filling lặp
Do kênh DSL chọn tần một cách tự nhiên, các thuật toán điều khiển công suất cho các ứng dụng DSL cần phải phân bố công suất tối ưu không chỉ giữa các người dùng khác nhau mà còn trong cả miền tần số. Giả sử rằng các điều kiện cho định lý 1 được thoả mãn, thì khi đó, có một cân bằng Nash duy nhất tồn tại.
Thuật toán điều khiển công suất sẽ được mô tả dưới đây. Mục tiêu là đạt được một tập hợp tốc độ cho tất cả các người dùng. Thuật toán thích nghi chạy trong hai tầng. Tầng bên trong đạt được một tập hợp công suất cho mỗi người dùng tại lối vào và nhận được phân bố công suất tối ưu tương ứng và tốc độ dữ liệu của nó tại lối ra. Điều này được hoàn thành bởi thủ tục water – filling lặp làm việc như sau: với mỗi một mức công suất cố định cho mỗi người dùng, đầu tiên người dùng sẽ cập nhật phân bố công suất của mình bằng việc nhận một phổ water – filling khi coi tất cả xuyên âm từ các người dùng khác như là ồn. Sau đó, water – filling được ứng dụng liên tiếp cho người dùng thứ hai, thứ ba, … cho tới khi quá trình sử lý hội tụ.
Tầng ngoài nhằm tìm kiếm một tập hợp phân bố công suất tối ưu cho mỗi người dùng. Thủ tục ngoài sẽ điều khiển công suất của mỗi người dùng
dựa trên kết quả water – filling lặp bên trong. Nếu tốc độ dữ liệu của một người dùng ở dưới tốc độ mong muốn, thì công suất của nó sẽ được tăng (khi mà chưa vượt quá ngưỡng công suất tối đa). Nếu tốc độ dữ liệu lớn hơn một chút tốc độ mong muốn thì công suất của nó được giữ nguyên không thay đổi. Thủ tục ngoài hội tụ khi mà tập hợp các tốc độ mong muốn đạt được. Thuật toán này được tóm tắt dưới đây, và một sự mô tả đơn giản được minh hoạ trong hình 3.6.
Thuật toán phân bố công suất: Xét một hệ thống đa người dùng. Giả
sử phân bố công suất chung cho tất cả người dùng là P. Ti là tốc độ mong
muốn cho người dùng i . Thuật toán điều khiển công suất thực hiện như sau: Khởi tạo Pi=P, Pi(f)=0;i=1,…K.
Thực hiện lặp
Thực hiện lặp (repeat)
Với i=1 tới K,
); ( ) ( ) ( 2 , 1 2 ) ( f f K ji f N j ji H f Pj i
Đặt Pi(f) là phổ water filling với nhiễu N(f) và tổng công suất Pi . Đặt Ri là tốc độ dữ liệu nhận được.
Cho tới (until) sự chính xác mong muốn đạt đƣợc. Với i=1 tới K,
Nếu Ri>Ti+ , đặt Pi=Pi-. Nếu Ri<Ti, đặt Pi=Pi+. Nếu Pi>P, đặt Pi=P.
Kết thúc
Các vòng lặp phía trong là thủ tục water – filling lặp. Mặc dù định lý 1 chỉ đưa ra điều kiện cho sự hội tụ trường hợp hai người dùng, nhưng nó được tiến hành trong thực tế nghĩa là water – filling lặp hội tụ với một số lượng người dùng tuỳ ý. Vòng lặp bên ngoài là một phương pháp ad hoc để tìm ra xấp xỉ công suất cho mỗi người dùng thoả mãn yêu cầu về tốc độ mong muốn. Khi các tốc độ dữ liệu là các hàm đơn điệu của tổng công suất, thì sự điều khiển tuyến tính được sử dụng trong các thuật toán ở trên hội tụ khi mà tập hợp các tốc độ mong muốn đạt được. Thuật toán này được thiết lập để thực thi với thông số =3dB và bằng với xấp xỉ 10% của tốc độ mong muốn.
Vòng lặp ngoài thuật toán điều khiển công suất cố gắng về cơ bản để tìm lượng công suất tối thiểu cần thiết để đạt được tốc độ dữ liệu mong muốn. Thực tế, các vòng lặp trong và ngoài có thể được kết hợp. Water – fillng thường tối đa tốc độ dữ liệu có thể đạt được dưới một công suất cố định. Điều này tương ứng với water – filling thích nghi tốc độ “ rate – adaptive”. Mặt khác, water – filling dự phòng “ margin – adaptive” tối đa tổng công suất truyền với một tốc độ cố định. Thuật toán được đưa ra ở đây có thể coi như
R2T2 R1T1
Water - filling Water - filling
P1 P2 Sai Sai P2=P2+ P1=P1+ P1=P1- P2=P2- Đúng Đúng
mỗi người dùng thực hiện water – filling thích nghi dự phòng. Hầu hết các modem ADSL đươc triển khai ngày nay có một dung lượng để thực hiện thích nghi dự phòng. Khi mà một tập hợp các tốc độ mong muốn có thể đạt được, thì một tập hợp các phân bố công suất tối ưu có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng thích nghi dự phòng mà không cần điều khiển trung tâm. Thực tế, thủ tục lặp có thể thậm chí được thực hiện không đồng bộ bởi vì các điểm cân bằng Nash là ổn định. Vì vậy, thuật toán này dễ thực thi trong thực tế.
Để thực hiện đúng thuật toán điều khiển công suất trên, mỗi người dùng cần phải biết tốc độ dữ liệu mong muốn của mình. Các tốc độ mong muốn trong miền giới hạn tốc độ có thể đạt được là rất quan trọng. Đồng thời cần phải có các thông tin về kênh truyền và kênh can nhiễu.
So sánh với các phương pháp thông thường, mặt phát triển của thuật toán điều khiển công suất mới này là: thuật toán water – filling lặp cung cấp một cơ hội cho tất cả các mạch vòng khác nhau trong một bó để tìm ra một dải tần số tốt nhất với mỗi mạch. Vì vậy, mỗi một mạch vòng có một động cơ để di chuyển ra xa các dải tần số có can nhiễu mạnh và tập trung trong các dải tần số mà ở đó nó hoạt động có hiệu quả. Phương thức điều khiển này loại bỏ sự áp đặt PSD tuỳ tiện, và nó có thể mang tới một sự cải tiến lớn về hiệu suất hệ thống.