Hình 3. 4. Hố phổ trống.
Do hệ thống nhận thức-Femtocell là hệ thống trong nhà nên thiết bị người dùng hầu như là cố định. Giả sử hệ thống CR cảm nhận được hố phổ trống là 20 MHz, với hai người dùng chính sử dụng các băng thông là 5MHz và 15 MHz, các băng PU đều phát ở mức công suất là 1w, ngưỡng can nhiễu tại các băng PU là như nhau. Hệ thống nhận thức phục vụ cho hai người dùng với các sóng mang chia đều cho hai người dùng. Nhiễu Gaussian trắng là 2 8
10 w
, khoảng ký tự Ts 3, 2s,
băng thông mỗi sóng mang f 0.3125MHz, tần số sóng mang 2,4GHz. Khoảng cách của người dùng nhận thức thứ nhất và người dùng thứ hai tới máy phát CR lần lượt là 10m và 5m, khoảng cách của người dùng nhận thức thứ nhất và thứ hai tới máy phát PU lần lượt là 25m và 20m. Phạm vi phủ của hệ thống nhận thức- Femtocell tối đa là 10m. Các hệ thống CR và PU đều dùng trong tòa với máy phát PU gây nhiễu tới hệ thống CR qua một bức tường mỏng, hệ thống người dùng nhận thức truyền trong tầm nhìn thẳng với hệ số Ricean K=4,7dB [19], không trong tầm nhìn thẳng là các giá trị ngẫu nhiên phân bố Rayleigh với trung bình bằng 1.
49
Hình 3. 5. Tổng tốc độ truyền của các người dùng CR khi quỹ công suất của hệ thống CR tăng lên.
Hình 3. 6. Tổng can nhiễu của hệ thống CR tới các băng PU khi quỹ công suất của hệ thống CR tăng lên.
50
Hình 3. 7. Tổng công suất phân bổ cho các CR khi quỹ công suất của hệ thống CR tăng lên.
Ở hình 3.5, hình 3.6 và hình 3.7, ngưỡng can nhiễu lên mỗi băng PU là 8
2 10 w
th
I x và người dùng PU thứ nhất và thứ hai nằm cách máy phát CR lần lượt là 2m và 3m. Trong hình 3.5 ta thấy rằng phân bổ công suất tối ưu có tốc độ truyền lớn hơn so với kiểu phân bổ theo kịch bản A và phân bổ kịch bản B là do sử dụng quỹ công suất hiệu quả nhất nhưng vẫn đảm bảo ngưỡng can nhiễu tới các băng PU trong hình 3.6 và hình 3.7. Kiểu phân bổ công suất theo kịch bản A có tổng tốc độ truyền gần bằng với kiểu phân bổ tối ưu khi quỹ công suất bắt đầu tăng dần và tốt hơn so với kiểu phân bổ kịch bản B do sử dụng quỹ công suất hiệu quả hơn như hình 3.7 và có mức can nhiễu tới các băng PU là khá tốt. Kiểu phân bổ theo kịch bản B có tốc độ truyền nhỏ nhất do sử dụng quỹ công suất kém hiệu quả và mức can nhiễu lên các băng PU lại xấu so với khi có cùng mức công suất với với kịch bản tối ưu và kịch bản A. Vậy trong trường hợp này, kịch bản phân bổ tối ưu có tốc độ truyền lớn nhất và sử dụng quỹ công suất hiệu quả nhưng vẫn đảm bảo mức can nhiễu tới các băng PU. Kịch bản A lại có tốc độ truyền, mức can nhiễu và sử dụng quỹ công suất là khá tốt. Trong khi đó kịch bản B có tốc độ truyền, mức can nhiễu và sử dụng quỹ công suất là xấu nhất.
51
Hình 3. 8. Tổng tốc truyền của các CR khi ngưỡng can nhiễu tới mỗi băng PU tăng lên.
Hình 3. 9. Tổng can nhiễu của hệ thống CR lên các băng của người dùng PU khi ngưỡng can nhiễu mỗi người dùng tới máy phát CR tăng lên.
52
Hình 3. 10. Tổng công suất phân bổ cho các người dùng CR khi ngưỡng can nhiễu tại mỗi băng người dùng PU tăng lên.
Ở hình 3.8, hình 3.9 và hình 3.10, quỹ công suất của hệ thống CR là PT 1wvà khoảng cách của người dùng PU thứ nhất và thứ hai tới máy phát CR lần lượt là 2m và 3m. Ở hình 3.8, khi các người dùng PU đều chịu mức ngưỡng can nhiễu tăng lên thì tổng tốc độ truyền của hệ thống CR cũng tăng lên, phân bổ công suất tối ưu là lớn nhất và phân bổ công suất theo kịch bản A đạt được tổng tốc độ truyền gần tốt như phân bổ tối ưu. Trong khi đó ở hình 3.9 thì tổng nhiễu lên người dùng PU phân bổ công suất tối ưu là xấu nhất nhưng vẫn trong ngưỡng can nhiễu tới các người dùng PU do như hình 3.10 kiểu phân bổ tối ưu tận dụng quỹ công suất hiệu quả nhất. Vậy trong trường hợp này, kiểu phân bổ công tối ưu vẫn đạt được tốc độ truyền lớn nhất và vẫn đảm bảo các điều kiện, phân bổ công suất theo kịch bản A cũng có tốc độ tốt và đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng chính tốt. Trong khi đó kiểu phân bổ kịch bản B có tốc độ truyền kém nhất do sử dụng quỹ công suất hệ thống cũng như có mức can nhiễu tới các băng PU là không tốt khi cùng sử dụng quỹ công suất.
53
Hình 3. 11. Tổng tốc độ truyền của các CR với khoảng cách người dùng PU tới máy phát CR
Hình 3. 12. Tổng can nhiễu của hệ thống CR lên các băng của người dùng PU khi khoảng cách người dùng tới máy phát CR tăng lên.
54
Hình 3. 13. Tổng công suất phân bổ cho các người dùng CR khi khoảng cách người dùng PU tới máy phát CR tăng lên.
Ở hình 3.11, hình 3.12 và hình 3.13, quỹ công suất của hệ thống CR là PT 1w và ngưỡng can nhiễu tại các băng PU là 8
2 10 w
th
I x . Ở hình 3.11 và 3.12 khi tất
cả người dùng PU cùng rời xa máy phát CR thì tổng tốc độ truyền của các người dùng nhận thức tăng lên, trong kiểu phân bổ công suất tối ưu thì tốc độ truyền là lớn nhất và tăng nhanh do có tổng mức công suất phân bổ tăng nhanh nhất nhưng khi hệ thống nhận thức đạt đến giới hạn của điều kiện quỹ công suất hay ngưỡng nhiễu tới các băng PU thì tốc độ truyền theo kiểu phân bổ theo kịch bản A là nhỏ nhất, kiểu phân bổ tối ưu và phân bổ kịch bản B có tốc độ truyền gần bằng nhau. Ở hình 3.12, khi khoảng cách người dùng PU rời xa máy phát CR thì ngưỡng can nhiễu tới người dùng PU giảm dần và kiểu phân bổ công suất theo kịch bản A là nhỏ nhất, kiểu phân bổ tối ưu và phân bổ kịch bản B thì có can nhiễu tới các băng PU gần bằng nhau. Vậy kiểu phân bổ tối ưu đạt được tốc độ lớn nhất nhưng vẫn đảm bảo được điều kiện nhiễu, kiểu phân bổ theo kịch bản A có tốc độ đạt nhỏ hơn không đáng kể nhưng có mức can nhiễu tới các băng PU lại nhỏ hơn nhiều so với phân bổ tối ưu và phân bổ kịch bản B giúp cho đảm bảo đảm chất lượng cho người dùng chính tốt
55
hơn. Kiểu phân bổ kịch bản B có tốc độ truyền tăng chậm và giữ mức can nhiễu lên các băng PU là khá tốt.
Vậy trong tất cả các trường hợp khi khoảng cách người dùng PU rời xa máy phát nhận thức, quỹ công suất hệ thống nhận thức tăng lên và mức ngưỡng can nhiễu tới các băng tần người dùng PU tăng thì kiểu phân bổ công suất tối ưu có tốc độ truyền là lớn nhất do sử dụng hiệu quả quỹ công suất hệ thống nhưng vẫn đảm bảo được các điều kiện của hệ thống. Kiểu phân bổ theo kịch bản A cũng có tốc độ truyền tốt gần với kiểu phân bổ tối ưu và có mức nhiễu tới người dùng chính là tốt hơn cả. Kiểu phân bổ công suất kịch bản B có tổng tốc độ truyền kém nhất do sử dụng kém hiệu quả quỹ công suất hệ thống nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng dịch vụ, hơn nữa kiểu phân bổ đều được xem là đơn giản tránh phức tạp hệ thống nhận thức.
3.6 Kết luận chƣơng
Trong hệ thống truyền thông nhận thức, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ là quan trọng. Chương này đã trình bày các kiểu phân bố công suất cho các sóng mang của những người dùng CR cùng tồn tại với người dùng PU trong mô hình hệ thống nhận thức-Femtocell trong tòa nhà thỏa mãn tất cả các điều kiện yêu cầu trong cả hai hệ thống người dùng nhận thức và người dùng chính. Với các kết quả mô phỏng hệ thống truyền thông nhận thức-Femtocell ta đã thấy được kiểu phân bổ công suất tối ưu là tốt nhất cả về tốc độ truyền và đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng chính.
56
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Truyền thông ngày nay có tốc độ phát triển nhanh với những dịch vụ tốc độ cao nên đòi hỏi sử dụng băng tần lớn, nhưng băng tần được cấp phép hiện nay lại chưa được sử dụng một cách hiệu quả. Vì vậy, công nghệ truyền thông nhận thức là công nghệ có thể đáp ứng được nhu cầu đó với khả năng tận dụng những khoảng phổ trống mà không được sử dụng trong khoảng thời gian nhất định mà vẫn đảm bảo được chất lượng dịch vụ, cũng như can nhiễu lên hệ thống người dùng được cấp phép sử dụng băng tần đó.
Với nhiều công nghệ hiện tại thì công nghệ OFDM được cho là phù hợp với công nghệ truyền thông nhận thức bởi với những điểm mạnh của công nghệ OFDM đáp ứng được hầu hết các yêu cầu đưa ra bởi công nghệ nghệ truyền thông nhận thức, giúp cho truyền thông nhận thức hoạt động hiệu quả.
Hệ thống truyền thông nhận thức-Femtocell là một kết hợp tuyệt không những giúp tăng độ phủ sóng trong nhà mà còn nâng cao việc sử dụng phổ tần hiệu quả thông qua các bài toán phân bổ tài nguyên với các điều kiện ràng buộc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho toàn hệ thống.
Hướng phát triển nghiên cứu:
Trong tương lai, tôi sẽ nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đa ăng-ten cho hệ thống truyền thông nhận thức nhằm nâng cao hiệu năng cho hệ thống truyền thông nhận thức và sử dụng công nghệ truyền thông nhận thức cho mạng thế hệ tiếp theo (NGN).
57
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Mishra. S.M, Cabric.D, Chang. C, Willkomm. D, Van Schewick. B, Wolisz. A, Brodersen. R.W (2005), “A real time cognitive radio testbed for physical and link layer experiments”, New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks IEEE, pp.562-567.
2. Md. Manjurul Hasan Khan, Dr. Paresh Chandra Barman (2014), “The role of Cognitive Radio Technology in 4G Communications”, World Vision Journal, 8(1), pp.142-153.
3. Joseph Mitola III, Gerald Q. Maguire (1999), “Cognitive radio: making software radios more personal”, Personal Communications IEEE, 6(4), pp.13-18.
4. Joseph Mitola III (2001), “Cognitive radio for Flexible Mobile Multimedia Communications”, Springer Mobile Networks and Applications, 6(5), pp.435-441. 5. S. Haykin (2005), “Cognitive radio: Brain-empowered wireless communication”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 3(2), pp.201-220.
6. Federal Communications Commission. ET Docket (2005) No.3-108.
7. Wireless Innovation Forum. Sdrf cognitive radio definitions working document, sdrf-06-r-0011-v1.0.0. URL http://groups.winnforum.org/d/do/1585.
8. Ian F. Akyildiz, Won-Yeol Lee, Mehmet C. Vuran, Shantidev Mohanty (2006), “Next generation/dynamic spectrum access/cognitive radio wireless networks: A survey”, The International Journal of Coputer and Telecommunications Networking, 50(13), pp. 2127-2159.
9. Prabhjot Kaur, Moin Uddin, Arun Khosla (2011), “Cognitive Radios: Need, Capabilities, Standards, Applications and Research Challenges”, International Journal of Computer Applications, 30(1), pp.31-38.
58
10. “IEEE Standard Computer Dictionary: A Compilation of IEEE Standard Computer Glossaries” (1991), 10.1109/IEEESTD.1991.106963, pp.1-217, http://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?punumber=2267
11. Huseyin Arslan (2007), Congitive radio, software defined radio, and adaptive
wireless system, Springer, The Netherlands.
12. Chandrasekhar.V, Andrews.J.G, Gatherer Alan (2008), “Femtocell networks: a survey”, IEEE Magazine, 46(9), pp.59-67.
13. Siyi Wang, Weisi Guo, Tim O’Farrell (2012), “Low energy indoor network: deployment optimisation”, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2012, 2012:193, doi:10.1186/1687-1499-2013-193.
14. http://www.radioaccess.eu/solutions/small-cells.
15. G. Bansal, M. J. Hossain and V. K. Bhargava (2008), “Optimal and suboptimal power allocation schems for ofdm-based cognitive radio systems”, IEEE Transactions on Wireless Communications, 7(11), pp.4710-4718.
16. G. Bansal, Ziaul Hasan, M. J. Hossain and V. K. Bhargava (2010), “Subcarrier and power adaptation for multiuser OFDM-based cognitive radio systems”, Communication (NCC), 2010 National Conference on Digital Object Identifier: 10.1109/NCC.2010.5430230, pp.1-5.
17. Tien Hoa Nguyen, Van Duc Nguyen, Hung Manh Tran, Thanh Hieu Nguyen, Tuan Van Le, Viet Kinh Nguyen (2014), “Optimal resource allocation for multiusers FDMA-based cognitive radio with mutual interference threshold”, Advanced Technologies for Communications (ATC), 2014 International Conference on 10.1109/ATC.2014.7043435, pp.477-481.
18. Xin Tao, Zhifeng Zhao, Rongpeng Li, Jacques Palicot, Honggang Zhang (2013), “Downlink interference minimization in cooperative cognitive LTE- femtocell networks”, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2013, 2013:194, doi: 10.1186/1687-1499-2013-194.
59
19. Pekka Kyosti, Juha Meinila, Lassi Hentila, Xiongwen Zhao, Tommi Jamsa, Christian Schneider, Milan Narandzic, Marko Milojevic, Aihua Hong, Juha Ylitalo, Veli-Matti Holappa, Mikko Alatossava, Robert Bultitude, Yvo de Jong, Terhi Rautiainen (2007), WINNER II channel models, D1.1.2 v1.1, http://www.ist- winner.org/deliverables.html.
20. Timo Weiss, Joerg Hillenbrand, Albert Krohn, Friedrich K.Jondral (2004), “Mutual Interference in OFDM-based Spectrum Pooling Systems”, Vehicular Technology Conference, vol 4, pp.1873-1877.
21. S. Boyd, L.Vandenberghe, Convex Optimization. Cambridge University Press, 2004.