Nghiên cứu phương pháp điều khiển công suất trong quá trình chuyển giao mềm trong UMTS

Đồ án tốt nghiệp

Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU
Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thứ ba bắt đầu triển khai từ
năm 2009 và hệ thống thông tin di động mặt đất toàn cầu UMTS (Universal
Mobile Telecommunications System) đã đƣợc Việt Nam lựa chọn cho việc triển
khai 3G. UMTS sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng
W-CDMA với hệ số sử dụng lại tần số bằng 1, điều này giúp cho dung lƣợng hệ
thống tăng lên đáng kể.
UMTS hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao và tốc độ ngƣời sử dụng thay đổi liên
tục, nhƣng sự di chuyển này làm mất tính ổn định cho hệ thống và gây ra những
biến đổi cả trong chất lƣợng liên kết lẫn mức độ nhiễu. Do đó, các kỹ thuật và các
thuật toán chuyển giao trong hệ thống là yếu tố đảm bảo chất lƣợng cho các
dịch vụ vô tuyến, giữ vững thông số QoS yêu cầu, hạn chế nhiễu giao thoa để
tối ƣu hóa mạng. Tuy nhiên, với hệ số sử dụng lại tần số bằng 1 nên qua trình
chuyển giao mềm trong UMTS gặp phải vấn đề rất lớn về nhiễu, do đó đòi hỏi cần
phải có các phƣơng pháp điều khiển công suất tối ƣu để đảm bảo chất lƣợng dịch
vụ mạng.
Điều khiển công suất trong UMTS là vấn đề luôn đƣợc quan tâm hàng
đầu trong việc tối ƣu hóa mạng và là một trong những khâu quan trọng của hệ
thống. Việc điều khiển công suất giúp hạn chế đƣợc ảnh hƣởng của hiệu ứng
“gần-xa” đến chất lƣợng dịch vụ, dung lƣợng của hệ thống và khả năng chống
lại fading vốn là đặc trƣng của môi trƣờng di động.
Xuất phát từ những đặc điểm trên em đã quyết định chọn đề tài: “Nghiên
cứu phƣơng pháp điều khiển công suất trong quá trình chuyển giao mềm
trong UMTS”. Đồ án thực hiện giới thiệu, nghiên cứu, phân tích chuyển giao
và các phƣơng pháp điều khiển công suất đƣợc thể hiện cụ thể trong nội dung
đồ án.
Nội dung đồ án đƣợc chia làm 4 chƣơng:

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-i-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Lời mở đầu

Chƣơng 1: Tổng quan về UMTS
Chƣơng 1 sẽ trình bày về kiến trúc mạng 3G UMTS, các loại kênh vô
tuyến, phƣơng pháp trải phổ chuỗi trực tiếp trong công nghệ đa truy nhập phân
chia theo mã băng rộng và việc quản lý tài nguyên vô tuyến trong UMTS.
Chƣơng 2: Chuyển giao trong UMTS
Chƣơng 2 sẽ trình bày về mục đích, vai trò của các loại chuyển giao và
thuật toán chuyển giao mềm điển hình trong UMTS.
Chƣơng 3: Điều khiển công suất trong UMTS
Chƣơng 3 sẽ trình bày về các kỹ thuật và phƣơng pháp điều khiển công
suất trong UMTS bao gồm: điều khiển công suất vòng hở, điều khiển công suất
vòng kín; phƣơng pháp điều khiển công suất theo bƣớc động DSSPC và phƣơng
pháp điều khiển công suất phân tán DPC.
Chƣơng 4: Nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển công suất trong quá trình
chuyển giao mềm trong UMTS.
Chƣơng 4 nghiên cứu về các đặc tính của đƣờng truyền vô tuyến, các
hoạt động của hệ thống trong quá trình chuyển giao mềm để từ đó đƣa ra đƣợc
chiến lƣợc điều khiển công suất tối ƣu nhất trong quá trình chuyển giao mềm
trong UMTS.
Vì thời gian có hạn cũng nhƣ còn hạn chế về kiến thức nên đồ án của em

khó tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của quý
thầy cô giáo và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 04 năm 2014.
Ký tên

Đinh Ngọc Tuấn

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-ii- Ngô Thế AnhLớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Mục lục

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................... i
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
DANH MỤC VIẾT TẮT ................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. xiii
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ xvi
CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ UMTS ........................................................ 1

1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS .............................................. 1
1.1.1 Các yêu cầu đối với UMTS ..................................................................2
1.1.2 Cấu trúc UMTS .................................................................................... 2

1.1.2.1 Thiết bị ngƣời sử dụng UE ............................................................. 2
1.1.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầuUTRAN ........................ 3
1.1.2.3 Mạng lõi CN ..................................................................................... 4
1.1.2.4 Các giao diện vô tuyến ...................................................................7
1.1.3 Các loại kênh vô tuyến trong UMTS .................................................... 8
1.1.3.1 Các kênh logic ............................................................................... 8
1.1.3.2 Các kênh truyền tải ...................................................................... 10
1.1.3.3 Các kênh vật lý ............................................................................ 12
1.1.4 Công nghệ W-CDMA trong UMTS ................................................... 15
1.1.4.1 Phƣơng pháp trải phổ trong công nghệ W-CDMA trong UMTS... 15
1.1.4.2 Các đặc điểm cơ bản của công nghệ W-CDMA ........................... 16
1.2 Quản lý tài nguyên vô tuyến ..................................................................... 17
1.2.1 Quản lý tài nguyên vô tuyến trong UMTS .......................................... 17
SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-ii-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Mục lục

1.2.2 Các chức năng của RRM .................................................................... 18
1.2.2.1 Điều khiển công suất .................................................................... 18
1.2.2.2 Điều khiển chuyển giao ................................................................ 20
1.2.2.3 Điều khiển thâm nhập .................................................................. 20
1.2.2.4 Điều khiển tải............................................................................... 22
1.3 Kết luận.................................................................................................... 23

CHƢƠNG 2

CHUYỂN GIAO TRONG UMTS .......................................... 25

2.1 Tổng quan về chuyển giao ........................................................................ 25
2.1.1 Vai trò của chuyển giao ...................................................................... 25
2.1.2 Các mục tiêu của chuyển giao ............................................................ 26
2.1.3 Các thủ tục và phép đo chuyển giao ................................................... 27
2.2 Các loại chuyển giao trong UMTS ........................................................... 28
2.2.1 Chuyển giao trong cùng hệ thống ....................................................... 28
2.2.2 Chuyển giao ngoài hệ thống ............................................................... 29
2.2.3 Chuyển giao cứng .............................................................................. 29
2.2.4 Chuyển giao mềm và mềm hơn .......................................................... 31
2.3 Kỹ thuật chuyển giao mềm ....................................................................... 33
2.3.1 Nguyên lý chuyển giao mềm .............................................................. 33
2.3.2 Các thuật toán chuyển giao mềm ........................................................ 37
2.3.2.1 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A ........................................... 38
2.3.2.2 Thuật toán chuyển giao mềm UTRA ............................................ 40
2.3.2.3 Vùng SHO của các thuật toán SHO khác nhau ............................. 42
2.3.3 Các đặc điểm của chuyển giao mềm ................................................... 43
2.4 Kết luận.................................................................................................... 46
SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-iii-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp
CHƢƠNG 3

Mục lục

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG UMTS......................... 47

3.1 Tổng quan về điều khiển công suất PC ..................................................... 47
3.2 Điều khiển công suất vòng hở trong UMTS.............................................. 48
3.2.1 Điều khiển công suất vòng hở đƣờng lên ............................................ 49
3.2.2 Điều khiển công suất vòng hở đƣờng xuống ....................................... 50
3.3 Điều khiển công suất vòng kín trong UMTS ............................................. 50
3.3.1 Tổng quan .......................................................................................... 50
3.3.2 Điều khiển công suất vòng trong ........................................................ 53
3.3.2.1 Điều khiển công suất vòng trong đƣờng lên ................................. 54
3.3.2.2 Điều khiển công suất vòng trong đƣờng xuống ............................ 57
3.3.3 Điều khiển công suất vòng ngoài ........................................................ 60
3.3.3.1 Điều khiển công suất vòng ngoài đƣờng lên ................................. 61
3.3.3.2 Điều khiển công suất vòng ngoài đƣờng xuống ............................ 62
3.4 Điều khiển công suất ở các kênh chung đƣờng xuống............................... 63
3.5 Phƣơng pháp điều khiển công suất theo bƣớc động DSSPC...................... 64
3.5.1 Khái niệm và lợi ích của độ dự trữ, cửa sổ công suất .......................... 64
3.5.2 Sự hoạt động của mạng ...................................................................... 66
3.5.3 Sự hoạt động của trạm di động ........................................................... 67
3.5.4 Các công thức tính toán ...................................................................... 70
3.6 Phƣơng pháp điều khiển công suất phân tán DPC ..................................... 72
3.6.1 Tổng quan .......................................................................................... 72
3.6.2 Thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC .................................. 74
3.7 Kết luận.................................................................................................... 76

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-iv-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Mục lục

CHƢƠNG 4
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG QUÁ
TRÌNH CHUYỂN GIAO MỀM TRONG UMTS .............................................. 77
4.1 Phân tích đặc tính của đƣờng truyền vô tuyến trong quá trình chuyển giao
mềm ............................................................................................................... 78
4.1.1 Nhiễu trong cell và nhiễu ngoài cell ................................................... 78
4.1.2 Những ảnh hƣởng của quá trình chuyển giao mềm lên nhiễu đƣờng
xuống .......................................................................................................... 80
4.1.3 Sự phân bố công suất đƣờng xuống .................................................... 81
4.1.3.1 Sự phân bố công suất khi không có SHO ..................................... 82
4.1.3.2 Sự phân bố công suất khi có SHO ................................................ 83
4.2 Các hoạt động của hệ thống trong quá trình chuyển giao mềm ................. 89
4.2.1 Độ lợi chuyển giao mềm đƣờng xuống ............................................... 89
4.2.1.1 Độ lợi chuyển giao mềm .............................................................. 90
4.2.1.2 Những tác động đến độ lợi chuyển giao mềm............................... 93
4.2.2 Sự chọn lựa và tái chọn lựa cell CS .................................................... 94
4.2.2.1 Nguyên lý cơ bản của CS ............................................................. 95
4.2.2.2 Những tác động của các sự chọn lựa cell khác nhau đến độ lợi
chuyển giao mềm SHO ............................................................................ 97
4.3 Phƣơng pháp điều khiển công suất trong quá trình chuyển giao mềm ....... 98
4.3.1 Nguyên lý của cách tiếp cận mới ........................................................ 98

4.3.1 Đánh giá tính khả thi ........................................................................ 100
4.5 Các quỹ đƣờng truyền vô tuyến tham khảo thực tế cho UMTS và phƣơng
pháp tính toán cụ thể .................................................................................... 103
4.5.1 Các quỹ đƣờng truyền vô tuyến tham khảo thực tế cho UMTS ......... 103

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-v-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Mục lục

4.5.2 Phƣơng pháp tính toán cụ thể ........................................................... 106
4.6 Kết luận.................................................................................................. 108
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 109
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. 111
NHẬN XÉT CỦA GIAO VIÊN HƢƠNG DẪN .............................................. 112
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ............................................... 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 114

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-vi-

Lớp: KTVTK51

Đồ án tốt nghiệp

Danh mục viết tắt

DANH MỤC VIẾT TẮT
1G

First Generation

Thế hệ thứ 1

1G

First Generation

Thế hệ thứ 1

2G

Second Generation

Thế hệ thứ 2

3G

Third Generation

Thế hệ thứ 3

3GPP

3rd Generation Partnership

Đề án đối tác thế hệ thứ ba

Project
A
AC

Admission Control

Điều khiển cho phép

AICH

Acquistion Indicator Channel

Kênh chỉ thị bắt

AP-AICH

Access Preamble Acquisition

Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy

Indicator Channel

nhập

AMPS

Analog Mobile Phone Systems

Hệ thống di động tƣơng tự

AuC

Authentication Center

Trung tâm nhận thực
B

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BER

Bit Error Rate

Tỷ số lỗi bit

BLER

Block Error Rate

Tỷ số lỗi khối

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-iii-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục viết tắt

BS

Base Station

Trạm gốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station Subsystem

Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

C
C/I

Carrier-to-Interference Ratio

Tỉ số sóng mang trên nhiễu

CD/CA-

CPCH Collision Detection/

Kênh chỉ thị phát hiện va

ICH

Channel Assignment Indicator

chạm CPCH/ấn định kênh

Channel
CCCH

Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CDCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

CDMA

Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia
theo mã

CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Chanel

Kênh gói chung

CPICH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung

CRNC

Control RNC

Điều khiển RNC

CS

Circuit Switched

Chuyển mạch kênh

CSICH

Status Indicator Channel

Kênh chỉ thị trạng thái
CPCH

CTCH

Kênh lƣu lƣợng chung

Common Traffic Channel

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-iv-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục viết tắt

D
DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DCH

Dedicated Channel

Kênh riêng

DL

Downlink

Đƣờng xuống

DL-CPCH

Downlink Common Physical

Kênh vật lý dùng chung

Channel

đƣờng xuống

Dedicated Common Physical

Kênh vật lý dành riêng

Channel

đƣờng xuống

Dedicated Physical Control

Kênh điều khiển vật lý

Channel

riêng

DPCH

Dedicated Physical Channel

Kênh vật lý riêng

DPDCH

Dedicated Physical Data

Kênh số liệu vật lý riêng

PL-DPCH

DPCCH

Channel
DRNC

Drift Radio Network Controler

Bộ điều khiển mạng vô
tuyến trôi

DSCH

Downlink Shared Channel

Kênh chia sẽ đƣờng xuống

DSS

Dynamic Step-Size

Kích thƣớc bƣớc

DSSS

Direct Sequence Spread

Trải phổ chuỗi trực tiếp

Spectrum
DSSPC

DTCH

Dynamic step-size Power

Điều khiển công suất theo

Control

bƣớc động

Dedicated Traffic Channel

Kênh lƣu lƣơng dành riêng

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-v-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

DTX

Danh mục viết tắt

Discontinuous Transmission

Phát không liên tục

E
EIR

Equipment Identity Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

F
FACH

Kênh truy nhập đƣờng

Forward Access Channel

xuống
FDD

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia
theo tần số

FDMA

Frequency Division Multiple

Đa truy nhập phân chia

Access

theo tần số
G

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

GMSC

Gateway Mobile Services

Trung tâm chuyển mạch di

Switching Center

động cổng

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM

Global System for Mobile

Hệ thống thông tin di động

Communications

toàn cầu
H

HDLA

History Data Logic Analyzer

Bộ phân tích dữ liệu gốc

HE

Home Environment

Môi trƣờng nhà

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thƣờng trú

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-vi-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

HO

Danh mục viết tắt

Hand Over

Chuyển giao
I

IMEI

IMSI

ITU

IMT-2000

International Mobile

Số nhận dạng thiết bị di

Equipment Identity

động quốc tế

International Mobile

Số nhận dạng thuê bao di

Subsscriber Identity

động quốc tế

International Telecomunication

Liên minh viễn thông quốc

Union

tế

International Mobile

Thông tin di động quốc tế

Telecommunication 2000

2000

L
LA

Location Area

Vùng định vị

LoCH

Logic Channel

Kênh logic
M

MAI

Multiple Access Interference

Nhiễu đa truy cập

MDC

Macro Diversity Combiner

Bộ kết hợp phân tập vĩ mô

ME

Mobile Equipment

Thiết bị di động

MS

Mobile Station

Trạm di động

MSC

Mobile Switching Centre

Trung tâm chuyển mạch di
động

MSC/VL

Mobile Services Switching

Trung tâm chuyển mạch di

R

Centre/Visitor Location

động/Bộ ghi định vị tạm trú

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-vii-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục viết tắt

Register
MSISDN

Trạm di động ISDN

Mobile Station Integrates
Service Digital Network
O

OMC

Operations and Maintenance

Trung tâm vận hành và bảo

Centre

dƣỡng
P

PC

Power Control

Điều khiển công suất

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tìm gọi

Primary Common Control

Kênh vật lý điều khiển

Physiccal Channel

chung sơ cấp

Power - Common Pilot Channel

Công suất kênh hoa tiêu

- Power

chung

Physical Common Packet

Kênh gói chung vật lý

PCDCH
P-CCPCH

P-CPICH

PCPCH

Channel
PDP

Packet Data Protocol

Giao thức số liệu gói

PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi

PDSCH

Physical Downlink Shared

Kênh chia sẽ đƣờng xuống

Channel

vật lý

PhCH

Physical Channel

Kênh vật lý

PICH

Paging Indication Channel

Kênh chỉ thị tìm gọi

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-viii-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục viết tắt

PO

Power Offset

Dịch công suất

PRACH

Physical Random Access

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

Channel

vật lý

PS

Packet Switch

Chuyển mạch gói

PLMN

Public Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất công
cộng

PSTN

P-TMSI

Public Switched Telephone

Mạng điện thoại chuyển

Network

mạch công cộng

Packet- Temporary Mobile

Gói nhận dạng thuê bao di

Subscriber Identity

động tạm thời
Q

QoS

Chất lƣợng dịch vụ

Quality of Service
R

RA

Packet Data Protocol

Vùng định tuyến thuê bao

RACH

Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAM

Radio Access Mode

Chế độ truy nhập vô tuyến

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RAT

Radio Access Tranmission

Đƣờng truyền truy nhập vô
tuyến

RNC

Bộ điều khiển mạng vô

Radio Network Controller

tuyến

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-ix-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

RRC

Danh mục viết tắt

Điều khiển tài nguyên vô

Radio Resource Control

tuyến
RSCH

Received Signal Code Power

Công suất mã tín hiệu thu
đƣợc

S
Secondary Common Control

Kênh vật lý điều khiển

Physiccal Channel

chung thứ cấp

SCH

Synchronization Channel

Kênh đồng bộ

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SHCCH

Shared Channel Control

Kênh điều khiển kênh chia

Channel

sẽ

SHO

Soft Handover

Chuyển giao mềm

SIR

Signal to Interference Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SN

Serving Network

Mạng phục vụ

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SRNC

Serving Radio Network

Bộ điều khiển mạng vô

Controler

tuyến phục vụ

S-CCPCH

T
TCP

Transmit Power Spectrum

Lệnh công suất truyền

TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia
thời gian

TDMA

Time Division Multiple Access

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-x-

Đa truy cập phân chia theo

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục viết tắt
thời gian

Transport Format Combination

Chỉ thị kết hợp định dạng

Indicator

truyền tải

Packet-Temporary Mobile

số nhận dạng thuê bao di

Subscriber Identity

động tạm thời gói

TPC

Transmit Power Control

Điều khiển công suất phát

TrCH

Transmit Channel

Kênh truyền tải

TFCI

TMSI

U
UE

User Equipment

Thiết bị ngƣời sử dụng

UL

Uplink

Đƣờng lên

UL-DPCH

Dedicated Common Physical

Kênh vật lý dành riêng

Channel

đƣờng lên

Universal Mobile

Hệ thống thông tin di động

Telecommunications System

mặt đất toàn cầu

UTRAN Registration Area

Vùng đăng kí mạng truy

UMTS

URA

nhập vô tuyến mặt đất toàn
cầu
UTRA

UTRAN

USIM

Universal Terrestrial Radio

Truy nhâp vô tuyến mặt đất

Access

toàn cầu

Universal Terrestrial Radio

Mạng truy nhập vô tuyến

Access Network

mặt đất toàn cầu

Universal Subscriber Indentity

Module nhận dạng thuê bao

Module

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-xi-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục viết tắt

V
VHE

Virtual Home Enviroment

Môi trƣờng nhà ảo

VLR

Visitor Location Register

Bộ ghi định vị tạm trú

W
W-CDMA

Wideband Code Division

Đa truy cập phân chia theo

Multiplex Access

mã băng rộng.

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-xii-

Lớp: KTVTK51

Đồ án tốt nghiệp

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
H nh 1.1: ộ tr nh phát triển từ 1G đến 2G lên 3G ............................................... 1
H nh 1.2: Cấu trúc hệ thống thông tin di động UMTS .......................................... 3
Hình 1.3: Chuyển đổi giữa các oCH và TrCH trên đƣờng lên và đƣờng xuống10
Hình 1.4: Kênh truyền tải .................................................................................. 11
Hình 1.5: Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và kênh vật lý............................ 12
Hình 1.6: Các loại kênh vật lý ........................................................................... 13
Hình 1.7: Tín hiệu trải phổ ................................................................................ 15
H nh 1.8: Sơ đồ trải phổ trực tiếp DSSS [Tr 35, 4] ........................................... 16
H nh 1.9: Sơ đồ trải phổ trực tiếp [Tr 35, 4]....................................................... 16
Hình 1.10: Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong UMTS [Tr 34, 7]18
Hình 1.11: Hiệu ứng gần-xa [Tr 35, 7]............................................................... 19
Hình 1.12: Bù nhiễu bên trong cell [Tr 35, 7] .................................................... 20
H nh 1.13: Đƣờng biểu đồ tải [Tr 38, 7] ............................................................ 21
Hình 2.1: Các thủ tục chuyển giao [Tr 44, 7] ..................................................... 27
Hình 2.2: Các loại chuyển giao trong UMTS [Tr 42, 7] ..................................... 28
Hình 2.3: Chuyển giao cứng cùng tần số ........................................................... 30
Hình 2.4: Chuyển giao cứng khác tần số ............................................................ 31
Hình 2.5: Chuyển giao mềm hai đƣờng ............................................................. 31
Hình 2.6: Chuyển giao mềm ba đƣờng .............................................................. 32
Hình 2.7: Chuyển giao mềm hơn ....................................................................... 33
Hình 2.8: Sự khác nhau giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm [Tr 46, 7] 35
Hình 2.9: Nguyên lý chuyển giao mềm [Tr 34, 7] .............................................. 36
SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-xiii-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục hình vẽ

Hình 2.10: Thuật toán chuyển giao mềm IS-95 [Tr 48, 7] .................................. 38
H nh 2.11: ƣu đồ thuật toán chuyển giao mềm IS-95A [Tr 87, 7] .................... 39
Hình 2.12: Thuật toán chuyển giao mềm trong UMTS [Tr 49, 7] ....................... 41
Hình 2.13: ƣu đồ thuật toán chuyển giao mềm UTRA [Tr 88, 7] ..................... 42
Hình 2.14: So sánh vùng SHO của các thuật toán khác nhau [Tr 89, 7] ............. 43
Hình 2.15: Giảm nhiễu hƣớng lên bằng cách sử dụng SHO [Tr 51, 7] ............... 44
Hình 3.1: Công suất thu từ hai UE tại trạm gốc ................................................. 47
H nh 3.2: Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín ........................................... 51
H nh 3.3: Điều khiển công suất vòng kín bù trừ fading nhanh ........................... 52
H nh 3.4: Điều khiển công suất vòng ngoài ....................................................... 53
Hình 3.5: Các thủ tục điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài ............... 54
H nh 3.6. Điều khiển công suất vòng trong đƣờng lên khi chuyển giao mềm ..... 56
Hình 3.7: Dịch công suất để cải thiện chất lƣợng báo hiệu đƣờng xuống ........... 57
Hình 3.8: Dải động điều khiển công suất đƣờng xuống ...................................... 58
Hình 3.9: DL PC vòng trong trạng thái DHO (SHO) ......................................... 59
Hình 3.10: Kiến trúc logic chức năng U PC vòng ngoài .................................. 61
Hình 3.11: Công suất phát trên kênh S-CCPCH ................................................. 64
Hình 3.12: Dự trữ SIR đối với các chất lƣợng dịch vụ khác nhau ..................... 65
H nh 3.13: ƣu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bƣớc động DSSPC ...... 66
Hình 3.14: Mô hình chung của DSSPC đối với điều khiển công suất đƣờng lên.69
H nh 3.15:

ƣu đồ thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC .................... 75

Hình 4.1: Nhiễu đƣờng xuống ........................................................................... 78
Hình 4.2: Những ảnh hƣởng của chuyển giao mềm lên nhiễu đƣờng xuống [Tr
67, 7] ................................................................................................................. 80

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-xiv-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục hình vẽ

H nh 4.3: Ý nghĩa của β1 , β2 , β3 với các UE khác nhau [Tr 72, 7] .................... 85
Hình 4.4: Hàm phân bố tích lũy của 1  2 và  3 [Tr 73, 7] .............................. 86
Hình 4.5: Công suất trung b nh đối với vị trí của UE [Tr 74, 7] ......................... 87
Hình 4.6: Công suất kênh lƣu lƣợng hƣớng xuống [Tr 76, 7] ............................. 88
Hình 4.7: Vùng chuyển giao mềm và vùng phủ sóng có hiệu quả của cell [Tr
78, 7] ................................................................................................................. 90
Hình 4.8: Sự bố trí của cell [Tr 79, 7] ................................................................ 91
H nh 4.9: Sơ đồ chọn lựa cell ............................................................................ 95
H nh 4.10: ƣu đồ chọn lựa cell hoàn hảo ......................................................... 96
H nh 4.11: ƣu đồ chọn lựa cell b nh thƣờng .................................................... 97
H nh 4.12: Điều khiển công suất hƣớng xuống trong SHO [Tr 118, 7] .............. 98
Hình 4.13: Công suất truyền tƣơng đối cho các UE trong SHO [Tr 123, 7] ...... 103

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-xv-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Các mức công suất kênh chung đƣờng xuống điển hình..................... 63
Bảng 3.2 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC ........................................................... 68
Bảng 4.1: Bảng liên kết ..................................................................................... 93
Bảng 4.2: Các thông số hệ thống [Tr 98, 7] ..................................................... 102
Bảng 4.3: Quỹ đƣờng truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12,2Kbps ............... 104
Bảng 4.4: Quỹ đƣờng truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực
144Kbps ........................................................................................................ ..104
Bảng 4.5: Quỹ đƣờng truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu phi thoại 384Kbps..105

SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-xvi-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ UMTS

1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
Hệ thống thông tin di động mặt đất toàn cầu UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System) là hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sử dụng
công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng W-CDMA (Wideband
Code Division Multiple Access). W-CDMA là công nghệ giúp hệ thống thông
tin di động thế hệ 3 tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống thông tin di
động toàn cầu GSM (Global System Mobile Communication) bằng cách dùng
kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple
Access) hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho kỹ thuật đa truy cập phân chia
theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access).
Hình 1.1 mô tả lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ
1G lên 2G và sau đó lên 3G.

H nh 1 1: ộ t nh phát t iển t 1G đến 2G lên 3G

Từ thế hệ 1G lên 2G và sau đó lên 3G có rất nhiều công nghệ đã đƣợc sử
dụng. Ở mỗi nƣớc, mỗi khu vực sử dụng một công nghệ phát triển riêng, xong
SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-1-

Lớp: KTVTK51

Đồ án tốt nghiệp

Chương 1

W-CDMA nhận đƣợc sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý
trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp
và trung bình.
1.1.1 Các yêu cầu đối với UMTS
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 đƣợc xây dựng trên cơ sở hệ thống thông
tin di động toàn cầu năm IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000)
đƣợc đƣa vào phục vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đƣa ra nhiều khả năng
mới nhƣng cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của hệ thống thông tin di động
thế hệ 2. UMTS cần phải đảm bảo các yêu cầu về tốc độ truy nhập và các tiêu chí chung
khi xây dựng. Tốc độ truy nhập của UMTS đƣợc xác định 384Kb/s đối với chyển
mạch kênh và 2Mb/s đối với chuyển mạch gói. Các tiêu chí chung để xây dựng
UMTS: sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với 1885-2025 (MHz) cho
đƣờng lên và 2110-2200 (MHz) cho đƣờng xuống. UMTS cần phải tích hợp các
mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời nó cũng phải tƣơng tác với mọi
loại hình dịch vụ viễn thông. Bên cạnh đó, UMTS cần có các môi trƣờng khai thác
đa dạng nhƣ: trong công sở, các nhà máy-xí nghiệp, ngoài đƣờng, trên xe đang di
chuyển hay vệ tinh. Ngoài ra, UMTS còn có thể hỗ trợ các dịch vụ nhƣ: môi trƣờng
thông tin nhà ảo VHE (Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di
động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu; đảm bảo chuyển mạng quốc tế; đảm bảo
các dịch vụ đa phƣơng tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số
liệu chuyển mạch theo gói; dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
1.1.2 Cấu trúc UMTS
1.1.2.1 Thiết bị ngƣời sử dụng UE
Thiết bị ngƣời sử dụng UE (User Equipment) thực hiện chức năng giao
tiếp giữa ngƣời sử dụng với hệ thống và UE gồm có hai phần đó là: thiết bị di

động ME (Mobile Equipment) và module nhận dạng thuê bao USIM (Universal
Subcriber Identity Module).
ME là đầu cuối vô tuyến đƣợc sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao
diện Uu.
SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-2-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1

USIM là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó
thực hiện các thuật toán nhận thực, lƣu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin
thuê bao cần thiết cho ME. Ngƣời sử dụng khi muốn sử dụng thuê bao th phải
nhận thực thuê bao bằng cách nhập mã PIN. Điều này nhằm đảm bảo rằng chỉ
ngƣời sử dụng đích thực mới đƣợc truy nhập mạng UMTS.
Hình 1.2 mô tả cụ thể cấu trúc hệ thông thông tin di động thế hệ 3
UE
USIM

Uu

UTRAN
Node B

CN

Iu

Iub
IuCS

MSC/VLR

RNC

D

F

Node B

Miền CS
E

Gp

PSTN
ISDN

Gi

Internet

C

Iur

Cu
Node B

EIR

HE

Gf

Gr

RNC
ME

GMSC

IuCS

SGSN

Node B

Gn
Miền PS

HLR/AuC
Gc

GGSN

H nh 1 2 Cấu t c hệ thống thông tin di động UMTS

1.1.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầuUTRAN
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầuUTRAN (Universal Terrestrial
Radio Access Network) thực hiện chức năng liên kết giữa UE và mạng lõi CN
(Core Network); UTRAN gồm có hai thành phần là Node B và bộ điều khiển
mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controler) nhằm đảm bảo các cuộc truyền
thông tin trong UMTS và điều khiển chúng.
Node B: trong UMTS trạm gốc BS (Basic Station) đƣợc gọi là Node B và
nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa UE với nó. Node B nhận
tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và truyền tín hiệu trên giao diện Uu. Nobe B cũng
thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở nhƣ “điều khiển công
suất vòng trong”. Tính năng này đƣợc dùng để phòng ngừa hiệu ứng “gần-xa”, nghĩa
là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất th các đầu cuối gần Node B
nhất sẽ che lấp tín hiệu đối với các đầu cuối ở xa. Node B kiểm tra công suất thu từ
SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-3-

Lớp: KTVTK51


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1

các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất
sao cho Node B luôn thu đƣợc công suất nhƣ nhau từ tất cả các đầu cuối.

RNC: chịu trách nhiệm quản lý cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển
các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN
cung cấp cho CN. RNC đƣợc nối đến CN bằng hai kết nối: một kết nối cho miền
chuyển mạch gói PS (Packet Switch) đƣợc kết nối đến nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
SGSN (Serving GPRS Support Node) và một kết nối cho miền chuyển mạch kênh
CS (Circuit Switch) đƣợc kết nối đến trung tâm chuyển mạch di động MSC
(Mobile Switch Center). Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí
mật và toàn vẹn thông tin cho thuê bao, sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận
khóa thì các khóa bảo mật và toàn vẹn đƣợc đặt vào RNC
Bên cạnh đó, RNC còn có nhiều chức năng logic và sẽ tùy thuộc vào
việc nó phục vụ nút nào thì sẽ mang chức năng của nút đó. Ngƣời sử dụng đƣợc
kết nối vào một RNC phục vụ SRNC (Serving RNC). Nếu ngƣời sử dụng
chuyển vùng đến một RNC khác nhƣng vẫn kết nối với RNC cũ th một RNC
trôi DRNC (Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho ngƣời sử dụng,
nhƣng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của ngƣời sử dụng đến CN. Vai trò
logic của SRNC và DRNC đƣợc mô tả trong Hình 1.2. Giả sử, khi UE đang ở
trong trang thái chuyển giao mềm giữa các RNC, lúc đó sẽ tồn tại nhiều kết nối
qua giao diện Iub và có ít nhất một kết nối qua giao diện Iur. Khi đó chỉ một
trong số các RNC này là các SRNC sẽ đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng
lõi còn các RNC khá là các DRNC chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa
các giao diện Iub và Iur.
Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển CRNC (Control
RNC). Mỗi Node B có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài
nguyên vô tuyến của nó.
1.1.2.3 Mạng lõi CN
CN đƣợc chia thành ba phần: miền PS, miền CS và môi trƣờng nhà HE
(Home Environment).
SVTH: Đinh Ngọc Tuấn

-4-

Lớp: KTVTK51