Phân tích đánh giá hiệu năng dịch vụ di động 3g

NGUYÊN TRỌNG MẠNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG DỊCH VỤ DI ĐỘNG 3G NGUYÊN TRỌNG MẠNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Viễn thông KHÓA 2010B Hà Nội – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYÊN TRỌNG MẠNH PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG DỊCH VỤ DI ĐỘNG 3G Chuyên ngành: Nghiên cứu QoS chuyển giao 3G LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Viễn thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HỒ KHÁNH LÂM Hà Nội - 2013 Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3G ĐỀ TÀI : PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG DỊCH VỤ DI ĐỘNG 3G MỤC LỤC Lời nói đầu Error! Bookmark not defined Danh mục viết tắt Error! Bookmark not defined Danh mục bảng Error! Bookmark not defined Danh mục hình vẽ Error! Bookmark not defined Mở đầu Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Error! Bookmark not defined 1.1: defined Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM Error! Bookmark not 1.2: Dịch vụ vơ tuyến liệu gói GPRSError! Bookmark not defined 1.3: defined Hệ thống thơng tin di động tồn cầu UMTSError! Bookmark not CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT TRONG WCDMAError! Bookmark not defined 2.1: Kỹ thuật trải phổ giải trải phổ WCDMAError! Bookmark not defined 2.2: Phương thức điều chế Error! Bookmark not defined 2.3: Kênh đa đường thu RAKE Error! Bookmark not defined 2.4: Chuỗi giả tạp âm Error! Bookmark not defined Điều khiển công suất Error! Bookmark not defined 2.5.1: Điều khiển cơng suất mạch vịng hởError! Bookmark not defined 2.5: Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3G 2.5.2: Điều khiển cơng suất mạch vịng kínError! Bookmark not defined 2.5.3: Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệtError! Bookmark not defined 2.6: Chuyển giao mềm mềm Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG 3GError! Bookmark not defined 3.1: defined Khái quát chuyển giao mạng UMTSError! Bookmark not 3.1.1: Mục đích chuyển giao Error! Bookmark not defined 3.1.2: Các kiểu chuyển giao Error! Bookmark not defined 3.1.3: Trình tự chuyển giao Error! Bookmark not defined 3.2: Chuyển giao tần số Error! Bookmark not defined 3.2.1: Chuyển giao mềm Error! Bookmark not defined 3.2.2: Đo đạc chuyển giao Error! Bookmark not defined 3.2.3: Tổng phí chuyển giao mềmError! Bookmark not defined 3.3: Chuyển giao hệ thống WCDMA GSMError! Bookmark not defined 3.4: defined 3.5: Chuyển giao tần số WCDMAError! Bookmark not Kết luận Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA CHUYỂN GIAO MỀM TỚI DUNG LƯỢNG MẠNG Error! Bookmark not defined 4.1: Chuyển giao mềm cell khơng có sectorError! Bookmark not defined 4.1.1: Tổn hao lưu lượng forward linkError! Bookmark not defined 4.1.2: Độ lợi dung lượng đường forward linkError! Bookmark not defined Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3G 4.1.2.1: Trường hợp ko có phân tập vĩ mơError! Bookmark not defined 4.1.2.2: Trường hợp có phân tập vĩ mơError! Bookmark not defined 4.2: Chuyển giao mềm mềm cell có sectorError! Bookmark not defined 4.2.1: Tổn thất dung lượng forward linkError! Bookmark not defined 4.2.2: Độ lợi dung lượng forward linkError! Bookmark not defined 4.2.2.1: Trường hợp khơng có phân tập vĩ mơError! Bookmark not defined 4.2.2.2: Trường hợp có phân tập vĩ mơError! Bookmark not defined 4.3: Kết luận Error! Bookmark not defined Kết luận Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Lời nói đầu Trong hai thập kỷ phát triển ngành công ngiệp viễn thông vừa qua, chứng kiến phát triển nhanh chóng hệ thống mạng tế bào, từ mở đầu hệ thống hệ đến thâm nhập sâu rộng hệ thống hệ thứ hai hệ ba vào sống xã hội thường ngày tồn giới Thơng tin di động dần trở thành phần thiếu công việc sống hàng ngày Cùng với phát triển không ngừng công nghệ, nhu cầu dịch vụ người tăng lên không ngừng Các hệ thống di động hệ thứ ba tại, với nâng cấp phần cứng phần mềm đáp ứng nhiều dịch vụ cao, mang đến lĩnh vực dịch vụ đầy triển vọng Bên cạnh khả chuyển giao để tăng khả di động cho thuê bao thích ứng ngược lại với hệ thống 2G Xuất phát từ thành tưu đó, tơi chọn đề tài“Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D” với định hướng “Nghiên cứu QoS chuyển giao 3G” Nội dung đồ án tìm hiểu vấn đề chuyển giao hệ thống 3G ảnh hưởng chuyển giao tới dung lượng hệ thống Trong trình làm đồ án, tơi cố gắng nhiều, nhiên thời gian, điều kiện tìm hiểu khả hiểu biết có hạn nên khơng thể tránh khỏi có thiếu sót, sai lầm, mong nhận đóng góp, xây dựng thầy cô bạn bè Qua xin chân thành cảm ơn hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy Hồ Khánh Lâm suốt thời gian làm đồ án Tôi xin cảm ơn giúp đỡ tất thầy cô khoa Điện tử Viễn thơng tất bạn bè, gia đình tạo điều khiển giúp tơi hồn thành tốt đồ án Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2013 Học viên Nguyễn Trọng Mạnh -1- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D MỤC LỤC Lời nói đầu Danh mục viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 11 1.1: Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 11 1.2: Dịch vụ vơ tuyến liệu gói GPRS 18 1.3: Hệ thống thông tin di động toàn cầu UMTS 25 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT TRONG WCDMA 30 2.1: Kỹ thuật trải phổ giải trải phổ WCDMA 33 2.2: Phương thức điều chế 34 2.3: Kênh đa đường thu RAKE 39 2.4: Chuỗi giả tạp âm 42 2.5: Điều khiển công suất 42 2.5.1: Điều khiển cơng suất mạch vịng hở 46 2.5.2: Điều khiển cơng suất mạch vịng kín 47 2.5.3: Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt 49 2.6: Chuyển giao mềm mềm 50 CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG 3G 53 3.1: Khái quát chuyển giao mạng UMTS 53 3.1.1: Mục đích chuyển giao 53 3.1.2: Các kiểu chuyển giao 54 3.1.3: Trình tự chuyển giao 57 -2- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D 3.2: Chuyển giao tần số 60 3.2.1: Chuyển giao mềm 60 3.2.2: Đo đạc chuyển giao 67 3.2.3: Tổng phí chuyển giao mềm 71 3.3: Chuyển giao hệ thống WCDMA GSM 74 3.4: Chuyển giao tần số WCDMA 77 3.5: Kết luận 79 CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA CHUYỂN GIAO MỀM TỚI DUNG LƯỢNG MẠNG 81 4.1: Chuyển giao mềm cell khơng có sector 82 4.1.1: Tổn hao lưu lượng forward link 82 4.1.2: Độ lợi dung lượng đường forward link 84 4.1.2.1: Trường hợp ko có phân tập vĩ mô 85 4.1.2.2: Trường hợp có phân tập vĩ mơ 90 Chuyển giao mềm mềm cell có sector 94 4.2.1: Tổn thất dung lượng forward link 94 4.2.2: Độ lợi dung lượng forward link 96 4.2.2.1: Trường hợp khơng có phân tập vĩ mơ 96 4.2.2.2: Trường hợp có phân tập vĩ mô 99 4.3: Kết luận 103 4.2: Kết luận 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 -3- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Danh mục viết tắt 2G 3G 3GPP 3GPP2 AuC BCCH BCH BER BLER BMC BS BSC BSS BTS CDMA CLPC CN CRNC DL DRNC DSCDMA EDGE EIR ETSI FDD FDMA FER GERAN GGSN GMSC GPRS GSM HDM HHO HLR Second Generation Third Generation 3rd Generation Partnership Project (produces WCDMA standard) 3rd Generation Partnership Project (produced CDMA2000 standard) AuthenticationCenter Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit Error Rate Block Error Rate Broadcast/Multicast Control Protocol Base Station Base Station Controller Base Station Subsystem Base Transceiver Station Code Civision Multiple Access Closed Loop Power Control Core Network Controlling RNC Downlink Drift RNC Direct Spread Code Division Multiple Access Enhanced Data Rates for GSM Evolution Equipment Identity Register European Telecommunications Standards Institute Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Frame Error Ratio GSM/EDGE Radio Access Network Gateway GPRS Support Node Gateway MSC General Packet Radio System Global Sysem for Mobile Communication Handover Direction Message Hard Handover Home Location Register -4- Nguyễn Trọng Mạnh HO HSDPA HS-DSCH IMT-2000 IS-95 ISDN ITU MS MSC MT NSS O&M OLPC OSI PC PCS PDA PDCP PDN PDP PDU PLMN PN PSD QAM QoS QPSK RAN RNC SGSN SHO SIM SIR SNR SRB SRNC TDD TDMA TE Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Handover High-Speed Downlink Packet Access High-Speed Downlink Shared Channel International Mobile Telecommunications - 2000 CDMA One Integrated Services Digital Network International Telecommunications Union Mobile Station Mobile Switching Center Mobile Terminal Network and Switching Subsystem Operation and Maintenance Open Loop Power Control Open Systems Interconnection Power Control Personal Communication Systems Personal Digital Assistant Packet Data Converge Protocol Public Data Network Packet Data Protocol Protocol Data Unit Public land mobile network Pseudorandom Noise Power spectral density Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Radio Access Network Radio Network Controller Serving GPRS Support Node Soft Handover Subscriber Identity Module Signal to Interference Ratio Signal to Noise Ratio Signalling Radio Bearers Serving RNC Time Division Duplex Time Division Multiple Access Terminal Equipment -5- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D theo suy giảm kênh H biên độ tín hiệu đánh trọng số, điều chỉnh đồng pha cộng lại biên độ cực đại Eb/I0 kết hợp đầu kết hợp tỉ lệ tối đa được: 𝐻𝐻−1 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 � � = �� � 𝐼𝐼0 𝑐𝑐 𝐼𝐼0 𝑖𝑖 𝑖𝑖=0 Với [Eb/I0]i tỉ lệ mật độ phổ công suất lượng bit / nhiễu tín hiệu nhận từ BS thứ i Chú ý tín hiệu dung lượng phát từ BS giải điều chế kết hợp từ sóng mang giải điều chế cung cấp tín hiệu pilot từ BS Xét trường hợp đặc biết chuyển giao mềm với BS tham gia: H=1 Ta có: 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸 � � = 𝐸𝐸 � � + 𝐸𝐸 � � 𝐼𝐼0 𝑐𝑐 𝐼𝐼0 𝐼𝐼0 Hình 4-6: Nhiễu vùng chuyển giao mềm từ 12 cell đồng kênh lân cận -91- Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Nguyễn Trọng Mạnh Với E[Eb/I0]1 đưa bởi: 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸 � � ≥ 𝐼𝐼0 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 + 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 �2 � � + � 𝑟𝑟0 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗=2 𝛼𝛼 𝑟𝑟1 𝑟𝑟 � � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 10𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 � + 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝜂𝜂 𝑆𝑆 Số hạng 2(r1/r0)α thành phần nhiễu từ cell 0, hệ số kết hợp giải điều chế sóng mang với sóng mang từ BS cell Với MS vùng chuyển giao mềm, thành phần nhiễu đồng kênh trội so với thành phần AWGN Eb/I0, bỏ qua η/S Thay vào ta được: ≥ 𝐺𝐺𝑃𝑃 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐽𝐽−1 �2 + � 𝐽𝐽−1 �1 + � 𝑗𝑗=1 𝑗𝑗=1 𝑟𝑟0 𝑟𝑟0 𝛼𝛼 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸 � � = 𝐸𝐸 � � + 𝐸𝐸 � � 𝐼𝐼0 𝑐𝑐 𝐼𝐼0 𝐼𝐼0 𝜁𝜁𝑗𝑗 𝑟𝑟0 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 𝐽𝐽−1 �𝑟𝑟 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 10 � + �2 �𝑟𝑟 � + � 𝑗𝑗 10 𝑗𝑗 𝛼𝛼 𝜁𝜁𝑗𝑗 𝑟𝑟0 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 𝑗𝑗=2 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝜁𝜁𝑗𝑗 10 𝑟𝑟0 �𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 10 �� 𝐽𝐽−1 �𝑟𝑟 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 10 �� �1 + �2 �𝑟𝑟 � + � 10 𝛼𝛼 𝑟𝑟1 𝑗𝑗=2 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝛼𝛼 𝑟𝑟1 𝜁𝜁𝑗𝑗 10 𝑟𝑟0 �𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 10 �� 𝑗𝑗 𝑗𝑗 Để xác định γreq, số lượng thuê bao cell có phân tập chuyển giao xác định được: 𝑁𝑁 ≥ 𝐺𝐺𝑃𝑃 𝜇𝜇𝛾𝛾𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐽𝐽−1 �2 + � 𝐽𝐽−1 �1 + � 𝑗𝑗=1 𝑗𝑗=1 𝑟𝑟0 𝑟𝑟0 𝛼𝛼 𝜁𝜁𝑗𝑗 𝑟𝑟0 𝐽𝐽−1 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 �𝑟𝑟 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 1010 � + �2 �𝑟𝑟 � + � 𝛼𝛼 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝑟𝑟0 𝜁𝜁𝑗𝑗 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 𝐽𝐽−1 �𝑟𝑟 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 1010 �� �1 + �2 �𝑟𝑟 � + � 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝑗𝑗=2 𝑗𝑗=2 𝑟𝑟 𝛼𝛼 𝑟𝑟 𝑗𝑗 𝑟𝑟 𝛼𝛼 𝑗𝑗 𝑟𝑟 𝑗𝑗 𝑗𝑗 dB, đường cong lưu lương đường forward link với VAF 3/8 1/2 -92- 𝜁𝜁𝑗𝑗 �𝑟𝑟1 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 1010 �� Với hệ thống CDMA đường forward link có độ lợi xử lý 21 dB S/η 20 thể bảng dưới: 𝜁𝜁𝑗𝑗 �𝑟𝑟1 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 1010 �� Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Hình 4-7: Dung lượng forward link với phân tập vĩ mô cho mobile vùng chuyển giao mềm Dung lượng cho MS vùng chuyển giao mềm cao so với vùng khơng chuyển giao, dung lượng bị giới hạn r=0.84R Độ lợi dung lượng đường forward link phần dung lượng khác vùng r=R Rh=0.84R Trong trường hợp khơng có phân tập vĩ mô, dung lượng cho MS r=R 43 32 thuê bao cell với VAF tương ứng 3/8 ½; Rh=0.84R 46 34 thuê bao Như độ lợi dung lượng phân tập tương ứng thuê bao bao cell, tương đương với độ lợi 7% 6.1% Do dung lượng hệ thống phân tập giới hạn Rh=0.84R, dung lượng tăng thêm phân tập làm tăng SIR cho mobile chuyển giao mềm Với chuyển giao mềm BS, tổn hao dung lượng hai kênh dung lượng gán cho user 7.2%, độ lợi phân tập vĩ mô đạt 7% 6.1% tương ứng với VAF 3/8 1/2 Tổng tổn hao đường forward link 0.2% 1.1% số user cell trình chuyển giao Dung lượng đường forward link cáo dung lượng đường reverse link -93- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D giải điều chế liên tục, nên ứng dụng chuyển giao mềm không dây ảnh hưởng tới dung lượng hệ thống Nói cách khác, chất lượng kết nối cho MS vùng biên cải thiện phân tập vĩ mô 4.2: Chuyển giao mềm mềm cell có sector Hiệu ứng sector hóa sử dụng hệ thống WCDMA để tăng dung lượng hệ thống, với cell phân chia vào sector sử dụng dải tần Dung lượng phân chia theo số lượng sector Xem xét hệ thống với ba sector cho cell Với hệ thống cell có sector, có hai loại chuyển giao mềm xảy chuyển giao mềm chuyển giao mềm Với chuyển giao mềm, dung lượng sử dụng giống với trường hợp cell khơng có sector xem xét Chuyển giao mềm thực BS cell, có xảy tổn thất dung lượng Mặt khác, phân tập BS cải thiện SIR, dung lượng tăng theo 4.2.1: Tổn thất dung lượng forward link Hình 4-8: Phân vùng soft, softer, soft or softer handoff cell có sector -94- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Với mơ hình anten sector hồn hảo, chuyển giao mềm khơng áp dụng Các anten với mơ hình tạo thành vùng chồng lấn biên sector sử dụng Xem xét mơ hình với vùng phủ chồng lấn hình 4.8 Các vùng phủ chồng lấn phần cell với góc Ɵ0 biên sector Vùng chuyển giao cell sector chia thành chuyển giao mềm, mềm chuyển giao mềm mềm subzone, chuyển giao mềm mềm subzone vùng chồng lấn vùng chuyển giao mềm vùng chuyển giao mềm MS subzone soft softer handoff thực chuyển giao mềm mềm MS vùng softer handoff phải thực chuyển giao mềm Phân vùng softer handoff có diện tích: Ψ𝑠𝑠ℎ = 𝜃𝜃0 𝑅𝑅ℎ2 Giả thiết user phân bố đồng với mật độ ρ Do MS vùng softer handoff xử lý BS, tổn hao dung lượng mobile vùng 1/2ρ𝛹𝛹sh Phần tổn thất dung lượng chuyển giao mềm là: 𝐹𝐹𝑠𝑠ℎ = Ψ 𝑠𝑠ℎ √3 𝑅𝑅 𝑅𝑅ℎ = � � 2√3 𝑅𝑅 𝜃𝜃0 Tổng phần tổn hao dung lượng chuyển giao mềm mềm sector là: √3 2𝜋𝜋 � 𝑅𝑅 − 𝐹𝐹𝑇𝑇 = � 𝜋𝜋𝑅𝑅ℎ2 � + 𝜃𝜃0 𝑅𝑅ℎ2 √3 𝑅𝑅 2 1 2𝜇𝜇 𝑅𝑅ℎ = �1 − � − 𝜃𝜃0 � � � � 𝑅𝑅 √3 -95- � Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Với Rh khoảng cách nơi soft handoff bắt đầu FT bao gồm Fh Fsh Phần tổn hao dung lượng chuyển giao mềm mềm sector hàm số góc chồng lấn Ɵ0 Với Ɵ0 5o ngưỡng chuyển giao cao mức tín hiệu tối thiểu 3dB, dung lượng tổn thất chuyển giao mềm mềm 9% So với tổn thất dung lượng chuyển giao mềm cell khơng có sector, tổn thất tăng thêm 1.8% chuyển giao mềm Hình 4-9: Tổn thất dung lượng forward link cho chuyển giao mềm mềm 4.2.2: Độ lợi dung lượng forward link Trên đường forward link, dung lượng bị giới hạn vị trí MS vùng biên cell Ta xem xét vùng có mức nhiễu cao để đánh giá dung lượng hệ thống 4.2.2.1: Trường hợp khơng có phân tập vĩ mô Với MS vùng softer zone, BS BS cell, nên suy hao đường truyền điều kiện nhiễu shadow từ hai BS tới mobile vùng softer handoff tương tự Để đơn giản, coi công suất nhận từ BS sector từ BS sector nhau: (𝑟𝑟0 /𝑟𝑟1 )𝛼𝛼 10𝜆𝜆1−𝜆𝜆0 = -96- Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Nguyễn Trọng Mạnh Hình 4-10: Nhiễu vùng phủ chồng lấn Khi khơng có phân tập, Eb/I0 cho mobiles vùng chồng lấn xác định: 𝐸𝐸 � 𝐸𝐸𝑏𝑏 �≥ 𝐼𝐼0 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 + ≅ 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 + 𝑟𝑟0 𝛼𝛼 𝐽𝐽−1 ��𝑟𝑟 � 𝐸𝐸[10(𝜆𝜆1 −𝜆𝜆0)/10 ] + � 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 + 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 � 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗=2 𝑟𝑟0 𝑗𝑗=2 𝑟𝑟 𝛼𝛼 𝑟𝑟 𝑗𝑗 𝛼𝛼 𝑗𝑗 𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 10𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 � + 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝜂𝜂 �𝑟𝑟0 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 �� + 𝑆𝑆 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝜂𝜂 𝑆𝑆 Với BER nhỏ 10-3, γreq 7dB, dung lượng forward link đánh giá: 𝑁𝑁 ≥ 1+ 1.5 + � 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗=1 𝐺𝐺𝑃𝑃 𝜇𝜇 𝑟𝑟 � 𝛾𝛾𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝛼𝛼 𝜂𝜂 − � 𝑆𝑆 𝑟𝑟 𝜁𝜁𝑗𝑗 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 1010 � 𝑟𝑟𝑗𝑗 -97- 𝑟𝑟𝑗𝑗 −1 Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Hình 4-11: Nhiễu tới MS khơng vùng phủ chồng lấn Tiếp theo, ta so sánh MS vị trí trung tâm sector so với vùng chồng lấn Khi MS gần vị trí biên, vị trí D E, có thêm sector gây nhiễu so với vị trí khác vùng nonsofter handoff zone Do đó, số lượng user tối thiểu cho sector hỗ trợ hệ thống khoảng không gian nhỏ từ D đến E, đặc biệt E Với góc chồng lấn nhỏ 8o, vị trí D khoảng 0.14R từ E, 0.86R từ BS Trong vùng vùng soft handoff zone, nhiễu tăng thêm sector chồng lấn bù lại phân tập vĩ mơ q trình chuyển giao mềm Với đường forward link có độ lợi xử lý 21 dB (127 chips), S/η 20 dB góc chồng lấn 5o, số lượng user cho sector đường forward link hàm số khoảng cách chuẩn hóa r/R: -98- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Hình 4-12: Dung lượng forward link khơng có phân tập vĩ mơ với cell có sector Có gãy khúc đột ngột đường cong biểu diễn gần vị trí r/R=0.9 có nhiễu bổ sung mơ hình anten chồng lấn SIR xấu xảy MS nằm phân vùng chuyển giao mềm mềm hơn, đặc biệt góc C Do vậy, cell có sector, dung lượng forward link khơng có chuyển giao mềm mềm bị giới hạn số lượng tối thiểu user với sector phân vùng chuyển giao mềm mềm 4.2.2.2: Trường hợp có phân tập vĩ mô Đường truyền vô tuyến từ BS tới MS vùng softer handoff zone tương tự với mơi trường truyền từ BS Do đó, hiệu ứng fading shadow suy hao đường truyền tương tự nhau, mức tín hiệu thu đầu máy thu mobile từ BS0 BS1 vùng chồng lấn Do vùng phủ sóng mang liền mạch BS 0, tín hiệu từ BS giải điều chế liền mạch, tín hiệu từ BS nhận khơng liền mạch Tỉ số mật độ phổ công suất lượng bit / nhiễu tín hiệu từ BS thể hiện: -99- Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Nguyễn Trọng Mạnh 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸 � � ≥ 𝐼𝐼0 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 ≅ + 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 + �3 + � 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗=1 � 𝑟𝑟0 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗=1 𝛼𝛼 𝛼𝛼 𝑟𝑟 𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 10𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 � + 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 10𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 �� + 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝜂𝜂 𝑆𝑆 2𝜂𝜂 𝑆𝑆 Khi chuyển giao mềm sử dụng cho mobile, tỉ lệ Eb/Io cho tín hiệu từ BS sector thể hiện: 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸 � � ≥ 𝐼𝐼0 1 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 ≅ 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 + 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 𝐺𝐺𝑃𝑃 + �3 + � 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗=1 𝑟𝑟0 𝐽𝐽−1 � 𝛼𝛼 𝑗𝑗=1 𝛼𝛼 𝑟𝑟 𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 10𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 � + 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 10𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 �� + 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝜂𝜂 𝑆𝑆 2𝜂𝜂 𝑆𝑆 Các MS vùng chuyển giao mềm mềm chuyển giao sử dụng chuyển giao mềm Khi chuyển giao mềm áp dụng, Eb/Io tín hiệu từ BS sector cell lân cận thể hiện: 𝐸𝐸𝑏𝑏 � � ≥ 𝐼𝐼0 11 1 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 ≅ + 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 + 𝜇𝜇(𝑁𝑁+1) 2𝐺𝐺𝑃𝑃 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 𝐽𝐽−1 �2 �𝑟𝑟 � + � 𝐽𝐽−1 �2 + �2 �𝑟𝑟 � + � 𝑗𝑗=2 𝑟𝑟 𝑗𝑗=2 𝛼𝛼 𝑟𝑟 𝛼𝛼 𝑟𝑟 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝑟𝑟 �𝑟𝑟1 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 �� + 𝑗𝑗 𝜂𝜂 �𝑟𝑟1 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 � + 𝑆𝑆 𝑗𝑗 2𝜂𝜂 𝑆𝑆 Tỉ số PSD lượng bit / nhiễu kết hợp lại chuyển giao mềm hơn: -100- Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Nguyễn Trọng Mạnh ≥ 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸 � � = 𝐸𝐸 � � + 𝐸𝐸 � � 𝐼𝐼0 𝑐𝑐 𝐼𝐼0 𝐼𝐼0 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 �3 + � 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗=1 𝑟𝑟0 𝛼𝛼 𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 10𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 �� + 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟𝑗𝑗 Tương tự, chuyển giao mềm thực hiện: ≥ 𝐸𝐸 � 𝐽𝐽−1 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 + �2 � � + � 𝑟𝑟0 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐺𝐺𝑃𝑃 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 𝐸𝐸𝑏𝑏 � = 𝐸𝐸 � � + 𝐸𝐸 � � 𝐼𝐼0 𝑐𝑐 𝐼𝐼0 𝐼𝐼0 11 𝑗𝑗=2 𝐽𝐽−1 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 �2 + �2 �𝑟𝑟 � + � 𝑗𝑗=2 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 𝑟𝑟0 �𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 10 𝑗𝑗 𝑟𝑟1 𝑗𝑗 𝛼𝛼 𝑟𝑟0 �𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 10 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 𝜁𝜁𝑗𝑗 /10 𝐽𝐽−1 �+� 𝑗𝑗=1 2𝜂𝜂 𝑆𝑆 𝛼𝛼 𝑟𝑟0 𝑟𝑟 �𝑟𝑟 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 � 𝑗𝑗 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗 𝑟𝑟0 𝛼𝛼 𝑟𝑟 �𝑟𝑟 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 �� �3 + � 𝑗𝑗 𝑗𝑗=1 𝑗𝑗 Với BER nhỏ 10-3, tương đương với γreq dB, số user cho sector đánh giá: 𝑁𝑁 ≥ 3+� 1+ 𝐽𝐽−1 𝑗𝑗=1 𝐺𝐺𝑃𝑃 𝜇𝜇 𝑟𝑟0 � 𝛾𝛾𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝛼𝛼 − ≥ 𝐺𝐺𝑃𝑃 𝜇𝜇𝛾𝛾𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐽𝐽−1 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 �7 + �2 �𝑟𝑟 � + � 𝑟𝑟1 𝛼𝛼 𝐽𝐽−1 �2 + �2 �𝑟𝑟 � + � 𝑗𝑗=2 𝑗𝑗=2 𝑟𝑟1 𝑟𝑟1 𝑆𝑆 � 𝑟𝑟0 𝜁𝜁𝑗𝑗 10 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , � 10 � 𝑟𝑟𝑗𝑗 𝑟𝑟𝑗𝑗 Với ứng dụng softer soft handoff: 𝑁𝑁 2𝜂𝜂 𝛼𝛼 𝐽𝐽−1 𝑟𝑟0 �𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 � + � 𝛼𝛼 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝑟𝑟0 𝐽𝐽−1 �𝑟𝑟 � � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 �� �3 + � 𝑗𝑗 𝑗𝑗 𝑗𝑗=1 𝑗𝑗=1 𝑟𝑟 𝛼𝛼 𝑟𝑟 �𝑟𝑟0 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 �� 𝑗𝑗 𝑟𝑟 𝛼𝛼 𝑗𝑗 𝑟𝑟 �𝑟𝑟0 � 𝐸𝐸 �𝜙𝜙𝑗𝑗 �𝜁𝜁𝑗𝑗 , 𝑟𝑟0 � 10𝜁𝜁𝑗𝑗/10 �� 𝑗𝑗 𝑗𝑗 Với hệ thống có độ lợi xử lý 21 dB, S/η 20 dB góc chồng lấn 5o, số lượng user sector hàm số khoảng cách chuẩn hóa từ A đến C (dọc theo biên sector) -101- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Hình 4-13: Dung lượng forward link với phân tập vĩ mô cho mobile vùng phủ chồng lấn Khi mobile vùng soft softer handoff thực chuyển giao mềm hơn, tương ứng với VAF 1/2 3/8, số user sector cải thiện phân tập vĩ mô từ 22 30 user sector lên 36 47 user sector; sử dụng chuyển giao mềm, dung lượng tăng lên 39 50 user Mặc dù có dây tăng nhiễu cho mobile vùng handoff hiệu ứng sector khơng hồn hảo, điều vượt qua phân tập vĩ mô chuyển giao mềm mềm Tương tự cell khơng có sector, hệ thống forward link bị giới hạn MS vị trí 0.84R chuyển giao mềm không áp dụng Do dung lượng forward link tương ứng 34 46 user sector Độ lợi dung lượng phân tập chuyển giao mềm tương ứng 12 16 user sector, tương ứng với 53% so với khơng có chuyển giao mềm mềm Do dung lượng forward link bị tổn thất 9% chuyển giao mềm phải cấp -102- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D phát kênh lưu lượng cho MS, độ lợi dung lượng từ chuyển giao mềm mềm 40% so với khơng có chuyển giao mềm Chất lượng kết nối đồng thời cải thiện 4.3: Kết luận Ảnh hưởng chuyển giao mềm mềm đến dung lượng hệ thống WCDMA đánh giá qua tỉ lệ mật độ phổ công suất lượng bit / nhiễu trung bình tương ứng với BER 10-3 So với khơng sử dụng chuyển giao mềm, tín hiệu từ BS lân cận chuyển giao mềm trở thành nguồn kết hợp để cải thiện dung lượng chất lượng Dung lượng đường forward link bị tổn thất thực chuyển giao mềm sử dụng nhiều kênh lưu lượng cho user lúc, độ lợi dung lượng mang đến từ phân tập vĩ mô bù lại tổn hao Dung lượng hệ thống không bị ảnh hưởng, chất lượng kết nối cải thiện nhờ phân tập vĩ mô chuyển giao mềm Với vùng chồng lấn hai sector cell, nhờ phân tập chuyển giao mềm mềm hơn, độ lợi dung lượng đạt tới 40%, cải thiện đáng kể chất lượng dung lượng hệ thống -103- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Kết luận Qua đồ án tơi cố gắng cung cấp nhìn tổng quan cấu trúc hệ thống 3G cải tiến thủ tục chuyển giao hệ thống 3G Những cải tiến cấu trúc mạng sở từ hệ thống GSM cho phép hệ thống 3G có khả tương thích trở lại với hệ thống GSM sẵn có, giúp tăng dung lượng vùng phủ sóng mạng Với thay đổi thủ tục chuyển giao giúp cho hệ thống đạt dung lượng mạng cao chất lượng dịch vụ tốt, hồn thiện tính di động hệ thống di động Qua phần trình bày đồ án tơi hy vọng mơ tả chi tiết thủ tục chuyển giao hệ thống 3G, từ thấy rõ ưu điểm hệ thống so với hệ thống trước Tuy cố gắng nhiều, thời gian kiến thức có hạn nên đồ án tơi cịn chưa thể mô tả chi tiết nhiều mặt khác hệ thống phương thức truyền dẫn, kết nối lại mạng hay thủ tục hoạt động, bảo mật hệ thống Tôi hy vọng nhận đóng góp, xây dựng người để đồ án tơi hồn thiện -104- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D TÀI LIỆU THAM KHẢO TiÕng ViÖt [1] Trung tâm thông tin Bưu điện, TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, PGS.TS Nguyễn Bình (12/2001), Thơng tin di động hệ 3, Nhà xuất Bưu điện [2] Phạm Công Hùng, Nguyễn Hoàng Hải, Tạ Vũ Hằng, Vũ Minh Tú, Đỗ Trọng Tuấn, Vũ Đức Thọ, NguyễnVăn Đức (2007),Giáo trình Thơng tin di động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TiÕng Anh [3] Ahsan Hashmi (2003), Universal Mobile Telecommunication System Technical Overvie [4] Chin-Chun Lee, Raymond Steele (1998), “Effect of Soft and Softer Handoffs on CDMA System Capacity”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 830-840 [5] Stijn N P Van Cauwenberge (9/2003), Study of soft handover in UMTS [6] Harri Holma and Antti Toskala (2007), WCDMA for UMTS – HSPA evolution and LTEFourth Edition, John Wiley & Sons Ltd [7] Yue Chen (9/2003), Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Networks, University of London -105- ... TS HỒ KHÁNH LÂM Hà Nội - 2013 Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3G ĐỀ TÀI : PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG DỊCH VỤ DI ĐỘNG 3G MỤC LỤC Lời nói đầu Error! Bookmark not... Chương 4: phân tích đánh giá ảnh hưởng chuyển giao mềm tới dung lượng hệ thống -10- Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D Nguyễn Trọng Mạnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.1:... tạo dao động, tín hiệu từ nhánh kết hợp với để biểu dịch pha tín hiệu Như vậy, giá trị pha tương ứng với cặp bit tín hiệu Các -35- Nguyễn Trọng Mạnh Phân tích đánh giá hiệu dịch vụ di động 3D