ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG UMTS
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG UMTS
MỤC LỤC
Lời cảm ơn….………………………………………………………………………..i
Lời cam đoan ……...………………………………………………………………..ii
Từ viết tắt …………………………………………………………………………..vi
Lời giới thiệu ..……………………………………………………………………....x
Chương1:Tổng Quan Về Hệ Thống UMTS.....………………………………….. 1
1.1 Giới thiệu chương…………………………………………………………………. 1
1.2 Hệ thống thông tin di động IMT-2000. 1
1.3 Công nghệ WCDMA.. 1
1.4 Hệ thống UMTS. 3
1.4.1 Tổng quan. 3
1.4.2 Dịch vụ UMTS. 4
1.4.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống UMTS. 5
1.4.4 Mạng lõi (CN). 7
1.4.5 UTRAN.. 9
1.4.5.1 RNC.. 9
1.4.5.2 Node B.. 10
1.4.5.3 UE.. 10
1.5 Chuyển giao. 10
1.5.1 Chuyển giao cứng (Hard Handover). 11
1.5.2 Chuyển giao mềm (Soft Handover). 12
1.5.3 Chuyển giao mềm hơn (Softer Handover). 13
1.6 Kết luận. 14
Chương 2: Điều Khiển Công Suất Trong Hệ Thống UMTS 15
2.1 Giới thiệu chương. 15
2.2 Mục đích của điều khiển công suất và hiện tượng gần xa. 15
2.2.1 Mục đích. 15
2.2.2 Hiện tượng gần xa. 15
2.3 Điều khiển công suất vòng hở (Open-loop). 16
2.3.1 Điều khiển công suất vòng hở đường lên. 16
2.3.2 Điều khiển công suất vòng hở hướng xuống. 19
2.4 Điều khiển công suất vòng kín. 19
2.4.1 Điều khiển công suất vòng ngoài (Outer Loop). 20
2.4.1.1 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên. 20
2.4.1.2 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống. 21
2.4.2 Điều khiển công suất vòng trong (Innner-loop). 22
2.4.2.1 Điều khiển công suất vòng trong đường lên. 22
2.4.2.2 Điều khiển công suất vòng trong đường xuống. 25
2.4.3 Sự trôi công suất đường xuống. 25
2.5 Kết luận. 27
Chương 3: Các Thuật Toán Điều Khiển Công Suất Trong UMTS 28
3.1 Giới thiệu chương. 28
3.2 Kênh truyền ở đường uplink và downlink. 28
3.2.1 Kênh truyền ở downlink. 28
3.2.2 Kênh truyền ở uplink. 28
3.3 Tổng quan. 29
3.4 Các đặc điểm của kênh truyền vô tuyến. 30
3.4.1 Pathloss. 31
3.4.2 Shadowing. 31
3.4.3 Multipath fading. 31
3.5 Mô hình hệ thống WCDMA.. 32
3.6 Kỹ thuật điều khiển công suất DSSPC.. 32
3.6.1 Các đặc điểm của kỹ thuật DSSPC.. 32
3.6.2 Thuật toán của DSSPC.. 33
3.6.3 Lưu đồ thuật toán DSSPC.. 35
3.7 Kỹ thuật điều khiển công suất thích nghi New ASPC.. 36
3.7.1 Giới thiệu. 36
3.7.2 Các đặc điểm của kỹ thuật36
3.7.3 Sơ đồ khối37
3.7.4 Thuật toán. 37
3.8 RMS (Root Mean Square). 38
3.9 Một số công thức tính toán trong viễn thông. 38
3.9.1 Tải lưu Lượng. 38
3.9.2 Gos. 39
3.9.3 Hiệu suất sử dụng kênh. 40
3.9.4 Các công thức tính toán. 40
3.10 Kết luận. 42
Chương 4: Tính Toán Và Mô Phỏng Kết Quả 43
4.1 Giới thiệu chương. 43
4.2 Bảng các tham số tính toán quỹ đường truyền. 43
4.3 Phương pháp tính toán cụ thể cho dịch vụ 384 kbps. 45
4.4 Chương trình mô phỏng …………………………………………………………...47
4.5 Kết luận…….……………………………………………………………….50
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
PHỤ LỤC 53
Tóm Tắt Nội Dung
Đề tài: Điều Khiển Công Suất Trong Hệ Thống UMTS
- Giới thiệu
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS sử dụng kỹ thuật đa truy cập CDMA, trong đó tất cả các user sẽ dùng chung một băng tần ở cùng một thời điểm và được phân biệt với nhau bằng các code. Chính vì dùng chung băng tần nên vấn đề nhiễu là một trong những yếu tố chính làm giảm dung lượng hệ thống.
Điều khiển công suất là một trong những cơ chế quan trọng nhất của hệ thống sử dụng công nghệ CDMA, vì vậy nó đã được nghiên cứu từ nhiều thập kỷ trước. Mục đích của điều khiển công suất là duy trì chất lượng dịch vụ cho kênh truyền ở mức QoS chấp nhận được với một công suất phát tối thiểu nhất. Điều khiển công suất trong UMTS đều có ở hướng Up Link và Down Link. Ở hướng Up Link mục đích của điều khiển công suất là để giảm ảnh hưởng của hiện gần-xa, giảm nhiễu qua đó làm tăng số người sử dụng đồng thời trong một cell. Còn ở Down Link thì điều khiển công suất dùng để giảm ảnh hưởng nhiễu cho các cell lân cận. Trong đồ án này ta chỉ tập trung nghiên cứu về vấn đề điều khiển công suất hướng UL ở điều khiển công suất nhanh Inner loop.
- Phân loại điều khiển công suất trong UMTS
Điều khiển công suất trong UMTS được phân thành 2 loại:
- Điều khiển công suất vòng hở (Open Loop): dựa vào việc tính toán suy hao đường truyền giữa UL và DL điều khiển công suất vòng hở ước lượng công suất phát ban đầu cho UE. Điều khiển công suất vòng hở cho rằng suy hao ở UL và DL là như nhau, vì vậy mà không chính xác. Do đó điều khiển công suất vòng hở chỉ được dùng để thiết lập công suất ban đầu khi UE bắt đầu truy cập vào mạng.
- Điều khiển công suất vòng kín (Closed Loop): được dùng để duy trì chất lượng của cuộc gọi ở mức QoS đạt yêu cầu. Gồm 2 loại:
- Outer Loop: đây là vòng điều khiển công suất giữa node B và RNC. Vòng này được dùng để thiết lập giá trị SIRtarget cho Inner Loop hoạt động với nguyên tắc như sau: dựa vào các bản tin đo được từ node B, RNC sẽ ước tính giá trị BER và so sánh nó với giá trị target. Nếu BER ước lượng > BERtarget thì yêu cầu node B tăng SIRtarget và ngược lại. Tốc độ outer loop từ 10-100 Hz.
- Inner Loop: còn được gọi là điều khiển công suất nhanh vì tốc độ của nó là 1500 Hz. Sau khi nhận được giá trị SIRtarget được thiết lập ở vòng Outer loop thì node B và UE lúc này sẽ bắt đầu quá trình điều khiển công suất của mình. Ở đường UL thì node B dựa vào giá trị SIR đo được trên kênh DPCCH từ UE và so sánh với giá trị SIRtarget. Theo thuật toán thứ 1 của 3GPP thì: nếu SIR đo được > SIRtarget thì lệnh TPC=0 yêu cầu UE giảm công suất phát, còn ngược lại thì lệnh TPC=1 yêu cầu UE tăng công suất phát của mình lên. Giá trị tăng giảm thường là 1dB. Còn ở DL thì UE sẽ là người điều khiển node B tăng hoặc giảm công suất phát.
- Thuật toán điều khiển công suất DSSPC và ASPC cho Inner loop
3GPP đã đưa ra 2 thuật toán điều khiển công suất của mình cho vòng Inner Loop là PCA1 và PCA2. Trong đó PCA1 thường được áp dụng chủ yếu. Thuật toán này chỉ dựa vào 1 mức ngưỡng SIR để so sánh và đưa ra các lệnh TPC, vì vậy mà giá trị công suất phát luôn luôn dao động mà ít có khả năng hội tụ.
3.1 Thuật toán DSSPC
Để khắc phục kỹ thuật bước động DSSPC sẽ sử dụng nhiều mức ngưỡng SIR khác nhau và sử dụng kích thước bước thay đổi tùy thuộc vào từng điều kiện môi trường truyền sóng. Trong suốt mỗi chu kỳ điều khiển công suất, node B sẽ so sánh giá trị SIR nhận được với giá trị đích để đưa ra lệnh điều khiển công suất TPC. Nếu SIR ở trong điều kiện thấp hơn nhiều so với đích thì một kích thước bước lớn sẽ được dùng để điều chỉnh công suất phát nhằm duy trì QoS đạt yêu cầu. Mặt khác một kích thước bước nhỏ hơn sẽ được dùng nếu SIR nhận được đã gần đạt đến mức đích. Giá trị cập nhật công suất ở khe thời gian thứ (n+1) được xác định bởi:
và :
Trong đó DSS là kích thước bước động được xác định dựa vào giá trị khởi tạo ban đầu , thành phần động và một giá trị nguyên t là lệnh điều khiển công suất PCC có giá trị “+1” hoặc “-1” để tăng hoặc giảm công suất. PCC được xác định như sau:
Trong đồ án này ta chỉ nghiên cứu về giả thiết chỉ thiết lập 5 giá trị ngưỡng SIR là:
, . Với các giá trị ngưỡng này thì node B sẽ xác định giá trị bằng việc tra bảng sau:
|
So sánh giá trị SIR nhận được |
t |
|
0 |
X |
|
K1 |
-1 |
|
K2 |
-1 |
|
K1 |
1 |
|
K2 |
1 |
Sau khi xác định được và t thì node B sẽ phát xuống cho UE và UE sẽ thực hiện việc điều chỉnh công suất phát của mình.
3.2 Thuật toán ASPC
Còn thuật toán ASPC sẽ dựa vào việc kết hợp các lệnh TPC ở thời điểm hiện tại và trước đó để đưa ra việc điều chỉnh công suất phát của mình. Nguyên tắc của thuật toán:
Công suất phát ở máy di động được cập nhật theo công thức sau:
Trong đó AF là hệ số thích nghi của user thứ ở thời điểm t, và là lệnh điều khiển công suất của user thứ u được xác định giống như thuật toán DSSPC. Giá trị AF sẽ được cập nhật theo công thức sau:
Trong đó lần lượt là kích thước bước nhỏ nhất và lớn nhất. là hệ số động của user thứ u ở thời điểm t.
Giá trị DF được tính toán dựa vào 2 lệnh TPC gần nhất theo công thức:
Thuật toán mới này cho hiệu suất cao hơn so với các thuật toán của 3GPP, đặc biệt khi SIR đã gần đạt đến giá trị SIR đích và chỉ có một vài sự dao động xung quanh giá trị đích này.
- Kết quả mô phỏng
Hình 4.1: Kết quả mô phỏng
Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn SIR
Nhận xét:
Thông qua chương trình mô phỏng với việc tính toán các giá trị độ lệch so với giá trị SIRtarget, công suất phát trung bình của UE, và thời gian mà mỗi thuật toán thực hiện ta nhận xét rằng:
- Khi thời gian của mô phỏng càng dài thì các thuật toán DSSPC và ASPC cho kết quả tốt hơn 3GPP, mặc dù chênh lệch thời gian giữa các thuật toán là không lớn lắm.
- Xét về mặt nghiên cứu thì các thuật toán DSSPC và ASPC tốt hơn 3GPP. Nhưng đây cũng mới chỉ là những nghiên cứu, mô phỏng và kết quả chưa được kiểm chứng trong thực tế. Vì vậy hiện nay hầu hết các nhà sản xuất thiết bị viễn thông đều áp dụng các thuật toán chuẩn của 3GPP vào các sản phẩm của họ vì nó đã được kiểm chứng thực tế ở những môi trường khác nhau. Dù không tốt bằng 2 thuật kia, xong với tốc độ 1500 Hz thì thuật toán của 3GPP vẫn đảm bảo được các yêu cầu đề ra.
..................
CÁC TỪ VIẾT TẮT
3G Third Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
3GPP Third Generation Patnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3
A
AC Admission Cotrol Điều khiển cho phép
AICH Acquistion Indication Channel Kênh chỉ thị bắt
B
BER Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi
BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã
CN Core Network Mạng lõi
D
DCH Delicated Channel Kênh riêng
DL Down Link Hướng xuống
DS-CDMA Direct Sequence Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã
Multiple Access chuổi trực tiếp
DSSPC dynamic step-size power control Điều khiển công suất theo bước động
DPCCH Delicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý
DPDCH Delicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng
E
ETSI European Telecommunications Học viện viễn thông
Standard Institute Châu Âu
F
FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống
FDD Fequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số
FDMA Frequency Division Đa truy cập phân chia theo Multiple Access tần số
G
GGSN Gateway GPRS Support Node Node dịch vụ GPRS
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến
GoS Grade of Service Cấp độ phục vụ
GSM Global System of Mobile Hệ thống thông tin di động Communication toàn cầu
H
HC Handover Control Điều khiển chuyển giao
HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú
I
IMT-2000 International Mobile Tiêu chuẩn viễn thông di Telecommunication động toàn cầu 2000
ITU International Telecomunication Liên minh viễn thông quốc tế Union
L
LC Load Control Điều khiển tải
M
ME Mobile Equipment Thiết bị nhận dạng thuê bao
MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di dộng
O
OFDM Orthogonal Frequency Division Đa phân chia theo tần
Multiple số trực giao
P
PC Power Control Điều khiển công suất
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý
Q
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
R
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN Random Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RNC Radio Network Controler Bộ điều khiển mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RRM Radio Resouce Management Quản lí tài nguyên vô tuyến tuyến
S
SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ chuyển mạch gói
SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SF Spreading Fator Hệ số trải phổ
SHO Soft Hand Over Chuyển giao mềm
T
TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian
TPC Transmit Power Command Lệnh công suất phát
U
UE User Equipment Thiết bị người sử dụng
UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di Telecommunication System động toàn cầu
USIM UMTS Subscriber Indentity Module nhận dạng thuê bao Module UMTS
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
V
VLR Vistor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú
W
WCDMA Wideband Code Division Đa truy cập phân chia
Multiple Access theo mã băng rộng
LỜI GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển của các nghành công nghệ như điện tử, tin học... Công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển mạnh mẽ, cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ
Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về số lượng lẫn chất lượng dịch vụ đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện công nghệ băng rộng đã ra đời. Với khả năng tích hợp nhiều dịch vụ, công nghệ băng rộng đã dần chiếm lĩnh thị trường viễn thông. Có nhiều chuẩn thông tin di động thế hệ ba được đề xuất, trong đó chuẩn WCDMA đã được ITU chấp nhận và hiện nay đang được triển khai ở một số khu vực. Hệ thống sử dụng công nghệ CDMA đang là mục tiêu hướng tới của các hệ thống thông tin di động trên toàn thế giới, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ truyền thông không dây trên toàn cầu.
Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động là một trong những khâu quan trọng nhất của hệ thống sử dụng công nghệ CDMA, nó hạn chế được ảnh hưởng của hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, dung lượng của hệ thống và khả năng chống lại fading vốn là đặc trưng của môi trường di động. Điều khiển công suất cho các hệ thống vô tuyến tế bào đã được nghiên cứu tương đối chi tiết trong một số công trình.
Với tầm quan trọng như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: “Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS” để tìm hiểu. Đồ án gồm 4 chương với nội dung chính trong từng chương như sau :
Chương 1: “Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS” sẽ giới thiệu tổng quan các vấn đề cơ bản về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến
UMTS, sơ lược về những dịch vụ và ứng dụng trong hệ thống này trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba.
Chương 2: “Các kỹ thuật điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS” sẽ trình bày về ý nghĩa và phân loại các kỹ thuật điều khiển công suất. Từ đó đi sâu vào phân tích các kỹ thuật điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS.
Chương 3: Nghiên cứu 2 thuật toán điều khiển công suất cho hệ thống UMTS là: điều khiển công suất bước động DSSPC và điều khiển công suất thích nghi ASPC.
Chương 4: “Kết quả tính toán và mô phỏng” dựa trên quỹ đường truyền để tính toán các thông số của hai phương pháp điều khiển công suất. Đồ án đã đưa ra phương thức tính toán cụ thể để điều khiển công suất đường lên đồng thời kết quả được thể hiện thông qua chương trình mô phỏng sử dụng ngôn ngữ lập trình C#.
Trong thời gian làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên đồ án có thể sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự phê bình, các ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đở tận tình của thầy Nguyễn Duy Nhật Viễn cùng các thầy cô và bạn bè trong khoa để em có thể hoàn thành đề tài này.
Chương 1
Tổng Quan Về Hệ Thống UMTS
1.1 Giới thiệu chương
Chương này sẽ giới thiệu sơ lược về công nghệ WCDMA, các dịch vụ mà 3G mang lại và sẽ đi sâu hơn vào việc phân tích hệ thống UMTS : cấu trúc, các thành phần trong mạng. Qua đây chúng ta sẽ có được cái nhìn sơ lược về hệ thống UMTS. Cuối cùng sẽ giới thiệu về các loại chuyển giao trong hệ thống UMTS.
1.2 Hệ thống thông tin di động IMT-2000
Giữa thập niên 1980, ITU khai sinh hệ thống truyền thông di động 3G. Sau hơn 10 năm phát triển, vào năm 2000 ITU đã đưa ra một tiêu chuẩn duy nhất cho các mạng di động tương lai gọi là IMT-2000. Phổ tần từ 400MHz đến 3GHz phù hợp cho hệ thống viễn thông 3G.
IMT-2000 cung cấp hạ tầng kỹ thuật cho các dịch vụ gia tăng và các ứng dụng trên một chuẩn duy nhất cho mạng thông tin di động. Dự kiến, nền tảng này cung cấp các dịch vụ từ cố định, di động, thoại, dữ liệu, Internet đến các dịch vụ đa phương tiện. Điều quan trọng hơn là nó cung cấp dịch vụ chuyển vùng toàn cầu, cho phép người dùng có thể di chuyển đến bất kỳ quốc gia nào cũng có thể sử dụng với một số điện thoại duy nhất.
IMT-2000 hổ trợ các tốc độ bit Rb tương ứng với từng vùng như sau :
+ Vùng 1 : trong nhà (pico cell) , Rb = 2048 Kbps
+ Vùng 2 : thành phố (micro cell) , Rb = 384 Kbps
+ Vùng 3 : ngoại ô (macro cell) , Rb = 144 Kbps
+ Vùng 4 : toàn cầu , Rb = 9,6 Kbps
1.3 Công nghệ WCDMA
Theo tiêu chuẩn của IMT-2000 cho 3G thì hiện nay có 2 công nghệ chủ yếu được dùng cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 là WCDMA và CDMA2000. Trong đó WCDMA sẽ là con đường mà các mạng GSM phải tiến đến trong tiến trình phát triển lên mạng di động thế hệ thứ 3. Công nghệ WCDMA sẽ tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng GSM để phát triển, vì vậy nó sẽ tiết kiệm được chi phí cho các nhà đầu tư.
Các đặc điểm của công nghệ WCDMA:
+ WCDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ phân chia theo mã trực tiếp DS-CDMA. Tức là các bits thông tin của người dùng sẽ được trải phổ trên một băng rộng bằng cách nhân bits dữ liệu với chuỗi bits ngẫu nhiên tốc độ cao quasi (gọi là tốc độ chips) lấy từ mã trải phổ CDMA. Vì vậy mà WCDMA có thể hổ trợ tốc độ bits cao đến 2Mbps.
+ WCDMA sử dụng tốc độ chips 3.84Mcps cho các sóng mang có băng thông là 5Mhz. Còn DS-CDMA sử dụng sóng mang khoảng 1Mhz như IS-95 gọi là hệ thống CDMA băng hẹp.
+ WCDMA hổ trợ các tốc độ dữ liệu khác nhau và tốc độ dữ liệu của người dùng luôn không đổi trong một khung 10ms. Tuy nhiên giữa các người dùng khác nhau thì có thể thay đổi từ khung này đến khung khác.
+ WCDMA hổ trợ 2 chế độ truy cập: FDD và TDD. Ở chế độ FDD, thì các sóng mang 5Mhz khác nhau được sử dụng lần lượt cho các đường lên và đường xuống, trong khi đó TDD chỉ sử dụng một sóng mang 5Mhz và phân biệt ở các khe thời gian khác nhau cho đường lên và đường xuống.
+ WCDMA hổ trợ không đồng bộ giữa các trạm gốc, do đó không cần những khoảng thời gian đồng bộ giữa các trạm. Vì vậy việc phát triển các trạm ở khu vực trong nhà, thành phố sẽ dể dàng hơn.
+ WCDMA sử dụng kết hợp tách sóng ở đường lên và đường xuống dựa vào việc sử dụng các biểu tượng hoa tiêu.
+ Hệ thống WCDMA sử dụng các máy thu Rake để làm giảm suy hao do nhiễu đa đường.
+ Giao diện vô tuyến của WCDMA được chế tạo như là một cách để cải tiến hệ thống CDMA, như hổ trợ khả năng tách sóng của nhiều người dùng, sử dụng anten thông minh để làm tăng dung lượng và vùng phủ sóng của hệ thống.
+ WCDMA được thiết kế để phát triển cùng với GSM. Vì vậy, chuyển giao giữa GSM và WCDMA được hổ trợ để có thể tận dụng vùng phủ sóng đã có của GSM mà phát triển WCDMA.
+ Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1
+ Tốc độ điều khiển công suất trong WCDMA là 1500Hz lớn hơn trong CDMA2000 là 800, vì vậy tối ưu hơn trong việc giảm nhiễu.
Với việc sử dụng những kỹ thuật tiên tiến trong triệt nhiễu, cùng với tốc độ truy cập cao hệ thống thông tin di động thứ 3 hứa hẹn sẽ mang lại cho người sử dụng những ứng dụng đa phương tiện: thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình, truyền hình theo nhu cầu ... và nhiều dịch vụ khác.
1.4 Hệ thống UMTS
1.4.1 Tổng quan
UMTS là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 của Châu Âu sử dụng kỹ thuật trải phổ WCDMA. Năm 1998, châu Âu và Nhật đạt được sự nhất trí về những tham số chủ chốt của khuyến nghị CDMA băng rộng và đưa nó trở thành phương án kỹ thuật dùng giao diện không gian FDD trong hệ thống UMTS. Và từ đó phương án kỹ thuật này được gọi là WCDMA để nêu rõ sự khác biệt với tiêu chuẩn CDMA băng hẹp của Mỹ (băng rộng chỉ có 1,25 MHz).
UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP. UMTS đôi khi còn được gọi là 3GSM, để chỉ sự kết hợp về bản chất công nghệ 3G của UMTS và chuẩn GSM truyền thống.
Hình 1.1: Phổ tần số của hệ thống UMTS
v1920-1980 Mhz và 2110-2170 Mhz là các phổ tần dành cho đường uplink và downlink trong các ứng dụng FDD.
v1900-1920 Mhz và 2010-2025 Mhz là các phổ tần dành cho đường uplink và downlink trong các ứng dụng TDD.
v1980-2010 Mhz và 2170-2200 Mhz là các phổ tần dành cho đường uplink và downlink cho vệ tinh.
1.4.2 Dịch vụ UMTS
UMTS cung cấp 3 loại dịch vụ viễn thông cơ bản:
vBearer services: là dịch vụ viễn thông cho phép truyền thông tin giữa người sử dụng và mạng.
vTeleservices: là các dịch vụ từ xa như thoại, SMS.
vSupplementary services: các dịch vụ mở rộng như hiển thị tên người gọi, chuyển hướng cuộc gọi ...
Hình 4.2: Form nhập liệu và tính toán
Hình 4.3: Form kết quả
Hình 4.4: Form đồ thị biểu diễn SIR
Hình 4.5: Form đồ thị biểu diễn Pt
Nhận xét:
Qua quá trình mô phỏng giữa 3 thuật toán ta nhận thấy rằng: thuật toán DSSPC và ASPC với khả năng xử lý tối ưu hơn đã cho kết quả SIR đạt được gần với giá trị SIRtarget nhất trong khi giá trị thời gian thực hiện lại không chênh lệch lớn lắm so với thuật toán của 3GPP.
4.3 Kết luận
Trong chương này chúng ta đã đi mô phỏng và thấy được những ưu điểm mà 2 thuật toán mới đem lại so với thuật toán của 3GPP. Tuy nhiên đây cũng chỉ mới là những mô phỏng dựa vào các số liệu tham khảo và để các thuật toán này triển khai được vào thực tế thì còn rất nhiều vấn đề. Còn thuật toán của 3GPP đã được kiểm chứng ở các môi trường khác nhau, vì vậy hiện nay đa phần các nhà sản xuất thiết bị viễn thông đều tích hợp các thuật toán của 3GPP vào trong các sản phẩm của mình.
Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài
Kết luận:
Điều khiển công suất là một cơ chế cực kỳ quan trọng trong hệ thống UMTS. Trong đồ án này đã tập trung tìm hiểu, trình bày tương đối chi tiết về điều khiển công suất trong hệ thống UMTS. Trong đó đi sâu vào phân tích 2 thuật toán mới được áp dụng để điều khiển công suất vòng trong, đó là: DSSPC và ASPC. Thông qua chương trình mô phỏng, ta nhận thấy rằng 2 thuật toán mới đem lại hiệu quả cao hơn so với thuật toán của 3GPP. Tuy nhiên đây cũng chỉ mới là những nghiên cứu trên các paper và kết quả chỉ mới dừng lại ở mức mô phỏng mà chưa kiểm nghiệm được vào thực tế. Với lại 3G hiện nay đang ngày càng trở nên phổ biến vì thế thuật toán chuẩn của 3GPP đã được tích hợp vào hầu hết các thiết bị viễn thông và xu thế của viễn thông là phát triển lên 4G. Vì vậy rất khó để các thuật toán này được áp dụng vào thực tế. Tuy nhiên trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp thì đây cũng là những vấn đề cần nghiên cứu và phát triển về sau.
Hướng phát triển của đề tài:
Do thời gian còn hạn hẹp nên trong nội dung đồ án này, ta chỉ mới xét mô phỏng quá trình điều khiển công suất đường UL ở inner loop mà chưa xét đến quá trình thiết lập giá trị SIRtarget ở vòng outer loop. Ngoài ra ta cũng chưa xét đến vấn đề phát sinh lỗi ở các lệnh điều khiển công suất TPC. Nếu có thể xem xét được ở tất cả các khía cạnh này thì đồ án sẽ tối ưu hơn.
Hi vọng ở những đồ án sau sẽ dựa vào kết quả của đồ án này và nghiên cứu bổ sung những thuật toán điều khiển công suất ở outer loop, từ đó ta sẽ có một vòng điều khiển công suất kín hoàn chỉnh. Làm được những điều đó thì đồ án của chúng ta sẽ hoàn thiện hơn và ta cũng sẽ hiểu sâu hơn về bản chất của điều khiển công suất trong hệ thống UMTS.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thông tin di động”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 02- 2003
[2] Heikki Kaaranen, Ari Ahtiainen, Lauri Laitinen, “UMTS Networks, Architecture, Mobility and Service”, Jonh Wiley & Son, Ltd, 2001
[3] Chris Braithwaite and Mike Scott, “UMTS Network Planning and Development”, Elsevier, 2004
[4] Harri Holma and Antti Toskala, “WCDMA FOR UMTS – HSPA EVOLUTION AND LTE, Fourth Edition”, Jonh Wiley & Son, Ltd, 2007
[5] Rudolf Tanner and Jason Woodard, “WCDMA – Requirements and Practical Design”, Jonh Wiley & Son, Ltd, 2004
[6] Javier Sanchez Mamadou Thioune, “UMTS”, ISTE Ltd, 2007
[7] Savo G. Glisic, “Adaptive WCDMA Theory and Practice”, Jonh Wiley & Son, Ltd, 2003
[8] Jaana Laiho and Achim Wacker, “Radio Network Planning and Optimisation for UMTS Second Edition”, Jonh Wiley & Son, Ltd, 2006
[9] Siamäk Naghian 1, Matti Rintamäki 2, Ramin Baghaie, Nokia Networks, P.O. Box 301, FIN-00045 Nokia Group, Finland, siamak.naghian@nokia.com, “DYNAMIC STEP-SIZE POWER CONTROL IN UMTS”
[10] Gang Luo and Lian Zhao,Department of Electrical and Computer Engineering
Ryerson University, Toronto, ON, Canada, M5B 2K3, “A Novel Dynamic Stepsize Power Control Algorithm for UMTS W-CDMA Systems”, 2006
[11] Rachod Patachaianand, Kumbesan Sandrasegaran, Institute of Information and Communication Technologies and Faculty of Engineering University of Technology Sydney, “A New Adaptive Power Control Algorithm for UMTS”
Website tham khảo:
http://www.umts.com
http://www.3gpp.com
http://www.vntelecom.org
