CHƯƠNG 2 TIỀN MÃ HĨA CHO HỆ THỐNG MIMO-OFDM
3.3 Trường hợp mạng nhiề uơ với nhiều thuê bao
3.3.4.3 Tính gần đúng dung lượng tối đa của hệ thống
Để cĩ thể xác định chính xác dung lượng tối đa của hệ thống bằng phương pháp giải tích là rất khĩ do đây là một hàm số phụ thuộc rất nhiều biến. Cĩ một cách khác để tìm ra dung lượng tối đa hay gần tối đa của hệ thống thơng qua phương pháp mơ phỏng. Để cĩ thể xác định được chính xác thì với phương pháp mơ phỏng, tất cả các khả năng cĩ thể xảy ra đều phải được xem xét. Tuy nhiên điều tưởng đơn giản này lại khơng dễ dàng thực hiện trên máy tính vì với hệ thống mạng Nbs ơ và Mms thuê bao trên một ơ thì số lượng phép tính cần phải tính là bs Nbs
ms N M ) 1 2 ( − [47]. Ví dụ với
Nbs=19, Mms=8 thì (219-1)819=7,6.1022 phép tính kiểm tra. Giá trị này vượt quá khả năng xử lý của bất kỳ một máy tính hiện đại nào. Do vậy việc kiểm tra tất cả các khả năng xảy ra để thực hiện việc cấp phát kênh trong mạng nhiều ơ là khơng thể thực hiện được. Mà thực tế chỉ cĩ thể thực hiện kỹ thuật gần tối ưu với số lượng phép tính ít hơn rất nhiều [47].
Tổng quát với một mạng rộng gồm nhiều ơ, nhiễu đồng kênh ảnh hưởng là như nhau tới mọi ơ. Từ cơng thức (3-42) và (3-44) ta thấy dung lượng tối đa của một ơ bằng dung lượng của thuê bao cĩ tổn hao ít nhất. Nhận xét này giúp làm giảm số lượng thuê bao cần đưa vào xem xét để tính dung lượng lớn nhất của mạng. Để tính dung lượng tối đa của hệ thống, ta cĩ thể tính dung lượng tối đa của riêng từng ơ. Cĩ thể thấy rằng dung lượng lớn nhất của một ơ bằng dung lượng của thuê bao cĩ SINR lớn nhất trong ơ đĩ. Do vậy trong trường hợp này ta chỉ cần xét dung lượng của một thuê bao trong một ơ. Ngay cả trong trường hợp này, khi đã hạn chế mỗi ơ chỉ cĩ một thuê bao- thì việc tính tốn dung lượng tối ưu của hệ thống theo phương pháp “kiểm tra đầy đủ” (nghĩa là thử tất cả các trường hợp) cũng khơng khả thi. Với
Nbs ơ thì tổng số phép thử bằng 7⋅2Nbs−3
, ví dụ với mạng gồm 19 ơ, với 1 thuê bao trên một ơ ta cĩ tổng số các trường hợp phải xét là 7⋅216 =458752 trường hợp cho mỗi một sĩng mang con. Mà để kết quả mơ phỏng được chính xác thì việc mơ phỏng phải được lặp lại nhiều lần (cĩ thể lên đến hàng chục đến trăm nghìn lần lặp) nên cũng khơng thực tế.
Trong [47], Kiani đề xuất một thuật tốn đơn giản nhưng hiệu quả để cĩ thể đạt
được gần tối ưu dung lượng của mạng. Thuật tốn Kiani cĩ thể mơ tả như sau: Trước tiên hệ thống được giả sử rằng nhiễu đồng kênh ảnh hưởng đến các MS là như nhau trong tồn mạng. Điều này cĩ thế chấp nhận được đối với một mạng rộng gồm nhiều ơ. Tiếp đĩ giả thiết rằng tất cả các BS phát tín hiệu với cơng suất phát lớn nhất bằng Pmax. Đầu tiên việc cấp phát kênh được thuật tốn thực hiện cho tất cả các ơ. Trong mỗi ơ, MS cĩ tỷ số SINR lớn nhất sẽ được ưu tiên cấp phát kênh. Khi đĩ dung lượng mạng sẽ được tính theo cơng thức Shannon. Bước tiếp theo là thuật tốn sẽ xem xét ảnh hưởng của từng ơ thơng qua việc bật tắt lần lượt từng ơ. Nếu đối với một ơ ở trạng thái bật. Nếu khi chuyển sang trạng thái tắt mà dung lượng của mạng lại tăng lên thì ơ đĩ sẽ bị loại bỏ khỏi mạng. Cịn trong trường hợp khi một ơ tắt mà dung lượng của tồn hệ thống vì thế cũng giảm xuống thì ơ đĩ sẽ được bật trở lại và thuật tốn sẽ tiếp tục như vậy với các ơ tiếp theo cho đến ơ cuối cùng. Đặc điểm của thuật tốn Kiani [47] là trước tiên cần giả định nhiễu đồng kênh là như nhau với tất cả các MS trên tồn mạng. Thuật tốn này chỉ áp dụng đối với việc
bật tắt từng MS và chỉ thực hiện một vịng lặp. Do vậy dung lượng mạng trong trường hợp này chỉ cĩ thể gần tối ưu chứ chưa phải tối ưu. Ưu điểm của thuật tốn này là đơn giản dễ thực hiện và thời gian tính tốn nhanh.
Trong luận án này đề xuất một phương pháp cĩ thể tính dung lượng mạng tối ưu hơn so với trong [47].
Trong thuật tốn đề xuất –Khác với trong [47] là thay vì cấp phát kênh cho tất cả các ơ, thuật tốn đề xuất ở đây cĩ thay đổi. Thay vì cấp phát kênh cho tất cả các ơ khi khởi tạo, thuật tốn chỉ thực hiện việc cấp phát cho duy nhất một ơ cĩ dung lượng lớn nhất trong tồn mạng. Sau đĩ sẽ lần lượt thực hiện việc bật tắt từng ơ một. Nếu với một ơ việc bật lên mà làm tăng dung lượng mạng thì kênh sẽ được cấp phát cho ơ đĩ cịn khơng thì ngược lại.
Bước 1: Trước tiên tron đường truyền là ít nhất. Đ
Bước 2: Trong số Nbs B nhất. – BS này được đưa
Bước 3: Hệ thống sẽ thử lên, dung lượng của mạn như vậy với tất cả các ơ c
Hình 3-13: Dun
Hình 3-14: T
ng mỗi ơ – BS sẽ lựa chọn ra một MS cĩ m Điều này cĩ thể đảm bảo dung lượng của ơ là
S, hệ thống sẽ chọn BS cĩ dung lượng kên vào trạng thái bật.
ử bật tắt lần lượt từng ơ. Nếu ở một ơ nào đ ng tăng lên thì ơ đĩ sẽ được đặt ở trạng th cịn lại
g lượng hệ thống trong trường hợp 19 ơ hình lục
T ỷ lệ số ơ được cấp phát trên tổng số ơ tồn mạn mức độ suy hao à lớn nhất. nh truyền là lớn đĩ khi được bật ái bật. Tiếp tục c giác ng
Trong kết quả mơ phỏng Hình 3-13 và Hình 3-14. Hệ thống sử dụng anten vơ
hướng nghĩa là độ lợi của các anten thu phát khơng được tính đến. Kênh truyền được mơ phỏng theo phương pháp Monte-Carlo [1]. Tổn hao của hệ thống cĩ thể được tính theo mơ hình suy hao được mơ tả trong [5].
Kết quả mơ phỏng trong Hình 3-13 chỉ ra việc áp dụng thuật tốn đề xuất tương đương với thuật tốn áp dụng trong phương pháp của Kiani [47]. Thêm vào đĩ ta
thấy dung lượng hệ thống trong trường hợp khơng điều khiển cơng suất lớn hơn trường hợp cĩ điều khiển cơng suất. Các thuê bao cĩ mức độ suy hao nhỏ nhất trong mỗi ơ sẽ được ưu tiên cấp phát kênh. Sau đĩ để tìm ra dung lượng tối đa của hệ thống thì việc bật tắt từng ơ sẽ được thực hiện. Trong Hình 3-14 là sự so sánh giữa số lượng ơ được cấp phát trên tổng số ơ tồn mạng. Nhận xét rằng trong trường hợp số lượng thuê bao trong một ơ ít thì áp dụng thuật tốn Kiani [47] sẽ cĩ nhiều ơ được cấp phát hơn nhưng trong trường hợp nhiều thuê bao trong một ơ thì áp dụng phương pháp đề xuất nhiều ơ được cấp phát kênh hơn.
Nhận xét rằng hệ thống dùng phương pháp khơng điều khiển cơng suất cho dung lượng lớn hơn so với trường hợp cĩ điều khiển cơng suất. Trong cả hai trường hợp dung lượng của hệ thống tăng tỷ lệ với số lượng thuê bao trong một ơ. Điều này cĩ thể giải thích rằng với phương pháp cấp phát ở trên, các thuê bao cĩ tổn hao đường truyền nhỏ nhất trong hệ thống sẽ được ưu tiên cấp phát kênh trước. Nên trên quan điểm hình học thì cĩ thể thấy rằng các thuê bao nằm gần BS sẽ cĩ tổn hao ít hơn các thuê bao xa BS, do vậy dung lượng kênh của nĩ lớn hơn các thuê bao khác và nĩ sẽ được ưu tiên cấp phát kênh trước. Như vậy về mặt hình học cĩ thể thấy kỹ thuật cấp phát kênh này làm giảm nhỏ kích thước của các ơ hơn so lớn kích thước thực, do vậy khoảng cách giữa các ơ cũng trở nên xa nhau hơn – điều này sẽ làm giảm nhiễu đồng kênh giữa các ơ và làm tăng dung lượng hệ thống. Tuy nhiên nhược điểm của kỹ thuật cấp phát kênh này là sự bất bình đẳng giữa các thuê bao.
Trên Hình 3-13 cĩ thể thấy rằng trường hợp cấp phát kênh ngẫu nhiên sẽ thỏa mãn sự bình đẳng giữa các thuê bao. Dung lượng hệ thống trong trường hợp này phụ thuộc vào số lượng MS nhưng tốc độ tăng chậm hơn so với phương pháp trên.