Tài liệu Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 umts

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I...............................................................................................................1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 UMTS.........................................1 1.1. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG .........................................1 1.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 IMT-2000.............................2 1.3. CÔNG NGHỆ WCDMA....................................................................................3 1.4. HỆ THỐNG UMTS............................................................................................5 1.4.1. Tổng Quan...................................................................................................5 1.4.2. Mối quan hệ và sự khác nhau giữa WCDMA và UMTS.............................7 1.4.3. Dịch Vụ Của Hệ Thống UMTS...................................................................8 1.4.3.1 Lớp hội thoại........................................................................................10 1.4.3.2. Lớp luồng............................................................................................11 1.4.3.3. Lớp tương tác.....................................................................................11 1.4.3.4. Lớp cơ bản..........................................................................................11 1.4.4 Cấu trúc cell................................................................................................12 1.4.5. Cấu trúc của hệ thống UMTS....................................................................14 1.4.6. Mạng lõi CN (Core Network) ..................................................................16 1.4.7. Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network) .............................................................................................................18 1.4.7.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến..............................................................19 1.4.7.2. Nút B (trạm gốc).................................................................................20 1.4.8. Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment)...........................................20 1.5. TỔNG KẾT VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS.................................................................................................21 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG.....................................................................................24 CHƯƠNG II.......................................................................................................24 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG UMTS.................................................................................................24 2.1 MỤC TIÊU CỦA ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT..............................................24 2.2. PHÂN LOẠI ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT.....................................................26 2.2.1. Điều khiển công suất cho đường xuống và đường lên...............................27 2.2.2. Điều khiển công suất phân tán và tập trung...............................................27 2.2.3. Phân loại điều khiển công suất theo phương pháp đo................................28 2.2.4. Điều khiển công suất vòng hở, điều khiển công suất vòng kín..................28 2.3. MỘT SỐ THUẬT NGỮ LIÊN QUAN.............................................................29 2.3.2. Hiệu ứng đa đường, bộ thu RAKE.............................................................29 SV thực hiện Đặng Vũ Thái i GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 2.3.4. Kỹ thuật phân tập.......................................................................................32 2.3.5. Sự trôi công suất đường xuống..................................................................35 2.3.6. Độ tin cậy của các lệnh điều khiển công suất đường lên............................37 2.3.7. Cải thiện chất lượng báo hiệu điều khiển công suất...................................37 2.4. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT.............................38 2.5 ĐKCS VÒNG HỞ (Open-loop power control)..................................................41 2.5.1. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường lên.....................................42 2.5.2. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường xuống................................42 2.6. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHANH VÒNG KÍN........................................43 2.6.1. Các kỹ thuật điều khiển công suất vòng trong...........................................44 2.6.1.1. Điều khiển công suất vòng trong đường lên........................................45 2.6.1.2. Điều khiển công suất vòng trong đường xuống...................................47 2.6.2. Điều khiển công suất vòng ngoài...............................................................50 2.6.2.1. Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên.......................................50 2.6.2.2. Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống..................................52 2.7. SỰ KHÁC NHAU GIỮA ĐKCS TRONG GSM, CDMA & UMTS...............52 2.8. GIẢI PHÁP SMART ANTENA VỚI ĐKCS...................................................54 2.8.1. Giới thiệu...................................................................................................54 2.8.2. Hoạt động của anten thông minh...............................................................54 2.8.2.1. Công nghệ cũ......................................................................................54 2.8.2.2. Công nghệ anten thông minh..............................................................55 2.8.2.2.1. Anten thông minh........................................................................55 2.8.2.2.2. Hệ thống Smart Antena................................................................56 2.8.3. Cơ sở kỹ thuật xử lý tín hiệu trong hệ thống Smart Antena kết hợp điều khiển công suất....................................................................................................58 2.8.4. Ứng dụng của anten thông minh trong mạng 3G......................................60 2.8.5. Những lợi ích chính khi triển khai anten thông minh ................................61 2.8.6. Tổng kết công nghệ Smart Antena.........................................................61 2.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG....................................................................................61 CHƯƠNG III..........................................................................................................63 CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT...............................................63 3.1. GIỚI THIỆU.....................................................................................................63 3.2. THUẬT TOÁN ĐKCS VÒNG NGOÀI...........................................................63 3.3. PHƯƠNG PHÁP ĐKCS THEO BƯỚC ĐỘNG DSSPC (Dynamic Step-size Power Control) .......................................................................................................64 3.3.1. Độ dự trữ SIR nhiều mức...........................................................................64 3.3.2. Sự hoạt động của mạng..............................................................................65 3.3.3. Sự hoạt động của trạm di động .................................................................68 3.4. ĐKCS PHÂN TÁN DPC (Distributed Power Control)....................................71 3.4.1. Khái quát...................................................................................................71 3.4.2. Mô hình hệ thống ......................................................................................72 3.4.3. Thuật toán điều khiển công suất phân tán..................................................72 3.4. CÁC ĐẠI LƯỢNG DÙNG TRONG THUẬT TOÁN.....................................74 SV thực hiện Đặng Vũ Thái ii GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 3.6. MỘT SỐ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG THUẬT TOÁN.........................77 3.6.1. Nhiễu đồng kênh ( Co- chanel Interference ).............................................77 3.6.2. Nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference )............................78 3.6.3. Nhiễu kênh lân cận....................................................................................79 3.6.4. Tải lưu lượng.............................................................................................81 3.6.5. Cấp độ phục vụ (Grade of Service)...........................................................82 3.6.6. Hiệu quả sử dụng kênh.............................................................................83 3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG....................................................................................83 CHƯƠNG IV..........................................................................................................84 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT.....................................84 4.1. QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN THAM KHẢO CHO HỆ THỐNG UMTS ..................................................................................................................... 85 4.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỤ THỂ.........................................................86 4.3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG ...............................................88 4.4. ĐÁNH GIÁ MÔ PHỎNG................................................................................91 4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG ...................................................................................92 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI................................................93 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................94 SV thực hiện Đặng Vũ Thái iii GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt 1 3G 2 3 4 Từ đầy đủ Tiếng Việt Third Generation Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ ba 3 GPP Cellular Third AC AGC Patnership Project Admission Cotrol Điều khiển cho phép Authomatic Gain Mạch điều khiển độ tăng ích tự động Generation Dự án hợp tác thế hệ 3 Control tự động 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 AI AICH Acquistion Indicator Chỉ thị bắt Acquistion Indication Kênh chỉ thị bắt A-P ATM Channel Access Preamble Asynchoronous Tiền tố Kiểu truyền di bộ AS BER BCH BMC Transfer Mode Access Slot Bit Error Rate Broadcast Channel Broadcast/Multicast Khe truy nhập Tỷ số bit lỗi Kênh quảng bá Điều khiển quảng bá / đa phương Control phương BS BSC Base Station Base Trạm gốc Station Bộ điều khiển trạm gốc BTS Controller Base Transceiver Trạm thu phát gốc Station 16 17 CDMA Code CD-P Multiple Access Collision Detection Tiền tố phát hiện tranh chấp SV thực hiện Đặng Vũ Thái Division Đa truy cập phân chia theo mã iv GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 CN CPCH Preamble Core Network Mạng lõi Common Packet Kênh gói chung đường lên CPICH Channel Common DC DCH DL DS- Channel Delicated Control Delicated Channel Down Link Direct Sequence CDMA Code DSCH Multiple Access Downlink Shared Kênh đường xuống dùng chung DSSPC Channel Dynamic DPCCH power control Delicated Physical Kênh điều khiển vật lý DPDCH Control Channel Delicated Physical Kênh số liệu vật lý riêng Pilot Kênh hoa tiêu chung Điều khiển riêng Kênh riêng Hướng xuống Đa truy nhập phân chia theo mã dãy trực Division tiếp step-size Điều khiển công suất theo bước động Data Channel 29 ETSI E European Học viện viễn thông châu âu Telecommunications Standard Institute 30 31 32 33 34 35 EDGE Enhanced Data Rates Công nghệ web trên di động nâng cấp từ FACH for GSM Evolution GPRS Forward Access Kênh truy nhập đường xuống FBI FER FDD Channel Frame Error Rate Tỷ số khung lỗi PIN Unlock Key Khoá mở PIN Fequency Division Ghép song công phân chia theo tần số RSCP Duplex Receive Signal Code Công suất mã tín hiệu thu được SV thực hiện Đặng Vũ Thái v GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 36 37 38 39 40 GC GGSN Power General Control Điều khiển chung Gateway GPRS Node dịch vụ GPRS GPRS Support Node General Packet Radio Dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến GoS GSM Service Grade of Service Global System Cấp độ phục vụ of Hệ thống thông tin di động toàn cầu Mobile 41 42 HC HDLA Communication Handover Control Điều khiển chuyển giao History Data Logic Bộ phân tích dữ liệu gốc 43 HLR Analyzer Home Location Thanh ghi định vị thường trú Register 44 45 46 IMT-2000 International Mobile Tiêu chuẩn viễn thông di động toàn cầu ISDN Telecommunication 2000 Integated Service Mạng số tích hợp đa dịch vụ ITU Digital Network International Liên minh viễn thông quốc tế Telecomunication 47 48 LC MAC Union Load Control Điều khiển tải Medium Access Điều khiển truy nhập môi trường 49 ME Control Mobility MSC Management Mobile Services Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động Nt OFDM Switching Center Notification Orthogonal 50 51 52 Frequency SV thực hiện Đặng Vũ Thái Quản lý di động Thông báo Đa phân chia theo tần số trực giao Division vi GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 53 54 55 56 OSS Multiple Operation PC PCH PCPCH System Power Control Paging Channel Physical Common Support Hệ thống hỗ trợ hoạt động Điều khiển công suất Kênh tìm gọi Kênh gói chung vật lý Packet Channel 57 PDCP Packet Data Giao thức hội tụ số liệu gói Convergence PDSCH Protocol Physical Downlink Kênh vật lý chung đường xuống PICH Shared Channel Paging Indication Kênh chỉ thị tìm gọi PLMN Channel Public Land Mobile Mạng di động mặt đất công cộng PRACH Network Physical Random Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý 62 63 PSH PSTN Access Channel Packet Scheduler Public Switch Lập biểu gói Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng 64 P-CCPCH Telephone Network Primary Common Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp 58 59 60 61 Control Physical 65 66 67 68 69 70 QI QoS RACH channel Quality Indicator Quality of Service Random Access Chỉ số chất lượng Chất lượng dịch vụ Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Channel Random Access Mạng truy nhập vô tuyến RAT Network Radio Access Kỹ thuật truy nhập vô tuyến RLC Technology Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến SV thực hiện Đặng Vũ Thái vii GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 71 72 RNC Radio Network Bộ điều khiển mạng vô tuyến RRC Controler Radio Resource Điều khiển tài nguyên vô tuyến Control 73 74 RRM Radio Resouce Quản lí tài nguyên vô tuyến RRU Management Radio Resouce Quản lí tài nguyên vô tuyến Utilization 75 S-CCPCH Secondary Common Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp Control Physical SCH Channel Synchronization Kênh đồng bộ 77 SGSN Channel Serving GPRS Node hỗ trợ chuyển mạch gói 78 SIM Support Node Subscriber Indentity Mô đun nhận dạng thuê bao SIR Module Signal to Interference Tỷ số tín hiệu trên nhiễu 80 81 82 83 SF SHO SNR TCP Ratio Spreading Fator Soft Hand Over Signal Noise Ratio Transit Control Hệ số trải phổ Chuyển giao mềm Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Điều khiển công suất phát 84 TDD Power Time Division Ghép song công phân chia theo thời gian TFCI Duplex Transport Format Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải 76 79 85 Combination 86 TPC Indicator Transmit Power Lệnh công suất phát Command SV thực hiện Đặng Vũ Thái viii GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 87 88 89 UE UL UMTS User Equipment Up link Universal Mobile Thiết bị người sử dụng Đường lên Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Telecommunication 90 91 92 93 94 USIM System UMTS Subscriber Module nhận dạng thuê bao UMTS UTRAN Indentity Module UMTS Terrestrial Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS VHE Radio Access Virtual Home Môi trường gia đình ảo VLR Enviroment Vistor Location Thanh ghi định vị tạm trú WCDMA Register Wideband Code Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng Division Multiple Access DANH MỤC HÌNH VẼ SV thực hiện Đặng Vũ Thái ix GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G........................1 Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP..............................................1 Hình 1.3. Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP.............2 Hình 1.4 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba.....4 Hinh 1.5 Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS.......................................................6 Hình 1.6 Cấu trúc cell UMTS..................................................................................14 Hình 1.7 Cấu trúc của hệ thống UMTS ..................................................................15 Hình 1.8 Kiến Trúc UTRAN...................................................................................18 Hình 2.1 Công suất thu từ 2 thuê bao tại trạm gốc...................................................26 Hình 2.2 Phân loại kỹ thuật điều khiển công suất....................................................26 Hình 2.3 Truyền sóng đa đường..............................................................................30 Bảng 2.1 Giá trị Eb/N0 yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh.....................................................................................31 Bảng 2.2 Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh.................................................................................31 Hình 2.4 Công suất phát và thu trong 2 nhánh (công suất khoảng hở trung bình 0dB,- 10dB).Kênh phading Rayleigh tại 3km/h. .32 Hình 2.5 Công suất phát và thu trên 3 nhánh (công suất khoảng hở như nhau). Kênh phading Rayleigh tại tốc độ 3km....................................................................34 Hình 2.6 Công suất tăng trong kênh phading với điều khiển công suất nhanh.......34 Hình 2.7 Trôi công suất đường xuống trong chuyển giao mềm..............................36 Hình 2.8 Kiểm tra độ tin cậy của điều khiển công suất đường lên tại UE trong chuyển giao mềm................................................................................36 Hình 2.9 Điều khiển công suất vòng kín bù trừ phading nhanh..............................40 Hình 2.10 Điều khiển công suất vòng ngoài............................................................41 Hình 2.11 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín...............................................44 Hình 2.12 Các thủ tục điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài..................45 Hình 2.13 UL PC vòng trong khi chuyển giao mềm................................................47 Hình 2.14 Dịch công suất (PO) để cải thiện chất lượng báo hiệu đường xuống......48 Hình 2.15 Dải động điều khiển công suất đường xuống..........................................49 Hình 2.16 DL PC vòng trong khi DHO (SHO).......................................................50 Hình 2.17 Kiến trúc logic chức năng UL PC vòng ngoài.......................................51 Hình 2.18 Hệ thống anten tuyến tính.......................................................................56 Hình 2.19 Hệ thống chuyển mạch búp sóng...........................................................57 Hình 2.20 Hệ thống anten tương thích.....................................................................57 Hình 2.21 Sơ đồ khối của anten thích nghi dưới dạng tổng quát.............................58 Hình 3.1 Eb/N0 mục tiêu trong kênh ITU Pedestrian A, bộ mã hoá/giải mã thoại AMR, BLER mục tiêu 1%, bậc 0,5dB, tốc độ 3km/h..............................................64 Hình 3.2 Độ dự trữ SIR đối với các loại dịch vụ khác nhau...................................65 Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC ................................................................................................................................. 67 Hình 3.4 Mô hình chung của DSSPC đối với điều khiển công suất đường lên........70 SV thực hiện Đặng Vũ Thái x GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS Hình 3.6 Nhiễu hướng lên.......................................................................................77 Hình 3.7 Nhiễu hướng xuống..........................................................................77 Hình 3.3 Các loại nhiễu trong hệ thống .................................................................81 Hình 3.8 Quá trình thiết lập cuộc gọi......................................................................82 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng biểu 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 3.1 4.1 4.2 4.3 Tên bảng biểu Các lớp Q0S của hệ thống UMTS Bảng tóm tắt các thông số chính của WCDMA Các điểm khác nhau cơ bản giữa WCDMA và CDMA2000 Giá trị Eb/N0 yêu cầu trong trường hợp có và không có Trang 12 22 23 điều khiển công suất nhanh Công suất phát yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh Các mức tăng công suất được minh họa trên kênh ITU pedestrian A đa đường với phân tập anten Bảng tra cứu ứng dụng của DSSPC Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12,2Kbps Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực 144Kbps Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ Phi thoại 384 Kbps SV thực hiện Đặng Vũ Thái xi GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng 30 31 34 69 84 84 85 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS LỜI NÓI ĐẦU ----------@---------Thông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực thông tin, dịch vụ và trong đời sống hàng ngày. 3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,… Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống. Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động là một trong những khâu quan trọng của hệ thống, 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. Đối với các hệ thống băng hẹp, các sơ đồ điều khiển công suất đã gợi mở cho nhiều nghiên cứu tiếp theo cho hệ thống băng rộng. SV thực hiện Đặng Vũ Thái xii GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS Xuất phát từ tầm quan trọng đó em chọn đề tài “ Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS”. Đồ án gồm 4 chương có những nội dung chính sau: Chương 1: “Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 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: “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: “Các thuật toán điều khiển công suất” nhằm nghiên cứu các mô hình điều khiển công suất để tối ưu hoạt động của mạng.Qua đó đánh giá được ưu nhược điểm của từng phương pháp 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. Mô phỏng đã đưa ra cái nhìn trực quan thông qua chương trình mô phỏng sử dụng ngôn ngữ Visual Basic. Trong thời gian làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức còn hạn chế, thời gian nghiên cứu đề tài có hạn nên đồ án còn nhiều sai sót . Em rất mong nhận được sự phê bình, các ý kiến đóng góp chân thành 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 Đỗ Dũng cùng các thầy cô trong khoa kỹ thuât-công nghệ để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Quy Nhơn, Ngày........tháng.........năm 2009 Sinh viên thực hiện SV thực hiện Đặng Vũ Thái xiii GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS Đặng Vũ Thái SV thực hiện Đặng Vũ Thái xiv GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS CHƯƠNG I HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 UMTS 1.1. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu IP đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghệ thông tin di động. Thông tin di động thế hệ 2 mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng đuợc dịch vụ mới này. Trước bối cảnh đó hiệp hội viễn thông quốc tế đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá để xây dựng hệ thống thông tin thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 thông qua dự án 3GPP (Thir Generation Partnership Project). Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được ra đời từ dự án 3GPP được gọi là hệ thống thông tin di đông UMTS/WCDMA. Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba và bộ phận quan trọng của nó là UMTS. Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP SV thực hiện Đặng Vũ Thái 1 GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS Hình 1.3. Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP 1.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 IMT-2000 Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunications Union) cũng đã thành lập một nhóm nghiên cứu để nghiên cứu các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3, nhóm nghiên cứu TG8/1. Nhóm nghiên cứu đã đặt tên cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 của mình là Hệ Thống Thông Tin Di Động Mặt Đất Tương Lai (FPLMTS-Future Public Lan Mobile Telecommucation System). Sau này, nhóm nghiên cứu đổi tên hệ thống thông tin của mình thành Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu cho năm 2000( IMT-2000: Internation Mobile Telecommunication for the year 2000). Với các tiêu chí chung sau đây: - Sử dụng dải tần quy ước quốc tế là 2GHZ như sau : + Đường lên 1885-2025 MHZ + Đường xuống 2110 – 2200 MHZ - Là hệ thống thông tin toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến : + Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến + Tương tác cho mọi dịch vụ viễn thông - Sử dụng các môi trường khai thác như : + Trong công sở + Ngoài đường + Trong xe + Vệ tinh - Đảm bảo cho cá dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói . SV thực hiện Đặng Vũ Thái 2 GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS - Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện - Cung cấp hai mô hình truyền dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ - Có khả năng chuyển vùng di động toàn cầu - Có khả năng sử dụng giao thức Internet - Hiệu quả sử dụng phổ tầng cao hơn các hệ thống đã có - Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với tốc độ bit Rb được phục vụ như sau : + Vùng 1 : Trong nhà , ô pico, RbG 2Mbps + Vùng 2 : Thành phố, ô micro, RbG 384 Mbps + Vùng 3 :Ngoại ô, ô Macro, RbG 144 Kbps + Vùng 4 :Toàn cầu,RbG 9,6 Kbps 1.3. CÔNG NGHỆ WCDMA WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình... WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz. W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình. W-CDMA có các tính năng cơ sở sau : + Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz. + Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang. + Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1. + Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến. Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau. SV thực hiện Đặng Vũ Thái 3 GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác. Hình 1.4 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT… Công trình nghiên cứu của các nước châu Âu cho W-CDMA bắt đầu từ đề án CODIT (Code Division Multiplex Testbed : Phòng thí nghiệm đa truy cập theo mã) và FRAMES (Future Radio Multiplex Access Scheme : Kỹ thuật đa truy cập vô SV thực hiện Đặng Vũ Thái 4 GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS tuyến trong tương lai) từ đầu thập niên 90. Các dự án này đã tiến hành thử nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền. Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là WCDMA. Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động phải trải qua giai đoạn 2,5G. Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE). 1.4. HỆ THỐNG UMTS 1.4.1. Tổng Quan UMTS ( Universal Mobile Telefone System ) dựa trên công nghệ WCDMA là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM , UMTS do tổ chức 3GPP quản lý .3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM , GPRS và EDGE. UMTS đôi khi còn có tên là 3GSM, dùng để nhấn mạnh sự liên kết giữa 3G và chuẩn GSM . UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu đến 1920 Kbps (gần bằng 2Mbps như một số tài liệu công bố), mặc dù trong thực tế hiệu suất đạt được chỉ vào khoảng 384 Kbps. Tuy nhiên tốc độ này vẫn còn nhanh hơn nhiều so với chuẩn GSM (14,4 Kbps ) và HSCSD (14,4 kbps); và là sự lự chọn hoàn hảo đầu tiên cho giải pháp truy cập internet giá rẻ bằng thiết bị di động . Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số dung cho hệ thống UMTS *1920- 1980 Mhz và 2110 -2170 Mhz dành cho các ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex : ghép kênh theo tần số ) đường lên và đường xuống khoảng cách kênh là 5MHz. *1900- 1902 MHz và 2010 -1025 MHz dành cho các ứng dụng TDD – TD/ CDMA ,khoảng cách các kênh là 5 MHz *1980 MHz -2010 MHz và 2170MHz – 2200 MHz dành cho đường xuống và đường lên vệ tinh Năm 1998 3GPP đã đưa ra tiêu chuẩn chính của UMTS SV thực hiện Đặng Vũ Thái 5 GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS + Dịch vụ + Mạng lõi + Mạng truy nhập vô tuyến + Thiết bị đầu cuối Hinh 1.5 Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS Hai phương thức song công được sử dụng trong kiến trúc WCDMA: Song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD). Phương pháp FDD cần hai băng tần cho đường lên và đường xuống. Phương thức TDD chỉ cần một băng tần. Thông thường phổ tần số được bán cho các nhà khai thác theo các dải có thể bằng 2x10MHz, hoặc 2x15MHz cho mỗi bộ điều khiển. Mặc dù có một số đặc điểm khác nhau nhưng cả hai phương thức đều có tổng hiệu suất gần giống nhau. Chế độ TDD không cho phép giữa máy di động và trạm gốc có trễ truyền lớn, bởi vì sẽ gây ra đụng độ giữa các khe thời gian thu và phát. Vì vậy mà chế độ IDD phù hợp với các môi trường có trễ truyền thấp, cho nên chế độ TDD vận hành ở các pico cell. Một ưu điểm của TDD là tốc độ dữ liệu đường lên và đường xuống có thể rất khác nhau, vì vậy mà phù hợp cho các ứng dụng có đặc tính bất đối xứng giữa đường lên và đường xuống , chẳng hạn như Web browsing. SV thực hiện Đặng Vũ Thái 6 GVHD: Th.S Nguyễn Đỗ Dũng