CHƯƠNG 2 TIỀN MÃ HĨA CHO HỆ THỐNG MIMO-OFDM
3.3 Trường hợp mạng nhiề uơ với nhiều thuê bao
3.3.2 Tổng quan về các phương pháp cấp phát kênh cho mạng nhiều ơ
Các vấn đề xử lý nhiễu đồng kênh trên mỗi sĩng mang con thường được quy về
việc tính tốn tỷ số giữa cơng suất tín hiệu trên cơng suất nhiễu Gauss cộng với
cơng suất của nhiễu đồng kênh SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio). SINR được coi là một tham số để tính tốn nhằm tối ưu hĩa việc tái sử dụng phổ tần của hệ thống [14], [26], [69]. Việc tính tốn tỷ số SINR trong hệ thống mạng nhiều ơ thường phải đảm bảo SINR lớn hơn một mức ngưỡng cho trước. Mức ngưỡng này cĩ thể coi như là một tham số để đảm bảo chất lượng dịch vụ của hệ thống [5], [14], [26], [65], [69].
Tối ưu hĩa việc cấp phát kênh cho hệ thống là một vấn đề phức tạp vì cĩ rất nhiều tham số liên quan đến hoạt động của tồn hệ thống như số lượng ơ (trong đĩ cĩ bán kính, khoảng cách giữa các ơ, vị trí và hình dạng ơ…), số lượng thuê bao (liên quan tới mật độ phân bố), tổng số sĩng mang con, mơi trường xung quanh cĩ ảnh hưởng đển kênh truyền vơ tuyến, và đặc biệt thuật tốn thực hiện việc cấp phát ảnh hưởng rất nhiều đến dung lượng hệ thống,… Do vậy để cĩ được một cơng thức chính xác và cĩ thể kiểm chứng là rất khĩ.
Trong [14] trình bày bốn thuật tốn cấp phát kênh động đặt tên lần lượt là DSA1, DSA2, DSA3, DSA4. Các thuật tốn này tự thích nghi với các điều kiện của mạng do đĩ nĩ tránh được vấn đề lãng phí tài nguyên tần số. Để tăng hiệu quả tái sử dụng tần số, các ơ khác nhau được cấp những “khúc” khác nhau phụ thuộc vào tải lưu lượng, điều kiện kênh truyền và yêu cầu chất lượng dịch vụ. Các thuật tốn này đều được áp dụng trong mơi trường tái sử dụng tần số. Thứ nhất tổng số lượng “khúc” được gán cho mỗi ơ phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng, lưu lượng sẽ được tính tốn.
Sau đĩ một thủ tục gán kênh được thực hiện, thủ tục giảm nhiễu đồng kênh được tiến hành để quyết định “khúc” nào sẽ gán cho ơ nào. Thuật tốn DSA1 áp dụng cho mạng tái sử dụng tần số với hệ số bằng 1 và DSA2 áp dụng cho mạng tái sử dụng tần số với hệ số nhỏ hơn 1 với các ơ nằm cạnh nhau khơng cùng tần số. Cả hai thuật tốn khơng phân biệt sự khác nhau giữa các sĩng mang ở trung tâm hay ở lề của ơ. Tất cả “khúc” được truyền ở cùng mức cơng suất. Thuật tốn DSA1 ước lượng số lượng “khúc” trên ơ dựa trên số lượng thuê bao trên ơ hay thơng lượng mà chúng yêu cầu. Tuy nhiên thuật tốn DSA1 coi dung lượng một “khúc” là cố định để tính
số lượng “khúc” cần thiết. Kết quả là nĩ cĩ thể khơng thích ứng với số lượng
“khúc” trên ơ nếu dung lượng thực sự trung bình của các “khúc” khác với dung lượng tính tốn ban đầu. Thuật tốn DSA2 tự điều chỉnh các tham số để thích hợp hơn với dung lượng thực của các “khúc” và cho kết quả thích ứng tốt hơn với số lượng “khúc” thực tế các ơ địi hỏi. Cả hai thuật tốn tiến hành dựa trên các thủ tục tối thiểu hĩa giá thành gán trên các “khúc” và ơ.
Thuật tốn DSA3 và DSA4 hướng tới việc tái sử dụng một phần và tái sử dụng mềm phổ tần hệ thống bằng cách phân biệt các thuê bao nằm ở trung tâm và biên của ơ. Kỹ thuật điều khiển cơng suất được sử dụng cho các “khúc” dựa trên vị trí “khúc” được sử dụng ở trung tâm hay biên của ơ. Chìa khĩa của hai phương pháp này là bảo vệ các thuê bao nằm ở biên của ơ nhằm cung cấp cho chúng một tỷ số SINR tốt hơn. Cũng giống thuật tốn DSA2, các thuật tốn DSA3,4 cĩ thể tự điều chỉnh các tham số của chúng cho phù hợp với điều kiện của mạng.
Trong [48] Saad và các đồng nghiệp đề xuất phương pháp tối ưu hĩa dung lượng của hệ thống nhiều ơ dựa trên phương pháp điều khiển cơng suất nhị phân. Các sĩng
mang con sẽ được cấp phát cho thuê bao nếu tỷ số tín hiệu trên nhiễu (Signal Interference Ratio - SIR) trên sĩng mang con đĩ lớn hơn số (e e ≈ 2.7 83)1 . Phương pháp này cần tính tốn một số vịng lặp để tối ưu hĩa. Tuy nhiên phương pháp này khơng thực sự tối ưu dung lượng hệ thống nếu tính tốn theo dung lượng Shannon. Các tính tốn dung lượng tối đa của hệ thống trong trường hợp hai ơ [27] và nhiều hơn hai ơ [48] đều là gần tối ưu.
Trong [65] Nguyễn và đồng nghiệp thực hiện việc cấp phát sĩng mang con cho thuê bao thơng qua việc sử dụng khe thời gian con (mini slot). Khe thời gian con được bên thu phát cho bên phát dùng để nhận biết kênh rỗi. Quá trình cấp phát kênh gồm
cĩ hai bước. Bước thứ nhất bên thu nhận biết sĩng mang con cĩ chất lượng tốt thơng qua việc tính tốn tỷ số SIR trên mỗi sĩng mang con. Nếu SIR lớn hơn một mức ngưỡng cho trước thì bên thu xác nhận đĩ là sĩng mang con rỗi và đảm bảo được yêu cầu chất lượng dịch vụ. Tiếp đĩ bên thu thực hiện việc chiếm kênh bằng cách truyền một tín hiệu với một mức cơng suất đặt trước trên các sĩng mang con rỗi thơng qua khe thời gian con tới bên phát. Bước thứ hai là bên phát sẽ nhận diện các sĩng mang con rỗi được chỉ ra bởi bên thu thơng qua việc kiểm tra các khe thời gian con. Bên phát sẽ kiểm tra mức tín hiệu nhận được trên mỗi sĩng mang con nằm trong khe thời gian con. Nếu mức tín hiệu này lớn hơn một mức ngưỡng cho trước thì bên phát xác nhận đĩ là sĩng mang con rỗi và nĩ sẽ truyền dữ liệu trên các sĩng mang con đĩ tới bên thu. Phương pháp này cĩ ưu điểm là nâng cao thơng lượng hệ thống so với các hệ thống OFDM/TDD thơng thường.
Thực tế các phương pháp trong [48], [27], [65] chưa quan tâm tới ảnh hưởng ngược lại của nhiễu đồng kênh gây bởi việc cấp phát sĩng mang con cho thuê bao mới tới tất cả các thuê bao cũ đang hoạt động trên cùng sĩng mang gán cho thuê bao mới. Do đĩ phương pháp cấp phát kênh của Nguyễn [65] khơng đảm bảo được chất lượng dịch vụ của các thuê bao đang hoạt động khi thuê bao mới bắt đầu truyền dữ liệu.
Từ các nghiên cứu ở trên, trong phần này tác giả đề xuất hai kỹ thuật cấp phát kênh cho hệ thống nhiều ơ OFDMA- một là kỹ thuật cấp phát kênh dựa trên vị trí của các MS [5] và hai là phương pháp cấp phát kênh đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các thuê bao trong hệ thống [45]. Các kỹ thuật cấp phát này dựa trên sự dự đốn mức nhiễu đồng kênh sẽ ảnh hưởng tới các MS đang hoạt động khi một MS mới tham gia vào mạng để quyết định việc cấp phát.