KỸ THUẬT LẬP LỊCH TRONG LTE
1.17. Thiết lập mô phỏng 1.Mô hình mô phỏng
Lập mô hình mô phỏng như sau: Cho hệ thống LTE SISO với K UE với K = 5, 10, 15, 30...và N RB với N =6 ứng với băng thông 1,4 Mhz. Quá trình mô phỏng là vòng lặp với thời gian mỗi vòng lập là 1 TTI (1 ms). Trong mỗi TTI, các UE di chuyển với tốc độ trung bình 3 km/h. Vừa di chuyển, mỗi UE sẽ tính toán SNR dựa vào vị trí, khoảng cách đến eNodeB, công suất phát, fading...Từ SNR đó UE sẽ ánh xạ qua hồi âm CQI gửi về eNodeB. EnodeB sẽ dựa vào CQI, kết hợp thuật toán lập lịch mà cấp phát tài nguyên RB cho các UE. Trong quá trình truyền, sẽ có bước kiểm tra lỗi gói tin và truyền lại HARQ. UE sẽ báo ACK nếu gói tin đúng và truyền tiếp. Ngược lại, UE sẽ báo NACK nếu gói tin sai, eNodeB phải truyền lại. Sau khoảng thời gian xác định, chương trình sẽ tính thông lượng của UE và eNodeB, kết hợp phương pháp điều chế, số RB được cấp phát. Chương trình cũng tính BLER của UE và cell, bằng số gói truyền sai trên tổng số gói truyền của UE hoặc cell.
1.17.2.Tính toán mô phỏng [16],[19],[20]
Từ mô hình mô phỏng trên, cần phải tính toán các giá trị SNR, CQI, BLER, thông lượng của UE và BLER, thông lượng cell. Phần này sẽ trình bày về mô hình tính toán các thông số này. Mô hình đường truyền xác định BLER tại đầu thu đối với tài nguyên được cấp phát, phương pháp mã hóa và điều chế MCS. Đối với LTE, có 15 MCS khác nhau được định nghĩa, điều khiển bởi 15 giá trị CQI từ 1 đến 15 theo tiêu chuẩn LTE. CQI sử dụng tốc độ mã hóa giữa 1/3 và kết hợp với điều chế 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM. Mỗi UE k sẽ hồi âm CQI tương ứng với tất cả 6 RB .
Giả sử CQI được tính toán trên UE sao cho đảm bảo BLER nhỏ hơn 0,1. Để đảm bảo việc này, việc tính toán mối quan hệ BLER, CQI và SNR được thực hiện
như hình tổng hợp (4.1). Sau đó thưc hiện chọn những điểm ứng với vùng BLER
=0,1 trên hình (4.1). Từ đó sẽ có giá trị SNR và CQI tương ứng để BLER = 0,1. Kết quả là mô hình ánh xạ SNR và CQI như hình (4.2). Cứ ứng với mỗi SNR sẽ có giá trị CQI tương ứng, với CQI này đảm bảo BLER nhỏ hơn 0,1. Nghĩa là tính được SNR, UE sẽ tính được CQI. Mối quan hệ tuyến tính giữa CQI và SNR qua công thức như sau
Hình 4.1 Mối quan hệ SNR, BLER và CQI
Hình 4.2 Mô hình ánh xạ SNR và CQI
Để đo chất lượng đường truyền, SINR được sử dụng, cụ thể hơn là SINR của symbol của từng subcarrier. Mô hình đo đạc chất lượng đường truyền mô tả việc đo đạc đáp ứng đường truyền và cấp phát tài nguyên cũng như giảm thời gian tính toán phức tạp bằng cách khởi tạo trước càng nhiều thông số cần thiết càng tốt. Khi đó các thông số được khởi tạo trước có thể lưu trữ trong file để sử dụng khi mô phỏng.
Mô hình chất lượng đường truyền gồm ba phần chính, được kết hợp với nhau để tính toán giá trị SINR, đó là: Suy hao đường truyền, shadow fading và small-scale fading.
Suy hao đường truyền giữa eNodeB và UE là suy hao do khoảng cách UE đến eNodeB và độ lợi anten.Khi đó, bản đồ suy hao đường truyền có thể được tính toán một lần và được sử dụng khi mạng không thay đổi. Trong trường hợp SISO, SINR đối với subcarrier cho trước có thể được biểu diễn:
∑=
+
=
Nnt
l
l tx l tx
h P h h
SINR P
1
1 2 , 0
2 2
2 0
1 σ
Từ giá trị SINR tính được, ta sử dụng kỹ thuật MIESM để ánh xạ giá trị SINR của nhiều RB thành một giá trị SNR cho mỗi UE. Để tính được SNR chung từ nhiều RB, cho vector nhị phân bk cho mỗi UE biểu diễn tài nguyên cấp phát cho từng UE bk(n) =1 có nghĩa là RB n được cấp cho UE k. Trong trường hợp có vài RB cấp cho UE thì giá trị CQI/AMC nào sẽ được dùng cho UE nay. Khi đó ta sẽ sử dụng kỹ thuật MIESM.
Hình 4.3 Ước lượng CQI sử dụng MIESM
Áp dụng MIESM sẽ có được giá trị SNR tương đương duy nhất cho các RB mà UE đó được cấp phát. Giá trị SNR tương đương biểu diễn bởi công thức sau:
Với f là hàm EESM hay MIESM. Trong nội dung luận văn này ta sử dụng MIESM. Với β là hệ số để điều chỉnh đối với tốc độ mã hóa và điều chế khác nhau.
Do đó, β phụ thuộc CQI. Tuy nhiên β thường gần 1 vì thế β được thiết lập bằng 1 cho đơn giản. Khi đó ta sẽ tính được CQI từ SNR này. CQI có giá trị nguyên từ 1 đến 15.
Từ đó ta sẽ tính được thông lượng của UE k theo công thức:
Trong đó, c là thông số chuyển đổi từ bit/kênh thành bit/s. R là băng thông khả dụng tính theo đơn vị bit/kênh, được tính từ giá trị CQI.
Hình 4.4 Mô hình ánh xạ CQI và R Các thông số ta tính toán số liệu để đánh giá bao gồm:
- Thông lượng cell - Thông lượng UE - BLER của cell - BLER của UE - Giá trị CQI
1.17.3.Thuật toán mô phỏng [19],[20],[21]
Thuật toán mô phỏng chính bao gồm tính toán các thông số quan trọng trong quỏ trỡnh di chuyển như thực tế của UE. Song cốt lừi của thuật toỏn vẫn là phần lập lịch cho UE, thuật toán chi tiết như đã trình bày trong phần trước. Thuật toán chính của chương trình lặp với số vòng lặp bằng số TTI mô phỏng.
Ban đầu, chương trình sẽ thực hiện cập nhật các thông số đầu vào như sau:
- Thiết lập bố trí ban đầu của mạng: trạm gốc, hướng cell, độ lợi anten.
- Thiết lập UE: số lượng UE, vị trí UE, truy cập eNodeB nào: cố định số UE là 5, 10, 15… cho các trường hợp so sánh.
- Thiết lập tính tóan fading, xuyên nhiễu: các tính toán fading, suy hao, xuyên nhiễu đều được thực hiện trước.
Kết quả nhận được sau khi thực hiện mô phỏng bao gồm:
- Thông lượng của từng UE, eNodeB - BLER của UE, eNodeB
- Phân bố lỗi, CQI.
Trong mỗi TTI, quá trình xử lý của chương trình như sau:
- Di chuyển toàn bộ UE theo tốc độ cho sẵn - Đối với eNodeB:
o Nhận hồi âm từ UE : thông số CQI o Lập lịch cho UE
- Đối với UE:
o Đo đạc chất lượng đường truyền : từ trạng thái liên kết (kênh truyền) qua mô hình đo đạc đường truyền suy ra SINR
o Từ giá trị SINR, MCS, thông quan mô hình hiệu suất liên kết suy ra CQI tương ứng theo mô hình đảm bảo BLER nhỏ hơn hay bằng 0,1.
o Hồi âm CQI về eNodeB
Hình 4.5 Thuật toán chương trình chính Bắt đầu
Next_TTI = Current_TTI + 1 Current_TTI = Next_TTI + 1
Kết thúc TTI = 0
Curren t_TTI <
Simulate_TTI
Di chuyển UE
Tính toán SNR, CQI
eNodeB nhận CQI từ UE
Lập lịch cho UE