Mô phỏng được thiết lập cho 4 UE trong môi trường thành thị với đường truyền đều cách node B 500m nhưng di chuyển với tốc độ khác nhau ứng với môi trường truyền dẫn khác nhau :
UE1 : người đi bộ với tốc độ 3km/h.
UE2 : người di chuyển bằng xe đạp với tốc độ 10km/h.
UE3 : người di chuyển bằng xe máy với tốc độ 50km/h.
UE4 : người di chuyển bằng phương tiện tốc độ cao 120km/h. Xét đến các kiểu lập biểu khác nhau , đánh giá thông lượng của các UE . Quá trình thực hiện mô phỏng gồm các bước như sau:
Thiết lập các thông số cho các UE
Tạo các node mạng UE, node B, RNC, SGSN, GGSN, node 8, node 9.
Thiết lập TCP và FTP để truyền gói giữa các node mạng.
Thiết lập trace các UE. Xuất ra nam
Thiết lập cấu hình cho kênh truyền HS- DSCH.
Tạo các file mô phỏng. Lựa chọn môi trường mô phỏng.
Thiết lập liên kết giữa các node với nhau, các thông số đường truyền và cấu hình giao diện Iub.
3.3.3.2 Thực hiện mô phỏng
Sử dụng Matlab để tạo các file input cho quá trình mô phỏng trong NS2. MatLab sẽ tạo ra một cửa sổ để chọn môi trường cần mô phỏng. Các môi trường mô phỏng bao gồm:
Chọn môi trường mô phỏng và chọn các thông số như sau :
Sau khi thiết lập các thông số đầu vào, thu được file input chứa các giá trị như sau:
File input có thể coi là một ma trận có số hàng là số TTI ( Transfer Time Interval:TTI=2ms ) và có 4 cột:
Cột 1 : Công suất thu được trong lần phát đầu P(t) = SNR1(t)
Cột 2 : Công suất thu được trong lần phát lại thứ 1 P1(t) = SNR2(t)
Cột 3 : Công suất thu được trong lần phát lại thứ 2 P2(t) = SNR3(t)
Cột 4 : chứa giá trị CQI
Sau khi chạy code mô phỏng trong NS 2 thu được mô hình mạng được thể hiện như sau:
Hình 3.2: Mô hình mạng Trong đó : • Node 0 : RNC • Node 1 : Node B • Node 2 : UE 1 • Node 3 : UE 2 • Node 4 : UE 3 • Node 5 : UE 4 • Node 6 : SGSN • Node 7 : GGSN
• Node 8 , node 9 : Mạng ngoài.Ví dụ là Internet.
Trong sơ đồ mạng được mô phỏng thì gói tin từ mạng ngoài đến GGSN → SGSN → RNC tới node B rồi từ node B gói tin được truyền đến các UE trên kênh truyền dẫn chia sẽ HS-DSCH.
3.3.3.3 Vẽ đồ thị
Sau quá trình thực hiện mô phỏng trên NS2, sẽ thu được một file out.tr, file này chứa thông tin về băng thông hệ thống, tốc độ, thông lượng... Bằng việc phân tích file out.tr có thể xây dựng nên các đồ thị trực quan về kết quả mô phỏng.
Sử dụng công cụ Nans để xây dựng các đồ thị, qua đó phân tích, đánh giá kết quả thu được.
Xét kiểu lập biểu tỷ số tín hiệu trên nhiễu cực đại (max-C/I)
Hình 3.3: kết quả kiểu lập biểu tỷ số tín hiệu trên nhiễu cực đại (max-C/I)
Thông lượng trung bình lần lượt của 4 UE : - UE1 : 8,474Mbps
- UE2 : 4,023Mbps - UE3 : 3,930Mbps - UE4 : 1,484Mbps
Xét lập biểu quay vòng
Hình 3.4: kết quả kiểu lập biểu xoay vòng
Thông lượng trung bình lần lượt của 4 UE : - UE1 : 6,672Mbps
- UE2 : 2,896 Mbps - UE3 : 3,296Mbps - UE4 : 1,989Mbps
Xét lập biểu công bằng tỉ lệ
Hình 3.5: kết quả kiểu lập biểu công bằng tỉ lệ
Thông lượng trung bình lần lượt của 4 UE : - UE1 : 6,700Mbps
- UE2 : 4,298 Mbps - UE3 : 3,552Mbps - UE4 : 2,984Mbps
3.3.3.4 Nhận xét
Từ UE1 đến UE4 có tốc độ di chuyển tăng dần ứng với môi trường khác nhau khi truyền dữ liệu gói.Ta thấy rằng thông lượng của các UE nhận được giảm dần khi tốc độ di chuyển tăng dần hay nói cách khác thông lượng giảm dần khi điều
kiện kênh truyền xấu dần ( các UE nhận được dữ liệu đảm bảo được tỉ lệ BLER như đã trình bày ở trên ). Xét thông lượng các UE nhận được có quan tâm đến các kỹ thuật lập biểu khác nhau :
Lập biểu dựa trên tỷ số tín hiệu trên nhiễu cực đại : thông lượng trung bình nhận được của các UE chênh lệch qua lớn, không đảm bảo yêu cầu công bằng chất lượng dịch vụ cung cấp.
Lập biểu quay vòng : thông lượng trung bình nhận được của các UE chênh lệch ít hơn, đảm bảo được tính công bằng của các user nhưng mặt trái lại làm giảm tổng hiệu năng của hệ thống
Lập biểu công bằng tỉ lệ : đảm bảo được tính công bằng giữa các user cũng như tổng hiệu năng của hệ thống.
3.4 Mô phỏng mã Turbo 3.4.1 Gới thiệu
Mục này trình bày mô phỏng mã Turbo PCCC với tốc độ 1/2 và 1/3 tuỳ theo sự lựa chọn kỹ thuật xoá hay là không. Thuật toán giải mã Turbo được chọn là thuật toán SOVA.
Chạy chương trình với các thông số đầu vào khác nhau về kích thướt khung, kỹ thuật xóa, số lần lặp mỗi khung, số khung bị lỗi để kết thúc và tí số năng lượng trên nhiễu để có những kết quả cuối cùng về tỉ lệ lỗi bit(BER) và tỉ lệ lỗi khung(FER) từ đó có những nhận xét về mã Turbo.
3.4.2 Chương trình mô phỏng
Đúng
Sai
Bắt Đầu
Chọn kích thước khung Chọn kỹ thuật xoá hay không Chọn số lần lặp mỗi khung Chọn số khung lôĩ để kết thúc Chọn tỷ lệ năng lượng Đếm lỗi Đếm lỗi < giới hạn lỗi Mã hoá Kết thúc Hiển thị BER Hiển thị FER Cộng nhiễu Gauss Giải mã TC
3.4.2.2 Kết quả mô phỏng với các lần thực hiện khác nhau
Chạy chương trình main.m với các thông số đầu vào như sau:
3.4.2.2.1 Thông số đầu vào
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6 Lần 7 Kích thướt
khung
300 300 300 300 300 1000 1500
Kỹ thuật xóa Có Có Không Không Có Không Có
Số lần lặp mỗi khung 5 8 5 5 5 5 7 Số khung bị lỗi để kết thúc 5 5 5 5 5 5 3 Eb/No(dB) 2 2 2 2.5 2.5 2.5 2.5 3.4.2.2.2 Kết quả mô phỏng Lần 1 ******************Eb/N0 = 2.00 db****************** Kich thuoc khung = 300, rate 1/2.
13 Khung da trao doi , 5 Khung bi loi. Ti le loi bit (Tu lan lap 1 cho den 5):
3.0976e-002 1.2648e-002 6.7114e-003 4.1301e-003 3.3557e-003
Ti le loi khung (Tu lan lap 1 cho den 5):
9.2308e-001 5.3846e-001 3.8462e-001 3.8462e-001 3.8462e-001
Kich thuoc khung = 300, rate 1/2. 33 Khung da trao doi , 5 Khung bi loi. Ti le loi bit (Tu lan lap 1 cho den 8):
2.9388e-002 1.5863e-002 9.1519e-003 7.1182e-003 5.4912e-003 4.8810e-003 4.6776e-003 3.7625e-003 Ti le loi khung (Tu lan lap 1 cho den 8):
8.1818e-001 3.6364e-001 3.0303e-001 2.7273e-001
2.1212e-001 1.5152e-001 1.5152e-001 1.5152e-001
Lần 3 ****************** Eb/N0 = 2.00 db ***************** Kich thuoc khung = 300, rate 1/3.
165 Khung da trao doi , 5 Khung bi loi. Ti le loi bit (Tu lan lap 1 cho den 5):
2.1944e-002 2.9693e-003 1.5253e-003 1.2406e-003 8.3384e-004
Ti le loi khung (Tu lan lap 1 cho den 5):
7.8788e-001 2.0606e-001 6.6667e-002 5.4545e-002
3.0303e-002
Lần 4 *******************Eb/N0 = 2.50 db***************** Kich thuoc khung = 300, rate 1/3.
525 Khung da trao doi , 5 Khung bi loi. Ti le loi bit (Tu lan lap 1 cho den 5):
1.0093e-002 1.0355e-003 3.5794e-004 2.1093e-004 9.5877e-005
Ti le loi khung (Tu lan lap 1 cho den 5):
5.6000e-001 7.8095e-002 3.2381e-002 1.5238e-002 9.5238e-003
Lần 5 ****************** Eb/N0 = 2.50 db ***************** Kich thuoc khung = 300, rate 1/2.
69 Khung da trao doi , 5 Khung bi loi. Ti le loi bit (Tu lan lap 1 cho den 5):
1.2450e-002 3.5502e-003 1.5563e-003 1.5563e-003 1.1672e-003
Ti le loi khung (Tu lan lap 1 cho den 5):
6.5217e-001 1.7391e-001 8.6957e-002 8.6957e-002 7.2464e-002
Lần 6 ****************** Eb/N0 = 2.50 db ***************** Kich thuoc khung = 1000, rate 1/3.
979 Khung da trao doi , 5 Khung bi loi. Ti le loi bit (Tu lan lap 1 cho den 5):
8.7724e-003 2.9477e-004 5.4245e-005 3.0705e-005 1.7399e-005
Ti le loi khung (Tu lan lap 1 cho den 5):
9.1420e-001 8.7845e-002 1.9408e-002 1.1236e-002
5.1073e-003
Lần 7 **************** Eb/N0 = 2.50 db ****************** Kich thuoc khung = 1500, rate 1/2.
309 Khung da trao doi , 3 Khung bi loi. Ti le loi bit (Tu lan lap 1 cho den 7):
1.3023e-002 1.2249e-003 3.2406e-004 1.5987e-004 7.5613e-005 5.8330e-005 4.3208e-005
Ti le loi khung (Tu lan lap 1 cho den 7):
1.0000e+000 3.7217e-001 1.0680e-001 3.2362e-002 2.5890e-002 1.6181e-002 9.7087e-003
Hình 3.6: Kết quả lần 1
Hình 3.8: Kết quả lần 3
Hình 3.10: Kết quả lần 5
Hình 3.12: Kết quả lần 7
3.4.3 Nhận xét
Số lần lặp mỗi khung càng lớn thì tỷ lệ lỗi bit và tỷ lệ lỗi khung đều giảm. Điều này là do sau khi thông tin được chia sẽ giữa các bộ giải mã sẽ có nhiều thông tin về ngõ vào hơn vì vậy có thể đưa ra những quyết định chính xác hơn. Tuy nhiên khi số lần lặp càng lớn thì mức độ giảm lại nhỏ lại, tức là mã Turbo đạt đến ngưỡng sau vài lần lặp. Điều này là do sau các lần lặp đầu tiên bộ giải mã đã lấy gần hết thông tin của ngõ vào và do đó nó không cho ở ngõ ra nhiều giá trị biến đổi nữa như trong các lần lặp đầu tiên. Nếu số lần lặp vượt qua ngưỡng thì các lần lặp sau không đem đến thông tin khác hơn đến các bộ giải mã.
Khi không dùng kỹ thuật xóa thì tỷ lệ lỗi bit thấp hơn so với khi dùng kỹ thuật xóa. Điều này là hợp lí bởi vì khi không dùng kỹ thuật xóa thì tương ứng với một bit thông tin đầu vào sẽ có nhiều bit parity chẵn lẻ hơn, điều đó làm giảm khả năng mắc lỗi của bộ giải mã.
3.4.4 Kết luận chương
Chương 3 đã trình bày mô phỏng để thấy được thông lượng của UE ứng với các xử lý lập biểu khác nhau, qua đó ta thấy hiệu quả của HSDPA trong việc thích ứng với các điều kiện đường truyền khác nhau để cung cấp tốc độ dữ liệu phù hợp cho UE. Chương cũng mô phỏng mã Turbo để tính lỗi bit và lỗi khung. Qua đó ta nhận thấy được hiệu quả của mã Turbo trong việc sửa lỗi và giảm lỗi sai.
thiệu công nghệ HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA sử dụng các kỹ thuật điều chế và mã hóa thích ứng, HARQ, lập lịch gói phụ thuộc kênh. Từ đó ta nhận thấy được hiệu quả của HSDPA trong việc thích ứng với các điều kiện đường truyền để cung cấp cho UE tốc độ phù hợp, cũng như thấy được ưu điểm vượt trội về tốc độ và thông lượng trong HSDPA. Đề tài cũng tìm hiểu về mã Turbo, mô phỏng để thấy rõ hiệu năng của mã Turbo trong việc giảm khả năng mắc lỗi trong quá trình giải mã.
Tuy nhiên đồ án chỉ mới đi vào mô phỏng một số module của hệ thống HSDPA chứ chưa mô phỏng được toàn bộ hệ thống HSDPA, vì vậy ta chưa thấy hết được những hiệu quả cũng như những cải tiến của HSDPA so với các hệ thống trước đó.
Hướng phát triển đề tài: tiếp tục đi sâu vào nghiên cứu hệ thống HSDPA, mô phỏng toàn bộ hệ thống HSDPA để có thể thấy rõ được hiệu năng của hệ thống. Tìm hiểu các kỹ thuật mới như MIMO, điều chế bậc cao 64QAM…để thấy rõ được những bước tiến dài trong quá trình phát triển từ HSDPA sang các thế hệ kế tiếp.
Bảo Sơn, “Hệ thống truy nhập vô tuyến 3.5G với công nghệ HSDPA”, hội nghị nghiên cứu khoa học lần thứ VI, Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông.
[2]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ thứ ba”, Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2004.
[3]. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Thông tin di động”, Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông, 7/2007.
[4]. Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Skold and Per Beming “3G Evolution – HSPA and LTE for Mobile Broadband”, Elsevier Ltd, 2007.
[5] EURANE Enhanced UMTS Radio Acess Network Extensions for NS-2 User Guide ( Release 1.6 ).
[6] Fu-hua Huang, “Evaluation of Soft Output Decoding for Turbo Codes”, 1997.
[7] Frank Brouwer, Irene de Bruin ,JoãoCarlosSilva, Nuno Souto FranciscoCercas, Américo Correia “Usage of Link-Level Performance Indicators for HSDPA Network-Level Simulations in E-UMTS ” ISSTA 2004,Sydney- Australia , 30/8-2/9/2004.
[8] Harri Holma and Antti Toskala, “WCDMA for UMTS Radio Access for Third Generation Mobile Communications Third Edition”, John Wiley & Sons, Ltd 2004.
[9] Harri Holma and Antti Toskala, “HSDPA/HSUPA for UMTS: High Speech Radio Access for Mobile Communications”, John Wiley & Sons, Ltd 2006.
[10] Harri Holma and Antti Toskala, “WCDMA FOR UMTS - HSPA EVOLUTION AND LTE, Fourth Edition”, John Wiley & Sons, Ltd 2007.
[11] Seacorn Deliverable D3.2v2 End to End Network Model for Enhanced UMTS.
Một số trang web tham khảo: [12] http://eurane.ti-wmc.nl/eurane/