service Digital Network - Mạng số liệu đ dịch vụ IS-95 North Amarican version of the CDMA standard-Phiên CDM Bắc Mỹ ME Mobile Equipment - Thiết bị di động MSC Mobile Switch Center - Trung t m chuyển mạch di động PLMN Public Land Mobile Network – Mạng di động mặt đ t công cộng PN Pseudo Noise - Nhi u giả ngẫu nhiên PS Packet Switch - Chuyển mạch gói QoS Quality of Service - Ch t lƣợng dịch vụ RRM Radio Resource Management - Quản lý tài nguyên vô tuyến RNC Radio Network Control - Bộ điều khiển mạng vô tuyến RAM Radio Access Mode- Chế độ truy cập vô tuyến RAT Radio Access Tranmission- Đƣờng truyền truy cập vô tuyến SIR Signal to Interference Ratio - Tỷ lệ tín hiệu nhi u SCH Synchronization Channel - Kênh đồng SGSN Serving GPRS Support Node - N t hỗ trợ GPRS phục vụ SHO Soft Handover – Chuyển gi o mềm SN Serving Network- Mạng phục vụ TDD Time Division Duplexing - Ghép song công ph n chi thời gi n TDMA Time Division Multiple Access - Đ truy cập ph n chi theo thời gi n THSS Time Hopping Spread Spectrum - Trải phổ nhảy thời gi n UE User Equiment – Thiết bị ngƣời sử dụng UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống vi n thơng di động tồn cầu USIM Universal Subcriber Identity Module -Module nhận dạng thuê bao UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy cập vơ tuyến tồn cầu UL Uplink - Đƣờng lên VLR Visitor Location Register - Bộ định vị tạm tr WCDMA Wideband Code Division Multiple Access-Đ truy cập phân chia theo mã băng rộng LỜI NĨI ĐẦU Xã hội phát triển nhu cầu tr o đổi thông tin thiết yếu Các hệ thống thông tin di động với khả gi p ngƣời tr o đổi thông tin l c, nơi đ ng trở thành dịch vụ thiếu xã hội ngày n y Bắt đầu t hệ thống thông tin di động hệ r đời vào năm 1946, thông tin di động liên tục phát triển qu hệ t 1G s ng 2G đến 3G đến n y hệ thống thông tin di động thứ 4G đƣợc đƣ vào kh i thác số nƣớc giới Ở Việt N m, hệ thống thông tin di động thứ bắt đầu triển kh i t năm 2009 Hệ thống WCDM đƣợc Việt N m lự chọn cho việc triển kh i 3G Điều mở r bƣớc tiến lớn củ Việt N m việc bắt kịp kho học kỹ thuật đại củ giới, đặc biệt Vi n thơng Nắm đƣợc tình hình đồ án tốt nghiệp củ em tìm hiểu tổng qu n hệ thống mạng WCDM , đặc biệt nghiên cứu s u kỹ thuật qu n trọng kỹ thuật “ Chuyển giao mềm hệ thống WCDMA” C u tr c đồ án gồm chƣơng Chƣơng 1: Tổng qu n thông tin di động hệ Chƣơng 2: Chuyển gi o chuyển gi o mềm hệ thống WCDM Chƣơng 3: Tác động củ chuyển gi o mềm c p độ đƣờng dẫn hệ thống Chƣơng 4: Giới thiệu thuật toán chuyển gi o chiến lƣợc điều khiển công su t tối ƣu suốt q trình chuyển gi o mềm Để hồn thành đƣợc đồ án lời đầu tiên, em xin ch n thành cảm ơn thầy cô kho Điện tử- Vi n thông trƣờng Đại học Vinh giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức suốt năm học v qu Đặc biệt, em xin cảm ơn cô giáo Ths Nguyễn Thị Kim Thu định hƣớng tận tình dẫn, gi p đỡ em hoàn thành đồ án đƣợc tốt Bằng nhiệt tình với góp ý, gợi mở, kiến thức q báu t Cơ gi p em hiểu đƣợc cách s u sắc rõ ràng điều vƣớng mắc thời gi n làm đồ án Kế đến, em xin cảm ơn gi p đỡ củ bạn lớp 47K-ĐTVT, gi p em giải đáp số thắc mắc làm đồ án Và cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn s u sắc đến gi đình em, ngƣời động viên, củng cố tinh thần cho em suốt thời gi n học tập TÓM TẮT ĐỒ ÁN Chuyển gi o chức thiết yếu để đối phó với tính di động củ thuê b o di động So với chuyển gi o cứng truyền thống đƣợc sử dụng mạng di động GSM, chuyển gi o mềm (SHO) sử dụng IS-95 đƣợc đề xu t cho mạng 3G hệ thống WCDM có hiệu su t tốt h i c p độ đƣờng dẫn hệ thống Trong mạng di động đại hƣớng xuống lại qu n trọng dung lƣợng hệ thống tính b t đối xứng củ dịch vụ nên đồ án s u nghiên cứu đặc tính củ chuyển gi o mềm nhƣ tác động củ đến dung lƣợng h y hiệu su t hƣớng xuống mạng WCDM Cuối đồ án tìm hiểu chiến lƣợc điều khiển công su t tối ƣu chuyển gi o mềm ABSTRACT Handover is an important technique to maintain a good quality channel when a remote subscriber moving away the base station Comparing to conventional hard handover employing in GSM mobile network, soft handover using in IS-95 and proposing in 3G WCDMA system has better performance on both link and system side In new mobile network downlink is very important to the capacity of network due to the asymmetry of new service Hence, this project will analyze properties of soft h ndover nd it’s imp ct to the c p city or downlink performance in WCDMA network Finally this project will introduce some approach to control performance in soft handover optionally Chương Tổng quan thông tin di động hệ 1.1 Giới thiệu Vi n thơng nói chung thơng tin di động nói riêng lĩnh vực r t quan trọng đời sống xã hội Xã hội phát triển, nhu cầu thông tin di động ngƣời tăng lên Thông tin di động khẳng định đƣợc cần thiết tính tiện dụng việc phục vụ liên lạc nhƣ nhiều tiện ích khác Cho đến nay, hệ thống thơng tin di động trải qua nhiều gi i đoạn phát triển, t hệ di động hệ đến hệ hệ đ ng phát triển giới - hệ Trong chƣơng tìm hiểu c u trúc thơng tin di động hệ nhƣ phƣơng pháp đ truy cập đƣợc sử dụng hệ cuối tìm hiểu v n đề quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management) 1.2 Hệ thống di động hệ thứ Ở hệ thứ hệ thống thơng tin di động có xu hoà nhập thành tiêu chuẩn nh t, hệ sử dụng công nghệ WCDMA( Wideband Code Division Multiple Access) phƣơng pháp đ truy cập mã băng rộng WCDMA công nghệ thông tin di động hệ ba giúp tăng tốc độ truyền nhận liệu cho hệ thống GSM (Global System Mobile Communication: Hệ thống thơng tin di động tồn cầu) cách dùng kỹ thuật đ truy cập phân chia theo mã (CDMA :Code Division Multiple Access) hoạt động băng tần rộng thay cho kỹ thuật đ truy cập phân chia theo thời gian (TDMA: Time Division Multiple Access) T hệ 1G đến 2G s ng 5G s u lên 3G có r t nhiều công nghệ đƣợc sử dụng Ở nƣớc, khu vực sử dụng công nghệ phát triển riêng song WCDMA nhận đƣợc ủng hộ lớn nh t nhờ vào tính linh hoạt lớp vật lý việc hỗ trợ kiểu dịch vụ khác nh u đặc biệt dịch vụ tốc độ bit th p trung bình Hình 1.1 mơ tả lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động t 1G lên 2G sang 2.5G s u đến 3G 10 Trong đó, PT cơng su t truyền tổng trạm gốc, a hệ số trực giao hƣớng xuống, Pilot công su t truyền kênh hoa tiêu, Li độ suy giảm truyền dẫn kênh vô tuyến t BS đến UE Không giống nhƣ hƣớng lên, nhi u hƣớng xuống có mối quan hệ với vị trí trạm di động Do đó, tỷ số Ec / I kênh pilot khơng liên quan đến ri mà cịn liên qu n đến góc θ Kết biên giới vùng chuyển giao mềm khơng phải hình trịn nhƣ đƣợc giả định nghiên cứu trƣớc đ y Bắt đầu Bsi tập tích cực Epi < T_DROP Đếm hết thời gi n Có Khơng Có Khơng Thiết lập BS l n cận BSi Epi > T_ADD Khơng Có Thiết lập BSi Tập hợp đầy đủ BS hoạt động Có Khơng Chuyển BSi đến để thiết lập hoạt động Sơ đồ ƣu đồ thuật toán chuyển giao mềm IS-95A Phần (a) hình 4.3 cho th y mối quan hệ giữa vùng chuyển giao mềm tổng phí chuyển giao mềm dựa thuật tốn IS-95A Và định chuyển gi o đƣợc thực dựa tỷ số Ec / I kênh pilot thu đƣợc trung bình 4.2.2 Thuật tốn chuyển giao mềm UTRA Trong WCDMA sử dụng thuật toán phức tạp nhƣng lại có r t nhiều ƣu điểm vƣợt trội nhƣ thuật toán chuyển giao mềm UTRA thuật toán SSDT Thuật toán chuyển giao mềm UTRA đƣợc minh hoạ nhƣ hình 4.2 Thuật tốn chuyển giao mềm WCDMA đƣợc mơ tả nhƣ s u: 64 - Lúc đầu: Chỉ có nằm tập tích cực - Tại kiện 1A: ( Ec / I )P-CPICH3 > ( Ec / I )P-CPICH1 - (R1a-H1a/2) ( Ec / I )P-CPICH1 tỷ số tín hiệu nhi u kênh hoa tiêu ô mạnh nh t, ( Ec / I )P-CPICH3 tỷ số tín hiệu nhi u kênh hoa tiêu nằm ngồi tập tích cực R1a số dải báo cáo (do RNC thiết lập, H1a/2 thông số tr (R1a-H1a/2) cửa sổ kết nạp cho kiện 1A Nếu b t đẳng thức tồn khoảng thời gian ΔT đƣợc kết nạp vào tập tích cực Hình Thuật toán chuyển gi o mềm WCDM Tr50,8 - Tại kiện 1C: ( Ec / I )P-CPICH4 > ( Ec / I )P-CPICH2 +H1c/2, ( Ec / I )PCPICH4 tỷ số tín hiệu nhi u nằm ngồi tập tích cực ( Ec / I )PCPICH2 tỷ số tín hiệu nhi u tồi nh t tập tích cực, H1C thơng số tr Nếu quan hệ tồn thời gian ΔT tập tích cực đầy ô bị loại khỏi tập tích cực chỗ tập tích cực - Tại kiện 1B: ( Ec / I )P-CPICH1 < ( Ec / I )P-CPICH3- (R1b+H1b/2) ( Ec / I )P-CPICH1 tỷ số tín hiệu nhi u kênh hoa tiêu ô yếu nh t tập tích cực, (Ec/I0)P-CPICH3 tỷ số tín hiệu nhi u mạnh nh t tập tích cực, R1b số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1b/2 thông số tr (R1b+H1b/2) cửa sổ loại cho kiện 1B Nếu quan hệ tồn khoảng thời gian ΔT bị loại khỏi tập tích cực 65 Trong thuật tốn WCDM , ngƣời ta sử dụng ngƣỡng tƣơng đối không sử dụng ngƣỡng tuyệt đối So với IS-95A, lợi ích lớn nh t giải thuật biểu di n tham số cách d dàng, nhờ có giá trị ngƣỡng tƣơng đối nên khơng u cầu b t kỳ th y đổi tham số khu vực có nhi u cao th p Sơ đồ 4.2 đƣa lƣu đồ thuật toán chuyển giao mềm UTRA Bắt đầu BSi Є tập tích cực Epi < Ep_best - Th_add Trong chu kỳ ΔT Có Khơng Khơng Có (Sự kiện 1B) Ep_best – Epi < Th_add Trong chu kỳ ΔT oại BSi r khỏi tập tích cực Có Tập tích cực đầy Không (Sự kiện 1A) Thêm BSi vào tập tích cực Thiết lập kết nối với BSi Có BSi tốt nh t tập ứng cử Có Không Epi – Ep_worst > Th_add Trong chu kỳ ΔT Có (Sự kiện 1C) Th y BSi tập tích cực x u nh t Không Sơ đồ ƣu đồ thuật tốn chuyển giao mềm UTRA Trong đó, EPi biểu di n tỷ số Ec / I kênh CPICH t BSi, EP-best Ec / I kênh CPICH mạnh nh t tập tích cực, EP-worst Ec / I kênh CPICH yếu nh t tập tích cực, Th_add = R1a- H1a/2, Th_drop = R1b+H1b/2, Th_rep = H1c/2.Giả sử BSi trạm gốc 66 b n đầu UE, điều kiện kích hoạt thuật tốn chuyển giao mềm UTRA đƣợc biểu di n là:  Ec   Ib  E     c   AS_Th-AS_Th_Hyst  pilot _ BSi  I  pilot _ BSj (4.2) Trong hình 4.3b cho th y vùng chuyển giao mềm thuật tốn UTRA với tổng phí chuyển giao mềm khác Và định chuyển gi o đƣợc thực dựa tỷ số Ec / I kênh pilot nhận đƣợc trung bình 4.2.3 Vùng SHO thuật tốn chuyển giao mềm khác Hình 4.3 đƣa vùng chuyển giao mềm thuật toán IS-95A UTRA với tổng phí chuyển giao mềm khác dựa Ec / I kênh pilot thu đƣợc trung bình Ở đ y, chuyển giao mềm đƣờng đƣợc 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 Hình vẽ 4.3 So sánh vùng SHO thuật toán khác [Tr90,8] T hình 4.3, ta th y rõ ràng hình dạng vùng chuyển giao mềm hai thuật tốn r t khác tổng phí chuyển giao mềm nhỏ Khi tổng phí tăng lên, khác dần m t Vì vậy, đánh giá độ lợi chuyển giao mềm t phƣơng trình (3 20), S S’ khác nh u đƣợc thay theo thuật toán chuyển giao mềm khác 4.3 Điều khiển công su t hướng xuống Nhƣ đề cập chƣơng 1, hệ thống CDM , điều khiển công su t chức r t quan trọng để quản lý tài nguyên vô tuyến 67 Ở hƣớng lên, điều khiển công su t đƣợc đƣ vào để khắc phục hiệu ứng gần xa, hƣớng xuống, nguyên nh n để sử dụng điều khiển cơng su t giảm nhi u inter- Cell Ta th y UE đ ng trạng thái chuyển giao mềm gần cạnh Cell, nhi u inter-Cell cao nhiều so với nhi u intra-Cell Điều đặc biệt đ ng tính trực giao kênh hƣớng xuống đƣợc giữ mức tốt Do đó, có số mối tƣơng qu n việc điều khiển cơng su t độ lợi chuyển giao mềm V n đề đƣợc kiểm chứng cách phân tích so sánh độ lợi chuyển giao mềm dƣới điều kiện điều khiển công su t khác cách riêng rẽ 4.3.1 Phân bố công su t điều kiện điều khiển cơng su t - Khơng có điều khiển cơng su t Bởi hƣớng xuống, điều khiển công su t không quan trọng nhƣ hƣớng lên, nên vài nghiên cứu trƣớc khơng quan tâm tới Khi khơng có điều khiển cơng su t, kênh lƣu lƣợng hƣớng xuống đƣợc phân bổ giá trị công su t Do đó, Ps1  P s1 _ SHO  PT  N (1  x) (4.3) Trong x tổng phí chuyển giao mềm, N số UE hoạt động Cell, N(1+x) tổng số kênh dành riêng hƣớng xuống, γ tỷ lệ công su t truyền tổng dành cho kênh lƣu lƣợng - Điều khiển công su t hồn hảo Phân bố cơng su t theo điều khiển cơng su t hồn hảo đƣợc phân tích mục 3.2.3 Việc điều khiển cơng su t hƣớng xuống hoàn hảo làm cho tỷ số Eb / I nhận đƣợc giá trị mong muốn t t UE thời điểm Do đó, cơng su t truyền dẫn kênh dành riêng hƣớng xuống đƣợc dẫn xu t t phƣơng trình ch t lƣợng liên kết Đối với UE đặt ( r1 ,1 ) bên vùng chuyển giao mềm nhƣ UE1 hình 3.8, khơng qu n t m đến nhi u nhiệt, tỷ số lƣợng bít mật độ phổ công su t nhi u Eb / I nhận đƣợc đƣợc biểu di n là: 68 Eb W  I0 vR Ps1r1 10  PT (1  a )r 1 10 M   PTj r j 2  j  10 (4.4) j 10 Trong đó, W tốc độ chip; R tốc độ bit dịch vụ; ν hệ số hoạt động; PT công su t truyền tổng t t trạm gốc; r1 r j khoảng cách t UE đến BS1 BSj tƣơng ứng; α độ m t đƣờng dẫn; δ độ suy giảm tính theo dB hiệu ứng chắn, với độ lệch chuẩn σ; a hệ số trực giao; M số BS đƣợc đƣa vào tính tốn nhi u inter-Cell Ở đ y, trạm gốc thuộc lớp thứ nh t thứ h i đƣợc sử dụng Giả sử UE đƣợc phân bố tồn mạng, cơng su t truyền tổng t t trạm gốc giống nh u, đƣợc ký hiệu PT Công su t truyền yêu cầu kênh dành riêng hƣớng xuống t BS1, Ps1 đƣợc giải t phƣơng trình (4.4) nhƣ 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   (4.5) Trong ( Eb / I ) t giá trị Eb / I mong muốn;  rj   1   j   r1 M   j    10  10  Đối với UE bên vùng chuyển giao mềm nhƣ UE2 hình 3.8 giả sử BS1 BSi nằm tập tích cực (SHO đƣờng), chiến lƣợc phân chia công su t cân tỷ số tổng hợp tối đ đƣợc sử dụng trình chuyển giao mềm, tỷ số Eb / I nhận đƣợc 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   (4.6) Vì vậy, Ps1SHO đƣợc tính là: 69 Ps1 SHO  vR  Eb  W  I   PT t (4.7) 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  (4.8) - Điều khiển cơng su t khơng hồn hảo Qua việc xác minh thực nghiệm, lỗi điều khiển cơng su t đƣợc mơ hình hố nhƣ giá trị ngẫu nhiên với phân bố logarit chuẩn tắc Gọi Pe giá trị biểu di n cho lỗi điều khiển cơng su t (đƣợc tính dB), Ps1 Ps1 SHO đƣợc viết nhƣ sau: Ps1  Ps1'  Pe (dB) (4.9) Ps1SHO  Ps1SHO'  Pe1 (dB) PsiSHO  PsiSHO'  Pei (dB) (4.10) Trong Pe giá trị ngẫu nhiên có phân bố Gaussian với trung bình khơng phƣơng 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 (4.9) (4.10) vào (4.4) (4.6), ta thu đƣợc cơng su t truyền thực tế theo điều kiện điều khiển công su t không hoàn hảo Ps1' Ps1SHO' 4.3.2 Độ lợi SHO nh ng tác động củ điều khiển công su t Dung lƣợng hƣớng xuống độ lợi chuyển giao mềm với điều khiển cơng su t hồn hảo hay khơng hồn hảo đƣợc tính cách thay Ps1 , Ps1SHO , Ps1' Ps1 SHO' vào (3.17) (3.20) Đối với UE (r1,θ1) bên vùng chuyển giao mềm, thay (4.3) vào (4.4), Eb / I đƣợc biểu di n 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  M   rj N (1  x) 1  a     j   r1   j     10   10   70 j 2 j 10 (4.11) Rõ ràng khơng có điều khiển công su t, Eb / I hàm theo vị trí trạm di động T (4.10) rút N: N W  vR Eb I t M   rj (1  x) 1  a     j   r1 (4.12)   j     10  10    Đối với UE bên vùng chuyển giao mềm nhƣ UE2 hình 3.8, Eb / I đƣợc biểu di n là: Eb W       I0 vR  N (1  x)  a  (2)  N (1  x)  a   (1)  Trong đó,  (1)    (2) đƣợc đƣ      (4.13) r nhƣ (4 7) T (4.12), N đƣợc suy r : W   vR Eb / I t  1 N     (1  x) 1  a   (1)  a   ( 2)    (4.14) Do đó, dung lƣợng hƣớng xuống trung bình N khơng điều khiển cơng su t hƣớng xuống đƣợc biểu di n là:   W      vR Eb / I E   outside SHO zone   (1  x)  a   (1)        N (r1 )      W    vR Eb / I   1      inside SHO zone E   a   (1)  a   (2)  (  x )             (4.15) T (4.15) ta th y đƣợc không điều khiển công su t, dung lƣợng hƣớng xuống bị giới hạn UE yếu nh t (UE có Eb / I th p nh t) Cell 4.4 Chiến lược điều khiển công su t tối ưu t ong chuyển giao mềm 4.4.1 Nguyên lý cách tiếp cận 71 Nhƣ đề cập chƣơng trƣớc, hệ thống CDMA hệ thống đƣợc giới hạn nhi u Việc giảm thiểu nhi u tổng nguyên tắc để tối ƣu hoá tài nguyên vô tuyến hệ thống CDMA Nguyên lý cách tiếp cận điều khiển công su t giảm thiểu mức tiêu thụ cơng su t tổng suốt q trình chuyển giao mềm mức tiêu thụ cơng su t th p đồng nghĩa với việc nhi u đến UE khác Xét UE đ ng trạng thái SHO hai đƣờng đƣợc đƣa hình 4.4, cơng su t tổng đƣợc tiêu thụ UE tổng P1 P2 P1 P2 công su t truyền kênh hƣớng xuống dành riêng tƣơng ứng t BS1 BS Giả sử tải đƣợc phân bố đồng tồn hệ thống, cơng su t truyền tổng PT trạm gốc giống P1 P2 BS2 BS1 Main Topic Main Topic UE Hình 4.4: Điều khiển cơng su t hƣớng xuống chuyển giao mềm Tỷ số Eb / I trạm di động đƣợc biểu di n nhƣ sau: Eb  Eb   E b      I  I 1  I  (4.16) Với  Eb  P1 L1 P1 W W     M M vR  L   I 1 vR P (1  a) L  PT Li PT 1  a   i   T i 2 i  L1   (4.17) Và  Eb   I0  W P1 L2    vR P (1  a) L  T  M P L j 1, j  T W P2 vR vR j 72 P2  PT 1  a   Lj     j 1, j  L2  M (4.18) Trong W tốc độ chip; R tốc độ bit dịch vụ; ν hệ số hoạt động dịch vụ; a hệ số trực giao hƣớng xuống; Li suy giảm lan truyền t BSi đến UE; M số trạm gốc đƣợc đƣa vào nhi u inter-Cell Thay (4.16) (4.17) vào (4 18) t đƣợc:   Eb W  P1 P2   M M Lj Li I0 vR PT   a   a     i  L1 j 1, j  L2        (4.19) T định nghĩ thông số B để định nghĩ mối quan hệ P1 P2 theo: B Ps1 Ps (4.20) Theo nguyên tắc “Không hơn, không kém”, QoS nhận đƣợc UE đƣợc giữ mức giá trị mục tiêu Do đó, t (4.19) (4.20), công su t tổng đƣợc yêu cầu trạm di động đƣợc suy là:  Bb  vR   PT  1  I 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 (4.21) Trong ( Eb / I ) t giá trị mục tiêu dịch vụ mà UE yêu cầu T (4.21), ta th y rõ ràng công su t tổng mà UE tiêu thụ có mối quan hệ với tỷ số cơng su t B Những giá trị khác tỷ số P1 P2 dẫn tới mức tiêu thụ công su t tổng khác Mục đích chiến lƣợc điều khiển công su t tối ƣu cố gắng tìm giá trị tỷ số B thích hợp để tối thiểu hố cơng su t tổng PT 4.4.2 Đánh giá tính khả thi Gọi Pt giá trị đại diện cho công su t tổng mà UE tiêu thụ thực chiến lƣợc phân chia cơng su t cân chuẩn suốt q trình chuyển giao mềm Thay P1 P2 vào (4.21), Pt đƣợc biểu di n là: 73 E 2. b  I0 Pt  M L 1 a   i i  L1  vR  PT t W (4.22)  M Lj j 1, j  L2 1 a   Để giảm bớt cơng su t tổng phải thoả theo b t đẳng thức s u đ y: Pt  Pt Đặt X  M L 1 a   i i  L1 (4.23) Y M lj j 1, j  L2  1 a  (4 23) viết lại nhƣ s u: B  X  Y X Y B 1 Do  X  Y  X  Y    B    B  X  Y  X  Y   Nên X  Y B  X  Y   B   X Y B 1 B B B Suy ra: X  Y  X  Y  X  Y 1 Suyra: 1  .Y  1   X  B  (4.24) B Để thoả 9, B phải tuỳ thuộc vào mối qu n hệ giữ X Y Nếu X  Y ,    B 1 B Nếu X  Y ,  Gọi  Ec   I0 (4.25)   B 1 B (4.26)  1    M  i (1  a)  L j  j i Li (4.27) Là tỷ số Ec / I kênh Pilot nhận đƣợc t trạm gốc BSi Trong đó, γ tỷ lệ cơng su t truyền tổng trạm gốc dành cho kênh lƣu lƣợng; a hệ số trực gi o hƣớng xuống 74 Do đó:  Ec   Ec      1  I 1  I0 2 Y  X   M M Lj L 1  1  1 a   i 1 a   i  L1 j 1, j  L2 (4.28) (4.25) (4.26) đƣợc viết lại thành:  Ec  I0   Ec    1  I   ,    B  B 2 (4.29)  Ec  I0   Ec    1  I   ,    B  B 2 (4.30) Nếu  Nếu  Khi tải đƣợc phân bố đồng toàn hệ thống, t t kênh hoa tiêu hƣớng xuống đƣợc phân bổ giá trị cơng su t, việc nhận đƣợc Ec / I c o t trạm gốc BSi tƣơng ứng với suy giảm lan truyền t BSi đến User th p Do đó, việc chọn B  L1 / L2 thoả mãn đƣợc (4.29) (4 30) đồng thời thoả mãn đƣợc (4 23) Điều có nghĩ tỷ số cơng su t BS tập tích cực tỷ số suy giảm lan truyền chúng mức tiêu thụ cơng su t tổng suốt q trình chuyển giao mềm đƣợc giảm bớt so với sơ đồ phân chia công su t cân Do đó, sơ đồ điều khiển cơng su t tối ƣu, BS tập tích cực th y đổi công su t truyền chúng cách phụ thuộc tỷ số công su t đƣợc giữ với tỷ số suy giảm lan truyền ƣu ý việc chọn B  L1 / L2 cho sơ đồ điều khiển công su t tối ƣu suy giảm lan truyền t BS cụ thể thu đƣợc cách đo kênh Pilot hƣớng xuống trạm gốc Điều đảm bảo tính khả thi cách tiếp cận điều khiển cơng su t việc đo kênh Pilot thủ tục chuyển giao mềm Trong SHO đƣờng việc ph n tích hoàn toàn tƣơng tự Giả sử BS 1, BS BS BS tập tích cực, mối quan hệ P1 , P2 P3 là: P1 L1 ,  P2 L2 P1 L1  P3 L3 75 , P2 L2  P3 L3 Hình 4.5 biểu di n cơng su t tổng tƣơng đối trung bình mà UE cần trình chuyển giao mềm Trục X biểu di n khoảng cách tiêu chuẩn hoá t UE đến trạm gốc gần nh t tập tích cực Những giả định hệ thống mơ hình kênh vơ tuyến giống nhƣ đƣợc đƣa chƣơng thông số hệ thống đƣợc l y t bảng 4.1 bảng thông số Pt / PT Pt / PT đƣợc tính tốn tƣơng ứng t (4.21) (4.22) Những kết hình cho th y so với sơ đồ phân chia công su t cân bằng, phân chia cơng su t khơng cân sơ đồ điều khiển công su t tối ƣu làm giảm cơng su t tổng mà UE tiêu thụ q trình chuyển giao mềm Thơng số  Giá trị Mật độ đƣờng dẫn  Độ lệch chuẩn hiệu ứng chắn dB  Tỷ lệ công su t lƣu lƣợng 0.8 a Hệ số trực giao 0.6 W Tốc độ chip 3.84 Mchip/s R Tốc độ bit dịch vụ 12.2 kbit/s  Hệ số hoạt động 0.5 Bảng 4.1 Các thông số hệ thống Hình 4.5 Cơng su t truyền tƣơng đối cho UE SHO [Tr107,8] 76 KẾT LUẬN Trong hệ thống WCDMA, chuyển giao nói chung chuyển giao mềm nói riêng r t quan trọng, đảm bảo truyền thông không bị ngắt quãng Qu đồ án ch ng t hiểu đƣợc tác động chuyển giao mềm đến v n đề cải thiện ch t lƣợng c p đƣờng dẫn c p hệ thống Bên cạnh ta biết đƣợc thuật tốn chuyển giao mềm đƣợc sử dụng hệ thống thông tin di động hệ đặc biệt tìm hiểu đƣợc thuật tốn UTR đƣợc sử dụng hệ thông thống tin di động WCDMA Sơ đồ điều khiển công su t để điều khiển phân chia công su t trạm gốc tập tích cực cho th y hiệu su t tốt sơ đồ điều khiển công su t cân truyền thống đƣợc thơng qua 3GPP Nó giảm thiểu can nhi u trì lợi ích thu đƣợc t phân tập đ dạng thời điểm Sơ đồ phân chia công suât tối ƣu cải thiện dung lƣợng hƣớng xuống làm cho hệ thống di động trở nên vững trƣớc suy giảm biến động củ môi trƣờng vô tuyến Và đặc biệt thích hợp với hệ thống WCDMA có tổng phí chuyển giao mềm cao hoạt động mơi trƣờng vơ tuyến có fading che khu t c o Qu phân tích nghiên cứu trình chuyển giao mềm, ch ng t th y đƣợc đặc điểm nhƣ lợi ích mà mang lại Mặc dù Em có nhiều cố gắng hồn thiện đồ án t t nhiệt tình lực củ mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, r t mong nhận đƣợc đóng góp quý báu củ quý thầy cô bạn Vinh ngày tháng năm 2011 Sinh viên Nguy n Thị Mai 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Daniel Wong, Stanford University and Teng Joon Lim, National University of Singapore Soft Handoffs in CDMA Mobile System [2] Harri Holma, Antti Toskala, WCDMA for UMTS- Radio access for third generation mobile communications, John Wiley & Sons Ltd, 2004 [3] Stijin N.P.Van Cauwenberge, Study of soft handover in UMTS, Technical University of Denmark, University of Gent, Belgium [4] Ts Nguy n Phạm nh Dũng, Lý thuyết trải phổ ứng dụng, Học Viện Cơng Nghệ Bƣu Chính Vi n Thông, 2006 Ts Nguy n Phạm nh Dũng, Thông tin di động hệ 3, tập 1, tập 2, Nhà xu t Bƣu điện 2001 [6] Tham khảo nhiều Website: 4tech.com.vn, google.com, vntelecom.org hoiquandtvt.net Truy cập lần cuối ngày 20/5/2011 [7] Vijay K.Garg, IS – 95 CDMA and cdma2000 [8] YueChen,Soft Handover Issues in Radio Resource & Management for 3G WCDMA Networks, Doctor of Thesis [9] Nhiều tài liệu tham khảo khác 78 ... - Chuyển giao hệ thống - Chuyển giao cứng - Chuyển giao mềm mềm Chuyển gi o mềm Chuyển gi o mềm Chuyển gi o khác tần số Chuyển gi o ngồi hệ thống Hình 2 Các loại chuyển giao hệ thống WCDMA 29... theo chuyển gi o cứng h y chuyển gi o mềm mà trình đƣợc thực cách khác nh u 2.2.5 Các loại chuyển giao hệ thống WCDMA Chuyển giao hệ thống WCDMA phân thành bốn loại: - Chuyển giao hệ thống - Chuyển. .. 2.2.5.1 Chuyển giao hệ thống (Intra-system Handover) Chuyển giao hệ thống đƣợc chi thành chuyển giao tần số chuyển giao khác tần số Chuyển giao tần số xu t giữ cell thuộc sóng m ng hệ thống WCDMA Chuyển