Đồ án Chuyển giao mềm trong mạng WCDMA

n bởi những lý do khác hơn, ví dụ như để điều khiển sự phân phối lưu lượng giữa các Cell. Chẳng hạn như chuyển giao vì lý do lưu lượng được điều khiển bởi trạm gốc (TRHO). Nếu tải của Cell nguồn vượt quá mức cho phép, và tải của một Cell lân cận thấp hơn một mức cho phép khác, thì khi đó Cell nguồn sẽ thu hẹp vùng phủ sóng của nó, chuyển giao một số lưu lượng đến Cell lân cận. Vì vậy, tỷ lệ chặn tổng thể có thể giảm, dẫn đến việc sử dụng tài nguyên Cell tốt hơn.  Hỗ trợ thuê bao: ở đây mạng và thuê bao đều thực hiện các phép đo. Thuê bao báo cáo các kết quả đo lường từ những trạm gốc gần đó và mạng sẽ thực hiện quyết định có nên chuyển giao hay không. Các mục tiêu của chuyển giao có thể được tóm tắt như sau:  Đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ không dây khi các thuê bao di động di chuyển qua các ranh giới của Cell.  Giữ QoS được yêu cầu  Giảm tối đa mức nhiễu của toàn hệ thống  Chuyển vùng giữa các mạng khác nhau  Phân phối tải từ các khu vực điểm nóng.(Cân bằng tải) Các yếu tố có thể được sử dụng để khởi xướng quá trình chuyển giao có đó là: chất lượng đường dẫn (hướng lên hoặc hướng xuống), sự thay đổi dịch vụ, thay đổi tốc độ, vì các lý do lưu lượng hoặc sự can thiệp của O&M (Operation and Maintenance). 2.1.3 Các thủ tục và phép đo chuyển giao Thủ tục chuyển giao có thể được chia thành ba giai đoạn: đo lường, quyết định và thực hiện, được minh hoạ trong hình II.2. Trong giai đoạn đo lường chuyển giao, các thông tin cần thiết để thực hiện quyết định chuyển giao được đo. Ở hướng xuống, trạm di động thực hiện các phép đo để đo tỷ số Ec/I0 của kênh hoa tiêu chung (CPICH: Common Pilot Channel) của Cell dịch vụ của nó và các Cell lân cận. Đối với một số loại chuyển giao nào đó, các phép đo khác là hết sức cần thiết. Lấy ví dụ trong mạng bất đồng bộ như UTRA FDD (WCDMA), thông tin định thời tương đối giữa các Cell cần được đo để điều chỉnh định thời truyền trong chuyển giao mềm để cho phép 1 sự kết hợp chặt chẽ ở máy thu Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 28 Rake. Tuy nhiên, việc truyền dẫn từ các trạm gốc khác nhau sẽ rất khó để kết hợp và đặc biệt là hoạt động điều khiển công suất trong chuyển giao mềm sẽ bị trì hoãn thêm. Hình II.2 Các thủ tục chuyển giao Trong giai đoạn quyết định chuyển giao, các kết quả đo lường được so sánh với ngưỡng được xác định trước đó và sau đó nó quyết định có bắt đầu thực hiện chuyển giao hay không. Các giải thuật chuyển giao khác nhau sẽ có các điều kiện kích hoạt khác nhau. Trong giai đoạn thực hiện, quá trình chuyển giao được hoàn thành và các thông số liên quan cũng được thay đổi tuỳ theo các kiểu chuyển giao khác nhau. Ví dụ, trong giai đoạn thực hiện của chuyển giao mềm, khi trạm di động vào hoặc rời bỏ trạng thái chuyển giao mềm thì một trạm gốc mới sẽ được đưa vào hoặc giải phóng, các cài đặt tích cực được cập nhật và công suất của mỗi kênh tham gia vào quá trình chuyển giao mềm được điều chỉnh. 2.2 Chuyển giao mềm (SHO) Chuyển giao mềm được giới thiệu bởi công nghệ CDMA. So với tiêu chuẩn chuyển giao cứng thì chuyển giao mềm có một số ưu điểm lợi thế hơn. Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm như sự phức tạp và sự tiêu thụ nguồn tài nguyên bổ sung. Việc quy hoạch tổng phí Chuyển giao mềm (soft handover overhead) là một trong những thành phần cơ bản của việc quy hoạch và tối ưu hoá mạng vô tuyến. Trong phần này sẽ trình bày các nguyên lý cơ bản của chuyển giao mềm. Đo lường thông tin cần thiết để quyết định chuyển giao.(vd: Ec/I0 của kênh CPICH của Cell dịch vụ và các Cell lân cận,thông tin định thời tương đối giữa các Cell. Thoả tiêu chuẩn chuyển giao Hoàn thành quá trình chuyển giao. Cập nhật các thông số liên quan. Giai đoạn đo lường Giai đoạn quyết định Giai đoạn thực hiện Yes No Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 29 2.2.1 Nguyên lý của chuyển giao mềm Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống. Với chuyển giao cứng, một quyết định xác định được thực hiện để chuyển giao hay không chuyển giao và trạm di động chỉ truyền thông với một trạm gốc tại thời gian đó. Còn với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được thực hiện để quyết định có chuyển giao hay là không. Tuỳ thuộc vào những thay đổi của cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu từ 2 hoặc nhiều trạm gốc tham gia vào quá trình, một quyết định tốt nhất cuối cùng sẽ được thực hiện để truyền thông với một và chỉ một trạm gốc mà thôi. Và điều này thường xảy ra sau khi đã chắc chắn rằng tín hiệu đến từ trạm gốc được chọn mạnh hơn tín hiệu đến từ các trạm gốc khác. Trong chu kỳ chuyển tiếp của quá trình chuyển giao mềm, trạm di động truyền thông đồng thời với tất cả trạm gốc đang kết nối với nó. Sự khác nhau giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm giống như sự khác nhau giữa các cuộc thi bơi tiếp sức và chạy tiếp sức. Chuyển giao cứng xảy ra tại một điểm thời gian, trong khi đó chuyển giao mềm kéo dài trong một chu kỳ thời gian. Hình II.3 đưa ra quá trình cơ bản của chuyển giao cứng và chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường). Giả sử có một đầu cuối di động bên trong chiếc xe hơi di chuyển từ Cell 1 đến Cell 2, BS1 là trạm gốc ban đầu của trạm di động. Trong khi di chuyển, trạm di động đo đồng thời cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu nhận được từ các trạm gốc lân cận. Với chuyển giao cứng đưa ra ở hình II.3(a), việc kích hoạt được mô tả đơn giản như sau: If (pilot_Ec/I0)2 – (pilot_Ec/I0)1 > D và BS1 là BS dịch vụ Handover to BS2 Else Do not handover end Trong đó (pilot_Ec/I0)1 và (pilot_ Ec/I0)2 lần lượt là tỷ số Ec/I0 kênh hoa tiêu nhận được từ BS1 và BS2; D là số dự trữ trễ. Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 30 Hình II.3 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm Lý do giới thiệu số dự trữ trễ D trong giải thuật chuyển giao cứng là để tránh tác động của hiện tượng “ping-pong” , là hiện tượng mà khi trạm di động di chuyển trong và ngoài biên giới của Cell, thì quá trình chuyển giao cứng thường xuất hiện. Ngoài tính di động của thuê bao, hiện tượng fading của kênh vô tuyến cũng làm cho tác động “ping-pong” càng trở nên nghiêm trọng hơn. Bằng việc giới thiệu số dự trữ trễ D, tác động của “ping-pong” sẽ giảm nhẹ hơn bởi khi đó trạm di động sẽ không chuyển giao ngay đến trạm gốc tốt hơn. Số dự trữ càng lớn thì tác động của hiện tượng “ping-pong” càng giảm. Tuy nhiên, nếu số dự trữ lớn thì điều đó cũng đồng nghĩa với độ trì hoãn tăng. Hơn nữa, trạm di động cũng gây thêm nhiễu đối với các Cell lân cận do các kết nối chất lượng kém suốt trong thời gian trì hoãn. Do đó, đối với chuyển giao cứng thì số dự trữ trễ D là khá quan trọng. Khi quá trình chuyển giao cứng xuất hiện, kết nối lưu lượng ban đầu với BS1 sẽ bị rớt trước khi thiết lặp một kết nối mới với BS2 và cũng vì lý do đó mà ta nói chuyển giao cứng là một quá trình “Break before make” có nghĩa là “ngắt trước khi nối”. Trong trường hợp chuyển giao mềm, được đưa ra ở hình II.3(b), trước khi (pilot_ Ec/I0)2 vượt quá (pilot_Ec/I0)1,chỉ cần điều kiện kích hoạt chuyển giao mềm được thoả mãn thì trạm di động sẽ vào trạng thái chuyển giao mềm và một kết nối mới được thiết lặp. Trước khi BS1 bị rớt (điều kiện rớt chuyển giao được thoả mãn) thì trạm di động sẽ truyền thông đồng thời với cả BS1 và BS2. Vì vậy, không giống như chuyển giao cứng, chuyển giao mềm là một quá trình “nối trước ngắt sau” hay người ta còn gọi là “make before break”. Cho đến nay, một số thuật toán đã được đề xuất để Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 31 hỗ trợ chuyển giao mềm và các tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng trong các thuật toán khác nhau. Quá trình chuyển giao mềm là không giống nhau trong các hướng truyền khác nhau. Hình II.4 minh hoạ cho điều đó. Ở hướng lên, trạm di động truyền tín hiệu đến không gian thông qua ăngten đẳng hướng của nó. Hai trạm gốc đang kết nối với nó có thể nhận được tín hiệu một cách đồng thời bởi hệ số tái sử dụng tần số của một trong những hệ thống CDMA. Sau đó, những tín hiệu này sẽ được truyền thẳng tới RNC để thực hiện kết hợp lựa chọn. Khung nào tốt hơn sẽ được chọn và khung kia sẽ bị bỏ đi. Do đó, ở hướng lên, không có kênh bổ sung cần thiết để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao mềm. Hình II.4 Nguyên lý chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường) Ở hướng xuống, cả 2 BS sẽ cùng truyền các tín hiệu giống nhau đến trạm di động, và khi trạm di động nhận thấy chúng thì nó có thể kết hợp một cách dễ dàng các tín hiệu này. Thông thường, chiến lược kết hợp tỷ lệ tối đa sẽ được sử dụng để cung cấp một lợi ích bổ sung được gọi là phân tập đa dạng. Tuy nhiên, để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao ở hướng xuống thì cần ít nhất một kênh hướng xuống bổ sung (SHO 2 đường). Kênh hướng xuống bổ sung này tác động đến các User khác giống như nhiễu bổ sung trong giao tiếp không gian. Vì vậy, để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao mềm ở hướng xuống thì yêu cầu phải có thêm tài nguyên. Và kết quả là,ở hướng xuống, hiệu suất của quá trình chuyển giao mềm phụ thuộc vào sự cân bằng giữa độ lợi phân tập đa dạng (macrodiversity) và sự tiêu thụ nguồn tài nguyên bổ sung. 2.2.2 Thuật toán chuyển giao mềm Thuật toán có một tầm ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của quá trình chuyển giao mềm. Hình II.5 đưa ra thuật toán chuyển giao mềm của IS-95A (cũng còn được gọi là thuật toán CDMAone cơ bản) Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 32 Hình II.5 Thuật toán chuyển giao mềm của IS-95A Trong hình:  The Active set (Tập tích cực): là danh sách các Cell mà hiện đang kết nối với trạm di động.  The Candidate set (Tập ứng cử): là danh sách các Cell mà hiện không được sử dụng trong kết nối chuyển giao mềm, nhưng các giá trị Ec/I0 kênh pilot của chúng là đủ mạnh để được bổ sung vào tập tích cực.  The neighbouring set ( Tập lân cận): là danh sách các Cell mà tram di động đo lường liên tục, nhưng các giá trị Ec/I0 kênh pilot của chúng không đủ mạnh để bổ sung vào tập tích cực. Trong IS-95A, ngưỡng chuyển giao là một giá trị Ec/I0 cố định nhận được từ kênh hoa tiêu. Nó rất dễ thực hiện, nhưng lại gặp nhiều khó khăn khi phải đối mặt với những thay đổi tải động. Dựa trên thuật toán IS-95A, nhiều biến đổi của thuật toán cdmaOne với tính năng động hơn ngưỡng cố định đã được đề xuất cho hệ thống IS- 95B và cdma2000. Trong WCDMA sử dụng các thuật toán phức tạp hơn, được minh hoạ như trên hình II.6 Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 33 Hình II.6 Thuật toán chuyển giao mềm WCDMA Thuật toán chuyển giao mềm WCDMA có thể được mô tả như sau:  Lúc đầu. Chỉ có ô 1 và ô 2 nằm trong tập tích cực  Tại sự kiện A. (Ec/I0)P-CPICH3 > (Ec/I0)P-CPICH1 - (R1a-H1a/2) trong đó (Ec/I0)P-CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ô 1 mạnh nhất, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ô 3 nằm ngoài tập tích cực và R1a là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập, H1a/2 là thông số trễ và (R1a-H1a/2) là cửa sổ kết nạp cho sự kiện 1a. Nếu bất đẳng thức này tồn tại trong khoảng thời gian ΔT thì ô 3 được kết nạp vào tập tích cực  Tại sự kiện C. (Ec/I0)P-CPICH4 > (Ec/I0)P-CPICH2 +H1c/2, trong đó (Ec/I0)PCPICH4 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 4 nằm ngoài tập tích cực và (Ec/I0)PCPICH2 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 2 tồi nhất trong tập tích cực, H1C là thông số trễ. Nếu quan hệ này tồn tại trong thời gian ΔT và tập tích cực đã đầy thì ô 2 bị loại ra khỏi tập tích cực và ô 4 sẽ thế chỗ của nó trong tập tích cực  Tại sự kiện B. (Ec/I0)P-CPICH1 < (Ec/I0)P-CPICH3- (R1b+H1b/2) trong đó (Ec/I0)P-CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ô 1 yếu nhất trong tập tích cực, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 3 mạnh nhất trong tập tích cực, R1b hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1b/2 là thông số trễ và (R1b+H1b/2) là cửa sổ loại cho Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 34 sự kiện 1B. Nếu quan hệ này tồn tại trong khoảng thời gian ΔT thì ô 3 bị loại ra khỏi tập tích cực Trong thuật toán WCDMA, người ta sử dụng ngưỡng tương đối chứ không sử dụng ngưỡng tuyệt đối. So với IS-95A, lợi ích lớn nhất của giải thuật này đó là sự biểu diễn tham số một cách dễ dàng, và nhờ có các giá trị ngưỡng tương đối nên không yêu cầu bất kỳ một sự thay đổi tham số nào đối với các khu vực có nhiễu cao và thấp. Hầu hết công việc trong luận án này đều dựa trên thuật toán chuyển giao mềm WCMDA. 2.2.3 Đặc điểm của chuyển giao mềm So với chuyển giao cứng truyền thống thì chuyển giao mềm cho thấy những ưu điểm rõ ràng hơn, ví dụ như là loại bỏ hiện tượng “ping pong” và làm cho đường truyền dẫn liên tục hơn, không bị gẫy khúc. Không có hiện tượng “ping pong” có nghĩa là số lượng tải trên mạng báo hiệu thấp hơn và với chuyển giao mềm cũng sẽ không bị mất dữ liệu do sự phá vỡ truyền dẫn tạm thời (xảy ra trong chuyển giao cứng). Ngoài lý do xử lý tính di động của thuê bao, còn có một lý do khác nữa để thực hiện chuyển giao mềm trong CDMA; đó là sử dụng nó như một cơ chế để giảm nhiễu (được thực hiện cùng với điều khiển công suất). Hình II.7 đưa ra 2 viễn cảnh. Ở viễn cảnh thứ nhất (hình a), điều khiển công suất được sử dụng. Ở viễn cảnh thứ 2 (hình b), điều khiển công suất và chuyển giao mềm đều được hỗ trợ. Giả sử rằng trạm di động đang di chuyển từ BS1 đến BS2. Tại vị trí đang xét, tín hiệu nhận được từ BS2 mạnh hơn từ BS1 điều này có nghĩa là BS2 tốt hơn BS1. Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 35 Hình II.7 Giảm nhiễu hướng lên bằng cách sử dụng SHO Ở hình (a), vòng điều khiển công suất làm tăng công suất truyền của trạm di động để đảm bảo QoS ở hướng lên khi trạm di động di chuyển ra xa trạm gốc dịch vụ của nó (BS1). Ở hình (b), trạm di động đang trong trạng thái chuyển giao mềm và cả 2 trạm gốc truyền thông một cách đồng thời với trạm di động, các tín hiệu thu được sau đó được trạm gốc truyền thẳng tới RNC để thực hiện kết hợp. Ở hướng lên, việc kết hợp lựa chọn được sử dụng trong chuyển giao mềm, khung nào mạnh nhất sẽ được chọn và khung yếu hơn sẽ bị xoá bỏ đi. Bởi vì BS2 tốt hơn BS1 nên để đạt được cùng một QoS mong muốn thì yêu cầu công suất truyền của trạm di động ở hình (b) phải nhỏ hơn so với hình (a). Vì vậy, nhiễu góp vào hệ thống bởi trạm di động ở hướng lên sẽ thấp hơn bởi quá trình chuyển giao mềm luôn luôn giữ cho trạm di động liên kết với BS tốt nhất. Ở hướng xuống thì có vẻ phức tạp hơn, mặc dù tỷ lệ kết hợp tối đưa ra một độ lợi về phân tập đa dạng nhưng cũng cần thiết phải hỗ trợ thêm kênh hướng xuống bổ sung vào quá trình chuyển giao mềm. Có thể tóm tắt các đặc điểm chính của chuyển giao mềm như sau:  Ưu điểm  Giảm hiện tượng “ping-pong”, từ đó dẫn tới giảm tổng phí và số lượng tải trên mạng báo hiệu Báo cáo tốt nghiệp Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 36  Truyền dẫn liên tục, không xảy ra gián đoạn suốt trong quá trình chuyển giao mềm.  Không có số dự trữ trễ, dẫn tới độ trì hoãn thấp hơn.  Giảm nhiễu hướng lên, dẫn đến: chất lượng truyền thông tốt hơn cho một số lượng người dùng nhất định đồng thời tăng số lượng người dùng với cùng một Qos yêu cầu.  Các ràng buộc về thời gian trên mạng ít hơn, điều này có nghĩa là thời gian xếp hàng để có được một kênh mới từ BS mong muốn sẽ dài hơn, giúp cho xác suất chặn và rớt cuộc gọi giảm đi.  Nhược điểm  Phức tạp hơn trong việc thực hiện quá trình chuyển giao cứng  Cần phải bổ sung thêm nguồn tài nguyên mạng ở hướng xuống ( tài nguyên về mã và công suất ) Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 37 CHƯƠNG III : PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CẤP ĐƯỜNG DẪN VÀ CẤP HỆ THỐNG 3.1 Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn 3.1.1 Phân tích nhiễu hướng xuống Tổng quan Như đã đề cập trong chương 1, các hệ thống CDMA là các hệ thống giới hạn nhiễu và do đó việc đánh giá nhiễu là một trong những thủ tục cơ bản để phân tích hệ thống CDMA. Nhiễu tổng được trải nghiệm bởi trạm di động có thể được chia thành 2 phần đó là : nhiễu trong cùng một Cell(intra-Cell) và nhiễu giữa các Cell khác nhau(inter-Cell). Ở hướng lên, xét một trạm di động nào đó thì nhiễu intra-Cell đến từ tất cả những trạm di động khác được phục vụ bởi cùng một trạm gốc; đối với nhiễu inter- Cell thì bao gồm tất cả những tín hiệu thu được từ tất cả các trạm di động trong các Cell lân cận khác ngoại trừ Cell dịch vụ của trạm di động. Do đó, ở hướng lên, nhiễu có liên quan đến việc phân phối tải trong mạng chứ không liên quan đến vị trí của chính trạm di động đó. Hình III.1 Nhiễu hướng lên Ở hướng xuống, được đưa ra trên hình III.2, nhiễu intra-Cell của một trạm di động nào đó đến từ chính trạm gốc dịch vụ của nó: loại nhiễu này là do mất một phần tính trực giao giữa các User do hiệu ứng đa đường. WCDMA sử dụng các mã trực giao khác nhau ở hướng xuống đối với các User riêng biệt và không có bất kỳ một sự lan truyền đa đường nào cũng như không có nhiễu intra-Cell khi tính trực giao vẫn còn. Thông thường, tính trực giao nằm giữa 0,4 đến 0,9 (trường hợp lý tưởng là bằng 1). Nhiễu intra-Cell trong thực tế bao gồm một phần công suất của các kênh điều khiển chung và các kênh lưu lượng hướng xuống đối với các User khác trong cùng một Cell. Nhiễu inter-Cell là công suất nhận được của trạm di động từ tất cả các trạm gốc lân cận khác ngoại trừ trạm gốc dịch vụ của nó. Bởi vì trong chế độ FDD WCDMA, các Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 38 trạm gốc là không đồng bộ, nên tính trực giao không có tác dụng trong nhiễu inter- Cell, vì vậy có sự xuất hiện của nhiễu inter-Cell. Hình III.2 Nhiễu hướng xuống Bởi vì các nguồn nhiễu được cố định bởi những trạm gốc ở hướng xuống, nên đối với một trạm di động nào đó thì luôn xuất hiện nhiễu hướng xuống đến vị trí của nó. a) Nhiễu intra-Cell và nhiễu inter-Cell Đối với một MS tại khoảng cách r từ trạm gốc dịch vụ của nó, sự suy giảm lan truyền là tỷ lệ với: Trong đó, α là độ mất đường dẫn với giá trị điển hình là 4; ζ (dB) có phân bố Gaussian, biểu diễn sự suy giảm do hiệu ứng màn chắn, với trung bình 0 và một độ lệch chuẩn σ độc lập với khoảng cách; nó khoảng từ 5 đến 12 với một giá trị điển hình 8-10dB đối với macroCell. Xét trạm di động được đặt tại vị trí (r1,θ1) trong hình III.2, giả sử rằng BS1 là trạm gốc dịch vụ của nó. Khi đó nhiễu intra-Cell hướng xuống Iintra-Cell nhận được từ BS1 có thể được biểu diễn là: (3.1) Trong đó PT1 là công suất truyền tổng của BS1 ; a là hệ số trực giao hướng xuống (bằng 1 đối với trực giao lý tưởng và bằng 0 đối với không trực giao). Bởi vì cả nhiễu intra-Cell và tín hiệu mong muốn đều được truyền từ một nguồn, nên chúng chịu cùng một sự suy giảm.Vì vậy, không cần thiết phải sử dụng điều khiển công suất trong một hệ thống Cell riêng lẻ. Nhiễu inter-Cell Iinter-Cell có thể được biểu diễn như sau: 1010.),(    rrL 10 11int 1 10)1(     raPI Tcellra Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Trung Hiếu Lớp Đ05VTA1 Trang 39 (3.2) Trong đó PTi là công suất truyền tổng của BSi ; ri là khoảng cách từ trạm di động đến BSi ; M là chỉ số của các trạm gốc gây nhiễu inter-Cell. Về lý thuyết, nhiễu inter- Cell đến từ tất cả các trạm gốc xung quanh ngoại trừ trạm gốc dịch vụ. Ở đây, chỉ có các trạm gốc thuộc lớp thứ nhất và lớp thứ hai được sử dụng bởi vì công suất nhận được từ những trạm gốc bên ngoài lớp thứ 2 là không đáng kể. Từ (3.1), có thể thấy được rằng nhiễu intra-Cell dựa vào khoảng cách từ trạm di động đến trạm gốc dịch vụ của nó ,r1, nhưng nó không phụ thuộc vào θ1 . Tuy nhiên, nhiễu inter-Cell lại không những phụ thuộc vào r1 mà còn phụ thuộc vào θ1 bởi khoảng cách từ trạm di động đến các trạm gốc khác, ri , là một hàm số của r1 và θ1. (3.3) Rõ ràng rằng đối với một trạm di động nào đó, nhiễu hướng xuống có mối quan hệ chặt chẽ với vị trí của trạm di động. Điều này là bởi các nguồn nhiễu được cố định bởi những trạm gốc ở hướng xuống. Giả sử rằng tải trong hệ thống được phân bố một cách thống nhất và công suất truyền tổng của mỗi trạm gốc là giống nhau, ký hiệu là PT, (3.2) có thể được viết lại thành: (3.4) Trong đó, hệ số χ cung cấp cho ta một phép đo về nhiễu inter-Cell với công suất truyền tổng BS. χ có mối quan hệ với vị trí của trạm di động. Ở đây, bán kính Cell được tiêu chuẩn hoá đến 1. Hình III.3 cho thấy ý nghĩa của χ đối với các trạm di động tại các vị trí khác nhau trong cùng một Cell lục giác. Trục x-y biểu diễn vị trí của trạm di động và trục z biểu diễn giá trị của χ . Bởi vì bán kính Cell R được tiêu chuẩn hoá đến 1 nên χ không phải là giá trị thực tế của tỷ số nhiễu inter-Cell với PT nhưng mức nhiễu inter-Cell tương đối được trải nghiệm bởi các trạm di động tại các vị trí khác nhau.      M i iTiceller i rPI 2 10 int 10                   19,....11,9 6/)8(cos3..2)3( 18,....10,8 6/)8(cos32..2)32( 72 3/)2(cos3..2)3( 11 22 1 11 22 1 11 22 1 iiRrRr iiRrRr iiRrRr ri         M i T celler TiTceller P IPrPI 2 int10 int .10 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 40 Hình III.3 χ ,Nhiễu inter-Cell hướng xuống tương đối Rõ ràng là nhiễu inter-Cell có mối quan hệ chặt chẽ với vị trị trạm di động, không chỉ có khoảng cách r mà còn phụ thuộc cả vào góc θ. Các trạm di động ở gần biên giới Cell ( cả góc và cạnh ) sẽ nhận được nhiễu inter-Cell lớn nhất. Biểu diễn khu vực ở gần có (r = R, θ = 30º) như là góc của Cell và khu vực ở gần có (r =       2 3 R, θ = 0º) như là cạnh của Cell. Trong hình a, σ = 0dB, chỉ có thành phần tổn hao đường dẫn. Trong hình b, σ = 8dB thì bao gồm cả các tác động của sự che khuất và ý nghĩa của χ cũng được tính toán. Và cũng có thể thấy được rằng sự che khuất nó sẽ làm tăng giá trị nhiễu trung bình. Bỏ qua nhiễu nhiệt, tỷ số của nhiễu inter-Cell và nhiễu intra-Cell, ký hiệu là η có thể được biểu diễn là: (3.5) Hình III.4 cho thấy ý nghĩa của tỷ số nhiễu inter-Cell và intra-Cell đối với các trạm di động tại các vị trí khác nhau trong một Cell lục giác. Khi không có sự che khuất trên vùng phủ sóng, thì giá trị của nhiễu inter-Cell sẽ gấp khoảng 5,5 lần so với nhiễu intra-Cell đối với các User ở gần góc của Cell lục giác. Sự che khuất làm cho giá trị trung bình của η tăng đến 32. Như đã đề cập ở Chương 1 ( phần 1.3.2), nhiễu inter- Cell là nguyên nhân chính để sử dụng điều khiển công suất ở hướng xuống và nó đặc biệt quan trọng đối với các User ở gần góc Cell lục giác của các hệ thống đa Cell. a r r raP rP I I M i i T M i iT cellra celler ii              1 10)( 10)1( 10 2 10 )( 1 10 1 2 10 int int 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 41 Hình III.4 η, Tỷ số nhiễu inter-Cell và intra-Cell Hình III.5 biểu diễn độ nhạy của các hệ số χ và η với các thông số vô tuyến khác nhau: trục x biểu diễn khoảng cách từ trạm di động đến trạm gốc dịch vụ của nó, α là độ mất đường dẫn; σ là độ lệch chuẩn của sự che khuất và a là hệ số trực giao hướng xuống. Hình III.5 Độ nhạy của nhiễu hướng xuống tương đối với các thông số vô tuyến Trong hình III.5, ta thấy khi khoảng cách từ MS đến trạm gốc dịch vụ tăng sẽ dẫn đến cả χ và η cũng tăng theo, điều này là dễ hiểu bởi cả χ và η đều phụ thuộc vaò r1,.Tại 1 vị trí nhất định, xét 2 đường cong có cùng α = 4 và σ = 8, do χ độc lập với a nên tương ứng với 2 giá trị a khác nhau (a = 0.6 và a = 0.9) thì 2 đường cong vẫn trùng nhau còn với η thì đường cong nào có a lớn hơn sẽ có η cao hơn. Lấy 1 dẫn chứng khác, xét 2 đường cong xanh dương và xanh lam trong cả 2 hình, đường cong nào có σ cao hơn thì sẽ có χ và η lớn hơn (do sự gia tăng của σ là lớn hơn của α). Qua đó, ta có thể thấy được rằng cà χ và η đều rất nhạy với sự thay đổi của các thông số liên quan (σ, α, a, r1…). Báo cáo tốt nghiệp Chương III: Phân tích hiệu suất cấp đường dẫn và cấp hệ thống SVTH: Lê Tru