2. 4.2 Thông tin kênh đầy đủ
3.5 Thiết kế hệ thống
Một nguyên tắc thiết kế mới cho các hệ thống không dây bây giờ có thể được nhìn thấy qua quan điểm của phân tập đa người dùng. Trong các hệ thống trước, phần lớn các kỹ thuật thiết kế tập trung vào làm cho các liên kết điểm-điểm cá nhân gần gũi với kênh AWGN nhất có thể, với một chất lượng kênh tin cậy không đổi theo thời gian. Điều này được thực hiện bởi trung bình kênh, bao gồm việc sử dụng các kỹ thuật phân tập như: tổ hợp đa đường, ghép xen thời gian và phân tập ăng-ten để cố gắng để giữ kênh fading không đổi theo thời gian, cũng như các kỹ thuật quản lý giao thoa sao cho giao thoa trung bình theo nghĩa được trải ra.
Tuy nhiên, nếu thay đổi quan điểm từ hệ thống không dây như một tập hợp các liên kết điểm-điểm sang một hệ thống với nhiều người dùng chia sẻ các nguồn lực như nhau (phổ và thời gian), thì mục tiêu thiết kế tự nó khá khác nhau. Thật vậy, các kết quả trình bày ở đây cho thấy cần cố gắng khai thác thăng giáng kênh. Điều này được thực hiện thông qua một thuật toán lập lịch thích hợp : "cưỡi lên các đỉnh", tức là, mỗi người dùng được lên kế hoạch dùng khi nó có một kênh rất mạnh mẽ, trong khi có tính đến ràng buộc thực tế như trễ và sự công bằng. Kỹ thuật của
giáng. Điều này được thực bằng cách thay đổi độ mạnh của cả hai tín hiệu và sự giao thoa mà người dùng nhận được thông qua tạo búp và nulling cơ hội.
Tính khả thi của các sơ đồ thông tin cơ hội phụ thuộc vào lưu lượng có thể chịu sự chậm trễ trong kế hoạch. Mặt khác, có một số dạng lưu lượng không mềm dẻo như vậy. Các chức năng của các hệ thống không dây được hỗ trợ bởi các kênh điều
khiển chúng là "chuyển mạch " và nên yêu cầu độ trễ rất chặt chẽ, không giống như
dữ liệu được phép lập lịch động mềm dẻo. Quan điểm của những tín hiệu này, tốt hơn vẫn là kênh vẫn không fading (unfaded), yêu cầu này là mâu thuẫn với định hướng là chúng ta muốn các kênh thay đổi nhanh và lớn.
Vấn đề này ta có thể dung hòa quan điểm thiết kế như sau:
tách biệt tín hiệu độ có trễ rất thấp (như tín hiệu điều khiển) khỏi dữ liệu có độ trễ mềm dẻo. Một cách để đạt được phân tách này là chia băng thông thành hai phần. Một phần được cố làm phẳng (bằng cách sử dụng các nguyên tắc chúng ta đã biết là trải trên một phần của băng thông) và được sử dụng để truyền tải dòng có yêu cầu độ trễ rất thấp. Thước đo hiệu suất ở đây là phải làm cho các kênh đáng tin cậy nhất có thể (tương đương là giữ xác suất outage thấp) cho một số tốc độ dữ liệu cố định. Phần thứ hai sử dụng tạo búp cơ hội để tạo ra thăng giáng kênh lớn và nhanh cùng một lịch để khai thác hệ số phân tập người dùng. Thước đo hiệu suất trên phần này là tối đa độ lợi phân tập người dùng.
Những lợi ích của tạo búp cơ hội và nulling phụ thuộc vào xác suất tín hiệu nhận được gần búp và tất cả nhiễu là gần null. Trong chế độ giới hạn bởi nhiễu và khi P/N0>>1, hiệu suất phụ thuộc chủ yếu vào xác suất của các sự kiện như sau: Trong đường xuống, xác suất này là lớn vì chỉ có một hoặc hai trạm cơ sở đóng góp vào nhiễu. Đường lên đặt ra một hình ảnh tương phản: có nhiễu từ nhiều điện thoại di động cho phép trung bình nhiễu. Bây giờ thì xác suất nhiễu tổng cộng gần null là nhỏ. Trung bình nhiễu là một trong những thiết kế có tính nguyên tắc của hệ thống tái sử dụng đầy đủ băng rộng (chẳng hạn như dựa trên CDMA và OFDM) thực sự là bất lợi cho sơ đồ cơ hội được mô tả ở đây, vì nó làm giảm khả năng của nulling của nhiễu và do đó khả năng của các đỉnh của SINR.
Trong một tế bào điển hình, sẽ có một phân bố của người sử dụng, một số gần các trạm cơ sở và một số gần với ranh giới các ô. Người sử dụng gần các trạm cơ sở
có SINR và tiếng ồn hạn chế, góp phần của nhiễu liên cell di động là tương đối nhỏ. Những người dùng này có lợi chủ yếu là từ tạo búp cơ hội. Người sử dụng gần ranh giới cell, trái lại, SINR thấp và nhiễu hạn chế; công suất nhiễu trung bình có thể lớn hơn nhiều so với nền ồn. Những người dùng này có lợi từ cả hai: beamforming cơ hội và từ nulling cơ hội của nhiễu liên cell. Do đó, người dùng di động ở biên cell có lợi hơn hơn người sử dụng trong cell. Điều này là mong đợi từ quan điểm một hệ thống công bằng, khi các người sử dụng di động ở biên có xu hướng chịu dịch vụ kém hơn. Tính năng này đặc biệt quan trọng đối với hệ thống không có chuyển giao mềm (chúng là khó thực hiện trong hệ thống lập lịch dữ liệu gói). Để tối đa hóa độ lợi nulling cơ hội, công suất phát tại trạm gốc nên được đặt càng lớn càng tốt, tùy thuộc vào quy định và hạn chế phần cứng.
Chúng ta đã thấy phân tập đa người dùng chủ yếu là một dạng của hệ số công suất. Các kỹ thuật beamforming cơ hội sử dụng một mảng của nhiều ăng-ten phát tăng nt lần trong SNR nhận được cho một người dùng trong môi trường fading chậm, so với trường hợp 1-ăng-ten phát. Với một mảng nr ăng-ten nhận ở mỗi điện thoại di động (và một ăng-ten phát đơn tại các trạm cơ sở), SNR nhận được của bất kỳ người sử dụng cũng được cải thiện gấp nr như so với anten đơn nhận được; độ lợi này là do búp nhận. Hoạt động này là dễ dàng thực hiện vì điện thoại di động có kênh thông tin đầy đủ tại mỗi phần tử ăng-ten. Do đó độ lợi của búp cơ hội là cùng bậc như khi cài đặt bộ thu ăng-ten mảng tại mỗi điện thoại di động.
Vì vậy, đối với một nhà thiết kế hệ thống, kỹ thuật tạo búp cơ hội cung cấp một trường hợp thuyết phục để thực hiện, đặc biệt trong quan điểm về sự hạn chế của không gian và chi phí lắp đặt nhiều ăng-ten trên mỗi thiết bị di động. Hơn nữa, kỹ thuật này không cần bất cứ xử lý thêm trên một phần của bất kỳ người sử dụng nào, cũng không phải bất kỳ cập nhật nào cho tchuẩn giao diện liên kết trên không. Nói cách khác, bộ thu điện thoại di động có thể được hoàn toàn không biết đến việc sử dụng hoặc không sử dụng kỹ thuật này. Điều này có nghĩa rằng nó không được thiết kế trong "(bằng sự bao hàm thích hợp trong các tiêu chuẩn giao diện không khí và thiết kế máy thu) và có thể thêm / bớt bất cứ lúc nào. Đây là một trong những ích lợi quan trọng của kỹ thuật này từ một quan điểm thiết kế hệ thống tổng thể.
Trong các hệ thống không dây di động thông thường, các tế bào được sectorized cho phép tập trung tốt hơn công suất truyền từ ăng-ten và cũng để giảm nhiễu thấy bởi người dùng điện thoại di động từ việc truyền của cùng trạm gốc này nhưng cho người sử dụng trong sector khác. Kỹ thuật này đặc biệt làm tốt trong tình huống khi trạm gốc nằm ở độ cao khá lớn và do đó có tán xạ hạn chế xung quanh trạm cơ sở. Ngược lại, trong hệ thống với việc triển khai dày đặc hơn các trạm cơ sở (một chiến lược có thể trông đợi là tốt cho hệ thống không dây nhằm để cung cấp điện thoại di động, dịch vụ dữ liệu băng thông rộng), nó là bất hợp lý khi đòi hỏi rằng trạm gốc phải được đặt cao so với mặt đất để các tán xạ cục bộ (xung quanh trạm gốc) là tối thiểu. Trong một môi trường đô thị, có tán xạ cục bộ đáng kể xung quanh một trạm cơ sở và lợi ích của sectorization hóa bị tối thiểu, người dùng trong một sector cũng thấy nhiễu từ cùng trạm gốc (do sự tán xạ cục bộ) nhắm đến sector khác. Sơ đồ tạo búp cơ hội có thể được coi như quét một chùm ngẫu nhiên và lập lịch phát đến người sử dụng khi họ đang gần búp.
Như vậy, độ lợi của sectorization sẽ được tự động thực hiện. Ta kết luận rằng kỹ thuật tạo búp cơ hội đặc biệt phù hợp để khai thác lợi ích của sectorization thậm chí trong các trạm cơ sở chiều cao thấp với nhiều tán xạ cục bộ. Trong một hệ thống di động, sơ đồ tạo búp cơ hội cũng nhận được lợi ích của nulling, một hệ số thu được bằng cách truyền phối hợp từ các trạm gốc lân cận trong một hệ thống tái sử dụng tần số đầy đủ hoặc bằng cách thiết kế thích hợp mô hình tái sử dụng tần số.
3.6 Kết luận chương
Chương này đã tập trung phân tích phân tập đa người dùng và các loại
anten. Kỹ thuật phân tập là cải thiện độ tin cậy của thông tin liên lạc trong kênh
fading chậm, ngược lại, vai trò của phân tập đa người dùng là gia tăng tổng thông lượng qua các kênh fading nhanh. Theo chiến lược đạt dung năng tổng, một người sử dụng không có bảo đảm một tốc độ cao trong bất kỳ trạng thái fading chậm nào, chỉ theo trung bình trên thay đổi kênh một thông lượng trung bình dài hạn cao đạt được., phân tập đa người dùng cải thiện hiệu suất hệ thống bằng cách khai thác fading kênh: Thăng giáng do fading đảm bảo rằng với xác suất cao có một người dùng với một kênh lớn hơn nhiều so với mức trung bình, bằng cách phân bổ tất cả tài nguyên hệ thống cho người dùng này, các lợi ích của kênh mạnh mẽ này được
lợi hoàn toàn, các lợi ích phân tập đa người dùng đa là toàn hệ thống, qua những người sử dụng trong mạng. Phần cuối ta đi tìm hiểu một số loại anten: anten Dumb, anten thông minh và anten thông minh hơn.
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG
Phần này ta lựa chọn một kịch bản đơn giản để mô phỏng nhằm nêu bật tính hơn hẳn của phương pháp truyền cơ hội dựa trên sự phân tập đa người dùng trong việc đạt được dung năng tổng