CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN KỸ THUẬT OFDM VÀ OFDMA
4.1 Mô tả kịch bản và thuật toán
4.1.1 Kịch bản I: Hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu kênh ngƣợc đƣờng lên đƣờng lên
- Giải thiết các cell có kích thƣớc tƣơng đƣơng (mạng đồng nhất trong mạng LTE).
tròn với công suất phát cố định, nếu 2 máy di động trên 2 cell cạnh nhau có tần số đƣờng lên uplink giống nhau, có khoảng cách xấp xỉ nhau đến một trong hai trạm cơ sở thì trạm cơ sở đó sẽ chịu nhiễu nặng.
- Giải pháp: So sánh khoảng cách từ 2 máy di động trên 2 cell cạnh nhau tới trạm cơ sở, 2 máy nào có hiệu khoảng cách tới một trạm cơ sở là nhỏ nhất sẽ đƣợc phân 2 tần số khác nhau nhằm tránh gây can nhiễu nặng cho trạm cơ sở đó.
- Cơ sở lý thuyết:
Theo Định luật Shannon:
C = W*log2 (1+ S/N)
Trong đó: C: dung lƣợng kênh truyền (b/s) W: băng thông của kênh (Hz)
S: công suất của tín hiê ̣u đƣợc truyền đi (W) N: công suất của nhiễu (W)
S/N: tỉ số tín hiệu / nhiễu (dB)
Đánh giá ảnh hƣởng can nhiễu cùng tần số do việc sử dụng lại kênh truyền, công thức suy giảm sóng điện từ khi lan truyền:
P(d) = P0*(d/d0)-n
Trong đó: P0: công suất sóng điện từ tham chiếu ở khoảng cách d0 P(d): công suất sóng điện từ ở khoảng cách d so với điểm phát
n: là số mũ suy giảm sóng điện từ (chỉ số này phụ thuộc vào môi trƣờng truyền sóng)
Xét mô hình giữa điểm phát T và điểm thu R không có vật cản. Từ tính chất lan truyền của sóng điện từ ta có công thức Friis:
Pr(d) = Pt*Gt*Gr*λ2 / (4π)2*d2*L Trong đó: Pt: công suất phát
Pr(d): công suất thu d: khoảng cách giữa T-R
Gt, Gr: hệ số tăng ích của anten phát và thu L: hệ số mất mát
λ: bƣớc sóng lan truyền
Phƣơng trình Friis cho thấy công suất thu tỉ lệ nghịch với bình phƣơng khoảng cách.
Khi đó ta có phƣơng trình tham chiếu với khoảng cách d0: Pr(d) / Pr(d0) = (d0//d)2
Do can nhiễu mà các tín hiệu không mong muốn gây nên sẽ làm giảm dung lƣợng hệ thống. Từ công thức Shannon, chúng ta sẽ đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của tín hiệu không mong muốn thay đổi thông qua đánh giá dung lƣợng hệ thống.
Áp dụng công thức Friis, phƣơng trình tham chiếu vào công thức Shannon để đánh giá dung lƣợng hệ thống, thay vì dùng tỉ số công suất của tín hiệu mong muốn trên công suất tín hiệu không mong muốn, ta sẽ đánh giá tỉ số khoảng cách của nguồn tín hiệu tới điểm thu.
- Mô tả thuật toán:
Với cell A và cell B có kích cỡ tƣơng đƣơng, bán kính cell là 100m, giả sử máy di động M1 và M2 thuộc cell A, máy di động N1 và N2 thuộc cell B. Trong đó cell A là cell tham chiếu, trạm cơ sở đã chủ động phân máy di động M1 có tần số f1 và M2 có tần số f2.
Hình 4.1 Kỹ thuật ICIC trong LTE [15]
Gọi a là hiệu khoảng cách từ máy di động M1 và N1 đến trạm cơ sở cell A. Gọi b là hiệu khoảng cách từ máy di động M2 và N1 đến trạm cơ sở cell A. Gọi c là hiệu khoảng cách từ máy di động M1 và N2 đến trạm cơ sở cell A. Gọi d là hiệu khoảng cách từ máy di động M2 và N2 đến trạm cơ sở cell A.
Bảng 4.1 Hiệu khoảng cách giữa các thuê bao
Máy di động N1 N2
M1 (f1) a c
M2 (f2) b d
Ta thấy rằng, từ giá trị hiệu nhỏ nhất trong 4 trƣờng hợp trên sẽ phải phân 2 máy di động 2 tần số khác nhau, điều đó có nghĩa rằng tần số phân cho N1 và N2 phục thuộc vào khoảng nhỏ nhất trong các hiệu khoảng cách trên.
Khi đánh giá tổng dung lƣợng đƣờng lên từ M1 và M2 của cell tham chiếu, sẽ xem tín hiệu của N1 và N2 là tín hiệu nhiễu. Tùy trƣờng hợp là a hay b hay c hay d là nhỏ nhất sẽ tính nhiễu đồng kênh tƣơng ứng trong công thức tính dung lƣợng hệ thống. So sánh tổng dung lƣợng hệ thống khi có sự phối hợp phân chia tần số và khi không phối hợp phân chia tần số (phân mặc định tần số f1 cho M1 và N1; phân tần số f2 cho M2 và N2).
Ví dụ xét trƣờng hợp d là nhỏ nhất, điều có nghĩ là máy di động M2 và máy di động N2 có hiệu khoảng cách tới trạm cơ sở cell A là nhỏ nhất. Vì vậy, 2 máy này sẽ gây nhiễu nặng nhất cho trạm cơ sở cell A trong trƣờng hợp dùng chung tần số. Do đó ta sẽ phân tần số f1 cho máy di động N2 (do máy di động M2 đã đƣợc phân mặc định f2). Nhƣ vật ta có M1 và N2 đƣợc phân tần số f1; M2 và N1 đƣợc phân tần số f2. Khi tính tổng dung lƣợng đƣờng lên của hệ thống sẽ xem tín hiệu từ N2 gây nhiễu đồng kênh cho tín hiệu từ M1 và tín hiệu từ N1 gây nhiễu đồng kênh cho tín hiệu từ M2.
4.1.2 Kịch bản 2: Hai trạm cơ sở hợp tác chống nhiễu trên kênh xuôi đƣờng xuống đƣờng xuống
- Đặc điểm trong mạng hỗn hợp (LTE-A), cell lớn (macro cell) có công suất phủ sóng mạnh, cell nhỏ (small cell) bên trong có công suất phủ sóng nhỏ. Do small cell có thể nằm hoàn toàn trong búp sóng của macro cell với công suất mạnh nên các máy di động trong small cell nếu dùng lại tần số sẽ chịu nhiễu cùng kênh mạnh, đặc biệt tại vùng biên của small cell.
- Giải pháp: dùng xen kẽ khe thời gian giữa các máy di động thuộc vùng phủ của small cell và các máy di động ngoài vùng phủ của small cell nhƣng thuộc vùng phủ của macro cell. Điều này cũng áp dụng cho kênh đƣờng lên.
- Cơ sở lý thuyết:
Nhƣ trình bày ở chƣơng 3, kỹ thuật eICIC cho phép một macro cell và một small cell chia sẻ đồng kênh, có thể dùng tài nguyên vô tuyến trong các khoảng thời gian khác nhau bằng cách sử dụng các khung con, nó có thể ngăn nhiễu cho các ngƣời dùng biên cell trong small cell bị gây bởi macro cell.
Hình 4.2 Kỹ thuật eICIC trong LTE-A [15]
- Mô tả thuật toán:
Đƣờng xuống: Giả sử có một máy di động MS thuộc macro cell và nằm ở biên với small cell dùng tần số f1. Gieo ngẫu nhiên một máy di động MS trong small cell cũng dùng tần số f1.
Công suất nhận đƣợc của MS trong small cell quản lý thay đổi theo khoảng cách đến trạm cơ sở BS của small cell, trong khi công suất nhiễu phát xuống của macro cell đến MS trong macro cell mạnh và ít thay đổi trên vùng diện tích nhỏ. Khi đó, MS thuộc vùng quản lý của small cell có khả năng bị ảnh hƣởng nhiễu nặng từ BS của macro cell.
Tính thông lƣợng của MS trong small cell theo 2 trƣờng hợp: bị nhiễu bởi macro cell và trƣờng hợp khử nhiễu theo thời gian. Việc tính toán thông lƣợng trong 2 trƣờng hợp này dựa trên cơ sở lý thuyết theo định luật Shannon và công thức Friis, phƣơng trình tham chiếu nhƣ đã đƣợc trình bày trong Kịch bản I. Khi tính thông lƣợng của MS trong small cell ta xem tín hiệu từ BS của macro cell là tín hiệu nhiễu còn tín hiệu từ BS của small cell là tín hiệu mong muốn. Trong trƣờng hợp khử nhiễu theo thời gian, tính thông lƣợng của MS trong small cell bằng một nửa thông lƣợng không có thành phần nhiễu từ BS của macro cell do sự phân chia khe thời gian sử dụng khung trống.
Đƣờng lên: cũng đƣợc tính tƣơng tự khi có một MS của macro cell ở biên small cell. Trạm cơ sở của small cell sẽ chịu nhiễu khi phân cùng tần số cho MS trong small cell. Công suất có ích thay đổi theo khoảng cách đến trạm cơ sở small cell trong khi công suất nhiễu không đổi.