Nghiên cứu thuật toán điều khiển công suất trong W-CDMA

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã có những bước phát triển mang tính chất đột phá mạnh mẽ, đủ khả cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng và đáp ứng các 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 những bước dài trên con đường công nghệ. Trong thế kỷ XXI, thế giới đã chứng kiến sự phát triển bùng nổ của các hệ thống thông tin vô tuyến trong đó thông tin di động đóng vai trò rất quan trọng. Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về số lượng lẫn chất lượng, đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện nên công nghệ băng rộng đã ra đời thay thế cho các công nghệ cũ không còn phù hợp với xu thế phát triển của công nghệ thông tin. 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 thông tin di động W-CDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, IS-13. 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 nói chung và trong W-CDMA nói riêng là một trong những khâu quan trọng nhất nhằm hạn chế được ảnh hưởng của hiệu ứng gần xa đến chất lượng dịch vụ thoại, tăng khả năng chống lại fading, nhiễu vốn là đặc trưng của môi trường di động. Từ đó có thể đảm và tối ưu hóa dung lượng cũng như chất lượng hệ thống. Xuất phát từ xu thế phát triển cũng như tầm quan trọng của việc điều khiển công suất nên em đã quyết định chọn đề tài ”Nghiên cứu thuật toán điều khiển công suất trong W-CDMA”. Đồ án thực hiện nghiên cứu, phân tích các kỹ thuật điều khiển công suất nhằm tối ưu hoạt động của mạng đồng thời cải thiện chất lượng của hệ thống. Đồ án gồm 4 chương với nội dung chính trong từng chương như sau: Chương 1: giới thiệu các hệ thống thông tin di động Chương này trình bày tổng quan về các hệ thống thông tin di động và sự cần thiết xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba. Chương 2: giới thiệu chung về công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA Chương này sẽ giới thiệu tổng quan các vấn đề cơ bản về công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UMTS, sơ lược về những dịch vụ và ứng dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba W-CDMA Chương 3: điều khiển công suất trong W-CDMA Chương này 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 WCDMA. Chương 4: phương pháp điều khiển công suất theo bước động và điều khiển công suất phân tán. Chương này nhằm nghiên cứu hai mô hình điều khiển công suất để tối ưu hoạt động của mạng. 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 và nguồn tài liệu chủ yếu là các bài báo tiếng anh trên mạng nên đồ án còn nhiều sai sót trong quá trình dịch thuật. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp chân thành của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC HÌNH VẼ .xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU xvi CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1 1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 1 1.2 Hệ thống thống tin di động thế hệ 2 3 1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 4 1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA .5 1.3 Hệ thống thống tin di động thế hệ 3 .6 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo .10 Kết luận chương 1 .11 CHƯƠNG 2 - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 W-CDMA .13 2.1 Giới thiệu về W-CDMA .13 2.2 Đặc điểm 14 2.3 Cấu trúc mạng W-CDMA 15 2.3.1 Mô hình khái niệm .15 2.3.2 Mô hình cấu trúc 16 2.4 Cấu trúc quản lý tài nguyên .24 2.5 Cấu trúc phân lớp của WCDMA .26 2.6 Các loại kênh trong UTRAN .29 2.6.1 Các kênh logic .30 2.6.2 Các kênh vật lý 31 2.6.3 Các kênh truyền tải 34 2.6.3.1 Kênh truyền tải riêng 34 2.6.3.2 Kênh truyền tải chung 35 2.7 Trải phổ trong W-CDMA 36 2.8 Chuyển giao 39 2.8.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động 39 2.8.2 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA .39 Kết luận chương 2 .43 CHƯƠNG 3 - ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG W-CDMA 44 3.1 Kênh truyền vô tuyến 44 3.1.1 Kênh truyền vô tuyến trên phạm vi rộng 46 3.2.2 Kênh truyền vô tuyến trên phạm vi hẹp 46 3.2 Ý nghĩa của việc điều khiển công suất 46 3.3 Phân loại điều khiển công suất .49 3.3.1 Điều khiển công suất phân tán và tập trung 49 3.3.2 Điều khiển công suất cho đường lên và đường xuống 50 3.3.3 Điều khiển công suất theo phương pháp đo 50 3.3.4 Điều khiển công suất đường lên và đường cuống .51 3.4 Các thông số ảnh hưởng đến kỹ thuật điều khiển công suất .53 3.4.1 kích thước của bước điều khiển công suất .54 3.4.2 Lỗi khi ước lượng SIR .54 3.4.3 Trễ trên vòng hồi tiếp 55 3.4.4 Tần số hoạt động 56 3.4.5 Lỗi trên kênh hồi tiếp 57 3.4.6 Trôi công suất 57 3.4.7 Ảnh hưởng của fading sâu 57 3.5 Điều khiển công suất trong W-CDMA 58 3.5.1 Kỹ thuật điều khiển công suất đường lên 58 3.5.1.1 Điều khiển công suất vòng mở đường lên 58 3.5.1.2 Điều khiển công suất vòng kín đường lên .61 3.5.2 Kỹ thuật điều khiển công suất đường xuống .69 3.5.2.1 Điều khiển công suất vòng mở đường xuống 69 3.5.2.2 Điều khiển công suất vòng kín đường xuống 70 Kết luận chương 3 .74 CHƯƠNG 4 - PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHÂN TÁN .75 4.1 Một số khái niệm sử dụng trong thuật toán .75 4.1.1 Nhiễu đồng kênh 75 4.1.2 Nhiễu lân cận .77 4.1.3 Hiện tượng gần xa .78 4.1.4 Tải lưu lượng .80 4.1.5 Cấp độ phục vụ 81 4.1.6 Hiệu suất đường trục 82 4.2 Phương pháp điều khiển công suất theo bước động 83 4.2.1 Khái niệm và độ dự trữ công suất, cửa sổ công suất .83 4.2.2 Sự hoạt động của mạng 84 4.2.3 Sự hoạt động của UE .86 4.2.4 Công thức tính toán .89 4.3 Phương pháp điều khiển công suất phân tán 92 4.3.1 Tổng quan .92 4.3.2 Mô hình hệ thống .94 4.3.3 Thuật toán 95 Kết luận chương 4 .97 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .98 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 100 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT .101 LỜI CẢM ƠN .102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103