3.9.3.1 Khái niệm và lợi ích của Độ dự trữ, cửa sổ công suất
Độ dự trữ nhiều mức là sự giả thiết về biến đổi kênh ban đầu mà cần phải được xác định theo kết quả của phép đo vô tuyến thời gian thực. Những giới hạn trên và dưới của độ dự trữ công suất tùy thuộc vào tải/giao thoa của mạng vô tuyến trong truy cập vô tuyến hay tại mức tế bào. Bằng việc xác định độ dự trữ công suất nhằm đảm bảo các chỉ tiêu và độ ổn định của hệ thống.
Hình 3.33 Dự trữ SIR đối với các chất lượng dịch vụ khác nhau
Do mạng vô tuyến là môi trường động, vùng dự trữ công suất có thể dao động lên trên và xuống dưới khi mức tải và giao thoa thay đổi. Khi kênh mang vô tuyến được thiết lập, DSSPC sẽ điều khiển mức công suất truyền để tối ưu trong dự trữ công suất. Điều này có thể đạt được nhờ sử dụng thông tin chất lượng dịch vụ QoS của
kênh mang cũng như mức nhiễu mà nó gây ra cho mạng và dung lượng của mạng liên quan đến nhiễu. Dể cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất với mức tối thiểu công suất truyền (SIR) cần cân bằng giữa chất lượng dịch vụ QoS, dung lượng mạng, quản lý cước kênh mang…Tuy nhiên kết quả điều khiển công suất không tất yếu là ở mức tối thiểu có thể.
Đồ thị ta thấy là mức công suất truyền của trạm di động dưới dạng nhiều mức SIR được điều khiển để hội tụ đến mức tối ưu. Thay vì một ngưỡng của SIR đích, SIR nhiều mức có nhiều ngưỡng, bao gồm giới hạn trên và dưới được xác định. Do đó, mỗi dịch vụ như thoại, dữ liệu và hình ảnh có mức công suất truyền tối ưu đặc biệt mà công suất của UE từ ở mức trên hay ở mức dưới hội tụ về.
3.9.3.2 Sự hoạt động của mạng
Hình 3.34 Thuật toán tạo lập TPC trong DSSPC
Bắt đầu
Nhận công suất ban đầu và các thông số SIR_real>SIRma x SIRoptmin<=SIR_real <=SIRmax SIRoptmin<=SIR_real <SIRoptmax SIRmin<=SIRreal <SIRoptmin SIR_reak<SIRmi n Lệnh tăng công suất truyền Công suất nhận tối ưu Lệnh giảm công suất truyền Kết thúc
Trên là giản đồ hoạt động căn bản của phương pháp DSSPC đối với điều khiển công suất đường lên. Trong điều khiển công suất đường lên, bên cạnh mạngđiều khiển truy cập vô tuyến và node B là cơ sở cho điều khiển từng phần của tiến trình điều chỉnh công suất.
Điều khiển cho phép và điều khiển công suất của bộ điều khiển truy cập vô tuyến thiết lập các đích chất lượng tín hiệu gồm SIR-max, SIR-opt-max, SIR-min…
Điều này có thể dựa trên thông tin lưu lượng sẵn có, cường độ tín hiệu, SIR, các độ ưu tiên truy cập, thông tin hỗ trợ định vị…
Như trong giản đồ ta thấy trạm gốc truyền lệnh điều khiển công suất sau khi so sánh SIR nhận được tưng ứng công suất của kênh truyền đường lên với ngưỡng xác định của SIR tương ứng với độ dự trữ công suất.
3.9.3.3 Sự hoạt động của UE
Đầu tiên, UE nhận lệnh điều khiển công suất từ node B. Nó ghi lệnh điều khiển công suất tiếp theo vào thanh ghi lệnh. Việc thay đổi dữ liệu gốc được lưu trữ ở đây bao gồm dữ liệu về những lệnh điều khiển công suất gần đây nhất, kích cỡ bước, và tọa độ của UE.
UE kiểm tra giá trị của lệnh điều khiển công suất, kích cỡ bước, và thông tin hỗ trợ định vị bao gồm sự thay đổi dữ liệu gốc. Nếu lệnh điều khiển công suất hay chuỗi kích thước bước là chẵn, nghĩa là mức công suất không hoàn toàn thay đổi nhưng giữ ổn định và không có số lượng đáng kể cần thay đổi công suất truyền.
Bước điều khiển công suất DSS (Dynamic Step-Size) là kết quả kết hợp của giá trị không đổi và giá trị thay đổi của điều khiển công suất. Do đó, UE điều chỉnh công suất truyền của nó bằng cách thêm DSS vào công suất tín hiệu bạn đầu Po như sau:
Ptrx(dB)=Po(dB)+DSS(dB)
1 khi ∆SIR <0 DSS(dB)=α .β.γ và γ=
-1 khi ∆SIR >0 - α là kích thước bước cố định đã được xác định trước
- β là thành phần động của DSS được định nghĩa dựa trên giá trị thực và đích của SIR tương đương với kết nối vô tuyến. Mục đích của DSS là để bù vào sự suy giảm công suất vì kênh truyền không ổn định.
Chúng ta phải định nghĩa giá trị của SIR đích và β. Tuy nhiên thông tin này sẵn có tại trạm gốc. Do đó, việc điều chỉnh công suất truyền đường lên có hai khả năng thực hiện:
1. Thông tin liên quan SIR được truyền đến máy di động bằng cách dùng tín hiệu kênh chuyên dụng kênh chung. Bộ phân tích dữ liệu gốc (HDLA:History Data Analyzer Logic) của trạm di động tính toán giá trị của β dựa trên bảng dò tìm.
Bảng 3.6 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC
Tiêu chuẨn so sánh SIR β γ SIRoptmin<=SIR_real <=SIRoptmax 0 X SIRoptmax<=SIR_real <SIRmax K1 1 SIR_real>SIRmax K2 1 SIRmin<=SIRreal <SIRoptmin K1 -1 SIR_reak<SIRmin K2 -1
2. Giá trị của β được tính toán tại node B bằng việc dung tiêu chuẩn được định nghĩa trong bảng dò tìm. Như một kết quả, thông tin được truyền đến máy di động thật ra là β, γ. Trong trường hợp trạm di động không cần tính tham số liên quan đến SIR, giảm bớt sự phức tạp và sự tiêu thụ pin của nó.
Trong bảng dò tìm Ki= (0,…,Kn+1) là số nguyên, có thể tối ưu dựa trên những phép đo thực tế liên quan đến mạng vô tuyến.
Hình 3.35 Mô hình chung của DSSPC đối với điều khiển công suất đường lên
Do đó, nó có thể thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi thời gian thực trong chất lượng tín hiệu vì padinh và SIR đích cho kênh mang yêu cầu ánh xạ bởi mạng. Trong ví dụ này các giá trị nhiều mức của SIR đích được định nghĩa như: SIR-max, SIRopt_max, SIRopt_min, SIR_min.
Đối với 5 điều kiện căn bản trong thuật toán, sử dụng 3 bít để truyền thông tin yêu cầu giữa trạm gốc và máy di động. Có thể sử dụng điều kiện khác nhau của thuật toán, để giảm số bit yêu cầu điều khiển công suất TPC.
Hình 3.21 là mô hình chung về sơ đồ khối thực hiện phương pháp điều khiển công suất ứng dụng cho đường lên. Node B nhận tín hiệu được truyền bởi UE và hướng tới để giữ cường độ tín hiệu nhận được thay đổi bằng cách gởi lệnh điều khiển công suất UE.
Node B chịu trách nhiệm để đo SIR nhận được và một phần của những phép đo đó yêu cầu thiết lập thông số dự trữ công suất và các SIR đích. Các phép đo được thực hiện sau máy thu phân tập RAKE, nơi kết nối nhiều nhánh khác nhau của tín
hiệu nhận được. Tại khối trạm gốc các giá trị đích và giá trị đo được của SIR được so sánh. Trạm gốc cũng tính toán giá trị tương ứng cho β và γ như trong bảng. Để xác định lệnh công suất truyền, bộ phát node B gởi các lệnh công suất phát (TPCs) đến máy di động để tăng, giảm hay giữ công suất truyền không thay đổi.
Tại UE, các lệnh điều khiển công suất được tập hợp thành một vector mà máy di động ghi vào bộ phân tích dữ liệu gốc (HDLA). HDLA phân tích vector bit lệnh nhận được khi đưa ra giá trị thích ứng của DSS. HDLA đưa ra thành phần thích ứng của DSS dựa trên thông tin nhận được từ trạm gốc dưới dạng bit TPC. Cuối cùng phần tử điều khiển diều chỉnh công suất truyền của trạm di động dựa trên phương trình trên.
Phương pháp điều khiển công suất theo bước động DSSPC đã tập trung vào điều khiển công suất truyền bằng cách dùng khái niệm nhiều mức, các lệnh điều khiển công suất TPC. Bước động bù cho sự chậm của phương pháp điều khiển công suất cố định nhưng cũng cần sự bù nhanh của công suất truyền trong cửa sổ chấp nhận được, cân bằng ổn định của hệ thống.
3.9.4 Phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC 3.9.4.1 Mô hình hệ thống
Mô hình hệ thống sử dụng đối với điều khiển công suất đường lên. Tại node B M, SIR nhận được của UE thứ I là tại node B:
. .W b i o E R S i i i I N γ = ÷ = ÷
• Eb là năng lượng bit thông tin
• Ri là tốc độ dữ liệu của thuê bao thứ i • No là mật độ phổ công suất tạp âm • Pi là công suất truyền của thuê bao i • W độ rộng băng tần
Việc điều khiển công suất chính là tìm ra vector công suất P thỏa mãn :γ γi ≥ T
T
γ là mức công suất SIR tối thiểu yều cầu được xác định trước bởi mỗi dịch vụ hay bởi mỗi môi trường BER.
3.9.4.2 Thuật toán điều khiển công suất phân tán
Mỗi UE sẽ điều khiển công suất truyền của nó trong giới hạn cựa đại dựa trên thông tin mức công suất của nó và phép đo SIR. Thuật toán DPC điều khiển tất cả các thêu bao để đạt được SIR yêu cầu nếu có thể.
Chúng ta đề xuất thuật toán điều khiển công suất phân tán mới sử dụng tham số thay đổi từ thuật toán truyền thống để cải thiện hiệu quả của nó. Hàn công suất mới là vấn đề chính cần thiết để đạt được mức SIR tối thiểu.
Do vậy tốc độ hội tụ liên quan đến dung lượng hệ thống. Thuật toán có thể được mô tả như sau:
(0) i oi P = P (n 1) k( T i( )n ). ( )n i i P + =e γ γ− P
Trong đó, k là tham số dương nếu k lớn tốc độ hội tụ sẽ chậm. Chúng ta có thể đạt được tốc độ hội tụ nhanh hơn bằng cách tối ưu hóa k..Poi là công suất truyền ban đầu của thêu bao,Pi(n+1) là công suất truyền của thêu bao thứ i trong vòng lặp thứ n ,
( )n i
γ là SIR của thêu bao thứ I tại vòng lặp thứ n.
Có các trường hợp sau : Trường hợp thứ 1 ( )n i T γ <γ Pi(n+1) < Pi(n) Trường hợp thứ 2 ( )n i T γ >γ Pi(n+1) > Pi(n) Trường hợp thứ 3 ( )n i T γ =γ Pi(n+1) = Pi(n)
Mục đích của thuật toán này là tăng hay giảm công suất truyền của UE liên quan đến SIR của thêu bao.Bằng cách điều chỉnh thông số k trong hàm điều khiển công suất,hệ thống sẽ thỏa mãn các yêu cầu vận hành khác nhau.
Phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC cũng dùng thông tin về tỷ số tín hiệu trên nhiễu giao thoa SIR nhưng mức ngưỡng SIR của thuê bao được điều chỉnh cho phù hợp với từng đường truyền vô tuyến để đạt được chất lượng đường truyền vô tuyến tốt nhất. Do đó có khả năng đạt được mức SIR yêu cầu và hệ thống hoạt động
3.10 Kết luận chương 3:
Trong nội dung chương chúng ta đã trình bày các kỹ thuật được sử dụng trong WCDMA để mang lại những ưu điểm vượt trội của nó so với các thế hệ di động trước đó. Trong đó đặc biệt là kỹ thuật trải phổ, các phương pháp chuyển giao, điều khiển công suất… chương tiếp theo em sẽ trình bày mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA…
CHƯƠNG 4:MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO VÀ THỦ TỤC THỰC HIỆN CUỘC GỌI TRONG WCDMA
….…. 4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình VB 6.0
VB6.0 là một sản phẩm của Microsoft chạy trên môi trường Windows 95 trở lên, lập trình theo hướng đối tượng. Người lập trình thiết kế giao diện trực quan và viết mã cho các đối tượng của giao diện. VB6.0 dễ sử dụng, thích hợp với nhiều bài toán mô phỏng.
4.2 Các module:
Phần mềm mô phỏng gồm có 5 module:
Module chính Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong WCDMA-HSDPA sử dụng làm giao diện chính giữa người sử dụng và chương trình. Người sử dụng chỉ cần kích hoạt vào các thư mục sẵn có trên thanh công cụ để giao tiếp với các chương trình.
Hình 4.1 Module Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong WCDMA-HSDPA Module Cấu trúc mạng WCDMA đưa ra cấu trúc mạng WCDMA:
Hình 4.2 Module Cấu trúc mạng WCDMA
Hình 4.3 Module Road to 3G
Module Thủ tục thực hiện cuộc gọi: Trình diễn các bước thực hiện cuộc gọi trong WCDMA với các loại thực hiện cuộc gọi Voice, Voice+Data, Data.
Khi có yêu cầu thực hiện từ thiết bị đầu cuối Node B sẽ gửi yêu cầu kết nối vô tuyến đến RNC thì RNC thiết lập kết nối với Node B.
Node sẽ gửi tiếp bản tin yêu cầu dịch vụ đến mạng lõi và mạng lõi sẽ đưa ra yều cầu nhận thực sau khi Node B gửi xác định nhận thực tới mạng lõi thì mạng lõi sẽ thực hiện kết nối vô tuyến với Node B quản lý thiết bị đầu cuối của người nhận. Khi node bên nhận xác định chấp nhận cuộc gọi khi đó 2 bên phát và nhận được cấp phát các kênh lưu lượng tần số, code PN…để bắt đầu quá trình chuyền dẫn.
Hình 4.4 Module Thủ tục thực hiện cuộc gọi
Module Quá trình chuyển giao mềm: Trình diễn các bước thực hiện trong quá trình chuyển giao mềm trong WCDMA.
Mô hình mô phỏng là sự chuyển giao của một UE trong một ô tô di chuyển từ Node B A sang Node B B. Khi UE di chuyển trong phạm vi của Node B A(Node B B) thì nó chỉ chịu chịu sự điều khiển của RNC kết nối với Node đó. Khi UE nằm trong vùng chuyển giao giữa 2 Node thì lúc này UE sẽ kết nối với cả 2 Node cùng một lúc và ở đường lên thông tin phát đi từ UE được các node B thu lại rồi chuyển đến RNC để được kết hợp chung.
4.3 Kết luận chương 4:
Dựa trên ngôn ngữ lập trình VB 6.0 em đã trình bày được mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA…ở chương 3 và chương 4 đã giới thiệu được đặc tính kỹ thuật của WCDMA…Luồng tốc số liệu trong WCDMA có thể đạt đến tốc độ 2 Mbps. Nhưng khi các dịch vụ số liệu được đưa vào triển khai trên các mạng thương mại thì dung lượng, tốc độ vẫn là những đòi hỏi cần phải được giải quyết. Do đó dựa trên nền tảng công nghệ WCDMA thì công nghệ HSDPA- Kênh truy nhập gói đường xuống tốc độ cao-đã ra đời. Sự ra đời của HSDPA nhằm hỗ trợ mạnh mẽ các dịch vụ số liệu yêu cầu tốc độc truyền dẫn lớn như các dịch vụ tương tác, dịch vụ nền, dịch vụ streaming. Chương tiếp theo em xin trình bày những cải tiến kỹ thuật mang lại những ưu điểm của công nghệ HSDPA.
CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ HSDPA ….….
5.1 Giới thiệu về HSDPA
Công nghệ 3G WCDMA hiện nay cho phép tốc độ dữ liệu gói lên đến 2Mbps. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống WCDMA có một số hạn chế như:
• Không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với đường trục hữu tuyến
• Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu
• Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến 10Mbps
Do đó, HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)-truy cập gói đường xuống tốc độ cao- tiếp tục được phát triển để khắc phục những hạn chế này.
Các tính năng kỹ thuật của công nghệ HSDPA gồm:
•Điều chế và mã hoá thích ứng AMC(Adaptive Modulation and Coding) •Sóng mang tốc độ dữ liệu cao trong băng tần 5MHz
•64 QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh tương đương 7.2 Mbps •Mã Turbo
•Khả năng sửa lỗi gần với giới hạn lý thuyết
•Tự động thích ứng liên tục theo điều kiện kênh bằng cách ghép chèn thêm thông tin khi cần
•Sử dụng AMC khi được kết hợp với HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống
Hình 5.1 Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ
HSDPA là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G WCDMA, được tối ưu hóa cho các ứng dụng dữ liệu chuyển mạch gói. Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8 Mbps,