a. Lập biểu phụ thuộc kờnh đường xuống:
Đường xuống là đường truyền dẫn đến cỏc đầu cuối di động khỏc nhau và trực giao với nhau, nghĩa là về lý thuyết, khụng xảy ra nhiễu lẫn nhau giữa cỏc đường truyền di động (khụng cú nhiễu trong ụ). Trực giao nội ụ ở đường xuống cú thể đạt được trong miền thời gian bằng ghộp kờnh phõn chia theo thời gian (TDM); trong miền tần số thực hiện ghộp kờnh phõn chia theo tần số (FDM); trong miền mó được thực hiện ghộp kờnh phõn chia theo mó (CDM). Ngoài ra, miền khụng gian cũng cú thể được sử dụng để phõn tỏch cỏc người sử dụng bằng cỏch sắp xếp cỏc anten (cũn gọi là ghộp kờnh khụng gian (SDM)), tuy nhiờn trong nhiều trường hợp nú được sử dụng kết hợp với cỏc phương phỏp khỏc.
Đối với số liệu gúi, trong dạng này lưu lượng số liệu mang tớnh cụm, về lý thuyết cú thể chỉ ra rằng, TDM là thớch hợp hơn cả và vỡ thế thụng thường đõy là phần tử chớnh của đường xuống. Tuy nhiờn, TDM được kết hợp với việc chia sẻ tài nguyờn vụ tuyến trong miền tần số (FDM), trong miền mó (CDM). Vớ dụ, trong cụng nghệ đa truy nhập gúi đường xuống tốc độ cao (HSDPA: High Speed Downlink Packet Access), ghộp kờnh đường xuống là kết hợp TDM và CDM, trỏi lại, trong trường hợp LTE (Long Term Evolution), ghộp kờnh đường xuống là kết hợp TDM và FDM.
Khi xảy ra truyền dẫn đồng thời đến cỏc người sử dụng khỏc nhau hoặc bằng FDM hoặc bằng CDM, cũng xảy ra việc chia sẻ toàn bộ cụng suất phỏt của ụ, nghĩa là khụng chỉ cú cỏc tài nguyờn thời gian/tần số/mó được chia sẻ mà cũn cả tài nguyờn cụng suất trong trạm gốc (BS). Trỏi lại, trong trường hợp chỉ chia sẻ tài nguyờn thời gian, sẽ chỉ cú một truyền dẫn tại một thời điểm và vỡ thế sẽ khụng xảy ra chia sẻ tức thời cụng suất phỏt khả dụng của ụ cho cỏc hỡnh thức truy nhập khỏc. Giả thiết rằng lỳc đầu đường xuống sử dụng TDM với lập biểu cho một người sử dụng tại một thời điểm. Trong
trường hợp này, mức độ sử dụng kờnh vụ tuyến sẽ cực đại tại một thời điểm, toàn bộ tài nguyờn sẽ được ấn định cho người sử dụng này với điều kiện kờnh tức thời tốt nhất, nghĩa là thớch ứng đường truyền dựa trờn điều khiển cụng suất (đối với tốc độ số liệu cho trước cụng suất phỏt cú thể thấp nhất) và vỡ thế cú thể giảm thiểu nhiễu truyền dẫn đến cỏc ụ khỏc khi mức độ sử dụng đường truyền cho trước; đồng thời trong trường hợp thớch ứng đường truyền dựa trờn điều khiển tốc độ (nghĩa là đối với cụng suất phỏt cho trước), mức độ sử dụng đường truyền đạt được cao nhất.
Tuy nhiờn, nếu ỏp dụng cho đường xuống, điều khiển cụng suất phỏt kết hợp với lập biểu TDM cú nghĩa là toàn bộ cụng suất phỏt khả dụng trong hầu hết cỏc trường hợp sẽ khụng được sử dụng hết. Chớnh vỡ lý do này nờn điều khiển cụng suất được ưa dựng hơn.
Những điều vừa phõn tớch ở trờn là một vớ dụ về lập biểu phụ thuộc kờnh, trong đú bộ lập biểu xột cỏc điều kiện đường truyền vụ tuyến tức thời. Lập biểu người sử dụng theo cỏc điều kiện đường truyền vụ tuyến tức thời tốt nhất thường được gọi là lập biểu tỷ số tớn hiệu trờn nhiễu cực đại (max (C/I)) hay là tốc độ cực đại. Vỡ trong một ụ cỏc điều kiện của đường truyền vụ tuyến khỏc nhau thường thay đổi độc lập, tại mỗi thời điểm hầu như luụn cú một đường truyền vụ tuyến với chất lượng gần như cực đại, như hỡnh 2.13. Vỡ thế kờnh được sử dụng cho truyền dẫn sẽ cú chất lượng cao nhất và với điều khiển tốc độ, tốc độ số liệu cao nhất cú thể được sử dụng. Điều này dẫn đến dung lượng hệ thống cao. Phương phỏp để nhận được độ lợi trong độ truyền dẫn được thực hiện đối với cỏc người sử dụng cú điều kiện đường truyền vụ tuyến thuận lợi được gọi là phõn tập người sử dụng; thay đổi kờnh càng lớn và số người sử dụng càng lớn thỡ độ lợi càng lớn. Vỡ thế, trỏi ngược với quan điểm truyền thống đó biết là phading nhanh (nghĩa là thay đổi chất lượng kờnh vụ tuyến nhanh) sẽ gõy ảnh hưởng tiờu cực và cần phải chống, trong thực tế với lập biểu kờnh phading lại cú lợi và cần khai thỏc nú.
Hỡnh 2.13 – Lập biểu phụ thuộc kờnh
b. Lập biểu phụ thuộc kờnh đường lờn:
Phần này ta sẽ xem xột vấn đề lập biểu phụ thuộc kờnh cho đường lờn; về nguyờn lý cũng khụng khỏc với nội dung đó xột cho đường xuống. Về cơ bản, tài nguyờn cụng suất đường lờn được phõn bố giữa những người sử dụng, trong khi đú đường xuống tài nguyờn cụng suất được tập trung tại trạm gốc. Ngoài ra, cụng suất truyền dẫn cực đại đường lờn của cỏc đầu cuối di động thấp hơn nhiều so với cụng suất phỏt của BS. Điều này ảnh hưởng đỏng kể lờn chiến lược lập biểu. Khụng giống như đường xuống TDMA thuần tỳy thường được sử dụng, lập biểu đường lờn thường dựa trờn việc chia sẻ trong miền tần số và (hoặc) miền mó kết hợp với miền thời gian, vỡ một đầu cuối khụng thể cú đủ cụng suất để tận dụng hiệu quả dung lượng đường truyền. Tương tự như lập biểu đường xuống, lập biểu phụ thuộc kờnh cũng cú lợi trong trường hợp đường lờn. Tuy nhiờn cỏc đặc tớnh của giao diện vụ tuyến được xột liờn quan đến đường lờn dựa trờn đa truy nhập trực giao hay khụng trực giao và kiểu sơ đồ thớch ứng đường truyền được sử dụng, ngoài ra cũng ảnh hưởng đỏng kể đến chọn chiến lược lập biểu cho đường lờn.
Trong trường hợp cho sơ đồ đa truy nhập khụng trực giao như CDMA, điều khiển cụng suất thường đúng vai trũ quan trọng cho hoạt động bỡnh
thường. Như đó xột ở trờn, mục đớch của điều khiển cụng suất là điều khiển tỷ số Eb/N0 thu để cú thể phục hồi được thụng tin thu. Tuy nhiờn trong cỏc sơ đồ khụng trực giao, điều khiển cụng suất cũng cú mục đớch để khống chế nhiễu tỏc động lờn cỏc người sử dụng khỏc nhau. Cú thể biểu diễn điều này bằng việc coi mức nhiễu cho phộp cực đại tại BS là một tài nguyờn được chia sẻ. Thậm chớ nếu xột từ quan điểm một người sử dụng, việc phỏt toàn bộ cụng suất để đạt được tốc độ số liệu cực đại là cú lợi, thỡ điều này cũng khụng thể chấp nhận được từ quan điểm nhiễu vỡ cỏc đầu cuối khỏc trong trường hợp này cú thể khụng truyền số liệu thành cụng. Như vậy, với đa truy nhập khụng trực giao, quỏ trỡnh lập biểu cho một đầu cuối khi điều kiện kờnh thuận lợi cú thể khụng phải là trực tiếp chuyển sang tốc độ số liệu cao mà cần phải xột đến nhiễu do cỏc đầu cuối phỏt đồng thời gõy ra. Núi một cỏch khỏc, cụng suất thu (và vỡ thế tốc độ số liệu) nhờ điều khiển cụng suất sẽ khụng đổi khụng phụ thuộc vào điều kiện kờnh tại thời điểm truyền dẫn.Vỡ thế, thận chớ lập biểu phụ thuộc kờnh trong vớ dụ này khụng cho trực tiếp độ lợi liờn quan đến việc đầu cuối phỏt tốc độ số liệu cao hơn, tuy vậy nú vẫn cung cấp độ lợi cho hệ thống liờn quan đến nhiễu ụ thấp hơn.
Phõn tớch về đa truy nhập khụng trực giao ở trờn đó được đơn giản húa vỡ khụng đưa ra cỏc giới hạn đối với cụng suất phỏt. Trong thực tế cụng suất phỏt của một đầu cuối được giới hạn trờn do khả năng thực hiện cũng như quy định và quỏ trỡnh lập biểu cho một đầu cuối để truyền dẫn trong cỏc điều kiện thuận lợi sẽ giảm xỏc suất mà đầu cuối khụng đủ cụng suất để tận dụng dung lượng đường truyền.
Bõy giờ ta xem xột nội dung này nhưng với đa truy nhập trực giao, điều khiển cụng suất cần thiết và cỏc lợi ớch mà lập biểu phụ thuộc kờnh mang lại tương tự như trong trường hợp đường xuống. Về nguyờn tắc, từ quan điểm nhiễu nội ụ, đầu cuối cú thể phỏt toàn bộ cụng suất và bộ lập biểu ấn định một phần tài nguyờn trực giao thớch hợp (trong thực tế là một phần của toàn bộ
hiện như rũ rỉ giữa cỏc tớn hiệu thu hay dải động bị giới hạn trong mạch điện của mỏy thu cú thể đặt ra cỏc giới hạn khỏc nhau để cụng suất cực đại được phộp giữa cỏc tớn hiệu đầu cuối đồng thời, vậy vẫn cần phải điều khiển cụng suất ở một mức độ nào đú dẫn đến tỡnh trạng gần giống như trường hợp khụng trực giao.
Cỏc phõn tớch đa truy nhập trực giao và khụng trực giao ở trờn chủ yếu chỉ xột cho truy nhập nội ụ. Tuy nhiờn trong thực tế, nhiều hệ thống tỏi sử dụng tần số giữa cỏc ụ được sử dụng. Trong trường hợp này đa truy nhập giữa cỏc ụ sẽ khụng trực giao khụng phụ thuộc vào đa truy nhập nội ụ và vỡ thế sẽ đặt ra cỏc giới hạn cho cụng suất phỏt được phộp từ một đầu cuối.
Khụng liờn quan đến việc đa truy nhập trực giao hay khụng được sử dụng, cỏc nguyờn lý lập biểu cơ sở được sử dụng cho đường lờn cũng giống như cho đường xuống. Bộ lập biểu max(C/I) sẽ ấn định tất cả cỏc tài nguyờn đường lờn cho đầu cuối cú cỏc đường lờn với điều kiện tốt nhất. Bỏ qua tất cả cỏc giới hạn cụng suất cho đầu cuối, điều này cho phộp đạt được dung lượng cao nhất (trong một ụ trực giao). Trong trường hợp sơ đồ khụng trực giao, “làm no sự thốm ăn” là một chiến lược lập biểu cú thể sử dụng. Bằng cỏch làm no sự thốm ăn, đầu cuối cú cỏc điều kiện kờnh tốt nhất được ấn định tốc độ cao nhất. Nếu mức nhiễu tại mỏy thu nhỏ hơn mức cho phộp cực đại, đầu cuối cú cỏc điều kiện kờnh thứ hai cũng được phộp phỏt và quỏ trỡnh tiếp diễn như vậy cho càng nhiều đầu cuối hơn cho đến khi đạt tới mức nhiễu cực đại cho phộp tại mỏy thu. Chiến lược này cho phộp đạt được mức sử dụng giao diện vụ tuyến cực đại nhưng với trả giỏ tốc độ số liệu giữa cỏc người sử dụng khỏc nhau. Trong trường hợp cực đại, người sử dụng tại biờn ụ với cỏc điều kiện kờnh xấu cú thể hoàn toàn khụng được phỏt. Ta cú thể hỡnh dung cỏc chiến lược làm no sự thốm ăn và max(C/I) là cỏc chiến lược cụng bằng tỷ lệ khỏc nhau. Trong trường hợp này giải thuật làm no sự thốm ăn đưa ra cỏc thừa số trọng số cho từng người sử dụng. Cỏc trọng số này tỷ lệ với tỷ số giữa tốc độ số liệu tức thời và tốc độ số liệu trung bỡnh.
c. Vấn đề thớch ứng đường truyền và lập biểu phụ thuộc kờnh trong miền tần số:
Ở trờn ta đó tỡm hiểu lập biểu dựa trờn TDM và đó giải thớch trong trường hợp này làm cỏch nào cú thể tận dụng được cỏc thay đổi tức thời kờnh để cải thiện hiệu năng hệ thống bằng cỏch lập biểu phụ thuộc kờnh, nhất là kết hợp với điều khiển tốc độ động. Tuy nhiờn khi cú truy nhập trong miền tần số, chẳng hạn thụng qua OFDM, lập biểu và thớch ứng đường truyền cũng cú thể được thực hiện trong miền tần số. Thớch ứng đường truyền trong miền tần số cú nghĩa là dựa trờn hiểu biết điều kiện kờnh tức thời trong miền tần số (hiểu biết về suy giảm cũng như mức nhiễu/tạp õm của từng súng mang con) cú thể điều chỉnh cụng suất và (hoặc) tốc độ số liệu của từng súng mang con để đạt được mức độ sử dụng tối ưu.
Lập biểu phụ thuộc kờnh trong miền tần số cú nghĩa là dựa trờn hiểu biết và cỏc điều kiện tức thời của kờnh trong miền tần số, cỏc súng mang con khỏc nhau được sử dụng cho cỏc đường truyền dẫn đến/từ cỏc đầu cuối di động khỏc nhau. Cỏc độ lợi lập biểu nhận được từ việc khai thỏc cỏc thay đổi tức thời trong miền tần số. Rừ ràng, trong cỏc trạng thỏi mà chất lượng kờnh thay đổi đỏng kể theo tần số, trong khi chất lượng kờnh thay đổi chậm theo thời gian, lập biểu phụ thuộc kờnh trong miền tần số cú thể tăng dung lượng hệ thống.
d. Lưu lượng và lập biểu:
Lập biểu phụ thuộc kờnh nhằm tỡm cỏch khai thỏc tối ưu cỏc thay đổi ngắn hạn trong chất lượng kờnh vụ tuyến. Núi một cỏch tổng quỏt, tỡm được một mức độ cụng bằng dài hạn nhất định trong chất lượng kờnh được tớnh đến khi thiết kế bộ lập biểu. Tuy nhiờn khi ỏp đặt cụng bằng cao hơn, thụng lượng sẽ giảm, nờn cần phải cõn nhắc giữa cụng bằng và thụng lượng. Trong quỏ trỡnh cõn nhắc này, điều quan trọng là phải xột đến đặc tớnh lưu lượng vỡ nú ảnh
hưởng đến việc cõn nhắc giữa thụng lượng hệ thống và chất lượng dịch vụ. Để minh họa điều này ta sẽ xem xột ba bộ lập biểu sau:
- Bộ lập biểu quay vũng (RR: Round Robin), với điều kiện kờnh khụng được xột.
-Bộ lập biểu cụng bằng tỷ lệ (PF: Proportional Fair), với việc khai thỏc cỏc thay đổi ngắn hạn và vẫn duy trỡ tốc độ số liệu trung bỡnh dài hạn của người sử dụng.
- Bộ lập biểu max(C/I), với người sử dụng cú chất lượng kờnh tức thời tốt nhất được lập biểu.
Rừ ràng khi bộ đệm đầy, thỡ luụn luụn cú số liệu sẵn sàng tại BS cho tất cả cỏc đầu cuối trong ụ; bộ lập biểu max(C/I) sẽ dẫn đến cỏc người sử dụng tại biờn ụ khụng cú hoặc chỉ cú thụng lượng rất thấp. Do vỡ chiến lược căn bản của bộ lập biểu max(C/I) là tất cả tài nguyờn đều được cấp phỏt cho đầu cuối cú chất lượng kờnh đảm bảo tốc độ số liệu cao nhất. Rất hiếm khi hoặc hầu như khụng bao giờ người sử dụng tại biờn ụ cú được cỏc điều kiện kờnh tốt hơn những người sử dụng tại tõm ụ (trừ trường hợp xảy ra phading sõu tại tõm ụ) vỡ thế những người sử dụng tại biờn ụ hầu như khụng bao giờ được lập biểu. Trỏi lại, bộ lập biểu cụng bằng tỷ lệ sẽ đảm bảo một mức độ cụng bằng nhất định bằng cỏch chọn lựa cỏc người sử dụng để lập biểu nếu họ đảm bảo tốc độ số liệu cao tương đối so với tốc độ số liệu trung bỡnh. Vỡ thế cú xu hướng là cỏc người sử dụng được lập biểu theo đỉnh phading của họ chứ khụng phải theo chất lượng tuyệt đối. Vỡ thế ngay cả người sử dụng tại biờn ụ cũng sẽ được lập biểu và điều này đảm bảo sự cụng bằng, ở một mức độ nhất định, giữa cỏc người sử dụng cú điều kiện kờnh khỏc nhau.
Đối với trường hợp số liệu gúi mang tớnh cụm (bựng nổ), tỡnh trạng khỏc hẳn. Trong trường hợp này, cỏc bộ đệm của người sử dụng cú hạn và trong nhiều trường hợp thậm chớ cú thể rỗng, chẳng hạn một trang web cú kớch thước nhất định và sau khi phỏt trang web này, sẽ khụng cũn số liệu để phỏt đến đầu cuối liờn quan cho đến khi người sử dụng ấn phớm yờu cầu một trang
mới. Trong trường hợp này bộ lập biểu max(C/I) vẫn đảm bảo một mức độ cụng bằng nhất định. Sau khi bộ đệm của người sử dụng cú C/I cao nhất đó rỗng, một người sử dụng khỏc cú bộ đệm khụng rỗng và cú C/I cao nhất sẽ được lập biểu và cứ thế tiếp tục. Nguyờn nhõn khỏc nhau giữa bộ đệm đầy và lưu lượng trỡnh duyệt web được minh họa trờn hỡnh 2.14. Bộ lập biểu tỷ lệ cụng bằng cú hiệu năng như nhau trong cả hai trường hợp.
CDF – Comutative Distribution Function: Hàm phõn bố tớch lũy
Hỡnh 2.14 – Minh họa hành vi của cỏc chiến lược lập biểu khỏc nhau a – đối với cỏc bộ đệm đầy; b – đối với mụ hỡnh lưu lượng duyệt web
Rừ ràng, mức độ cụng bằng do cỏc tớnh chất bộ đệm lại phụ thuộc rất nhiều vào lưu lượng thực tế, vỡ thế thực tế khụng nờn đưa ra một số giả thiết cụ thể cho thiết kế khi mẫu lưu lượng cú thể khỏc với giả thiết này. Nếu chỉ dựa trờn cỏc tớnh chất lưu lượng đối với cụng bằng thỡ sẽ khụng cú chiến lược tốt, nhưng cỏc phõn tớch trờn nhấn mạnh rằng cần thiết để bộ lập biểu khụng chỉ riờng cho trường hợp bộ đệm đầy.