Mỗi thuê bao điều khiển cơng suất truyền của nĩ trong giới hạn cực đại dựa trên thơng tin mức cơng suất của nĩ và phép đo SIR. Thuật tốn DPC điều khiển mức SIR của tất cả các thuê bao để đạt được SIR yêu cầu nếu cĩ thể.
Chúng ta đề xuất thuật tốn điều khiển cơng suất phân tán mới sử dụng tham số thay đổi từ thuật tốn truyền thống để cải thiện hiệu quả của nĩ. Hàm cơng suất mới là vấn đề chính cần thiết để đạt được mức SIR tối thiểu. Nếu SIR của thuê bao trên mức cực tiểu trong suốt thời gian điều khiển cơng suất thì ít nhất một kết nối thuê bao-trạm gốc sẽ bị cắt. Do vậy, tốc độ hội tụ liên quan đến dung lượng hệ thống. Thuật tốn cĩ thể được mơ tả như sau :
pi(0) = p
pi(n+1) (dBm)= ek (γ T - γ
i(n)) + pi(n) (dBm) (3.16) Trong đĩ k là tham số dương theo kinh nghiệm chọn k = 0,1 là tốt cho cho hầu hết các hệ thống, nếu k quá lớn tốc độ hội tụ sẽ chậm, nếu k quá nhỏ SIR sẽ dao động. Chúng ta cĩ thể đạt được tốc độ hội tụ nhanh hơn bằng cách tối ưu hố k. pi(0) là cơng suất truyền ban đầu của thuê bao, pi(n+1) là cơng suất truyền của thuê bao thứ
i trong vịng lặp thứ n, γi(n) là SIR của thuê bao thứ i tại vịng lặp thứ n. Theo các kết quả thực nghiệm n được chọn trong khoảng 10-20 là tối ưu.
Cĩ các trường hợp sau :
Trường hợp 1 : γi(n) < γT pi(n+1) < pi(n) (3.17) Trường hợp 2 γi(n) > γT pi(n+1) > pi(n) (3.18) Trường hợp 3 : γi(n) = γT pi(n+1) = pi(n) (3.19) Mục đích chính của thuật tốn này là tăng hay giảm cơng suất truyền của thuê bao liên quan SIRi được nhận bởi trạm M. Bằng cách điều chỉnh thơng số k trong hàm điều khiển cơng suất, hệ thống sẽ thoả mãn các yêu cầu vận hành khác nhau. Kết quả mơ phỏng thể hiện khả năng ổn định của hệ thống cao hơn các phương pháp điều khiển cơng suất truyền thống.
Bắt đầu
Nhập số thuê bao J
Nhập các thông số của chương trình
i =1
Tính Poi j = 0 pi(0) = Poi
j n -1
Công suất điều khiển :
pi(j +1) = ek (γ T - γ i (j))) + pi(j ) i = i+1 i J Sai Đúng Đúng Sai
3.6 Kết luận chương
Trong chương này chúng ta đã đề xuất hai phương pháp điều khiển cơng suất trong hệ thống thơng tin di động thế hệ ba UMTS là phương pháp điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phương pháp điều khiển cơng suất phân tán DPC. Đối với phương pháp điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC đã tập trung vào điều khiển cơng suất truyền bằng cách dùng khái niệm ngưỡng nhiều mức, các lệnh điều khiển cơng suất TPC. Bước động bù cho sự chậm của phương pháp điều khiển cơng suất cố định nhưng cũng cần sự bù nhanh của cơng suất truyền trong cửa sổ chấp nhận được, cân bằng sự ổn định của hệ thống. Trong khi đĩ, phương pháp điều khiển cơng suất phân tán DPC cũng dùng thơng tin về tỷ số tín hiệu trên nhiễu giao thoa SIR nhưng mức ngưỡng SIR(i) được điều chỉnh cho phù hợp với từng đường truyền vơ tuyến để đạt được chất lượng đường truyền tốt nhất. Do đĩ DPC cĩ khả năng đạt được mức SIR yêu cầu và hệ thống hoạt động ổn định hơn các phương pháp điều khiển cơng suất truyền thống. Tuy nhiên DPC cần nhiều thời gian hơn để tối thiểu hố mức SIR. Mỗi phương pháp đều cĩ những ưu và nhược điểm riêng, tuy nhiên cả hai phương pháp đều điều chỉnh cơng suất truyền hiệu quả hơn các phương pháp điều khiển cơng suất truyền thống. Do đĩ cả hai phương pháp này hi vọng sẽ là cơ sở để nghiên cứu nhằm điều khiển cơng suất cho một số hệ thống thơng tin di động thế hệ ba hiện nay.
CHƯƠNG 4
KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG
4.1 Giới thiệu chương
Sau khi nghiên cứu hai mơ hình điều khiển cơng suất DSSPC và DPC trong chương này sẽ đi vào tính tốn một số cụ thể và mơ phỏng kết quả của hai phương pháp điều khiển cơng suất.
4.2 Quỹ đường truyền vơ tuyến tham khảo cho hệ thống UMTS
quỹ đường truyền được sử dụng để tính tốn vùng phủ và chất lượng cho trạm gốc và trạm di động. Các thành phần này bao gồm cả hệ số truyền lan để tính tốn tổn hao đường truyền và các thơng số hệ thống (cơng suất phát, hệ số tạp âm máy thu, hệ số khuếch đại an ten, độ rộng băng tần máy thu, độ lợi xử lý và nhiễu giao thoa). Các tổn hao khác như : lổi điều khiển cơng suất, truy nhập tồn nhà và nhiễu từ các nguồn khác.
Máy phát MS
Hệ số khuếch đại anten phát của MS (dB) 2
Tổn hao cáp thu và bộ lọc máy thu MS (dBm) -3
Cơng suất bức xạ ERP của MS (dBm) 21
Máy thu trạm gốc
Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18
Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Suy hao đường truyền cho phép đối với vùng phủ của ơ (dB) -141,9
Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -7,3
Tổn hao cáp và bộ lọc máy phát BS (dBm) -2
Hệ số tích cực thoại 67%
Hệ số tái sử dụng tần số 0,65
Độ rộng băng tần (MHz ) 5
Máy phát MS
Hệ số khuếch đại anten phát của MS (dB) 2
Tổn hao cáp thu và bộ lọc máy thu MS (dBm) -3
Cơng suất bức xạ ERP của MS (dBm) 26
Máy thu trạm gốc
Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18
Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 5
Suy hao đường truyền cho phép đối với vùng phủ của ơ (dB) -133,8
Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -4,2
Tổn hao cáp và bộ lọc máy phát BS (dBm) -2
Hệ số tích cực thoại 100%
Hệ số tái sử dụng tần số 0,65
Độ rộng băng tần (MHz ) 5
Máy phát MS
Hệ số khuếch đại anten phát của MS (dB) 2
Tổn hao cáp thu và bộ lọc máy thu MS (dBm) -3
Cơng suất bức xạ ERP của MS (dBm) 18
Máy thu trạm gốc
Hệ số khuếch đại anten trạm gốc BS (dB) 18
Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 5
Suy hao đường truyền cho phép đối với vùng phủ của ơ (dB) -139,9
Suy hao pha đinh log chuẩn (dB) -7,3
Tổn hao cáp và bộ lọc máy phát BS (dBm) -2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ số tích cực thoại 100%
Bảng 4.2 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực 144 Kbps
Hệ số tái sử dụng tần số 0,65
Độ rộng băng tần (MHz ) 5
4.3.3 Phương pháp tính tốn cụ thể
Dựa vào quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực 144 Kbps (bảng 4.2) ta tính được cụ thể tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR nhưng các mức điều chỉnh cơng suất truyền của hai phương pháp điều khiển cơng suất được thực hiện trong chương trình mơ phỏng.
• Khuếch đại cơng suất di động
Pma = Pme - Lm - Gm
= 26 - (- 3) - 2 = 27 (dBm)
• Cơng suất thu ở BS trên người sử dụng
Pr = Pme + Lp + Al + Gt + Lt
= 26 - 133,8 - 4,2 + 18 - 2 = -96 (dBm)
• Tải lưu lượng
- Lưu lượng của 1 thuê bao : 0,025 3600
1.90 3600
n.T
A= = = (Erl)
Thời gian trung bình của 1 cuộc gọi là T = 90 (s)
- Lưu lượng của 45 thuê bao/1cell = 45. 0,025 = 1,125 (Erl) Cấp bậc phục vụ GoS = 2%. Sử dụng bảng Erlang B (phụ lục) ta xác định được số kênh Nt = 4.
• Mật độ cơng suất của các MS khác ở BTS phục vụ
Iutr = Pr + 10 lg(Nt - 1) + 10 lgCa – 10 lgBw
= -96 + 10 lg(4- 1) + 10 lg(0,6) – 10 lg3840000
= -159,29 (dBm/Hz)
• Mật độ nhiễu giao thoa từ các trạm di động ở các BTS khác
Ictr = Iutr + 10. lg(1/ fr -1 ) = -159,29 + 10. lg(1/ 0,65 -1 )
• Mật độ nhiễu giao thoa từ các MS khác tại BS đang phục vụ và từ các BS khác Itr = 10 lg (10 0,1. Iutr + 10 0,1. Ictr ) = 10 lg (10 0,1. (-159,29) + 10 0,1 . (-161,98) ) = -157,42 (dBm/Hz) • Mật độ tạp âm nhiệt N0 = 10 lg (290 * 1,38 . 10 -23) + Nf + 30 = 10 lg (290 * 1,38 . 10 -23) + 5 + 30 = -168,98 (dBm/Hz)
• Mật độ phổ cơng suất nhiễu
I0 = 10 lg ( 10 0,1. Itr + 10 0,1. N0 ) = 10 lg ( 10 0,1.(-157,42) + 10 0,1.(-168,98)) = -157,13 (dBm/Hz) • Hệ số trải phổ t R 3,84 10lg SF = hay 14,25 144 3840 10lg R 3,84 10lg SF t = = = (dB)
• Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR
w o r .B I P SF SIR= hay SIR = SF (dB) + Pr (dB) – Io – 10. lg(Bw) = 14,25 - 96 - (-157,13) – 10. lg(3840000) = 9,53 (dB) 4.4.Kết quả mơ phỏng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Form kết quả tính tốn
Nhận xét: Điều khiển cơng suất là một vấn đề rất quan trọng đem lại lợi thế to lớn cho hệ thống thơng tin di động trong việc nâng cao dung lượng, chất lượng của hệ thống và hạn chế can nhiễu mà khơng địi hỏi nâng cấp cơng nghệ.
Kỹ thuật điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC dựa trên tham số tỷ số tín hiệu trên nhiễu giao thoa SIR để điều khiển cơng suất truyền bằng cách dùng khái niệm ngưỡng nhiều mức. Tốc độ điều chỉnh cơng suất cũng rất nhanh. Do đĩ phương pháp này cĩ khả năng chi phối linh hoạt sự thay đổi fading của tín hiệu truyền hơn các phương pháp truyền thống.
Kỹ thuật điều khiển cơng suất phân tán DPC khơng yêu cầu thơng tin trạng thái tập trung tất cả các kênh riêng lẻ. Thay vào đĩ, nĩ cĩ thể thích nghi các mức cơng suất nhờ sử dụng các phép đo vơ tuyến cục bộ, chú ý tới thay đổi chất lượng dịch vụ đồng thời giải quyết hiệu ứng tồn tại trong hệ thống tế bào. Tuy nhiên, phương pháp này khơng xét đến sự liên quan giữa các kết nối mới cho QoS của các kết nối hiện hữu và cần nhiều thời gian hơn để tối ưu hố mức SIR.
Trong chương này đã tính tốn cụ thể tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR, các mức cơng suất điều chỉnh và kết quả được thể hiện qua chương trình mơ phỏng. Tuy nhiên trong thực tế tính tốn điều khiển cơng suất phải tính đến sự ảnh hưởng của
các tham số khác nên hai phương pháp điều khiển này hy vọng sẽ là cơ sở nghiên cứu nhằm điều khiển cơng suất cho một số hệ thống thơng tin di động hiện nay. Ngồi ra các tham số mơ phỏng chỉ là các tham số chọn lọc từ các bài báo nghiên cứu nên các kết quả tính chưa chính xác với thực tế.
4.5. Kết luận chương
Dựa vào các thơng số được chọn lọc kỹ từ các tài liệu, chương này đã tính tốn cụ thể được tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR, cơng suất trước khi điều khiển và cơng suất điều chỉnh tối ưu của hai thuật tốn điều khiển cơng suất DSSPC và DPC. Các kết quả đĩ được biểu diễn dưới dạng đồ thị thể hiện khả năng điều chỉnh cơng suất truyền của hai phương pháp là khác nhau. Từ đĩ thấy được khả năng tối ưu và độ ổn định của cả hai phương pháp điều khiển cơng suất so với các phương pháp điều khiển cơng suất truyền thống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thơng tin di động”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 02-2003
[2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Bài giảng thơng tin di động bổ túc kỹ thuật”, Tổng cơng ty Bưu Chính Viễn Thơng – Học viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 10 – 2004
[3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thơng tin di động thế hệ 3 “, Tập 1, Nhà xuất bản Bưu Điện, 12-2001
[4] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thơng tin di động thế hệ 3 “, Tập 2, Nhà xuất bản Bưu Điện, 12-2001
[5] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “cdmaOne và cdma2000”, Tập 1, Nhà xuất bản Bưu Điện, 07 -2003
[6] TS Trần Hồng Quân, PGS. TS Nguyễn Bính Lân, KS Lê Xuân Cơng, KS Phạm Hồng Kỳ, “Thơng tin di động”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[7] Clint Smith, P.E, Daniel Collins,”3G Wireless Network”, McGraw – Hill
[8] ”The ATM & CDMA techology”, LGIC, LG Information & Communications, Ltd, 1996
[9] TS Nguyễn Minh Dân, KS Nguyễn Huy Quân, TS Chu Ngọc Anh, Bài báo “Xác định vị trí trạm gốc trong hệ thống thơng tin di động thế hệ 3 UMTS”
[10] Nguyễn Ngơ Hồng,Bài báo “Mối quan hệ và sự khác biệt giữa UMTS và
WCDMA”, Tạp chí bưu chính viễn thơng kỳ 1, 8 – 2003
[11] KS Nguyễn Thanh Hải, Bài báo “Điều khiển cơng suất và quản lý tài nguyên
vơ tuyến đối với hệ thống thơng tin vơ tuyến CDMA đa phương tiện”
[12] Ngơ Hán Chiêu, Trần Quý, Ngơ Duy Tân, Bài báo “Điều khiển cơng suất trong thơng tin di động DS/CDMA”
[13] KS Lê Xuân Dũng, Bài báo “Một thuật tốn điều khiển cơng suất cho hệ thống tế bào CDMA”
[14] KS Trần Thiện Chinh, Bài báo“Hệ thống thơng tin di động thế hệ thứ 4”
[15] Siamak Naghian, Matti Rintamaki, Ramin Baghaie, “Dynamic Step-size Power Control in UMTS”
[16] Ling Lv, Shihua Zhu, Yonggang Wang, “A Distributed Power Control Algorithm for Wideband CDMA Cellular Mobile Systems”, Department of Information & Communication Engineering Xi’an’Jiaotong.
[17] Edoardo Amaldi, Antonio Capone, Member, IEEE, and Federico Malucelli, “Planning UMTS Base Station Location : Otimization Models With Power Control and Algorithms”
[18] Yue Chen,”Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Networks”, Department of Electronic Engineering Queen Mary, University of London, September 2003
[19] Prof. A. Svensson, “Analysic of the Soft Handover Procedure in Downlink Direction in UMTS WCDMA Systems”, Chalmers University of Technology Department of Signals and Systems SE-412 96 Goteborg, Sweden, October 24, 2002. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[20] Prof. Riku Jantti, “Wideband Code Division Multiple Access Systems 2 cr” [21] “WCDMA network planning”
[22] Syed Salmanul Haq Hashmi, “Application of Mobile Controllied Media on UMTS Networks”, Information and Media Technology Techical University Hamburg-Hardurg, Alcatel SEL, Stuttgart, 21 th August 2003
[23] Lecture 3 “Inroduction to WCDMA “
[24] Dejan M. Novakovic and Miroslav L. Dukic, Belgrade, Yugoslavia, Faculity of Electrical Engineering, “Evolution of the Power Control Techniques for DS-CDMA toward 3G Wireless Communication Systems”, IEEE Communication Surveys
Một số Website tham khảo :
[25]http://www.uwasa.fi/~riku/opetus/wcdma.htm
[26] http://www.comsoc.org/pubs/surveys
Bảng tra cứu tải lưu lượng hệ thống tính theo Erlang mơ hình B
N : Kênh điều khiển
Kênh Cấp phục vụ N 0.002 0.005 0.008 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.050 0.100 1 0.002 0.005 0.008 0.010 0.015 0.020 0.026 0.031 0.053 0.111 2 0.065 0.105 0.135 0.153 0.190 0.222 0.254 0.282 0.381 0.595 3 0.249 0.349 0.418 0.455 0.535 0.602 0.661 0.715 0.899 1.271 4 0.535 0.701 0.810 0.869 0.992 1.092 1.180 1.259 1.525 2.045 5 0.900 1.132 1.281 1.361 1.524 1.657 1.772 1.875 2.218 2.881 6 1.325 1.622 1.809 1.909 2.112 2.276 2.417 2.543 2.960 3.758 7 1.798 2.157 2.382 2.501 2.742 2.935 3.102 3.250 3.738 4.666 8 2.311 2.730 2.990 3.128 3.405 3.627 3.817 3.987 4.543 5.597 9 2.855 3.333 3.627 3.783 4.095 4.345 4.558 4.748 5.370 6.546 10 3.427 3.961 4.289 4.461 4.807 5.084 5.320 5.529 6.216 7.511 11 4.022 4.610 4.971 5.160 5.539 5.842 6.099 6.328 7.076 8.487 12 4.637 5.279 5.671 5.876 6.287 6.615 6.894 7.141 7.950 9.474 13 5.270 5.964 6.386 6.607 7.049 7.402 7.701 7.967 8.835 10.470 14 5.919 6.663 7.115 7.352 7.824 8.200 8.520 8.803 9.730 11.473 15 6.582 7.376 7.857 8.108 8.610 9.010 9.349 9.650 10.633 12.484 16 7.258 8.100 8.609 8.875 9.406 9.828 10.188 10.505 11.544 13.500 17 7.946 8.834 9.371 9.652 10.211 10.656 11.034 11.368 12.461 14.522 18 8.644 9.578 10.143 10.437 11.024 11.491 11.888 12.238 13.385 15.548 19 9.351 10.331 10.922 12.230 11.845 12.339 12.748 13.115 14.315 16.579 20 10.068 11.092 11.709 12.031 12.672 13.182 13.615 13.997 15.249 17.613 21 10.793 11.860 12.503 12.838 13.506 14.036 14.487 14.885 16.189 18.651 22 11.525 12.635 13.303 13.651 14.345 14.896 15.364 15.778 17.132 19.692 23 12.265 13.416 14.110 14.470 15.190 15.761 16.246 16.675 18.080 20.737 24 13.011 14.204 14.922 15.295 16.040 16.631 17.133 17.577 19.031 21.784 25 13.763 14.997 15.739 16.125 16.894 17.505 18.024 18.483 19.985 22.833 26 14.522 15.795 16.561 16.959 17.753 18.383 18.918 19.392 20.943 23.885 27 15.285 16.598 17.387 17.797 18.616 19.265 19.817 20.305 21.904 24.939 28 16.054 17.406 18.218 18.640 19.482 20.150 20.719 21.221 22.867 25.995 29 16.828 18.218 19.053 19.487 20.352 21.039 21.623 22.140 23.833 27.053 30 17.606 19.034 19.891 20.337 21.226 21.932 22.531 23.062 24.802 28.113 31 18.389 19.854 20.734 21.193 22.103 22.827 23.442 23.987 25.773 29.174 32 19.176 20.678 21.580 22.048 22.983 23.725 24.356 24.914 26.746 30.237 33 19.966 21.505 22.429 22.909 23.866 24.626 25.272 25.844 27.721 31.301 34 20.761 22.336 23.281 23.772 24.751 25.529 26.191 26.776 28.698 32.367 35 21.559 23.169 24.136 24.638 25.640 26.435 27.112 27.711 29.677 33.434