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

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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