Cải thiện hiệu suất mạng VLC bằng phương pháp lập lịch tối ưu tài nguyên (tóm tắt luận văn ngành kỹ thuật viễn thông)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Hoàng Văn Hà CẢI THIỆN HIỆU SUẤT MẠNG VLC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẬP LỊCH TỐI ƯU TÀI NGUYÊN Chuyên ngành : Kỹ thuật Viễn thơng Mã số 8.52.02.08 : TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2020 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ TUẤN LÂM Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Tài Hưng Phản biện 2: TS Phạm Xuân Nghĩa Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: 09 00 phút ngày 09 tháng 01 Năm 2021 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viên Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng LỜI MỞ ĐẦU Sự thiếu hụt tài nguyên cho dịch vụ mạng không dây ngày đưa đến xu hướng di chuyển dải tần số để truyền không dây đến tần số cao phổ tần số vô tuyến (Radio Frequency) Băng thông phổ ánh sáng khả kiến (Visual Light) rộng 1000 lần so với toàn phổ tần 300 GHz RF chứng tỏ phương án khả thi truyền thông băng rộng Truyền thơng ánh sáng nhìn thấy (VLC: Visual light Communication) cho phép sở hạ tầng chiếu sáng cung cấp khơng chiếu sáng mà cịn giao tiếp không dây Yêu cầu hệ thống VLC cung cấp truyền dẫn tốc độ cao độ phủ sóng liền mạch Để đáp ứng yêu cầu này, kiến trúc hệ thống VLC sử dụng trạm phát đa chùm sáng đề xuất gần Tuy nhiên, nâng cao hiệu hệ thống vấn để mở nhà nghiên cứu triển khai số lượng điều kiện ràng buộc tăng lên Trong đó, vấn đề nhiễu đồng kênh phụ thuộc lớn vào ràng buộc không gian thuật toán phân bổ tài nguyên cho người dùng Vì vậy, vấn để mở cần nghiên cứu để cải thiện hiệu hệ thống VLC Các giải pháp giảm nhiễu đồng kênh để nâng cao hiệu suất mạng VLC nhiều nhà nghiên cứu quan tâm thể qua nhiều phương án kỹ thuật như: Tái sử dụng tần số, điều khiển công suất, hiệu chỉnh góc phát chùm sáng kỹ thuật lập lịch phân bổ tài nguyên Trong luận văn tiếp cận phương pháp lập lịch tài nguyên sở thông tin người dùng thu thập thống kê để nâng cao hiệu suất mạng VLC tăng thơng lượng giảm trễ truyền thơng Phần cịn lại luận án tổ chức sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy Chương 2: Các vấn đề liên quan tới hiệu hệ thống Chương 3: Nâng cao hiệu VLC thông qua kỹ thuật lập lịch Cuối cùng, Luận án tóm tắt cơng việc với số nhận xét số định hướng làm tương lai CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG SỬ DỤNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY 1.1 Q trình phát triển cơng nghệ VLC Trong năm 1990, chứng kiến đời đèn LED với độ chiếu sáng cao giúp mục đích chiếu sáng thơng thường [2] Chỉ vịng vài năm, hiệu ánh sáng đèn LED cải thiện nhanh chóng, từ 0.1 lm/W lên 230 lm/W đồng thời tuổi thọ đèn lên đến 100.000 Vào năm 2000, nhà nghiên cứu trường Đại học Keio, Nhật Bản đề xuất sử dụng đèn LED trắng để xây dựng mạng truy cập không dây nhà Điều thúc đẩy việc nghiên cứu (đặc biệt Nhật Bản) để xây dựng hệ thống truyền thông liệu tốc độ cao thông qua việc sử dụng ánh sáng nhìn thấy Điều dẫn tới việc thành lập hiệp hội truyền thơng ánh sáng nhìn thấy (VLCC) Nhật Bản vào tháng 11 năm 2003 [3] Năm 2004, Nhật Bản trình diễn hệ thống sử dụng đèn LED để truyền liệu tốc độ cao đến thiết bị máy tính cầm tay phương tiện xe Năm 2007, hiệp hội VLCC Nhật Bản đề xuất hai tiêu chuẩn: tiêu chuẩn hệ thống truyền thơng sử dụng ánh sáng nhìn thấy tiêu chuẩn hệ thống ID ánh sáng nhìn thấy, JEITA chấp nhận tiêu chuẩn JEITA CP-1221 JEITA CP-1222 Năm 2008, trình diễn hệ thống VLC sử dụng đèn LED trắng đạt tốc độ liệu lớn hớn 100 Mbps khoảng cách dài vài mét sử dụng đường truyền thẳng (LOS) Hiệp hội VLCC kết hợp điều chỉnh lớp vật lý với truyền thông sử dụng hồng ngoại Hiệp hội Dữ liệu hồng ngoại Quốc tế (IrDA) đề xuất năm 2009 Song song với đó, dự án GIS Gigabit (OMEGA) Liên minh Châu Âu tài trợ phát triển truyền thông quang học cách để gia tăng mạng lưới truyền thông RF Vào năm 2014, hiệp hội VLCA (Hiệp hội Truyền thông ánh sáng nhìn thấy) thành lập kế nhiệm hiệp hội VLCC Nhật Bản, để chuẩn hóa cơng nghệ VLC 1.2 Các đặc trưng kỹ thuật công nghệ VLC 1.2.2 Các đặc trưng công nghệ VLC Ánh sáng nhìn thấy Đỏ Da cam Vàng Xanh Lam Xanh da trời Tím Hình 1.1: Phổ tần số ánh sáng nhìn thấy VLC Ánh sáng nhìn thấy dạng sóng với bước sóng nằm khoảng từ 380nm đến 750nm tương ứng với giải tần số từ 430THz đến 790THz thể hình 1.4 Do cơng nghệ VLC sử dụng ánh sáng nhìn thấy có băng thơng khơng bị hạn chế, băng tần đạt 400 THz Với phát triển khơng ngừng cơng nghệ LED, VLC đạt truyền dẫn tốc độ cao lên tới hàng gigabit Dưới số đặc trưng tiêu biểu cơng nghệ VLC [3][5][6]: Cơng nghệ VLC có nhiều ưu điểm so với công nghệ truyền thông vô tuyến truyền thống, cơng nghệ VLC vừa có khả chiếu sáng, vừa có khả truyền thơng với băng thông rộng, mức độ bảo mật cao công suất tiêu thụ thấp Các thành phần VLC Một hệ thống VLC dễ dàng thực cách điều chỉnh cường độ ánh sáng đèn LED khối phát liệu để đưa tín hiệu điện thành tín hiệu chiếu sáng, phía thu sử dụng photodiode (PD) để chuyển đổi từ tín hiệu ánh sáng sang tín hiệu điện Việc điều chỉnh xác cường độ sáng tối (chiếu sáng) với bóng đèn truyền thống khó thực phản ứng chậm cường độ sáng Trong đèn LED lại dễ dàng thực phản ứng nhanh cường độ sáng Vì việc điều chế dòng điện qua đèn LED tần số cao, chúng ta thay đổi trạng thái On-Off đèn LED mà không làm thay đổi độ sáng ánh sáng (mắt người không cảm nhận được) Hình 1.5 thể sơ đồ khối công nghệ truyền thống quang Khối phát: Trạm phát VLC sử dụng mảng LED làm nguồn phát để truyền tải liệu với tốc độ cao đạt đến hàng Gbps Với mục đích vừa đáp ứng chiếu sáng truyền liệu, LED trắng (LED RGB LED đơn phủ phốt pho) sử dụng làm nguồn phát ánh sáng cho hệ thống VLC Làm mờ hay điều chỉnh độ sáng tối thách thức bóng đèn sợi đốt đèn huỳnh quang, LED thuận tiện để kiểm sốt xác độ mờ Độ rọi u cầu mơ hình VLC đặc trưng phải thuộc khoảng 200-1000 lx Hai khối điều khiển độ sáng module truyền thông phải tách rời không ảnh hưởng đến Khối thu: Thiết bị thu bao gồm số thành phần: Bộ tập trung quang (Optical concentrator), lọc quang (Optical filter), chuyển đổi quang điện (Photodiode), khuếch đại (Amplifier) Ánh sáng tập trung sau thu chuyển đổi quang điện, từ chuyển đổi thành tín hiệu điện Bộ tập trung quang có chức bù lại suy hao đường truyền Với lọc quang có chức lọc tín hiệu khơng cần thiết tín hiệu có đáp ứng chậm Bộ khuếch đại thực khuếch đại tín hiệu để bù đắp lại suy hao đường truyền Khối phát Khối thu Dữ liệu đầu vào Dữ liệu đầu Module truyền thống Bộ khuếch đại Mạch điều khiển Điều khiển độ sáng Bộ chuyển đổi quang điện Bộ lọc quang LED kiểu mảng Bộ tập trung quang Kênh truyền quang h(t) Hình 1.5: Sơ đồ khối Công nghệ truyền thông quang Dữ liệu đầu vào Bộ điều khiển trung tâm LED driver LED driver LED driver Bộ quang nhận LED driver Bộ nhận Dữ liệu đầu Hình 1.6: Sơ đồ khối việc điều chỉnh cường độ sáng Trong thực tế sử dụng điều khiển cho đèn LED riêng lẻ, hệ thống chiếu sáng thơng thường có số lượng đèn LED lớn Vì vậy, hệ thống VLC phải sử dụng điều khiển để điều khiển tất đèn LED điều khiển điều khiển độ sáng vị trí mong muốn thể hình 1.6 Với đèn LED sử dụng hai mục đích chiếu sáng truyền thơng tín hiệu điều khiển độ sáng (tín hiệu từ khối điều khiển độ sáng) tín hiệu truyền thơng (tín hiệu từ module truyền thống) phải độc lập, không gây nhiễu lên nhau, có nhiều phương pháp đưa Tuy nhiên phương pháp điều chỉnh độ rộng xung tối ưu cho việc điều chỉnh độ sáng truyền thông, phương pháp sử dụng tiêu chuẩn IEEE 802.15.7 1.5 Kết luận chương Chương trình bày nhìn tổng quan cơng nghệ VLC q trình phát triển, đặc trưng, thành phần thách thức Đồng thời đưa khả phát triển công nghệ ứng dụng thực tế Công nghệ VLC cung cấp dịch vụ truyền thông không dây tốc độ cao với an toàn cho người sử dụng, bảo mật thông tin, đáp ứng yêu cầu ngày lớn doanh nghiêp, tổ chức cá nhân Các hệ thống VLC ứng dụng cho chiếu sáng kết hợp với truyền thông liệu tốc độ cao nhà cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội, dần bổ sung thay cho công nghệ vô tuyến Tuy nhiên, số vấn đề thách thức tầm nhìn thẳng (LoS), chất lượng tín hiệu, thiết bị đầu cuối, vấn đề chuẩn hóa thách thức khơng nhỏ việc ứng dụng công nghệ VLC vào đời sống Khắc phục hạn chế đẩy mạnh phát triển hệ thống VLC tương lai, hứa hẹn có nhiều ứng dụng truyền thông quang không dây tốc độ cao, giá rẻ nhà trời cự ly ngắn CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI HIỆU NĂNG HỆ THỐNG VLC 2.1 Giới thiệu chung hệ thống VLC Một hệ thống VLC điển hình hình 2.1 Trong đó, hiệu hệ thống tập trung vào kênh truyền liệu đường xuống hệ thống mạng VLC đa cell (multi-cell) với đa người dùng triển khai không gian nhà rộng lớn với kích thước L W H (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) Đường lên hệ thống mạng VLC sử dụng sóng vơ tuyến điện RF hồng ngoại Internet AP UE AP Coordinator UE Hình 2.1: Mơ hình hệ thống VLC Hệ thống VLC xem xét thể hình 2.1, thành phần bao gồm: Một điều phối viên VLC (Coordinator), trạm phát hay điểm truy cập (AP) thiết bị người dùng (UE) Trong đó, ứng với cell trạm phát AP thiết kế với nhiều chùm sáng định hướng Các AP kết nối với internet thông qua Coordinator AP truyền liệu cho thiết bị người dùng UE thông qua đường truyền ánh sáng nhìn thấy 2.2 Hiệu đường xuống hệ thống VLC Như thể hình 2.3, có loại cấu hình đường truyền hệ thống VLC nhà Dựa theo mối quan hệ hướng góc mở phát với nhận, chúng phần thành ba loại là: Hình 2.3 Phân loại kênh truyền hệ thống VLC Trong mơ hình hệ thống nghiên cứu, trạm phát thiết kế đa chùm sáng, xét tổng thể cấu hình đường truyền mơ hình truyền thẳng phân tán Tuy nhiên, xem xét chùm sáng, cấu hình đường truyền đường truyền thẳng, lai ghép giúp nâng cao cơng suất nhận Từ mơ hình hệ thống đem lại hiệu cao chất lượng tín hiệu nhận đồng thời đảm bảo tính di chuyển thiết bị người dùng 2.3 Các vấn đề nhiễu ảnh hưởng tới hiệu 2.3.1 Khái quát OFDM quang học Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM sử dụng rộng rãi truyền thông vô tuyến RF giúp cung cấp khả truyền liệu tốc độ cao hiệu băng thông cao chống lại nhiễu ISI hiệu ứng đa đường nhà nghiên cứu đề xuất truyền thông không dây quang Trong OFDM, chuỗi liệu đầu vào nối tiếp có tốc độ cao (R) chia thành N chuỗi song song (1,2,…, N) có tốc độ thấp (R/N) N chuỗi điều chế N sóng mang phụ trực giao, sau sóng mang cộng với phát lên kênh truyền đồng thời Dải băng tần lớn chia thành số lượng lớn sóng mang trực giao có khoảng cách gần nhau, sóng mang điều chế tốc độ ký hiệu (symbol) thấp Do thời gian ký hiệu dài nhiều so với thời gian đa kênh, cách chèn khe bảo vệ ký hiệu, nhiễu ISI loại bỏ Mơ hình hệ thống OFDM quang học mơ tả hình 2.5 Đầu tiên, luồng bit liệu đầu vào b[i] vào khối S/P (serial-toparallel) để tạo thành nhóm bit chuyển thành luồng bit song song trước vào khối điều chế, b[i] chuyển thành b’[i] Tại khối điều chế, nhóm bit luồng song song chuyển đổi thành chuỗi số phức tương ứng (các sơ đồ điều chế lựa chọn BPSK, QPSK, M-QAM), b’[i] chuyển thành tập số phức Xd = {X0, X1,…,XNd - 1} Tiếp theo, tín hiệu hoa tiêu (pilot signal) chèn đồng vào tất chuỗi giúp bên nhận đánh giá ước lượng kênh truyền vị trị hoa tiêu ấy, Xd chuyển thành X(k) Sau đó, tập X(k) vào khối IFFT (khối biến đổi Fourier nhanh nghịch đảo) để biến đổi thành mẫu rời rạc ký hiệu OFDM miền thời gian, X(k) chuyển thành x(n) = IFFTN{X(k)}(n), n k = 0,1,2,….,N-1 Hình 2.5 Mơ hình hệ thống OFDM quang 2.3.2 Giải pháp SDMA/OFDMA hệ thống VLC Hệ thống SDMA/OFDMA cho đường xuống nghiên cứu hệ thống truyền thông RF Đa truy cập phân chia theo khơng gian - SDMA tích hợp vào tiêu chuẩn truyền thông 4G LTE IEEE 802.11ac Coordinator AP OFDMA CS AP OFDMA CS OFDMA OFDMA Nb CS Nb CS CCI nội cell OFDMA CS OFDMA Nb CS Nb CCI liên cell UE UE UE UE Hình 2.6: Hệ thống VLC SDMA/OFDMA Hệ thống VLC sử dụng SDMA/OFDMA để thực hỗ trợ đa truy cập thể hình 2.6 2.3.3 Các tham số nhiễu cụ thể ảnh hưởng tới hiệu VLC Hầu hết LED thương mại có băng tần điều chế khoảng 220 MHz mà có đáp ứng tần số coi phẳng Do vậy, AP hệ thống VLC sử dụng chung tài nguyên băng tần để tái sử dụng hiệu quang phổ Như thể hình 2.6, hệ thống VLC xảy hai loại nhiễu đồng kênh (CCI) nhiễu nội cell (intra-cell interference) nhiễu liên cell (inter-cell interference - ICI): Nhiễu nội cell: Là nhiễu đồng kênh thiết bị người dùng nằm vùng chồng lấn chùm sáng điểm truy cập Ví dụ UE hình 2.6, UE bị nhiễu đồng kênh CS UE nằm vùng phủ sóng CS Nhiễu liên cell: Là nhiễu đồng kênh thiết bị người dùng nằm vùng chồng lấn chùm sáng AP khác Ví dụ UE hình 2.6 ) 2.4 Kết luận chương Chương trình bày đặc trưng hệ thống VLC điển hình từ nội dung cấu hình, thành phần cấu trúc kết nối mạng Trong đó, vấn đề điều chế hiệu đường xuống Các phương pháp điều chế cho ánh sáng nhìn thấy tóm tắt nguyên tắc với đặc trưng điều chế cụ thể Các thách thức lớn hiệu hệ thống VLC liên quan tới nhiễu rõ gồm nhiễu nội cell nhiễu liên cell Các tượng nhiễu cần loại bỏ chúng trình bày chương luận văn CHƯƠNG 3: NÂNG CAO HIỆU NĂNG VLC THÔNG QUA KỸ THUẬT LẬP LỊCH 3.1 Giới thiệu mơ hình mạng VLC Trong không gian rộng lớn nhà, điểm truy cập AP lắp đặt trần nhà với xếp cẩn thận Với hế thống VLC sử dụng điểm truy cập với đa chùm sáng, để trì bảo đảm kết nối liền mạch người dùng điểm truy cập, đồng thời đảm bảo yêu cầu chiếu sáng đồng phòng có hai vấn đề cần đặt việc thiết kế, là: Đã có số nghiên cứu gần việc thiết kế cấu hình đa chùm sáng cho điểm truy cập [15, 19, 25] Trong nghiên cứu này, hệ thống VLC sử dụng cấu hình AP 25 chùm sáng nghiên cứu [15] hai cấu hình chứng minh đảm bảo hai điều kiện đồng thời giảm đáng kể diện tích chồng lấn vùng phủ chùm sáng Hình 3.1 thể hai cấu hình AP 25 chùm sáng a chùm sáng b 25 chùm sáng Hình 3.1: Mặt cắt đứng cấu hình AP với 25 chùm sáng Cấu hình AP với chùm sáng: Là cấu hình chiếu sáng gồm có chùm sáng trung tâm chùm sáng tạo thành vòng tròn xung quang chùm sáng trung tâm Cấu hình AP với 25 chùm sáng: Là cấu hình chiếu sáng gồm có chùm sáng trung tâm, chùm sáng xung quanh vòng tròn thứ 16 chùm sáng xung quang vòng tròn thứ hai 3.2 Cấu trúc hệ thống VLC đa điểm truy cập Trong hệ thống VLC, để đảm bảo tính kết nối liền mạch người dùng điểm truy cập, việc lắp đặt cẩn thận AP cho đảm bảo điều kiện vùng mù hệ thống quan trọng Trong [8] đưa bốn loại mơ hình mạng nhà: PPP, HCPP, Hexagonal, Square (lưới) thể hình 3.2 a Mơ hình mạng PPP b Mơ hình mạng HCP c Mơ hình mạng Hexagonal d Mơ hình mạng Square Hình 3.2: Các mơ hình triển khai mạng VLC nhà Do vậy, luận văn này, hệ thống VLC triển khai lắp đặt theo dạng lưới (square cells) Triển khai lưới sử dụng rộng rãi với kịch nhà tính đồng đơn giản thiết kế chiếu sáng Các AP quang triển khai cho khu vực cung cấp dịch vụ AP chia thành ô theo dạng lưới W/b L/a l UE H W L Hình 3.3: Triển khai lắp đặt điểm truy cập theo dạng lưới Hệ thống mạng VLC triển khai không gian nhà rộng lớn với kích thước L W H (dài, rộng, cao) hình 3.3 3.3 Cơ chế lập lịch hợp tác đa điểm phối hợp 3.3.1 Cơ chế hợp tác truyền dẫn đa điểm phối hợp CoMP Kỹ thuật truyền dẫn đa điểm phối hợp (CoMP) đề xuất cho mạng LTE-A, cho phép người dùng phục vụ nhiều trạm thu phát người dùng truyền liệu cho nhiều trạm thu phát lúc CoMP nhằm mục đích nâng cao thơng lượng UE rìa vùng phủ trạm di động, cải thiện tốc độ liệu, giảm thiểu nhiễu liên cell cách cho phép không cell phục vụ người dùng mà người dùng phục vụ cell khác, thông qua việc phối hợp với 3.3.2 Cơ chế lập lịch kết hợp CoMP CoMP – CB: cấp phát nguồn tài nguyên không gian (mẫu Beam) khác tới người dùng rìa cell cách sử dụng cơng nghệ ăng ten thơng minh Nếu khơng có CoMP-CS, người dùng A1, B1 phân bổ nguồn tài nguyên tần số 3.3.3 Cơ chế CoMP truyền dẫn đồng thời Với CoMP-JT, nhiều cell truyền đồng thời tới người dùng liệu cách sử dụng nguồn tài nguyên vơ tuyến (tần số thời gian) Bởi vì, liệu gửi, tốc độ không gấp đôi, hiệu nhận cải thiện CSI/thông tin lập lịch liệu người dùng chia sẻ TPs phối hợp 3.3.4 Cơ chế CoMP lựa chọn điểm truyền động Đây trường hợp đặc biệt JT, nơi mà liệu người dùng truyền từ TP TP phục vụ thay đổi động subframe dựa vào nguồn tài nguyên có sẵn, trạng thái tải cell điều kiện kênh truyền 3.4 Giải pháp lập lịch nâng cao hiệu VLC Giải pháp SDMA đề xuất hệ thống VLC sử dụng trạm phát đa chùm sáng Tận dụng đặc trưng chiếu sáng hạn chế LED, chùm ánh sáng định hướng với vùng phủ sóng tách biệt đồng thời phục vụ nhiều người sử dụng vị trí khác với tài nguyên băng tần Một cụm truyền dẫn TC (Transmission Cluster) định nghĩa nhóm chùm sáng vật lý AP truyền tín hiệu Các người dùng phục vụ TC cấp phát kênh khối phần tử OFDMA AP 3.4.1 Cập nhật ma trận quản lý nhiễu chùm sáng Luận án đề xuất sử dụng ma trận nhiễu chùm sáng ( ) để hỗ trợ việc quản lý nhiễu Ma trận thực Coordinator, Coordinator cập nhật thơng tin cường độ tín hiệu thu RSS (Received Signal Strength) tồn người dùng 3.3.2 Thuật toán lựa chọn chùm sáng truyền dẫn Thuật toán thực việc lựa chọn chùm sáng vào TC tất AP hệ thống Khi thực thuật toán, Coordinator định nghĩa activebeam chùm sáng có liệu để truyền Coordinator trì danh sách tất active-beam hệ thống (list_of_activeBeams) Coordinator thực lựa chọn chùm sáng có trọng số độ ưu tiên cao vào TC Các trình thực thuật toán sau: Thủ tục 1: Thủ tục thực tạo xếp danh sách tất activebeam toàn hệ thống (list_of_activeBeams) Thủ tục 2: Thủ tục thực lựa chọn active-beam vào TC AP, đồng thời loại bỏ nhiễu CCI hệ thống Các active-beam lựa chọn vào TC trở thành transmission-beam (transmission-beam chùm sáng truyền liệu khung thời gian tiếp theo) Bước 1: Lựa chọn active-beam có trọng số độ ưu tiên cao vào TC đồng thời đảm bảo beam xét không gây nhiễu nội ô Bước 2: Bước thực xem xét loại bỏ nhiễu liên ô ICI hệ thống 3.3.3 Thuật tốn phân bở tài ngun kênh Khi AP nhận thông tin chùm sáng TC nó, q trình phân bổ RU tới UE thực AP có Nt thành phần-OFDMA thành phần có K RU (ở RU kênh con) Thuật tốn mơ tả sau: Thủ tục 1: Thủ tục thực tạo danh sách UE phục vụ chùm sáng TC (set_UE) Thủ tục 2: Thủ tục thực cấp phát RU cho UE Bước 1: Sắp xếp set_UE theo trọng số độ ưu tiên UE Bước 2: Xem xét UE (giả sử ) set_UE UE danh sách UE có độ ưu tiên cao nhất, điều giúp hệ thống lựa chọn UE có độ ưu tiên cao để truyền liệu Bước 3: Nếu set_UE rỗng cấp phát hết RU thành phần kết thúc chương trình Ngược lại, quay bước Giải pháp SDMA đề xuất hệ thống VLC sử dụng trạm phát đa chùm sáng Tận dụng đặc trưng chiếu sáng hạn chế LED, chùm ánh sáng định hướng với vùng phủ sóng tách biệt đồng thời phục vụ nhiều người sử dụng vị trí khác với tài nguyên băng tần Với chế OFDMA, băng tần phần tử OFDMA chia thành sóng mang Nsc Các sóng mang cạnh nhóm lại thành khối gọi đơn vị tài nguyên kênh RU (Resource Unit) Để giảm thiểu nhiễu, chế lập lịch tài nguyên sử dụng thông tin CCI thơng tin có sẵn (độ dài hàng đợi thơng lượng trung bình) đề xuất 3.4.1 Cập nhật ma trận quản lý nhiễu chùm sáng Tập hợp AP phòng mơ tả sau: = Mỗi có , i , j (3.4) chùm sáng với chùm sáng trung tâm chùm sáng vịng ngồi mơ tả sau: Beams = x Luận án đề xuất sử dụng ma trận nhiễu chùm sáng ( (3.5) ) để hỗ trợ việc quản lý nhiễu Ma trận thực Coordinator, Coordinator cập nhật thơng tin cường độ tín hiệu thu RSS (Received Signal Strength) toàn người dùng 3.4.2 Thuật toán lựa chọn chùm sáng truyền dẫn Thuật toán thực việc lựa chọn chùm sáng vào TC tất AP hệ thống Khi thực thuật toán, Coordinator định nghĩa activebeam chùm sáng có liệu để truyền Coordinator trì danh sách tất active-beam hệ thống (list_of_activeBeams) Các trình thực thuật toán sau: Thủ tục 1: Thủ tục thực tạo xếp danh sách tất activebeam toàn hệ thống (list_of_activeBeams) Thủ tục 2: Thủ tục thực lựa chọn active-beam vào TC AP, đồng thời loại bỏ nhiễu CCI hệ thống Bước 1: Lựa chọn active-beam có trọng số độ ưu tiên cao vào TC đồng thời đảm bảo beam xét không gây nhiễu nội ô Bước 2: Bước thực xem xét loại bỏ nhiễu liên ô ICI hệ thống 3.4.3 Thuật tốn phân bở tài ngun kênh Khi AP nhận thông tin chùm sáng TC nó, q trình phân bổ RU tới UE thực AP có Nt thành phần-OFDMA thành phần có K RU (ở RU kênh con) Thuật toán mô tả sau: Thủ tục 1: Thủ tục thực tạo danh sách UE phục vụ chùm sáng TC (set_UE) Thủ tục 2: Thủ tục thực cấp phát RU cho UE Bước 1: Sắp xếp set_UE theo trọng số độ ưu tiên UE Bước 2: Xem xét UE (giả sử ) set_UE UE danh sách UE có độ ưu tiên cao nhất, điều giúp hệ thống lựa chọn UE có độ ưu tiên cao để truyền liệu Bước 3: Nếu set_UE rỗng cấp phát hết RU thành phần kết thúc chương trình Ngược lại, quay bước 3.5 Kết đánh giá hiệu giải pháp nâng cao hiệu VLC Nhằm kiểm chứng đề xuất, tham số đầu vào mô xác định sau Hệ thống VLC phục vụ cho không gian (16 m 16 m m) Chiều cao thiết bị người dùng UE so với sàn nhà = m Góc FOV UE hướng lên trần nhà vng góc với mặt phẳng sàn Các UE phân bố điện tích mơ Kết nối tạo thơng qua q trình Poisson với tốc độ đến trung bình kết nối/ phút với thời gian kết nối theo phân phối mũ trung bình 180 giây Hệ thống VLC đa chùm sáng mơ hai cấu hình chùm sáng (S1) 25 chùm sáng (S2) Để đảm bảo khơng có khu vực mù hệ thống, dựa vào công thức (3.2) (3.3), xác định cần × AP lắp đặt phòng Các thơng số mơ trình bày Bảng 3.2 Bảng 1: Thông số mô Các thông số mô Ký hiệu Giá trị Thời gian mô T 3600 (giây) Thời gian khe Ts 0,001 (giây) Thời gian khung truyền TF (khe thời gian) Cơng suất quang AP PAP 34 (W) Diện tích vật lý nhận PD A 1,5 (cm2) Góc nhìn nhận PD C 700 Dịng điện ánh sáng Ibg 5100 (µA) Điện trở phản kháng TIA RF (k ) Hệ số chuyển đổi quang thành điện FOE 1/9 Băng thông thành phần OFDMA B 20 (MHz)  16,6 (dB) Số RUs thành phần OFDMA NRU 10 (RUs) Kích thước gói P 10,8 (Kb) SINR yêu cầu tối thiểu điều chế 64QAM OFDM Trong nghiên cứu này, chế đề xuất đánh giá so sánh với chế (Roundrobin-RR) Cơ chế RR thực thơng qua hai quy trình: Lựa chọn chùm sáng truyền dẫn phân bổ kênh cho UE Tuy nhiên, chế thông thường thực mà không xem xét đến tác động CCI, độ trễ gói tin thơng lượng đường xuống Hình 3.12 SINR trung bình với từ đến Hình 3.12 biểu diễn SINR trung bình nhận UE Trong tất trường hợp số lượng thành phần OFDMA ( từ đến M =2), chế đề xuất đạt SINR lớn 30 dB Trong đó, với chế RR, SINR bị giảm sâu tác động CCI cao: đạt 17 dB tại = cấu hình = cấu hình , 22,4 dB Do loại bỏ hồn tồn nhiễu nội nhiễu liên hệ thống, kết hình 3.12 thể cải thiện nhiều SINR chế đề xuất so với chế RR trước Số lượng chùm sáng cấu hình nhiều so với vùng phủ sóng chùm sáng làm giảm tác động CCI sử dụng cấu hình RR, dẫn đến SINR cao so với so với nhỏ lớn Điều sử dụng chế sử dụng chế RR Thông lượng hệ thống đạt hệ thống VLC sử dụng chế khác đưa hình 3.13 Kết cho thấy cải thiện lên đến 14,4% 14,2% chế đề xuất so sánh với chế RR Với = 2, thông lượng đạt hai thiết kế cấu hình sấp xỉ nhau, với trường hợp hệ thống VLC nên triển khai với cấu hình tạp tính tốn Tuy nhiên, > 2, hệ thống VLC sử dụng cấu hình lượng hệ thống vượt trội so với hệ thống sử dụng thống với chế đề xuất đạt 408,61Mbps dụng để giảm chi phí độ phức Tại = 5, thông lượng hệ , hệ thống sử đạt 285,55 Mbps Cho thấy cải thiện lên đến 43% hệ thống sử dụng so với Hình 3.13 Thông lượng hệ thống với đạt thông từ đến = Hình 3.14 Thơng lượng người dùng với Hình 3.14 cho thấy cải thiện lên đến 14,8% từ đến 14,1% chế đề xuất so với chế RR xem xét thông lượng người dùng Với hệ thống sử dụng chế đề xuất, thông lượng người dùng lần so với = đạt 33,2Mbps gấp 4,66 = 7,1 Mbps 3.6 Kết luận chương Trong chương trình bày vấn đề liên quan tới giải pháp nâng cao hiệu hệ thống VLC Với kiến trúc đa điểm AP, việc xây dựng chế lập lịch phụ thuộc vào giải pháp truyền dẫn hợp tác Giải pháp đa điểm phối hợp giải pháp nhiều nghiên cứu tập trung nhằm nâng cao hiệu hệ thống VLC Trong chương trình bày giải pháp lập lịch nâng cao hiệu VLC dựa thuật toán lựa chọn chùm sáng phân bổ tài nguyên kênh Các giải pháp lập lịch đem lại kết tốt nhiều so với giải pháp trước mặt hiệu KẾT LUẬN CHUNG Công nghệ VLC phát triển số năm gần cho thấy tiềm hiệu truyền thông tốc độ cao Tuy nhiên, ứng dụng thực tiễn đặt vấn đề cần giải Trong đó, mục tiêu cải thiện hiệu suất mạng làm mục tiêu cần tiếp tục nghiên cứu nhà nghiên cứu lần nhà triển khai mạng lưới Trong luận văn này, đề xuất lập lịch tối ưu tài nguyên đem lại ứng dụng thực tiễn phù hợp với đa dạng ứng dụng Các nội dung thực luân văn gồm Luận văn khái quát vấn đề công nghệ truyền thơng ánh sáng nhìn thấy VLC từ đặc trưng công nghệ, thiết bị thành phần hệ thống VLC Từ vấn đề này, luận văn khái quát thách thức hiệu cần vừa qua hệ thống VLC Chi tiết vấn đề ảnh hưởng tới hiệu hệ thống VLC luận văn gồm vấn đề liên quan tới điều chế, giải pháp phân bổ tài nguyên nhiễu Cụ thể nhiễu nội cell nhiễu liên cell ảnh hưởng mạnh tới dung lượng mạng cấp cho người sử dụng Luận văn cấu hình truyền đa điểm thơng dụng hệ thống VLC, từ biểu diễn chế lập lịch kết hợp truyền dẫn đa điểm phối hợp Giải pháp lập lịch luận văn dựa hai thuật toán lựa chọn chùm sáng phân bổ tài nguyên kênh Các kết cho thấy, giải pháp nâng cao hiệu mạng VLC thông qua giảm nhiễu nội cell nhiễu liên cell hoàn toàn giải thơng qua chế lập lịch phân bổ tài nguyên kênh đường xuống tối ưu chùm sáng  ... nhiều phương án kỹ thuật như: Tái sử dụng tần số, điều khiển công suất, hiệu chỉnh góc phát chùm sáng kỹ thuật lập lịch phân bổ tài nguyên Trong luận văn tiếp cận phương pháp lập lịch tài nguyên. .. Trong đó, mục tiêu cải thiện hiệu suất mạng làm mục tiêu cần tiếp tục nghiên cứu nhà nghiên cứu lần nhà triển khai mạng lưới Trong luận văn này, đề xuất lập lịch tối ưu tài nguyên đem lại ứng... không gian thuật toán phân bổ tài nguyên cho người dùng Vì vậy, vấn để mở cần nghiên cứu để cải thiện hiệu hệ thống VLC Các giải pháp giảm nhiễu đồng kênh để nâng cao hiệu suất mạng VLC nhiều