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

.

P

=e

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,

P

( )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

….….

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, 3.6Mbps, 7.2 Mbps và 14.4 Mbps, tốc độ có thể được nâng lên gấp nhiều lần trong tương lai gần đưa đến một hiệu quả sử dụng tốt hơn. Các thuê bao sử dụng dịch vụ HSDPA có thể nhận email với tập tin đính kèm mang dung lượng lớn, lướt web hoặc tải về các tập tin đa phương tiện hoặc văn bản nhanh hơn bao giờ. Mặc dù có thể truyền tải bất cứ dạng dữ liệu nào, song mục tiêu chủ yếu của HSDPA là dữ liệu dạng video và nhạc.

Công nghệ HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ WCDMA, sử dụng các phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác. Nó tạo ra một kênh truyền dữ liệu bên trong WCDMA được gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel)-kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn khác biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện download với tốc độ vượt trội. Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc download. Điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp từ nguồn đến điện thoại. Song quá trình ngược lại, tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA. Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các người dùng có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất.

HSDPA còn sử dụng điều chế và mã hoá thích ứng AMC, HARQ nhanh, và lập lịch gói (Packet Scheduling) nhanh. Những tính năng này được phối hợp chặt chẽ và cho phép thích ứng các tham số truyền dẫn theo mỗi khoảng thời gian TTI (Transmission Time Interval) nhằm liên tục hiệu chỉnh sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến.

5.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA

Hình 5.2 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA

Trong WCDMA, điều khiển công suất nhằm giữ ổn định chất lượng tín hiệu nhận được (Eb/No). Điều này sẽ tạo ra các giá trị đỉnh trong công suất phát và tăng nền nhiễu đa truy cập, do đó sẽ làm giảm dung lượng của toàn mạng. Hơn thế nữa, sự hoạt động của điều khiển công suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức dự trữ nhất định trong tổng công suất phát của Node B để thích ứng với các biến đổi của nó. Loại bỏ được điều khiển công suất sẽ tránh được các hiệu ứng tăng công suất kể trên cũng như không cần tới dự trữ công suất phát của tế bào.

Tuy nhiên, do không sử dụng điều khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ thuật khác để thích ứng các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục bám theo các biến

Với kỹ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hoá được thích ứng một cách liên tục với chất lượng kênh thay cho việc điều khiển công suất. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trong WCDMA do khả năng thích ứng chậm đối với sự biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao.

Do HSDPA không còn sử dụng điều khiển công suất, phải tối thiểu hoá sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời gian TTI, vấn đề này được thực hiện nhờ việc giảm độ rộng của TTI từ 10 ms ở WCDMA xuống còn 2ms ở HSDPA.

Với sự bổ sung kỹ thuật HARQ nhanh, nó còn cho phép phát lại một cách nhanh nhất các block dữ liệu đã bị mất hoặc bị lỗi và khả năng kết hợp với thông tin mềm ở lần phát đầu tiên với các lần phát lại sau đó.

Để thu thập được thông tin về chất lượng kênh hiện thời cho phép các kỹ thuật thích ứng liên kết và lập biểu gói theo dõi giám sát một cách liên tục các điều khiển vô tuyến hiện tại của thuê bao di động, lớp điều khiển trung gian MAC thì làm nhiệm vụ giám sát kênh nhanh cho phép Bộ lập biểu gói nhanh và đặc tính chia sẻ theo thời gian của kênh HS-DSCH về bản chất có thể xem như phân tập lựa chọn đa người dùng với những lợi ích rất to lớn đối với việc cải thiện thông lượng của tế bào. Việc chuyển dịch chức năng lập biểu gói đến Node B là thay đổi chính về kiến trúc nếu so sánh với WCDMA.

Hình 5.3 Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA

HSDPA gồm các giải pháp:

• Mã hoá và điều chế thích ứng AMC

• Thực hiện đan xen thời gian truyền dẫn ngắn TTI=2ms • Truyền dẫn đa mã, lớp vật lý tốc độ cao L1

• Yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ.

Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vô tuyến tức thời.

Trong quá trình kết nối, UE sẽ định kỳ gửi một CQI (Channel Quality Indicator)-chỉ thị chất lượng kênh tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này

có thể hỗ trợ khi ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận (Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng UE trong một cell, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE một cách công bằng.

Vấn đề chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh đường truyền của mỗi người sử dụng độc lập và cách xác định nó. Ví dụ như: tỷ lệ công suất ký hiệu trên tạp âm ( tỷ số Es/No), chất lượng bộ tách UE. Nút B có thể ước lượng tốc độ dữ liệu được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách giám sát các lệnh điều khiển công suất phát theo chu kỳ một giá trị CQI đặc thù của HSDPA trên kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao (HS-DPCCH) đường lên, kênh này cũng mang cả thông tin báo hiệu (Ask / Nask) ở dạng gói dựa trên L1 cho mỗi kênh liên kết. Khi đã ước tính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ tài nguyên mã và công suất HS-DSCH giữa những người sử dụng khác nhau.

Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC được đặt tại nút B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như có thể kiểm soát chất lượng QoS chặt chẽ hơn. So sánh với kỹ thuật WCDMA, kênh HS-DSCH không thực hiện với điều kiện công suất phát nhanh và hệ số trải phổ thay đổi. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hoá Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16 QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS-DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120 Kbps tới hơn 10Mbps. Quá trình điều chế và mã hoá thích ứng cơ bản có một dải động khoảng 20dB, và được mở rộng hơn nữa số đa mã khả dụng.

5.4.1 Mô hình giao thức HSDPA

Hình 5.4 Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH

Trong cấu trúc HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vô tuyến tức thời.

Nếu như tất cả các kênh truyền tải theo kiến trúc WCDMA, chúng đều chấm dứt tại RNC thì kênh HS-DSCH lại chấm dứt ngay tại Node B, lớp MAC-hs (lớp điều khiển truy nhập môi trường tốc độ cao), sẽ điều khiển các tài nguyên của kênh này và nằm ngay tại Node B. Do đó, cho phép nhận các bản tin về chất lượng kênh hiện thời để có thể tiếp tục theo dõi giám sát chất lượng kênh hiện thời để có thể liên tục theo dõi giám sát chất lượng tín hiệu cho thuê bao tốc độ thấp. Vị trí này của MAC-hs tại Node B cũng cho phép kích hoạt giao thức HARQ từ lớp vật lý, nó giúp cho các quá trình phát lại diễn ra nhanh hơn.

Đặc biệt hơn, lớp MAC – hs chịu trách nhiệm quản lý chức năng HARQ cho mỗi user, phân phối tài nguyên HS-DSCH giữa tất cả các MAC-d theo sự ưu tiên của