CHƯƠNG 4: GÁN BS ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG NHẰM GIẢM
4.6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Kỹ thuật beamforming nhằm giảm can nhiễu đường xuống được mô phỏng với các điều kiện sau:
Q=7 cells (BSs) kết hợp, mỗi BS có M=04 antennas. K=10 users (MSs), mỗi MS có 01 antenna.
là tín hiệu cần phát cho MS, là số phức, uiC1 1 .
1 M
wqiC là vector beamforming của BS–q tới MS–i.
là tín hiệu phát từ BS–q đến cho MS–i: xqi s w uqi qi i.
Trong đó, là hệ số gán của BS–q và MS–i đƣợc gán theo khoảng cách và theo độ lợi kênh truyềnhqi* CM1.
Khoảng cách được xét tương đối với khoảng cách giữa các BSs. Khoảng cách đƣợc chọn bằng 500m, khoảng cách giữa các trạm khá phổ biến trong thực tế tại các thành phố nhƣ Biên Hòa, Tây Ninh hoặc Thủ Dầu Một, Thuận An.
Kênh truyền tức thời hqi* CM1đƣợc xác định dựa trên mô hình truyền sóng hiệu chỉnh ở phần trước. Cell DNBH0I3 được dùng lại hai lần cho đủ số lượng của mô hình 07 cells.
Bảng sau thể hiện mô hình truyền sóng cho các cell đã đƣợc khảo sát:
Bảng 4.1: Mô hình truyền sóng của các BSs đã đƣợc khảo sát
Cell Công suất
phát Mô hình truyền sóng
BDTA341 50.10 ( ) 71.26 10 4.22 lg( ) (0, 6.14)
100 PL dB d N
TYHT032 51.00 ( ) 71.26 10 4.33 lg( ) (0, 6.14)
100 PL dB d N
DNBH181 51.81 ( ) 71.26 10 4.49 lg( ) (0, 6.14)
100 PL dB d N
Cell Công suất
phát Mô hình truyền sóng
BDTM091 51.35 ( ) 71.26 10 4.55 lg( ) (0, 6.14)
100 PL dB d N
BDTM062 50.30 ( ) 71.26 10 4.66 lg( ) (0, 6.14)
100 PL dB d N
DNBH0I3 49.24 ( ) 71.26 10 4.41 lg( ) (0, 6.14)
100 PL dB d N
DNBH0I3 49.24 ( ) 71.26 10 4.41 lg( ) (0, 6.14)
100 PL dB d N
Kênh truyền CSI tức thời nhƣ sau:
( ) ( )
10 10
10 .10 .( (0,1) j. (0,1))
PL dB dB
hqi N N
Mô hình hệ thống đƣợc dùng để mô phỏng:
Hình 4.10: Mô hình phân bố BSs – MSs
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
BS1 BS2
BS3
BS4
BS5
BS6 BS7
MS 1
MS 2
MS 3
MS 4
MS 5
MS 6
MS 7
MS
8 MS
9
MS 10
SYSTEM MODEL
là nhiễu Gauss của kênh truyền, zi N(0, ) , công suất nhiễu (dB) = –120dBm, (được tính tương đương nhiễu nhiệt).
Với mô hình như trên, đề tài sẽ khảo sát các trường hợp sau:
- Với trường hợp sqi được gán theo kênh truyền, mô phỏng các trường hợp MS đƣợc gán 02 BSs, 04 BSs, 06 BSs để thấy hiệu quả của việc gán nhiều BSs cho 01 MS.
- Với trường hợp 04 BSs – MS, mô phỏng hệ thống với khoảng cách giữa các BSs bằng 1, 3, hoặc 5 lần khoảng cách tham chiếu d0.
- Với trường hợp 06 BSs cho 01 MS, khảo sát tổng công suất cho các trường hợp sqi đƣợc gán theo khoảng cách và gán theo suy hao kênh truyền. Kết quả mô phỏng sẽ cho thấy gán sqi theo suy hao kênh truyền cho kết quả tốt hơn gán sqi theo khoảng cách.
4.6.1 Khảo sát các trường hợp MS được gán 02 BSs, 04 BSs, 06 BSs
Hình 4.11: Công suất phát BS khi gán 02, 04, 06 BSs cho 01 MS
Có một điểm đáng chú ý khi khảo sát bài toán với các thông số thực tế, trong đó, anten có độ lợi tương đương anten GSM thông thường khoảng 17dBi, bài toán sẽ không có lời giải. Nguyên nhân nằm ở mức suy hao cố định của kênh truyền khoảng
2 4 6 8 10 12 14 16
-38 -36 -34 -32 -30 -28 -26 -24
SINR (dB)
Transmit Power Margin (dB)
OPTIMIZED TRANSMIT POWER MARGIN
Tx Pwr Margin: 2BSs Tx Pwr Margin: 4BSs Tx Pwr Margin: 6BSs
72dB. Bên cạnh đó, hệ số mũ cũng ở vào khoảng 4.5 khiến cho công suất suy giảm mạnh ở khoảng cách BS–MS lớn.
Giảm dần mức suy hao này, tương đương với tăng dần độ lợi của anten thay vì dùng thông số của anten GSM thông thường có độ lợi bằng 17dBi, với khoảng cách d = 500m, khoảng cách giữa các trạm tương đối phổ biến tại các khu vực trung tâm các tỉnh, kết quả khảo sát cho thấy với độ lợi anten phải vào khoảng gần 40dBi thay vì 17dBi nhƣ anten GSM hiện tại thì bài toán sẽ có lời giải.
Với khoảng cách d = 5d0, khảo sát bài toán cho các trường hợp MS được phục vụ bởi 02BSs, 04BSs hoặc 06BSs cho kết quả nhƣ hình.
Trong trường hợp MS được phục vụ bởi 04 hoặc 06 BSs đồng thời, do hiệu quả của kỹ thuật beamforming, công suất phát của BS sẽ nhỏ hơn trường hợp chỉ có 02 BSs phục vụ MS. Số BSs phục vụ MS càng lớn, hiệu năng hệ thống càng tốt.
4.6.2 Khảo sát hệ thống theo khoảng cách giữa các BSs
Xét bài toán với 04BSs phục vụ 01MS với các trường hợp d = d0, d = 3d0, d = 5d0. Kết quả mô phỏng sau đây sẽ cho thấy mối tương quan giữa công suất phát tối đa và khoảng cách giữa các trạm BSs:
Hình 4.12: Công suất phát BSs theo khoảng cách khi gán 04 BSs cho MS
2 4 6 8 10 12 14 16
-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20
SINR (dB)
Transmit Power Margin (dB)
OPTIMIZED TRANSMIT POWER MARGIN
Tx Pwr Margin: d=d0 Tx Pwr Margin: d=2d0 Tx Pwr Margin: d=3d0
Với khoảng cách càng xa, rõ ràng công suất phát cần phải lớn hơn để bảo đảm cùng một ngƣỡng SINR tối thiểu.
4.6.3 Gán sqi theo khoảng cách so sánh với gán sqi theo độ lợi kênh truyền trong trường hợp 06 BSs – MS
Bài toán tối thiểu hóa công suất tại BSs với 500 kênh truyền ngẫu nhiên khác nhau cho kết quả như hình dưới. Gán sqi theo độ lợi kênh truyền cho đáp ứng tối ưu hơn gán sqi theo khoảng cách.
Hình 4.13: Gán sqi theo suy hao kênh truyền tốt hơn gán theo khoảng cách Điều này hoàn toàn dễ hiểu, nếu chỉ tính riêng suy hao kênh truyền, phép gán trạm phát theo khoảng cách hoặc suy hao là nhƣ nhau, vì suy hao càng lớn nếu khoảng cách càng xa. Do đó, phép gán trạm phát theo khoảng cách hoặc theo suy hao kênh truyền sẽ cho kết quả nhƣ nhau.
Tuy nhiên, với ảnh hưởng của các hiện tượng Shadowing và Rayleigh fading, thì điều này không còn đúng nữa. Độ lợi kênh, với ảnh hưởng của suy hao kênh truyền, Shadowing và Rayleigh fading, phản ánh chính xác hơn công suất mà đầu cuối nhận đƣợc từ trạm phát. Do đó, phép gán trạm phát động theo độ lợi kênh cho hiệu năng hệ thống tốt hơn phép gán theo khoảng cách.
2 4 6 8 10 12 14 16
-37 -36 -35 -34 -33 -32 -31 -30 -29 -28 -27
SINR (dB)
Transmit Power Margin (dB)
OPTIMIZED TRANSMIT POWER MARGIN
Tx Pwr Margin: Assign sqi by Distance Tx Pwr Margin: Assign sqi by PathLoss