3.4.3.1. Lưu đồ thuật toán điều khiển
Lưu đồ thuật toán điều khiển (hình 3.8) với các thông số được giả thiết khởi tạo ban đầu là:
• SIRmax = 33 dB • SIRopt_max = 27 dB • SIRopt_min = 19 dB • SIRmin = 8 dB • alpha(α) = 0.5 • petamax(βmax) =2 • petamin(βmin) = 1 • gamma (γ ) = ± 1
• số bước lặp điều khiển là số lần lặp của bộ timer1. Các giá trị trên tham khảo trong [5].
Những thông số này có thể được thiết lập lại ở Form “Nhập số liệu” theo tuỳ chọn của người điều khiển đối với hệ thống cần điều khiển. Chương trình mô phỏng sẽ nhận các thông số đầu vào, áp dụng các công thức tính toán trong mục (3.4.2) vào lưu đồ thuật toán để điều khiển công suất.
Việc điều khiển theo bước động DSSPC phải luôn đảm bảo theo nguyên tắc sau: Pmin ≤ Pđk ≤ Pmax. Dưới đây là lưu đồ thuật toán của điều khiển công suất theo bước động DSSPC.
43 Sai
Sai
Lệnh giảm công suất truyền Pdki = Poi - α.βmin
Đúng
Lệnh giảm công suất truyền Pdki = Poi - α.βmax
Công suất nhận là tối ưu Pdki = Poi Đúng
Đúng
SIRopt_min SIR_reali
Đúng SIR_reali > SIR _max
SIRopt_max SIR_reali Pmin Pđki Pmax Đúng Sai Đúng lap = lap +1 Sai i = i + 1 Poi = Pdki i NUE
Lệnh tăng công suất truyền Pdki = Poi + α.βmax Sai
Đúng
Lệnh tăng công suất truyền Pdki = Poi + α.βmin Sai SIR_min SIR_reali * Các thông số: + Pmax, NUE, NL(Nlap) + SIR_max, SIR_min,SIRopt_max, SIRopt_min. + (Po1,Po2,…,PoNUE) Pmax + α, βmax, βmin lap = 1 Bắt đầu Các thông số i = 1 SIR_reali
3.4.3.2. Kết quả tính toán
Hình 3.9 Bảng thông số điều khiển công suất theo DSSPC
Đây là bảng tính toán các thông số trước và sau quá trình điều khiển công suất theo bước động DSSPC.
Thông số trước khi điều khiển công suất
+ Số lượng UE kết nối đồng thời với trạm gốc phục vụ là 5, được đánh theo số thứ tự từ UE1 tới UE5.
+ Công suất phát của mỗi UE được lấy ngẫu nhiên trong khoảng [-30,18]. Công suất này chính là Pme được dùng trong công thức (4.1) và (4.2).
+ Giá trị SIR trước điều khiển được tính theo các công thức trong mục (4.5.2).
+ SIRmax = 33 dB, SIRopt_max = 27 dB, SIRopt_min = 19 dB, SIRmin = 8 dB, α = 0.5, βmin = 1, βmax = 2, γ = .
+ Có thể thấy giá trị thông số của UE5 hầu như không thay đổi ngay cả trước và sau khi điều khiển. Sở dĩ như vậy là do giá trị SIR_tính được trước khi điều khiển công suất (cũng chính là giá trị SIR đo đạc trong thực tế) nằm trong khoảng SIR_opmin ≤ SIR_tính ≤ SIR_opmax. Theo như thuật toán DSSPC thì khi đó SIR_tính sẽ đạt giá trị tối ưu và công suất phát của UE sẽ được giữ nguyên, không thay đổi. Đây là điều mà BS phục vụ luôn mong muốn nhận được.
+ UE2, UE3, UE4 lại có giá trị SIR_tính nhỏ hơn giá trị SIR_opmin. Khi đó, BS sẽ điều khiển cho UE tăng công suất phát để đạt được SIR nằm trong vùng tối ưu. Và khi SIR đạt được giá trị tối ưu rồi thì công suất phát của UE sẽ không tăng nữa, luôn giữ ở mức ổn định. Tuy nhiên, việc tăng giá trị công suất này đến một mức nào đó phải thỏa mãn điều kiện cho phép. Đó là phải luôn đảm bảo nằm trong khoảng (Pmin, Pmax).
+ UE1 có giá trị SIR_tính lớn hơn SIR_opmax nên BS phục vụ sẽ điều khiển cho UE giảm công suất phát để giảm SIR. Khi SIR giảm tới một mức nào đó để đạt đến giá trị tối ưu thì công suất phát của UE lúc đó cũng sẽ không giảm nữa, mà được duy trì ổn định. Và cũng giống như trường hợp trên, việc giảm giá trị công suất này cũng phải nằm trong điều kiện (Pmin, Pmax).
Hình 3.10 là đồ thị biểu diễn giá trị SIR và Pdk sau khi đã được điều khiển theo thuật toán DSSPC đã phản ánh tương đối chính xác các thông số.
Trong khoảng thời gian rất ngắn đầu tiên (cỡ 0.5s) thì giá trị SIR thăng giáng khá mạnh, phá vỡ mối quan hệ tỷ lệ giữa SIR và Pdk. Tuy nhiên, ngay sau đó, SIR và Pdk đã phản ánh đúng quan hệ tỷ lệ thuận của mình như trong công thức (3.8).
Các SIR càng gần với giá trị tối ưu bao nhiêu thì thời gian hội tụ của SIR càng ngắn bấy nhiêu. Và khi SIR đã nằm trong vùng hội tụ này thì công suất phát của UE dường như không thay đổi theo thời gian.
Ngược lại, đối với các UE có SIR_tính nằm xa giá trị tối ưu thì thời gian để SIR đạt được giá trị hội tụ càng lâu.
Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn SIR và Pdk theo phương pháp DSSPC
Nhận xét:
- Sự biến đổi của Pđk (Công suất điều khiển), SIR của mỗi UE (để tiến vào vùng tối ưu là khoảng giá trị (SIRoptmin, SIRoptmax)) tại mỗi bước lặp trên đồ thị là quan hệ tỷ lệ thuận với nhau phản ánh đúng với mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa Pr và SIR.
- Khi SIR của mỗi UE đã hội tụ vào vùng tối ưu thì hệ thống đạt được trạng thái ổn định tức SIR, Pđk dường như không đổi theo thời gian.
3.5.3. Tính toán điều khiển công suất phân tán
3.5.3.1. Lưu đồ thuật toán điều khiển [6]
SIR đích được thiết lập ban đầu, trong mô phỏng này chọn SIRđích = 7 dB đối với tín hiệu thoại, hệ số hội tụ k có tác động trực tiếp đến sự hội tụ của SIR và Pđk của mỗi UE, k càng lớn thì tốc độ hội tụ nhanh và ngược lại. Tuy nhiên k lớn quá gây dao động hệ thống, theo nhiều lần thực nghiệm nên chọn k = 0.04 là hợp lý đối với chương trình tính toán.
Thuật toán DPC với các thông số ban đầu được thiết lập như sau:
+ Nhập số lượng UE kết nối đồng thời tới trạm gốc phục vụ nó sao cho NUE nằm trong khoảng giá trị [1,7].
+ Số lần điều khiển công suất của hệ thống mặc định là 300 lần. Giá trị này có thể thay đổi khác nhau tùy theo người dùng.
+ Khởi tạo ngẫu nhiên vecto công suất phát ban đầu có độ dài tương ứng với NUE . Tuy nhiên, các giá trị công suất phát ngẫu nhiên của UE này phải luôn thỏa mãn điều kiện: Pmin ≤ Po ≤ Pmax.
+ SIRđích =7 (dB). + Hệ số hội tụ k = 0.04. + Pmin = -50 (dBm). + Pmax = 21 (dBm). + Pdki = Poi + e k*(SIRđích - SIRi) (3.9) [dBm] [dBm] [dBm] Điều kiện: Pmin ≤ Pdk ≤ Pmax
Dưới đây là lưu đồ thuật toán của phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC trong hệ thống.
Đúng Poi = Pdki i NUE i = i + 1 Sai Đúng i Nlap Kết thúc Sai Đúng Bắt đầu NUE,Nlap,SIRđích,Pmax Pmin ≤ (Po1,Po2,…,PoNUE) Pmax i = 1 lap = 1 SIRi Pdki = Poi + e k*(SIRđích - SIRi) [dBm] [dBm] [dBm] lap = lap + 1 Sai
Hình 3.11 Lưu đồ thuật toán phương pháp DPC Pmin Pdki Pmax
3.5.3.2. Kết quả tính toán
Hình 3.12 Bảng thông số trong điều khiển công suất theo DPC Thông số trước khi điều khiển công suất
+ Số lượng UE kết nối đồng thời với BS là 5, thỏa mãn NUE nằm trong khoảng [1,7].
+ Giá trị công suất phát mỗi UE được lấy ngẫu nhiên trong khoảng [-50,21] dBm.
+ SIR_tính trước khi điều khiển công suất được tính theo các công thức (3.4.2).
Thông số sau khi điều khiển công suất
+ Giá trị SIR_tính của các UE khác nhau cùng hội tụ về một giá trị SIRđích. Vì SIRđích thiết lập bằng 7 dB nên các SIR_tính cũng phải tiến tới giá trị tối ưu đó.
+ Giá trị công suất điều khiển Pdk sẽ tiến tới không thay đổi theo thời gian khi SIR được hội tụ về giá trị SIRđich.
Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn SIR và Pdk theo phương pháp DPC
Nhận xét:
- Ở giai đoạn đầu điều khiển SIR biến đổi nhanh trong tích tắc trong khi sự biến đổi tương ứng Pđk của mỗi UE chậm hơn nên quan hệ tỷ lệ thuận giữa chúng không được phản ánh rõ nét. Tuy nhiên ở ngay giai đoạn sau, SIR hội tụ dần về SIRđích và Pđk không đổi theo thời gian và Pmin ≤ Pđk ≤ Pmax .
- Đồ thị SIR và Pđk phản ánh đúng với thuật toán điều khiển: đồ thị biến thiên dạng hàm số e mũ, đúng với công thức (3.9).
- Tốc độ hội tụ của SIR và Pđk nhanh hơn so với phương pháp DSSPC.
3.6. Kết luận
Kỹ thuật điều khiển công suất theo bước động DSSPC dựa trên tham số tỷ số tín hiệu trên nhiễu giao thoa SIR để điều khiển công suất truyền bằng cách dùng
khái niệm ngưỡng nhiều mức. Tốc độ điều chỉnh công suất cũng rất nhanh. Do đó phương pháp này có khả năng chi phối linh hoạt sự thay đổi fading của tín hiệu truyền.
Kỹ thuật điều khiển công suất phân tán DPC không yêu cầu thông tin trạng thái tập trung tất cả các kênh riêng lẻ. Thay vào đó, nó có thể thích nghi các mức công suất nhờ sử dụng các phép đo vô tuyến cục bộ, chú ý tới thay đổi chất lượng dịch vụ đồng thời giải quyết hiệu ứng tồn tại trong hệ thống tế bào. Tuy nhiên, phương pháp này không xét đến sự liên quan giữa các kết nối mới cho QoS của các kết nối hiện hữu và cần nhiều thời gian hơn để tối ưu hoá mức SIR.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Đinh Thị Thái Mai, “Hệ thống thông tin hiện đại”, ĐH Công nghệ Hà Nội [2]. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3”, Nhà xuất bản Bưu điện
2001.
[3]. Harri Holma, Antti Toskala, “ WCDMA for UMTS- Radio access for third generation mobile communications”, John Wiley & Sons. Ltd, 2004
[4]. Yue Chen,“Soft Handover Issues in Radio Resource & Management for 3G WCDMA Networks”, Doctor of Thesis.
[5]. Siamak Naghian, Matti Rintamaki, Ramin Baghaie, “ Dynamic Step-Size power control”, Nokia Group, Finland.
[6]. S. Zhu, S. Dong, “Fast convergence distributed power control algorithm for WCDMA systems”, IEE Proc. Commun., Vol. 150, No.2, April 2003
[7]. Tham khảo trên nhiều Website :www.google.com, Wikipedia.org [8]. Nhiều tài liệu tham khảo khác.