Điều khiển công suất và quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA

Mục lục

MỤC LỤC

MỤC LỤC.....................................................................................................................1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT........................................................................................3

DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................8

DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................9

LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................11

CHƯƠNG I.................................................................................................................12

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG.....................................................12

1.1 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới..........................12

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1.................................................................15

1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ...................................................16

1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA......................................16

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.....................................................17

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3.................................................................17

1.4.1 UMTS (Universal Mobile Telephone System).........................................19

1.4.2 FOMA (Freedom Of Mobile multimedia Access)....................................19

1.5 Tổng quan về công nghệ W-CDMA.................................................................19

1.5.1 Cấu trúc mạng W-CDMA ........................................................................20

1.5.1.1 Mô hình khái niệm.............................................................................20

1.5.1.2 Mô hình cấu trúc................................................................................21

1.5.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN.............................................24

1.5.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC).................................................25

1.5.2.2 Node B...............................................................................................25

1.5.2.3 Các chức năng điều khiển của UTRAN.............................................25

1.5.3 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99...........................................26

1.5.4 Cấu trúc phân lớp của W-CDMA.............................................................27

1.5.5 Các loại kênh trong UTRAN....................................................................29

1.5.6 Kỹ thuật trải phổ.......................................................................................29

1.6 Quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA...................................30

1.6.1 Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến....................................31

1.6.2 Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến.......................................31

1.6.2.1 Điều khiển công suất (Power Control)...............................................32

1.6.2.2 Điều khiển chuyển giao (Handover Control).....................................32

1.6.2.3 Điều khiển thâm nhập (Admission Control)......................................32

1.6.2.4 Điều khiển tải (điều khiển tắc nghẽn)................................................34

CHƯƠNG II................................................................................................................36

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG W-CDMA................................36

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 1

Mục lục

2.1 Giới thiệu chung...............................................................................................36

2.1.1 Điều khiển công suất vòng hở (Open-loop power control)......................38

2.1.2 Điều khiển công suất vòng kín................................................................38

2.2 Điều khiển công suất nhanh..............................................................................38

2.2.1 Độ lợi của điều khiển công suất nhanh.....................................................38

2.2.2 Phân tập và điều khiển công suất..............................................................40

2.2.3 Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm..........................................43

2.2.3.1 Sự trôi công suất đường xuống..........................................................43

2.2.3.2 Độ tin cậy của các lệnh điều khiển công suất đường lên...................45

2.3 Điều khiển công suất vòng ngoài.....................................................................45

2.3.1 Độ lợi của điều khiển công suất vòng ngoài.............................................46

2.3.2 Tính toán chất lượng thu...........................................................................47

2.3.3 Giới hạn biến động điều khiển công suất.................................................48

2.3.4 Đa dịch vụ.................................................................................................49

2.3.5 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống.......................................49

CHƯƠNG III..............................................................................................................51

CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG W-CDMA...................................................51

3.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động...............................................51

3.1.1 Các kiểu chuyển giao trong hệ thống W-CDMA.....................................51

3.1.2 Các mục tiêu của chuyển giao..................................................................53

3.1.3 Các thủ tục và phép đo chuyển giao.........................................................54

3.2 Chuyển giao mềm (SHO).................................................................................55

3.2.1 Nguyên lý của chuyển giao mềm..............................................................55

3.2.3 Đặc điểm của chuyển giao mềm...............................................................61

3.3 Chuyển giao giữa hệ thống W-CDMA và GSM...............................................63

3.4 Chuyển giao giữa các tần số trong W-CDMA..................................................65

3.5 Tổng kết chuyển giao.......................................................................................67

CHƯƠNG IV..............................................................................................................69

QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN W-CDMA........................................................69

4.1 Định cỡ mạng...................................................................................................70

4.1.1 Phân tích vùng phủ vô tuyến.....................................................................71

4.1.1.1 Tính toán quỹ đường truyền...............................................................72

4.1.1.2 Hiệu suất vùng phủ vô tuyến..............................................................75

4.1.2 Phân tích dung lượng ô.............................................................................76

4.1.2.1 Tính toán hệ số tải..............................................................................77

4.1.2.2 Hiệu suất phổ.....................................................................................83

4.1.2.3 Dung lượng mềm...............................................................................84

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 2

Mục lục

4.2 Quy hoạch vùng phủ và dung lượng chi tiết.....................................................86

4.2.1 Dự đoán vùng phủ và dung lượng lặp ................................................86

4.2.2 Công cụ hoạch định..................................................................................87

4.3 Tối ưu mạng......................................................................................................88

4.4 Tính toán tối ưu số cell trong mạng W-CDMA và mô phỏng các kết quả.......90

4.4.1 Tính toán tối ưu số cell.............................................................................91

4.4.1.1 Tính số cell theo dung lượng..............................................................92

4.4.1.2 Tính số cell theo vùng phủ.................................................................94

4.4.1.3 Kết quả tính số cell.............................................................................96

4.4.1.4 Tối ưu giữa vùng phủ và dung lượng.................................................96

4.4.2 Mô phỏng các kết quả bằng Visual Basic 6.0............................................98

4.4.2.1 Lưu đồ thuật toán...............................................................................98

4.4.2.2 Kết quả mô phỏng............................................................................101

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..................................................103

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................104

PHỤ LỤC 1: CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG.....................................................105

PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH..............................................................................109

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 3

Mục lục

3G 3

rd Generation Thế hệ thứ 3

3GPP Third Generation Partnership

Project

Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ

mạng thông tin di đông tế bào

8-PSK 8 Phase Shift Keying Điều chế dịch pha 8 trạng thái

3GPP R99 Release 1999 of 3GPP UMTS

Stander

Phiên bản 1999 của 3GPP UMTS

A

AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại tiên tiến

AMR Adaptive Multirate Đa tốc độ thích nghi

AGC Automatic Gain Control Bộ điều khiển tăng ích tự động

AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực

B

BER Bit Error Rate Tốc độ lỗi bit

BLER Block Error Rate Tốc độ lỗi Block

BMC Broadcast/ Multicast Control Điều khiển quảng bá/ đa phưong tiện

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BMC Broadcast/ Multicast Control Điều khiển quảng bá/ đa phưong tiện

C

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CEPT Conference European of Postal

and Telecommunications

Tổ chức các nhà cung cấp dịch vụ viễn

thông châu Âu

CN Core Network Mạng lõi

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CRC Cylic Redundancy Check Mã vòng kiểm tra dư thừa

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

D

DECT Digital Enhanced Cordless

Telecommunications

Chuẩn viễn thông không dây số

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 4

Mục lục

DS Direct Sequence Chuỗi trải phổ trực tiếp

E

EDGE Enhanced Data Rates for GSM

Evolution

Cải thiện tốc độ dữ liệu cho phát triển

GSM

EIR Equipment Identity Centre Trung tâm chỉ thị thiết bị

EIRP Equivalent Isotropic Radiated

Power

Công suất bức xạ đẳng hướng tương

đương

ETSI European Telecommunications

Standard Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

F

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multiple

Access

FER Frame Error Rate Tỷ số lỗi khung

G

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GMSC Gateway MSC MSC cổng

GMSK Gausian Minimum Shift Keying Điều chế dịch pha tối thiểu Gauss

GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

H

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSCSD High Speed Circuit Switched Data Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

HSDPA High-speed Downlink Packet-data

Access

Truy nhập dữ liệu gói hướng xuống tốc

độ cao

I

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications-2000

Viễn thông di động quốc tế 2000

IS-54 Interim Standard-54 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA

của châu Mỹ (do AT&T đề xuất)

IS-95 Interim Standard-95 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA

của Mỹ (do Qualcomm đề xuất)

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng số đa dịch vụ

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 5

Mục lục

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU-R International Telecommunication

Union-Radio Sector

Liên hiệp viễn thông quốc tế - vô tuyến

K

KPI Key Performace Indicator Bộ chỉ thị hiệu năng chính

L

LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic

M

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MS Mobile Station Trạm di động

MSC Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di

động

N

NAMPS Narrow-band Advanced Mobile

Phone System

Hệ thống di động tiên tiến băng hẹp

O

ODMA Opportunity Driven Multiplex

Access

Đa truy cập theo cơ hội

OQPSK Offset Quadrature Phase Shift

Keying

Kỹ thuật điều chế trực giao hiệu chỉnh

P

PDC Personal Digital Cellular Hệ thông tin số cá nhân

PDCH Packet Data CHannel Kênh dữ liệu gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PS Packet-switched Chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công

cộng

Q

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế dịch pha cầu phương

R

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLB Radio Link Budgets Quỹ năng lượng đường truyền

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 6

Mục lục

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM Radio Resouse Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

S

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SRNC Serving RNC RNC phục vụ

T

TACS Total Access Communications

System

Hệ thống thông tin truy nhập toàn diện

TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TD￾SCDMA

Time Division-Synchronous Code

Division Access

Đa truy cập theo mã đồng bộ phân kênh

theo thời gian

TTA Telecommunications Technologies

Association

Liên hiệp các công nghệ viễn thông

TTC Telecommunications Technology

Committee

Ủy ban công nghệ viễn thông

U

UE User Equiment Thiết bị người sử dụng

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

USIM Universal Subscriber Indentity

Module

Bộ phận nhận dạng trạm gốc

UTRAN UMTS Terresrial Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UMTS

V

VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú

VMS Virtual Memory System Hệ thống bộ nhớ ảo

W

W-CDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 7

Mục lục

DANH MỤC BẢNG

Số hiệu

bảng

Tên bảng Trang

1.1 Các thông số cơ bản của hệ thống thông tin tế bào số 14

2.1 Giá trị Eb/N0 yêu cầu trong trường hợp có và không có điều

khiển công suất nhanh

40

2.2 Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và

không có điều khiển công suất nhanh

40

2.3 Các mức tăng công suất được minh họa của kênh ITU

Pedestrian A đa đường với phân tập anten

43

2.4 Kết quả mô phỏng dịch vụ AMR, BLER = 1%, sử dụng điều

khiển công suất vòng ngoài

47

3.1 Tổng kết chuyển giao 68

4.1 Các thông số cho trạm di động MS 75

4.2 Các thông số cho trạm gốc BS 75

4.3 Quỹ đường truyền tham khảo cho các dịch vụ khác nhau 75

4.4 Giá trị K theo cấu hình site 77

4.5 Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu ứng với tải cell 78

4.6 Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải đường lên 80

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 8

Mục lục

4.7 Các thông số sử dụng trong việc tính toán hệ số tải liên kết

đơn

83

4.8 Nhu cầu về lưu lượng của một vùng cần tính toán 92

4.9 Bảng các thông số khi tính toán thiết kế hệ thống W-CDMA 92

4.10 Bảng kết quả tính số cell theo dung lượng 95

4.11 Bảng kết quả tính số cell theo vùng phủ 97

4.12 Bảng kết quả tính số cell 97

4.13 Bảng kết quả số cell tối ưu giữa vùng phủ và dung lượng 100

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu

hình vẽ

Tên hình vẽ Trang

1.1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G 15

1.2 Mô hình khái niệm mạng W-CDMA 22

1.3 Mô hình cấu trúc hệ thống W-CDMA 23

1.4 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99 27

1.5 Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến 29

1.6 Các loại kênh trong UTRAN 30

1.7 Tín hiệu trải phổ 31

1.8 Các vị trí điển hình của RRM trong mạng W-CDMA 32

1.9 Đường cong tải 34

2.1 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên) 37

2.2 Bù nhiễu ở kênh lân cận (điều khiển công suất ở đường

xuống)

38

2.3 Công suất phát và thu trong 2 nhánh (công suất khoảng hở

trung bình 0÷10 dB); Kênh fading Rayleigh tại tốc độ 3 Km/h

41

2.4 Công suất phát và thu trên 3 nhánh (công suất khoảng hở như

nhau); Kênh fading Rayleigh tại tốc độ 3 Km/h

42

2.5 Công suất tăng trong kênh fading với điều khiển công suất

nhanh

43

2.6 Trôi công suất đường xuống trong chuyển giao mềm 44

2.7 Kiểm tra độ tin cậy của điều khiển công suất đường lên tại

UE trong chuyển giao mềm

45

2.8 Tính toán chất lượng trong điều khiển công suất vòng ngoài

tại RNC

49

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 9

Mục lục

2.9 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên cho nhiều dịch vụ

trên một kết nối vật lý

50

3.1 Các kiểu chuyển giao khác nhau 53

3.2 Các thủ tục chuyển giao 56

3.3 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 58

3.4 Nguyên lý chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường) 59

3.5 Thuật toán chuyển giao mềm của IS-95A 60

3.6 Thuật toán chuyển giao mềm W-CDMA 61

3.7 Giảm nhiễu hướng lên bằng cách sử dụng SHO 63

3.8 Chuyển giao giữa hệ thống W-CDMA & GSM 65

3.9 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống 65

3.10 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang W-CDMA 67

3.11 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số 67

3.12 Một ví dụ về mô hình chuyển giao 69

4.1 Quá trình quy hoạch mạng W-CDMA 70

4.2 Các kiểu môi trường phủ sóng trong hệ thống W-CDMA 72

4.3 Tính toán bán kính cell 77

4.4 Chia sẻ nhiễu giữa các cell ở W-CDMA 86

4.5 Quá trình tính toán vùng phủ và dung lượng lặp 87

4.6 Quá trình tối ưu mạng 90

4.7 Đo đạc hiệu năng của mạng 90

4.8 Sơ đồ thuật toán tối ưu số cell giữa dung lượng và vùng phủ 100

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 10

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng, nó quyết định

nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các thông tin

văn hóa, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú. Với tốc độ cao, dịch vụ

phong phú và đa dạng của thông tin di động không chỉ hạn chế ở tín hiệu thoại thông

thường mà còn mở rộng ra các dịch vụ đa phương tiện khác như truyền âm nhạc, số

liệu tốc độ cao, hình ảnh,...

Nhu cầu ngày càng tăng làm cho các hệ thống sử dụng công nghệ 2G và 2,5G

hiện nay không đáp ứng được. Người ta đã nghiên cứu thành công thông tin di động

thế hệ mới là hệ thống di dộng 3G đảm bảo được các yêu cầu đó và đang được các

nước trên thế giới thử nghiệm và triển khai sự dụng. Ở nước ta thông tin di động thế

hệ 3 đã và đang được đưa vào sử dụng nhằm đáp ứng được nhu cầu sử dụng của mọi

người, giúp Việt Nam hội nhập nhanh chóng với các nước trên thế giới.

Với mong muốn tìm hiểu về một lĩnh vực viễn thông còn mới mẻ ở Việt Nam

cùng với kiến thức trong những đã tích lũy được trong quá trình học tập và sự giúp

đỡ của các thầy cô, bạn bè, em đã đăng ký đề tài tốt nghiệp “Điều khiển công suất

và quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống W-CDMA”.

Nội dung đồ án gồm 4 chương:

Chương I: Sự phát triển của thông tin di động.

Chương II: Điều khiển công suất trong hệ thống W-CDMA.

Chương III: Chuyển giao trong hệ thống W-CDMA.

Chương IV: Quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS.Đào Minh Hưng đã nhiệt tình

hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Mặc dù đã rất cố gắng trong việc tìm tòi và học hỏi nhưng do hạn chế về thời

gian cũng như về sự hiểu biết nên không tránh khỏi sai sót. Em rất mong nhận được

sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn !

Quy Nhơn, tháng 6 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Mai Văn Trọng

SVTH: Mai Văn Trọng Trang 11