Đồ Án Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực thông tin, dịch vụ và trong đời sống hàng ngày. 3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao, Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống.
Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động là một trong những khâu quan trọng của hệ thống, 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. Đối với các hệ thống băng hẹp, các sơ đồ điều khiển công suất đã gợi mở cho nhiều nghiên cứu tiếp theo cho hệ thống băng rộng.
Xuất phát từ tầm quan trọng đó em chọn đề tài “ Điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS”. Đồ án gồm 4 chương có những nội dung chính sau:
Chương 1: “Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 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: “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: “Các thuật toán điều khiển công suất” nhằm nghiên cứu các mô hình điều khiển công suất để tối ưu hoạt động của mạng.Qua đó đánh giá được ưu nhược điểm của từng phương pháp
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. Mô phỏng đã đưa ra cái nhìn trực quan thông qua chương trình mô phỏng sử dụng ngôn ngữ Visual Basic.
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 nên đồ án còn nhiều sai sót . Em rất mong nhận được sự phê bình, các ý kiến đóng góp chân thành 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 Đỗ Dũng cùng các thầy cô trong khoa kỹ thuât-công nghệ để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Quy Nhơn, Ngày tháng .năm 2009
Sinh viên thực hiện

Đặng Vũ Thái


MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I 1
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 UMTS 1
1.1. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 1
1.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 IMT-2000 2
1.3. CÔNG NGHỆ WCDMA 3
1.4. HỆ THỐNG UMTS 5
1.4.1. Tổng Quan 5
1.4.2. Mối quan hệ và sự khác nhau giữa WCDMA và UMTS 7
1.4.3. Dịch Vụ Của Hệ Thống UMTS 8
1.4.3.1 Lớp hội thoại 10
1.4.3.2. Lớp luồng 11
1.4.3.3. Lớp tương tác 11
1.4.3.4. Lớp cơ bản 11
1.4.4 Cấu trúc cell 12
1.4.5. Cấu trúc của hệ thống UMTS 14
1.4.6. Mạng lõi CN (Core Network) 16
1.4.7. Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network) 17
1.4.7.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến 18
1.4.7.2. Nút B (trạm gốc) 19
1.4.8. Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) 19
1.5. TỔNG KẾT VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS 20
1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 23
CHƯƠNG II 24
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG UMTS 24
2.1 MỤC TIÊU CỦA ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 24
2.2. PHÂN LOẠI ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 25
2.2.1. Điều khiển công suất cho đường xuống và đường lên 26
2.2.2. Điều khiển công suất phân tán và tập trung 27
2.2.3. Phân loại điều khiển công suất theo phương pháp đo 27
2.2.4. Điều khiển công suất vòng hở, điều khiển công suất vòng kín 28
2.3. MỘT SỐ THUẬT NGỮ LIÊN QUAN 28
2.3.2. Hiệu ứng đa đường, bộ thu RAKE 29
2.3.4. Kỹ thuật phân tập 32
2.3.5. Sự trôi công suất đường xuống 34
2.3.6. Độ tin cậy của các lệnh điều khiển công suất đường lên 37
2.3.7. Cải thiện chất lượng báo hiệu điều khiển công suất 37
2.4. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 37
2.5 ĐKCS VÒNG HỞ (Open-loop power control) 41
2.5.1. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường lên 41
2.5.2. Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường xuống 42
2.6. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHANH VÒNG KÍN 43
2.6.1. Các kỹ thuật điều khiển công suất vòng trong 44
2.6.1.1. Điều khiển công suất vòng trong đường lên 44
2.6.1.2. Điều khiển công suất vòng trong đường xuống 47
2.6.2. Điều khiển công suất vòng ngoài 49
2.6.2.1. Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên 50
2.6.2.2. Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống 51
2.7. SỰ KHÁC NHAU GIỮA ĐKCS TRONG GSM, CDMA & UMTS 52
2.8. GIẢI PHÁP SMART ANTENA VỚI ĐKCS 53
2.8.1. Giới thiệu 53
2.8.2. Hoạt động của anten thông minh 54
2.8.2.1. Công nghệ cũ 54
2.8.2.2. Công nghệ anten thông minh 54
2.8.2.2.1. Anten thông minh 54
2.8.2.2.2. Hệ thống Smart Antena 55
2.8.3. Cơ sở kỹ thuật xử lý tín hiệu trong hệ thống Smart Antena kết hợp điều khiển công suất 57
2.8.4. Ứng dụng của anten thông minh trong mạng 3G 59
2.8.5. Những lợi ích chính khi triển khai anten thông minh 60
2.8.6. Tổng kết công nghệ Smart Antena 61
2.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG 61
CHƯƠNG III 63
CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 63
3.1. GIỚI THIỆU 63
3.2. THUẬT TOÁN ĐKCS VÒNG NGOÀI 63
3.3. PHƯƠNG PHÁP ĐKCS THEO BƯỚC ĐỘNG DSSPC (Dynamic Step-size Power Control) 64
3.3.1. Độ dự trữ SIR nhiều mức 64
3.3.2. Sự hoạt động của mạng 65
3.3.3. Sự hoạt động của trạm di động 67
3.4. ĐKCS PHÂN TÁN DPC (Distributed Power Control) 70
3.4.1. Khái quát 70
3.4.2. Mô hình hệ thống 71
3.4.3. Thuật toán điều khiển công suất phân tán 71
3.5. CÁC ĐẠI LƯỢNG DÙNG TRONG THUẬT TOÁN 73
3.6. MỘT SỐ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG THUẬT TOÁN 76
3.6.1. Nhiễu đồng kênh ( Co- chanel Interference ) 76
3.6.2. Nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference ) 77
3.6.3. Nhiễu kênh lân cận 78
3.6.4. Tải lưu lượng 80
3.6.5. Cấp độ phục vụ (Grade of Service) 81
3.6.6. Hiệu quả sử dụng kênh 82
3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 82
CHƯƠNG IV 84
TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 84
4.1. QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN THAM KHẢO CHO HỆ THỐNG UMTS 84
4.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỤ THỂ 86
4.3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 88
4.4. ĐÁNH GIÁ MÔ PHỎNG 91
4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 92
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO 94