Chuyển giao mềm trong mạng WCDMA

thiết để đáp ứng một QoS nhất định tại cạnh của Cell. SHO 3 đường thậm chí có hiệu suất hơn cả SHO 2 đường trong việc giảm độ dự trữ fade. Hình III.8 Hàm phân bố tích luỹ của β1 β2 và β3 Hình III.9 biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị trung bình của β1 β2 và β3 trong một mặt phẳng Cell 2 chiều. Những màu sắc khác nhau sẽ tương ứng với những tình huống khác nhau được đưa ra như trong phần chú thích. Rõ ràng là chuyển giao mềm có thể làm giảm công suất yêu cầu đối với các kênh hướng xuống của các trạm di động tại biên giới Cell. Điều này có nghĩa là với chuyển giao mềm thì nhiễu hướng xuống trung bình từ MS này ảnh hưởng đến các MS khác sẽ được giảm bớt. Cần lưu ý rằng tất cả các kết quả cho đến nay đều là dựa trên trường hợp lý tưởng: QoS được đảm bảo, điều khiển công suất hoàn hảo và không có những giới hạn công suất. Tuy nhiên, trong một mạng thực tế thì lại có định sẵn những giới hạn về công suất. Mục đích là để tránh sự mở rộng can nhiễu được gây ra bởi việc điều khiển công suất nhanh chống lại một kênh vô tuyến xấu. Trong hầu hết các trường hợp, điều khiển công suất nhanh và chính xác có thể mang lại những lợi ích cho hệ thống bằng cách bù sự tổn hao truyền dẫn trong kênh vô tuyến. Tuy nhiên, đối với một kênh vô tuyến xấu thì trạm gốc có thể phân bố công suất cao, điều này dẫn tới sự mở rộng can nhiễu đến các kênh hoạt động khác. Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 49 Hình III.9 Công suất tổng trung bình đối với vị trí của trạm di động Các giá trị điển hình của những giới hạn công suất đối với một môi trường macroCell đó là 43dBm(20W) và 30dBm(1W) tương ứng với công suất truyền tổng lớn nhất của trạm gốc và công suất kênh lưu lượng hướng xuống lớn nhất. Giả sử rằng tất cả các trạm gốc đang truyền một giá trị công suất là lớn nhất, PT = 43dBm, hình III.10 biểu diễn công suất kênh lưu lượng hướng xuống trung bình đối với các trạm di động tại những vị trí khác nhau(θ = 30º). Trục x biểu diễn khoảng cách tương đối từ MS đến bán kính Cell. Giả sử rằng khi r/R > 0,82 thì MS rơi vào trạng thái chuyển giao mềm. Hình III.10 Công suất kênh lưu lượng hướng xuống Rõ ràng rằng khi không thực hiện chuyển giao mềm, để giữ tỷ số Eb/I0 mong muốn thì công suất kênh lưu lượng hướng xuống trung bình cần thiết cho MS tại biên giới của Cell là lớn hơn giới hạn công suất tối đa khi tất cả các trạm gốc truyền công Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 50 suất ở mức tối đa. User có thể bị từ chối hoặc phục vụ với một QoS dưới giá trị mong muốn. Chuyển giao mềm có thể giải quyết vấn đề bằng cách phân chia công suất giữa 2 trạm gốc. Đối với một MS tại biên giới Cell, tỷ số Eb/I0 có thể được đảm bảo để đáp ứng giá trị mong muốn mà không cần phân bố công suất cao đến mỗi kênh hướng xuống. Tất nhiên, nếu hệ thống không được nạp tải đầy đủ, thì công suất của các User ở gần góc của Cell có thể không vượt quá mức tối đa ngay cả khi chuyển giao mềm không được hỗ trợ. Điểm quan trọng ở đây là chuyển giao mềm sẽ làm giảm xác suất xấu đi của QoS. Một ưu điểm khác khi thực hiện chuyển giao mềm đó là sự suy giảm công suất do tổn hao của sự che khuất (hiệu ứng màn chắn) là không nhiều như trong trường hợp với một trạm gốc riêng lẻ bởi vì 2 tín hiệu được tổng hợp xuất phát từ 2 kênh vô tuyến khác nhau. 3.1.3 Kết luận Dựa trên các phân tích về nhiễu hướng xuống và những tác động của chuyển giao mềm trên một liên kết riêng lẻ, có thể rút ra một số kết luận như sau:  Ở hướng xuống, nhiễu inter-Cell có quan hệ chặt chẽ với vị trí của thuê bao di động.  Đối với các User ở biên giới của Cell, nhiễu inter-Cell là thành phần chính của nhiễu tổng, nhất là đối với tính trực giao cao hơn.  Những tác động của chuyển giao mềm trên nhiễu hướng xuống là khá phức tạp, nó tuỳ thuộc vào các yếu tố như vị trí của MS, sự suy giảm kênh vô tuyến và chiến lược phân chia công suất được thực hiện.  SHO làm giảm độ dự trữ fade của những kết nối riêng lẻ ở hướng xuống cũng như là hướng lên.  SHO làm giảm công suất trung bình tổng cần thiết cho các MS tại biên giới Cell.  Đối với các User ở gần góc của Cell, thì nhiễu trung bình trong SHO 3 đường là thấp hơn SHO 2 đường.  SHO làm giảm xác suất quá công suất và xấu đi của QoS đối với các User tại biên giới của Cell. 3.2 Phân tích hiệu suất câp hệ thống 3.2.1 Độ lợi chuyển giao mềm hướng xuống Giới thiệu: Như đã đề cập trong chương 2, hiệu suất cấp hệ thống của chuyển giao mềm có thể được đánh giá bởi các chỉ tiêu khác nhau. Một trong số đó có liên quan đến QoS, chẳng hạn như là xác suất ngắn, xác suất chặn cuộc gọi và tỷ lệ lỗi chuyển giao; một loại khác nữa có liên quan đến sự tối ưu hoá hệ thống, chẳng hạn như độ lợi về dung lượng và vùng phủ sóng đối với yêu cầu về QoS được đưa ra. Xuất phát từ nhu cầu ngày càng tăng nhanh của dung lượng hướng xuống trong các mạng di động tương lai, Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 51 bởi tính bất đối xứng của các loại dịch vụ nên trong luận án này sẽ phân tích những tác động của chuyển giao mềm đến dung lượng hướng xuống trong hệ thống WCDMA. Và cũng từ đó, độ lợi dung lượng hướng xuống được tạo ra bởi chuyển giao mềm được định nghĩa là độ lợi chuyển giao mềm (soft handover gain). Các hệ thống CDMA là các hệ thống giới hạn nhiễu. Một trong những điểm khác biệt chính giữa hệ thống CDMA và các hệ thống FDMA/TDMA đó là dung lượng của hệ thống CDMA là dung lượng mềm. Có bao nhiêu người dùng hoặc bao nhiêu đầu cuối có thể được hỗ trợ trên một Cell, điều này có liên quan chặt chẽ đến mức nhiễu của hệ thống. Trong luận án này, sẽ đi vào đánh giá giới hạn dung lượng của hệ thống. Bằng cách so sánh giới hạn dung lượng hệ thống khi có hay không có chuyển giao mềm, người ta có thể thu được độ lợi của chuyển giao mềm với một tổng phí chuyển giao mềm (soft handover overhead:được định nghĩa như là tổng số kết nối chia cho tổng số người sử dụng trừ 1, trong trường hợp chỉ có SHO 2 đường thì SHO overhead sẽ bằng phân số của số User đang trong trạng thái chuyển giao mềm trên tổng số User đang hoạt động) nhất định nào đó. Trong phần sau, phương pháp để phân tích độ lợi chuyển giao mềm sẽ được trình bày và hầu hết các phân tích sau đó đều dựa trên phương pháp này. a) Độ lợi chuyển giao mềm Hình III.11 cho thấy một phần của hệ thống WCDMA với 1 topo mạng lý tưởng. Hình III.11 Vùng chuyển giao mềm và vùng phủ sóng hiệu quả của Cell Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 52 Trong hình, khu vực khoảng trắng là vùng không có chuyển giao mềm, còn khu vực có màu là vùng chuyển giao mềm. Tất cả các trạm di động nằm trong vùng chuyển giao mềm sẽ truyền thông đồng thời với 2 hoặc nhiều trạm gốc. Để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao mềm, trạm di động phải nằm ở khu vực chồng lấp lên nhau của các trạm gốc trong tập tích cực. Do đó, đối với Cell 1 và Cell 2 trong hình III.11, vùng phủ sóng thực tế phải đạt được các vòng tròn màu đỏ và màu xanh (A và B). Trong các phần phân tích phía sau, S sẽ được sử dụng để biểu thị vùng không có chuyển giao mềm và S’ được sử dụng để biểu thị vùng chuyển giao mềm. Giả sử rằng các User hoạt động được phân bố đồng đều trên toàn hệ thống, giới hạn dung lượng của hệ thống có thể được dẫn xuất theo các bước sau:  Bên ngoài vùng chuyển giao mềm Đối với 1 User ở bên ngoài vùng chuyển giao mềm (như User 1 trong hình III.12), chỉ được kết nối với BS1, thì công suất truyền của kênh dành riêng hướng xuống từ BS1 đến User 1, Ps1, có thể được tính toán từ phương trình sau đây: (3.14) Trong đó Eb/I0 là tỷ số của năng lượng bít trên mật độ phổ công suất nhiễu nhận được bởi User, L1 là sự suy giảm lan truyền của kênh vô tuyến giữa BS1 và User; Itotal là công suất nhiễu tổng. L1 và Itotal cả hai đều có liên quan đến vị trí của User. Độ lợi xử lý và giá trị mong muốn của Eb/I0 phụ thuộc vào loại hình dịch vụ mà User yêu cầu. Hình III.12 Sự bố trí Cell  Bên trong vùng chuyển giao mềm Như trong hầu hết các phần trình bày phía trước, tỷ số tổng hợp tối đa được giả định là được đưa vào trong đầu cuối di động. Do đó, đối với 1 User ở bên trong vùng chuyển giao mềm, thì tỷ số Eb/I0 nhận được là tổng của của các Eb/I0 từ tất cả các trạm gốc nằm trong tập tích cực. Giả sử rằng chuyển giao mềm 2 đường được hỗ trợ và BSi 1 11 0 . 1user ofgain Processing s total Sb P I LP I E  Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 53 là một trạm gốc khác tham gia vào quá trình chuyển giao mềm, khi đó Eb/I0 của User 2 trong hình III.12 có thể được biểu diễn là: (3.15) Trong đó Ps1-SHO và Psi-SHO tương ứng với công suất truyền của các kênh dành riêng từ trạm gốc BS1 và BSi đến User 2. Mối quan hệ giữa Ps1-SHO và Psi-SHO có liên quan đến sơ đồ phân chia công suất được đưa vào trong chuyển giao mềm. Thay Psi-SHO bằng 1 hàm giống như của Ps1-SHO vào 3.15, ta có thể thu được Ps1-SHO . Cũng xin lưu ý rằng Itotal1 và Itotali là không giống nhau.  Dẫn xuất của dung lượng hướng xuống Công suất truyền tổng của BS1 là như sau: (3.16) Trong đó γ là tỷ lệ công suất truyền tổng của trạm gốc dành cho các kênh dành riêng; (1- γ) được dành cho các kênh điều khiển chung hướng xuống; N là số User hoạt động trung bình trên mỗi Cell; S đại diện cho vùng không có chuyển giao mềm và S’ đại diện cho vùng có chuyển giao mềm, cả S và S’ đều dựa vào tổng phí và thuật toán chuyển giao mềm; ρ là mật độ User. Theo giả thiết các User di động được phân phối một cách đồng đều, ρ có thể được biểu diễn như sau: (3.17) Trong đó A là khu vực của mỗi Cell và R là bán kính Cell lục giác. Thay ρ, Ps1 và Ps1-SHO vào (3.16), dung lượng hướng xuống trung bình N trên toàn hệ thống với việc thực hiện chuyển giao mềm có thể thu được là: (3.18)  Dẫn xuất của độ lợi chuyển giao mềm Bằng cách so sánh dung lượng khi có chuyển giao mềm và khi không có chuyển giao mềm, ta có thể xác định được độ lợi xử lý của chuyển giao mềm như sau: SHOs total iSHOsi total SHOs i bbb P I LP I LP I E I E I E i _1 _1_1 0100 2.user ofgain processing 1                            N j S S SHOssTjsTT dsPdsPPPPP 1 _111,111 ' ....)1.()1.(  233 2 R N A N     S S SHOss T dsPdsP PR N ' _11 1 2 .. .. 2 33  Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 54 (3.19) Dung lượng hướng xuống khi không thực hiện chuyển giao mềm có thể được biểu diễn như sau: (3.20) Trong đó, A là khu vực của Cell. Thay (3.20) và (3.18) vào (3.19), độ lợi chuyển giao mềm có thể được tính toán là: (3.21) b) Những tác động đối với độ lợi chuyển giao mềm Trong phần trước, dẫn xuất của độ lợi chuyển giao mềm đã được mô tả. Có một vài vấn đề tác động đến dung lượng hướng xuống được đưa ra trong bảng III.1. Trong bảng, sự liên kết sẽ được biểu thị bằng dấu tròn (có) hoặc dấu chéo (không). Độ lợi xử lý và Eb/I0 mục tiêu Ps1 Ps1_SHO S &S’ Mối quan hệ giữa Ps1_SHO & Psi_SHO N Sơ đồ chọn lựa Cell X X Thuật toán SHO X X X X Tổng phí SHO X X X X Điều khiển c/s hướng xuống X X X Sơ đồ phân chia c/s X X X Loại dịch vụ X X TABLE III.1 Bảng liên kết    dB _ _log.10or % 1001 _ __ noSHOcapacity SHOcapacity noSHOcapacity SHOcapacitygainSHO          A s T noSHO dsP PR N . .. 2 33 1 1 2 _   % 1001 .. . ' _11 1                  S S SHOss A s dsPdsP dsP gainSHO Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 55  Sơ đồ chọn lựa Cell sẽ quyết định trạm gốc nào để lưu trú đến đầu tiên. Sự phân chia khác nhau tương ứng với mức công suất khác nhau đối với kênh hướng xuống. Do sự khác nhau giữa các điều kiện ban đầu và kết thúc của thuật toán chuyển giao mềm nên nó cũng có tác động đến S và S’.  Các thuật toán và tổng phí chuyển giao mềm khác nhau sẽ dẫn đến S và S’ khác nhau.  Các điều kiện điều khiển công suất khác nhau sẽ cho ra Ps1 và Ps1-SHO khác nhau.  Các sơ đồ phân chia công suất khác nhau dẫn tới các mối quan hệ khác nhau giữa Ps1-SHO và Psi-SHO .  Các loại hình dịch vụ khác nhau sẽ tương ứng với độ lợi xử lý và tỷ số Eb/I0 mong muốn khác nhau. Trong các phần sau, sự tác động của các vấn đề khác nhau đến dung lượng hướng xuống và độ lợi chuyển giao mềm sẽ được phân tích tương ứng chi tiết hơn. 3.2.2 Sơ đồ chọn lựa và tái chọn lựa Cell Giới thiệu Chọn lựa và tái chọn lựa Cell là hai chức năng cơ bản của các mạng di động. Chọn lựa Cell có nhiệm vụ tìm một Cell cho trạm di động lưu nhập vào: sự quyết định chọn lựa được thực hiện dựa trên cường độ của tỷ số Ec/I0 thu được từ kênh hoa tiêu chung hướng xuống (CPICH: Common Pilot Channel). Sự tái chọn lựa Cell có nhiệm vụ đảm bảo QoS yêu cầu bằng cách luôn luôn giữ cho trạm di động được lưu trú tại một Cell có chất lượng đủ tốt. Bằng việc giám sát thông tin các Cell lân cận, trạm di động có thể tái chọn lựa một trạm gốc để lưu trú đến khi chất lượng của trạm gốc hiện thời xấu đi hoặc khi mạng cần cân bằng tải giữa các Cell. Thủ tục chuyển giao thực chất là một loại của quá trình tái chọn lựa Cell. Những trạm di động “Yếu” ở gần biên giới Cell có thể tái chọn lựa một trạm gốc có chất lượng tốt hơn để truyền thông với nó (chuyển giao cứng) hoặc tái chọn lựa 2 hay nhiều hơn các trạm gốc để truyền thông một cách đồng thời(chuyển giao mềm) với nó để duy trì QoS yêu cầu. Như đã biết, các hệ thống CDMA là các hệ thống giới hạn nhiễu. Trong những hệ thống này, việc điều khiển chuyển giao và chọn lựa/tái chọn lựa Cell không chỉ có nhiệm vụ đảm bảo QoS của các thuê bao di động riêng rẽ mà chúng còn có thể mang đến những ích lợi trên toàn hệ thống bởi việc giảm thiểu can nhiễu bằng cách chọn lựa những trạm gốc có chất lượng tốt hơn. Trong hầu hết các nghiên cứu trước đây, điều khiển chuyển giao và chọn lựa/tái chọn lựa Cell được nghiên cứu một cách riêng rẽ. Việc chọn lựa Cell được phân tích chủ yếu trong các hệ thống Cell phân cấp và hầu hết các phân tích về chuyển giao mềm đã đơn giản hoá sơ đồ chọn lựa Cell ban đầu thành một quá trình dựa trên khoảng cách. Trong luận án này, độ lợi chuyển giao mềm hướng xuống được nghiên cứu dưới 3 sơ đồ chọn lựa Cell (CS:Cell Selection) khác nhau: CS dựa trên khoảng cách, CS hoàn hảo và CS bình thường. Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 56 a) Nguyên lý cơ bản của các sơ đồ chọn lựa Cell (CS) khác nhau Xét một trạm di động nằm gần biên giới Cell được đưa ra trong hình III.13. EP1, EP2, EP3, và EP4 biểu diễn tỷ số Ec/I0 kênh hoa tiêu nhận được tương ứng từ 4 trạm gốc xung quanh: BS1, BS2, BS3 và BS4 . Giả sử rằng tất cả các kênh hoa tiêu hướng xuống đều được phân bổ cùng một giá trị công suất, EPi : (3.22) Trong đó PTi là công suất truyền tổng của BSi , Ppilot là công suất truyền của kênh hoa tiêu hướng xuống; a là hệ số trực giao hướng xuống; j là chỉ số của trạm gốc xung quanh BSi. Hình III.13 Sơ đồ chọn lựa Cell  Chọn lựa Cell dựa trên khoảng cách Trong sơ đồ CS dựa trên khoảng cách, trạm di động luôn luôn chọn một trạm gốc gần nhất để lưu trú đến. Trong trường hợp được đưa ra như trong hình III.13, một kênh dành riêng hướng xuống sẽ được thiết lập giữa MS và BS1.      j jTjiTi ipilot Pi ji i rPraP rP E 1010 10 1010)1( 10       Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 57  Chọn lựa Cell hoàn hảo Trong sơ đồ CS hoàn hảo, trạm di động luôn luôn chọn một trạm gốc tốt nhất để lưu trú đến; Để từ đó MS có thể thu được tỷ số Ec/I0 kênh hoa tiêu mạnh nhất. Vì lý do có sự che khuất nên BS1 có thể không phải là trạm gốc tốt nhất. Hình III.14 đưa ra lưu đồ của chọn lựa Cell hoàn hảo. Hình III.14 Lưu đồ chọn lựa Cell hoàn hảo  Chọn lựa Cell bình thường Nếu trạm di động có thể luôn luôn chọn trạm gốc tốt nhất để lưu trú thì mức nhiễu trong hệ thống sẽ được giảm thiểu. Tuy nhiên, trong thực tế, trạm di động không thể luôn luôn liên kết với trạm gốc tốt nhất, lý do là vì tính di động của User, sự trì hoãn trong việc tái lựa chọn Cell tốt hơn, hoặc là những thay đổi động của kênh lan truyền vô tuyến. Trong luận án này, một giá trị ngưỡng CS_th được sử dụng để đưa vào các tình huống không hoàn hảo trên. Nguyên lý cơ bản là: trạm di động luôn luôn chọn trạm gốc gần nhất để lưu trú ngoại trừ khi sự chênh lệch Ec/I0 giữa trạm gốc tốt nhất và trạm gốc gần nhất cao hơn ngưỡng CS_th. Đoạn mã của sơ đồ chọn lựa Cell có thể đươc biểu diễn như sau: If (Ep_best – Ep_nearest > CS_th Camping on BS_best ; Else Camping on BS_nearest ; end Hình III.15 đưa ra lưu đồ chọn lựa Cell bình thường. Khi ngưỡng CS_th bằng 0, thì chọn lựa Cell bình thường sẽ trở thành trường hợp chọn lựa Cell hoàn hảo. Camping on BSi Max{Ep1, Ep2, Ep3, Ep4}= Epi Measure Epi, Ep2, Ep3, Ep4 Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 58 Hình III.15 Lưu đồ chọn lựa Cell bình thường b) Những tác động của các sơ đồ chọn lựa Cell khác nhau đến độ lợi SHO Việc chọn một trạm gốc khác để lưu trú đến sẽ dẫn tới việc phân bố công suất dành cho MS tại vị trí nhất định với một QoS mong muốn nhất định cũng sẽ khác. Điều này tương ứng với Ps1 và Ps1-SHO trong phương trình 3.18 cũng sẽ khác. Hơn nữa, sự chọn lựa Cell cũng có tác động đến khu vực S và S’ trong 3.18 bởi vì các điều kiện khởi tạo và kết thúc của thuật toán chuyển giao mềm thường là khác nhau. Những lựa chọn trạm gốc dịch vụ ban đầu khác nhau có thể dẫn đến những quyết định chuyển giao mềm khác nhau. Tất cả các sự thay đổi trên sẽ dẫn đến độ lợi SHO thay đổi. 3.2.3 Các thuật toán chuyển giao mềm Giới thiệu Độ lợi chuyển giao mềm phụ thuộc chặt chẽ vào các thuật toán chuyển giao mềm. Đến nay, có khá nhiều các thuật toán đã được đề xuất và đánh giá. Trong số các thuật toán đó, thuật toán chuyển giao mềm IS-95A, thuật toán chuyển giao mềm UTRA và SSDT (Site Selection Diversity Transit Power Control) là các đại diện phổ biến nhất. Trong thuật toán IS-95A (cũng được gọi là thuật toán cdmaOne cơ bản), ngưỡng chuyển giao là một giá trị Ec/I0 kênh pilot thu được cố định. Nó rất dễ thực hiện, nhưng có một vài khó khăn khi phải đối mặt với những thay đổi tải động. Dựa trên thuật toán IS-95A, một vài biến đổi của thuật toán cdmaOne đã được đề xuất cho các hệ thống IS-95B và cdma2000 với tính linh hoạt hơn là các ngưỡng cố định. Trong Measure Ep1, Ep2, Ep3, Ep4 Min {r1,r2,r3,r4} = ri; Max { Ep1, Ep2, Ep3, Ep4}= Epj i == j Epj – Epj > CS_th Camping on BSi Camping on BSj No Yes No Yes Yes Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 59 WCDMA, nhiều sơ đồ phức tạp hơn được sử dụng. Trong sơ đồ chuyển giao mềm UTRA được thông qua bởi UMTS, những quyết định chuyển giao được thực hiện dựa trên các giá trị ngưỡng tương đối. Lợi ích lớn nhất của thuật toán này là sự biểu hiện tham số dễ dàng của nó. Ngoài thuật toán chuyển giao mềm UTRA, SSDT là một sơ đồ thay thế được thông qua bởi 3GPP. So với tất cả các thuật toán khác, đặc điểm nổi bật nhất đó là SSDT giảm nhẹ can nhiễu gây ra bởi sự truyền dẫn ở nhiều vị trí khác nhau, nhưng ngược lại nó không có độ lợi phân tập đa dạng. Cho đến nay, một số công việc đã được thực hiện để so sánh các sơ đồ chuyển giao mềm khác nhau như phân tích số hay mô phỏng. Tuy nhiên, tất cả những sự so sánh đó đều được thực hiện dựa trên những chỉ tiêu về QoS hoặc sự phân bố tài nguyên. Trong luận án này, sẽ đi thực hiện so sánh những ảnh hưởng của các thuật toán chuyển giao mềm khác nhau lên dung lượng hướng xuống. a) Các thuật toán SHO khác nhau Tương tự như cách trong sơ đồ chọn lựa Cell, quyết định chuyển giao mềm cũng được thực hiện dựa trên tỷ số Ec/I0 nhận được của kênh hoa tiêu chung hướng xuống (CPICH). Trạm di động luôn luôn theo dõi Ec/I0 của các kênh hoa tiêu từ những trạm gốc gần đó và báo cáo kết quả về cho trạm gốc dịch vụ. Sau đó trạm gốc dịch vụ sẽ gởi thông tin này về cho RNC. Bên trong RNC, một sự đánh giá những điều kiện kích hoạt và kết thúc sẽ được thực hiện dựa trên những kết quả đo này. Bởi vì những thuật toán khác nhau có điều kiện kích hoạt và kết thúc khác nhau, nên cùng một User trong cùng một mạng có thể ở trong các trạng thái khác nhau khi thực hiện những thuật toán chuyển giao mềm khác nhau. Điều này có nghĩa là hình dạng của vùng chuyển giao mềm có thể sẽ khác nhau với những thuật toán chuyển giao mềm khác nhau mặc dù rằng tình trạng mạng là giống nhau. Trong luận án này, có 2 thuật toán chuyển giao mềm điển hình được so sánh, đó là IS-95A và UTRA.  Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A Thuật toán IS-95A đã được mô tả trong hình II.5 trong phần 2.2.2. Trong thuật toán này, các giá trị ngưỡng tuyệt đối được sử dụng. T_ADD và T_DROP được định trước khi định kích thước mạng. Hình III.16 đưa ra lưu đồ của thuật toán chuyển giao mềm IS-95A. Điều kiện kích hoạt của thuật toán có thể được biểu diễn như sau: (3.23) Trong đó, PT là công suất truyền tổng của trạm gốc, a là hệ số trực giao hướng xuống, PPilot là công suất truyền của kênh hoa tiêu, Li là độ suy giảm truyền dẫn của kênh vô tuyến từ trạm gốc đến MS. ADDT LPLaP LP I E E M j jTiT ipilot BSpilot c pi i _ )1(_0           Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 60 Hình III.16 Lưu đồ thuật toán chuyển giao mềm IS-95A Không giống như ở hướng lên, nhiễu ở hướng xuống có mối quan hệ với vị trí của trạm di động. Do đó, tỷ số Ec/I0 của kênh pilot không chỉ liên quan đến ri mà còn liên quan đến góc θ. Và kết quả là biên giới của vùng chuyển giao mềm không phải là hình tròn như được giả định trong các nghiên cứu trước đây. Phần(a) trong hình III.18 cho thấy mối quan hệ giữa giữa vùng chuyển giao mềm và tổng phí chuyển giao mềm dựa trên thuật toán IS-95A. Và quyết định chuyển giao được thực hiện dựa trên tỷ số Ec/I0 kênh pilot thu được trung bình.  Thuật toán chuyển giao mềm UTRA Thuật toán chuyển giao mềm UTRA (cũng được gọi là thuật toán chuyển giao mềm WCDMA) cũng đã được trình bày trong phần 2.2.2, hình II.6. Khác với IS-95A, thuật toán UTRA sử dụng ngưỡng tương đối chứ không phải ngưỡng tuyệt đối. Hình III.17 đưa ra lưu đồ của thuật toán chuyển giao mềm UTRA. Epi > T_ADD Đưa BSi vào tập ứng cử Đưa BSi vào tập lân cận Begin BSi Є tập tích cực Tập tích cực đầy Đưa BSi vào tập tích cực Epi < T_DROP Cho đến khi hết định thời rớt Yes Yes Yes No No No No Yes Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 61 Hình III.17 Lưu đồ thuật toán chuyển giao mềm UTRA Trong đó, EPi biểu diễn tỷ số Ec/I0 của kênh CPICH từ BSi, EP-best là Ec/I0 của kênh CPICH mạnh nhất hiện tại trong tập tích cực, EP-worst là Ec/I0 của kênh CPICH yếu nhất hiện tại trong tập tích cực, Th_add = R1a-H1a/2, Th_drop = R1b+H1b/2, Th_rep = H1c/2, các định nghĩa của R1a, H1a/2, R1b,H1b/2 và H1c/2 đều đã được đưa ra trong phần 2.2.2 Giả sử rằng BSi là trạm gốc ban đầu của User, điều kiện kích hoạt của thuật toán chuyển giao mềm UTRA có thể được biểu diễn là: (3.24) HystThASThAS I E I E ji BSpilot c BSpilot c ___ _0_0             BSi Є tập tích cực Tập tích cực đầy BSi là tốt nhất trong tập ứng cử Begin Loại BSi ra khỏi tập tích cực Ep_best – Epi < Th_add Trong chu kỳ ∆T Epi – Ep_worst > Th_add Trong chu kỳ ∆T Thay BS xấu nhất trong tập tích cực bằng BSi Epi < Ep_best - Th_add Trong chu kỳ ∆T Thêm BSi vào tập tích cực. Thiết lập kết nối mới với BSi No No No No No No (Sự kiện 1A) Yes Yes Yes Yes Yes (Sự kiện 1B) Yes (Sự kiện 1C) Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 62 Phần (b) trong hình III.18 cho thấy các vùng chuyển giao mềm của thuật toán UTRA với các tổng phí chuyển giao mềm khác nhau. Và quyết định chuyển giao cũng được thực hiện dựa trên tỷ số Ec/I0 kênh pilot nhận được trung bình. b) Vùng SHO của các thuật toán chuyển giao mềm khác nhau Hình III.18 đưa ra vùng chuyển giao mềm của thuật toán IS-95A và UTRA với các tổng phí chuyển giao mềm khác nhau dựa trên Ec/I0 kênh pilot thu được trung bình. Ở đây, chuyển giao mềm 2 đường được sử dụng và giả sử rằng sự phân phối tải là đồng đều. Do đó, tổng phí chuyển giao mềm bằng tỷ lệ của khu vực vùng chuyển giao mềm trên khu vực của Cell. Hình III.18 So sánh vùng SHO của các thuật toán khác nhau Từ hình III.18, ta thấy rõ ràng là hình dạng của các vùng chuyển giao mềm của 2 thuật toán là rất khác nhau khi tổng phí chuyển giao mềm nhỏ. Khi tổng phí tăng lên, những sự khác nhau sẽ dần mất đi. Vì vậy, khi đánh giá độ lợi chuyển giao mềm từ phương trình (3.21), S và S’ khác nhau sẽ được thay thế theo các thuật toán chuyển giao mềm khác nhau. 3.2.4 Điều khiển công suất hướng xuống Như đã đề cập trong chương 1, trong các hệ thống CDMA, điều khiển công suất là một trong những chức năng rất quan trọng để quản lý tài nguyên vô tuyến. Ở hướng lên, điều khiển công suất được đưa vào để khắc phục hiệu ứng gần xa, còn ở hướng xuống, nguyên nhân chính để sử dụng điều khiển công suất đó là giảm nhiễu inter- Cell. Bởi vì điều khiển công suất hướng xuống không quan trọng bằng việc điều khiển công suất hướng lên, nên trong một số nghiên cứu trước đó về chuyển giao mềm đã không đề cập đến điều khiển công suất hướng xuống. Theo những phân tích trong phần 3.1, đối với những MS đang trong trạng thái chuyển giao mềm ở gần cạnh của Cell, thì nhiễu inter-Cell là cao hơn nhiều so với nhiễu intra-Cell. Điều này đặc biệt đúng khi tính trực giao giữa các kênh hướng xuống Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 63 được giữ ở mức tốt. Do đó, không khó khăn để đi đến kết luận rằng có một số mối tương quan nào đó giữa việc điều khiển công suất và độ lợi chuyển giao mềm. Trong luận án này, kết luận mang tính trực quan này sẽ được kiểm chứng bằng cách phân tích và so sánh độ lợi chuyển giao mềm dưới 3 điều kiện điều khiển công suất khác nhau một cách riêng rẽ. a) Phân bố công suất dưới 3 điều kiện điều khiển công suất  Không có điều khiển công suất Bởi vì ở hướng xuống, điều khiển công suất là không quan trọng như ở hướng lên, nên một vài nghiên cứu trước đó đã không quan tâm tới nó. Khi không có điều khiển công suất, mỗi kênh lưu lượng hướng xuống sẽ được phân bổ cùng một giá trị công suất. Do đó, (3.25) Trong đó x là tổng phí chuyển giao mềm, N là số User hoạt động trên một Cell, N(1+x) tổng số kênh dành riêng hướng xuống, γ là tỷ lệ công suất truyền tổng dành cho kênh lưu lượng.  Điều khiển công suất hoàn hảo Phân bố công suất theo điều khiển công suất hoàn hảo đã được phân tích trong phần 3.1.2. Việc điều khiển công suất hướng xuống hoàn hảo sẽ làm cho tỷ số Eb/I0 nhận được tại giá trị mong muốn của tất cả các trạm di động bằng nhau ở mọi thời điểm. Do đó, công suất truyền dẫn của các kênh dành riêng hướng xuống có thể được dẫn xuất từ các phương trình chất lượng liên kết. Đối với một User đặt tại (r1,θ1) bên ngoài vùng chuyển giao mềm như User 1 trong hình III.12, không quan tâm đến nhiễu nhiệt, tỷ số năng lượng bít trên mật độ phổ công suất nhiễu Eb/I0 nhận được có thể được biểu diễn là: (3.26) Trong đó, W là tốc độ chip; R là tốc độ bit dịch vụ; ν là hệ số hoạt động; PT là công suất truyền tổng của tất cả các trạm gốc; r1 và rj là các khoảng cách từ trạm di động đến BS1 và BSj tương ứng; α là độ mất đường dẫn; ζ là độ suy giảm tính theo dB do hiệu ứng màn chắn, với độ lệch chuẩn σ; a là hệ số trực giao; M là chỉ số của trạm gốc được đưa vào tính toán nhiễu inter-Cell. Ở đây, những trạm gốc thuộc lớp thứ nhất và thứ hai được sử dụng, vì vậy M = 19. )1( .1 _11 xN PPP TSHOss          M j jTjT sb j rPraP rP R W I E 2 1010 11 10 11 0 1010)1( 10 1 1        Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 64 Giả sử rằng các User được phân bố đều trên toàn mạng và công suất truyền tổng của tất cả các trạm gốc là giống nhau, được ký hiệu là PT . Công suất truyền yêu cầu của kênh dành riêng hướng xuống từ BS1 , Ps1 có thể được giải từ phương trình (3.26) như sau:                           )1(1 10 1010)1( 010 1 2 1010 1 0 1 1 1 aP I E W R r rraP I E W R P T t b M j jT t b s j         (3.27) Trong đó (Eb/I0)t là giá trị Eb/I0 mong muốn; Đối với User bên trong vùng chuyển giao mềm như User 2 trong hình III.12, giả sử rằng BS1 và BSi nằm trong tập tích cực (SHO 2 đường), chiến lược phân chia công suất cân bằng và tỷ số tổng hợp tối đa được sử dụng trong quá trình chuyển giao mềm, tỷ số Eb/I0 nhận được là: (3.28) Vì vậy, Ps1-SHO có thể được tính là: (3.29) Trong đó: (3.30) Phân bố công suất theo SHO 3 đường cũng có thể được dẫn xuất theo cách tương tự.             M j j j r r 2 10 )( 1 1 10)1(                                      19 ,1 1010 10 _ 19 2 1010 1 10 1_1 0100 1010)1( 10 1010)1( 10 1 1 ikk kTiT iSHOsi j jTT SHOs i bbb ki i j rPraP rP rPraP rP R W I E I E I E                         )2(1 1 )1(1 1 0 _1 aa P I E W R P T t b SHOs                         M j M ikk i kj ik j r r r r 2 ,1 10 )( 10 )( 1 10)2( và10)1( 1     Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 65  Điều khiển công suất không hoàn hảo Qua việc xác minh bằng thực nghiệm, lỗi điều khiển công suất có thể được mô hình hoá như là một giá trị ngẫu nhiên với phân bố logarit chuẩn tắc. Gọi Pe là giá trị biểu diễn cho lỗi điều khiển công suất (được tính bằng dB), Ps1 và Ps1-SHO có thể được viết như sau: Ps1 = Ps1’ + Pe (dB) (3.31) Ps1-SHO = Ps1-SHO’ + Pe1 (dB) và Psi-SHO = Psi-SHO’ + Pei (dB) (3.32) Trong đó Pe là một giá trị ngẫu nhiên có phân bố Gaussian với trung bình không và phương sai, σe 2. Độ lệch chuẩn σe phản ánh mức độ không hoàn hảo. Suốt trong quá trình chuyển giao mềm, Pe1 và Pe2 là độc lập với nhau. Thay (3.31) và (3.32) vào (3.26) và (3.28), ta có thể thu được công suất truyền thực tế theo điều kiện điều khiển công suất không hoàn hảo Ps1’ và Ps1-SHO’ . b) Độ lợi SHO dưới những tác động của điều khiển công suất Dung lượng hướng xuống và độ lợi chuyển giao mềm với điều khiển công suất hoàn hảo hay không hoàn hảo có thể được tính bằng cách thay Ps1 , Ps1-SHO , Ps1’ , và Ps1-SHO’ vào (3.18) và (3.21). Đối với một User tại (r1,θ1) bên ngoài vùng chuyển giao mềm, thay (3.25) vào (3.26), Eb/I0 có thể được biểu diễn là: (3.33) Rõ ràng là khi không có điều khiển công suất, Eb/I0 là một hàm theo vị trí trạm di động. Từ (3.33) có thể rút ra N: (3.34)                           M j a j M j j b j j r r axN R W rxNraxN r R W I E 2 10 )( 1 2 1010 1 10 1 0 1 1 1 101)1( 10)1(10)1)(1( 10.                               M j j tb j r r ax IER W N 2 10 )( 1 0 1 101)1( )/(     Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 66 Đối với một MS bên trong vùng chuyển giao mềm như User 2 trong hình III.12, Eb/I0 có thể được biểu diễn là: (3.35) Trong đó (1) và (2) được đưa ra trong (3.28). Từ (3.35), N có thể được suy ra: (3.36) Do đó, dung lượng hướng xuống trung bình N khi không điều khiển công suất hướng xuống có thể được biểu diễn là: (3.37) Từ (3.37) ta có thể thấy được rằng khi không điều khiển công suất, dung lượng hướng xuống sẽ bị giới hạn bởi các User yếu nhất (User có Eb/I0 thấp nhất) trong Cell.               )2(1)1()1(1)1(0 axNaxNR W I Eb                )2(1 1 )1(1 1 )1( )/( 0 aax IER W N tb                                                                      zone SHO inside )2(1 1 )1(1 1 )1( /R W E zone SHO outside )1(1)1( / min)( 0 0 1 aax IE ax IER W E rN b b     Báo cáo tốt nghiệp Chương IV: Chiến lựơc điều khiển công suất tối ưu SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 67 CHƯƠNG IV: CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TỐI ƯU TRONG CHUYỂN GIAO MỀM 4.1 Nguyên lý của cách tiếp cận mới Như đã đề cập trong những chương trước, hệ thống CDMA là những hệ thống được giới hạn nhiễu. Việc giảm thiểu nhiễu tổng là một trong những nguyên tắc cơ bản để tối ưu hoá tài nguyên vô tuyến trong những hệ thống CDMA. Nguyên lý cơ bản của cách tiếp cận điều khiển công suất mới đó là giảm thiểu mức tiêu thụ công suất tổng suốt trong quá trình chuyển giao mềm bởi vì mức tiêu thụ công suất thấp cũng đồng nghĩa với việc nhiễu đến các User khác sẽ ít hơn. Xét một trạm di động đang trong trạng thái SHO 2 đường được đưa ra trong hình IV.1, công suất tổng được tiêu thụ bởi trạm di động này là tổng của P1 và P2. P1 và P2 là công suất truyền của các kênh hướng xuống dành riêng tương ứng từ BS1 và BS2. Hình IV.1 Điều khiển công suất hướng xuống trong Chuyển giao mềm Giả sử rằng tải được phân bố đồng đều trên toàn hệ thống, công suất truyền tổng PT của mỗi trạm gốc là giống nhau. Tỷ số Eb/I0 của trạm di động có thể được biểu diễn như sau: (4.1) Với: (4.2) Và: (4.3) 20100              I E I E I E bbb                  M i i T M i iTT b L LaP P R W LPLaP LP R W I E 2 1 1 2 1 11 10 1)1( .                   M jj j T M jj jTT b L L aP P R W LPLaP LP R W I E 2,1 2 2 2,1 2 21 20 1)1( .  Báo cáo tốt nghiệp Chương IV: Chiến lựơc điều khiển công suất tối ưu SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 68 Trong đó W là tốc độ chip; R là tốc độ bit dịch vụ; ν là hệ số hoạt động của dịch vụ; a là hệ số trực giao hướng xuống; Li là suy giảm lan truyền từ BSi đến trạm di động; M là chỉ số của các trạm gốc được đưa vào nhiễu inter-Cell. Thay (4.2) và (4.3) vào (4.1) ta được: (4.4) Ta định nghĩa một thông số B để định nghĩa mối quan hệ giữa P1 và P2 theo: (4.5) Theo nguyên tắc “Không hơn, không kém”, QoS nhận được của trạm di động được giữ ở mức giá trị mục tiêu. Do đó, từ (4.4) và (4.5), công suất tổng được yêu cầu bởi trạm di động có thể được suy ra là: (4.6) Trong đó (Eb/I0)t là giá trị mục tiêu đối với dịch vụ mà User yêu cầu. Từ (4.6), ta thấy rõ ràng là công suất tổng mà User tiêu thụ có mối quan hệ với tỷ số công suất B. Những giá trị khác nhau của tỷ số P1 và P2 sẽ dẫn tới mức tiêu thụ công suất tổng khác nhau. Mục đích của chiến lược điều khiển công suất tối ưu mới là cố gắng tìm một giá trị tỷ số B thích hợp để tối thiểu hoá công suất tổng PT. 4.2 Đánh giá tính khả thi Sử dụng chiến lược phân chia công suất cân bằng chuẩn [ETSI TS 125 214] làm tham chiếu, dẫn xuất của B để giảm bớt công suất tổng có thể được tiến hành như sau: Gọi Pt0 là giá trị đại diện cho công suất tổng mà User tiêu thụ khi thực hiện chiến lược phân chia công suất cân bằng chuẩn trong suốt quá trình chuyển giao mềm. Thay P1 bằng P2 vào (4.6), Pt0 có thể được biểu diễn là:                   M jj j M i iT b L L a P L L a P PR W I E 2,1 2 2 2 1 1 0 11 1  2 1 s s P PB                    M jj j M i i T t b t L L a B L L a P W R I E B PPP 2,1 22 1 0 21 1 /1 1 1 11  Báo cáo tốt nghiệp Chương IV: Chiến lựơc điều khiển công suất tối ưu SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 69 (4.7) Để giảm bớt công suất tổng thì phải thoả theo bất đẳng thức sau đây: Pt ≤ Pt0 (4.8) Đặt (4.8) có thể được viết lại như sau: Do Nên: Suy ra: Suy ra: (4.9) Để thoả (4.9), B phải tuỳ thuộc vào mối quan hệ giữa X và Y. Nếu             M jj j M i i T t b t L L a L L a P W R I E P 2,1 22 1 0 0 1 1 1 1 .2        M jj j M i i L L a Y L L a X 2,1 22 1 1 1 Và 1 1 YXY B X B     2 1 11 01)(        Y B XYX                  Y B XYX YX Y B XYX Y B X B 1)( )( 21).( 1 11 Y B XY B X B YX 22.1.1  X B Y B .11.11              1 011 ,  B B YX Báo cáo tốt nghiệp Chương IV: Chiến lựơc điều khiển công suất tối ưu SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 70 Nếu (4.10) Gọi : (4.11) Là tỷ số Ec/I0 kênh Pilot nhận được từ trạm gốc BSi. Trong đó, γ là tỷ lệ công suất truyền tổng của trạm gốc dành cho kênh lưu lượng; a là hệ số trực giao hướng xuống. Do đó: (4.12) (4.10) có thể được viết lại thành: Nếu (4.13) Nếu Khi tải được phân bố đồng đều trên toàn hệ thống, tất cả các kênh hoa tiêu hướng xuống được phân bổ cùng một giá trị công suất, thì việc nhận được Ec/I0 cao hơn từ trạm gốc BSi sẽ tương ứng với sự suy giảm lan truyền từ BSi đến User sẽ thấp hơn. Do đó, việc chọn B = L1/L2 sẽ thoả mãn được (4.13) đồng thời cũng thoả mãn được (4.8). Điều này có nghĩa là khi tỷ số công suất giữa những trạm gốc trong tập tích cực bằng tỷ số suy giảm lan truyền giữa chúng thì mức tiêu thụ công suất tổng suốt trong quá trình chuyển giao mềm có thể được giảm bớt so với sơ đồ phân chia công suất cân bằng. Do đó, trong sơ đồ điều khiển công suất tối ưu, những trạm gốc trong tập tích cực sẽ thay đổi công suất truyền của chúng một cách phụ thuộc và tỷ số công suất được giữ bằng với tỷ số suy giảm lan truyền. Lưu ý rằng việc chọn B = L1/L2 cho sơ đồ điều khiển công suất tối ưu là bởi vì sự suy giảm lan truyền từ một trạm gốc cụ thể có thể thu được bằng cách đo kênh Pilot hướng xuống của trạm gốc đó. Điều này đảm bảo tính khả thi của cách tiếp cận điều 1 011 ,  B B YX           M ij i ji c L L a I E )1( 1 0                         1 1 1 Và 11 1 20 2,1 2 10 2 1 I E L L a Y I E L L a X c M jj j c M i i 1 01 -1 , 2010             B BI E I E cc 1 011 , 2010             B BI E I E cc Báo cáo tốt nghiệp Chương IV: Chiến lựơc điều khiển công suất tối ưu SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 71 khiển công suất mới bởi vì việc đo các kênh Pilot là một thủ tục cơ bản của chuyển giao mềm. Trong SHO 3 đường thì việc phân tích cũng hoàn toàn tương tự. Giả sử BS1, BS2 và BS3 là 3 trạm gốc trong tập tích cực, khi đó mối quan hệ giữa P1, P2 và P3 là: (4.14) Hình IV.2 biểu diễn công suất tổng tương đối trung bình mà User cần trong quá trình chuyển giao mềm. Trục X biểu diễn khoảng cách tiêu chuẩn hoá từ User đến trạm gốc gần nhất trong tập tích cực. Những giả định về hệ thống và mô hình kênh vô tuyến giống như đã được đưa ra trong chương 3 và những thông số hệ thống được lấy từ bảng IV.1. Pt0/PT và Pt/PT được tính toán tương ứng từ (4.6) và (4.7). Những kết quả trong hình cho thấy rằng so với sơ đồ phân chia công suất cân bằng, thì sự phân chia công suất không cân bằng trong sơ đồ điều khiển công suất tối ưu nó làm giảm công suất tổng mà User tiêu thụ trong quá trình chuyển giao mềm. TABLE IV.1 Các thông số hệ thống Hình IV.2 Công suất truyền tổng tương đối cho các MS trong chuyển giao mềm. Thông số α Độ mất đường dẫn σ Độ lệch chuẩn của hiệu ứng màn chắn γ Tỷ lệ công suất kênh lưu lượng a Hệ số trực giao W Tốc độ chip R Tốc độ bit dịch vụ ν Hệ số hoạt động Giá trị 4 8 dB 0.8 0.6 3.84 Mchip/s 12.2 kbit/s 0.5 3 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 1 , , L L P P L L P P L L P P  Báo cáo tốt nghiệp Chương V: Chương trình demo SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 72 CHƯƠNG V: CHƯƠNG TRÌNH DEMO Phần Demo này sẽ đưa ra mô hình chuyển giao của một MS trong một ô tô đang chuyển động từ Cell A sang Cell B. Hình V.1 Mô hình chuyển giao Khi MS đang chuyển động ở Cell A (Cell B), MS chỉ kết nối với BS của Cell A (Cell B), BS Cell A (Cell B) chịu sự điều khiển của RNC. Khi MS trong vùng chuyển giao của hai Cell A và B, MS kết nối đồng thời với hai BS của Cell A và Cell B. Lúc này, BS của Cell A và Cell B đồng thời chịu sự điều khiển của RNC. Báo cáo tốt nghiệp Kết luận SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 73 KẾT LUẬN Trong một hệ thống WCDMA, chuyển giao mềm có 2 tác động đối lập đến hướng xuống: đó là phân tập đa dạng và sự tiêu thụ nguồn tài nguyên bổ sung. Phân tập đa dạng cải thiện hiệu suất cấp đường dẫn, nhưng đối với hiệu suất cấp hệ thống thì đòi hỏi có một sự cân bằng giữa 2 tác động này. Để tối đa hóa dung lượng hướng xuống thì phải có một tổng phí chuyển giao mềm tối ưu. Tổng phí tối ưu này rất nhạy cảm với sơ đồ chọn lựa Cell, các điều kiện điều khiển công suất và sự đa dạng của các tham số vô tuyến. Dung lượng của tập tích cực không bị chi phối bởi tính chất “càng lớn càng tốt”.Việc bổ sung thêm một trạm gốc khi thực hiện chuyển giao mềm sẽ đi kèm theo với sự phức tạp và gia tăng báo hiệu trong hệ thống, chính vì lý do đó nên dung lượng của tập tích cực nên được giữ ở mức 2. Sơ đồ điều khiển công suất mới để điều khiển sự phân chia công suất giữa những trạm gốc trong tập tích cực cho thấy hiệu suất tốt hơn sơ đồ điều khiển công suất cân bằng truyền thống được thông qua bởi 3GPP. Nó giảm thiểu can nhiễu và duy trì những lợi ích thu được từ sự phân tập đa dạng tại cùng một thời điểm. Sơ đồ phân chia công suât tối ưu này cải thiện dung lượng hướng xuống và làm cho hệ thống di động trở nên vững chắc hơn trước những sự suy giảm biến động của môi trường vô tuyến. Và nó đặc biệt thích hợp với những hệ thống WCDMA có tổng phí chuyển giao mềm cao và hoạt động trong môi trường vô tuyến có fading che khuất cao hơn. Qua những phân tích và nghiên cứu về quá trình chuyển giao mềm, chúng ta đã thấy được những đặc điểm cũng như những lợi ích mà nó mang lại. Do thời gian nghiên cứu có hạn và một vài mặt hạn chế khác nên Luận án này sẽ không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Báo cáo tốt nghiệp Bảng từ viết tắt SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 74 BẢNG TỪ VIẾT TẮT 2G 2nd Generation 3G 3rd Generation 3GPP 3rd Generation Partnership Project (produces WCDMA standard) 3GPP2 3rd Generation Partnership Project 2 (produces cdma2000 standard) 4G 4th Generation AC Admission Control AGC Automatic Gain Control AMPS Advanced Mobile Phone Service AMR Adaptive Multirate (speech codec) B(T)S Base (Transceiver) Station B3G systems systems Beyond 3G BER Bit Error Rate BoD Bandwidth on Demand BPSK Binary Phase Shift Keying CDF Cumulative Distribution Function CDMA Code Division Multiple Access CN Core Network CPICH Common Pilot Channel DAB Digital Audio Broadcasting DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunication DL Downlink DPCCH Dedicated Physical Control Channel DPDCH Dedicated Physical Data Channel DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying DS-CDMA Direct-Sequence Code Division Multiple Access DVB Digital Video Broadcasting EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution ETSI European Telecommunication Standard Institute FCC Federal Communication Commission (US) FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access Báo cáo tốt nghiệp Bảng từ viết tắt SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 75 FPLMTS Future Public Land Mobile Telecommunications System GMSK Gaussian Minimum Shift Keying GPRS General Packet Radio Service GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile Communications HHO Hard Handover HO Handover HSCSD High Speed Circuit Switched Data IMT-2000 International Mobile Telecommunications - 2000 IS-136 D-AMPS, US-TDMA system IS-95 cdmaOne, US-CDMA system ISDN Integrated Services Digital Network ITU International Telecommunications Union JDC Japanese Digital Cellular LOS Line-of-sight MBWA Mobile Broadband Wireless Access (IEEE 802.20) MS Mobile Station MUD Multiuser Detection NMT Nordic Mobile Telephones NTT Nippon Telephone and Telegraph O&M Operation and Maintenance O-QPSK Offset Quadrature Phase Shift Keying OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor PC Power Control PDC Personal Digital Cellular PSK Phase Shift Keying QoS Quality of Service RAM Radio Access Mode RAT Radio Access Technology RF Radio Frequency RNC Radio Network Controller RRC Radio Resource Control RRM Radio Resource Management SCH Synchronization Channel Báo cáo tốt nghiệp Bảng từ viết tắt SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 76 SHO Soft Handover SIR Signal to Interference Ratio SSMA Spread-Spectrum Multiple Access TACS Total Access Communication Systems TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access TPC Transmit Power Control UE User Equipment UL Uplink UMTS Universal Mobile Telecommunication Services UTRA UMTS Terrestrial Radio Access UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network UWC Universal Wireless Communications WARC World Administrative Radio Conference WCDMA Wideband Code Division Multiple Access WLAN Wireless Local Access Network WWRF Wireless World Research Forum Báo cáo tốt nghiệp Tài liệu tham khảo SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 77 PHỤ LỤC Trong phần phụ lục này sẽ đi giải thích công thức (4.11)           M ij i ji c L L aI E )1( 1 0  Theo hình trên, giả định rằng tất cả các kênh Pilot đều được phân bố cùng một giá trị công suất PPilot , khi đó tỷ số Ec/I0 kênh Pilot nhận được từ trạm gốc BS1 có thể được biểu diễn là:            M k kTkT Pilotc k rPraP rP I E 2 1010 11 10 1 10 1010)1( 10 1 1       Trong đó PTi là công suất truyền tổng của BSi ; α là độ mất đường dẫn; σ là độ lệch chuẩn của hiệu ứng màn chắn; a là hệ số trực giao hướng xuống; k là chỉ số của các trạm gốc xung quanh BS1; M là số trạm gốc gây nhiễu inter-Cell. Giả định rằng các thuê bao hoạt động được phân bố đồng đều và công suất truyền tổng của tất cả các trạm gốc là giống nhau PT. Ngoài ra, cũng giả định rằng kênh Pilot là kênh điều khiển chung ở hướng xuống. Từ đó phương trình trên có thể được viết lại thành:                   M k k c k r ra I E 2 10 )( 1 10 110)1( 1    Và trường hợp tổng quát nó có thể được viết lại thành: Báo cáo tốt nghiệp Tài liệu tham khảo SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 78                 M ij i ji c L L a I E )1( 1 0  Báo cáo tốt nghiệp Tài liệu tham khảo SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Networks-tác giả Yuchen.  Study of soft handover in UMTS, Stijin N.P.Van Cauwenberge, Technical University of Denmark, University of Gent, Belgium.  Đề tài nghiên cứu phương pháp chuyển giao mềm trong hệ thống thông tin di động DS/CDMA, sinh viên Ngô Vũ Truyền, Đại học Giao Thông Vận Tải, Quận 9, tp HCM.  Công nghệ GSM và giải pháp nâng cấp mạng GSM lên WCDMA, www.4tech.com.vn.  WCDMA for UMTS, Radio access for third Generation Mobile communicaitions, John Wiley and Sons, Ltd.  Bài giảng Thông Tin Di Động Số, Ts Hồ Văn Cừu & Ths Phạm Thanh Đàm, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông.  Lý thuyết trải phổ và ứng dụng, Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông.  Bài giảng Công Nghệ 3G WCDMA UMTS, Ts Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông.  Hệ thống thông tin di động WCDMA, Ks Nguyễn Văn Thuận, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông.