- Thay thế cell xấu nhất của tập tích cực bởi cell tốt nhất của tập giám sát
MÔ PHỎNG CHUYỂN GIAO MỀM
4.2.2. Mô phỏng thuật toán ngưỡng tương đối 1 Mô hình mô phỏng
4.2.2.1. Mô hình mô phỏng
Giả sử máy thu của thiết bị di động chịu ảnh hưởng của pha đinh nhanh, mô hình kênh vô tuyến có thể được mô hình hóa bằng tích của suy hao đường truyền với suy hao do pha đinh. Với khoảng cách từ thiết bị di động đến BS đang phục vụ, suy hao đường truyền được tính như sau:
(4.1)
Trong đó: α là số mũ suy hao đường truyền với giá trị tiêu chuẩn là 4
ζ(dB) là biến ngẫu nhiên có phân bố Gauss với giá trị trung bình là 0 và độ lệch chuẩn σ, biểu diễn suy hao do hiệu ứng che khuất. Độ lệch chuẩn σ không phụ thuộc vào khoảng cách r, có giá trị trong khoảng 5-12 dB.
Hình 4.3 biểu diễn viễn cảnh hệ thống WCDMA với 19 cell. Các BS được phân bố theo dạng lưới lục giác.
Hình 4.3. Mô hình hệ thống
Khu vực gần đường bao cell được tô màu biểu thị vùng chuyển giao. Tất cả các thiết bị di động trong khu vực này sẽ trong trạng thái chuyển giao, sẽ kết nối với 2 hoặc nhiều BS cùng lúc. Trong hình 4.3, hình dạng của khu vực không có chuyển giao là đường tròn nhưng trong thực tế, hình dạng của khu vực chuyển giao phụ thuộc vào thuật toán và chi phí chuyển giao mềm. Chi phí chuyển giao mềm được định nghĩa là tổng số kết nối chia cho tổng số user trừ đi một. Khi chỉ xét chuyển giao 2 đường, thì chi phí chuyển giao mềm bằng tỉ số giữa số user trong trạng thái chuyển giao mềm trên tổng số user ở trạng thái tích cực.
Xét quỹ đạo di chuyển của UE từ vị trí x=-3000m đến vị trí x=3000m theo đường thẳng y=2200m như hình 4.4. Giá trị các thông số mô phỏng được lấy từ bảng 4.1.
Hình 4.4. Quỹ đạo di chuyển của UE trong mô phỏng Bảng 4.1. Các thông số mô phỏng
Công suất phát trạm gốc P 20 W
Bán kính cell r 3 km
Độ lệch chuẩn suy hao do che khuất σ 6 dB
Tốc độ bit dịch vụ R 12,2 kps
Tốc độ di chuyển của user v 10 m/s
Hệ số trực giao a 0,6
Kích thước tối đa tập tích cực N 3
Hệ số lũy thừa suy hao kênh truyền α 4
Trọng số β 0
Khoảng báo cáo sự kiện 1A 1-15dB
Khoảng báo cáo sự kiện 1B
4.2.2.2. Kết quả mô phỏng
Dựa trên các công thức tính nhiễu intra-cell (3.1), nhiễu inter-cell (3.2) ở phần 3.1.1.1 trong chương 3, và thuật toán chuyển giao mềm dựa trên ngưỡng tương đối ở chương 2, tiến hành mô phỏng để đánh giá ảnh hưởng của thông số ngưỡng thêm vào () đến một số thông số khác (số lần lặp chuyển giao, kích thước tập tích cực trung bình, tốc độ cập nhật tập tích cực), ta thu được các kết quả dưới đây.
Hình 4.5. Ảnh hưởng của ngưỡng thêm vào đến số lần lặp chuyển giao
Ảnh hưởng của ngưỡng thêm vào đến số lần lặp chuyển giao như hình 4.6. Số lần lặp chuyển giao tăng rất nhanh khi ngưỡng thêm vào tăng từ 1-5dB, sau đó số lần lặp chuyển giao tương đối ổn định trong phạm vi từ 5-8dB, và lại giảm khi ngưỡng thêm vào từ 8-15dB. Số lần lặp chuyển giao nhỏ nhất là 75 lần ứng với 1dB, và lớn nhất là 162 lần ứng với 6dB.
Hình 4.6. Ảnh hưởng của ngưỡng thêm vào đến kích thước tập tích cực trung bình
Ảnh hưởng của ngưỡng thêm vào đến kích thước tập tích cực trung bình như hình 4.6. Trong đó, kích thước tập tích cực trung bình được tính như sau:
(4.2)
Trong đó: là khoảng thời gian mà tập tích cực có kích thước là i. N là kích thước tối đa của tập tích cực.
Ngưỡng thêm vào càng tăng thì kích thước tập tích cực trung bình càng lớn, nhưng luôn lớn hơn 1 và nhỏ hơn 3 (kích thước tối đa tập tích cực). Kích thước tập tích cực trung bình lớn nhất là 2,77 với ngưỡng thêm vào là 15dB, nhỏ nhất là 1,14 tương ứng với 1dB.
Kích thước tập tích cực trung bình lớn chứng tỏ UE thường xuyên ở trong trạng thái chuyển giao mềm. Do đó, độ lợi phân tập vĩ mô và độ lợi kết hợp tín hiệu sẽ cao hơn ở khu vực chất lượng tín hiệu kém. Tuy nhiên, càng nhiều BS tham gia vào quá trình chuyển giao mềm thì càng gây khó khăn cho quá trình điều khiển công suất đường lên. Hiện tượng thường gặp là hiện tượng trôi công suất hướng xuống, xảy ra khi thực hiện chuyển giao mềm mà UE gửi một lệnh đơn để điều khiển công suất phát đường xuống
đến tất cả các nút B trong tập tích cực. Các nút B sẽ phát hiện các lệnh này một cách độc lập, bởi vì các lệnh này sẽ không được kết hợp trong các bộ điều khiển mạng RNC, do đó sẽ gây ra nhiều trễ và báo hiệu trong mạng. Chính vì các lỗi báo hiệu trên giao diện vô tuyến, các nút B sẽ phát hiện các lệnh điều khiển công suất theo các cách khác nhau. Có thể một nút B sẽ làm giảm công suất phát của nó tới UE, một nút B khác có thể lại tăng mức công suất phát tới UE. Sự khác nhau đó dẫn đến tình huống công suất đường xuống bắt đầu trôi theo các hướng khác nhau. Hiện tượng này làm giảm hiệu suất chuyển giao đường xuống. Do đó, cần điều chỉnh các thông số của thuật toán chuyển giao sao cho giá trị kích thước tập tích cực trung bình ở mức tối ưu để vừa đảm bảo độ lợi phân tập vừa giảm sự trôi công suất hướng xuống.
Hình 4.7. Ảnh hưởng của ngưỡng thêm vào đến tốc độ cập nhật tập tích cực
Ảnh hưởng của ngưỡng thêm vào đến tốc độ cập nhật tập tích cực như hình 4.7. Tốc
độ cập nhật tập tích cực là thời gian giữa các yêu cầu cập nhật tập tích cực liên tiếp bao gồm các sự kiện: thêm vào, loại bỏ và thay thế. Việc đo này có liên quan đến kích thước RNC vì báo hiệu cập nhật tập tích cực là tải đối với RNC.
Khi ngưỡng thêm vào thay đổi thì tốc độ cập nhật tập tích cực cũng thay đổi. Tốc độ cập nhật tập tích cực giảm rất nhanh khi ngưỡng thêm vào tăng từ 1-5dB, sau đó giữ giá
trị ổn định với ngưỡng thêm vào trong phạm vi từ 5-8dB, và tiếp tục tăng lên khi ngưỡng thêm vào từ 8-15dB.
Chi phí chuyển giao mềm và tốc độ cập nhật tập tích cực có liên quan với nhau: chi phí nhỏ thì tốc độ cập nhật tập tích cực cao.
4.2.2.3. Kết luận
Khi giá trị ngưỡng thêm vào lớn, các BS dễ được đưa vào tập tích cực hơn. Do giá trị ngưỡng xóa được thiết lập tương đối với ngưỡng thêm vào nên giá trị này cũng lớn tương ứng. Điều này dẫn đến các BS khó bị xóa khỏi tập tích cực hơn. Do đó, số lần lặp chuyển giao nhỏ (hình 4.4) và kích thước tập tích cực trung bình lớn (hình 4.5). Ngược lại, khi giá trị ngưỡng thêm vào nhỏ, giá trị ngưỡng xóa nhỏ, các BS khó được đưa vào tập tích cực và dễ bị loại bỏ khỏi tập tích cực. Vì thế, số lần lặp chuyển giao lớn nhưng kích thước tập tích cực trung bình nhỏ.
Nói chung, khi tải trên mạng cao và mạng đã được tối ưu, các giá trị ngưỡng thêm vào và ngưỡng xóa đuợc giữ mức thấp, để giảm số user trong chuyển giao mềm và sử dụng ít tài nguyên. Tuy nhiên, khi tải thấp và mạng chưa được tối ưu, giá trị ngưỡng thêm vào và ngưỡng xóa thường cao hơn để thuận lợi cho phân tập vĩ mô và độ lợi kết hợp ở khu vực chất lượng tín hiệu nhận được thấp.
Để tối ưu hóa chuyển giao, cần điều chỉnh các thông số của thuật toán chuyển giao sao cho số lần lặp chuyển giao nhỏ, kích thước tập tích cực trung bình ở mức tối ưu để vừa đảm bảo độ lợi phân tập vừa giảm sự trôi công suất hướng xuống, và chi phí nhỏ tương ứng với tốc độ cập nhật tập tích cực cao.
Giá trị tốt nhất cho ngưỡng thêm vào , khi đó số lần lặp chuyển giao là 125, và kích thước tập tích cực trung bình là 1,31.
KẾT LUẬN CHƯƠNG IV
Thông qua phần mềm Macromedia Flash Professional 8.0, quá trình chuyển giao mềm đã được mô hình hóa cụ thể bằng hình vẽ. Đồng thời, thuật toán chuyển giao mềm dựa trên ngưỡng tương đối cũng được mô phỏng bằng phần mềm Matlab. Qua đó, rút ra được những nhận xét cần thiết trong việc lựa chọn các tham số của thuật toán chuyển giao để đạt được hiệu quả tốt nhất.
KẾT LUẬN
Sự phát triển của hệ thống thông tin di động 3G đã mở ra một bước tiến lớn trong sự phát triển của ngành công nghiệp viễn thông. Chuyển giao cùng với điều khiển công suất, điều khiển đầu vào, điều khiển tải là rất cần thiết trong hệ thống 3G để duy trì dịch vụ liên tục, không gây khó chịu cho người sử dụng.
Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Chiến Trinh, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đại học về “Tìm hiểu giải pháp tối ưu chuyển
giao trong hệ thống thông tin di động 3G”. Trong đồ án, em đã tìm hiểu những vấn đề:
• Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G), các đặc tính của WCDMA, các cách thức quản lí tài nguyên vô tuyến trong WCDMA.
• Tổng quan về chuyển giao trong WCDMA. Nghiên cứu chi tiết về nguyên lý, thuật toán và tính năng của chuyển giao mềm trong WCDMA, từ đó rút ra được những ưu điểm và nhược điểm của chuyển giao mềm.
• Tìm hiểu một số giải pháp tối ưu chuyển giao thông qua những nghiên cứu mô phỏng thực tế.
• Thiết kế phần Demo quá trình chuyển giao mềm và mô phỏng thuật toán chuyển giao mềm dựa trên ngưỡng tương đối.
Đồ án tập trung vào tìm hiểu các giải pháp tối ưu chuyển giao mềm thông qua việc thiết lập các thông số liên quan phù hợp với hiện trạng mạng, và dựa trên các kết quả kiểm tra, đo thử, để đạt được hiệu quả tốt nhất. Trong tương lai, sẽ có nhiều giải pháp mới được tìm ra, giúp chuyển giao được tối ưu hơn nữa.
Do kiến thức và thời gian tìm hiểu có hạn nên đồ án của em còn nhiều thiếu sót, mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô và các bạn. Đồ án là tiền đề để em nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề chuyển giao chưa có trong đồ án như: các giải pháp tối ưu chuyển giao khác, chuyển giao dọc và giải pháp tối ưu,… đồng thời bổ sung thêm kiến thức giúp em áp dụng trong công việc thực tiễn sau khi ra trường.
Cuối cùng, một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Chiến Trinh đã tận tình hướng dẫn và giúp em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Học viện Công nghệ bưu chính viễn thông đã trang bị cho em những kiến thức cần thiết để em có đủ khả năng sau khi ra trường.