Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA, điều khiển công suất và chuyển giao
LỜI MỞ ĐẦU
Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là
một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm các thiết bị
đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ
sóng. Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng
lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế
giới, các nhà cung dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động
đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa
dạng, chất lượng dịch vụ cao. 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là cái đích
trước mắt mà thế giới đang hướng tới.
Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát
triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động. Kết quả là một sản
phẩm được gọi là Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000). IMT-2000 không
chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất cứ
lúc nào. Để được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp các mạng mặt đất
và/hay vệ tinh. Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ
các mạng cố định và di động, quản lý di động (chuyển vùng), các chức năng đa
phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng..
Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được xây dựng theo tiêu chuẩn
GSM, IS-95, PDC, IS-38 phát triển rất nhanh vào những năm 1990. Trong hơn một
tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng
công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc
TDMA. Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát
triển trong khi TDMA và FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng. Con đường GSM sẽ
tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ là cdma2000.
Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát
triển với tốc độ tương đối nhanh. Cùng với hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn
nhất là Vinaphone và Mobifone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel), S-fone và
1
mới nhất là Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội và Viễn Thông Điện Lực tham gia
vào thị trường di động chắc hẳn sẽ tạo ra một sự cạnh tranh lớn giữa các nhà cung
cấp dịch vụ, đem lại một sự lựa chọn phong phú cho người sử dụng. Vì vậy, các nhà
cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không chỉ sử dụng các biện pháp cạnh tranh về
giá cả mà còn phải nỗ lực tăng cường số lượng dịch vụ và nâng cao chất lượng dịch
vụ để chiếm lĩnh thị phần trong nước . Điều đó có nghĩa rằng hướng tới 3G không
phải là một tương lai xa ở Việt Nam. Trong số các nhà cung cấp dịch vụ di động ở
Việt Nam, ngoài hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là Vinaphone và
Mobifone, còn có Vietel đang áp dụng công nghệ GSM và cung cấp dịch vụ di động
cho phần lớn thuê bao di động ở Việt Nam. Vì vậy khi tiến lên 3G, chắc chắn hướng
áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di
động thế hệ 3 phải được xem xét nghiên cứu.
Chương 1: Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống
WCDMA.
Chương 2 : Điều khiển công suất.
Chương 3 : Chuyển giao.
.
2
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG QUẢN LÝ TÀI
NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG
WCDMA.
1.1. Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến
Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) trong mạng di động 3G có nhiệm vụ cải
thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến. Các mục đích của công việc quản lý tài
nguyên vô tuyến RRM có thể tóm tắt như sau :
• Đảm bảo QoS cho các dịch vụ khác nhau.
• Duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định.
• Tối ưu dung lượng hệ thống.
Trong các mạng 3G, việc phân bố tài nguyên và định cỡ quá tải của mạng
không còn khả thi nữa do các nhu cầu không đoán trước và các yêu cầu khác nhau
của các dịch vụ khác nhau. Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần : Đặt cấu hình
và đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến.
• Việc đặt cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tài
nguyên một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đang đưa đến hệ thống để cho mạng
không bị quá tải và duy trì tính ổn định. Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiện trong
mạng 3G vì sự di chuyển của người sử dụng.
• Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trong phạm
vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện. Chức năng này có nhiệm vụ
đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanh chóng và có
thể điều khiển được.
1.2. Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM.
Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến có thể chia thành các chức năng : Điều khiển
công suất, chuyển giao, điều khiển thu nhận, điều khiển tải và lập lịch cho gói tin.
Hình 3-1 chỉ ra các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong phạm vi của
một mạng WCDMA.
3
Hình 1- Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA
1.2.1. Điều khiển công suất.
Điều khiển công suất là một công việc quan trọng trong tất cả các hệ thống di
động vì vần để tuổi thọ của pin và các lý do an toàn, nhưng trong các hệ thống
CDMA, điều khiển công suất là cần thiết bởi vì đặc điểm giới hạn nhiễu của CDMA.
Trong các hệ thống GSM, chỉ áp dụng điều khiển công suất chậm (tần số xấp xỉ
2Hz). Trong IS-95, điều khiển công suất nhanh với tần số 800
hz được hỗ trợ ở đường lên, nhưng trên đường xuống, một vòng điều khiển công suất
tương đối chậm (xấp xỉ 50Hz) điều khiển công suất truyền. Trong WCDMA, điều
khiển công suất nhanh với tần số 1,5KHz được sử dụng trên cả đường lên và đường
xuống. Điều khiển công suất nhanh khép kín là một vấn đề quan trọng của hệ thống
WCDMA.
1.2.2. Điều khiển chuyển giao.
Chuyển giao là một phần quan trọng của hệ thống thông ti di động tế bào. Sự di
chuyển gây ra sự biến đổi chất lượng liên kết và các mức nhiễu trong các hệ thống tế
bào, yêu cầu khi một người sử công cụ thể thay đổi trạm gốc phục vụ nó. Sự thay đổi
này được gọi là chuyển giao.
1.2.3. Điều khiển thu nạp.
Nếu tải giao diện vô tuyến được cho phép tăng lên một cách liên tục, vùng phủ
sóng của cell bị giảm đi dưới giá trị đã hoạch định (gọi là “cell breathing”), và QoS
của các kết nối đang tồn tại không thể đảm bảo. Nguyên nhân của hiệu ứng “cell
breathing” là vì đặc điểm giới hạn nhiễu của các hệ thống CDMA. Vì thế, trước khi
thu nhận một kết nối mới, điều khiển thu nạp cần kiểm tra xem việc nhận kết nối mới
sẽ không ảnh hưởng đến vùng phủ sóng hay QoS của các kết nối đang hoạt động.
Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yêu cầu thiết lập một bộ mang truy nhập vô
4
tuyến trong mạng truy nhập vô tuyến. Chức năng điều khiển thu nạp được đặt trong bộ
điều khiển mạng vô tuyến RNC, nơi mà lưu giữ thông tin vể tải của một số cell.
Thuật toán điều khiển thu nạp tính toán việc tải tăng lên mà do sự thiết lập thêm
vật mang sẽ gây ra trong mạng truy nhập vô tuyến. Việc tính toán tải được áp dụng
cho cả đường lên và đường xuống. Bộ mang yêu cầu có thể được chấp nhận chỉ khi
điều khiển thu nạp trong cả 2 chiều chấp nhận, nếu không thì nó bị từ chối bởi vì
nhiễu quá mức có thể tăng thêm trong mạng.
Nhìn chung các chiến lược điều khiển thu nạp có thể chia thành hai loại: chiến
lược điểu khiển thu nạp dựa vào công suất băng rộng và chiến lược điều khiển thu nạp
dựa vào thông lượng.
Người sử dụng mới không được chấp nhận nếu mức nhiễu tổng thể mới tạo ra
cao hơn giá trị mức ngưỡng I
threshold
:
+ Từ chối : I
total-old
+ ∆ I > I
threshold
(1.1)
+ Chấp nhận : I
total-old
+ ∆ I < I
threshold
Giá trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lên lớn nhất và có thể được thiết
lập bởi việc quy hoạch mạng vô tuyến.
Hình 1-2 Đường cong tải
Trong chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng, người sử dụng mới
không được thu nhận truy nhập vào mạng vô tuyến nếu toàn bộ tải mới gây ra cao hơn
giá trị ngưỡng:
+Từ chối : η
total-old
+ ∆ I > η
threshold
+Chấp nhận : η
total-old
+ ∆ I < η
threshold
(1.2)
5
Chú ý rằng việc điều khiển thu nạp được áp dụng một cách tách biệt trên cả
đường lên và đường xuống, và ở mỗi hướng có thể sử dụng các chiến lược điều khiển
thu nạp khác nhau.
1.2.4. Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn).
Một công cụ quan trọng của chức năng quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến là
đảm bảo cho hệ thống không bị quá tải và duy trì tính ổn định. Nếu hệ thống được quy
hoạch một cách hợp lý, và công việc điều khiển thu nạp hoạt động tốt, các tình huống
quá tải sẽ bị loại trừ. Tuy nhiên, trong mạng di động, sự quá tải ở một nơi nào đó là
không thể tránh khỏi vì các tài nguyên vô tuyến được ấn định trước trong mạng. Khi
quá tải được xử lý bởi điều khiển tải, hay còn gọi là điều khiển nghẽn, hoạt động điều
khiển này sẽ trả lại cho hệ thống tải mục tiêu, được vạch ra trong quá trình quy hoạch
mạng một cách nhanh chóng và có khả năng điều khiển được. Các hoạt động điều
khiển tải để làm giảm hay cân bằng tải được liệt kê như sau:
• Từ chối các lệnh công suất tới trên đường xuống nhận từ MS.
• Giảm chỉ tiêu E
b
/I
0
đường lên sử dụng bởi điều khiển công suất nhanh đường lên.
• Thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm để phục vụ nhiều người sử dụng hơn.
• Chuyển giao tới sóng mang WCDMA khác (mạng UMTS khác hay mạng GSM).
• Giảm thông lượng của lưu lượng dữ liệu gói (các dữ liệu phi thời gian thực).
• Ngắt các cuộc gọi trên một đường điều khiển.
Hai hoạt động đầu tiên là các hoạt động nhanh được thực hiện bên trong BS. Các
hoạt động này có thể diễn ra trong một khe thời gian, nghĩa là với một tần số 1,5KHz,
cung cấp một quyền ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau. Hoạt động thứ 3 thay đổi kích
cỡ của miền chuyển giao mềm có một lợi ích đặc biệt đối với mạng giới hạn đường
xuống.
Các phương pháp điều khiển tải khác thì chậm hơn. Chuyển giao bên trong băng
tần và chuyển giao bên trong hệ thống có thể khắc phục được hiện tượng quá tải bằng
cách cân bằng tải. Hoạt động cuối cùng là ngắt các người sử dụng dịch vụ thời gian
thực (như là thoại hay dữ liệu chuyển mạch kênh) để giảm tải. Hoạt động này chỉ
được sử dụng chỉ khi tải của toàn bộ mạng vẫn rất lớn thậm chí sau khi các hoạt động
điều khiển tải khác vừa có tác dụng để giảm quá tải. Giao diện vô tuyến WCDMA và
yêu cầu tăng của lưu lượng phi thời gian thực trong mạng 3G đem lại nhiều sự lựa
chọn các hoạt động khả thi để điều khiển tình huống quá tải, và vì thế nhu cầu cắt
những người sử dụng dịch vụ thời gian thực để giảm quá tải rất hiếm xảy ra.
6
CHƯƠNG 2 : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
2.1. Giới thiệu chung
Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đường lên và
đường xuống. Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau :
• Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên.
• Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu.
• Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động.
Hình 2-1 chỉ ra hiệu ứng gần-xa trên đường lên. Tín hiệu từ các MS khác nhau
được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thống WCDMA.
Không có điều khiển công suất, tín hiệu đến từ MS gần với BS nhất có thể chặn các
tín hiệu từ các MS khác cách xa BS hơn. Trong tình huống xấu nhất, một MS có công
suất quá lớn có thể chặn toàn bộ một cell. Giải pháp là phải áp dụng điều khiển công
suất để đảm bảo rằng các tín hiệu đến từ các đầu cuối khác nhau có cùng công suất
hay có cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khi chúng đến BS.
Hình 2-1 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên)
Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần-xa do mô hình một-tới-nhiều. Điều
khiển công suất có nhiệm vụ bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc
biệt là nhiễu gần biên giới của của các cell này (được chỉ ra trong hình 2-2 ). Hơn thế
nữa, điều khiển công suất trên đường xuống có nhiệm vụ làm giảm thiểu toàn bộ
nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu.
7
Hình 2-2 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống)
Trong hình 2-2, MS2 phải chịu nhiều nhiễu bên trong cell hơn MS1. Vì thế để
đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho cho các
kênh đường xuống giữa BS và MS2.
Có 3 kiểu điều khiển công suất trong các hệ thống WCDMA : Điều khiển công
suất vòng mở, điều khiển công suất vòng kín, và điều khiển công suất vòng bên ngoài.
2.1.1. Điều khiển công suất vòng mở (Open-loop power control)
Điều khiển công suất vòng mở được sử dụng trong UMTS FDD cho việc thiết
lập năng lượng ban đầu cho MS. Trạm di động sẽ tính toán suy hao đường truyền giữa
các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận sử dụng mạch điều
khiển độ tăng ích tự động (AGC). Tuỳ theo sự tính toán suy hao đường truyền này,
trạm di động có thể quyết định công suất phát đường lên của nó. Điều khiển công suất
vòng mở có ảnh hưởng trong hệ thống TDD bởi vì đường lên và đường xuống là
tương hỗ, nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các hệ thống FDD bởi vì các kênh
đường lên và đường xuống hoạt động trên các băng tần khác nhau và hiện tượng
Phadinh Rayleigh trên đường lên và đường xuống độc lập nhau. Vậy điều khiển công
suất vòng mở chỉ có thể bù một cách đại khái suy hao do khoảng cách. Đó là lý do tại
sao điều khiển công suất vòng mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng
ban đầu trong hệ thống FDD.
2.1.2. Điều khiển công suất vòng kín.
Điều khiển công suất vòng khép kín, được gọi là điều khiển công suất nhanh
trong các hệ thống WCDMA, có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của MS (đường
lên), hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại phadinh của các kênh
vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR được thiết lập bởi vòng bên
ngoài. Chẳng hạn như trên đường lên, trạm gốc so sánh SIR nhận được từ MS với SIR
mục tiêu trong mỗi khe thời gian (0,666ms). Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiêu, BS
sẽ truyền một lệnh TPC “0” đến MS thông qua kênh điều khiển riêng đường xuống.
Nếu SIR nhận được thấp hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “1” đến MS. Bởi
8
vì tần số của điều khiển công suất vòng kín rất nhanh nên có thể bù được phadinh
nhanh và cả phadinh chậm.
2.1.3. Điều khiển công suất vòng bên ngoài
Điều khiển công suất vòng bên ngoài cần thiết để giữ chất lượng truyền thông tại
các mức yêu cầu bằng cách thiết lập mục tiêu cho điều khiển công suất vòng kín
nhanh. Mục đích của nó là cung cấp chất lượng yêu cầu. Tần số của điều khiển công
suất vòng bên ngoài thường là 10-100Hz.
Điều khiển công suất vòng bên ngoài so sánh chất lượng nhận được với chất
lượng yêu cầu. Thông thường, chất lượng được định nghĩa là tỷ lỗi bit mục tiêu xác
định (BER) hay Tỷ số lỗi khung (FER). Mối quan hệ giữa SIR mục tiêu và mục tiêu
chất lượng tuỳ từng trường hợp vào tốc độ di động và hiện trạng đa đường. Nếu chất lượng nhận
tốt hơn, có nghĩa là mục tiêu SIR đủ cao để đảm bảo QoS yêu cầu. Để giảm thiểu
khoảng trống, mục tiêu SIR sẽ phải giảm. Tuy nhiên, nếu chất lượng nhận xấu hơn
chất lượng yêu cầu, mục tiêu SIR phải tăng lên để đảm bảo QoS yêu cầu.
2.2. Điều khiển công suất nhanh
2.2.1. Độ lợi của điều khiển công suất nhanh
Điều khiển công suất nhanh trong WCDMA đem lại nhiều lợi ích cho hệ thống.
Chẳng hạn đối với dịch vụ mô phỏng có tốc độ 8kbps với BLER=1% và ghép xen
10ms. Sự mô phỏng được tạo ra trong trường hợp có hay không có điều khiển công
suất nhanh với bước công suất là 1dB. Điều khiển công suất chậm có nghĩa là công
suất trung bình được giữ tại mức mong muốn và điều khiển công suất chậm hoàn toàn
có thể bù cho ảnh hưởng của suy hao đường truyền và suy hao do các vật chắn, trong
khi đó điều khiển công suất nhanh có thể bù được cho phadinh nhanh. Phân tập thu
hai nhánh được sử dụng trong Nút B. ITU Vehicular A là một kênh 5 nhánh trong
WCDMA, và ITU Pedestrian A là một kênh 2 nhánh trong đó nhánh thứ hai rất yếu.
Tỷ số E
b
/N
0
, và công suất truyền trung bình yêu cầu trong trường hợp không có và có
điều khiển công suất nhanh được trình bày trong Bảng 2-1 và Bảng 2-2
Bảng 2-1 Giá trị E
b
/N
0
yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh
Điều khiển
công suất chậm
Điều khiển công suất
nhanh tần số 1.5KHz
Độ lợi của điều khiển
công suất nhanh
ITU PedestrianA 3km/h 11.3dB 5.5Db 5.8dB
ITU Vehicular A 3km/h 8.5dB 6.7dB 1.8dB
ITU VehicularA 50km/h 7.3dB 6.8dB 0.5dB
Bảng 2- Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công
suất nhanh
9
Điều khiển
công suất chậm
Điều khiển công suất
nhanh tần số 1.5KHz
Độ lợi của điều khiển
công suất nhanh
ITU PedestrianA 3km/h 11.3dB 7.7dB 3.6dB
ITU Vehicular A 3km/h 8.5dB 7.5dB 1.0dB
ITU VehicularA 50km/h 7.6dB 6.8dB 0.8dB
Trong 2 bảng trên ta thấy rõ độ lợi mà điều khiển công suất nhanh đem lại như sau:
• Độ lợi của các UE tốc độ thấp lớn hơn các UE tốc độ cao.
• Độ lợi theo tỷ số E
b
/I
0
yêu cầu lớn hơn độ lợi công suất truyền dẫn.
2.2.2. Phân tập và điều khiển công suất.
Hình 2-3 Công suất phát và thu trong 2 nhánh (công suất khoảng hở trung bình 0dB,- 10dB)
Kênh phadinh Rayleigh tại 3km/h
Tầm quan trọng của phân tập sẽ được phân tích cùng với điều khiển công suất
nhanh. Với các UE tốc độ thấp, điều khiển công suất nhanh có thể bù đựơc phadinh
của kênh và giữ cho mức công suất thu không đổi. Các nguyên nhân chính của các lỗi
trong công suất thu là do việc tính toán SIR không chính xác, các lỗi báo hiệu và trễ
trong vòng điều khiển công suất. Việc bù phadinh gây ra suy giảm công suất truyền
dẫn.Trong Hình 2-3 là trường hợp có ít phân tập. S ự biến đổi công suất phát trong
trường hợp hình 2-3 cao hơn trong trường hợp 2-4 do sự khác nhau về số lượng phân
tập. Các trường hợp phân tập như: phân tập đa đường, phân tập anten thu, phân tập
anten phát hay phân tập vĩ mô.
Với sự phân tập ít hơn thì sự biến động lớn hơn trong công suất phát, nhưng công
suất phát trung bình cũng cao hơn. Mức tăng công suất là được định nghĩa là tỷ số
giữa công suất truyền dẫn trung bình trên kênh phadinh và trên kênh không có
phadinh khi mức công suất thu giống nhau trên cả 2 kênh có phadinh và không có
phadinh. Mức tăng công suất được mô tả trong hình 2-5
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA, điều khiển công suất và chuyển giao
LỜI MỞ ĐẦU
Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là
một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm các thiết bị
đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ
sóng. Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng
lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế
giới, các nhà cung dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động
đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa
dạng, chất lượng dịch vụ cao. 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là cái đích
trước mắt mà thế giới đang hướng tới.
Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát
triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động. Kết quả là một sản
phẩm được gọi là Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000). IMT-2000 không
chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất cứ
lúc nào. Để được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp các mạng mặt đất
và/hay vệ tinh. Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ
các mạng cố định và di động, quản lý di động (chuyển vùng), các chức năng đa
phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng..
Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được xây dựng theo tiêu chuẩn
GSM, IS-95, PDC, IS-38 phát triển rất nhanh vào những năm 1990. Trong hơn một
tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng
công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc
TDMA. Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát
triển trong khi TDMA và FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng. Con đường GSM sẽ
tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ là cdma2000.
Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát
triển với tốc độ tương đối nhanh. Cùng với hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn
nhất là Vinaphone và Mobifone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel), S-fone và
1
mới nhất là Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội và Viễn Thông Điện Lực tham gia
vào thị trường di động chắc hẳn sẽ tạo ra một sự cạnh tranh lớn giữa các nhà cung
cấp dịch vụ, đem lại một sự lựa chọn phong phú cho người sử dụng. Vì vậy, các nhà
cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không chỉ sử dụng các biện pháp cạnh tranh về
giá cả mà còn phải nỗ lực tăng cường số lượng dịch vụ và nâng cao chất lượng dịch
vụ để chiếm lĩnh thị phần trong nước . Điều đó có nghĩa rằng hướng tới 3G không
phải là một tương lai xa ở Việt Nam. Trong số các nhà cung cấp dịch vụ di động ở
Việt Nam, ngoài hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là Vinaphone và
Mobifone, còn có Vietel đang áp dụng công nghệ GSM và cung cấp dịch vụ di động
cho phần lớn thuê bao di động ở Việt Nam. Vì vậy khi tiến lên 3G, chắc chắn hướng
áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di
động thế hệ 3 phải được xem xét nghiên cứu.
Chương 1: Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống
WCDMA.
Chương 2 : Điều khiển công suất.
Chương 3 : Chuyển giao.
.
2
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG QUẢN LÝ TÀI
NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG
WCDMA.
1.1. Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến
Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) trong mạng di động 3G có nhiệm vụ cải
thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến. Các mục đích của công việc quản lý tài
nguyên vô tuyến RRM có thể tóm tắt như sau :
• Đảm bảo QoS cho các dịch vụ khác nhau.
• Duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định.
• Tối ưu dung lượng hệ thống.
Trong các mạng 3G, việc phân bố tài nguyên và định cỡ quá tải của mạng
không còn khả thi nữa do các nhu cầu không đoán trước và các yêu cầu khác nhau
của các dịch vụ khác nhau. Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần : Đặt cấu hình
và đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến.
• Việc đặt cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tài
nguyên một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đang đưa đến hệ thống để cho mạng
không bị quá tải và duy trì tính ổn định. Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiện trong
mạng 3G vì sự di chuyển của người sử dụng.
• Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trong phạm
vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện. Chức năng này có nhiệm vụ
đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanh chóng và có
thể điều khiển được.
1.2. Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM.
Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến có thể chia thành các chức năng : Điều khiển
công suất, chuyển giao, điều khiển thu nhận, điều khiển tải và lập lịch cho gói tin.
Hình 3-1 chỉ ra các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong phạm vi của
một mạng WCDMA.
3
Hình 1- Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA
1.2.1. Điều khiển công suất.
Điều khiển công suất là một công việc quan trọng trong tất cả các hệ thống di
động vì vần để tuổi thọ của pin và các lý do an toàn, nhưng trong các hệ thống
CDMA, điều khiển công suất là cần thiết bởi vì đặc điểm giới hạn nhiễu của CDMA.
Trong các hệ thống GSM, chỉ áp dụng điều khiển công suất chậm (tần số xấp xỉ
2Hz). Trong IS-95, điều khiển công suất nhanh với tần số 800
hz được hỗ trợ ở đường lên, nhưng trên đường xuống, một vòng điều khiển công suất
tương đối chậm (xấp xỉ 50Hz) điều khiển công suất truyền. Trong WCDMA, điều
khiển công suất nhanh với tần số 1,5KHz được sử dụng trên cả đường lên và đường
xuống. Điều khiển công suất nhanh khép kín là một vấn đề quan trọng của hệ thống
WCDMA.
1.2.2. Điều khiển chuyển giao.
Chuyển giao là một phần quan trọng của hệ thống thông ti di động tế bào. Sự di
chuyển gây ra sự biến đổi chất lượng liên kết và các mức nhiễu trong các hệ thống tế
bào, yêu cầu khi một người sử công cụ thể thay đổi trạm gốc phục vụ nó. Sự thay đổi
này được gọi là chuyển giao.
1.2.3. Điều khiển thu nạp.
Nếu tải giao diện vô tuyến được cho phép tăng lên một cách liên tục, vùng phủ
sóng của cell bị giảm đi dưới giá trị đã hoạch định (gọi là “cell breathing”), và QoS
của các kết nối đang tồn tại không thể đảm bảo. Nguyên nhân của hiệu ứng “cell
breathing” là vì đặc điểm giới hạn nhiễu của các hệ thống CDMA. Vì thế, trước khi
thu nhận một kết nối mới, điều khiển thu nạp cần kiểm tra xem việc nhận kết nối mới
sẽ không ảnh hưởng đến vùng phủ sóng hay QoS của các kết nối đang hoạt động.
Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yêu cầu thiết lập một bộ mang truy nhập vô
4
tuyến trong mạng truy nhập vô tuyến. Chức năng điều khiển thu nạp được đặt trong bộ
điều khiển mạng vô tuyến RNC, nơi mà lưu giữ thông tin vể tải của một số cell.
Thuật toán điều khiển thu nạp tính toán việc tải tăng lên mà do sự thiết lập thêm
vật mang sẽ gây ra trong mạng truy nhập vô tuyến. Việc tính toán tải được áp dụng
cho cả đường lên và đường xuống. Bộ mang yêu cầu có thể được chấp nhận chỉ khi
điều khiển thu nạp trong cả 2 chiều chấp nhận, nếu không thì nó bị từ chối bởi vì
nhiễu quá mức có thể tăng thêm trong mạng.
Nhìn chung các chiến lược điều khiển thu nạp có thể chia thành hai loại: chiến
lược điểu khiển thu nạp dựa vào công suất băng rộng và chiến lược điều khiển thu nạp
dựa vào thông lượng.
Người sử dụng mới không được chấp nhận nếu mức nhiễu tổng thể mới tạo ra
cao hơn giá trị mức ngưỡng I
threshold
:
+ Từ chối : I
total-old
+ ∆ I > I
threshold
(1.1)
+ Chấp nhận : I
total-old
+ ∆ I < I
threshold
Giá trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lên lớn nhất và có thể được thiết
lập bởi việc quy hoạch mạng vô tuyến.
Hình 1-2 Đường cong tải
Trong chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng, người sử dụng mới
không được thu nhận truy nhập vào mạng vô tuyến nếu toàn bộ tải mới gây ra cao hơn
giá trị ngưỡng:
+Từ chối : η
total-old
+ ∆ I > η
threshold
+Chấp nhận : η
total-old
+ ∆ I < η
threshold
(1.2)
5
Chú ý rằng việc điều khiển thu nạp được áp dụng một cách tách biệt trên cả
đường lên và đường xuống, và ở mỗi hướng có thể sử dụng các chiến lược điều khiển
thu nạp khác nhau.
1.2.4. Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn).
Một công cụ quan trọng của chức năng quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến là
đảm bảo cho hệ thống không bị quá tải và duy trì tính ổn định. Nếu hệ thống được quy
hoạch một cách hợp lý, và công việc điều khiển thu nạp hoạt động tốt, các tình huống
quá tải sẽ bị loại trừ. Tuy nhiên, trong mạng di động, sự quá tải ở một nơi nào đó là
không thể tránh khỏi vì các tài nguyên vô tuyến được ấn định trước trong mạng. Khi
quá tải được xử lý bởi điều khiển tải, hay còn gọi là điều khiển nghẽn, hoạt động điều
khiển này sẽ trả lại cho hệ thống tải mục tiêu, được vạch ra trong quá trình quy hoạch
mạng một cách nhanh chóng và có khả năng điều khiển được. Các hoạt động điều
khiển tải để làm giảm hay cân bằng tải được liệt kê như sau:
• Từ chối các lệnh công suất tới trên đường xuống nhận từ MS.
• Giảm chỉ tiêu E
b
/I
0
đường lên sử dụng bởi điều khiển công suất nhanh đường lên.
• Thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm để phục vụ nhiều người sử dụng hơn.
• Chuyển giao tới sóng mang WCDMA khác (mạng UMTS khác hay mạng GSM).
• Giảm thông lượng của lưu lượng dữ liệu gói (các dữ liệu phi thời gian thực).
• Ngắt các cuộc gọi trên một đường điều khiển.
Hai hoạt động đầu tiên là các hoạt động nhanh được thực hiện bên trong BS. Các
hoạt động này có thể diễn ra trong một khe thời gian, nghĩa là với một tần số 1,5KHz,
cung cấp một quyền ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau. Hoạt động thứ 3 thay đổi kích
cỡ của miền chuyển giao mềm có một lợi ích đặc biệt đối với mạng giới hạn đường
xuống.
Các phương pháp điều khiển tải khác thì chậm hơn. Chuyển giao bên trong băng
tần và chuyển giao bên trong hệ thống có thể khắc phục được hiện tượng quá tải bằng
cách cân bằng tải. Hoạt động cuối cùng là ngắt các người sử dụng dịch vụ thời gian
thực (như là thoại hay dữ liệu chuyển mạch kênh) để giảm tải. Hoạt động này chỉ
được sử dụng chỉ khi tải của toàn bộ mạng vẫn rất lớn thậm chí sau khi các hoạt động
điều khiển tải khác vừa có tác dụng để giảm quá tải. Giao diện vô tuyến WCDMA và
yêu cầu tăng của lưu lượng phi thời gian thực trong mạng 3G đem lại nhiều sự lựa
chọn các hoạt động khả thi để điều khiển tình huống quá tải, và vì thế nhu cầu cắt
những người sử dụng dịch vụ thời gian thực để giảm quá tải rất hiếm xảy ra.
6
CHƯƠNG 2 : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
2.1. Giới thiệu chung
Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đường lên và
đường xuống. Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau :
• Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên.
• Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu.
• Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động.
Hình 2-1 chỉ ra hiệu ứng gần-xa trên đường lên. Tín hiệu từ các MS khác nhau
được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thống WCDMA.
Không có điều khiển công suất, tín hiệu đến từ MS gần với BS nhất có thể chặn các
tín hiệu từ các MS khác cách xa BS hơn. Trong tình huống xấu nhất, một MS có công
suất quá lớn có thể chặn toàn bộ một cell. Giải pháp là phải áp dụng điều khiển công
suất để đảm bảo rằng các tín hiệu đến từ các đầu cuối khác nhau có cùng công suất
hay có cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khi chúng đến BS.
Hình 2-1 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên)
Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần-xa do mô hình một-tới-nhiều. Điều
khiển công suất có nhiệm vụ bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc
biệt là nhiễu gần biên giới của của các cell này (được chỉ ra trong hình 2-2 ). Hơn thế
nữa, điều khiển công suất trên đường xuống có nhiệm vụ làm giảm thiểu toàn bộ
nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu.
7
Hình 2-2 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống)
Trong hình 2-2, MS2 phải chịu nhiều nhiễu bên trong cell hơn MS1. Vì thế để
đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho cho các
kênh đường xuống giữa BS và MS2.
Có 3 kiểu điều khiển công suất trong các hệ thống WCDMA : Điều khiển công
suất vòng mở, điều khiển công suất vòng kín, và điều khiển công suất vòng bên ngoài.
2.1.1. Điều khiển công suất vòng mở (Open-loop power control)
Điều khiển công suất vòng mở được sử dụng trong UMTS FDD cho việc thiết
lập năng lượng ban đầu cho MS. Trạm di động sẽ tính toán suy hao đường truyền giữa
các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận sử dụng mạch điều
khiển độ tăng ích tự động (AGC). Tuỳ theo sự tính toán suy hao đường truyền này,
trạm di động có thể quyết định công suất phát đường lên của nó. Điều khiển công suất
vòng mở có ảnh hưởng trong hệ thống TDD bởi vì đường lên và đường xuống là
tương hỗ, nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các hệ thống FDD bởi vì các kênh
đường lên và đường xuống hoạt động trên các băng tần khác nhau và hiện tượng
Phadinh Rayleigh trên đường lên và đường xuống độc lập nhau. Vậy điều khiển công
suất vòng mở chỉ có thể bù một cách đại khái suy hao do khoảng cách. Đó là lý do tại
sao điều khiển công suất vòng mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng
ban đầu trong hệ thống FDD.
2.1.2. Điều khiển công suất vòng kín.
Điều khiển công suất vòng khép kín, được gọi là điều khiển công suất nhanh
trong các hệ thống WCDMA, có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của MS (đường
lên), hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại phadinh của các kênh
vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR được thiết lập bởi vòng bên
ngoài. Chẳng hạn như trên đường lên, trạm gốc so sánh SIR nhận được từ MS với SIR
mục tiêu trong mỗi khe thời gian (0,666ms). Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiêu, BS
sẽ truyền một lệnh TPC “0” đến MS thông qua kênh điều khiển riêng đường xuống.
Nếu SIR nhận được thấp hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “1” đến MS. Bởi
8
vì tần số của điều khiển công suất vòng kín rất nhanh nên có thể bù được phadinh
nhanh và cả phadinh chậm.
2.1.3. Điều khiển công suất vòng bên ngoài
Điều khiển công suất vòng bên ngoài cần thiết để giữ chất lượng truyền thông tại
các mức yêu cầu bằng cách thiết lập mục tiêu cho điều khiển công suất vòng kín
nhanh. Mục đích của nó là cung cấp chất lượng yêu cầu. Tần số của điều khiển công
suất vòng bên ngoài thường là 10-100Hz.
Điều khiển công suất vòng bên ngoài so sánh chất lượng nhận được với chất
lượng yêu cầu. Thông thường, chất lượng được định nghĩa là tỷ lỗi bit mục tiêu xác
định (BER) hay Tỷ số lỗi khung (FER). Mối quan hệ giữa SIR mục tiêu và mục tiêu
chất lượng tuỳ từng trường hợp vào tốc độ di động và hiện trạng đa đường. Nếu chất lượng nhận
tốt hơn, có nghĩa là mục tiêu SIR đủ cao để đảm bảo QoS yêu cầu. Để giảm thiểu
khoảng trống, mục tiêu SIR sẽ phải giảm. Tuy nhiên, nếu chất lượng nhận xấu hơn
chất lượng yêu cầu, mục tiêu SIR phải tăng lên để đảm bảo QoS yêu cầu.
2.2. Điều khiển công suất nhanh
2.2.1. Độ lợi của điều khiển công suất nhanh
Điều khiển công suất nhanh trong WCDMA đem lại nhiều lợi ích cho hệ thống.
Chẳng hạn đối với dịch vụ mô phỏng có tốc độ 8kbps với BLER=1% và ghép xen
10ms. Sự mô phỏng được tạo ra trong trường hợp có hay không có điều khiển công
suất nhanh với bước công suất là 1dB. Điều khiển công suất chậm có nghĩa là công
suất trung bình được giữ tại mức mong muốn và điều khiển công suất chậm hoàn toàn
có thể bù cho ảnh hưởng của suy hao đường truyền và suy hao do các vật chắn, trong
khi đó điều khiển công suất nhanh có thể bù được cho phadinh nhanh. Phân tập thu
hai nhánh được sử dụng trong Nút B. ITU Vehicular A là một kênh 5 nhánh trong
WCDMA, và ITU Pedestrian A là một kênh 2 nhánh trong đó nhánh thứ hai rất yếu.
Tỷ số E
b
/N
0
, và công suất truyền trung bình yêu cầu trong trường hợp không có và có
điều khiển công suất nhanh được trình bày trong Bảng 2-1 và Bảng 2-2
Bảng 2-1 Giá trị E
b
/N
0
yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh
Điều khiển
công suất chậm
Điều khiển công suất
nhanh tần số 1.5KHz
Độ lợi của điều khiển
công suất nhanh
ITU PedestrianA 3km/h 11.3dB 5.5Db 5.8dB
ITU Vehicular A 3km/h 8.5dB 6.7dB 1.8dB
ITU VehicularA 50km/h 7.3dB 6.8dB 0.5dB
Bảng 2- Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công
suất nhanh
9
Điều khiển
công suất chậm
Điều khiển công suất
nhanh tần số 1.5KHz
Độ lợi của điều khiển
công suất nhanh
ITU PedestrianA 3km/h 11.3dB 7.7dB 3.6dB
ITU Vehicular A 3km/h 8.5dB 7.5dB 1.0dB
ITU VehicularA 50km/h 7.6dB 6.8dB 0.8dB
Trong 2 bảng trên ta thấy rõ độ lợi mà điều khiển công suất nhanh đem lại như sau:
• Độ lợi của các UE tốc độ thấp lớn hơn các UE tốc độ cao.
• Độ lợi theo tỷ số E
b
/I
0
yêu cầu lớn hơn độ lợi công suất truyền dẫn.
2.2.2. Phân tập và điều khiển công suất.
Hình 2-3 Công suất phát và thu trong 2 nhánh (công suất khoảng hở trung bình 0dB,- 10dB)
Kênh phadinh Rayleigh tại 3km/h
Tầm quan trọng của phân tập sẽ được phân tích cùng với điều khiển công suất
nhanh. Với các UE tốc độ thấp, điều khiển công suất nhanh có thể bù đựơc phadinh
của kênh và giữ cho mức công suất thu không đổi. Các nguyên nhân chính của các lỗi
trong công suất thu là do việc tính toán SIR không chính xác, các lỗi báo hiệu và trễ
trong vòng điều khiển công suất. Việc bù phadinh gây ra suy giảm công suất truyền
dẫn.Trong Hình 2-3 là trường hợp có ít phân tập. S ự biến đổi công suất phát trong
trường hợp hình 2-3 cao hơn trong trường hợp 2-4 do sự khác nhau về số lượng phân
tập. Các trường hợp phân tập như: phân tập đa đường, phân tập anten thu, phân tập
anten phát hay phân tập vĩ mô.
Với sự phân tập ít hơn thì sự biến động lớn hơn trong công suất phát, nhưng công
suất phát trung bình cũng cao hơn. Mức tăng công suất là được định nghĩa là tỷ số
giữa công suất truyền dẫn trung bình trên kênh phadinh và trên kênh không có
phadinh khi mức công suất thu giống nhau trên cả 2 kênh có phadinh và không có
phadinh. Mức tăng công suất được mô tả trong hình 2-5
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: