Cải thiện hiệu năng trạm chuyển tiếp trong hệ thống 4G LTE

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thông qua quá trình thực hiện nghiên cứu "Cải thiện hiệu năng trạm chuyển tiếp trong hệ thống 4G LTE" nhóm đã đưa ra được kết quả khả quan với việc bảo đảm tỉ lệ chuyển giao thành công lên đến hơn 99.9% trong điều kiện lưu lượng rất cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Cải thiện hiệu năng trạm chuyển tiếp trong hệ thống 4G LTE

Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- CẢI THIỆN HIỆU NĂNG TRẠM CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG 4G LTE Giảng viên hướng dẫn: ThS. Ngô Thế Anh Sinh viên thực hiện: Trần Huỳnh Minh Tân Lớp: Kỹ thuật Viễn thông K58 Phạm Huyền Trang Lớp: Kỹ thuật Viễn thông K58 Lê Ngọc Thạch Lớp: Kỹ thuật Viễn thông K58 Nguyễn Văn Quân Lớp: Kỹ thuật Viễn thông K58 Đỗ Tiến Dũng Lớp: Kỹ thuật Viễn thông K58 Tóm tắt: Xuất phát từ mong muốn tận dụng tài nguyên tần số trong thông tin di động, nhóm NCKH đề xuất giải pháp cải thiện hiệu năng trạm chuyển tiếp trong các hệ thống 4G LTE. Một trong những lý do chính dẫn đến nghiên cứu này là vì các trạm chuyển tiếp trong các hệ thống 4G LTE hiện chỉ đang thực hiện các chức năng chuyển tiếp thông thường nhằm cải thiện các tham số vật lý mà chưa quan tâm đến việc tận dụng các kênh vô tuyến trong hệ thống nhằm nâng cao hiệu suất phục vụ cho các cuộc gọi chuyển giao, đặc biệt là các cuộc gọi số liệu thời gian thực với thời gian chiếm kênh lớn. Thông qua quá trình thực hiện nghiên cứu, nhóm đã đưa ra được kết quả khả quan với việc bảo đảm tỉ lệ chuyển giao thành công lên đến hơn 99.9% trong điều kiện lưu lượng rất cao. Từ khóa: tận dụng tài nguyên tần số, trạm chuyển tiếp, chuyển giao, cuộc gọi số liệu thời gian thực, 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư 4G LTE (4th Generation Long Term Evolution) đã được thương mại hóa rộng rãi để đáp ứng cho các dịch vụ di động tốc độ cao. Nói một cách khác, có thể coi 4G LTE là hệ thống di động băng rộng đầy đủ đầu tiên trong các thế hệ thông tin di động dựa trên những thông số như là: tốc độ dữ liệu cung cấp cho MU đạt tới 300 Mbit/s với băng thông 20 MHz [1]. Để đạt được những kết quả ấn tượng đó, các hệ thống 4G LTE đòi hỏi một băng tần tương ứng đủ lớn. Tuy nhiên, tài nguyên tần số cung cấp cho các hệ thống thông tin di động đang ngày càng trở nên khan hiếm. Trong khi đó, các yêu cầu về băng tần mới cho việc khai thác và mở rộng hệ thống của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông di động vẫn không ngừng tăng lên [2]. Trong khi chờ đợi các nguồn tài nguyên mới được phê duyệt một cách rất hạn chế, các nhà cung cấp dịch vụ di động phải tận dụng băng tần đã được cung cấp để bảo đảm chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) trong hoạt động của hệ thống, đặc biệt là hoạt động chuyển giao [3-4]. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 243
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đối với cuộc gọi chuyển giao, việc bị ngắt ngang cuộc đàm thoại sẽ mang đến cảm giác khó chịu và nhiều lời phàn nàn từ khách hàng hơn là việc thông báo tạm thời chưa thể phục vụ và đề nghị thực hiện lại cuộc gọi. Như vậy, cuộc gọi chuyển giao luôn có mức độ ưu tiên cao hơn, và thông thường, để bảo đảm chỉ số rớt cuộc gọi cho phép, các nhà cung cấp dịch vụ di động cần phải sử dụng kỹ thuật dự trữ kênh [3-5, 6-7]. Trong trường hợp này, dung lượng của các BS không được sử dụng tối đa cho các cuộc gọi mới. Kỹ thuật chuyển tiếp kênh CRS (Channel Relaying Strategy) được đề xuất để tận dụng tối đa dung lượng các BS cho các cuộc gọi mới mà vẫn bảo đảm được kết nối hợp lý cho các cuộc gọi chuyển giao [4]. Trong CRS, các RS được sử dụng để hoán đổi kênh (channel swapping) giữa các BS nguồn (nơi MU đang được phục vụ) và BS đích (nơi MU sẽ chuyển giao tới) nên không yêu cầu việc dự trữ kênh cho các cuộc gọi chuyển giao ở các BS. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, tác giả chỉ mới tính toán cho các cuộc gọi thoại (voice calls) với thời gian kết nối ngắn mà chưa tính toán đến các cuộc gọi số liệu thời gian thực với thời gian chiếm kênh lâu hơn rất nhiều so với thời gian chiếm kênh của các cuộc gọi thoại. Hơn nữa, các tính toán trong [4] được áp dụng với các BS có bán kính phủ sóng lớn, trong khi các BS của 4G LTE có bán kính phủ sóng nhỏ hơn. Đây chính là động lực cho các nghiên cứu trong báo cáo này. 2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH Phương pháp nghiên cứu: Thứ nhất là sử dụng kỹ thuật CRS chuyển giao HCRS (Handover CRS) kết hợp hoán đổi kênh giúp mở rộng vùng phủ của các BS và do đó sẽ làm giảm các yêu cầu chuyển giao một cách đáng kể. Thứ hai là báo cáo sẽ đạt được các kết quả duy trì kết nối cho các cuộc gọi số liệu thời gian thực chiếm kênh thời gian dài với tỉ lệ thất bại dưới 0.5%. Thứ ba là từ kết quả mô phỏng đạt được với dung lượng BS là Nc =30, có thể xem xét tính toán bài toán cấp kênh tối ưu cho từng loại dịch vụ để đạt được hiệu quả tốt nhất trong việc khai thác tài nguyên tần số. Phương tiện nghiên cứu: Sử dụng các tài liệu nghiên cứu về 4G LTE và các trạm chuyển tiếp để nghiên cứu thêm về mặt lý thuyết. Cùng với đó, nhóm sử dụng Matlab để mô phỏng hệ thống bằng việc gán các tọa độ của các BS và các RS. Ngoài ra nhóm còn sử dụng các phần mềm khác như Excel, word để ghi lại các kết quả của mô phỏng. Nội dung nghiên cứu đã thực hiện: Nội dung nghiên cứu đã cung cấp các thông tin về chuyển tiếp trong phiên bản Release 10 và các phiên bản liên quan đến chuyển tiếp trong 4G LTE. Trong các bản phát hành sau của LTE các công cụ khác nhau được tăng cường hỗ trợ cho các trạm gốc công suất thấp được đưa vào và một trong những công cụ điển hình này là trạm chuyển tiếp RS; và điều này đã giúp làm tiết kiệm được ngân sách và tăng dữ liệu tốc độ cao. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 244
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- RS bao gồm bộ khuếch đại và chuyển tiếp, chúng liên tục chuyển tiếp các tín hiệu kể cả có một thiết bị trong vùng phủ sóng, mặc khác chúng khuếch đại bất kể những gì chúng thu được cả nhiễu cũng như những tín hiệu hữu ích điều này cho thấy RS thực sự có ích trong môi trường nhiễu tạp âm. Sau đó trình bày một giải pháp kỹ thuật tận dụng tài nguyên tần số trong các hệ thống 4G LTE để duy trì kết nối cho các cuộc gọi chuyển giao thời gian thực thông qua các trạm chuyển tiếp. Có 3 đóng góp quan trọng đã được trình bày bao gồm 2 đóng góp trực tiếp và một đóng góp gián tiếp. Thứ nhất: sử dụng HCRS kết hợp hoán đổi kênh đã giúp mở rộng vùng phủ của các BS và do đó đã làm giảm các yêu cầu chuyển giao một cách đáng kể. Thứ hai: các kết quả khả quan trong mô phỏng hệ thống với các cuộc gọi số liệu thời gian thực chiếm kênh thời gian dài đã đạt được. Thứ ba: từ kết quả mô phỏng đạt được với dung lượng BS là , có thể xem xét tính toán bài toán cấp kênh tối ưu cho từng loại dịch vụ để đạt được hiệu quả tốt nhất trong việc khai thác tài nguyên tần số. Thông qua đóng góp thứ nhất về việc kết hợp HCRS với hoán đổi kênh, hiệu năng của các RS đã được cải thiện để duy trì kết nối cho các cuộc gọi chuyển giao trong điều kiện lưu lượng hệ thống rất cao. Có thể nói rằng, việc sử dụng và khai thác các RS trong nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở việc để cho các RS thực hiện các chức năng chuyển tiếp thông thường nhằm cải thiện các tham số vật lý như đã được trình bày trước đó, mà các RS đã được khai thác một cách hiệu quả hơn rất nhiều. Như vậy, mục tiêu nghiên cứu của cả nhóm đã được hoàn thành. Kết quả nghiên cứu: Các tính toán và kết quả đạt được trong bài báo cáo đã được hiện thực hóa bằng một bài báo khoa học với kết quả phản biện khả quan. 3. KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên “Cải thiện hiệu năng trạm chuyển tiếp trong hệ thống 4G LTE” đã được hoàn thành đúng thời hạn với các mục tiêu đề ra. Nội dung của đề tài được thực hiện qua 3 chương. Chương 1 đã giới thiệu về đề tài một cách ngắn gọn để cung cấp cái nhìn tổng quát về đề tài. Chương 2 đã nêu khái quát các nội dung liên quan đến chuyển tiếp trong các hệ thống 4G LTE với mục đích giới thiệu về nguyên lý chuyển tiếp trong hệ thống này. Chương 3 đã đề xuất giải pháp để cải thiện hiệu năng trạm chuyển tiếp nhằm nâng cao hiệu suất phục vụ của hệ thống trong điều kiện lưu lượng rất cao nhằm tận dụng tài nguyên tần số. Các tính toán và kết quả đạt được trong Chương 3 đã được hiện thực hóa bằng một bài báo khoa học với kết quả phản biện khả quan như trong các minh chứng. Mặc dù đã hoàn thành được mục tiêu nghiên cứu, nhóm tác giả rất mong được tiếp tục phát triển đề tài theo các hướng đã ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 245
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- được nêu ra trong phần kết luận của bài báo khoa học, cũng như trong nhận xét của các phản biện. Tài liệu tham khảo [1]. Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Skold, 4G LTE-Advanced Pro and The Road to 5G, Third Ed., Elsevier, London, 2016. [2]. GSMA_MobileEconomy, 2021. https://www.gsma.com/mobileeconomy/wp- content/uploads/2021/07/GSMA_MobileEconomy2021_3.pdf [3]. Ruonan Zhang, Lin Cai, and Jianping Pan, Resource Management for Multimedia Services in High Data Rate Wireless Networks, SpringerBriefs in Electrical and Computer Engineering, 2017 (Chapter 4: Resource Reservation, pp.77-101). [4]. Anh Ngo The, Hai Hoang Dang, Minh Nguyen Canh, Minimising reserved channels to satisfy handover requests for voice calls in mobile communication systems using handover channel relaying strategy, Journal of Science and Technology on Information and Communications, [S.l.], vol. 1, No. 1, pp. 8-13, sep. 2017. ISSN 2525-2224. [5]. T.A.Chowdhury, et al., "Handover Priority Based on Adaptive Channel Reservation in Wireless Networks", IEEE International Conference on Elect.Infor.Comm.Tech.(EICT), pp. 1-5, 2014. [6]. Q.Peng, et al., "Channel reservation strategies for Multiple Secondary Users in Cognitive Radio Networks", Advanced Materials Research Vols. 989-994, Trans. Tech. Publications, Switzerland, 2014, pp. 3889-3892. [7]. H.Halabian et al., “A reservation-based call admission control scheme and system modelling in 4G vehicular networks”, EURASIP Journal on Wireless Comm. and Net., pp.1-12, 2015. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 246