> ACIS đặt ra m ột số thách thức kỹ thuật đối vói phương pháp MAC:
1. Yêu cầu độ rộng băng tần kết nối trong internet vô tuyến 2 chiều được xem là k hô n g đối xứng, với tốc độ đỉnh đường xuống k ho ản g 1 Mb/s. T rong khi đó tốc độ đường lên thấp hơn từ I đến 2 lần. T uy nhiên k hô n g giốn g như đường lên, truyền dẫn đường xuốn g có thể sắp đặt chính xác để tránh xung đột trong cù n g một ô. 2. Do các dịch vụ sử dụ n g phổ tần có hạn, thuật toán phủn kênh phải chú ý đến tái sử
dụng phổ tần đến mức, lý tưởng là tại cùng m ộ t thời đ iể m , tái sử dụng kênh trên tất cả các trạm gốc.
3. Phương pháp M A C phải nhắm đến khôn g chỉ trạm chú phục vụ gói (trạm gốc, vùng anten, m áy thu phát V TĐ và khe thời gian) m à CÒI) ấn định kênh cho trạm chủ này xác định tức là các thủ tục M A C bao g ồm 2 phẩn
a. Thủ tục truy cập
b. T h uật toán ấn định kênh sử lý kết qu ả thứ nhất hay thứ hai, phán thứ nhất giống như thú tục truy cập đường dây truyền thống để tránh xung đ ộ t “cứ n g ” trong cùng một ô, trong khi đó phần thứ hai phải tránh xung đột “ m ề m ” giữa các ô do nhiễu cùng kênh.
4. T hủ tục M A C phải sử lý các loại lưu lượng đa phương tiện khác nhau từ những câu lệnh báo hiệu đơn giản đến tải m ột file hình ảnh lớn. C ác loại lưu lượng thay đổi này có các yêu cầu về chất lượng dịch vụ Q O S (Q uality O f Service) khác nhau. 5. Sử d ụ n g truy cập gói nguồn tài nguyên vó tuyến chi được dành khi có các gói thông
tin gửi đi. G iá của việc ghép thống kê này là môi trường giao thoa thay đổi nhanh phương pháp phân kênh truy cập m ạch dựa trên phép đo giao thoa liên tục và việc lấy giá trị trung bình k hò n g đạt được kết quả m o n g m uốn vì m ôi trường giao thoa có thể bị thay đổi rất nhiều khi việc truyền dẫn thực xảy ra. Thời gian trễ giữa đo đạc và truyền dẫn (thiết lập sau) sẽ ảnh hưởng có hại đến hoạt động của các hệ thông
Luân ỵăn cao hoc Phản chia tài nguyên tẩn s ố
ngoại trừ m ột vài tính chất không đổi được đưa vào làm giảm sự thay đổi của giao thoa.
> Đ ể lựa chọn kênh trong thuật toán DPA, chúng ta kết hợp tính chất của hai phương thức hiện hành là:
1. Độ nhạy giao thoa, tránh việc sử dụng các kênh đã sử dụng do đó đương nhiên sẽ giảm được nhiễu đồng kênh [6].
2. Tách riêng kênh (CS — Channel Segregation) cung cấp m ột quá trình thích nghi để tạo nên m ẫu tái sử dụng tốt, do đó việc phân chia có khả năng chống lại lỗi phép đo trong m ôi trường thay đối nhanh [9].
2.1 T h u ật toán D P A đường xuống:
Thuật toán DPA, được trình bày trên hình 3-1, cho thông tin chiều xuống với việc thực hiện ít phức tạp nhất. Phương pháp này yêu cầu các trạm di động đo và báo cáo mức giao thoa d ự a vào cấp độ ưu tiên kênh (được viết ở phần sau) khi được thông báo về các gói chưa giải quyết tại trạm gốc (BS — Base Stations).
Luân van cao hoc Phân chm tçù nguyên tần sô'
MS chọn kênh thòng tin mạnh nhài cùa Its
H-S phát Ihông tin nhán dạng dùn MS và số gói đà được phàn phái
MS quel tái cả các kcnh dieu khiển và gửi danh sách các kcnh dược cháp nhạn tởi BS BS án dinh kênh cho (ấl cà các gỏi và phát quàng bá tói MS . BS giri các gói Iren các dược ỉín dịnh và phát Iren kênh diều khiến
Hình 3.1: Kỹ thuât phân chia gói đông
Đầu tiên (ưu tiên cao nhất) các kênh không sử dụng có chất lượng chấp nhận được (trong chương này là tỷ số tín hiệu trên giao thoa (SIR) lớn hơn mức ngưởng) được lựa chọn. Đ ể giảm trễ do đo đạc, till hiệu chỉ dãn băng hẹp tương ứng với các kênh lim lượng đường xuống, có thể được truyền đồng thời bởi các trạm gốc riêng lẻ trong khe thời gian đã định. Trạm di động (MS — M obile Stations) chỉ cần quét các chỉ dẫn, giống như phân tích phổ tần sử dụng kỹ thuật (ví như FFT) có thể thực hiện hoàn chỉnh trong thời gian ngắn. Điểu này phù hợp khi xem xét phương thức điều c h ế O F D M [4],
Luân văn cao ìtoc_______________________________ Plìủtì chia tủi nguỵên tẩn sô Bật Tắt Bủt ân định cho MSI Không s ử dụng ấn đ ị n h cho MS2 Thỏn ỊỊ tin (tiềll kliicn k h á c Kẽnh diều kliicn
“Khe lưu lưọng'
Hình 3. 2 Ví dụ vồ kiểm soát nhiễu sử dụng kônh điẻu khiổn
Hình 3.2 trình bày ví dụ về chỉ dẫn được gửi đi từ trạm gốc đã cho. Trong ví dụ, c húng ta xem xét trường hợp m ộ t sóng m ang và kênh ứng với 1 khe lưu lượng trên hình vẽ. Vì các khe 1 và k h e 3 được sử dụn g để phân phát các gói tới MSI và MS2, tín hiệu chỉ dẫn tương ứng của các khe này được phát đi trong thời gian rất ngắn được bố trí để truyền dẫn, trong khi tín hiệu chi dãn cho các khe khô ng sử dụ n g (khe 2 trên hình) được tắt đi. Mô hình thuật toán chương trình được m ô tả trong phần 3.3, theo đó tất cả các trạm gốc lân cân phát tín hiệu chỉ dẫn đồn g thời trong khi trạm gốc m o n g m uố n tắt bỏ tín hiệu chi dẫn c ủ a nó. Phép đo giao thoa đường xuống trực tiếp Iihận được bởi sự theo dõi các khe chỉ dẫn ở trạm di đ ộ n g đã cho.
Luủn vãn cao hoe F hân chi a tài nguyên tần sô'
2.2. DP A sử dụng sự nhạy giao thoa và cấp độ ưu tiên
Hình 3.3; T rìn h bày thuật toán cảm ứng nhiẻu được thưc hiện bởi các đài lưu động.
Luân văn cao ỉtoc Phán chia tài nguỵên tần sô
V iệc tách riêng kênh để nhớ đối với kênh đề nghị thực hiện sau khi huấn luyện, còn c ảm ứng giao thoa cho phép các trạm gốc và/hoặc các trạm lưu động xác định khả nàng ẹiao thoa trước khi chọn kênh đã cho.
Đ ế nhớ kênh đề Iighị ch úng ta kết hợp mức độ ưu tiên với kênh có sẵn cho tất cả kênh radio cho tất cả các trạm gốc. V í dụ, xét một hệ thống có 3 tần số đường xuống, ba sector trên m ột trạm cơ sở, hai kênh vô tuyến / m ột sector và 09 khe thời gian cho mỗi R adio (có 06 d anh sách kênh cho m ộ t trạm gốc, gắn với kênh vô tuyến) và có 27 sự lựa c h ọn (khe thời gian, tần số) được ấn định trước cho các giá trị ưu tiên khác nhau (từ 1 đến 27). Đ ây là điều khái q uát hơn thuật toán tách riêng kênh ban đầu. Đ iều này cũng sẽ được so sánh sau này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đ ầ u tiên m ỗi R adio đưa ra m ộ t bậc ưu tiên kênh ngẫu nhiên. Sau đó c h ú n e dùng m ột q u á trình thích nghi, liên tục cập nhật mức ưu tiên kênh sau m ỗi lần phân kênh. Điều này thực hiện m ột cách dễ dàng bằn g cách hoán đổi vị trí ưu tiên các kênh có chất lượng tốt và kênh có chất lượng kiểm tra lúc đầu k h ôn g đạt (đó là những kênh không sử dụng xếp hạng cao nhất trước khi cập nhật hạng ưu tiên). So với thuật toán giành riêng kênh (CS) ban đầu phương pháp này duyệt lại các kênh đề nghị, khi dùng chương trình đo nhiễu trước do đó tránh việc sử dụng các kênh xấu hạng cao.
2.3 Thực hiện D P A dựa vào mỏ hình thoại gói:
C húng ta xem xét vùng dịch vụ hai chiều với m ô hình tế bào lục giác, đặt 144 trạm gốc. Sử dụng thuật toán đường bao để bò đi ảnh hường c ủ a các đường biên giới. Mỗi trạm gốc được phân thành 3 phần 120°, mỗi phần có: m á y thu, phát V TĐ chứa 09 khe thời g ian T D M A do đó có tổng số 27 kênh lưu lượng trên mỗi trạm cơ sở. Nhánh phụ c ủ a anten c ù a trạm gốc tín hiệu thấp hơn 20dB so với nhánh chính, trong khi đó anten c ủ a các m á y lưu độn g là an ten vô hướng. C h úng ta xét N tần số có thể ấn định cho bất kỳ kênh lưu lượng nào. Do đó m ỗi trạm gốc có thể sử dụng 9N kênh lưu lượng trong danh sách liệt kê sẵn.
Luân văn cao hoe Phân chia tài nguyên tẩn s ố
Trường hợp giao thoa ở mức hạn c h ế bỏ qua ồn ta xét sự mô phỏng. Công suất
thu được trung bình giảm theo khoảng cách d Iihư công thức d'7.y = 4 và phân bố che bóng kích cỡ lớn là chuẩn loga với độ lệch chuẩn là 10 dB so với 8dB thường được sử dụng trong các hệ thống di động. Điều này sẽ giữ nguyên khi ta xét nhiều máy di động ở trong nhà, ở đó 5 = lOđB là rất bình thường [14]. Hiệu ứng phađinh Ray leigh nhiều tia được bỏ qua, xấp xỉ trường hợp phân tập được sử dụng hiệu quả [4].
Chúng ta m ô phỏng mô hình thoại gói để kiểm tra thực hiện DPA đường xuống cơ bản. Các trạm lưu động phân b ố rất đều nhận các gói từ m ạn g và từ các trạm gốc khác nhau. Cuộc gọi đến được mô hình như quá trình Poisson với khoảng giữa các cuộc gọi là 15 phút và độ dài cuộc gọi phân bố mũ có giá trị trung bình là 3 phút. Cùng một kênh vô tuyến (khe thời gian trên kênh) được ghép thống kê để gửi các gói tạo ra khi nói chuyện, còn khi yên lặng thì dừng truyền dẫn đường xuống. K hông có sự xung đột đường xuống xảy ra trong cùng một trạm gốc vì trạm gốc thực hiện chia theo chương trình các gói cho tất c ả các máy lưu động.
Đối với kết quả số chúng ta xem xét mô hình M arkov hai trạng thái với thời gian trung bình nói 01 giây và thời gian yên lặng trung bình 1,35 giây. Đ ộ dài của cả hai trạng thái được phân b ố độc lập tương hỗ. Chuỗi các gói cần chuyển tới máy lưu động được điền đầy khi các gói thoại được tạo ra trong khi nói chuyện và không có gói mới nào tạo ra khi yên lặng. Đ iều này tương ứng với nhân tử động hay chu kỳ chiếm nguồn
là 0,426. V í dụ xem xét lưu lượng 19 erlang trên trạm gốc, chỉ kh oảng 8,1.(19 X 0,426)
erlang hiệu dụng được tạo ra kết quả là 0,3(8,1/27) erlang trên mỗi khe thời gian hay 30% chiếm dụng là c ủ a thiết bị vô tuyến. Q uá trình tạo ra mức chiếm dụng này dựa vào tốc độ đến và đi đã chỉ ra trong [6].
Q uá trình DPA được hình thành khi có m ộ t chuỗi gói cần phân phát nhưng vẫn chưa được phân chia kênh R adio xác định bằng tổ hợp, khe thời gian và tần số mang. Khi một kênh được phân cho m ột máy lưu động xác định kênh này phục vụ lại cho đến
khi tất cả các gói trong hàng của I1Ó được phân phát đi hết. Đ iều này tránh được việc xử
lý phân kênh thường xuyên, nhưng có thể gây ra sự suy giảm chất lượng theo thời gian
Luân văn cao ÌIOC Phân chia tài nguyên tân sô'
do chất lượng kênh có thể bị ảnh hưởng bởi việc d ành hay giải phóng giao thoa cùng kênh ở các ô khác.
Bảng 3.1
Các thông số m ô phỏng cho m ô hình thoại gói
Trạm cơ sở 144 sector/trạm cơ sở 3 R adio/sector 1 khe/khung 9 Tần số 3 Ngưỡng 10 dB
Độ dài khung 18m sec
Trễ cho phép củ a gói 3 0 m sec
Mất mát đường truyền 40dB /decad e
Độ lệch che bó ng lOdB
Cuộc gọi trung b ìn h /k ho ản g giữa cuộc gọi 3/15
Nói chuyện trung b ìn h /k ho ảng yên lặng 1/1,35 sec
T rong m ô phỏng c h úng ta xem xét m ột k h u n g 18 m s có 9 khe và máy lưu động tạo ra một gói thoại/m ỗi kh u n g khi ở trạng thái nói. C ác gói này xếp hàng trong vòng 30 ms không truyền sẽ bị thải hổi. Vì điều này có thể làm q u á tải hoặc giao thoa q u á mức làm cho tất c ả các kên h rỗi khô ng được phân. C hú ng ta sử đụng mô phỏng theo sự kiện để m ô phỏng tín hiệu đến và đi của cuộc thoại đ ã hoàn thành, trong khi mô phỏng theo thời gian để m ô phỏng sự tạo gói (mỗi gói tin/đưa vào m ộ t khung để chuyển tới máy lưu động). Thực hiện D PA và phân phát gói tin (M ọi kh e thời gian khi cần đều được ấn định và dựa vào chương trình ấn định để phân chia). Bảng 1 tổng hợp các thông số m ô phỏng b ằng số .
Luân văn cao hoc_______________________________Phân chia tài ỊỊguỵên tần s ố
Một số phép đo hoạt động được xét đế so sánh/các thuật toán khác nhau ta sử dụng sự phân b ố c ủ a SIR /tỷ số tín hiệu trên giao thoa - SIR được tính toán ở hai thời điểm c ủ a mỗi cuộc thoại (có thể có rất nhiều cuộc hội thoại trên các kênh ấn định khác nhau). SIR đầu tiên là SIR c ủa gói tin được phân đầu tiên ngay sau khi trẻ thiết lập cuộc trao đỏi. SIR này coi là tối ưu nếu không có trễ thiết lập. SIR gần cuối được đo khi có lệnh kết thúc cuộc gọi: Điều này tương ứng chất lượng cho m ột trong các gói tin cuối được tạo ra bởi phần cuối cuộc gọi. SIR này biểu diễn tốt hơn chất lượng tín hiệu theo thời gian. Vì một kênh có thể đặt trước cho nhiều gói trong m ỗi chu kỳ hoạt động. C ả hai thống kê SIR phải tin cậy cho thuật toán DPA. T hông số thứ hai xét đến là PrơI, khả Iiăng rơi gói tin nếu k hô n g được phát đi trong vòng 30 ms.
€ Enđ, ịj~ ữ I ỉĩĩịim Ị L P 2 ữ m ị ' L V.ííÍ/ÍV^.V/.’ - ầ f w íJM & m Ũ Ệ 4 % I Ế m m p Ề m m y
Luân văn cao hoe Phún chia tài nxuyên tần s ố
Hình 3.4 Trình bày sự phân bỏ SIR cho phương pháp đề nghị khi không có trễ và có trẻ thiết lập 20 m s được chi ra, cả SIR ban đầu lẫn S1R gần cuối cuộc gọi. Kết quả tương ứns; đê ấn định kênh dựa vào: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. C ảm ứng nhiễu khi không có bộ nhớ kênh đề nghị (khi không có CS) được trình bày trên hình 3.5
2. Chia kênh (CS) khô ng cần bộ cảm ứng nhiễu được trình bày trên hình 3.6.
R õ ràng các phương pháp dựa trên đo trễ (Hình 4 và hình 5) kết quả thực hiện tốt hơn. T ro ng tất cả các trường hợp thiết lập 20 ms không làm giảm cấp SIR nhiều. Nói cách k hác sự g iả m cấp theo thời gian là không đáng kể đối với các phương pháp dựa trên phép đo. Đ ó là do việc ấn định một kênh phục vụ được thực hiện khi diễn ra cuộc thoại và I1Ó được phục vụ lại cho tất cả các gói tải trọng khi nói không cần ấn định lại. Như kết quà cho thấy những thuật toán DPA này tối ưu hoạt động phân chia ban đầu sau khi đo đạc, trong khi việc tối ưu không thê duy trì khi thực hiện một phàn chia mới cho các m áy di độ ng khác có các gói mới.
L u â n văn c a o h o e Phân chia tài nguyên tẩn s ố a y0 ị [Ã-:*: *** •• •<' 1 f ỉ i / I1 Ũ.0 1 ị...* ♦ í ũ .viậr i nf u ÍT' /.VW.W.VW,WW.W/AWW/AV.’WAV/.V//.V///.V/W/, ể j - ỡ r * — E n d i *L/~Ổ .... '*■■■■ M ẵ ế i ( J ~ 2 ữ m I E m ị t j - 2 ữ m [ mũêÈềế fờr ỉ J !miũ mxỂĩc r j : m tĩip F>'. 3 0 40 Hình 3.5:
Thuật toán sử dụng trên hình 3.5 đo tất cả các kênh đường xuống có sẵn và phân các kênh có mức giao thoa thấp nhất. Do chỉ so sánh giao thoa phương pháp này không cần đánh giá SIR (nó yêu cầu đo đạc riêng tín hiệu và nhiễu) nhưng nó phải quét tất cd các kênh (thực hiện này sẽ mất nhiều thời gian hơn nếu không sử dụng kênh chỉ dẫn). Hình 3.5 chi ra rõ ràng rằng phương pháp này đạt được chất lượng tín hiệu ban đầu rất tốt nhưng chất lượng trong suốt quá trình cũng tượng tự như phương pháp cũ.
Luân vãn cao hoc______________________________lJhún chiư tài nguyên tần s ố g.,s>*ịỵ~~ũ yJểr * M a t ị i® ộ t j / \ ■■*■ k n M , U * S O ( m \ m l / -1 -*• B i d t j s S O m I