Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
trung chủ yếu vào nhiễu kênh lân cận trong băng vì dạng nhiễu này ln có một ảnh
hưởng dễ nhận thấy đối với tín hiệu mong muốn, trái lại nhiễu ngồi băng là vấn đề
khơng mấy nghiêm trọng.
Tỷ số sóng mang trên kênh lận (C/A) biểu diễn mức tín hiệu ở kênh mong
muốn thu trên kênh liền kề :
)/log(10/
ac
PPAC
=
[dB]
Trong đó Pc : là cường độ tín hiệu thu nhận từ kênh mong muốn
Pa : là cường độ tín hiệu nhận được từ kênh lân cận
Giá trị C/A thấp sẽ dẫn đến BER cao .
3.3.3 Hiện tượng gần xa
Hình (3.4) thể hiện hiện tượng gần xa ở đường lên. Tín hiệu từ các MS khác
nhau được truyền đồng thời trên cùng một băng thơng trong hệ thống WCDMA. Nếu
khơng điều khiển cơng suất, tín hiệu từ MS gần BS nhất có thể chặn tín hiệu từ các
MS khác xa BS hơn. Trong tình huống xấu nhất, một MS có cơng suất q lớn sẽ
chặn tất cả các MS trong cùng cell. Giải pháp là sử dụng điều khiển cơng suất để
đảm bảo tín hiệu đến từ các kết cuối khác nhau có cùng cơng suất hay cùng SIR
(Signal-to-Interference Ratio) khi đến trạm BS.
Trang 44
Hình 3.3 Các loại nhiễu trong hệ thống
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
Ở hướng xuống, khơng có hiện tượng gần xa. Điều khiển cơng suất để bù vào sự suy
hao do nhiễu ở các kênh lân cận, đặc biệt những máy di động ở gần đường biên của
cell được chỉ ra ở hình (3.5). Hơn nữa, điều khiển cơng suất ở đường xuống để cực
tiểu nhiễu tổng cộng và giữ giá trị đích của Q
0
S.
Hình 3.5 Bù nhiễu ở kênh lân cận (điều khiển cơng suất đường xuống)
Ở hình (3.5) MS2 chịu ảnh hưởng của nhiễu kênh lân cận nhiều hơn MS1. Do đó, để
đạt được cùng đích chất lượng, cơng suất lớn hơn sẽ được phân bổ cho kênh đường
xuống giữa BS và MS2.
3.3.4 Tải lưu lượng
Trong hệ thống viễn thơng, lưu lượng là tin tức được truyền dẫn qua các kênh
thơng tin. Cơ sở lý thuyết này đã được nhà tốn học tên là Erlang người Đan Mạch
nghiên cứu và xây dựng mơ hình lưu lượng để dự tính đặc điểm vận hành của nó.
Ngày nay số đo cường độ lưu lượng truyền trên kênh được mang tên ơng. Một Erlang
Trang 45
Hình 3.4 Vấn đề gần-xa (điều khiển cơng suất đường lên)
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
là lưu lượng của một kênh thơng tin liên tục bị chiếm giữ (nghĩa là một giờgọi trên
một giờ hay một phút gọi trên một phút) .
Chẳng hạn một kênh vơ tuyến bị chiếm trong thời gian 30 phút trong một giờ sẽ
mang 0,5 Erlang lưu lượng.
Lưu lượng của một th bao A được tính theo cơng thức sau:
)(
3600
.
Erl
Tn
A
=
(3.1)
Trong đó A : là lưu lượng thơng tin trên một người sử dụng (Erlang)
n : là số cuộc gọi trung bình trên giờ người sử dụng
T : là thời gian trung bình cho một cuộc gọi (s)
n,T phụ thuộc vào con số thống kê của từng mạng. Từ A ta có thể tính được số
kênh u cầu cần thiết trong mạng tế bào.
Ở Châu u, thời gian này trung bình từ 50-90 s. Theo số liệu thống kê đối
với mạng di động thì n=1, T=210 s.
Hiện nay, tồn tại hai mơ hình tốn học cơ bản của lý thuyết lưu lượng : mơ
hình Erlang- B và mơ hình Erlang- C.
- Mơ hình Erlang-B : là mơ hình hệ thống hoạt động theo kiểu suy hao,
trong đó những cuộc gọi bị nghẽn sẽ bị bỏ rơi chứ khơng được lưu giữ lại
dưới dạng nào đó để chờ cho đến khi rỗi. Mơ hình này áp dụng cho mạng
UMTS.
- Mơ hình Erlang-C : là mơ hình hệ thống hoạt động theo kiểu chờ, nếu cuộc
gọi bị nghẽn thì hệ thống sẽ giữ lại đợi cho đến khi có kênh được giải
phóng.
Tồn tại ba khái niệm lưu lượng : lưu lượng phục vụ, lưu lượng được truyền,
lưu lượng bị chặn. Lưu lượng phục vụ là tổng lưu lượng phục vụ cho tất cả mọi
người sử dụng. Lưu lượng được truyền là lưu lượng được kênh truyền, lưu lượng bị
chặn là lưu lượng trong q trình thiết lập cuộc gọi mà khơng được truyền ngay lập
tức.
Vậy :
Lưu lượng phục vụ = Lưu lượng được truyền + Lưu lượng bị chặn (3.2)
Trang 46
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
3.3.5 Cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service)
Là đại lượng biểu thị số % cuộc gọi khơng thành cơng. Hay GoS còn được xác
định bằng xác suất nghẽn đường truyền vơ tuyến trong vấn đề khởi tạo cuộc gọi trong
giờ cao điểm. Giờ cao điểm được chọn theo u cầu của khách hàng tại giờ cao điểm
nhất trong một tuần, tháng hoặc năm. Cấp bậc phục vụ là dấu mốc được sử dụng để
định nghĩa hiệu năng u cầu của một hệ thống phân bổ trung kế trên cơ sở đặc tả
xác xuất u cầu để một người sử dụng đạt được truy nhập kênh khi cho trước số
lượng kênh khả dụng trong hệ thống. Nhiệm vụ của người thiết kế hệ thống vơ tuyến
là ứơc tính dung lượng u cầu cực đại và phân bổ đúng số lượng kênh để đáp ứng
GoS. GoS thường được cho ở xác suất cuộc gọi bị chặn hay xác suất mà cuộc gọi
phải trễ (đợi) lớn hơn một thời gian sắp hàng nào đó.
Để có GoS tốt thì khả năng tắc nghẽn phải giảm. Điều này có nghĩa là số người
sử dụng thấp, hoặc là số tải đến (lưu lượng phục vụ) phải nằm trong giới hạn phục vụ
của kênh. Ngược lại, nếu GoS kém thì khả năng tắt nghẽn sẽ cao, tương ứng với số
người sử dụng cao. Chính vì vậy, khi tính tốn số kênh trên cơ sở lưu lượng cần thiết
đòi hỏi phải có sự thoả hiệp giữa số lượng người sử dụng và chất lượng phục vụ, có
nghĩa là phải chỉ rõ mức nghẽn. Cấp độ phục vụ có thể chấp nhận được thường từ
2(5%, nó có nghĩa là tối đa 2(5% lưu lượng bị nghẽn, 98(95% lưu lượng truyền đi.
Cấp bậc phục vụ GoS càng thấp thì hiệu suất sử dụng kênh càng cao.
3.3.6 Hiệu quả sử dụng kênh
Trang 47
Xử lý thiết
lập cuộc gọi
Kênh lưu
lượng (TCH)
Tải đến
A(G
o
S)
Tải từ
chối
Tải phục vụ
A(1-G
o
S)
Hình 3.6 Quá trình thiết lập cuộc gọi
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
Hiệu quả sử dụng kênh là hiệu suất sử dụng tối đa một kênh mà khơng xảy ra
nghẽn. Hiệu quả sử dụng kênh có thể định nghĩa là tỷ số tải phục vụ trên tổng số
kênh.
Gọi A là lưu lượng phục vụ, ta có :
Lưu lượng bị chặn = A . GoS.
Lưu lượng được truyền = A . ( 1- GoS ).
Ví dụ : Nếu số kênh là 6s, lưu lượng của 70 th bao A = 2,2759, GoS = 2%
Lưu lượng được truyền = A(1- GoS) = 2,2759 ( 1- 0,02) = 2,2304 Erl
Vậy hiệu suất sử dụng kênh là =Ġ
Nếu cấp bậc phục vụ tồi hơn, 10% chẳng hạn thì đối với 6 kênh, lưu lượng
A = 3,7584 Erl thì lưu lượng được truyền = 0,9 . 3,7584 = 3,3826 Erl.
Hiệu suất sử dụng kênh là =Ġ
Nếu giảm cấp độ phục vụ GoS thì với cùng một số kênh lưu lượng có thể phục
vụ được nhiều th bao hơn.Vậy cấp bậc phục vụ càng thấp thì hiệu suất sử dụng
kênh càng cao.
3.4 Phương pháp điều khiển cơng suất theo bước (DSSPC)
(Dynamic Step-size Power Control)
3.4.1 Khái niệm và lợi ích của độ dự trữ, cửa sổ cơng suất
Độ dự trữ SIR nhiều mức là sự giả thiết về sự biến đổi kênh ban đầu mà cần
phải được xác định theo kết quả của phép đo vơ tuyến thời gian thực. Những giới hạn
trên và dưới của độ dự trữ cơng suất tuỳ thuộc vào tải/giao thoa của mạng vơ tuyến
trong truy cập vơ tuyến hay tại mức tế bào. Bằng việc xác định độ dự trữ cơng suất
nhằm đảm bảo các chỉ tiêu và độ ổn định của hệ thống.
Do mạng vơ tuyến là mơi trường động, vùng dự trữ cơng suất có thể dao động
lên trên và xuống dưới khi mức tải và giao thoa thay đổi. Khi kênh mang vơ tuyến
được thiết lập, DSSPC sẽ điều khiển mức cơng suất truyền để tối ưu trong dự trữ
cơng suất. Điều này có thể đạt được nhờ sử dụng thơng tin chất lượng dịch vụ QoS
của kênh mang cũng như mức nhiễu mà nó gây ra cho mạng và dung lượng của mạng
liên quan đến nhiễu. Để cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất với mức tối thiểu cơng
Trang 48
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
suất truyền (hay SIR) cần cân bằng giữa chất lượng dịch vụ QoS, dung lượng mạng,
quản lý cước kênh mang… Tuy nhiên kết quả điều khiển cơng suất khơng tất yếu là ở
mức tối thiểu có thể.
Hình (3.7) là đồ thị mức cơng suất truyền của trạm di động dưới dạng nhiều
mức SIR được điều khiển để hội tụ đến mức tối ưu. Thay vì một ngưỡng của SIR
đích, SIR nhiều mức có nhiều ngưỡng, bao gồm giới hạn trên và dưới được xác định.
Do đó, mỗi dịch vụ như thoại, dữ liệu và hình ảnh có mức cơng suất truyền tối ưu đặc
biệt mà trạm di động từ ở trên hay ở dưới.
3.4.2 Sự hoạt động của mạng
Hình (3.8) là giản đồ căn bản của phương pháp DSSPC đối với điều khiển
cơng suất đường lên. Trong điều khiển cơng suất đường lên, bên cạnh mạng, điều
khiển truy cập vơ tuyến và trạm gốc là cơ sở của cho điều khiển từng phần của tiến
trình điều chỉnh cơng suất.
Điều khiển cho phép và điều khiển cơng suất của bộ điều khiển truy cập vơ
tuyến thiết lập các đích chất lượng tín hiệu gồm SIR_max, SIR-opt_max,
SIR_opt_min và SIR_min.
Điều này có thể dựa trên thơng tin lưu lượng sẵn có trong AC (Admission
Cotrol),cường độ tín hiệu,SIR, các độ ưu tiên truy cập, thơng tin hỗ trợ định vị…
Trang 49
Hình 3.7 Dự trữ SIR đối với các chất lượng dòch vụ khác nhau
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
Hình 3.8 Lưu đồ thuật tốn điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC
Trang 50
i = 1
Bắt đầu
SIRopt_max SIR_real
i
SIR_max
SIRopt_min SIR_real
i
< SIR_opt_max
SIR_real
i
> SIR _max
SIR_min SIR_real
i
< SIR_opt_min
SIR_real
i
< SIR_min
Lệnh giảm công suất truyền:
P
dki
= P
oi
- α.β
max
Lệnh giảm công suất truyền:
P
dki
= P
oi
- α.β
min
Lệnh tăng công suất truyền:
P
dki
= P
oi
+ α.β
min
Lệnh tăng công suất truyền:
P
dki
= P
oi
+ α.β
max
Công suất nhận là tối ưu:
P
dki
= P
oi
Sai
Sai
Sai
Sai
Đúng
Đúng
Đúng
Đúng
Đúng
[111]
[010]
[100]
[110]
[101]
i N
Kết thúc
Sai
Đúng
Tính SIR_real
i
Tính P
oi
i = i+ 1
Nhập số thuêbaoN, các mức SIR đích
Nhập các thông số của chương trình
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
Như trong hình (3.8), trạm gốc phát lệnh cơng suất truyền (TPC: Transmit Power
Command) bằng việc so sánh SIR nhận được/cơng suất của kênh đường lên với các
ngưỡng xác định của SIR/độ dự trữ cơng suất.
3.4.3 Sự hoạt động của trạm di động
Đầu tiên, trạm di động nhận lệnh điều khiển cơng suất từ trạm gốc. Nó ghi
lệnh điều khiển cơng suất tiếp theo vào thanh ghi lệnh. Việc thay đổi dữ liệu gốc
được lưu trữ ở đây bao gồm dữ liệu về những lệnh điều khiển cơng suất gần đây nhất,
kích cỡ bước, và toạ độ máy thu cầm tay .
Trạm di động kiểm tra giá trị của lệnh điều khiển cơng suất, kích cỡ bước, và
thơng tin hỗ trợ định vị bao gồm sự thay đổi dữ liệu gốc. Nếu lệnh điều khiển cơng
suất hay chuỗi kích thước bước là chẵn, nghĩa là mức cơng suất khơng hồn tồn thay
đổi nhưng giữ ổn định và khơng có số lượng đáng kể cần thay đổi cơng suất truyền.
Để tính kích thước của DSS (Dynamic Step-Size) dựa vào phương trình (3.3),
trạm di động xác định giá trị của tồn bộ điều khiển cơng suất.
Bước điều khiển cơng suất là kết quả kết hợp của giá trị khơng đổi và giá trị
thay đổi của điều khiển cơng suất. Do đó, trạm di động điều chỉnh cơng suất truyền
của nó bằng cách thêm DSS vào cơng suất tín hiệu ban đầu Po như sau :
P
trx
(dB) = P
o
(dB) + DSS (dB)
1 khi ∆SIR < 0
-1 khi ∆SIR > 0 (3.3)
Trong phương trình (3.3), α là kích thước bước cố định đã được xác định
trước và β là thành phần động của DSS được định nghĩa dựa trên giá trị thực và đích
của SIR tương ứng với kết nối vơ tuyến. Mục đích của DSS là để bù vào sự suy giảm
cơng suất vì kênh truyền khơng ổn định.
Để định nghĩa giá trị của thơng số SIR nhận được và SIR đích cần phải sẵn
có. Tuy nhiên, thơng tin này sẵn có tại trạm gốc. Do đó, việc điều chỉnh cơng suất
truyền đường lên có hai khả năng thực hiện :
Trang 51
DSS(dB) = α. β. γ , và γ =
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
1. Thơng tin liên quan đến SIR được truyền đến trạm di động bằng cách dùng
tín hiệu kênh chun dụng hay kênh chung. Bộ phân tích dữ liệu gốc
(HDLA: History Data Analyzer Logic) của trạm di động tính tốn giá trị của
β dựa trên bảng dò tìm (bảng 3.1).
2. Giá trị của β được tính tốn tại trạm gốc bằng việc dùng tiêu chuẩn được
định nghĩa trong bảng dò tìm. Như một kết quả, thơng tin được truyền đến
trạm di động thật ra là α.β. Trong trường hợp trạm di động khơng cần tính
tham số liên quan đến SIR, giảm bớt sự phức tạp và sự tiêu thụ pin của nó.
Trong bảng (3.1) ki = ( 0,…,kk+1 ) là số ngun, có thể tối ưu dựa trên những
phép đo thực tế liên quan đến mạng vơ tuyến.
Do đó, nó có thể thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi thời gian thực trong chất
lượng tín hiệu vì fading và đích SIR cho kênh mang u cầu ánh xạ bởi mạng. Trong
ví dụ này các giá trị nhiều mức của SIR đích được định nghĩa như : SIR_max,
SIRopt_ max, SIRopt_ min, SIR_min.
Tiêu chuẩn so sánh SIR
β
γ
SIR
opt_min
≤
SIR
real
≤
SIR
max
0 X
SIR
opt_max
≤
SIR
real
≤
SIR
max
K1 1
SIRreal > SIRmax K2 1
SIRmin
≤
SIRreal
≤
SIRopt_min K1 -1
SIRreal < SIRmin K2 -1
Đối với 5 điều kiện căn bản trong thuật tốn, sử dụng 3 bit để truyền thơng tin
u cầu giữa trạm gốc và máy di động. Có thể sử dụng 3 điều kiện khác nhau của
thuật tốn, để giảm số bit u cầu điều khiển cơng suất truyền TPC .
Hình (3.9) chỉ ra một ví dụ về sơ đồ khối thực hiện phương pháp điều khiển
cơng suất ứng dụng cho đường lên. Trạm gốc nhận tín hiệu được truyền bởi trạm di
động và hướng tới để giữ cường độ tín hiệu nhận được khơng thay đổi bằng cách gởi
lệnh điều khiển cơng suất đến trạm di động.
Trang 52
Bảng 3.1 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC
Chương 3:Điều khiển cơng suất theo bước động DSSPC và phân tán DPC
Trạm gốc chịu trách nhiệm để đo SIR nhận được và một phần của những phép đo
đó u cầu thiết lập thơng số dự trữ cơng suất và các đích SIR. Các phép đo được
thực hiện sau máy thu phân tập RAKE, nơi kết nối nhiều nhánh khác nhau của tín
hiệu nhận được. Tại khối trạm gốc, các giá trị đích và giá trị đo được của SIR được
so sánh. Trạm gốc cũng tính tốn giá trị tương ứng cho ( và ( như định nghĩa trong
phương trình (3.3) . Để xác định lệnh cơng suất truyền, bộ phát trạm gốc gởi các lệnh
cơng suất phát (TPCs) đến trạm di động để tăng, giảm hay giữ cơng suất truyền
khơng thay đổi.
Tại trạm di động, các lệnh điều khiển cơng suất được tập hợp thành một vector
mà trạm di động ghi vào bộ phân tích dữ liệu gốc (HDLA). HDLA phân tích vector
bit lệnh nhận được khi đưa ra giá trị thích ứng của DSS. HDLA đưa ra đưa ra thành
phần thích ứng của DSS dựa trên thơng tin nhận được từ trạm gốc dưới dạng luồng
Trang 53
Hình 3.9 Mơ hình chung của DSSPC đối với điều khiển cơng suất đường lên
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét