Ký hiệu Ý nghĩa
M Số kênh con (subchannel) trong một khung đƣờng xuống (Downlink subframe)
N Số kỹ hiệu OFDM( OFDM symbol) trong một khung đƣờng xuống
B Tập hợp tất cả các luồng cĩ dữ liệu nằm đợi ở hàng đầu ra (Back loggedd sesion
(j) Tập hợp các luồng đƣợc khối lập lịch lựa chọn đểgửi dữ liệu tại khung đƣờng xuống thứ j; (j) B
Luồng đƣợc chọn để gửi dữ liệu; (j)
Fki Nhãn thời gian kết thúc ảo của SDU thứ k của luồng thứ i
L Độ dài của SDU trả về từ hàm length(i)
length(j) Hàm lấy độ dài của SDU j
head(i) Hàm lấy SDU nằm đầu hàng đợi (head-of-line) của luồng i
dequeue_to_obuffer(i) Gửi gĩi đầu hàng đợi của luồng i vào bộ đệm phát
W( )j Tổng số khe (slot) hệ thống đã dành cho luồng thứ i cho đến khung thứ j.
W(j) Sốkhe cịn trống trong khung đƣờng xuống thứ j; W(j) ≤ M xN
w (j) Số khe dự kiến dành cho luồng ω tại khe j
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ khung thứ j.
Mục tiêu của E-WFQ là tại khung đƣờng xuống thứj, phải chọn ra đƣợc một tập hợp Ω(j)∈ΩB các luồng dữ liệu cĩ SDU đƣợc đĩng gĩi vào khung đƣờng xuống.
Thuật tốn E-WFQ đƣợc trình bày nhƣ sau (Bảng 4.3): 1. W(j) = M xN /*Số khe trống của khung j là m.n*/ 2. While W(j) >0 do
3. = arg, min{Fki , i B}/*chọn luồng cĩ Fk
i nhỏ nhất
4. L=lenght(head( )) /*Lấy độ dài của SDU nằm ở đầu hàng đợi của luồng ω*/ 5. dequeue_to_obuffer(i)/*Gửi SDU nằm đầu hàng đợi của luồng ω ra bộ đệm
phát*/
6. w( )(j) = W ( )
( )
j L
B j ; /*Ƣớc lƣợng số slot cần phải dành cho SDU của luồng ω tại khe j*/
7. (j) = (j) ; /*Cập nhật ω vào tập hợp Ω(j) */
8. W(j) = W(j) - w( ) /*Ƣớc lƣợng sốkhe trống cịn lại trong khung j*/
Trong thuật tốn trên, cĩ nhận xét rằng E-WFQ vẫn hoạt động trong miền thời gian. Tại khung đƣờng xuống thứ j, do đã biết trƣớc số khe trống đƣợc sử dụng để truyền SDU từ các luồng khác nhau, E-WFQ thực hiện các bƣớc sau:
− Chọn luồng ω sẽ đƣợc gửi trong khung thứ j theo thuật tốn WFQ (thỏa mãn các yêu cầu về băng thơng, QoS và tính cơng bằng).
− Lấy SDU nằm đầu hàng đợi luồng ω và chuyển vào bộ đệm phát.
− Ƣớc lƣợng số khe w ( )j mà SDU này sẽ chiếm trong khung thứ j dựa vào lƣợng bit và số khe mà luồng này chiếm trong các khung trƣớc:
W ( ) w ; ( ) j j L B j
Việc lựa chọn này sẽ chấm dứt khi số khe ƣớc lƣợng ) (j W bằng 0. Chú ý rằng trong thực tế, số khe thực chất cịn lại khi truyền đi dữ liệu của ) (j Ω luồng cĩ thể thừa hoặc thiếu. Thuật tốn tối ƣu hĩa tài nguyên vơ tuyến sẽ cĩ nhiệm vụ cân đối lại các khe thừa hoặc thiếu này.
4.5.5.7 Thuật tốn tơi ƣu hĩa tài nguyên vơ tuyến OFDMA-TDD (time-frequency burst mapping algorithm – TF-BMA) [23]
Trong phần này chúng tơi sẽ tập trung vào một thuật tốn sắp xếp dữ liệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Chúng tơi giả thiết rằng trạm gốc BS nắm đƣợc trạng thái kênh truyền của tất cả các MS nằm trong vùng quản lý của nĩ. Trong WiMAX, việc này là khả thi do IEEE802.26 cho phép các MS cĩ thể gửi về BS các thơng tin về chất lƣợng kênh truyền (Channel Quality Feedback – CQI) khi cĩ yêu cầu.
Bảng 4.3. Các ký hiệu đƣợc sử dụng trong mơ hình tốn học [23]
Kí hiệu Ý nghĩa
S={s1,...sM} Tập hợp các kênh con trongg khung OFDMA-TDD đƣờng xuống T={t1,...tN } Tập hợp các ký hiệu OFDM (OFDM symbol) trong một khung đƣờng
xuống
B Tập hợp tất cả các luồng cĩ dữ liệu nằm đợi ở hàng đợi đầu ra (black logged sesion)
(j)={ 1,... K} Tập hợp các luồng đƣợc khối lập lịch chọn để gửi dữ liệu tại khung đƣờng xuống thứ j;
bk,m,n(j) Số bít mà luồng thứ k cĩ thể gửi đƣợc luồng đĩ chiếm khe tại kênh con m và ký hiệu OFDM thứ n tại khung đƣờng xuống thứ j
Lk(j) Chiều dài của SUD luồng thứ k trong khung đƣờng xuống thứ j
LkT(j) Số bít đã truyền của luồng k cho tới thời điểm ký tự OFDM T của khung j
m
(j) Số khe cịn trống tại kênh con m, khung đƣờng xuống j
km(j) Số khe cần phải cấp phát cho luồng k tại kênh con m, khung đƣờng xuống j
k(j) Tổng số khe đƣợc cấp phát cho luồng k tại tất cả các kênh con khác nhau. Trong đĩ: 1 ( ) , , 0 x j k m n
Để dung lƣợng kênh truyền đạt cực đại, ta cĩ hàm mục tiêu nhƣ sau: ax
, , , ,
m k m n k m n k m nx b
một bài tốn tối ƣu cĩ các điều kiện giới hạn nhƣ sau:
0 1 1; , ; , , 1 , , 0 ,.... , ,... : e x f + * * 0 1 , , , , , , k x m n i k m n M N T T L j L j L j L j x n T m k k k k k m n i f l e i i f p l l e x e f x x i p k o p k i f l k i j e
Trong thuật tốn này chúng tơi sử dụng chiến thuật sắp xếp theo thời gian, sau đĩ đến tấn số nhƣ trong Hình 4.19. Để đơn giản hĩa, giả thiết các khối dữ liệu của ngƣời sử dụng khơng cần là hình chữ nhật.
Nếu luồng k chiếm khe (m,n) trịn khung j để truyền Nếu luồng k khơng chiếm khe (m,n)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Hình 4.19 Sắp xếp các khối dữ liệu vào các kênh con lần lƣợt từ trên xuống dƣới Nhƣ vậy bộ lập lịch cĩ nhiều đầu vào và đầu ra, nhƣng quan trong nhất của đầu vào Nhƣ vậy bộ lập lịch cĩ nhiều đầu vào và đầu ra, nhƣng quan trong nhất của đầu vào khi xét trong luận văn này là hồi âm của UE về eNodeB, thơng số CQI, để eNodeB biết đƣợc chất lƣợng kênh truyền mà cấp phát tài nguyên nhằm đảm bảo chất lƣợng kênh truyền thể hiện ở thơng số SINR, BLER dƣới 0.1. Tài nguyên cấp phát bao gồm số RB cấp cho mỗi UE theo thuật tốn lập lịch, cơng suất phát, mã hĩa và điều chế theo bảng tham chiếu MCS. Thuật tốn lập lịch lặp lại trong khoảng mỗi TTI là 1 ms. Trong nội dung luận văn cũng đã lập ra thuật tốn lập lịch cho các kỹ thuật lập lịch làm cơ sở mơ phỏng.
Việc đánh giá hiệu quả một thuật tốn lập lịch dựa vào nhiều yếu tố mà thuật tốn đĩ đem lại cho hệ thống và ngƣời dùng nhƣ thơng lƣợng, chất lƣợng dịch vụ, độ phức tạp…Tuy nhiên, trong nội dung luận văn khơng thể đánh giá hết đƣợc các thơng số mà chỉ tập trung vào các thơng số theo đánh giá là quan trọng là thơng lƣợng, tỉ lệ lỗi BLER.
Nhƣ chúng ta biết, mục đích chính khi nâng cấp từ UMTS lên hệ thống LTE là nâng cao thơng lƣợng hệ thống và ngƣời dùng. Vì thế việc cấp phát tối ƣu thơng lƣợng này là rất quan trọng. Khi thơng lƣợng hệ thống cao thì sẽ khơng lo nhiều vấn đề trễ gĩi hay độ dao động trễ nữa. Bên cạnh đĩ, việc cấp phát tài nguyên nhiều nhƣng đảm bảo ít lỗi cũng rất quan trọng.
4.6 . Phân tích và đánh giá kết quả mơ phỏng. [11], [17], [18], [19], [23]
Phần này điều tra các hoạt động của liên kết LTE mơ phỏng cấp độ về thơng cho các kịch bản khác nhau (chƣơng trình lập lịch trình khác nhau, khác nhau hệ thống ăng-ten truyền, các mơ hình kênh khác nhau [11] và số lƣợng khác nhau của
Miền thời gian (ký tự OFDM) Miền
tần số (kênh com)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
ngƣời sử dụng). Đầu tiên chúng ta sẽ bắt đầu với mơ tả của LTE Link Level Simulator of the Vienna University [21]. Sau đĩ, vẽ biểu đồ đại diện của việc thực hiện các thuật tốn lập lịch về thơng lƣợng.
4.6.1. Giới thiệu chƣơng trình LTE System Level Simulation
Trong phần mơ phỏng, luận văn kiểm nghiệm các kỹ thuật lập lịch sử dụng chƣơng trình mơ phỏng bằng ngơn ngữ Matlab. Bộ chƣơng trình này phù hợp với việc kiểm nghiệm các kỹ thuật lập lịch trên nền cơng nghệ LTE. Giống nhƣ các chƣơng trình mơ phỏng mức hệ thống LTE, cốt lõi chƣơng trình gồm: mơ hình đo đạc liên kết và mơ hình hiệu suất liên kết. Mơ hình đa đạc liên kết tính tốn chất lƣợng liên kết eNodeB và UE sử dụng đáp ứng liên kết và cấp phát tài nguyên. Mơ hình hiệu suất xác định BLER của liên kết.
Hình 4.20 mơ tả tổng quan về các kịch bản mơ phỏng khác nhau cĩ thể trong mơ phỏng LTE. Tuy nhiên, trong luận án này tập trung vào một đƣờng xuống, nhiều ngƣời sử dụng đơn bào.
Hình 4.20 Tổng quan các kịch bản mơ phỏng khác nhau trong mơ phỏng LTE [23]
4.6.2 Thiết lập mơ phỏngĐối với kế hoạch Round Robin. Đối với kế hoạch Round Robin.
Lập kế hoạch RR khơng thích ứng với các chế độ AMC theo CQI- thơng tin phản hồi. Nĩ luơn luơn mơ phỏng với các thiết lập giá trị CQI trong LTE_sim_batch.mas tập tin cqi_i. Bằng cách sửa chữa các CQI đến 7, chúng tơi đã giả định rằng điều kiện kênh đều giống nhau trên mỗi RB trong quá trình mơ phỏng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Bảng 4.4 Các tham số mơ phỏng RR Tham số Giá trị Số ngƣời sử dụng 4 Số lƣợng trạm gốc 1 Băng thơng 1,4MHz
Loại kênh Cho ngƣời đi bộ B Chiều dài mơ phỏng 100 tiểu khung
Thuật tốn lập lịch Round Robin, CQI=7 Các chƣơng trình truyền tải SISO, MIMO
Đối với kế hoạch Best CQI, [11] Trƣớc khi thay đổi:
Đĩ là khơng cĩ thể chạy giả lập tốt nhất CQI là thuật tốn lập lịch. Vào cuối của mơ phỏng, trong simulation_resultswe tên file quan sát rằng đã cĩ khơng RBS đƣợc giao và chúng ta cĩ thể tính đƣợc thơng qua. Hơn nữa CQI khơng đƣợc đƣa vào xem xét. Các thơng số mơ phỏng chính cho ví dụ theo nghiên cứu đƣợc trình bày trong bảng
Bảng 4.5 Bảng các tham số mơ phỏng CQI
Tham số Giá trị
Số ngƣời sử dụng 3
Số lƣợng trạm gốc 1
Băng thơng 1,4MHz
Loại kênh Cho ngƣời đi bộ B
Chiều dài mơ phỏng 100 tiểu khung Thuật tốn lập lịch Best CQI Các chƣơng trình truyền tải SISO, MIMO
4.6.3. Đánh giá kết quả và phân tích. [11]
Trong phần này, các mơ phỏng mức độ liên kết đƣợc thực hiện để đánh giá màn trình diễn của các thuật tốn lập lịch đƣờng xuống. Chúng tơi điều tra hiệu suất của trình giả lập cấp LTE liên kết về thơng lƣợng cho các kịch bản khác nhau (phƣơng pháp lập kế hoạch khác nhau, ăng-ten hệ thống truyền dẫn khác nhau, các mơ hình kênh khác nhau và số lƣợng khác nhau của ngƣời sử dụng).
Bảng 4.6 Tĩm tắt các thiết lập mơ phỏng thiết yếu và các thơng số đƣợc sử dụng cho các kịch bản mơ phỏng khác nhau.
Tham số Giá trị
Số ngƣời sử dụng 1,10, 25, 50 và 100 Số lƣợng trạm gốc 1
Băng thơng 20MHz
Loại kênh Cho ngƣời đi bộ B và xe cộ A Chiều dài mơ phỏng 100 tiểu khung
Thuật tốn lập lịch Round Robin, lập lịch trình mới và Best CQI Các chƣơng trình truyền tải SISO, MIMO (2x2) và MIMO (4x4)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Kịch bản mơ phỏng [11] Kịch bản 1:
Trƣờng hợp 1:
Ngƣời đi bộ B, SISO, MIMO, ngƣời sử dụng và thuật tốn lập lịch mới. Trong trƣờng hợp đầu tiên chúng tơi mơ phỏng một ngƣời dùng duy nhất và chúng tơi hiển thị thơng lƣợng sử dụng cho các giá trị SNR khác nhau. Chúng tơi đã vẽ ra thơng lƣợng cho các chƣơng trình truyền dẫn khác nhau (SISO, MIMO (2x2), và MIMO (4x4)). Các thuật tốn lập lịch đƣợc sử dụng là lập lịch mới đề xuất. Thời gian mơ phỏng là 100 TTI; băng thơng đƣợc lựa chọn là 20 MHz. Loại kênh là đi bộ B (PedB).
Hình 4.21 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng
Hình 4.21 mơ tả thơng lƣợng sử dụng cho các chƣơng trình truyền dẫn khác nhau. Ta nhận thấy rằng các thơng lƣợng của một hệ thống SISO là thấp hơn so với thơng lƣợng của một MIMO (2x2) và thơng lƣợng sử dụng của hệ thống MIMO (4x4) và thơng lƣợng của một hệ thống MIMO (4x4) là cao nhất. Vì vậy, nĩi cách khác, các chƣơng trình truyền cao hơn, thơng lƣợng cao hơn. Thơng lƣợng tăng so với SNR. Ở đây ta cĩ thể đạt thơng lƣợng tối đa 115 Mb /s.
Trƣờng hợp 2: Dành cho ngƣời đi bộ B, SISO, MIMO, ngƣời sử dụng và thuật tốn Round Robin SNR[dB] Thr oughp ut [Mb/s ]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Trƣờng hợp thứ hai này dự định sẽ mơ phỏng một ngƣời dùng duy nhất và hiển thị thơng lƣợng sử dụng cho các giá trị SNR khác nhau. Thơng lƣợng cho các chƣơng trình truyền dẫn khác nhau (SISO, MIMO (2x2), và MIMO (4x4)) đƣợc vẽ. Ở đây các thuật tốn lập lịch trình là Round Robin nhƣng với một ngƣời sử dụng. Thời gian của các mơ phỏng đƣợc xác định bằng khoảng thời gian truyền dẫn (TTI). Chúng ta đặt thời gian để mơ phỏng 100 TTI; băng thơng đƣợc lựa chọn là 20 MHz. Các CQI đƣợc thiết lập đến 7 trong mơ phỏng. Thuật tốn lập lịch Round Robin khơng thích ứng với các chế độ AMC theo CQI thơng tin phản hồi. Nĩ luơn luơn mơ phỏng với các thiết lập giá trị CQI trong các tập tin LTE_sim_batch.mas cqi_i. CQI đƣợc cố định 7 khi chạy mơ phỏng với thuật tốn lập lịch Round Robin. Loại kênh đƣợc sử dụng là ngƣời đi bộ B (PedB).
Hình 4.22 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng.
Hình 4.22 hiển thị các mối quan hệ giữa SNR và thơng lƣợng sử dụng cho các chƣơng trình ăng ten khác nhau. Thơng lƣợng của một hệ thống SISO thấp hơn thơng lƣợng của một MIMO (2x2) và thơng lƣợng của một hệ thống MIMO (4x4). Rõ ràng là thơng lƣợng của một hệ thống MIMO (4x4) là cao hơn so với thơng lƣợng của MIMO (2x2) hai lần và thơng lƣợng của hệ thống MIMO (2x2) cũng cao hơn so với thơng lƣợng của hệ thống SISO hai lần. Ở đây nĩ cĩ thể đạt thơng lƣợng tối đa 42 Mb /s
Trƣờng hợp 3: Thuật tốn Best CQI, Dành cho ngƣời đi bộ B, hệ thống SISO, MIMO và ngƣời sử dụng duy nhất. SNR[dB] Throug hp ut [Mb/ s]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Trƣờng hợp thứ ba mơ phỏng một ngƣời dùng duy nhất. Thơng lƣợng cho các chƣơng trình truyền dẫn khác nhau (SISO, MIMO (2x2), và MIMO (4x4)) đƣợc vẽ. Các thuật tốn lập lịch trình là Best CQI nhƣng với một ngƣời sử dụng. Thời gian của các mơ phỏng đƣợc thiết lập để 100 TTI, băng thơng 20 MHz, và các loại kênh đƣợc sử dụng là ngƣời đi bộ B (PedB).
Hình 4.23 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng
Hình 4.23 hiển thị SNR và thơng lƣợng sử dụng cho các hệ thống SISO và MIMO. Từ con số này thơng lƣợng UE của một hệ thống MIMO (2x2) là cao hơn so với thơng lƣợng của một hệ thống SISO và thấp hơn so với thơng lƣợng của một hệ thống MIMO (4x4). Hơn nữa thơng lƣợng tăng so với SNR. Ở đây ta cĩ thể đạt thơng lƣợng tối đa 121 Mb /s.
Kịch bản 2:
Trƣờng hợp 1: Dành cho ngƣời đi xe A, Hệ thống SISO, MIMO, ngƣời sử dụng và thuật tốn lập lịch mới. Trong trƣờng hợp đầu tiên tơi dự định để mơ phỏng một ngƣời dùng duy nhất và tơi hiển thị thơng lƣợng sử dụng cho các giá trị SNR khác nhau. Tơi đã vẽ thơng lƣợng cho các chƣơng trình ăng ten khác nhau (SISO, MIMO (2x2), và MIMO (4x4)). Các thuật tốn lập lịch trình đƣợc sử dụng là thuật tốn lập lịch mới đề xuất. Thời gian mơ phỏng là 100 TTI; băng thơng đƣợc lựa chọn là 20 MHz. Loại kênh là ngƣời đi xe cộ A.
SNR[dB] Throug hp ut [Mb/ s]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Hình 4.24 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng.
Hình 4.24 mơ tả mối quan hệ giữa SNR và thơng lƣợng sử dụng cho các chƣơng trình truyền dẫn khác nhau. Tơi nhận thấy rằng các thơng lƣợng của một hệ thống SISO là thấp hơn so với thơng lƣợng của một MIMO (2x2) và thơng lƣợng của một hệ thống MIMO (2x2) là thấp hơn so với thơng lƣợng của một hệ thống MIMO (4x4). Vì vậy, nĩi cách khác, các chƣơng trình truyền cao hơn, thơng lƣợng sẽ cao hơn. Thơng lƣợng tăng so với SNR. Ở đây ta cĩ thể đạt đƣợc thơng lƣợng di động tối đa 120MB/s.
Trƣờng hợp 2: Thuật tốn Round Robin, SISO, xe cộ A và một ngƣời sử dụng
Trong kịch bản này một giá trị SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng duy