ĐỒ Án tốt nghiệP



tải về 0.9 Mb.
trang4/11
Chuyển đổi dữ liệu22.12.2018
Kích0.9 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Sự khác nhau giữa WCDMA và cdma2000 (hay còn gọi là cdmaOne băng rộng) có thể chỉ ra trong một số các đặc điểm được trình bày trong bảng 2-3.

Bảng 2- Các điểm khác nhau cơ bản của W-CDMA và cdma2000

Thông số

cdma2000

ETSI W-CDMA

Phương thức truy nhập

UL: DS-CDMA

DL:Multicarrier/DS-CDMA

UL&RL: DS-CDMA

Tốc độ chip (Mcps)

Bội số của 1.2288

Bội số của 1.024

Tốc độ điều khiển công suất

800Hz (Tốc độ cao hơn đang được nghiên cứu)

1600Hz

Cấu trúc kênh đường xuống

Các kênh Fund/Supp được ghép theo mã

Kênh pilot chung duy trì + kênh pilot phụ

Các kênh được ghép theo thời gian.

Kênh pilot được ghép theo thời gian

Cấu trúc kênh đường lên để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao HSD.

Kênh mã đơn với các mã Walsh biến đổi

Các kênh đa mã

Trải phổ đường lên

Sự kết hợp của mã dài và mã ngắn tương tự như CDMA 2G

Các mã ngắn dựa vào các chuỗi mã trực giao lớp. Mã dài trên cơ sở các mã Gold.

Kênh Pilot đường lên

Kênh pilot được ghép theo mã

Kênh pilot được ghép theo thời gian

Sự đồng bộ trạm gốc

Đồng bộ (cần có GPS)

Không đồng bộ

* Chú ý: UL: Uplink- Đường lên, DL: Downlink- Đường xuống

Chương 3. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN.

3.1 Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thốngWCDMA.

3.1.1 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 dự 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. 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.





Hình 3- Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA

a. 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 800Khz 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.

b. 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 dụng cụ thể thay đổi trạm gốc phục vụ nó. Sự thay đổi này được gọi là chuyển giao.



c. 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 hoặc 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 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 Ithreshold:

+ Từ chối : Itotal-old + I > Ithreshold­ (3.1)

+ Chấp nhận : Itotal-old + I < Ithreshold­

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 3- 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 : total­-old­­­ + I > threshold­­­

+Chấp nhận : total­-old­­­ + I < threshold­­­ (3.2)

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. 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 Eb/I0 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.



3.2 Điều khiển công suất

3.2.1 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 3-3 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 3- 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 3-4). 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.





Hình 3- Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống)

Trong hình 3-4, 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.

a) 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.



b) 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 vì tần số của điều khiển công suất vòng kín rất nhanh nên có thể bù được phadinh nhanh và cả phadinh chậm.



c) 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 thuộc 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.

3.2.2 Điều khiển công suất nhanh

3.2.2.1 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 hoặc 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 Eb/N0 , 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 3.1 và bảng 3.2



Bảng 3- Giá trị Eb/N0 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 3- Công suất phát tương đối 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

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 Eb/I0 yêu cầu lớn hơn độ lợi công suất truyền dẫn.

Trong 2 bảng, độ lợi âm tại tốc độ 50km/h có nghĩa là điều khiển công suất chậm lý tưởng sẽ đem lại hiệu suất tốt hơn so với điều khiển công suất nhanh thức tế. Độ lợi âm do việc tính toán SIR không chính xác, các lỗi báo hiệu điều khiển công suất, và trễ trong vòng điều khiển công suất.

Độ lợi từ điều khiển công suất nhanh trong bảng 3-6 có thể được sử dụng để tính toán độ dự trữ phadinh nhanh yêu cầu trong quỹ đường truyền. Độ dữ trữ phadinh nhanh cần thiết cho công suất phát của UE để duy trì điều khiển công suất nhanh vòng kín thích hợp. Kích thước cell lớn nhất có thể đạt được khi UE đang phát với đủ lượng công suất không đổi nghĩa là không có độ lợi của điểu khiển công suất nhanh. Giá trị thông thường cho độ dự trữ phadinh nhanh cho các tốc độ di động thấp từ 2 đến 5dB.



3.2.2.2 Phân tập và điều khiển công suất.



Hình 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. Công suất thu và công suất phát là hàm của thời gian, hình 3-5, 3-6 tại tốc độ của UE là 3km/h. Trong hình 3-5 là trường hợp có ít phân tập, hình 3-6 mô phỏng trường hợp phân tập nhiều. Sự biến đổi công suất phát trong trường hợp hình 3-5 cao hơn trong trường hợp 3-6 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 3-7



Hình 3- Công suất phát và thu trên 3 nhánh (công suất khoảng hở như nhau)

Kênh phadinh Rayleigh tại tốc độ 3km.



Hình 3- Công suất tăng trong kênh phadinh với điều khiển công suất nhanh

Kết quả ở mức liên kết cho sự tăng công suất đường lên thể hiện trong bảng 3.3. Sự mô phỏng được thực hiện tại các mức UE khác nhau trên kênh ITU pedestrian 2 đường với công suất thành phần đa đường từ 0 đến -12.5dB. Trong sự mô phỏng này công suất phát và công suất thu được tập hợp trong từng khe. Với điều khiển công suất lý tưởng, mức tăng công suất là 2,3dB. Điều đó chứng tỏ điều khiển công suất nhanh hoạt động có hiệu quả trong việc bù năng lượng cho phadinh. Với các UE tốc độ cao (>100km/h), mức tăng công suất rất nhỏ do điều khiển công suất nhanh không thể bù được phadinh.

Mức tăng công suất rất quan trọng đối với hiệu suất của các hệ thống WCDMA. Trên đường xuống, dung lượng giao diện vô tuyến được xác định trực tiếp bởi công suất phát yêu cầu, do công suất đó xác định nhiễu truyền. Vì thế, để làm tăng tối đa dung lượng đường xuống, công suất phát cần cho một liên kết phải được giảm nhỏ. Trên đường xuống, mức công suất thu trong UE không ảnh hưởng đến dung lượng. Trên đường lên, công suất phát xác định tổng nhiễu đến các cell lân cận, và công suất thu xác định tổng nhiễu đến các UE khác trong cùng một cell. Chẳng hạn như chỉ có một cell WCDMA trong một vùng, dung lượng đường lên của cell này sẽ được tăng tối đa bằng cách giảm tối thiểu công suất thu yêu cầu, và mức tăng công suất sẽ không ảnh hưởng đến dung lượng đường lên.

Bảng 3- Các mức tăng công suất được minh hoạ của kênh ITU Pedestrian A đa đường với phân tập anten.


Tốc độ UE

Mức tăng công suất trung bình

3km/h

2,1dB

10km/h

2,0dB

20km/h

1,6dB

50km/h

0,8dB

140km/h

0,2dB




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương