Thuật toán điều khiển công suất do Yu đưa ra ở trên đã thực hiện điều khiển công suất bằng phương pháp phân bổ bit và công suất cho mỗi người dùng dựa trên thuật toán water - filling lặp. Một thuật toán khác cũng điều khiển công suất dựa trên việc phân bổ bit trên toàn bộ kênh con của từng người dùng nhưng thời gian thực hiện lại nhanh hơn. Thuật toán này do Jung Won đưa ra, nó dựa trên phân bổ bit đa người dùng.
2.4.1 Phân bố công suất và bit đa người dùng
Như ta đã biết, vấn đề chính cần quan tâm khi phát triển thuật toán điều khiển công suất và tốc độ là tối đa hoá miền giới hạn tốc độ. Trung tâm quản lý phổ sẽ chạy thuật toán với những thông tin về kênh truyền và mật độ phổ công suất của nhiễu đã biết. Với các kênh DSL, việc ước lượng chính xác về kênh truyền có thể thực hiện được do kênh DSL ít thay đổi và việc ước lượng PSD của nhiễu cũng ít khó khăn. Giả sử rằng các thông tin về kênh truyền đã biết, thuật toán điều khiển công suất không chỉ điều chỉnh tốc độ và công suất cho mỗi người dùng mà còn phân bố công suất và bit. Thuật toán bit-loading rời rạc đa người dùng trong phân bổ bit và công suất cho toàn bộ người dùng với mục tiêu tối thiểu hoá tổng công suất để đạt được một tốc độ mong muốn. Ở đây, việc thực hiện thuật toán này nhằm giải quyết
vấn đề tối thiểu hoá tổng công suất có trọng số (WPSMP):
Mục tiêu: Tối thiểu M i
i iP 1 (2.19) với: M i 1 i tar R R trong đó, ( ) 1 n P P N n i i
là công suất của người dùng i, Rtar là tốc độ tổng, i là trọng số công suất của người dùng i. Vấn đề WPSMP là một vấn đề tổng quát hoá của vấn đề tối thiểu hoá công suất tổng. Để giải quyết vấn đề này, Jung won đã sử dụng
thuật toán bit-loading rời rạc đa người dùng.
Bước 1. Khởi tạo: Cho toàn bộ người dùng và toàn bộ kênh con, tính toán cái giá phải sử dụng hàm giá trị (cost) để truyền một bit
Bước 2. Thực hiện các quá trình lặp lại phân bổ bit: Lặp lại những phần sau cho tới khi tốc độ tổng mong muốn đạt được.
a) Tăng 1 bit trong cặp người dùng và kênh con (i,n) trong đó có hàm giá trị thấp nhất so với toàn bộ người dùng và kênh con khác.
b) Cập nhật hàm giá trị để tăng 1 bit của người dùng i trong kênh con n. Hàm hàm giá trị để tăng 1 bit trong kênh con n cho người dùng i được định nghĩa là độ gia của tổng công suất có trọng số:
n i P n J ji M j i , 1 , (2.20)
trong đó, Pj,i(n) là độ gia công suất của người dùng j khi tăng 1 bit của người dùng
i, nó có thể được tính toán bằng cách giải các phương trình trên với n biến.
Tương đương với WPSMP là vấn đề tối đa hoá tốc độ tổng (RSMP) với một tổng công suất có trọng số được biểu diễn như sau:
Mục tiêu: Tối đa
M i i R 1 (2.21) với: max 1 P Pi M i i
trong đó Pmax là tổng công suất có trọng số lớn nhất có thể. Khi đó, thuật toán phân bổ bit đa người dùng, nhằm giải quyết vấn đề WPSMP, sẽ giải quyết vấn đề tối đa hoá tốc độ tổng với một công suất đặt trước.
2.4.2 Thuật toán điều khiển công suất và tốc độ
Một cách tiếp cận để đạt được tập hợp tốc độ mong muốn trong một kênh can nhiễu chọn tần được mô tả như sau:
1. Khởi tạo: Đặt Pi,budgetPi,khoitao với i = 1, …, M.
2. Phân bổ bit và công suất: Phân bố công suất Pi,budget trên toàn bộ các kênh con nhằm tối đa tốc độ tổng
3. Gán một công suất budget mới: Nếu tập hợp tốc độ thu được không thoả mãn với yêu cầu về tốc độ thì thay Pivà lặp lại phân bố công suất và bit ở bước 2. Thuật toán điều khiển công suất trong phần 2.3.1 do Yu đưa ra làm cho cách tiếp cận và việc sử dụng phương pháp water - filling lặp giống như thuật toán phân bố công suất và bit. Thay vì đó, thuật toán điều khiển công suất trung tâm ở đây sử dụng thuật toán bit – loading rời rạc đa người dùng nhằm tăng giới hạn tốc độ có thể đạt được.
Để áp dụng thuật toán bit-loading rời rạc đa người dùng cho vấn đề điều khiển công suất, các bước lặp bit-loading sẽ dừng lại nếu mức công suất bị vi phạm. Và khi đó, tốc độ tổng mong muốn trong WPSMP sẽ được xác định bởi công suất đó. Khi
đó, mức công suất chỉ bị vi phạm bởi một trong số các người dùng mà phân bố công suất nhanh hơn các người dùng khác, do vậy thuật toán bit-loading có thể sẽ không phân bố tất cả công suất Pmax,i cho toàn bộ người dùng. Lượng công suất được gán cho mỗi người dùng có thể được xác định bởi các trọng số công suất. Nếu trọng số công suất i của người dùng i bị giảm thì hàm hàm giá trị J(.,.) không trơn đều do độ tăng công suất của người dùng i và làm cho việc phân bố công suất nhanh hơn đối với người dùng i. Tương tự như vậy, càng nhiều công suất sẽ được gán cho người dùng i nếu trọng số i giảm. Mặt khác, công suất được gán cho người dùng i sẽ ít bằng cách tăng trọng số công suất của người dùng i. Lượng công suất được gán cho mỗi người dùng có thể được điều khiển bởi các trọng số. Hơn thế nữa, tốc độ dữ liệu của mỗi người dùng cũng được điều khiển bởi các trọng số, khi đó, tốc độ được xác định bởi lượng công suất được sử dụng.
Dựa trên những nhận định đó, thuật toán điều khiển công suất đưa ra ở đây sử dụng thuật toán bit-loading rời rạc đa người dùng, được chọn phụ thuộc vào tập hợp tốc độ được thay đổi là bao nhiêu. Phương pháp điều khiển công suất là thay đổi trực tiếp lượng công suất nào không phù hợp với thuật toán bit-loading. Do đó, thuật toán điều khiển công suất sẽ thay đổi trọng số của người dùng i nhằm thay đổi lượng công suất được gán cho các người dùng.
1) Khởi tạo: Đặt trọng số i i,khoitao cho toàn bộ i = 1,…,M
2) Phân bố công suất: Phân bố công suất trên toàn bộ tần số và người dùng sử dụng thuật toán bit-loading rời rạc đa người dùng với các trọng số công suất đã cho.
3) Gán một trọng số mới:
a) Nếu tốc độ dữ liệu của người dùng i cần phải tăng lên thì giảm trọng số
i
bằng cách đặt i i/ .
b) Nếu tốc độ dữ liệu của người dùng i cần phải giảm thì tăng trọng số i
bằng cách đặt i i
c) Lặp lại phân bố công suất với một trọng số công suất mới cho tới khi tập hợp tốc độ dữ liệu mong muốn đạt được.
Với mỗi một mức công suất ràng buộc thoả mãn phương trình (2.15), thuật toán điều khiển công suất không biết được tập hợp tốc độ mong muốn có đạt được hay không. Vì thế cần phải có trung tâm quản lý phổ, trung tâm này sẽ vẽ ra một giới hạn tốc độ dữ liệu đạt được bằng thuật toán bit-loading rời rạc đa người dùng với các trọng số thay đổi và quyết định một tốc độ mong muốn cho mỗi người dùng. Khi đó
trung tâm sẽ hoàn thành quá trình điều khiển công suất và tốc độ bằng cách buộc mỗi modem thực hiện phân bổ bit và công suất nhằm đạt được tốc độ dữ liệu mong muốn.
KẾT LUẬN
Trong chương này đã nghiên cứu về môi trường DSL và xem như một môi trường đa người dùng, khi đó nhiễu xuyên âm đầu xa và đầu gần là vấn đề trọng tâm của hệ thống này. Can nhiễu từ mạch ngắn lên mạch dài là khá rõ nét. Để giải quyết vấn đề này thì mạch ngắn cần phải giảm công suất phát của mình. Phương pháp giảm mật độ công suất hướng lên được gọi là UPBO. Các phương pháp UPBO cũng đã được nghiên cứu khá kỹ trong chương này. Các phương pháp điều khiển công suất phân bố và phân bố bit trong kênh nhiễu đa người dùng chọn lọc tần số cũng được trình bày ở đây. Kênh nhiễu được xem xét như trò chơi không có sự phối hợp hoạt động (non-cooperative game), và cân bằng Nash của game được đặc trưng dưới các điều kiện đủ. Cân bằng Nash tương ứng với tập các sự phân bổ công suất tối ưu cạnh tranh và dẫn đến thuật toán điều khiển công suất phân bố dựa vào water-filling lặp. Thuật toán water-filling lặp gán cho mỗi người dùng hàm truyền và nhiễu ghép, điều này cho phép các đường truyền được sử dụng tần số và công suất một cách hiệu quả nhất. Thuật toán điều khiển công suất mới này không yêu cầu điều khiển tập trung như cách thực hiện của các modem hiện nay. Khi áp dụng phương pháp này cho việc điều khiển công suất đường lên và đường xuống sẽ cho sự cải thiện hiệu năng một cách đáng kể.
CHƯƠNG 3 KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ PHÂN BỐ BIT CHO HỆ FDD-DMT ĐA NGƯỜI DÙNG
Chương 2 đã nghiên cứu về hệ thống DSL và các thuật toán điều khiển công suất, phân bổ bit hiệu quả. Trong đó có thể thấy rằng trong hệ thống DSL, các đường dây thuê bao từ khách hàng đến nhà cung cấp dịch vụ được bó lại với nhau. Do ảnh hưởng của điện từ trường làm xuất hiện nhiễu FEXT, NEXT và vấn đề gần – xa. Để giảm hiện tượng này người ta thường dùng kỹ thuật FDD để tránh NEXT và DMT để khử hiệu ứng gần xa và ISI. Do đó trong chương này sẽ tập trung nghiên cứu cách áp dụng và phối hợp các phương pháp điều khiển công suất, phân bổ bit đã nghiên cứu ở trên cho hệ thống cụ thể là hệ FDD-DMT đa người dùng.
Hiệu năng của hệ các hệ thống đường dây thuê bao số (DSL) đa người dùng bị ràng buộc bởi nhiễu xuyên âm. Vấn đề này càng trở nên đặc biệt quan trọng trong các hệ thống DSL sử dụng các tần số cao như VDSL do xuyên nhiễu tăng tỉ lệ thuận với tần số. Để hạn chế vấn đề này cần phải làm cực đại tốc độ bit của tất cả người dùng. Tuy nhiên môi trường DSL đa người dùng được mô hình như một kênh có nhiễu Gauss và phạm vi tốc độ của mô hình kênh này vẫn là một vấn đề không giải quyết được trong lý thuyết thông tin [10]. Với hệ thống song công đa âm rời rạc phân chia theo tần số (FDD-DMT) vấn đề này được giải quyết theo cách tối ưu phụ bằng việc sử dụng thuật toán lặp tốc độ chuẩn hóa (NRIA). NRIA xác định sự phân bổ sóng mang con thích nghi đường lên và đường xuống cho một bó cáp và thực hiện điều khiển công suất, phân bổ công suất cho mọi người dùng. Thuật toán này không yêu cầu biết trước tập tốc độ bit mục tiêu mà sẽ ước lượng chúng một cách thích nghi trong từng vòng lặp. NRIA có thể chỉ thực hiện trong tác nhân trung tâm mà có đủ các thông tin về hàm truyền kênh và hàm xuyên nhiễu.