bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng
học viện kỹ thuật quân sự
Trần anh tấn
tối −u hoá gán kênh cố định cho
các mạng di động tế bào
luận văn thạc sĩ Kỹ thuật
Hà Nội- 2005
bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng
học viện kỹ thuật quân sự
Trần anh tấn
tối −u hoá gán kênh cố định cho
các mạng di động tế bào
Chuyên ngành: Kỹ thuật Vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
M∙ số: 2.02.03
luận văn thạc sĩ Kỹ Thuật
ng−ời h−ớng dẫn khoa học:
TS Đỗ quốc trinh
Hà Nội - 2005
78 trang |
Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 1723 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Tối ưu hóa gán kênh cố định cho các mạng di động tế bào, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng
học viện kỹ thuật quân sự
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Tên đề tài: Tối −u hoá gán kênh cố định cho các mạng di động tế bào
Chuyên ngành: Kỹ thuật Vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
Mã số: 2.02.03
Ngày giao đề tài luận văn: 21 - 10 - 2004
Ngày hoàn thành luận văn: 16 - 5 - 2005
Ng−ời thực hiện:
Họ và tên : Trần Anh Tấn
Lớp: Cao học KT VTĐT và TTLL Khoá:15
Hệ đào tạo: Tập trung
Cán bộ h−ớng dẫn:
Họ và tên: Đỗ Quốc Trinh Cấp bậc: Th−ợng tá
Học hàm, học vị: Tiến sỹ Đơn vị công tác: Học viện KTQS
Hà Nội - 2005
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit
BS Base Station Trạm cơ sở
CDMA Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CR Node-Color Re-ordering Thứ tự lại màu nút
CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh
DCA Dynamic Channel Assignment Gán kênh động
DPA Dynamic Packet Assignment Gán gói động
DR Node-Degree Re-ordering Thứ tự lại cấp độ nút
F Frequency Exhaustive
Strategy
Chiến l−ợc vét cạn tần số
FCA Fixed Channel Assignment Gán kênh cố định
FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi h−ớng đi
FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh
GA Genetic Algorithms Thuật toán di truyền
LA Link Adaptation Thích nghi đ−ờng truyền
LB Lower Bound Cận d−ới
LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng
MS Mobile Station Máy di động
NP Network Performance Chất l−ợng mạng
OFDM Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao
PN Pseudorandom Noise Tạp âm giả ngẫu nhiên
QAM Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ cầu ph−ơng
QoS Quality of Service Chất l−ợng dịch vụ
R Requirement Exhaustive
Strategy
Chiến l−ợc vét cạn yêu cầu
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
SA Simulated Annealing Kỹ thuật ủ mô phỏng
SMK K.N. Sivarajan, R.J. McEliece
and J.W. Ketchum
Ba tác giả trong [26]
SNR Signal - to - Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
SINR Signal - to - Interference Noise
Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm xuyên
nhiễu
SIR Signal - to - Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên xuyên nhiễu
TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
UMTS Universal Mobile
Telecommunications Service
Dịch vụ viễn thông di động toàn cầu
UTRA UMTS Terrestrial Radio
Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
Mục lục
Trang
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt I
Mục lục IV
Danh mục các bảng VIII
Danh mục các hình vẽ, đồ thị IX
Mở đầu 1
Ch−ơng 1: Giới thiệu chung 3
1.1 Khái niệm tế bào 3
1.1.1 Tái sử dụng kênh trong các mạng tế bào 5
1.1.2 Sự chia tách tế bào 9
1.1.3 Chuyển giao 10
1.2. Gán kênh 11
Ch−ơng 2: Các chiến l−ợc gán kênh 13
2.1 Gán kênh cố định cho các mạng tế bào 13
2.1.1 Tỷ số S/I mục tiêu 15
2.1.2 Khoảng cách sử dụng lại tần số 18
2.1.3 Sắp xếp tế bào và các mẫu gán kênh 19
2.2 Gán kênh động 23
2.2.1 DCA tập trung 25
2.2.2 DCA không tập trung 25
2.2.3 Chia tách kênh 28
2.2.4. Gán gói động 31
2.2.5 DCA đối với các mạng UTRA-TDD 32
2.3 Tối −u hoá gán kênh trong các mạng tế bào 33
2.3.1 Ph−ơng pháp hạ xuống dốc nhất 35
2.3.2 Ph−ơng pháp ủ mô phỏng 35
2.3.3 Ph−ơng pháp thuật toán di truyền 37
2.3.4 Gán kênh trong các hệ thống W- CDMA 37
2.4 Dung l−ợng mạng tế bào và các ph−ơng pháp nâng cao
dung l−ợng
38
2.4.1 Anten thích nghi 39
2.4.2 Phát hiện đồng thời 40
2.4.3 Thích nghi đ−ờng truyền 41
2.5 Kết luận 42
Ch−ơng 3: Tối −u hoá gán kênh cố định trong mạng
di động tế bào
44
3.1 Giới thiệu 44
3.2 Xây dựng bài toán 47
3.3 Những quy tắc kinh nghiệm cơ bản 50
3.3.1 Hai ph−ơng pháp sắp xếp tế bào 50
3.3.2 Hai chiến l−ợc gán kênh 51
3.4 Gán kênh với việc sắp xếp lại tế bào 51
3.4.1 Bốn thuật toán gán kênh 51
3.4.2 Độ phức tạp 54
3.4.3 Ví dụ 54
3.5 Tối −u việc gán kênh tại các điểm nóng 57
3.5.1 Chiến l−ợc F và chiến l−ợc R 57
3.5.2 Chiến l−ợc FR 59
3.6 Đánh giá chất l−ợng 63
3.6.1 Chất l−ợng của thuật toán F/CR, F/DR, R/CR và R/DR 67
3.6.2 ảnh h−ởng của X và Y đối với chất l−ợng của các thuật
toán FR/CR và FR/DR
68
3.6.3 Chất l−ợng của các thuật toán FR/CR và FR/DR 68
3.7 Kết luận 69
Kết luận 70
Tài liệu tham khảo
Danh mục các bảng
Trang
Bảng 3.1 Phạm vi tần số nhận đ−ợc bởi F/CR, F/DR, R/CR và
R/DR
65
Bảng 3.2 Phạm vi tần số nhận đ−ợc bởi FR/CR và FR/DR với
(7,2,5) và yêu cầu kênh tr−ờng hợp I
66
Bảng 3.3 Phạm vi tần số nhận đ−ợc bởi FR/CR và FR/DR với
0 ≤ X ≤ 5 và 1 ≤ Y ≤ 3
66
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Trang
Hình 1.1 Mạng tế bào lục giác 5
Hình 1.2 Sử dụng lại kênh 7
Hình 2.1. Cấu trúc mạng tế bào lục giác đều cơ bản 15
Hình 2.2. Phân bố xác suất suy giảm đối với mô hình pha-đinh phân bố
Rice với hệ số k biến đổi
17
Hình 2.3 Xác suất mức tín hiệu pha-đinh chuẩn lôga 17
Hình 2.4 Sắp xếp băng tần số trong nhóm 7 tế bào và 3 sector trên một tế
bào
22
Hình 2.5 Hiệu quả phổ tần của DCA lý t−ởng đ−ợc so sánh với CDMA 27
Hình 2.6 L−u đồ thuật toán chia tách kênh DCA 30
Hình 2.7 (a) Các đ−ờng tính toán xuyên nhiễu FDD
(b) Các đ−ờng tính toán xuyên nhiễu TDD
32
Hình 3.1 Gán kênh cố định trong hệ thống di động tế bào 48
Hình 3.2 Kế hoạch gán kênh cho hệ thống 3 tế bào
(a) Hệ thống 3 tế bào A, B, C
(b) Không sắp xếp lại tế bào
(c) Có sắp xếp lại tế bào và ph−ơng pháp quyết định thứ
55-56
nhất
(d) Có sắp xếp lại tế bào và ph−ơng pháp quyết định thứ
hai
Hình 3.3 Mạng 21 tế bào với 2 tr−ờng hợp yêu cầu kênh
(a) Yêu cầu kênh tr−ờng hợp I
(b) Yêu cầu kênh tr−ờng hợp II
64
Mở đầu
Trong hai thập kỷ qua, nhu cầu phát triển điện thoại vô tuyến và các dịch vụ
dữ liệu vô tuyến ngày càng tăng mạnh. Nhu cầu các dịch vụ vô tuyến của mạng tế
bào đang tăng với tốc độ rất cao trong mỗi năm và tại những vùng đô thị nhu cầu
này đã v−ợt quá dung l−ợng khả dụng. Nhiều kỹ thuật khác nhau đ−ợc sử dụng để
tăng dung l−ợng hệ thống. Các kỹ thuật đ−ợc sử dụng bao gồm chia nhỏ tế bào, chỉ
định phổ tần mới, các ph−ơng pháp đa truy cập mới (TDMA, CDMA) và gán kênh
động. Đối với hệ thống tế bào với phổ tần cố định đ−ợc gán và sử dụng công nghệ
ghép kênh cụ thể, dung l−ợng của một hệ thống phụ thuộc vào hiệu quả của chiến
l−ợc gán kênh đã sử dụng. Mặc dù có rất nhiều đề xuất đối với chiến l−ợc gán kênh
động, tất cả các hệ thống tế bào hiện có đều sử dụng gán kênh cố định vì hiệu quả
chi phí của nó và chất l−ợng dịch vụ có thể dự đoán tr−ớc. Chính vì vậy, tối −u gán
kênh cố định là vấn đề đ−ợc đặc biệt quan tâm đối với các mạng di động tế bào. ở
n−ớc ta hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của mạng viễn thông, mạng
thông tin di động tế bào đã trở thành một phần cơ sở hạ tầng thông tin không thể
thiếu đ−ợc. Xuất phát từ lý do đó, tôi chọn đề tài: “Tối −u hoá gán kênh cố định
cho các mạng di động tế bào” cho luận văn của mình.
Bố cục luận văn gồm các phần sau:
- Ch−ơng 1: Giới thiệu tổng quan về mạng tế bào, bao gồm các vấn đề cơ bản
nh− tái sử dụng kênh, chia tách tế bào, chuyển giao và bài toán gán kênh cho mạng.
- Ch−ơng 2: Giới thiệu các chiến l−ợc gán kênh và một số kỹ thuật nâng cao
dung l−ợng mạng di động tế bào. Trong đó đi vào phân tích hai chiến l−ợc gán
kênh là: gán kênh cố định (FCA) và gán kênh động (DCA). Các ph−ơng pháp tăng
dung l−ợng mạng nh− anten thích nghi, phát hiện đồng thời, thích nghi đ−ờng
truyền đ−ợc giới thiệu một cách cơ bản nhất.
- Ch−ơng 3: Nghiên cứu ý t−ởng cơ bản của việc sắp xếp các tế bào thành danh
sách có thứ tự, sau đó thực hiện gán kênh. Xem xét bài toán gán kênh cố định, vấn
đề gán kênh có sắp xếp lại tế bào, tối −u hoá gán kênh tại các điểm nóng. Tổng
cộng có sáu thuật toán gán kênh, cụ thể là các thuật toán F/CR, F/DR, R/CR,
R/DR, FR/CR và FR/DR đã đ−ợc đề xuất.
Cuối cùng là đánh giá và kết luận về việc tối −u gán kênh cố định cho các
mạng di động tế bào.
Ch−ơng 1
Giới thiệu chung
Thông tin vô tuyến tế bào đã trở thành một phần quan trọng của cơ sở hạ
tầng thông tin. Mặt khác, phổ tần vô tuyến cấp phát cho hệ thống di động tế bào là
hạn chế. Kết quả là, các tần số vô tuyến phải đ−ợc sử dụng một cách hiệu quả để
thoả mãn những yêu cầu ngày càng cao. Trong luận văn này, chúng ta nghiên cứu
vấn đề gán kênh: làm thế nào để gán các kênh vô tuyến cho các cuộc gọi trong một
mạng thông tin di động tế bào.
Sau đây là một số kiến thức cơ bản về các mạng tế bào và trình bày một cách
khái quát vấn đề gán kênh.
1.1 Khái niệm tế bào
Sự tăng tr−ởng mạnh mẽ của thông tin di động không thể đạt đ−ợc thành tựu
nếu không sử dụng khái niệm tế bào. Tr−ớc đó, việc tiếp cận đối với thông tin di
động là khá giống với truyền thanh vô tuyến hay truyền hình quảng bá: việc phủ
sóng một khu vực đ−ợc cung cấp bằng cách lắp đặt một máy phát công suất cao
trên điểm cao nhất của khu vực và truyền đi tín hiệu tới tới toàn bộ vùng phủ sóng.
Phổ tần vô tuyến khả dụng đ−ợc chia tách thành nhiều kênh, mỗi kênh đ−ợc dành
cho một ng−ời sử dụng cụ thể và tất cả ng−ời sử dụng liên kết tới cùng máy phát.
Số ng−ời sử dụng bị giới hạn bởi số l−ợng kênh khả dụng, số l−ợng kênh khả dụng
này bị khoá trong toàn bộ khu vực phủ sóng bởi một số l−ợng nhỏ các cuộc gọi. Ví
dụ, một nhà cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến phục vụ 10.000 khách hàng sẽ
cần 10.000 kênh khác nhau để thực hiện, mặc dù chỉ có một phần nhỏ trong số
chúng sẽ thực sự đ−ợc sử dụng tại thời điểm cho tr−ớc bất kỳ.
Số kênh yêu cầu có thể giảm xuống bằng cách tái sử dụng các kênh vô tuyến
về thời gian và không gian. Việc tái sử dụng về thời gian (còn đ−ợc gọi là
trunking), có nghĩa là sử dụng các kênh nh− nhau cho các ng−ời dùng khác nhau tại
các thời điểm khác nhau. Thiết bị đầu cuối sẽ đ−ợc gán một kênh chỉ khi nó yêu
cầu cho cuộc gọi. Mặc dù trunking có thể sử dụng tài nguyên phổ tần vô tuyến một
cách hiệu quả hơn, dung l−ợng hệ thống vẫn còn khá hạn chế. Số l−ợng các cuộc
gọi đồng thời bị giới hạn bởi số l−ợng các kênh khả dụng. Vì phổ tần vô tuyến là
một nguồn tài nguyên quý hiếm nên chính điều này giới hạn dung l−ợng hệ thống
khá nhiều. Ví dụ, hệ thống di động tế bào Bell của thành phố New York trong
những năm 1970 đã sử dụng điện thoại trunking, chỉ có thể hỗ trợ cho 12 cuộc gọi
đồng thời. H−ớng tiếp cận khác của việc sử dụng các kênh vô tuyến một cách hiệu
quả hơn là việc tái sử dụng kênh về không gian. Các ng−ời dùng có thể sử dụng
cùng kênh tại cùng thời điểm trong khu vực địa lý không liền kề. Việc tái sử dụng
các kênh về không gian là không thể trong một mạng quảng bá đ−ợc tập trung,
nh−ng thay vào đó mạng đ−ợc cấu trúc lại theo một kiểu phân tán.
Việc tái sử dụng kênh về không gian là một trong những khái niệm chủ yếu
đ−ợc sử dụng bởi một mạng tế bào để đạt đ−ợc hiệu quả trong việc sử dụng tài
nguyên phổ tần. Hai đặc điểm chính khác của các mạng tế bào là sự chia tách tế
bào để giải quyết những yêu cầu tăng cao và chuyển giao của các cuộc gọi di
chuyển từ tế bào này đến tế bào khác. Sau đây ta sẽ miêu tả chi tiết hơn mỗi đặc
điểm này.
Hình 1.1 Mạng tế bào lục giác
1.1.1 Tái sử dụng kênh trong các mạng tế bào
Để đạt một hiệu quả cao hơn trong việc sử dụng kênh thông qua việc tái sử dụng
kênh về không gian, vùng phục vụ đ−ợc chia thành nhiều khu liền kề. Một tế bào
đ−ợc xem nh− là vùng phủ sóng t−ơng đ−ơng của một khu vực địa lý cụ thể. Mỗi tế
bào đều có máy phát riêng đảm bảo thông tin vô tuyến với máy di động trong vùng
nội hạt của nó và nối tới trung tâm bằng dây. Khái niệm tế bào đ−ợc miêu tả ở trên
đ−ợc giới thiệu đầu tiên bởi MacDonald [21] sử dụng hình tế bào lục giác để biểu
diễn một tế bào nh− trong hình 1.1. Lý do chọn cấu trúc tế bào lục giác là trong số
tất cả các cấu trúc hình lục cùng có bán kính để có thể bao phủ một vùng mà không
cần bất cứ khoảng trống nào, thì hình lục giác có diện tích lớn nhất.
Không giống nh− các cách tiếp cận quảng bá truyền thống, ý t−ởng tế bào giải
quyết vấn đề phủ sóng hoàn toàn khác. Thay vì bao phủ một vùng rộng với chỉ một
máy phát công suất cao, một mạng tế bào cung cấp vùng phủ sóng bằng sử dụng rất
nhiều máy phát công suất thấp, mỗi máy phát đ−ợc thiết kế một cách đặc biệt để
phục vụ chỉ một vùng (tế bào) nhỏ và bán kính không quá vài trăm mét. Bằng việc
chia tách khu vực phủ sóng ra thành nhiều tế bào nhỏ với mỗi máy phát của chính
nó, có thể (tối thiểu là về mặt lý thuyết) tái sử dụng các kênh nh− nhau trong các tế
bào khác nhau trong phạm vi vùng phục vụ.
Các tế bào nhỏ với việc tái sử dụng kênh có thể tăng khả năng l−u l−ợng một
cách thực sự. Để hiểu rõ điều này, có thể t−ởng t−ợng rằng có 12 kênh khả dụng
trong một thành phố và thành phố đ−ợc bao phủ bởi 100 tế bào. Nếu tất cả các kênh
có thể đ−ợc tái sử dụng trong mỗi tế bào, thì với cùng 12 kênh, thay vì 12 cuộc gọi
đồng thời trong toàn bộ thành phố sẽ là 12 kênh cho mỗi tế bào và 1200 cuộc gọi
đồng thời trong thành phố.
Tuy nhiên, trong thực tế việc tái sử dụng nh− thế là không thể. Nếu cùng kênh
đ−ợc sử dụng trong 2 tế bào khác nhau mà 2 tế bào này gần nhau về mặt địa lý, thì
điều này có thể gây ra can nhiễu vô tuyến, làm méo các tín hiệu. Hiện t−ợng này
đ−ợc gọi là xuyên nhiễu đồng kênh, nó có thể làm giảm tỷ số tín hiệu trên tạp âm
(SNR) tới một mức độ mà tín hiệu không còn phân biệt đ−ợc nữa từ tạp âm, khi
ng−ời sử dụng khác cũng đang sử dụng cùng kênh trong tế bào kế tiếp. Để đạt một
SNR có thể chấp nhận đ−ợc, không nên tái sử dụng kênh giống nhau trong hai tế
bào khác nhau trong mạng, trừ khi chúng đ−ợc chia tách bởi khoảng cách tối thiểu
đ−ợc gọi là khoảng cách tái sử dụng σ.
Mặc dù điều kiện về khoảng cách tái sử dụng làm cho việc bỏ qua một hoặc một
vài tế bào tr−ớc khi tái sử dụng kênh giống nhau là cần thiết, ý t−ởng cơ bản của
việc tái sử dụng kênh trong khái niệm tế bào là có căn cứ. Kênh giống nhau có thể
đ−ợc sử dụng để hỗ trợ nhiều hơn một cuộc gọi đang thực hiện trong các phần khác
nhau của thành phố. Điều này là có thể bởi vì nhờ sự tổn hao đ−ờng truyền vô
tuyến, công suất trung bình nhận đ−ợc từ một máy phát thay đổi tỷ lệ nghịch với
luỹ thừa 3 của khoảng cách từ ng−ời gửi, hoặc thậm chí một luỹ thừa cao hơn lên
tới 5 hay 6 phụ thuộc vào môi tr−ờng vật lý. Kết quả là nếu nghịch đảo luỹ thừa 4
của khoảng cách đ−ợc chấp nhận, SNR có thể đ−ợc tính nh− sau:
Hình 1.2 Sử dụng lại kênh
ở đây dS (dN) là khoảng cách giữa nguồn tín hiệu (tạp âm) và ng−ời sử dụng, và α
là hằng số vật lý của môi tr−ờng. Nh− chúng ta có thể thấy từ ph−ơng trình (1.1),
SNR đ−ợc xác định không phải bởi khoảng cách địa lý dS và dN, mà bởi tỷ số giữa
chúng. Nhờ đó có thể sử dụng cách biểu diễn lý thuyết graph về điều kiện khoảng
cách dùng lại trong mạng tế bào.
Nh− đã chỉ ra ở hình 1.2, giả sử rằng mọi tế bào đều có cùng bán kính r. Khi
đó bất cứ ng−ời sử dụng nào trong tế bào A sẽ có khoảng cách lớn nhất r kể từ máy
phát của nó. Khoảng cách giữa máy phát của tế bào A và ng−ời sử dụng khác trong
tế bào C tối thiểu là 3r. Bởi vậy, nếu công suất của máy phát của tế bào A có giá trị
vừa đủ đối với mọi ng−ời sử dụng trong tế bào A để nghe tín hiệu, công suất tín
hiệu đ−ợc nhận bởi bất cứ ng−ời sử dụng nào trong tế bào C sẽ là (1/3)4 ≈ 1% của tế
bào A. Tạp âm từ máy phát trong tế bào A khó có thể dẫn đến méo tín hiệu một
cách đáng kể ảnh h−ởng đến thông tin trong tế bào C. Trong các hệ thống hiện đại,
khoảng cách tái sử dụng 2 hay 3 có lẽ là đủ để bảo đảm tín hiệu nhận đ−ợc từ máy
phát chính v−ợt trội tạp âm từ máy phát khác sử dụng cùng kênh.
Nếu khoảng cách tái sử dụng 2 đ−ợc chấp nhận, các MS trong các tế bào lân
cận đ−ợc bảo đảm sử dụng một nhóm các kênh khác nhau. Tuy nhiên các tế bào
tSNR =
Công suất tín hiệu
Công suất tạp âm
α (1/dS)4
α (1/dN)4
dN
= (1.1)=
dS
4
không lân cận có thể sử dụng cùng kênh. Ví dụ trong hình 1.2 các tế bào A và B là
kế tiếp nhau, vì vậy chúng không thể sử dụng cùng kênh. Tuy nhiên, các cuộc gọi
trong các tế bào A và C có thể sử dụng cùng kênh.
Trong thực tế, ảnh h−ởng của việc xuyên nhiễu th−ờng không liên quan đến
khoảng cách tuyệt đối, mà đến tỷ số khoảng cách giữa các tế bào với bán kính của
các tế bào làm cho ý t−ởng mạng tế bào trở nên hấp dẫn hơn. Bán kính tế bào đ−ợc
xác định bởi công suất máy phát và bằng cách tăng hay giảm đơn giản mức công
suất của máy phát, các nhà khai thác hệ thống có thể thay đổi số l−ợng các tế bào
trong hệ thống và sau đó đến số l−ợng các cuộc gọi sẽ đ−ợc hỗ trợ thông qua việc
tái sử dụng. Ví dụ, nếu khoảng cách tái sử dụng bằng 3 là cần thiết cho tỷ số tín
trên tạp chấp nhận đ−ợc và một mạng l−ới các tế bào bán kính 10 dặm cho phép tái
sử dụng tần số trong một tế bào tại khoảng cách 30 dặm, thì một mạng các tế bào
bán kính 5 dặm sẽ cho phép tái sử dụng tại khoảng cách 15 dặm và các tế bào bán
kính 1 dặm sẽ cho phép tái sử dụng tại 3 dặm. Không cần bổ sung thêm kênh hệ
thống dựa trên các tế bào bán kính 1 dặm sẽ hỗ trợ số l−ợng ng−ời dùng 100 lần lớn
hơn hệ thống dựa trên tế bào bán kính 10 dặm.
Tất nhiên, nếu chúng ta có thể giảm một cách vô hạn kích th−ớc của các tế
bào, vấn đề thiếu hụt phổ tần có thể đ−ợc giải quyết một cách dễ dàng bằng việc
lắp đặt số l−ợng không giới hạn các tế bào cực nhỏ. Tuy nhiên, chi phí cho việc lắp
đặt và bảo d−ỡng là cao và sự phức tạp trong công việc điều khiển tăng làm cho giải
pháp này không có tính khả thi. Vấn đề quan trọng là phải sử dụng tốt hơn các tài
nguyên sẵn có trong hệ thống tr−ớc khi chuyển sang một hệ thống tế bào nhỏ hơn.
1.1.2 Sự chia tách tế bào
Khi số ng−ời sử dụng tăng lên, có lẽ sẽ không có sự lựa chọn nào khác ngoài
việc sử dụng nhiều các tế bào nhỏ hơn để hỗ trợ những đòi hỏi ngày càng tăng
trong vài vùng nh− là trung tâm của thành phố. Nh−ng sẽ là quá tốn kém nếu thay
thế toàn bộ cơ sở hạ tầng thông tin tế bào bằng một hệ thống tế bào bán kính nhỏ.
Tuy nhiên, bằng việc sử dụng một kỹ thuật đ−ợc gọi là chia tách tế bào, các tế bào
bán kính lớn có thể chia thành các tế bào bán kính nhỏ trong một khoảng thời gian.
Khi mà l−u l−ợng trong một tế bào đã đạt đến điểm mà sự phân phối kênh hiện thời
trong tế bào đó không còn khả năng hỗ trợ l−u l−ợng tăng thêm, thì các máy phát
mới với công suất phát thấp hơn đ−ợc lắp đặt và mỗi máy phát này phủ sóng một
khu vực nhỏ hơn bên trong vùng tế bào tr−ớc đây. Bằng việc phân tế bào thành
nhiều tế bào nhỏ hơn, các kênh giống nhau đ−ợc gán với tế bào tr−ớc có thể đ−ợc
tái sử dụng trong tế bào ban đầu. Do vậy, số l−ợng ng−ời sử dụng đ−ợc hỗ trợ tăng
lên một cách đáng kể mà không làm gián đoạn bất cứ tế bào nào khác trong hệ
thống. Quá trình chia tách tế bào này có thể đ−ợc lặp lại để hỗ trợ nhiều ng−ời sử
dụng hơn khi cần thiết.
Sự linh hoạt trong việc định thời gian và không gian đã làm cho việc chia
tách tế bào thành một kỹ thuật đ−ợc −a chuộng để tăng dung l−ợng khi hệ thống
mở rộng. Hệ thống có thể bắt đầu với số ít tế bào và sự đầu t− thiết bị ban đầu có
thể là rất thấp. Khi số l−ợng khách hàng sinh lợi tăng lên, các tế bào mới và thiết bị
có thể đ−ợc bổ sung thêm. Hơn nữa, chi phí của việc bổ sung các tế bào nhỏ hơn sẽ
chỉ cần thiết trong các khu vực với mật độ l−u l−ợng cao. Mặt khác, số ít tế bào lớn
sẽ đủ để hỗ trợ l−u l−ợng nhỏ trong các khu vực. Việc mở rộng của hệ thống cũng
sẽ có thể đ−ợc thực hiện mà không làm lãng phí sự đầu t− tr−ớc, khi một tế bào lớn
đ−ợc chia tách thành nhiều tế bào nhỏ, máy phát của tế bào chính thức sẽ không bị
giải tán, thay vào đó nó sẽ phù hợp với phạm vi mới bằng cách giảm công suất.
Tuy nhiên, sự chia tách tế bào cũng có những nh−ợc điểm hạn chế sự áp
dụng rộng rãi của nó trong thực tế. Chi phí của việc thiết lập lên nhiều máy phát
nhỏ là đủ lớn để làm cho các nhà khai thác mạng sử dụng thiết bị khả dụng một
cách hiệu quả tr−ớc khi thêm nhiều tế bào hơn là hoàn toàn cần thiết. Bên cạnh việc
chi phí nhiều về thiết bị, với nhiều tế bào nhỏ hơn trong mạng thì hệ thống trở nên
khó khăn hơn cho việc quản lý.
1.1.3 Chuyển giao
Sự phức tạp của việc điều khiển hệ thống tăng lên với một hệ thống tế bào
nhỏ hơn. Với kích cỡ của các tế bào giảm đến vài trăm mét, một hiện t−ợng xảy ra
ngày càng nhiều là một cuộc gọi di động không thể hoàn thành trong phạm vi của
một tế bào. Một ng−ời sử dụng trong ô tô đang chạy có thể xuyên qua một vài tế
bào rất nhỏ trong một cuộc đàm thoại. Không có một đ−ờng kết nối thông tin một
cách chính xác đ−ợc thiết lập giữa ng−ời sử dụng và máy phát trong tế bào mới,
cuộc gọi hiện thời sẽ bị mất một cách đột ngột. Để giải quyết vấn đề này, một kỹ
thuật chuyển giao phức tạp đ−ợc sử dụng. Sự di chuyển của một cuộc gọi hiện tại
đ−ợc giám sát một cách liên tục thông qua việc đo c−ờng độ của tín hiệu nhận đ−ợc
từ các máy di động. Hệ thống tế bào sẽ có thể nhận biết khi nào một cuộc gọi di
động di chuyển từ một tế bào đến một tế bào khác và có thể chuyển mạch cuộc gọi
từ tế bào hiện tại đến tế bào kế tiếp mà không bị rớt hoặc ngắt quãng cuộc gọi đang
đàm thoại.
1.2 Gán kênh
Tài nguyên phổ tần vô tuyến bị hạn chế, chi phí cao và sự phức tạp của các tế
bào nhỏ đã thúc đẩy việc nghiên cứu về việc sử dụng các kênh vô tuyến một cách
có hiệu quả trong các mạng tế bào. Nói chung, vấn đề gán kênh trong một mạng tế
bào là vấn đề của việc gán các kênh tần số cho các phiên liên lạc sao cho tránh
đ−ợc sự xuyên nhiễu. Mục đích là sử dụng số l−ợng kênh càng ít càng tốt để cung
cấp cho l−ợng ng−ời sử dụng có thể ở mức tối đa với chất l−ợng dịch vụ có thể chấp
nhận đ−ợc.
Tại thời điểm bất kỳ cho tr−ớc trong một mạng tế bào, số l−ợng kết nối cuộc
gọi hoạt động đ−ợc cung cấp bởi trạm cơ sở gần nhất của chúng (máy phát). Dịch
vụ này bao gồm việc gán một kênh vô tuyến tới mỗi cuộc gọi của thuê bao theo
một kiểu mà xuyên nhiễu vô tuyến giữa hai cuộc gọi khác biệt trong mạng là ở
d−ới mức độ có thể chấp nhận. Thách thức là để tìm ra các chiến l−ợc gán kênh,
tìm hiểu nguyên lý của việc tái sử dụng kênh một cách tối đa mà không vi phạm
những c−ỡng bức của việc tái sử dụng để nghẽn mạch là tối thiểu. Nh− đã biết, tỷ
số tín hiệu trên tạp âm chỉ liên quan tới tỷ lệ của khoảng cách tới nguồn tín hiệu và
khoảng cách tới nguồn tạp âm. Bởi vậy, sự c−ỡng bức xuyên nhiễu đồng kênh có
thể đ−ợc tách ra một cách t−ơng xứng nh− là sự c−ỡng bức khoảng cách tái sử dụng
trong một hình lục giác. Sự dịch chuyển này có thể cung cấp h−ớng tiếp cận có tính
lý thuyết graph để nghiên cứu vấn đề gán kênh.
Các mạng thông tin tế bào đ−ợc đ−a ra nh− graph hai chiều [5] với mỗi đỉnh
đại diện một trạm cơ sở của một tế bào trong mạng và các ranh giới đại diện sự lận
cận có tính địa lý của các tế bào. Cụ thể, các mạng tế bào luôn luôn đ−ợc thể hiện
d−ới các hình lục giác và các hình lục giác này có thể đ−ợc định nghĩa nh− là các
hình nhỏ đ−ợc đ−a ra có giới hạn của mạng tam giác không giới hạn (xem hình
1.1).
Ch−ơng 2
các chiến l−ợc gán kênh
Thách thức chính trong việc thiết kế một hệ thống thông tin vô tuyến là để
đáp ứng nhu cầu sử dụng lớn trong khi tài nguyên phổ tần vô tuyến bị hạn chế. Kỹ
thuật cơ bản đ−ợc sử dụng để tăng dung l−ợng của một hệ thống thông tin tế bào là
việc tái sử dụng kênh. Tuy nhiên, việc tái sử dụng kênh bị giới hạn bởi hiện t−ợng
xuyên nhiễu đồng kênh và chi phí cao liên quan với hệ thống tế bào nhỏ hơn. Các
chiến l−ợc gán kênh hiệu quả là rất cần thiết để đạt hiệu quả trong việc tái sử dụng
phổ tần.
Trong ch−ơng này, tr−ớc tiên chúng ta đ−a ra một tổng quan chung về vấn đề
gán kênh trong môi tr−ờng tế bào và sau đó thảo luận các chiến l−ợc gán kênh cơ
bản.
2.1 Gán kênh cố định cho các mạng tế bào
Cách tiếp cận gán kênh tần số trong mạng tế bào khác nhau cơ bản với cách
tiếp cận sử dụng cho mạng LOS. Do sự phân tán trong môi tr−ờng mạng tế bào,
việc sử dụng anten có độ tăng ích cao với h−ớng cố định tại MS là điều không thể
thực hiện đ−ợc. Hơn nữa, do phân tán, sự phân cực không thể sử dụng hiệu quả để
cung cấp các kênh riêng biệt cho các MS riêng rẽ. Thay vào đó, tiến trình gán kênh
mạng tế bào là t−ơng tự nh− đối với hệ thống tế bào cung cấp các dịch vụ cho vị trí
ng−ời sử dụng ch−a biết trong vùng phục vụ xác định. Mật độ ng−ời sử dụng đ−ợc
thiết lập bởi thông tin l−u l−ợng, cùng với QoS, xác định dung l−ợng tốc độ dữ liệu
mà mạng cần phải cung cấp.
Do một vài khái niệm cơ bản của việc sử dụng lại tần số và xuyên nhiễu là t−ơng
tự nh− các hệ thống tế bào, quy tắc tiếp cận thông th−ờng đối với việc quy hoạch
kênh trong mạng tế bào sẽ đ−ợc thảo luận đầu tiên. Theo đó, các khía cạnh riêng
biệt của đầu cuối xa cố định (chứ không phải là di động) sẽ đ−ợc kết hợp chặt chẽ
cùng với các chỉnh sửa phù hợp. Các chỉnh sửa này khai thác các đơn giản hoá mà
đầu cuối cố định có thể đem lại cho đầu cuối di động.
Cấu trúc tế bào truyền thống cho hệ thống tế bào đ−ợc chỉ ra trong hình 2.1. Cấu
trúc l−ới lục giác cơ bản cho các lớp tế bào đ−ợc chấp nhận bởi nó biểu diễn sự phủ
sóng liên tục của vùng phục vụ (không nh− hình tròn) và gần giống với vùng phục
vụ đối xứng tròn cho mỗi tế bào. Vì các MS ở xa đ−ợc giả thiết có các anten đẳng
h−ớng, chúng sẽ nhận đ−ợc xuyên nhiễu từ tất cả các tế bào khác trong mạng, với
các tế bào lân cận gần nhất có đóng góp xuyên nhiễu lớn nhất đ−ợc biểu diễn bởi
các đ−ờng chấm chấm trong hình 2.1. Khoảng cách giữa các tế bào đ−ợc dùng cùng
một tần số (theo đơn vị bán kính tế bào lục giác R) đ−ợc gọi là khoảng cách tái sử
dụng. Khoảng cách tái sử dụng phụ thuộc vào hai yếu tố: (1) tỷ số S/I yêu cầu cần
cho dịch vụ chấp nhận đ−ợc và (2) tổn thất đ−ờng truyền của tia mong muốn và các
tia xuyên nhiễu.
Hình 2.1. Cấu trúc mạng tế bào lục giác đều cơ bản
2.1.1 Tỷ số S/I mục tiêu
Khoảng cách tái sử dụng kênh phụ thuộc vào tỷ số S/I yêu cầu để đạt đ−ợc
dịch vụ có thể chấp nhận đ−ợc tại MS. Dịch vụ chấp nhận đ−ợc có thể đ−ợc miêu tả
bởi độ sẵn sàng kết nối đạt đ−ợc trong phần trăm thời gian nào đó (ví dụ 99%) và
trong phần trăm vị trí nhất định (ví dụ 95%) của vùng dịch vụ mạng. Giá trị đầu
tiên chỉ ra chất l−ợng của tuyến liên kết trong khi giá trị thứ hai chỉ ra bao nhiêu vị
trí đ−ợc cung cấp với dịch vụ thích hợp. Nh− đã biết, cả hai tín hiệu mong muốn và
tín hiệu xuyên nhiễu là đều chịu sự ảnh h−ởng pha-đinh. Các ảnh h−ởng này đ−ợc
mô hình tổng quát bởi hai cơ chế:
1. Sự biến thiên đ−ờng bao điện áp tín hiệu đ−ợc miêu tả bởi phân bố xác suất Rice.
2. Sự biến thiên mức tín hiệu trung bình từ vị trí đến vị trí khác không thể dự đoán
tr−ớc bằng các mô hình đ−ờng truyền đơn giản. Pha-đinh che khuất th−ờng đ−ợc
miêu tả bởi một phân bố chuẩn lôga của giá trị trung bình.
Đ−a pha-đinh chuẩn lôga vào tính toán, tỷ số S/I tính bằng dB đ−ợc miêu tả với
một phân bố xác suất đ−ợc cho bởi :
ở đây S là tín hiệu mong muốn có phân bố chuẩn lôga và In là các tín hiệu xuyên
nhiễu phân bố chuẩn lôga. Xác suất liên kết tới một MS có độ sẵn sàng chấp nhận
đ−ợc PA là xác suất mà ρ lớn hơn ng−ỡng S/I yêu cầu ρTH đối với tỷ lệ lỗi bít yêu
cầu (BER), hay:
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛−= ∑
=
I
n
N
n
IS
1
10/10ρ [dB] (2.1)
)Pr( THAP ρρ >= (2.2)
)
Thông th−ờng trong các hệ thống tế bào, tiến trình gán kênh đ−ợc thực hiện
sử dụng các giá trị trung bình của tín hiệu mong muốn và xuyên nhiễu chứ không
tính đến phân bố pha-đinh. Trong mạng băng rộng cố định có sự mong đợi độ sẵn
sàng dịch vụ cao hơn trong hệ thống tế bào, cần phải tính đến phân bố pha-đinh
trong giá trị S/I đ−ợc sử dụng để thiết lập gán kênh và tái sử dụng. Thuật toán gán
kênh trong hệ thống LOS tính đến pha-đinh bằng cách đ−a vào độ dự trữ pha-đinh
thích hợp trong tỷ số S/I mục tiêu khi tìm kiếm một kênh khả dụng.
Hình 2.2. Phân bố xác suất suy giảm đối với mô hình
pha-đinh phân bố Rice với hệ số k biến đổi
Hình 2.3 Xác suất mức tín hiệu pha-đinh chuẩn lôga
Một cách tiếp cận t−ơng tự có thể đ−ợc sử dụng ở đây. Nếu điều chế 16-
QAM đ−ợc sử dụng, tỷ số S/I yêu cầu cho BER thô cỡ 10-3 là 12 dB (đó là FEC- có
thể sửa sai tới 10-6). Nếu độ dự trữ pha-đinh là 16 dB đ−ợc sử dụng để đạt đ−ợc
90% độ sẵn sàng của tuyến với hệ số Rice k là 0 dB (xem hình 2.2), thì chỉ tiêu S/I
là 28 dB. Nếu sự biến đổi vị trí theo hàm chuẩn lôga đ−ợc xét tới và giả sử độ lệch
tiêu chuẩn là 8 dB, thì việc đạt đ−ợc một tỷ số S/I có thể chấp nhận đ−ợc trong 90%
vị trí yêu cầu tỷ số S/I phải tăng hơn 10.5 dB (xem hình 2.3) đến 38.5 dB. Mục tiêu
tỷ số tín hiệu trên xuyên nhiễu này (SIR) có thể giảm đi đáng kể nếu giả thiết phân
tập anten có thể làm giảm pha-đinh đa đ−ờng, giảm độ dự trữ pha-đinh Rice 10 dB
hay nhiều hơn. Mục tiêu SIR của mạng do vậy giảm tới cỡ 28.5 dB. Do yêu cầu độ
sẵn sàng đặt ra, chỉ tiêu giá trị S/I này là cao hơn đáng kể các giá trị bình th−ờng sử
dụng cho quy hoạch nhóm tế bào trong các hệ thống tế bào.
2.1.2 Khoảng cách sử dụng lại tần số
Nếu các BS và các MS đ−ợc giả thiết có các anten đẳng h−ớng, thì yếu tố duy
nhất làm suy giảm tín hiệu xuyên nhiễu so với tín hiệu mong muốn từ tế bào gần
nhất là khoảng cách. Trong không gian tự do với tổn thất đ−ờng truyền tỷ lệ với 20
logd, tỷ số của khoảng cách đến BS phục vụ và khoảng cách đến BS xuyên nhiễu
phải bằng 6.3 để đạt đ−ợc tỷ số S/I là 16 dB. Tuy nhiên, do các đ−ờng truyền này
là không trực tiếp, tổn thất đ−ờng truyền thực từ một BS đến một MS sẽ cao hơn
đáng kể tổn thất đ−ờng truyền trong không gian tự do. Tổn thất này th−ờng đ−ợc
xấp xỉ trong cách tính đơn giản bởi cách tăng giá trị mũ cho số hạng suy hao
khoảng cách trong ph−ơng trình tổn thất đ−ờng truyền từ 2 (đối với không gian tự
do) đến các giá trị cao hơn. Điều này đ−ợc biểu diễn theo dạng dB nh− sau:
L α n 10 log d (2.3)
ở đây n>2. Ví dụ mô hình đ−ờng truyền trong IEEE 8._.02.16 cho các tần số mạng tế
bào, giá trị mũ này là một hàm đơn giản phụ thuộc vào các loại địa hình (A, B hay
C) và độ cao anten trạm gốc trên mặt đất. Đối với một anten trạm gốc có độ cao
30m, các giá trị của số mũ là 4.79, 4.38 và 4.12 đối với các loại địa hình t−ơng ứng
là A, B hay C. Giả thiết tổng quát đ−ợc chấp nhận là tán cây và tín hiệu xuyên toà
nhà sẽ ảnh h−ởng đến các tín hiệu nhiễu và tín hiệu mong muốn gần nh− nhau, do
đó các yếu tố tổn hao này sẽ không ảnh h−ởng đến tỷ số S/I.
Nếu giá trị số mũ n = 4.38 đ−ợc sử dụng trong (2.3), thì tỷ số S/I là 16dB có thể
đạt đ−ợc với tỷ lệ khoảng cách là 2.3 thay vì 6.3. Tuy nhiên, các MS trong một tế
bào có sáu tế bào gần nhất sử dụng cùng một kênh. Giả thiết rằng công suất của tín
hiệu xuyên nhiễu đ−ợc cộng lại, thì công suất xuyên nhiễu trên một kênh là gấp sáu
lần việc tính toán ở trên. Tính đến điều này thì tỷ lệ khoảng cách tái sử dụng tăng
đến 3.5. Tỷ số này chỉ ra rằng các BS xuyên nhiễu sử dụng đồng kênh phải xa xấp
xỉ 3.5 lần từ MS so với BS phục vụ.
Trong những điều kiện tr−ờng hợp xấu nhất khi MS có vị trí tại biên vùng phục
vụ của tế bào, đó là khoảng cách từ BS mong muốn. Sử dụng tỷ số cách ly 3.5, điều
này chỉ ra rằng các tế bào sử dụng cùng kênh phải ít nhất là 3.5 R từ tế bào phục vụ
MS. Các tế bào màu xám trong hình 2.1 là những ví dụ về sự chia tách tế bào sao
cho một kênh có thể sử dụng lại và đạt đ−ợc một tỷ số S/I mục tiêu là 16dB.
2.1.3 Sắp xếp tế bào và các mẫu gán kênh
Việc tiếp cận hệ thống tế bào thông th−ờng đối với quy hoạch kênh giả thiết
là một l−ới hình lục giác có thể quan sát nh− tập hợp các nhóm tế bào trong đó mỗi
nhóm bao gồm số l−ợng tế bào cho tr−ớc và với các kênh có thể đ−ợc sử dụng chỉ
một lần. Nhóm tế bào tạo ra các mẫu lát. Đối với mẫu lặp lại này, một số kích cỡ
nhóm nhất định đ−ợc xác định nh− sau:
M = i2 + ij + j2 (2.4)
ở đây i và j là các số nguyên không âm với i > j. Các kết hợp đ−ợc phép của i và j
mang lại các giá trị M = 1, 3, 4, 7, 12... Hình 2.1 có kích th−ớc nhóm sử dụng lại
bằng 7, l−ới lục giác có thể tiếp tục vô hạn làm bằng lặp lại nhóm này và việc gán
kênh của nó.
Bằng việc xem xét hình dạng các kích th−ớc nhóm khác nhau, khoảng cách giữa
các tế bào D có thể có mối quan hệ với bán kính tế bào R và kích th−ớc nhóm M
nh− sau:
Việc lựa chọn kích th−ớc nhóm sử dụng lại có thể đ−ợc xác định bởi tỷ số S/I
yêu cầu. Từ mục 2.1.2 và các giả thiết của chúng, tỷ số S/I nhận đ−ợc bởi tỷ số mức
tín hiệu mong muốn trên tổng các mức tín hiệu xuyên nhiễu, lần l−ợt đ−ợc xác định
bởi các giá trị tổn thất đ−ờng truyền đến BS tế bào phục vụ và các BS xuyên nhiễu.
Với tất cả các điều kiện khác là nh− nhau, các giá trị tổn thất đ−ờng truyền là tỷ lệ
với khoảng cách và số mũ tổn thất đ−ờng truyền n. Đối với một MS ở mép tế bào
của vùng phục vụ (tại khoảng cách R từ BS phục vụ), tỷ số tín hiệu trên xuyên
nhiễu kí hiệu là ρ, đ−ợc viết d−ới dạng:
M
R
D 3= (2.5)
∑
=
−
−
=
IN
i
n
i
n
D
R
1
ρ (2.6)
Giả thiết rằng tất cả các xuyên nhiễu NI là cùng khoảng cách từ MS (D1 = D2
= ... = Di = D), thì SIR có thể đ−ợc viết theo kích th−ớc của nhóm:
hay
Đối với kích th−ớc nhóm là 7, và 6 xuyên nhiễu (NI = 6) và số mũ tổn hao là
4.38, tỷ số S/I nhận đ−ợc từ (2.7) là 21.2 dB.
Một chỉ tiêu dung l−ợng mạng C đ−ợc cho bởi:
với NS là số kênh khả dụng trong mạng. Thay thế (2.9) vào (2.8) nhận đ−ợc:
Một ví dụ gán kênh băng tần số con đ−ợc chỉ ra trong hình 2.4. Trong tr−ờng
hợp này, mỗi tế bào đ−ợc phân chia thành 3 sector 1200, đây là một cấu hình tiêu
biểu trong các hệ thống tế bào. áp dụng kiểu gán kênh này cho tr−ờng hợp 21 kênh
với độ rộng băng 6 MHz sẽ đ−ợc phân chia thành 7 nhóm, mỗi nhóm 3 kênh và
I
n
N
M )3(=ρ (2.7)
3
)( /2 nINM ρ= (2.8)
C
NM
M
NC SS == , (2.9)
3
)( /2 nIS N
C
N ρ= (2.10)
n
I
S
N
NC /2)(
3
ρ= (2.11)
một trong ba đ−ợc gán cho mỗi sector α, β hay ɣ. Kết quả là 6 MHz phổ tần khả
dụng cho các MS trong vùng phục vụ của sector đó. Độ rộng băng 6 MHz có thể
phân chia thêm nữa để phù hợp với công nghệ đ−ợc triển khai.
Việc gán kênh này đ−ợc giả thiết phân bố địa lý của l−u l−ợng là đồng đều.
Tuy nhiên, phân bố th−ờng là không đồng đều. Hơn nữa, mục tiêu tiếp thị cho việc
ứng dụng và phục vụ trong mạng có lẽ thiên về kinh doanh hay h−ớng về vùng dân
c− sẽ tạo ra phân bố địa lý l−u l−ợng không đồng đều. Trong tr−ờng hợp này, có thể
mong muốn đ−ợc sự chỉ định nhiều kênh hơn trên một vài sector và ít hơn trên các
sector khác để phù hợp với các tải khác nhau.
Hình 2.4 Sắp xếp băng tần số trong nhóm 7 tế bào và 3 sector trên một tế bào
Việc sử dụng các mẫu nhóm tế bào để phân phối các kênh trong hệ thống vô
tuyến nh− miêu tả ở đây là cách tiếp cận khá thô sơ song điều đó là hữu ích cho sự
hiểu biết các cơ chế xuyên nhiễu phức tạp. Điều đó là không có nhiều giá trị đối
với việc gán kênh trong hệ thống thực, mặc dù nó vẫn đ−ợc sử dụng trong ph−ơng
pháp này. Các hạn chế lớn nhất của việc tiếp cận này là:
- Kích th−ớc nhóm nguyên không cung cấp đầy đủ tính linh hoạt gán kênh
để tạo ra quy hoạch kênh có hiệu quả cho phạm vi rộng của các tỷ số S/I. Sự tiến bộ
của công nghệ mà có thể hạ thấp mục tiêu S/I đi 3 hay 6 dB có thể tăng dung l−ợng
đáng kể, nh−ng từ (2.8), ta thấy sự tiến bộ nh− vậy không thể cho phép kích th−ớc
nhóm nhỏ hơn (chẳng hạn, từ 7 xuống 4).
- Các tế bào đồng đều không phản ánh hình dáng kỳ cục, đôi khi các vùng
phục vụ gián đoạn và các vùng xuyên nhiễu của các tế bào thực.
- Việc bố trí hình l−ới lục giác đều của các tế bào có thể hiếm khi đạt đ−ợc
dù chỉ là gần đúng. Hơn nữa, việc lựa chọn các vị trí BS bị hạn chế bởi cấu trúc
tháp vô tuyến hiện có.
Do những hạn chế này, việc tiếp cận nhóm tế bào để gán kênh không phải là
một sự lựa chọn tốt cho việc gán các kênh trong hệ thống tế bào. Thay vào đó, tiếp
cận tối −u có thể sử dụng mà không đòi hỏi gán kênh đồng đều hay gán kênh theo
nhóm.
2.2 Gán kênh động
Việc thảo luận gán kênh cho tới nay đã đ−ợc giả thiết là các kênh một khi đã
gán, là gán kênh cố định tại sector. Trong vài tr−ờng hợp, có thể nhận thấy rằng
phân bố l−u l−ợng địa lý có hai hay ba mẫu riêng biệt trong một ngày, do vậy hai
hay ba cách bố trí kênh tĩnh có thể đ−ợc phát triển và chuyển mạch mạng từ kế
hoạch chỉ định một kênh tới kênh khác để phù hợp phân bố tải l−u l−ợng tốt nhất.
Chẳng hạn, trong hệ thống tế bào nơi tập trung l−u l−ợng lớn suốt cả ngày là các
khu vực th−ơng mại và công sở. Kết thúc ngày làm việc, tải l−u l−ợng dịch trong
các vị trí dọc theo những con đ−ờng và các hành lang chuyên chở đ−ợc sử dụng bởi
ng−ời đi làm. Hai kế hoạch kênh để gán lại kênh từ các sector tế bào trong các khu
vực th−ơng mại cho các sector tế bào dọc theo hành lang chuyên chở vào lúc 17
đến 18 giờ là dạng cơ bản của DCA. Trong ví dụ này, gán kênh là đ−ợc lập kế
hoạch tr−ớc theo tải l−u l−ợng (đo đ−ợc hoặc −ớc l−ợng). DCA đích thực gán các
kênh và nguồn tài nguyên mạng khác trong thời gian thực khi cần thiết để thích hợp
với l−u l−ợng ở bất cứ nơi nào trong vùng phục vụ.
Đối với các mạng vô tuyến băng rộng cố định, vấn đề tính di động liên quan
với các hệ thống điện thoại tế bào là không có, nh−ng các kiểu phân bố lại l−u
l−ợng t−ơng tự trong ngày có thể xuất hiện. Việc di chuyển nguồn tài nguyên kênh
từ các khu vực th−ơng mại trong suốt cả ngày đến vùng dân c− vào ban đêm cũng
đ−ợc áp dụng một cách hợp lý cho các hệ thống băng rộng tế bào cố định. Nếu có
sẵn các −ớc l−ợng tải l−u l−ợng t−ơng đối, các kế hoạch gán đa kênh có thể đ−ợc
tính toán và thực hiện tự động bởi mạng cho chu kỳ thời gian hàng ngày thích hợp.
Sử dụng gán kênh nhiều kế hoạch đặt tr−ớc cho mạng là thuyết phục bởi vì
nó không đặt lên bất cứ gánh nặng nào khác cho việc khai thác mạng ngoài việc
thực hiện chuyển mạch gán kênh vài lần trong ngày. Tuy nhiên, điều đó thực hiện
dựa vào −ớc l−ợng tải l−u l−ợng và số l−ợng kiểu đ−ờng truyền mà dự báo mức tín
hiệu và xuyên nhiễu. Các lỗi trong việc đánh giá này hay các dự báo sẽ dẫn đến các
kế hoạch gán kênh là tiềm ẩn sự hoà hợp kém trong mạng, tồi tệ nhất là dẫn đến
xung đột xuyên nhiễu trầm trọng và gián đoạn dịch vụ. Đối với DCA thời gian
thực, các cách tiếp cận khác nhau có thể đ−ợc phân chia thành hai loại dựa trên cơ
sở các quyết định nào đ−ợc thực hiện gán các kênh.
2.2.1 DCA tập trung
Bằng việc điều khiển tập trung, tất cả các thông tin trong mạng về kênh
thông th−ờng, các xung đột xuyên nhiễu, và l−u l−ợng đ−ợc đ−a tới vị trí trung tâm,
tại đây quyết định việc thực hiện gán kênh thông qua mạng. Nguồn tài nguyên
thông tin giữa các BS là cần thiết để mang thông tin, cũng nh− việc tính toán đ−ợc
yêu cầu để thực hiện các quyết định gán kênh. Trong tr−ờng hợp cực đoan, mỗi khi
MS yêu cầu dịch vụ (hay một mạch trong một mạng chuyển mạch- kênh), DCA tập
trung phải đ−ợc tính toán lại chiến l−ợc gán kênh tối −u cho mạng tổng thể. Độ trễ
đ−ợc kể đến trong sự hoàn thành nhiệm vụ này phải đ−ợc thêm vào độ trễ hệ thống.
Cách tiếp cận này là không khả thi cho các hệ thống tế bào 2G chuyển mạch kênh
[17]. Đối với các hệ thống tế bào chuyển mạch gói, những khó khăn tính toán là
trầm trọng hơn.
Những trở ngại của việc tính toán và thông tin của điều khiển tập trung đầy
đủ có thể đ−ợc giảm nhẹ đến mức độ có ích bằng chia mạng thành các nhóm tế bào
lân cận, một ph−ơng pháp đ−ợc biết đến nh− là DCA phân tán. Với cách tiếp cận
này, những quyết định về việc gán kênh là hạn chế giữa các nhóm tế bào chứ không
phải là đ−ợc thực hiện trên cơ sở toàn mạng. Nh−ợc điểm là hầu hết các mạng làm
việc trong môi tr−ờng truyền sóng không đồng nhất của vùng phục vụ và xuyên
nhiễu có thể không tiếp giáp là rất lớn. Điều này đặc biệt đúng trong hệ thống vi tế
bào trong vùng đô thị nơi mà mỗi chỗ ngoặt của góc phố có thể bắt đầu một sự
chuyển giao tế bào. Trong những tr−ờng hợp nh− vậy, sự xung đột xuyên nhiễu là
tránh đ−ợc thông qua việc gán kênh động thông minh.
2.2.2 DCA không tập trung
Về bản chất điều khiển không tập trung cho phép các sector tạo nên các
quyết định cho chính bản thân chúng về các kênh nào có khả năng sử dụng và kênh
nào là không dùng đ−ợc tại thời điểm sector phải xử lý l−u l−ợng đến/từ một MS.
Cách tiếp cận thông th−ờng là sử dụng ph−ơng pháp nào đó cho các sector riêng rẽ
và các MS để cảm nhận hay đo xuyên nhiễu trong các kênh khả dụng cho hệ thống.
Trên cơ sở của phép đo này, một sự lựa chọn đ−ợc tạo ra đối với kênh tốt nhất để sử
dụng cho việc truyền dẫn.
Có vài cách tiếp cận để tìm ra mức độ xuyên nhiễu trên các kênh. Một chu kì
rỗi ngắn không truyền dẫn có thể đ−ợc sắp xếp tr−ớc bởi sector phục vụ để các MS
có thể phát hiện các tín hiệu đ−ờng xuống từ các sector BS khác bằng việc quét các
kênh trong dải băng trong suốt khoảng thời gian rỗi. Một cách t−ơng tự, đối với các
kênh đ−ờng lên, sector BS có thể quét các kênh để xác định kênh có mức thấp nhất
của công suất xuyên nhiễu. Sector BS và MS có thể chia sẻ kết quả việc quét này để
giúp nhau trong sự lựa chọn kênh. Hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao (OFDM) sử dụng công nghệ biến đổi Fourie nhanh (FFT) và khối bộ nhân để
sửa pha-đinh chọn lọc tần số đã đ−ợc trang bị đặc tính đo tín hiệu này.
Trong [24], kết quả mô phỏng đã đ−ợc trình bày đối với DCA cho l−u
l−ợng chuyển mạch kênh thông th−ờng sử dụng một mô hình đ−ờng truyền lý
t−ởng hoá với số mũ tổn thất đ−ờng truyền n = 4 cùng với kiểu pha-đinh chuẩn
lôga. ở đó cũng sử dụng cảm nhận xuyên nhiễu lý t−ởng không có sự lựa chọn gán
kênh xung đột phát sinh do nguyên nhân trễ thời gian khoảng cách đối với các
sector đang quét cùng kênh. Việc mô phỏng chứng minh rằng DCA có và không có
điều khiển công suất có thể đem lại dung l−ợng mạng v−ợt quá dung l−ợng của cả
hai kỹ thuật CDMA không đồng bộ và CDMA đồng bộ. Mô hình hệ thống CDMA
đồng bộ thừa nhận việc triệt xuyên nhiễu hoàn toàn trong tế bào nh− có thể đạt
đ−ợc với ph−ơng pháp phát hiện đồng thời hoàn hảo. Hình 2.5 biểu diễn một ví dụ
của số liệu về hiệu quả phổ tần đ−ợc đ−a ra từ [24] so sánh các kết quả dung l−ợng
đối với DCA của kỹ thuật CDMA không đồng bộ và kỹ thuật CDMA đồng bộ.
Hiệu quả trong hình 2.5 là hiệu quả đa truy nhập đ−ợc định nghĩa là tỷ số của số
các trạm xa hoạt động đồng thời tại một tốc độ dữ liệu đã cho trên một sector trong
một cấu trúc tế bào lục giác bán vô hạn so với số ng−ời sử dụng tại cùng một tốc độ
dữ liệu đ−ợc phép đối với một sector đơn (không có xuyên nhiễu giữa các tế bào).
Sự cải thiện với DCA trên CDMA một phần là vì số trung bình xuyên nhiễu trên độ
rộng băng trải rộng xảy ra với CDMA, thậm chí đối với CDMA đồng bộ trong đó
xuyên nhiễu nội tế bào đ−ợc loại trừ. DCA đ−a thông tin vào quá trình sử dụng
nguồn tài nguyên phổ tần bằng việc lựa chọn các kênh với các giá trị SIR cao hơn
chứ không chấp nhận một kênh với SIR trung bình. Do thông tin thêm vào và thông
tin đ−ợc xử lý, nên có thể hy vọng rằng việc sử dụng phổ tần sẽ đạt hiệu quả cao
hơn nữa.
Hình 2.5 Hiệu quả phổ tần của DCA lý t−ởng đ−ợc so sánh với CDMA
2.2.3 Chia tách kênh
Một loại khác của DCA đ−ợc gọi là chia tách kênh [3], giống nh− hầu hết
các ph−ơng án DCA, chia tách kênh đối với các hệ thống TDMA đòi hỏi mỗi sector
có thể truyền tải trong kênh bất kỳ đ−ợc cho phép trong hệ thống. Ph−ơng pháp này
sử dụng một cách tiếp cận huấn luyện trong đó danh sách −u tiên của các kênh
đ−ợc duy trì cho mỗi sector. Ban đầu, các kênh mong muốn đ−ợc xem xét nh−
nhau về l−u l−ợng mang. Thông tin về sự thành công của việc sử dụng một kênh so
với kênh khác đ−ợc tập hợp, kênh thành công đ−ợc xếp hạng cao hơn trong danh
sách −u tiên. Khi danh sách tăng, đối với mọi truyền dẫn đ−ợc đ−a ra việc lựa chọn
thực hiện để sử dụng kênh xếp hạng cao nhất không đ−ợc sử dụng bởi MS khác trên
sector đó.
Hình 2.6 biểu diễn l−u đồ cho thuật toán chia tách kênh. Mỗi sector xếp hạng
mỗi kênh sử dụng một hàm −u tiên P(i):
t
s
N
NiP =)( (2.12)
với Ns là số l−ợng truy nhập thành công cho kênh cộng với số l−ợng truy nhập kênh
khi kênh rỗi nh−ng không thể truy nhập đ−ợc, và Nt là tổng số lần thử cho kênh.
Từ hình 2.6, sector chọn ra một kênh từ danh sách kênh hiện thời trên cơ sở
của −u tiên cao nhất P(i). Nếu kênh rỗi, nó kiểm tra khả năng truy nhập. Nếu nó có
khả năng truy nhập, kênh đ−ợc lựa chọn cho việc sử dụng và −u tiên của nó tăng
thêm một. Nếu kênh rỗi nh−ng không thể truy nhập vì không có các máy phát RF
khả dụng trên BS, −u tiên của nó cũng đ−ợc tăng thêm một nh−ng thuật toán còn
tìm một kênh mới từ danh sách −u tiên. Quá trình đệ quy này tiếp tục cho đến khi
việc truyền dẫn đ−ợc xử lý hay việc truyền dẫn bị khoá.
Sự mô phỏng trong [3] chỉ ra rằng thuật toán chia tách kênh có thể làm tốt
hơn FCA đ−ợc miêu tả tr−ớc đây.
Hình 2.6 L−u đồ thuật toán chia tách kênh DCA
Chọn kênh −u tiên cao
nhất không sử dụng
Kênh sử dụng
trong các tế bào
khác ?
Kênh cuối?
Tăng −u tiên
kênh
Giảm −u tiên
kênh
Chọn kênh −u tiên cao
nhất tiếp theo
Sử dụng kênh và tăng
−u tiên của chúng
Kênh không thể
truy nhậpđ−ợc?
Kết thúc
N
N
Y
Y
Y
N
Bắt đầu Cuộc gọi bị khoá
2.2.4 Gán gói động
Khi các quyết định gán kênh đ−ợc thực hiện trên cơ sở gói - gói hay phiên
gói - phiên gói, DCA đ−ợc gọi là gán gói động (DPA). Các tài liệu [8], [9] đ−ợc
công bố gần đây tập trung vào DPA và những −u điểm mà nó có thể cung cấp.
Trong [8] đề cập đến một nh−ợc điểm cho ph−ơng pháp đo xuyên nhiễu. Khi
các sector khác nhau quét các kênh xuyên nhiễu thấp, cùng kênh đó có thể đ−ợc
phát hiện bởi hai hay nhiều sector nh− kênh mong muốn, bởi vậy chúng tạo ra cùng
gán kênh xung đột. Kết quả mô phỏng đ−ợc đ−a ra trong [8], các điều kiện bổ sung
đã áp đặt rằng các khung lấy mẫu xuyên nhiễu (thời gian rỗi) là so le giữa các tế
bào gần nhau trong cùng một nhóm để tránh tr−ờng hợp này. Nh− đã đề cập tr−ớc
đây, trong môi tr−ờng đ−ờng truyền phức tạp, các tế bào gần nhau có thể không gần
nhất về mặt khoảng cách. Việc xác định các tế bào nào cần phải liên kết với nhau
thông qua các ph−ơng pháp so le có thể khó khăn, và có lẽ cũng là không thể khi
các tế bào là thành viên của nhiều nhóm do kết quả của sự hiện diện xuyên nhiễu
của chúng.
Trong một vấn đề liên quan, quét xuyên nhiễu tại điểm cố định nào đó sẽ dần
dần lỗi thời trong khoảng thời gian cho đến khi quét kế tiếp. Trong [8], một phần
trăm tỷ số S/I của thời gian giảm đi khoảng 9 dB giữa việc quét SIR ban đầu và
quét một SIR hoàn thành ở gần cuối của truyền dẫn. Các lỗi truyền dẫn nhận đ−ợc
từ SIR thấp hơn sẽ là một hàm của độ dài truyền dẫn, độ dài này lại phụ thuộc vào
sự thống kê l−u l−ợng.
Các kết quả mô phỏng đ−ợc giới thiệu trong [8] nói chung đều sử dụng các
mô hình mạng lý t−ởng với mô hình đ−ờng truyền sóng đơn giản sử dụng một số
mũ suy giảm khoảng cách n = 4. Trong sự hạn chế của mô phỏng lý t−ởng này, các
kết quả mô phỏng DPA chỉ ra dung l−ợng đáng kể nhận đ−ợc thông qua việc sử
dụng DCA.
2.2.5 DCA đối với các mạng UTRA – TDD
Nh− đã đề cập, các hệ thống CDMA nói chung không đòi hỏi quy hoạch kênh
vì chúng đã đ−ợc thiết kế phù hợp xuyên nhiễu giữa các tế bào bằng cách lấy trung
bình công suất xuyên nhiễu trên băng thông trải phổ. Đối với các hệ thống TDD
CDMA, phân đoạn miền thời gian thành các khe chiếm dụng bởi số l−ợng ng−ời sử
dụng bị hạn chế, một cơ cấu xuyên nhiễu đ−ợc thêm vào gây ra bởi xuyên nhiễu BS
- BS và MS - MS trên cả đ−ờng lên và đ−ờng xuống, nh− đã đ−ợc chỉ ra ở hình 2.7.
Hình 2.7 (a) Các đ−ờng tính toán xuyên nhiễu FDD
(b) Các đ−ờng tính toán xuyên nhiễu TDD
Trong khi các khung thời gian có thể đ−ợc đồng bộ giữa các tế bào lân cận,
vẫn còn vấn đề chỉ định khác nhau các khe thời gian kênh đ−ờng xuống và đ−ờng
lên dẫn đến các khe thời gian kênh đ−ờng xuống xuất hiện trong các khe thời gian
kênh đ−ờng lên trong các tế bào lân cận. Kết hợp việc chỉ định khe thời gian kênh
đ−ờng lên - đ−ờng xuống trong các tế bào hạn chế tính linh hoạt mà các tế bào phải
điều chỉnh để thay đổi các luồng l−u l−ợng của chúng.
Vấn đề xuyên nhiễu đã đ−ợc nghiên cứu qua mô phỏng trong [16]. Mặc dù
việc mô phỏng không tính tới phát hiện đồng thời cho việc giảm xuyên nhiễu trong
tế bào, nó đã chứng minh xuyên nhiễu ảnh h−ởng giữa các sector có thể giảm đi do
sử dụng việc đồng bộ khung. Quy hoạch mạng tính đến việc chia tách khoảng cách
tái sử dụng nh− với các hệ thống TDMA truyền thống cũng đ−ợc trợ giúp, nh−ng
điều này sẽ giảm dung l−ợng. Trong [14], việc sử dụng DCA cho UTRA TDD đ−ợc
thảo luận bằng ph−ơng pháp ghi địa chỉ xuyên nhiễu. T−ơng tự nh− đối với DPA,
nó sử dụng các phép đo xuyên nhiễu trong các khe thời gian để gán các −u tiên cho
các khe thời gian tại đó khe thời gian với xuyên nhiễu thấp nhất đ−ợc gán −u tiên
cao nhất. Danh sách −u tiên đ−ợc cập nhật một cách định kỳ. Việc tiếp cận này sẽ
nâng cao việc sử dụng phổ tần bằng cách t−ơng tự cho DPA.
2.3 Tối −u hoá gán kênh trong các mạng tế bào
Việc tiếp cận nhóm có thể bị bỏ rơi hoàn toàn để ủng hộ một kế hoạch kênh
trong đó việc gán kênh cho các sector BS đ−ợc thực hiện sao cho vừa đạt đ−ợc mục
tiêu phục vụ l−u l−ợng vừa đạt đ−ợc SIR mục tiêu trên toàn bộ vùng phục vụ của
sector. Các kênh không cần phải gán theo mẫu cụ thể bất kỳ (là mục tiêu của cách
tiếp cận nhóm ở trên), nh−ng thay vào đó có thể gán tuỳ ý trên cơ sở kênh- kênh.
Việc giảm nhẹ sự hạn chế này cho ta sự linh hoạt đáng kể để hoàn thành việc gán
kênh hiệu quả hơn. Rõ ràng cách tiếp cận này cũng có thể đ−a vào tính toán vùng
phủ sóng không đồng đều, không liền kề và các vùng xuyên nhiễu.
Có nhiều thuật toán gán kênh trong cách tối −u hay tựa tối −u. Tất cả chúng
đều đòi hỏi rằng hàm mục tiêu nào đó phải đ−ợc miêu tả một cách rõ ràng. Đối với
tr−ờng hợp là hệ thống vô tuyến, mục tiêu là cung cấp đầy đủ nguồn tài nguyên phổ
tần (các kênh) để mang l−u l−ợng mong đợi với mức độ QoS mong muốn, và thực
hiện việc đó trong khi vẫn duy trì tỷ số S/I mục tiêu. Thuật toán tối −u khi đó cố
gắng tìm ra một nhóm gán kênh cho các sector BS trong mạng đồng thời thoả mãn
các mục tiêu này càng chặt chẽ càng tốt. Theo cách nói của các thuật toán tối −u,
lỗi hay sự khác nhau giữa các kết quả trạng thái hệ thống và hàm mục tiêu đang
đ−ợc giảm đến mức tối thiểu. Lỗi này cũng đ−ợc coi là chi phí.
Hàm mục tiêu th−ờng đ−ợc xác định trên các l−ới nghiên cứu bao phủ vùng
phục vụ mạng. Việc tiếp cận các l−ới nghiên cứu đã đ−ợc sử dụng cho các bản đồ
che khuất và phủ sóng. Tại chỗ sự giao nhau mỗi l−ới hay ô vuông, các yêu cầu tỷ
số S/I và l−u l−ợng đã đ−ợc xác định. Thuật toán gán kênh sau đó tham gia vào việc
tìm một nhóm gán kênh cho các sector BS mà thoả mãn đ−ợc các mục tiêu này tại
tất cả các vị trí l−ới. Một cách thông th−ờng, tất cả các mục tiêu không thể thoả
mãn một cách đồng thời, do vậy một vài mức độ lỗi còn lại có thể chấp nhận đ−ợc
cũng phải đ−ợc xác định.
Trong số nhiều thuật toán tối −u khả dụng, ba cách tiếp cận nổi bật có thể
ứng dụng đ−ợc cho bài toán tìm gán kênh tối −u. Về cơ bản tất cả các ph−ơng pháp
đó cung cấp một cách có hệ thống việc dự đoán tại một nhóm gán kênh, và sau đó
đánh giá việc dự đoán l−u l−ợng đạt đ−ợc và mục tiêu tỷ số S/I. Việc dự đoán mới
sau đó thực hiện sử dụng sự hiểu biết có đ−ợc từ dự đoán thứ nhất để cho việc dự
đoán tiếp theo tiến gần đến mục tiêu. Tiến trình này tiếp tục cho đến khi mục tiêu
đạt đ−ợc trong một cửa sổ có thể chấp nhận đ−ợc, hay thuật toán không thể tạo ra
bất kỳ sự thay đổi nào cải thiện kết quả, hay thời gian −ớc tính trở nên quá mức. Ba
kỹ thuật tối −u chính đ−ợc miêu tả d−ới đây.
2.3.1 Ph−ơng pháp hạ xuống dốc nhất
Ph−ơng pháp hạ xuống dốc nhất tạo ra sự điều chỉnh thử nghiệm trong tất cả các
tham số khả dụng để xác định các điều chỉnh có ảnh h−ởng lớn nhất đến hạ thấp
lỗi. Sự điều chỉnh đó làm giảm lỗi nhiều nhất đ−ợc thực hiện và tiến trình đ−ợc lặp
lại. Nếu lỗi đ−ợc biểu diễn trực quan nh− một bề mặt đa chiều, việc tiếp cận này
tìm ra độ dốc nhất hạ bề mặt lỗi tới một điểm lỗi cực tiểu. Mặt hạn chế chính của
ph−ơng pháp này là nó có thể đi đến bế tắc trong việc làm giảm đến nhỏ nhất lỗi
cục bộ của mọi sự thay đổi trong các kết quả gán kênh trong một lỗi cao hơn và
hậu quả là sự hiệu chỉnh các tham số tiếp theo sẽ không cải thiện kết quả. Mức tối
thiểu cục bộ có thể không phải là mức lỗi tối thiểu tối −u, bởi vậy chất l−ợng của kế
hoạch gán kênh có thể không đạt tối −u. Một vài thủ thuật, nh− là sự thay đổi độ
lớn b−ớc hiệu chỉnh tham số, đôi khi có thể đ−ợc sử dụng để nhảy ra ngoài mức tối
thiểu cục bộ, nh−ng điều này có thể nhảy quá mức tối thiểu lý t−ởng tối −u.
2.3.2 Ph−ơng pháp ủ mô phỏng (SA)
Kỹ thuật ủ mô phỏng (SA) đã đ−ợc mô tả trong [2], [4], [11]. SA bắt đầu với một
nhóm gán kênh ngẫu nhiên s (cũng đ−ợc gọi là một trạng thái hệ thống) tại các
sector. Lỗi hoặc chi phí C(s) của trạng thái này đ−ợc tính toán. Một trạng thái hệ
thống mới s’ đ−ợc lựa chọn một cách ngẫu nhiên và chi phí C(s’) của nó đ−ợc tính.
Nếu C(s’) ≤ C(s), thì trạng thái mới hay tập hợp gán kênh đ−ợc giữ lại và tập hợp
gán kênh ngẫu nhiên mới đ−ợc tạo ra từ đó. Nếu C(s’) > C(s), cấu hình kênh đ−ợc
chấp nhận với một xác suất đ−ợc xác định bởi:
với T là ‘nhiệt độ’. Ph−ơng trình (2.13) đ−ợc biết nh− tiêu chuẩn vùng Metropolis
[22].
Nhiệt độ cơ sở quyết định độ lớn sự thay đổi trạng thái hệ thống có thể đ−ợc tạo
ra từ một trạng thái này đến trạng thái khác. Vì quá trình SA là liên tục, nhiệt độ
đ−ợc hạ thấp theo kế hoạch. Tại nhiệt độ thấp cuối cùng, chỉ những thay đổi nhỏ
trong các trạng thái hệ thống là có thể. Kích th−ớc thực của sự thay đổi trạng thái
hệ thống đ−ợc tìm thấy từ phân bố Gau-xơ, nh− vậy nhiệt độ điều khiển thực sự độ
lệch tiêu chuẩn của phân bố Gau-xơ xác định các thay đổi trạng thái. Theo ph−ơng
pháp này, quá trình là t−ơng tự quá trình ủ để làm lạnh mẩu kim loại trong các b−ớc
tăng nhỏ. Làm lạnh trong ph−ơng pháp này, các phần tử kim loại có cơ hội để di
chuyển vào mẫu l−ới đều đặn tạo ra kim loại bền và dễ uốn với năng l−ợng nội thấp
(chi phí). Trái lại, kim loại đ−ợc làm nóng có thể ‘làm nguội lạnh’ bởi việc ngâm
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −−=
T
sCsCP )()(exp,1min
,
(2.13)
vào n−ớc lạnh. Điều này dẫn đến kim loại cứng nh−ng giòn mà sự gãy là dễ dàng
hơn bởi các phân tử không đ−ợc định vị trong cấu trúc l−ới lý t−ởng.
−u điểm chính của SA cho vấn đề gán kênh là điều không thể dễ dàng mắc
kẹt tại cực tiểu cục bộ nh− với ph−ơng pháp hạ xuống dốc nhất. Điều này đạt đ−ợc
bằng việc cho phép các trạng thái chi phí cao hơn để đôi khi có thể chấp nhận đ−ợc
với xác suất đ−ợc cho bởi (2.9). Tuy nhiên, SA có thể là ph−ơng pháp cần nhiều
tính toán chuyên sâu, đặc biệt nếu số l−ợng lớn của các sector và các kênh đ−ợc
tính đến.
2.3.3 Ph−ơng pháp thuật toán di truyền
Sự lựa chọn cách mạng bắt ch−ớc thuật toán di truyền (GA) để đạt đ−ợc một
trạng thái hệ thống cung cấp lỗi cực tiểu trong việc hoàn thành mục tiêu gán kênh.
Dân số đ−ợc hiệu chỉnh một cách ngẫu nhiên sử dụng các cơ chế nh− là thừa kế
trong đó thành viên dân số mới đ−ợc phân phối sử dụng hầu hết ‘các gien’ từ hai bố
mẹ trong dân số có tr−ớc, và sự đột biến trong đó số gien đã cho đ−ợc thay đổi một
cách ngẫu nhiên. Một sự miêu tả đầy đủ việc sử dụng GA cho bài toán gán kênh có
thể tìm thấy trong [10]. Việc sử dụng GA cho gán kênh trong các hệ thống tế bào
đ−ợc miêu tả trong [20], [23].
Giống nh− SA, GA cung cấp một cách có hệ thống việc dự đoán để đạt đ−ợc dân
số thích nghi tốt tăng lên làm cho sự thực hiện công việc tốt hơn của việc đạt đ−ợc
các mục tiêu mạng. Nó cũng tạo ra sự miễn giảm hợp lý khỏi bế tắc trong cực tiểu
hoá cục bộ; nh−ng cũng nh− với SA, nó có thể cần tính toán chuyên sâu cho các
mạng lớn.
2.3.4 Gán kênh trong các hệ thống W- CDMA
Đối với các hệ thống W- CDMA, kỹ thuật đa truy nhập đ−ợc thiết kế để phù
hợp với môi tr−ờng nhiều xuyên nhiễu trong đó mỗi kênh tần số đ−ợc sử dụng trên
mỗi sector. Sự phân biệt giữa các tín hiệu đ−ờng xuống và đ−ờng lên đạt đ−ợc qua
việc sử dụng các mã khác nhau. Việc gán các mã cho các tín hiệu kênh đ−ờng lên
và đ−ờng xuống đ−ợc thực hiện trong thời gian thực bởi phần cứng mạng vì các
đ−ờng truyền giữa các BS và các MS là cần thiết cho liên lạc. Vì lý do này, kế
hoạch gán kênh là không cần thiết.
Tuy nhiên, có các mã tạp âm giả ngẫu nhiên (PN) đ−ợc sử dụng để phân biệt
các mã trải sử dụng trên một sector với các mã trải trên một sector khác. Đôi khi,
xung đột trong các mã PN có thể nảy sinh ra tại các vị trí trong vùng phục vụ mà tỷ
số mức tín hiệu và các trễ thời gian giữa hai BS có cùng một xung đột mã PN.
Ph−ơng trình liên quan với việc tính toán các vùng xung đột PN tiềm tàng cho các
hệ thống IS - 95 CDMA có thể tìm thấy trong [29]. Các ph−ơng pháp t−ơng tự có
thể quy hoạch mã xáo trộn trong dịch vụ viễn thông di động toàn cầu (UMTS) W -
CDMA. Các ph−ơng pháp mã xáo trộn W - CDMA khác đ−ợc thảo luận trong [17].
Đối với TD - CDMA sử dụng trong UTRA - TDD, có khả năng cho xuyên
nhiễu từ sector đến sector khác và từ MS đến MS khác, điều đó đ−ợc chỉ ra trong
hình 2.7. Phụ thuộc vào việc đồng bộ khung giữa các tế bào lân cận và sự chỉ định
các khe thời gian giữa đ−ờng lên và đ−ờng xuống, xuyên nhiễu giữa các tế bào có
thể xuất hiện với UTRA - TDD, đặc biệt khi phân bố l−u l−ợng là không đồng đều
cao. Điều này đ−ợc xử lý cơ bản bằng sử dụng các DCA chứ không phải quy hoạch
mạng. Sử dụng DCA cho việc truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRA)TDD đã
đ−ợc thảo luận trong mục 2.2.5.
2.4 Dung l−ợng mạng tế bào và các ph−ơng pháp nâng cao dung l−ợng
Một ph−ơng pháp đánh giá dung l−ợng mạng là tính toán dữ liệu khả dụng
bps/Hz của độ rộng băng tần trên km2 của vùng phục vụ. Trong ví dụ trên, 6 MHz
băng thông đ−ợc dùng cho mỗi sector phục vụ. Nếu hiệu quả của điều chế và mã
hoá là 3.2 bps/Hz, ví dụ (tiêu biểu là 16- QAM mã hoá), và bán kính phục vụ của
mỗi tế bào là 10 km (104 km2/sector), thì dung l−ợng cỡ khoảng 183kbps/km2.
Bán kính phục vụ cho hệ thống tế bào đ−ợc thiết lập để đạt đ−ợc độ sẵn sàng
tuyến thích hợp với các mức công suất sector tiêu biểu. Tuy nhiên, mẫu sử dụng lại
tần số đ−ợc dựa trên tỷ số giữa bán kính phục vụ tế bào R và khoảng cách giữa các
tế bào D. Nếu công suất BS đ−ợc giảm đi, sao cho bán kính phục vụ chỉ là 5 km,
vùng phục vụ sector giảm xuống còn 26.2 km2 và dung l−ợng tăng lên cỡ
733kbps/km2. Tất nhiên, việc cân bằng nhiều tế bào và BS là cần thiết để bao phủ
cùng một vùng phục vụ, do vậy chi phí hạ tầng mạng tăng lên một cách tỷ lệ để đạt
đ−ợc dung l−ợng cao hơn.
Độ khả dụng dung l−ợng sử dụng một trong các chiến l−ợc gán kênh đ−ợc
miêu tả trong các mục tr−ớc bị hạn chế bởi xuyên nhiễu giữa các tế bào quyết định
các tần số có thể tái sử dụng ở mức độ nào. Việc tiếp cận đã sử dụng để cải thiện
tình huống: (1) tìm cách để khử hay loại bỏ xuyên nhiễu trên kênh đ−ợc chọn, (2)
đối với SINR kênh cho tr−ớc, làm thích nghi các ph−ơng pháp điều chế và mã hoá
để đạt đ−ợc tỷ lệ lỗi thấp hơn tại tốc độ dữ liệu cao nhất có thể. Một vài kỹ thuật
này sẽ đ−ợc thảo luận trong các mục sau. An ten thích nghi, phát hiện đồng thời và
thích nghi đ−ờng truyền là ba cách tiếp cận có thể đ−ợc sử dụng để triệt xuyên
nhiễu.
2.4.1 An ten thích nghi
Nếu anten thích nghi đ−ợc sử dụng để triệt xuyên nhiễu, khoảng cách tế bào
cho việc sử dụng lại tần số có thể giảm đi và dung l−ợng của mạng đ−ợc tăng lên.
Sự triệt xuyên nhiễu thông qua việc sử dụng anten MS có h−ớng tính cao trong các
mạng LOS là lý do căn bản dung l−ợng của các mạng này lớn hơn các hệ thống tế
bào.
ảnh h−ởng này có thể đ−ợc tính một cách xấp xỉ bởi việc thừa nhận tỷ số mục
tiêu đ−ợc sử dụng trong (2.11) để xác định các tín hiệu sector nào sẽ xung đột với
sector khác bị giảm bởi một l−ợng phả._.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- LA3006.pdf