Ở đây sử dụng các phương trình xác suất trong mục 3.2 đang được sử dụng trong chương này để điều tra các vấn đề thực hiện các cơ chế phân bổ tần số vô tuyến khác nhau được thảo luận trong mục 3.1. Những biểu đồ được hiển thị trong chương này đã được lấy từ một bài báo nghiên cứu IEEE để tham khảo.
Thông thường các phương án phân bổ tần số có thể được phân loại là tĩnh, bán tĩnh, và động. Trong cơ chế phân bổ tần số tĩnh, tần số được lập kế hoạch và giao cho các ô trước khi triển khai mạng, sau đó không thể thay đổi. Trong cơ chế phân bổ bán tĩnh, việc phân bổ tần số được thực hiện sau khi một thời gian dài thời gian có thể là 10 ngày nhưng việc phân bổ động được thực hiện lặp đi lặp lại sau một thời gian rất ngắn.
3.3.1 Quản lý nhiễu tĩnh tái sử dụng tần số hệ số 1 và tái sử dụng tần số hệ số 3
Các cơ chế tĩnh rất hữu dụng trong việc triển khai mạng đồng nhất mà mỗi ô có cùng một tải và phân bổ kênh tương tự như mô hình. Tổng dung lượng của hệ thống là 10 MHz được chia thành 30 kênh con. 30 kênh con này được chia thành bốn phần. Phần đầu chứa 18 kênh con trong khi ba phần khác có bốn kênh con trong mỗi phần. Các người sử dụng trong ô trung tâm được chỉ định kênh con từ phần đầu tiên tức là trong từ 18 kênh con trong khi người sử dụng các ô cạnh được giao kênh con từ một trong ba phần khác tức có 4 kênh con. Như vậy, chỉ có 18 +4 = 22 kênh con có sẵn trong toàn bộ các ô.
Người sử dụng ở ô trung tâm và ô cạnh được phân biệt bởi tổn hao đường. Một ngưỡng tổn hao đường được thiết lập theo một cách mà người sử dụng tại biên của ô có thể chiếm 4/22 tổng số người sử dụng trong một ô. Ta giả sử rằng nếu chỉ có một kênh con được giao cho mỗi người sử dụng thì sẽ lãng phí 8/30 công suất, nghĩa là chúng ta chỉ xử lý 22 người sử dụng thay vì có thể xử lý 30 người sử dụng.
Trong Hình 3.3, biểu đồ hiển thị so sánh thông lượng của cơ chế phân bổ tần số tĩnh khác nhau so với tốc độ đến của người dùng.
Biểu đồ này cũng bao gồm việc so sánh các cơ chế tái sử dụng tần số 1 và tái sử dụng tần số 3. Từ đó đưa ra các đánh giá xem liệu tái sử dụng tần số 1 có cung cấp hiệu suất cao hơn so với tái sử dụng tần số 3 không. Chúng ta có thể kết luận từ đồ thị tái sử dụng tần số 3 cung cấp thông lượng thấp nhất nhưng bên cạnh đó không có sự can thiệp nhiễu liên ô nhưng nguồn tài nguyên tần số được chia hơn ba ô như nhau đó là một sự lãng phí lớn về nguồn lực. Tái sử dụng tần số 1 cung cấp thông lượng lớn nhưng nhiễu liên ô đi kèm như là một bất lợi cùng với lợi thế thông lượng lớn.
Hình 3.4: Thông lượng ô tại biên
Thông lượng trong biên của ô được quan tâm nhiều hơn thông lượng ở trung tâm ô vì ở biên ô người dùng có xác suất bị nhiễu từ các ô lân cận nhiều hơn. Hình 3.4 cho thấy cơ chế tái sử dụng bằng quản lý tần số tĩnh toàn phần hệ số 3 cung cấp thông lượng ở biên ô lớn hơn so với thông lượng đạt được bằng tái sử dụng tần số hệ số 1. Như vậy, việc cân bằng phải được thực hiện giữa công suất và thông lượng tại biên ô trong cơ chế phân bổ tần số tĩnh.
Hình 3.7 cho ta thấy tái sử dụng tần số hệ số 3 có tỉ lệ tắc nghẽn lớn hơn so với tỉ lệ tắc nghẽn trong tái sử dụng tần số hệ số 1. Có thể quan sát thấy rằng tỷ lệ tắc nghẽn trong
tái sử dụng tần số hệ số 1 và các cơ chế quản lý tần số tĩnh toàn phần có thể so sánh như việc để mất người sử dụng do nhiễu liên ô. Điều đó đồng nghĩa với việc có ít nguồn lực sẵn có trong cơ chế quản lý tài nguyên tần số tĩnh toàn phần.
3.3.2 Phương án quản lý nhiễu động
Trong cơ chế này, giả sử có một mạng không đồng nhất, nơi mà tại các vị trí khác nhau trong ô sẽ có các tải trọng khác nhau. Chúng ta giả sử rằng vị trí ô số 1 trong ô (Hình 3.5) chiếm tải trọng là 50%, nhiều hơn tải trọng của các vùng lân cận nó.
Ngưỡng tổn hao đường là yếu tố phân biệt giữa người dùng ở trung tâm và người dùng ở biên của ô. Các ô mục tiêu giảm ngưỡng tổn hao đường trên sự gia tăng người sử dụng tại biên ô trong khi các ô liền kề tăng ngưỡng tổn hao đường cùng một lúc. Như vậy, có sự can thiệp nhiễu thấp hơn tại các khu vực biên ô.
Nếu đột nhiên, bất kỳ một ô liền kề nào nhận được nhiều nguời sử dụng hơn và quá trình đó được lặp đi lặp lại thì ô đó sẽ được xem xét để trở thành ô mục tiêu.
Hình 3.5: Triển khai mạng cho cơ chế ICIC động
Một vài giả định đã được thực hiện trong khi xem xét phương trình xác suất thu được trong mục 3.2. Trong khi tính toán xác suất trạng thái ổn định theo phương trình 3.20 trong mục 3.2. Chúng ta giả sử rằng mọi vị trí trong ô lân cận có cùng một tải trọng, tức là coi vùng lân cận như một mạng đồng nhất.
Sau khi tính toán xác suất trạng thái ổn định, nó được sử dụng trong phương trình 3.17 để tính toán thông lượng trung bình D trong các ô mục tiêu.
Hình 3.6 cho thấy các phân tích thông lượng tĩnh và động cho các cơ chế phân bổ tài nguyên tần số. Rõ ràng, cơ chế động nhanh hơn so với các cơ chế tĩnh vì cơ chế động xử
lý nhiều người dùng hơn hoặc cung cấp thông lượng lớn ngay cả trong khu vực biên di động bằng cách duy trì các giới hạn về ngưỡng tổn hao đường và đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm nhiễu liên ký tự.
Hình 3.6 cũng chỉ ra rằng các cơ chế phân bổ tài nguyên động nhanh hơn cơ chế phân bổ tài nguyên tĩnh tại các khu vực lân cận cho tỉ lệ lên đến 0.8.
Cơ chế phân bổ tài nguyên vô tuyến động là một sự lựa chọn tốt, tuy nhiên có một bất lợi của cơ chế này đó là cơ sở hoạt động của nó đòi hỏi rất nhiều tín hiệu liên tục để theo dõi các ngưỡng tổn hao đường. Điều này dẫn đến việc tổn hao hiệu năng rõ ràng trong quá trình điều khiển lưư lượng trong các eNodeB của mạng di động 3GPP LTE.
Hình 3.6: Thông lượng ô của hai cơ chế tĩnh và động 3.3.3 Cơ chế phân lập từng phần
Cơ chế cô lập một phần rơi vào loại cơ chế phân bổ nguồn lực bán tĩnh. Trong quá trình triển khai có 30 kênh con trong đó mỗi kênh con có 20 sóng mang con. Trong cơ chế cô lập tĩnh toàn phần mỗi ô sử dụng 22 subchannels chỉ 18 subchannels đã được chỉ định sẽ được sử dụng trong trung tâm ô trong khi chỉ có 4 subchannels được phép sử dụng trong cạnh ô bằng cách thiết lập ngưỡng tổn hao đường cho phù hợp.
Cơ chế cô lập một phần sử dụng tất cả các 30 kênh con có sẵn trong ô nhưng với cấu hình khác nhau từ cơ chế tái sử dụng tần số hệ số 1. Điều này có thể đạt được bằng cách kiểm soát công suất truyền tải.
Như trong cơ chế cô lập tĩnh toàn phần, 18 kênh con có sẵn cho người sử dụng ở trung tâm ô nơi mà quá trình truyền có thể được thực hiện với toàn bộ công suất của nó để đạt được tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu cao hơn ở phía người nhận và chỉ có 4 kênh con được cung cấp trong khu vực biên của ô. Khi tất cả các kênh con được gán cho người dùng ở trung tâm ô mà vẫn còn nhiều nhu cầu xuất hiện thì có thể sử dụng 8 kênh con khác nhưng sẽ bị giới hạn chặt chẽ về công suất truyền dẫn, tức là công suất truyền dẫn phải được tối thiểu hoá đủ để nó không phải là nguyên nhân làm tăng nhiễu liên ô đối với ô liền kề.
Cơ chế này cung cấp sự tận dụng tài nguyên vô tuyến hơn so với các cơ chế cô lập tĩnh toàn phần vì tất cả các kênh con được sử dụng trong khu vực của ô. Tất nhiên, có ít khả năng xử lý thông lượng tại khu vực biên của ô vì chỉ có 4 trong 30 kênh con ở biên ô. Nhưng điều này là cần thiết vì có tài nguyên dự trữ để cung cấp cho người dùng với sự ảnh hưởng của nhiễu là nhỏ nhất có thể. Vì vậy, cơ chế này thích hợp hơn cơ chế cô lập tĩnh toàn phần.
Cơ chế này cũng thích hợp hơn đối với các cơ chế phân bổ động liên quan đến rất nhiều tín hiệu giữa các nút B quản lý các tài nguyên trong biên của ô, ô mục tiêu và ô liền kề của nó.
Hình 3.7: Tỉ lệ tắc nghẽn cho các cơ chế phân bổ tài nguyên tần số khác nhau 3.4 Tổng kết chương
Chương này đã nêu được các thuật toán quản lý tài nguyên, các thuật toán triển khai và phân tích các phương pháp quản lý tài nguyên vô tuyến cho LTE. Các vấn đề liên quan đến quản lý tài nguyên bao gồm: phân vùng trong một ô, viết phương trình tính dung lượng người dùng và xác suất xung đột trong một vùng để tối ưu dung lượng hệ thống đồng thời hạn chế nhiễu. Ưu điểm của có chế phân bổ tài nguyên vô truyến động là cách
xử lý linh hoạt, tận dụng triệt để tài nguyên vô tuyến, nhờ vậy mà hệ số tải cao hơn và thông lượng ô cao hơn.
TỔNG KẾT
Với mục tiêu đã đặt ra là nghiên cứu về các thuật toán “Quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE” đồ án đã hoàn thành được các mục tiêu sau:
- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống LTE, mục tiêu thiết kế hệ thống và tiềm năng hệ thống.
- Nghiên cứu về các kỹ thuật được lựa chọn sử dụng trong LTE bao gồm: các kỹ thuật sử dụng cho đường lên và đường xuống, phân tích cấu trúc và nguyên lý hoạt động ở lớp dưới (lớp 2).
- Nghiên cứu các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến trong LTE. Đồng thời, lựa chọn và kết hợp tinh tế ưu điểm từ các cơ chế để đưa vào sử dụng trong mạng LTE. Do kiến thức và thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự đánh giá, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn, đồng thời có thể làm tiền đề để tiếp tục nghiên cứu, phát triển.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
- Giáo trình thông tin di động – TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, NXB Bưu Điện, 2014.
- Giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G” TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất bản thông tin và truyền thông; 2/2010.
Tiếng Anh:
- Dynamic radio resource management in 3GPP LTE, Sajid Hussain, January 2009. - An Inter-cell Interference Coordination Technique Based on User’s Ratio and Multi-Level Frequency Allocations. Fan, Chen, Zhang – International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 2007, IEEE
- Performance Evaluation of Frequency Planning Schemes in OFDMA-based Networks - S-E. Elayoubi, O. Ben Haddada, and B. Fourestie - IEEE Transactions on Wireless Communications, vol.7, no.5- May 2008.
- moscow.sci-hub.bz - www.wikipedia.com - www.3gpp.org