4.2.1 Kịch bản I: Hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên lên
- Kết quả mô phỏng thể hiện thông lƣợng trung bình đƣờng lên của cell tham chiếu trong các trƣờng hợp:
+ Phân chia cố định: phân tần số f1 cho M1 và N1 và phân tần số f2 cho M2 và N2 (thể hiện đƣờng màu đỏ).
+ Phân chia theo giảm nhiễu: phân tần số f1 cho M1, f2 cho M2 thuộc cell tham chiếu. Việc phân tần số cho N1 và N2 trong cell lân cận phụ thuộc hiệu khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 máy di động thuộc 2 cell này đến trạm cơ sở tham chiếu để tránh trƣờng hợp 2 máy di động này gây nhiễu nặng cho trạm cơ sở tham chiếu (thể hiện đƣờng màu xanh dƣơng).
+ Phân chia tối ƣu: không quan tâm tới hiệu khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 máy di động thuộc 2 cell đến trạm cơ sở tham chiếu mà luôn lấy thông lƣợng trung bình lớn nhất của cell tham chiếu (thể hiện đƣờng màu xanh lá cây).
- Với khoảng cách giữa 2 trạm cơ sở BS của 2 cell cách nhau 100m, ta đƣợc kết quả mô phỏng nhƣ hình 4.3 dƣới đây:
Hình 4.3 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách giữa 2 cell là 100m Kết quả mô phỏng cho thấy:
+ Thông lƣợng trung bình trong trƣờng hợp phân chia tối ƣu là lớn nhất. Trong trƣờng hợp này, do thông lƣợng trung bình hệ thống luôn lấy kết quả
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE
thông lƣợng trung bình lớn nhất, không quan tâm tới vị trí các máy di động MS, không quan tâm tới việc trạm cơ sở BS của cell tham chiếu bị nhiễu nặng do 2 máy di động MS có hiệu khoảng cách nhỏ nhất gây nên. Vì thế, có thể xảy ra việc thông lƣợng trung bình đƣờng lên của cell tham chiếu từ một máy di động MS đạt đƣợc mức cao nhƣng từ máy còn lại đạt mức rất thấp (do bị nhiễu nặng), nhƣ vậy thông lƣợng trung bình đƣờng lên ít cân bằng nhất giữa 2 máy di động MS.
+ Thông lƣợng trung bình trong trƣờng hợp phân chia theo giảm nhiễu đạt đƣợc cao hơn thông lƣợng trung bình trong trƣờng hợp phân chia cố định, điều này có nghĩa nhiễu trung bình giảm do phân chia tần số cho N1 và N2 có hiệu quả.
+ Thông lƣợng trung bình trong trƣờng hợp phân chia cố định có giá trị nhỏ nhất do việc 2 máy di động MS gần nhau gây nhiễu cho trạm cơ sở BS của cell tham chiếu.
- Khi tăng khoảng cách giữa 2 trạm cơ sở BS của 2 cell, cách nhau 100m và 130m, kết quả tƣơng quan thông lƣợng trung bình hệ thống nhận đƣợc tƣơng tự với trƣờng hợp 2 trạm cơ sở BS của 2 cell cách nhau 100m (hình 4.4 và hình 4.5). Tuy nhiên:
+ Thông lƣợng trung bình của hệ thống trong các trƣờng hợp đều tăng lên khi tăng khoảng cách giữa 2 trạm cơ sở BS của cell. Điều này là do ảnh hƣởng của cƣờng độ tín hiệu của máy di động MS trong cell lân cận tại đƣờng lên gây cho trạm cơ sở BS của cell tham chiếu giảm đi, giảm theo tỉ lệ nghịch với bình phƣơng khoảng cách.
+ Khi tăng khoảng cách giữa 2 trạm cơ sở MS của 2 cell thì mức chênh lệch thông lƣợng trung bình của hệ thống trong trƣờng hợp phân chia theo giảm nhiễu đạt đƣợc cao hơn không đáng kể (chiều hƣớng giảm) so với thông lƣợng trung bình của hệ thống trong trƣờng hợp phân chia cố định. Điều này cũng là do ảnh hƣởng của cƣờng độ tín hiệu của máy di động MS trong cell lân cận tại đƣờng lên gây cho trạm cơ sở BS của cell tham chiếu giảm.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE
Hình 4.4 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách giữa 2 cell là 110m
Hình 4.5 Thông lƣợng trung bình hệ thống với khoảng cách giữa 2 cell là 130m
- Kết luận:
Nhƣ vậy, từ kết quả mô phỏng trong kịch bản hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên ở trên ta thấy rằng, khi 2 trạm cơ sở có khoảng cách gần nhau, 2 cell cạnh nhau thì việc phân chia tần số phân theo giảm nhiễu cho hiệu quả rõ rệt, cải thiện dung lƣợng hệ thống so với trƣờng hợp phân tần cố định. Trong khi đó, dung lƣợng hệ thống phân theo tối ƣu là lớn nhất, cách phân này có thể dẫn đến dung lƣợng ít cân bằng nhất giữa các máy di động MS trong cell.
Khi khoảng cách 2 trạm cơ sở BS tăng lên, dung lƣợng hệ thống trong các trƣờng hợp phân chia đều tăng lên do ảnh hƣởng can nhiễu giữa 2 cell giảm. Chênh lệch thông lƣợng trung bình trong trƣờng hợp phân chia giảm nhiễu đạt
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE
đƣợc so với thông lƣợng trung bình trong trƣờng hợp phân chia cố định có chiều hƣớng giảm đi; điều này là do các máy di động trong 2 cell cách xa nhau, nên tỉ số khoảng cách giữa 2 máy di động MS trong 2 cell không khác biệt nhiều giữa trƣờng hợp phân chia tần số theo giảm nhiễu và phân tần số cố định.
4.2.2 Kịch bản 2: Hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu trên kênh xuôi đƣờng xuống đƣờng xuống
- Kết quả mô phỏng thể hiện thông lƣợng trung bình đƣờng lên của cell tham chiếu trong các trƣờng hợp:
+ Không phân khe thời gian: các máy di động MS trong small cell bị nhiễu bởi trạm cơ sở BS của macro cell.
+ Phân khe thời gian: các máy di động MS của small cell và máy di động MS của macro cell phân khe thời gian để sử dụng các khung con với tỉ lệ một phần hai, tránh can nhiễu.
- Kết quả mô phỏng (hình 4.6) chỉ ra trong trƣờng hợp phân khe thời gian thì thông lƣợng trung bình của small cell luôn cao hơn thông lƣợng trung bình trong trƣờng hợp không phân khe thời gian. Điều này là do máy di động MS trong macro cell và small cell đều dùng chung cùng tần số vì thế máy di động MS trong small cell sẽ bị nhiễu đồng kênh bởi trạm cơ sở BS của macro cell.
Trong trƣờng hợp phân khe thời gian, máy di động MS trong small cell hoạt động cùng tần số với máy di động của MS của macro cell nhƣng tại những khoảng thời gian khác nhau vì thế mà nó không bị nhiễu, dung lƣợng small cell tăng lên.
Hình 4.6 Thông lƣợng trung bình hệ thống khi có và khi không phân khe thời gian với bán kính small cell 30m
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khi tăng bán kính small cell lên 50m và 80m, tƣơng quan thông lƣợng trung bình trong trƣờng hợp không phan khe thời gian và phân khe thời gian của small cell nhận đƣợc tƣơng tự với trƣờng hợp bán kính 30m (hình 4.7 và hình 4.8). Tuy nhiên, thông lƣợng trung bình của small cell theo chiều hƣớng giảm đi khi tăng bán kính cell. Điều này là do cƣờng độ tín hiệu mà máy di động MS của small cell nhận đƣợc bị giảm theo khoảng cách trong khi ảnh hƣởng tín hiệu nhiễu từ trạm cơ sở BS của macro cell hầu nhƣ không đổi.
Hình 4.7 Thông lƣợng trung bình hệ thống khi có và khi không phân khe thời gian với bán kính small cell 50m
Hình 4.8 Thông lƣợng trung bình hệ thống khi có và khi không phân khe thời gian với bán kính small cell 80m
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE
- Kết luận
Kết quả mô phỏng hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu trên kênh xuôi đƣờng xuống cho thấy: trƣờng hợp các máy di động của small cell và macro cell dùng cùng tần số nhƣng đƣợc phân khe thời gian cho kết quả dung lƣợng của small cell luôn cao hơn so với trƣờng hợp các máy di động giữa 2 cell sử dụng chung tần số nhƣng không phân khe thời gian do can nhiễu đồng kênh.
Khi tăng bán kính small cell thì dung lƣợng của nó bị giảm đi do tín hiệu mà các máy di động nhận đƣợc yếu đi.
4.3 Kết luận
Từ kết quả mô phỏng 2 kịch bản: kịch bản hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên bằng cách phối hợp phân chia tần số (kỹ thuật ICIC trong mạng LTE) và kịch bản hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu trên kênh xuôi đƣờng xuống bằng cách phân khe thời gian dùng khung con (kỹ thuật eICIC trong mạng LTE-A) chúng ta thấy rằng: các kỹ thuật này đã mang lại hiệu quả làm giảm can nhiễu giữa các tế bào, làm tăng dung lƣợng hệ thống.
Thuật toán mô phỏng tuy đơn giản nhƣng đã thể hiện đƣợc tính nguyên tắc, tính ƣu việt của các kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE phiên bản 8 và LTE phiên bản 10 (LTE-A).
Trong các phiên bản tiếp theo của hệ thống LTE, các kỹ thuật làm giảm, tránh can nhiễu giữa các tế bào, nhằm làm tăng dung lƣợng hệ thống tiếp tục đƣợc nghiên cứu, áp dụng nhƣ kỹ thuật mở rộng tế bào, phối hợp đa điểm…Đây có thể xem là một hƣớng nghiên cứu tiếp theo của Luận văn.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE
KẾT LUẬN
Mạng LTE và các phiên bản tiếp theo đã và đang tiếp tục phát triển, triển khai rộng khắp trên toàn thế giới. Với ƣu thế vƣợt trội về khả năng cung cấp các dịch vụ truy nhập tốc độ cao, cùng với xu hƣớng dần phổ cập các thiết bị đầu cuối, có thể khẳng định mạng LTE sẽ là xu hƣớng phát triển chủ đạo của viễn thông thế giới trong thời gian tới. Tại Việt Nam, một số nhà mạng đã đƣợc phép thử nghiệm công nghệ LTE từ năm 2010 và theo thông tin từ nhà quản lý thì năm 2016 sẽ xem xét cấp phép chính thức triển khai LTE tại Việt Nam.
Trong mạng LTE, tại đƣờng xuống downlink sử dụng giải pháp truy cập mới dựa trên công nghệ OFDMA, kết hợp với điều chế bậc cao hơn, băng thông lớn và ghép kênh không gian trong đƣờng xuống downlink nên có thể đạt đƣợc tốc độ dữ liệu cao. Tuy nhiên, một trong những nguy cơ lớn nhất làm giảm thông lƣợng hệ thống trong mạng LTE đó là can nhiễu giữa các tế bào do tần số đƣợc tái sử dụng với hệ số là 1, tần số sóng mang trên các cell là nhƣ nhau nhằm tận dụng tài nguyên vô tuyến. Để nhằm giảm và tránh việc giảm thông lƣợng hệ thống do can nhiễu giữa các tế bào, các kỹ thuật giảm nhiễu giữa các tế bào đƣợc nghiên cứu và áp dụng.
Trong giới hạn, Luận văn đã tìm hiểu công nghệ OFDM/OFDMA nền tảng ứng dụng trong mạng LTE/LTE-A, nghiên cứu trình bày khả năng can nhiễu giữa các tế bào trong mạng LTE/LTE-A và các kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào nhƣ phân chia tái sử dụng tần số giữa các cell, sử dụng khung gần nhƣ trống trong phân chia theo thời gian, kết hợp sóng mang con và lập lịch chéo sóng mang…. Trong phần mô phỏng và đánh giá một số kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào: kịch bản trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên bằng cách phối hợp phân chia tần số và kịch bản hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu trên kênh xuôi đƣờng xuống bằng cách phân khe thời gian dùng khung con, kết quả cho thấy hiệu quả của các kỹ thuật này làm giảm can nhiễu giữa các tế bào, làm tăng dung lƣợng hệ thống. Thuật toán mô phỏng tuy đơn giản nhƣng đã thể hiện đƣợc tính nguyên tắc, tính ƣu việt của các kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE phiên bản 8 và LTE phiên bản 10 (LTE-A).
Trong các phiên bản tiếp theo của hệ thống LTE, các kỹ thuật làm giảm, tránh can nhiễu giữa các tế bào, nhằm làm tăng dung lƣợng hệ thống tiếp tục đƣợc nghiên cứu sâu hơn, đƣợc áp dụng nhƣ kỹ thuật mở rộng tế bào, phối hợp đa điểm….Các kỹ thuật giảm can nhiễu này và vấn đề liên quan hay mô hình mô phỏng là một trong những hƣớng nghiên cứu tiếp theo của Luận văn.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Văn Đức (2006), Lý thuyết và các ứng dụng của kỹ thuật OFDM,
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
2. Nguyễn Thu Hà (2005), Nghiên cứu kỹ thuật cấp kênh tĩnh và cấp kênh động cho mạng tế bào sử dụng công nghệ OFDM, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
3. Nguyễn Đức Nghĩa (2013), Tính toán khoa học, Nhà xuất bản Bách Khoa - Hà Nội.
4. Trung tâm Công nghệ thông tin - Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông (2015), Công nghệ 4G và hướng triển khai tại Việt Nam, Hà Nội. 5. Trịnh Anh Vũ (2006), Thông tin di động, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
Hà Nội.
Tiếng Anh
6. http://www.3gpp.org
7. https://en.wikipedia.org/wiki/LTE
8. 4G++, Inter-Cell Interference Coordination, 4G++: Advanced Performance Boosting Techniques in 4th Generation Wireless Systems / A National Telecommunication Regulatory / Authority Funded Project / Work Package 4.
9. ASIF ALI KHAN (2011), Interference Management for Heterogeneous Networks in 3GPP LTE Advanced and Beyond” Master of Science Thesis Stockholm, Sweden. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
10. Indunil (August 3, 2014), “Difference Between OFDM and OFDMA”,
http://www.differencebetween.com/difference-between-ofdm-and-vs- ofdma/
11. Jeanette Wannstrom, (June 2013), LTE-Advanced, Submission for 3GPP. 12. Jeanette Wannstrom, masterltefaster.com and Keith Mallinson, Wise
Harbor HetNet/Small Cells, for 3PP.
13. Hyung G.Myung (May 18, 2008), Technical Overview of 3GPP LTE Technical, for 3GPP.
Điều khiển giảm can nhiễu giữa các tế bào trong hệ thống LTE
14. Magdalena Nohrborg, LTE, for 3GPP.
15. Dr. Michelle M. Do and Dr. Harrison J. Son (June 05, 2014), Interference Coordination in LTE/LTE-A (1): Inter-Cell Interference Coordination (ICIC).
16.Volker Pauli, Eiko Seidel (September, 2011), Inter-Cell Interference Coordination for LTE-A, Nomor Research GmbH, Munich, Germany. 17.Volker Pauli, Juan Diego Naranjo, Eiko Seidel (December, 2010),
Heterogeneous LTE Networks and Inter-Cell Interference Coordination,
Nomor Research GmbH, Munich, Germany.
18.WANG Hao1,2 , LIU Nan1, LI Zhihang1, WU Ping2, PAN Zhiwen1 & YOU Xiaohu1, LTE Multi-Cell Networks, 1National Mobile Communications Research Laboratory, School of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2Signal and System at Department of Engineering Sciences, Uppsala University, Uppsala 75121, Sweden Received June 1, 2012; accepted September 1, 2012.