CHƯƠNG 2 TIỀN MÃ HĨA CHO HỆ THỐNG MIMO-OFDM
3.3 Trường hợp mạng nhiề uơ với nhiều thuê bao
3.3.6.2 Thuật tốn cấp phát kênh đề xuất
Giả sử rằng MS gửi cho BS về mức SINR của các sĩng mang con khi truy cập mạng và các BS trao đổi thơng tin với nhau. Kênh truyền được khơi phục hồn hảo
tại bên thu. Khi cĩ một thuê bao mới (ví dụ MSi) gia nhập mạng (ví dụ BSj), trước hết BSj sẽ kiểm tra tất cả các sĩng mang con cịn trống cĩ thể dùng để cấp phát cho
MSi. Nếu SINRk SINRmin
i ≥ thì BS sẽ cấp phát thử sĩng mang con cho k MSi trước. Sau đĩ BS sẽ tính tốn mức nhiễu CCI trên sĩng mang con nếu cấp phát cho thuê k
bao MSi đến tất cả các thuê bao khác MSp đang hoạt động trên cùng sĩng mang con
k trên tồn mạng.
Việc dự đốn nhiễu đồng kênh sẽ được BS tính tốn ở mức dự phịng tối đa. Gọi ( k )max
p i
I → là nhiễu đồng kênh tối đa gây bởi việc cấp phát sĩng mang con thứ k
cho thuê bao MSi thuộc BSj tới thuê bao MSp thuộc BSl ( ). l≠j
min , max .( ) ) ( k p j k i k p i P L I→ = (3-50) min , ) ( k p j
L là tổn hao trên khoảng cách tối thiểu giữa BSj và MSp. Khoảng cách tối thiểu từ BSj đến MSp được tính bằng khoảng cách từ BSj đến biên gần nhất của ơ BSl.
Nếu mức nhiễu CCI hiện tại của MSp là k p I cộng thêm ( k )max p i I→ vào vẫn đáp ứng được k p
SINR lớn hơn SINRmin thì sĩng mang con thứ sẽ được cấp phát chính thức k
cho thuê bao MSi.
Trong thuật tốn mơ tả ở đây, BSs cĩ thể sử dụng hai cách để lựa chọn MS từ tập các MS cĩ yêu cầu kết nối. Cách thứ nhất ta gọi là “Phương pháp lựa chọn ngẫu
nhiên” - RMS (Random MS Selection method). Trong phương pháp này, MS được
lựa chọn cấp phát kênh một cách ngẫu nhiên bởi BS. Do đĩ phương pháp này đảm bảo sự bình đẳng trong truy nhập mạng giữa các MS. Trong phương pháp thứ hai, ta giả sử rằng cơng suất phát và thu đã được nhận biết trước giữa BS và MS qua kênh báo hiệu. Do vậy trong phương pháp này MS sẽ được lựa chọn dựa trên mức tổn hao cơng suất của nĩ liên quan tới tổn hao đường truyền. MS cĩ mức tổn hao ít nhất
sẽ được ưu tiên lựa chọn trước. Phương pháp này gọi là “Phương pháp tổn hao cơng suất tối thiểu” - MPM (Minimum Power loss MS method). Tuy nhiên phương pháp này khơng đảm bảo quyền bình đẳng giữa các MS, nĩ chỉ đảm bảo được hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng mạng.
Thêm vào đĩ, thuật tốn này cĩ thể áp dụng với hai trường hợp là cĩ hoặc khơng cĩ điều khiển cơng suất.
Mơ tả thuật tốn từng bước như sau
(1)Trong phương pháp MPM, BS sắp xếp tất cả MS theo thứ tự tăng dần tổn hao cơng suất tối thiểu. Sau khi sắp xếp xong, MS đầu tiên trong danh sách sẽ cĩ tổn hao cơng suất nhỏ nhất.
(2)Trong phương pháp RMS, các MS sẽ được lựa chọn một cách ngẫu nhiên. (3)Lựa chọn MSi
(4) BSj tương ứng với MSi sẽ tìm ra tập các sĩng mang con rỗi {Bj,i}. Các sĩng mang con này cĩ thể dùng để gán cho MSi. Thành phần br ∈{Bj,i} chính là chỉ số của sĩng mang con sẵn cĩ tại BSj, ở đây (0 ≤r≤NFFT-1)
(5)Thiết lập số các sĩng mang con gán cho MSi là bằng 0.
(6)Kiểm tra nếu các sĩng mang con sẵn cĩ cĩ thể gán cho MSi là khác rỗng. (7)Lựa chọn ngẫu nhiên một sĩng mang con từ tập {Bj,i}
(8)Kiểm tra nếu k i
SINR lớn hơn SINRmin
(9)Tạm thời gán sĩng mang con cho k MSi. Sau đĩ loại bỏ thành phần br từ{Bj,i}, r i j i j B b B } { }\ { , := , , và dự đốn k p SINR
(10) Kiểm tra nếu k p
SINR nhỏ hơn SINRmin
(11) Khơng gán sĩng mang con cho k MSi
(12) Gán sĩng mang con cho k MSi và cộng thêm phần nhiễu đồng kênh dự đốn được ( k )max
p i
I→ tới tất cả các MS đang hoạt động khác.
(13) Kiểm tra tổng số sĩng mang con đã gán cho MSi là nhỏ hơn hoặc bằng Nmax
(14) Đến MS tiếp theo
(15) Kiểm tra nếu là MS cuối cùng (16) Kết thúc.
Hình 3-28: Lưu đồ thuật tốn cấp phát kênh đảm bảo chất lượng dịch vụ Initialization for the
MPM method (1)
Initialization for the RMS method (2) i :=1 (3) 0 : ; 0 := k = i i c U , (5) } { ; : br br Bj,i k = ∈ (7) r i j i j k i B B b c =1 ;{ ,}:={ ,}\ ) ) ( /( 0 max k p i k p k p k p P N I I SINR = + + → (9) Ui≤Nmax, (13) max : ) ( 1 k p i k p k p i i I I I U U → = + = + (12) i:=i+1 (14) i<M (15) END Find set {Bj,i},(4) min SINR SINRki ≥ , (8) min SINR SINRk p≤ , (10) Φ ≠ } {Bj,i (6) Y Y Y Y N N Y N N N 0 = k i c (11)
3.3.6.3 Kết quả mơ phỏng
Mơ hình hệ thống OFDMA tái sử dụng tần số hệ số 1 gồm bẩy ơ– như Hình 3-17. Hệ thống OFDM với kênh truyền truyền lấy trong mơ hình trong nhà ngồi trời (Indoor-Outdoor) [110] và được mơ phỏng theo phương pháp Monte-Carlo [1]. Các tham số mơ phỏng tương tự như trong [14], [27] được cho trong Bảng 3-3 dưới đây. Việc mơ phỏng hoạt động của tồn bộ hệ thống được thực hiện với 10.000 lần lặp.
Các tham số Giá trị
Độ rộng băng tần hệ thống - B
Tổng số sĩng mang con - NFFT
Nhiệt độ hoạt động - T0 Hệ số tạp âm (NF) Cơng suất tối đa - Pmax
Bán kính ơ – Rc Tần số sĩng mang - fc 3.75 MHz 256 290 Kelvin 8 dB 1 W 500 m 2 GHz Bảng 3-3: Các tham số dùng để mơ phỏng hệ thống
Các MS được phân bố ngẫu nhiên trong vùng phủ sĩng của các BS. Hệ thống hoạt động ở chế độ FDD nghĩa là cĩ thể thu phát đồng thời nhưng tần số hướng lên và hướng xuống là khác nhau.
Cơng suất phát được xem xét trong hai trường hợp. Trường hợp cĩ điều khiển cơng suất và khơng điều khiển cơng suất. Trong trường hợp cĩ điều khiển cơng suất. Mức cơng suất phát tín hiệu được điều khiển cơng suất để bù đắp với mức tổn hao do khoảng cách truyền. Trường hợp thứ hai là khơng điều khiển cơng suất, mọi thuê bao được truyền với cơng suất phát là lớn nhất Pmax.. Ta cũng cĩ thể coi đây là kỹ thuật điều khiển cơng suất phát nhị phân [48]. Tổn hao của hệ thống cĩ thể được tính theo mơ hình suy hao được mơ tả trong [18], [23].
Hình 3-29 Hiệu quả của ph
Hình 3-30 Dung
Từ Hình 3-29 ta thấy rằn tăng số lượng thuê bao (SIRmin) cĩ nghĩa l sẽ cĩ nhiều thuê bao cĩ thuê bao thì cơ hội cấp ph trường hợp đều làm tăng
hương pháp cấp phát kênh trong trường hợp cĩ v khiển cơng suất P=Pmax [45]
lượng hệ thống trong trường hợp SINRmin=10dB
ng tỷ lệ tái sử dụng tần số η tăng khi tăng m . Điều này cĩ thể giải thích rằng khi tăn
ức nhiễu đồng kênh cho phép khi cấ cơ hội được cấp phát kênh hơn. Cịn khi ta hát kênh cho các thuê bao cũng tăng lên do v hiệu quả tái sử dụng tần số. So sánh phương
và khơng cĩ điều B [45] mức ngưỡng hay ng mức ngưỡng ậy a tăng số lượng vậy trong cả hai g pháp lựa chọn
MS theo đề xuất với phư ưu điểm hơn khi làm tăn Xem xét hệ thống trong dụng phương pháp cấp p cơng suất cĩ lợi hơn. Như dùng phương pháp phát
hơp với [48] khi áp dụn lượng hệ thống cao nhất. Hình 3-30 chỉ ra rằng p động hiệu quả hơn so phương pháp MPM dùn mạng lớn hơn so với trư hợp phương pháp MPM quả lớn nhất cho tồn hệ
Hình 3-31: So sánh chất lư
Qua Hình 3-31, phương cơng suất Pmax cĩ tỷ lệ lỗ do số lượng sĩng mang
ương pháp lựa chọn ngẫu nhiên thì phương p g hiệu quả việc cấp phát kênh.
trường hợp cĩ và khơng cĩ điều khiển cơng phát kênh ngẫu nhiên (RMS) sử dụng kỹ th
ưng nếu cấp phát kênh cho MS theo phương với cơng suất tối đa sẽ hiệu quả hơn. Kết qu ng kỹ thuật điều khiển cơng suất phát nhị
phương pháp RMS với kỹ thuật điều khiển với trường hợp khơng điều khiển cơng su ng kỹ thuật khơng điều khiển cơng suất ch ường hợp cĩ điều khiển cơng suất. Trong tấ M dùng kỹ thuật khơng điều khiển cơng suất
thống.
ượng truyền dẫn của phương pháp MPM trong tr khơng điều khiển cơng suất [45]
pháp cấp phát kênh đề xuất với kỹ thuật ph ỗi SER lớn hơn so với kỹ thuật điều khiển cơ
cấp phát trong trường hợp Pmax lớn hơn nê
pháp đề xuất cĩ
g suất thì nếu áp huật điều khiển g pháp MPM thì uả này cũng phù phân cho dung
cơng suất hoạt uất. Ngược lại, ho dung lượng ất cả các trường t mang lại hiệu
rường hợp cĩ và
hát ở mức tối đa ơng suất phát là ên gây ra nhiều
nhiễu đồng kênh hơn trong hệ thống, do đĩ SER tăng lên. Tuy nhiên nĩ vẫn đảm
bảo được chất lượng dịch vụ của hệ thống ở mức mong muốn với tham số (SINRmin). Kết quả cũng cho thấy rõ chất lượng hệ thống tốt hơn so với phương pháp cấp phát kênh động của Nguyen [65]. Vì trong phương pháp của Nguyen nhiễu đồng kênh chỉ tính trong khung hiện tại nhưng khơng tính đến ảnh hưởng
ngược lại của việc cấp phát kênh cho thuê bao mới ở trong khung tiếp theo nên khơng thể đảm bảo chất lượng truyền tin.