1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
2.5. TỔNG KẾT CHUYỂN GIAO
Các kiểu chuyển giao được tổng kết trong Bảng 2.2. Báo cáo chuyển giao cùng tần số thường khởi xướng cho sự kiện, và RNC ra lệnh thực hiện chuyển giao dựa vào các báo cáo đo đạc. Trong trường hợp chuyển giao trong cùng tần số UE được kết nối với Nút B tốt nhất để tránh hiệu ứng gần xa, và RNC luôn phải hoạt động để lựa chọn các cell mục tiêu.
Bảng 2.2 Tổng kết chuyển giao
Kiểu chuyển giao Đo đạc chuyển giao Báo cáo đo đạc chuyển giao từ UE đến RNC
Mục đích chuyển giao
Chuyển giao trong tần số WCDMA
Đo trong toàn bộ thời gian sử dụng bộ lọc kết hợp
Báo cáo khởi xướng sự kiện
- Sự di động thông thường
Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA -GSM
Việc đo chỉ bắt đầu khi cần thiết, sử dụng chế độ nén
Báo cáo định kỳ trong suốt chế độ nén
- Phủ sóng - Tải - Dịch vụ
Chuyển giao giữa các tần số
WCDMA
Việc đo chỉ bắt đầu khi cần, sử dụng chế độ nén
Báo cáo định kỳ trong suốt chế độ nén
- Phủ sóng - Tải
Việc đo đạc chuyển giao giữa các hệ thống và giữa các tần số thường chỉ bắt đầu khi cần thực hiện chuyển giao. Chuyển giao giữa các tần số cần để cân bằng tải giữa các sóng mang WCDMA và các lớp cell, và để mở rộng vùng phủ sóng nếu tần số khác không bao phủ hết. Chuyển giao tới hệ thống GSM để mở rộng vùng phủ
sóng WCDMA, để cân bằng tải giữa các hệ thống và định hướng các dịch vụ đến các hệ thống phù hợp nhất.
Có thể tóm tắt các đặc điểm chính của chuyển giao mềm như sau:
Ưu điểm
Giảm hiện tượng “ping-pong”, từ đó dẫn tới giảm tổng phí và số lượng tải trên mạng báo hiệu .
Truyền dẫn liên tục, không xảy ra gián đoạn suốt trong quá trình chuyển giao mềm.
Không có số dự trữ trễ, dẫn tới độ trì hỗn thấp hơn.
Giảm nhiễu hướng lên, dẫn đến: chất lượng truyền thông tốt hơn cho một số lượng người dùng nhất định đồng thời tăng số lượng người dùng với cùng một Qos yêu cầu.
Các ràng buộc về thời gian trên mạng ít hơn, điều này có nghĩa là thời gian xếp hàng để có được một kênh mới từ BS mong muốn sẽ dài hơn, giúp cho xác suất chặn và rớt cuộc gọi giảm đi.
Nhược điểm
Phức tạp hơn trong việc thực hiện quá trình chuyển giao cứng
Cần phải bổ sung thêm nguồn tài nguyên mạng ở hướng xuống ( tài nguyên về mã và công suất )
CHƯƠNG III : PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP ĐƯỜNG DẪN, CẤP HỆ THỐNG VÀ THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO MỀM
3.1 PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP ĐƯỜNG DẪN 3.1.1 Nhiễu intra-Cell và nhiễu inter-cell
Đối với một MS tại khoảng cách r từ trạm gốc dịch vụ của nó, sự suy giảm lan truyền là tỷ lệ với:
( 3.1)
Trong đó, α là độ mất đường dẫn với giá trị điển hình là 4; ζ (dB) có phân bố Gaussian, biểu diễn sự suy giảm do hiệu ứng màn chắn, với trung bình 0 và một độlệch chuẩn σ độc lập với khoảng cách; nó khoảng từ 5 đến 12 với một giá trị điển hình8-10dB đối với macroCell.
Xét trạm di động được đặt tại vị trí (r1,θ1) trong hình 3.1, giả sử rằng BS1 là trạm gốc dịch vụ của nó. Khi đó nhiễu intra-Cell hướng xuống Iintra-Cell nhận được từ
BS có thể được biểu diễn là: (3.2)
Trong đó PT1 là công suất truyền tổng của BS1 ; a là hệ số trực giao hướng xuống (bằng 1 đối với trực giao lý tưởng và bằng 0 đối với không trực giao). Bởi vì cả nhiễu intra-Cell và tín hiệu mong muốn đều được truyền từ một nguồn, nên chúng chịu cùng một sự suy giảm.Vì vậy, không cần thiết phải sử dụng điều khiển công suất trong một hệ thống Cell riêng lẻ.
Nhiễu inter-Cell Iinter-Cell có thể được biểu diễn như sau:
(3.3)
Trong đó PTi là công suất truyền tổng của BSi ; ri là khoảng cách từ trạm di động đến BSi ; M là chỉ số của các trạm gốc gây nhiễu inter-Cell. Về lý thuyết, nhiễu inter-Cell đến từ tất cả các trạm gốc xung quanh ngoại trừ trạm gốc dịch vụ. Ở đây, chỉ có các trạm gốc thuộc lớp thứ nhất và lớp thứ hai được sử dụng bởi vì công suất nhậnđược từ những trạm gốc bên ngoài lớp thứ 2 là không đáng kể.
Rõ ràng rằng đối với một trạm di động nào đó, nhiễu hướng xuống có mối quan hệ chặt chẽ với vị trí của trạm di động. Điều này là bởi các nguồn nhiễu được cố định bởi những trạm gốc ở hướng xuống. Giả sử rằng tải trong hệ thống được phân bố
một cách thống nhất và công suất truyền tổng của mỗi trạm gốc là giống nhau, ký hiệu là PT, (3.3) có thể được viết lại thành:
(3.4)
Trong đó, hệ số cung cấp cho ta một phép đo về nhiễu inter-Cell với công suất truyền tổng BS. có mối quan hệ với vị trí của trạm di động. Ở đây, bán kính Cell được tiêu chuẩn hoá đến 1. Hình 3.3 cho thấy ý nghĩa của đối với các trạm di động tại các vị trí khác nhau trong cùng một Cell lục giác. Trục x-y biểu diễn vị trí của trạm di động và trục z biểu diễn giá trị của . Bởi vì bán kính Cell R được tiêu chuẩn hoá đến 1 nên không phải là giá trị thực tế của tỷ số nhiễu inter-Cell với PT nhưng mức nhiễu inter-Cell tương đối được trải nghiệm bởi các trạm di động tại các vị trí khác nhau.
Bỏ qua nhiễu nhiệt, tỷ số của nhiễu inter-Cell và nhiễu intra-Cell, ký hiệu là η có thể được biểu diễn là:
(3.5)
3.1.2 Những tác động của chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống
Để đảm bảo QoS, trạm gốc cần phân bổ giá trị công suất đến mỗi trạm di động một cách hợp lý để bù cho sự can nhiễu. Nếu trạm di động không ở trong trạng thái chuyển giao mềm, như trạm di động 1 đưa ra trong hình 2.2(a) thì chỉ duy nhất có một kênh hướng xuống được thiết lập giữa trạm di động và trạm gốc dịch vụ của nó là BS1.Theo yêu cầu dịch vụ và nhiễu hướng xuống tổng nhận được bởi mobile 1 (ký hiệu là I0) thì công suất P được phân bổ trên kênh hướng xuống giữa trạm di động và trạm gốc. Kênh này hoạt động như là nhiễu inter-Cell và nhiễu intra-Cell đến mobile 2 và mobile 3 tương ứng. Nếu mobile 1 đang ở trong trạng thái chuyển giao mềm thì nó sẽ truyền thông đồng thời với cả 2 trạm gốc BS1 và BS2. Khi đó 2 kênh dành riêng hướng xuống được thiết lập để hỗ trợ cho quá
trình chuyển giao mềm, được đưa ra trên hình 2.2(b). Trong hình, P1 và P2 lần lượt là công suất được phân bổ cho các kênh từ trạm gốc BS1 và BS2 tương ứng. P1
tác động như là nhiễu intra-Cell đối với mobile 2 và nhiễu inter-Cell đối với mobile 3, còn P2 thì tác động như là nhiễu inter-Cell đối với mobile 2 và nhiễu intra-Cell đối với mobile 3. So sánh 2 trường hợp thì ta thấy những tác động của chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống là khá phức tạp. Khi không có chuyển giao mềm, thì mobile 1 góp một phần công suất P đến nhiễu hướng xuống tổng. Khi có chuyển giao mềm, thì sự góp phần này sẽ bao gồm cả P1 và P2. Sự gia tăng nhiễu do mobile 1 sẽ ảnh hưởng đến các trạm gốc tích cực khác trong hệ thống: tất cả các trạm gốc này cần điều chỉnh công suất kênh của chúng để đáp ứng được những thay đổi về nhiễu. Điều này bù lại sẽ làm thay đổi mức nhiễu tổng mà mobile 1 nhận được, kết quả là sự thay đổi của P hoặc P1 và P2 (trường hợp SHO). Sự tuần hoàn này sẽ lặp đi lặp lại cho đến khi hệ thống đạt đến một sự cân bằng mới. Trong các hệ thống CDMA, điều khiển công suất có trách nhiệm đối với việc điều chỉnh này. Bởi các đặc tính giới hạn nhiễu nên trong các hệ thống CDMA, sự chịu đựng nhiễu thấp luôn luôn là nguyên lý chính của sự phận bố tài nguyên vụ
Hình 3.2 Những tác động của chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống
tuyến. Do đó, quá trình chuyển giao mềm có dẫn đến mức nhiễu thấp hơn chuyển giao cứng thông thường hay không, còn phụ thuộc chặt chẽ vào giá trị của P, P1 và P2 . Những giá trị công suất này liên quan đến các sự kiện nhất định, như là vị trí
của trạm di động, sự suy giảm kênh vụ tuyến và chiến lược phân chia công suất được sử dụng trong quá trình chuyển giao mềm.
3.1.3 Sự phân bố công suất hướng xuống
Sự phân bố công suất là một thủ tục rất quan trọng đối với các hệ thống CDMA. Công suất truyền tổng của trạm gốc được chia thành 2 phần: một phần là dành cho các kênh điều khiển chung hướng xuống, như là kênh hoa tiêu chung (CPICH) và kênh đồng bộ (SCH) và phần công suất còn lại được phân bổ cho các User như là các kênh hướng xuống dành riêng. Thông thường, phần công suất dành cho các kênh điều khiển chung chiếm khoảng 20 đến 30% công suất truyền tổng của trạm gốc. Để tối thiểu hoá can nhiễu và sự tiêu thụ tài nguyên vô tuyến, thì hệ thống cố gắng phân bố cùng một lượng công suất thấp nhất có thể đến mỗi kênh dành riêng đối với các User riêng rẽ, nhưng điều này là độc lập với yêu cầu QoS. Dưới sự điều khiển công suất hướng xuống một cách hoàn hảo, thì tỷ số năng lượng bit trên mật độ phổ công suất nhiễu Eb/I0 nhận được của các trạm di động sẽ được giữ ở giá trị mong muốn. Khi trạm di động chỉ được kết nối với một trạm gốc,thì chỉ có một kênh dành riêng hướng xuống là tích cực đối với trạm di đông này, nhưng khi trạm di động đang ở trạng thái chuyển giao mềm, thì có ít nhất 2 trạm gốc được tham gia vào sự phân bố công suất. Và cả 2 tình huống này sẽ được phân tích riêng rẽ ở phần sau.
3.1.3.a Phân bố công suất không có SHO
Vẫn sử dụng vị trí tại (r1,θ1) của trạm di động được đưa ra ở hình 3.1. Khi không có chuyển giao mềm, trạm di động chỉ truyền thông với duy nhất một trạm gốc tại một thời điểm. Giả sử rằng BS1 là trạm gốc dịch vụ của nó, tỷ số Eb/I0 nhận được của trạm di động có thể được biểu diễn là:
Trong đó, W là tốc độ chip; R là tốc độ bit dịch vụ; ν là hệ số hoạt động; ở đây không quan tâm đến nhiễu nhiệt. Vì vậy, để giữ giá trị QoS mong muốn, thì công suất truyền yêu cầu của kênh hướng xuống Ps có thể được suy ra từ (3.6) là:
(3.7) Trong đó (Eb/I0)t là giá trị mong muốn của Eb/I0 . Giá trị của Eb/I0 được quyết định bởi RNC. Theo BER, RNC có thể thay đổi giỏ trị mong muốn để duy trì QoS. Giả định rằng tải được phân phối đồng đều trên toàn hệ thống, tất cả các trạm gốc truyền cùng một giá trị công suất. Ps có thể được viết lại là:
(3.8)
Hệ số β1 biểu diễn cường độ tương đối của công suất yêu cầu đối với trạm di động tại vị trí ( , ) mà không có chuyển giao mềm.
3.1.3.b Phân bố công suất với SHO
Khi một trạm di động đang ở trong trạng thái chuyển giao mềm, tất cả các trạm gốc nằm trong tập tích cực cần phân bố công suất một cách thích hợp đối với các kênh hướng xuống được liên kết với trạm di động đó. Ở đây, chuyển giao mềm 2 đường và 3 đường được tham chiếu một cách riêng rẽ.
SHO 2 đường
Với SHO 2 đường, giả sử rằng BS1 và BS2 là 2 trạm gốc dịch vụ của trạm di động, tín hiệu mong muốn từ 2 trạm gốc này được tổng hợp với nhau. Các mô hình tổng hợp khác nhau có thể được sử dụng, nhưng như với hầu hết các phần trước đó trong luận án này thì tỷ số tổng hợp tối đa được sử dụng ở đây. Tỷ số Eb/I0 nhận được của trạm đi động có thể được biểu diễn là:
(3.9)
Trong đó r1 và r2 biểu diễn khoảng cách từ trạm di động đến BS1 và BS2 tương ứng; Ps1 và Ps2 là công suất truyền từ BS1 và BS2 tương ứng. Suốt trong quá trình chuyển giao mềm, 2 vòng điều khiển công suất được tích cực. Để ngăn chặn sự trôi dạt công suất thì đã có một số chiến lược được đề xuất và chiến lược điều khiển công suất cân bằng, được thông qua bởi 3GPP đã được sử dụng. Cũng như bên trong điều khiển công suất vòng kín, thì một vòng điều chỉnh được thực hiện để cân bằng công suất hướng xuống giữa các Cell trong tập tích cực trong phân tập đa dạng. Chiến lược điều khiển công suất này tránh được sự trôi dạt công suất, dẫn đến công suất truyền tải tăng lên và các vấn đề trở nên ổn định. Trong trường hợp lý tưởng, Ps1 = Ps2 . Sử dụng cùng một giả định, công suất truyền đối với mỗi kênh hướng xuống có thể được biểu diễn là :
(3.10)
Do đó, công suất tổng cần thiết để hỗ trợ cho trạm di động này là:
Hệ số β2 biểu diễn cường độ tương đối công suất yêu cầu (công suất tổng) của trạm di động dưới quá trình chuyển giao mềm 2 đường.
SHO 3 đường
Tương tự như các phân tích đối với SHO 2 đường, một trạm di động dưới SHO 3 đường sẽ có tỷ số Eb/I0 nhận được là:
(3.12)
Công suất tổng cần thiết để hỗ trợ cho trạm di động này là:
= (3.13)
Hệ số β3 biểu diễn cường độ tương đối công suất yêu cầu (công suất tổng) của trạm di động khi chuyển giao mềm 3 đường. Công suất được phân bố đến một User nào đó đóng vai trị như là nhiễu đối với các User khác. Do đó, các giá trị β1 β2 β3
được sử dụng để chỉ ra mức độ nhiễu mà các trạm di động phải chịu trong các tình huống khác nhau là bao nhiêu.
3.1.4 Kết luận
Dựa trên các phân tích về nhiễu hướng xuống và những tác động của chuyển giao mềm trên một liên kết riêng lẻ, có thể rút ra một số kết luận như sau:
Ở hướng xuống, nhiễu inter-Cell có quan hệ chặt chẽ với vị trí của thuê bao di động.
Đối với các User ở biên giới của Cell, nhiễu inter-Cell là thành phần chính của nhiễu tổng, nhất là đối với tính trực giao cao hơn.
Những tác động của chuyển giao mềm trên nhiễu hướng xuống là khá phức tạp, nó tuỳ thuộc vào các yếu tố như vị trí của MS, sự suy giảm kênh vô tuyến và chiến lược phân chia công suất được thực hiện.
SHO làm giảm độ dự trữ fade của những kết nối riêng lẻ ở hướng xuống cũng như là hướng lên.
SHO làm giảm công suất trung bình tổng cần thiết cho các MS tại biên giới Cell.
Đối với các User ở gần góc của Cell, thì nhiễu trung bình trong SHO 3 đường là thấp hơn SHO 2 đường.
SHO làm giảm xác suất quá công suất và xấu đi của QoS đối với các User tại biên giới của Cell.
3.2 PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP HỆ THỐNG 3.2.1 Độ lợi chuyển giao mềm hướng xuống
Giới thiệu:
Như đã đề cập trong chương 2, hiệu suất cấp hệ thống của chuyển giao mềm có thể được đánh giá bởi các chỉ tiêu khác nhau. Một trong số đó có liên quan đến QoS, chẳng hạn như là xác suất ngắn, xác suất chặn cuộc gọi và tỷ lệ lỗi chuyển giao; một loại khác nữa có liên quan đến sự tối ưu hoá hệ thống, chẳng hạn như độ lợi về dung lượng và vùng phủ sóng đối với yêu cầu về QoS được đưa ra. Xuất phát từ nhu cầu ngày càng tăng nhanh của dung lượng hướng xuống trong các mạng di động tương lai, bởi tính bất đối xứng của các loại dịch vụ nên trong luận án này sẽ phân tích những tác động của chuyển giao mềm đến dung lượng hướng xuống trong hệ thống WCDMA. Và cũng từ đó, độ lợi dung lượng hướng xuống được tạo ra bởi chuyển giao mềm được định nghĩa là độ lợi chuyển giao mềm (soft handover