Đồ án Chuyển giao mềm trong mạng wcdma

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG 2 ---------  --------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HỆ: ĐÀO TẠO CHÍNH QUY NIÊN KHÓA : 2005-2010 Tên đề tài: CHUYỂN GIAO MỀM TRONG MẠNG WCDMA Mã số đề tài: 09405160029 Sinh viên thực hiện : LÊ TRUNG HIẾU MSSV : 405160029 Lớp : Đ05VTA1 Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN HUY HÙNG TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 11/2009 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ---------  --------- *V* ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------ Tp. Hồ Chí Minh, ngày..…tháng……năm 2009 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Huy Hùng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ---------  --------- *V* ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------ Tp. Hồ Chí Minh, ngày..…tháng……năm 2009 Giáo viên phản biện LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức trong thời gian qua. Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy Nguyễn Huy Hùng đã định hướng và chỉ dẫn cho em. Bằng sự nhiệt tình cùng với những góp ý, gợi mở, những kiến thức quý báu từ Thầy, đã giúp em có thể hiểu được một cách sâu sắc và rõ ràng hơn những điều còn vướng mắc trong thời gian làm luận án này. Kế đến, em xin cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ dẫn của các bạn lớp Đ05VT, tuy sự giúp đỡ đó không lớn nhưng cũng giúp em giải đáp một số thắc mắc khi làm luận án này. Và cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, ba mẹ cũng như các anh chị em của em, những người đã luôn động viên, củng cố tinh thần cho em trong suốt thời gian làm luận án này. Mặc dù Em đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2009 Sinh viên Lê Trung Hiếu Báo cáo tốt nghiệp Mục lục SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................. 1 MỤC LỤC HÌNH VẼ ............................................................................................................ 3 MỤC LỤC BẢNG ................................................................................................................. 4 LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ......................................... 6 1.1 Sự phát triển của mạng di động ................................................................................ 6 1.1.1 Hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên ......................................................... 6 1.1.2 Hệ thống di động thế hệ thứ 2 và giai đoạn 2 + ................................................. 6 1.1.3 Hệ thống di động thế hệ thứ 3 và cao hơn nữa ................................................... 9 a) Cấu trúc mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS ...................................... 11 b) Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo: .................................................... 13 1.2 Tổng quan về công nghệ CDMA ............................................................................ 13 1.2.1 Nguyên lý trải phổ (CDMA) ........................................................................ 13 1.2.2 Trải phổ và giải trải phổ .............................................................................. 14 1.2.3 Đa truy xuất ................................................................................................ 15 1.2.4 Các đặc điểm chính của công nghệ WCDMA .............................................. 16 1.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management) ....................... 17 1.3.1 RRM trong mạng di động ............................................................................... 17 1.3.2 Chức năng của RRM ....................................................................................... 18 a) Điều khiển công suất (Power Control)............................................................. 18 b) Điều khiển chuyển giao (Handover control) .................................................... 21 c) Điều khiển thâm nhập (Admission control) ..................................................... 21 d) Điều khiển Tải (Điều khiển tắc nghẽn) ............................................................ 23 CHƯƠNG II: CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA ................................... 25 2.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động ...................................................... 25 2.1.1 Các kiểu chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA ........................................ 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 Chuyển giao mềm (SHO) ....................................................................................... 28 2.2.1 Nguyên lý của chuyển giao mềm .................................................................... 29 2.2.2 Thuật toán chuyển giao mềm .......................................................................... 31 2.2.3 Đặc điểm của chuyển giao mềm ...................................................................... 34 CHƯƠNG III : PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP ĐƯỜNG DẪN VÀ CẤP HỆ THỐNG ...... 37 3.1 Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn ......................................................................... 37 3.1.1 Phân tích nhiễu hướng xuống ............................................................................... 37 a) Nhiễu intra-Cell và nhiễu inter-Cell ................................................................ 38 b) Những tác động của chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống ...................... 42 Báo cáo tốt nghiệp Mục lục SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 2 3.1.2 Sự phân bố công suất hướng xuống ..................................................................... 43 a) Phân bố công suất không có SHO ................................................................... 43 b) Phân bố công suất với SHO ............................................................................ 44 3.1.3 Kết luận ............................................................................................................... 50 3.2 Phân tích hiệu suất câp hệ thống ............................................................................ 50 3.2.1 Độ lợi chuyển giao mềm hướng xuống ............................................................ 50 a) Độ lợi chuyển giao mềm ................................................................................. 51 b) Những tác động đối với độ lợi chuyển giao mềm ............................................ 54 3.2.2 Sơ đồ chọn lựa và tái chọn lựa Cell ................................................................. 55 a) Nguyên lý cơ bản của các sơ đồ chọn lựa Cell (CS) khác nhau ........................ 56 b) Những tác động của các sơ đồ chọn lựa Cell khác nhau đến độ lợi SHO ......... 58 3.2.3 Các thuật toán chuyển giao mềm ..................................................................... 58 a) Các thuật toán SHO khác nhau ........................................................................ 59 b) Vùng SHO của các thuật toán chuyển giao mềm khác nhau ............................ 62 3.2.4 Điều khiển công suất hướng xuống ................................................................. 62 a) Phân bố công suất dưới 3 điều kiện điều khiển công suất ................................ 63 b) Độ lợi SHO dưới những tác động của điều khiển công suất ............................. 65 CHƯƠNG IV: CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TỐI ƯU TRONG CHUYỂN GIAO MỀM......................................................................................................................... 67 4.1 Nguyên lý của cách tiếp cận mới ............................................................................ 67 4.2 Đánh giá tính khả thi .............................................................................................. 68 CHƯƠNG V: CHƯƠNG TRÌNH DEMO ............................................................................ 72 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 73 BẢNG TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................................... 74 PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 79 Báo cáo tốt nghiệp Mục lục hình vẽ SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 3 MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình I.1 Sự phát triển của mạng di động ............................................................................ 7 Hình I.2 Lộ trình phát triển từ 2G đến 3G ......................................................................... 10 Hình I.3 Trải phổ và giải trải phổ ..................................................................................... 15 Hình I.4 Các công nghệ đa truy xuất................................................................................. 15 Hình I.5 Nguyên lý đa truy xuất trải phổ .......................................................................... 16 Hình I.6 Các vị trí điển hình của RRM trong mạng WCDMA .......................................... 18 Hình I.7 Hiệu ứng gần xa (điều khiển công suất hướng lên) ............................................. 19 Hình I.8 Bù nhiễu inter-cell (điều khiển công suất hướng xuống) ..................................... 20 Hình I.9 Thuật toán chung của điều khiển công suất vòng ngoài ....................................... 21 Hình I.10 Đường cong tải ................................................................................................... 22 Hình II.1 Các viễn cảnh của các kiểu chuyển giao khác nhau ......................................... 26 Hình II.2 Các thủ tục chuyển giao .................................................................................. 28 Hình II.3 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm .................................. 30 Hình II.4 Nguyên lý chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường) ........................................ 31 Hình II.5 Thuật toán chuyển giao mềm của IS-95A ........................................................ 32 Hình II.6 Thuật toán chuyển giao mềm WCDMA .......................................................... 33 Hình II.7 Giảm nhiễu hướng lên bằng cách sử dụng SHO .............................................. 35 Hình III.1 Nhiễu hướng lên ............................................................................................. 37 Hình III.2 Nhiễu hướng xuống ........................................................................................ 38 Hình III.3 χ ,Nhiễu inter-Cell hướng xuống tương đối ..................................................... 40 Hình III.4 η, Tỷ số nhiễu inter-Cell và intra-Cell ............................................................. 41 Hình III.5 Độ nhạy của nhiễu hướng xuống tương đối với các thông số vô tuyến ............ 41 Hình III.6 Những tác động của chuyển giao mềm đến nhiễu hướng xuống ...................... 42 Hình III.7 Ý nghĩa của β1 β2 β3 với các vị trí MS khác nhau ............................................. 47 Hình III.8 Hàm phân bố tích luỹ của β1 β2 và β3 .............................................................. 48 Hình III.9 Công suất tổng trung bình đối với vị trí của trạm di động ................................ 49 Hình III.10 Công suất kênh lưu lượng hướng xuống .......................................................... 49 Hình III.11 Vùng chuyển giao mềm và vùng phủ sóng hiệu quả của Cell .......................... 51 Hình III.12 Sự bố trí Cell .................................................................................................. 52 Hình III.13 Sơ đồ chọn lựa Cell......................................................................................... 56 Hình III.14 Lưu đồ chọn lựa Cell hoàn hảo ....................................................................... 57 Hình III.15 Lưu đồ chọn lựa Cell bình thường ................................................................... 58 Hình III.16 Lưu đồ thuật toán chuyển giao mềm IS-95A ................................................... 60 Hình III.17 Lưu đồ thuật toán chuyển giao mềm UTRA .................................................... 61 Hình III.18 So sánh vùng SHO của các thuật toán khác nhau............................................. 62 Hình IV.1 Điều khiển công suất hướng xuống trong Chuyển giao mềm ........................... 67 Hình IV.2 Công suất truyền tổng tương đối cho các MS trong chuyển giao mềm. ............ 71 Hình V.1 Mô hình chuyển giao ...................................................................................... 72 Báo cáo tốt nghiệp Mục lục bảng SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 4 MỤC LỤC BẢNG TABLE I.1 Các thông số kỹ thuật của hệ thống số thế hệ thứ 2 ........................................... 8 TABLE III.1 Bảng liên kết ............................................................................................... 54 TABLE IV.1 Các thông số hệ thống ..