Tài liệu Giảm nhiễu trong thông tin băng rộng thế hệsau [tt]

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN HOÀNG LINH GIẢM NHIỄU TRONG THÔNG TIN BĂNG RỘNG THẾ HỆ SAU Chuyên ngành : Kỹ thuật Viễn thông Mã số : 62.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2015 Công trình hoàn thành tại: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Hoàng Minh 2. PGS.TS Lê Hữu Lập Phản biện 1:………………………………………………………………………………………………………. Phản biện 2: ………………………………………………………………………………………………………. Phản biện 3: ………………………………………………………………………………………………………. Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tại: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Vào lúc:……………giờ,……….. ngày………..tháng………..năm……… Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông 3 MỞ ĐẦU Mạng viễn thông đang trong quá trình phát triển có tính toàn cầu sang mạng WCDMA diện rộng, đa dịch vụ tương tác thời gian thực. Nhưng, tính đa dạng trong cấu trúc tài nguyên mạng do không đồng nhất về công nghệ, chủng loại thiết bị, môi trường truyền thông, v.v... dẫn đến sự tồn tại nhiều hình thái khác nhau của can nhiễu. Tất yếu, mọi nhà quản trị và cung cấp dịch vụ mạng đều phải đối mặt với những vấn đề liên quan đến can nhiễu theo nghĩa rộng trong quá trình phát triển, nâng cấp các thế hệ mạng và bảo đảm an toàn thông tin, an ninh mạng, cung cấp các chuẩn QoS khác nhau trong quá trình quản trị và cung cấp dịch vụ. Các nhà quản trị mạng, cung cấp dịch vụ viễn thông của Việt Nam cũng trong quá trình chuyển đổi lên các thế hệ mạng NGN 3G và cao hơn và cũng đang phải đối mặt với những vấn đề can nhiễu theo nghĩa rộng đã nêu. Vì vậy, vấn đề “làm giảm ảnh hưởng của can nhiễu lên hệ thống thông tin” có tính “muôn thuở” trở nên quan trọng trong quá trình hiện thực hóa một trong những đặc tính cơ bản của mạng WCDMA diện rộng, đa dịch vụ tương tác thời gian thực; bảo đảm cung cấp QoS ký kết. Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu và phạm vị nghiên cứu Với mục tiêu đề xuất các giải pháp giảm can nhiễm phù hợp với điều kiện triển khai mạng CDMA tại Việt Nam, luận án nghiên cứu về những can nhiễu xuất hiện, tác động đến các thành phần khác nhau khi phát triển mạng WCDMA từ 3G trở lên, đề xuất giải pháp thích hợp nhằm làm giảm ảnh hưởng của những can nhiễu đó lên hệ thống thông tin. Đối tượng nghiên cứu của công trình này giới hạn ở những loại can nhiễu làm xuất hiện trong các hệ thống thành phần cấu thành tài nguyên những hiện tượng phi tuyến khác nhau; nhất là loại can nhiễu xuất hiện trên kênh truyền trong môi trường truyền thông đa đường, phân tán. Nhiệm vụ nghiên cứu Để thực hiện mục tiêu trên, các nhiệm vụ nghiên cứu đã được nghiên cứu sinh thực hiện và những nhận xét mang tính định tính thu được gồm: 4 - Nghiên cứu, tổng quát về can nhiễu tác động lên tài nguyên mạng, về sự xuất hiện can nhiễu do quá trình “WCDMA 3G hóa” tạo ra và giải pháp xử lý, làm giảm tác động của chúng do các tác giả đi trước đã đề cập. - Nghiên cứu về phương pháp mô tả, xử lý hiện tượng phi tuyến, các giải pháp tăng tốc độ xử lý thông tin và những đề xuất tương ứng của các tác giả trước. - Nghiên cứu về can nhiễu liên quan đến quản trị mạng và các giải pháp được các tác giả khác đề xuất. Phương pháp nghiên cứu Trên cơ sở định hướng giải quyết vấn đề và các nhiệm vụ nghiên cứu đã nêu trên, nghiên cứu sinh dựa trên các công cụ toán học như lý thuyết toán học về xác suất, kỹ thuật xử lý tín hiệu, lý thuyết quản trị mạng và phương pháp tính. Công cụ sử dụng để mô phỏng hệ thống là hệ giả lập để chứng minh tính đúng đắn về mặt lý thuyết. Cấu trúc luận án Các nội dung nghiên cứu dẫn đến kết quả đạt được và đóng góp mới của luận án sẽ được trình bày trong các chương, mục theo bố cục sau: Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Chương 2: Đánh giá tham số hệ phi tuyến trong trường hợp WCDMA thế hệ mới Chương 3: Đề xuất áp dụng các giải pháp giảm can nhiễu trên cơ sở mô hình giảm bậc Chương 4: Đề xuất áp dụng các giải pháp giảm can nhiễu do quản trị hệ thống mạng Kết luận và định hướng nghiên cứu tiếp theo Hà Nội, tháng 10 năm 2015 5 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tóm tắt: Chương này giới thiệu tổng quan về hệ thống WCDMA thế hệ mới, hệ thống đóng vai trò chủ chốt trong mạng thông tin băng rộng, phân tán, đa tương tác thời gian thực. Trong đó, gồm cả các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống như tổn hao, can nhiễu đã biết đối với các thế hệ từ 2G trở lại và can nhiễu mới sinh ra để xác định các giải pháp mang tính kế thừa đề xuất bởi các tác giả trước và những vấn đề mới cần quan tâm giải quyết. 1.1. GIỚI THIỆU Trong chương này, những thông tin cơ bản liên quan đến hệ thống thông tin băng rộng (WCDMA), về các loại nhiễu, cả nhiễu phương pháp luận được tóm lược trình bày như động lực của vấn đề nghiên cứu. 1.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN BĂNG RỘNG 1.2.1. Đặc trưng kỹ thuật cơ bản và cấu hình hệ thống WCDMA (i.) Sử dụng hiệu quả cao về tần số: Trong khi khả năng về dung lượng của hệ thống sử dụng kỹ thuật đa truy nhập TDMA và FDMA như nhau, thì kỹ thuật đa truy nhập CDMA cho phép sử dụng hiệu quả cao về tần số. (ii.) Quản lý tần số tùy ứng: Hệ thống CDMA cho phép các ô liền kề chia sẻ cùng chung tần số, không cần kế hoạch phân chia tần số. (iii.) Công suất phát tại trạm thấp: Hệ thống CDMA cho phép cải thiện hiệu năng thu, giảm công suất phát của trạm khi áp dụng kỹ thuật RAKE. (iv). Sử dụng tài nguyên độc lập giữa đường lên và đường xuống. (v). Phạm vi của tốc độ dữ liệu: Băng rộng của WCDMA đem lại hiệu quả sử dụng dịch vụ khi có kết hợp thay đổi của dịch vụ tốc độ thấp và dịch vụ tốc độ cao. (vi). Cải thiện cách giải quyết hiện tượng đa đường bằng phân tập. 1.2.2. Phân bổ tần số và yêu cầu đối với hệ thống 3G Hầu hết các hệ thống WCDMA sử dụng phổ tần khoảng 2GHz, 1920Mhz 1980Mhz cho tuyến lên, 2110Mhz-2170Mhz cho tuyến xuống. Tuy nhiên, hệ WCDMA còn sử dụng các băng tần của thế hệ 2G như GSM hay CDMA, băng tần IMT-2000 mới xung quanh 2.6GHz, phổ tổng cộng 190MHz, phân bổ tần số quanh 2,6GHz. 1.2.3. Các loại tổn hao, nhiễu thường gặp a.) Tổn hao và pha đinh Các tín hiệu phát truyền qua nhiều đường khác nhau gây tiêu hao về biên độ, trễ về thời gian, dịch về pha và có góc tới khác nhau đến máy thu. Gồm các loại: pha đinh Rayleigh, pha đinh Rican. b.) Nhiễu do nhiều đối tượng Có thể phân các can nhiễu trong những hệ thống thông tin có nhiều đối tượng dùng chung hạ tầng thành hai loại: Can nhiễu cùng kênh và can nhiễu kênh cận kề. c.) Can nhiễu do xuyên điều chế Khi hai hay nhiều tín hiệu trộn trong phần tử phi tuyến sẽ tạo ở đầu ra những thành phần tần số mới. 6 d.) Xuyên điều chế trong 2G và 3G Một hệ thống có chứa phần tử phi tuyến khi có tín hiệu đi qua thì sẽ tạo ra các sóng hài. Tổ hợp các sóng hài ở đầu ra của hệ thống tương tự như hệ thống phát xạ giả. 1.2.4. Ảnh hưởng của can nhiễu do xuyên điều chế Khi hai hoặc nhiều tín hiệu trộn trong một phần tử phi tuyến thì tạo ở đầu ra các thành phần tần số mới, làm suy giảm hiệu năng của hệ thống, nhất là các trường hợp: (i). Các hài bậc 2, 3, 5 khi đầu vào có hai tín hiệu tần số khác nhau và (ii). Xuyên điều chế bậc 3 của ba tín hiệu vào. Ảnh hưởng của xuyên điều chế được xem xét trên cơ sở vị trí phát sinh xuyên điều chế: trong máy thu và trong máy phát. 1.2.5. Can nhiễu do xâm nhập mạng trái phép Mạng viễn thông nói chung cũng là đích nhắm của các cuộc tấn công phá hoại. Những kiểu tấn công hiện nay được phân tán ở mức độ cao, có khả năng phối hợp tấn công vào những dịch vụ, máy chủ và hạ tầng mạng và gây ra những ảnh hưởng xã hội nghiêm trọng, trở thành một trong các loại tội phạm nghiêm trọng bậc nhất. Tấn công mạng dựa chủ yếu vào những lỗ hổng của phần mềm, giao thức mạng và cơ sở hạ tầng. Có hai kiểu tấn công phổ biến trên mạng Internet hiện nay. Đó là tấn công từ chối dịch vụ (DoS) và tấn công kiểu sâu internet. 1.3. CÁC GIẢI PHÁP DO CÁC TÁC GIẢ TRƯỚC ĐỀ XUẤT 1.3.1. Giải pháp để giảm thiểu can nhiễu do dùng chung hạ tầng Nhiễu do dùng chung cơ sở hạ tầng gồm nhiễu do phân bổ tần số và nhiễu do nhiều đối tượng dùng chung cơ sở hạ tầng. Các giải pháp thuộc nhóm này được đề xuất trên cơ sở nhận định rằng, hệ thống thông tin GSM và hệ thống UMTS, khi sử dụng chung hạ tầng gây ra can nhiễu lẫn nhau thông qua nhiều cơ chế và để giảm thiểu ảnh hưởng lẫn nhau giữa chúng, các giải pháp thường sử dụng ngay trong quá trình quy hoạch phát triển mạng. Các giải pháp được phân nhóm: (i). Về vị trí và lựa chọn cấu hình anten; (ii). Phân bổ vùng phủ sóng và dịch vụ, và (iii). Thiết lập kế hoạch tần số. 1.3.2. Giải pháp để giảm thiểu tổn hao do truyền dẫn và pha đinh Liên quan đến việc hạn chế tác động bởi các hiện tượng tổn hao do truyền dẫn và pha đinh, đã có nhiều công trình nghiên cứu và có thể được phân nhóm thành: - Nhóm giảm can nhiễu bằng máy thu RAKE với các công trình đặc trưng tập trung tìm cấu trúc máy thu để hạn chế pha đinh. Chất lượng của máy thu này cải thiện đáng kể trước tác động của pha đinh, nhưng chi phí tương đối lớn. - Nhóm dùng thu phân tập và dàn anten thích nghi với tư tưởng chỉ đạo là ở đầu thu tạo ra các hệ thống thu song song, đưa ra những tín hiệu thu được khác nhau và chọn ra tín hiệu có mức lớn nhất. - Nhóm nghiên cứu về điều chế và cân bằng chống pha đinh không còn là mới, nhưng khi áp dụng vào trong trường hợp cụ thể, còn nhiều vấn đề cần giải quyết. Trong đó, nghiên cứu sử dụng kết hợp điều chế thích nghi với cân bằng kênh là một hướng nghiên cứu đang được quan tâm trong giai đoạn hiện nay. 7 1.3.3. Giải pháp bảo vệ mạng và an toàn thông tin a.)Phòng thủ DoS dựa trên mạng Proxy Những cơ chế phòng thủ hiện tại đang cố gắng chặn các cuộc tấn công DoS bằng cách lọc lưu lượng tấn công tại mức định tuyến. Tuy nhiên, khó xác định, phân biệt chính xác một cuộc tấn công nào đó với những gói tin bình thường khi tấn công ngày càng tinh vi. Điều đó đòi hỏi hệ thống phòng thủ dựa trên các bộ lọc phải được điển hình hóa chi tiết theo mỗi cuộc tấn công DoS. b.)Phòng chống sâu internet Trước các cuộc tấn công sâu Internet, các kỹ thuật bảo vệ khác nhau đã được đề xuất và có thể được phân thành ba lớp: Phòng ngừa, xử lý và ngăn chặn. c.) Các giải pháp an toàn thông tin Sử dụng mô phỏng mạng ở mức gói trực tuyến cho phép nghiên cứu chi tiết mạng lưới, động học ứng dụng, hành vi phản ứng của mạng, các giao thức ứng dụng. 1.3.4. Nhận xét về các đề xuất đã có a.)Về các nhóm giải pháp Hầu hết các giải pháp làm giảm tác động của can nhiễu tới hệ thống viễn thông NGN đều được đề xuất đối với từng điều kiện cụ thể, không quan tâm tới các yếu tố mang tính thời gian thực khác (mỗi đề xuất chỉ quan tâm tới một trong nhiều khâu của cả quá trình nâng cấp thế hệ của mạng NGN). Mọi giải pháp đều được đề xuất dựa trên cơ sở bản chất của sự xuất các hiện tượng phi tuyến và đều có những ưu điểm, hạn chế khác nhau. b.) Về việc tăng tốc độ tính toán Hầu hết các đề xuất liên quan đến giảm tác động của can nhiễu đối với hệ động học phi tuyến như hệ thống mạng NGN đều tập trung vào việc tăng tốc độ hội tụ trong tính toán nhằm đáp ứng thời gian thực. 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU Can nhiễu có thể bắt nguồn chính trong nội bộ hệ thống hoặc xâm nhập từ bên ngoài. Ở tại trạm gốc WCDMA tất cả công suất thu được ngoài công suất tín hiệu mong muốn gồm cả những tín hiệu truy cập trái phép và sai sót trong tác nghiệp đều được coi là can nhiễu theo nghĩa rộng. Nghiên cứu áp dụng công nghệ, kỹ thuật tiên tiến để giảm thiểu can nhiễu tác động lên hệ thống thông tin di động là mục tiêu nghiên cứu của luận án. Nhằm đạt được mục tiêu đó, luận án tập trung nghiên cứu những nội dung chính sau đây: (i). Nghiên cứu phương pháp đánh giá tham số hệ thống theo chuỗi và khối trong lý thuyết hệ thống, áp dụng để xây dựng mô hình kênh truyền dẫn phi tuyến sử dụng trong các nghiên cứu, đề xuất các giải pháp giảm thiểu can nhiễu tiếp theo. (ii). Nghiên cứu đề xuất giải pháp sử dụng nguyên lý cân bằng thích nghi, áp dụng mạng nơron nhân tạo để xây dựng bộ cân bằng. (iii). Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết hợp điều chế thích nghi với cân bằng thích nghi sử dụng mạng nơron nhân tạo. 8 (iv). Điều chế nhiễu loạn (áp dụng lý thuyết của hệ động học phi tuyến). Chương 2: ĐÁNH GIÁ THAM SỐ MÔ HÌNH HỆ PHI TUYẾN TRONG TRƯỜNG HỢP WCDMA THẾ HỆ MỚI Tóm tắt: Trong chương này, tổng quan các phương pháp đánh giá tham số đối với các bản chất phi tuyến riêng biệt, thường áp dụng trong các công trình nghiên cứu cơ bản được trình bày trước tiên. Sau đó, phương pháp đánh giá các tham số của các hệ phi tuyến mô tả trong không gian trạng thái áp dụng đối với hệ thống MIMO làm cơ sở để trình bày đề xuất nhằm tăng tốc độ tính các tham số mô hình; phương pháp giảm bậc mô hình nhìn theo góc độ giải thuật và cấu trúc mô hình giảm bậc tương ứng. 2.1. MỞ ĐẦU Trong chương này, phương pháp triển khai theo chuỗi (nhiễu xạ) và đánh giá theo khối tham số biến thiên trong không gian trạng thái để tuyến tính hóa hệ thống động lực phi tuyến được trình bày làm cơ sở để đề xuất mô hình giảm bậc. 2.2. QUY TRÌNH TUYẾN TÍNH HÓA THEO CHUỖI 2.2.1. Về các phương pháp chuỗi hàm: Volterra nghiên cứu về các hàm phi tuyến và biểu diễn: y (t ) = F [(u (t ′); t ′ ≤ t ] = ∞ ∑∫ n =1 Ω n … ∫ hn (τ 1 ,…,τ n )∏ u (t - τ i ) dτ i = i =1 ∞ ∑ w (t ) i (2.2) n =1 trong đó, các hàm hn(.,.) liên tục, giới hạn trong τi được gọi là các nhân (kernel). Khi các nhân đối xứng theo các biến và hệ có tính nhân quả, thì hi(.,.) = 0 với bất kỳ τ i ≤ 0 . Sự hội tụ của chuỗi Volterra đối với cả tín hiệu đầu vào tiền định và nhiễu xạ bất định được xác định. 2.2.2. Phương pháp Wiener và thuật trình liên quan Wiener xét bài toán nhận dạng các hệ thống phi tuyến và phát triển 2 phương pháp. Trong Wiener 1, áp dụng ý tưởng biểu diễn các thành phần chuỗi hàm theo các chuỗi Fourier-Hermite. Wiener 2 là một phiên bản của phương pháp Barrett , diễn giải thuật toán vi phân lấy hàm chuyển động Brown làm mẫu cho quá trình nhiễu trắng Gauss và sử dụng thủ tục trực giao hóa Gram-Schmidt để xây dựng một chuỗi hàm. French và Butz phát triển thuật toán trên cơ sở khai thác các nhân Wiener dưới dạng các hàm Walsh. Hệ phi tuyến được mô tả dưới dạng một tập các nhân chứa các thuật toán tích chập và việc nhận dạng được thực hiện khi sử dụng phép biến đổi Walsh-Fourier nhanh. Việc biểu diễn các chuỗi hàm theo ý tưởng của Wiener đã được nhiều tác giả nghiên cứu; đáng chú ý là Barrett, Bose, Brillian, Flake, George, Harris, Singleton, Yasui. Những đóng góp khác được liệt kê trong tài liệu do Barrett tổng hợp, kể cả các toán tử tích phân, toán tử Hammerstein và Uryson. 9 2.2.3. Phương pháp chuỗi Volterra Nghiệm của bài toán nhận dạng dựa trên chuỗi Volterra bao gồm các phép đo giá trị các nhân. Katzenelson và Gould dùng quy trình lặp trong quá trình tối ưu và thế liên tiếp, Hsieh đề xuất kỹ thuật gradient, Alper và Eykhoff xét theo thời gian rời rạc. 2.2.4. Các kỹ thuật miền tần số Phương pháp này tương tự như thuật toán Lee và Schetzen trong miền thời gian nhưng làm giảm đáng kể số lượng tính toán. Barker và Davy chứng tỏ có thể tính ước lượng hai nhân Volterra đầu tiên khi sử dụng kỹ thuật khai triển Fourier với một tín hiệu đầu vào bậc ba giả ngẫu nhiên. 2.3. ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ HỆ PHI TUYẾN THEO KHỐI Phần này trình bày phương pháp sử dụng lý thuyết hệ thống trên cơ sở mô tả động học trong không gian trạng thái được đông đảo thừa nhận về khả năng áp dụng với hầu hết các trường hợp phi tuyến. 2.3.1. Mô hình tuyến tính hóa rời rạc mô tả hệ phi tuyến Một hệ phi tuyến rời rạc theo thời gian trong không gian trạng thái mô tả bởi: xk +1 = f ( xk , uk ) yk = g ( xk , uk ) n m l trong đó, tại thời điểm rời rạc k, xk ∈ℝ là trạng thái, uk ∈ℝ là đầu vào, yk ∈ℝ là đầu ra của hệ thống, f và g là các vectơ hàm phi tuyến. 2.3.2. Về tích Khatri-Rao của hai ma trận khối Tích Khatri-Rao ký hiệu ⊙ của hai ma trận tùy ý được định nghĩa theo các cột r ×q p×q tương ứng mi và ni (i = 1, 2, …, q) trong M ∈ ℝ và N ∈ ℝ như sau: M ⊙ N =  m1 ⊗ n1 m2 ⊗ n2 ... mq ⊗ nq  2.3.3. Ước lượng tham số mô hình rời rạc theo khối Các phương pháp ước lượng tham số mô hình theo khối gồm 2 nhóm. Nhóm thứ nhất lấy mục tiêu tìm lại không gian cột của ma trận quan sát được và sử dụng cấu trúc bất biến trượt của các ma trận này để ước lượng ma trận A và C. Mục tiêu của nhóm thứ 2 là ước lượng chuỗi trạng thái của hệ và sử dụng ước lượng này để đánh giá hệ. Phương pháp theo khối không yêu cầu tham số hóa hệ, tính toán không phức tạp và phù hợp với hệ đa biến tuyến tính bất biến theo thời gian (LTI). Đối với hệ LPV, ma trận quan sát không có cấu trúc trượt bất biến như trong hệ LTI, nên mục tiêu của nhận dạng theo khối là ước lượng dãy các trạng thái. 2.3.4. Các phương pháp nhận dạng Cách sử dụng dữ liệu đo lường để ước lượng dãy trạng thái khác nhau sinh ra các phương pháp nhận dạng khác nhau. 10 a.) Phương pháp nhận dạng theo 2 khối Phương pháp nhận dạng theo 2 khối sử dụng 2 tập ma trận dữ liệu. Một tập gồm các ma trận xuất phát ở thời điểm j=0, sử dụng để ước lượng dãy trạng thái. Tập còn lại gồm các ma trận xuất phát ở thời điểm j=k, sử dụng để nhận dạng hệ. b.) Phương pháp nhận dạng theo 3 khối Phương pháp theo 3 khối dựa trên cơ sở 3 tập ma trận dữ liệu (so với phương pháp nhận dạng theo 2 khối, thì các ma trận dữ liệu được thay đổi bởi k mẫu và một tập ma trận dữ liệu được đưa thêm vào) c.) Phương pháp nhận dạng theo 3 khối 2 giai đoạn Cách sử dụng 3 tập ma trận dữ liệu thiết lập theo phương pháp 3 khối để ước lượng dãy trạng thái theo 2 giai đoạn được biết đến là phương pháp nhận dạng theo 3 khối 2 giai đoạn. Ba tập ma trận được thiết lập gồm một tập khởi tạo từ j=0 (biến công cụ thêm vào), tập khác khởi tạo từ j=k (sử dụng để ước lượng X 2k theo 2 giai đoạn) và tập thứ 3 khởi tạo từ j=2k (sử dụng để nhận dạng các ma trận hệ thống). Với một hệ được tuyến tính hóa bằng cách biến đổi tham số, khi nhu cầu đòi hỏi tăng tính chính xác về mô tả bản chất vật lý thì gặp hạn chế về quy mô, tốc độ tính; ngược lại khi thỏa mãn nhu cầu về tốc độ tính thì không đáp ứng đòi hỏi về tính chính xác trong mô tả bản chất vật lý. Tuy nhiên, trong quá trình ước lượng các tham số, kích thước các ma trận chứa dữ liệu tăng hàm mũ theo bậc của mô hình, đòi hỏi dung lượng bộ nhớ trong khi vẫn đảm bảo tính chính xác trong ước lượng tham số. Như vậy, cần có một phương pháp nào đó dùng để nhận dạng tham số hệ động học theo khối. 2.4. GIẢM BẬC MÔ HÌNH HỆ PHI TUYẾN THEO KHỐI 2.4.1. Ma trận ước lượng dãy trạng thái thông qua các thừa số RQ Thừa số hóa RQ dữ liệu sao cho:  ZX  0   Q1     R11 0 Z   P X ⊙   = R R22 0  Q2  (2.69) 21     U      R31 R32 R33  Q3   Y  Với N đủ lớn để Ω có hạng đầy đủ, có thể biểu diễn ước lượng bình phương cực tiểu với ma trận Φ thành:  R11  R21 Φˆ = [ R31 R32 ]  0  R22  (2.70) Từ đó, ước lượng bình phương cực tiểu đối với Φ X thu được: ΦˆX = R31 R11−1 − R32 R22−1 R21 R11−1 (2.71) 11 2.4.2. Thuật toán giảm bậc a). Trường hợp không sử dụng ma trận biến công cụ Phương pháp giảm bậc đề xuất được hiểu là giảm kích thước các ma trận dữ liệu trên cơ sở lựa chọn tập con các hàng xuất hiện trong khi tìm các thừa số RQ và loại bỏ các hàng còn lại. Trong trường hợp này, việc giảm bậc mô hình được thực hiện trên cơ sở thủ tục nhận dạng 1. b.) Trường hợp sử dụng ma trận biến công cụ Trong trường hợp này, thuật toán giảm bậc được đề xuất trên cơ sở thủ tục nhận dạng 2 đã trình bày và các bước cũng được thực hiện giống như trong trường hợp không sử dụng ma trận IV. c.) Tính khả dụng của thuật toán giảm bậc Thời gian để xác định một hàng không giống nhau, tùy theo vị trí của nó trong ma trận dữ liệu, song yêu cầu thời gian tính toán khoảng vài lần N, và như vậy thời gian tính toán theo thuật toán này cũng tăng đáng kể. 2.4.3. Cấu trúc chức năng của mô hình giảm bậc Mô hình giảm bậc có thể sử dụng thay cho mô hình toàn bậc của hệ động học phi tuyến trong việc phân tích, tìm hiểu về hệ và triển khai các bước phục vụ cho nhiệm vụ điều khiển đối với đối tượng phi tuyến đó. Với mô hình giảm bậc đã đề xuất ở trên, phục vụ việc ước lượng các tham số kênh đường truyền trong nhiệm vụ giảm thiểu nhiễu hoặc điều khiển cưỡng bức để hệ động học có đáp ứng về không. Sau đây là các giả thiết và đề xuất cấu trúc chức năng của mô hình giảm bậc. a). Đề xuất mô hình cấu trúc wk pk ⊗ B + xk+1 -T xk vk C + y uk A pk ⊗ D Mô hình cấu trúc đề xuất có thể sử dụng để mô phỏng mô hình giảm bậc của hệ động học phi tuyến được minh họa như trong hình trên đây. Trong đó, khối ma trận B có kích thước phù hợp, chứa các tham số thể hiện phân bố tuyến tính tín hiệu tác động đầu vào trong chế độ danh định và thể hiện phân bố biến thiên của các tham số do tác động của tín hiệu đầu vào; khối ma trận A kích thước phù hợp, chứa các tham số thể hiện phân bố tuyến tính của các động học ở chế độ danh định và phân bố biến thiên của các tham số do sự thay đổi trong các động học tác động; khối ma trận C có kích thước phù hợp chứa các tham số thể hiện phân bố tuyến tính các biến 12 thiên động học tạo thành một phần của tín hiệu đầu ra; khối ma trận D chứa các tham số thể hiện phân bố tuyến tính các tín hiệu đầu vào tạo trực tiếp một phần của tín hiệu đầu ra; khâu ký hiệu pk ⊗ biểu diễn phần biến thiên của các tham số do phần tử pk tạo ra thông qua tích Kronecker; khối ký hiệu –T biểu diễn khâu trước một nhịp thời gian; wk và vk là các nhiễu độc lập biểu diễn bởi sai số trong quá trình giảm bậc. b). Nhận xét (i). Cấu trúc đề xuất trên cơ sở sử dụng phần tử dịch với thời gian của xung nhịp làm trung tâm nên không gặp nhiều khó khăn để hiện thực hóa. (ii). Có nhiều sự tương đồng giữa cấu trúc đề xuất ở đây với bộ lọc Kalman suy rộng là hiển nhiên vì cả hai cùng sử dụng động học trong không gian trạng thái làm đối tượng để xử lý. (iii). Cấu trúc đề xuất ở đây có thể áp dụng ngay cả trong trường hợp khi các tham số của mô hình giảm bậc chưa biết trước. (iv). Có thể sử dụng cho cả phương pháp xử lý liên tục theo thời gian bằng cách thay bộ trễ thành khâu tích phân và dùng phép gần đúng để tính các tham số trong quy trình chuyển đổi từ biến đổi Z sang biến đổi Laplace. 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương 2, vấn đề lý thuyết cơ bản liên quan đến biểu diễn và đánh giá tham số hệ phi tuyến bởi phương pháp nhiễu xạ và phương pháp đánh giá tham số hệ theo khối được trình bày. Trong đó, giải pháp giảm bậc đề xuất nhằm giảm bớt tải tính toán đối với phương pháp đánh giá tham số theo khối và cấu trúc chức năng tương ứng của mô hình giảm bậc phục vụ mô hình hóa cũng được trình bày. Các phương pháp đánh giá tham số hệ thống trình bày trong chương này là cơ sở toán học quan trọng để áp dụng vào việc đánh giá các tham số hệ thống động học trong kỹ thuật điều khiển nói chung và hệ thống viễn thông nói riêng. Đây cũng là cơ sở để xác định các tham số khi xây dựng mô hình kênh thông tin, sử dụng để đề xuất các giải pháp giảm can nhiễu sẽ trình bày trong chương sau. Chương 3: ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP GIẢM CAN NHIỄU TRÊN CƠ SỞ MÔ HÌNH GIẢM BẬC Tóm tắt: Những nét chính về hệ thống thông tin MIMO OFDM được trình bày trước tiên làm cơ sở để trình bày những đề xuất áp dụng hai hay nhiều giải pháp do các tác giả đi trước đề xuất. Để giảm can nhiễu đến hệ thống thông tin WCDMA thế hệ mới một cách có hiệu quả, áp dụng đồng thời hai hoặc nhiều giải pháp đề xuất bởi các tác giả trước được trình bày trên cơ sở mô hình giảm bậc. Đó là cưỡng bức về không, điều chế thích nghi, kết hợp giữa điều chế thích nghi và cân bằng dùng mạng nơron. 3.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN TRÊN CƠ SỞ MÔ HÌNH TOÀN BẬC 13 3.1.1. Mô hình hệ thống của MIMO OFDM a.) Sơ đồ cấu trúc cơ bản của MIMO OFDM Xem xét hệ thống MIMO OFDM theo phương thức rời rạc sử dụng tiền tố chu kỳ, có Nt anten phát và Nr anten thu như thể hiện trong hình: TCP F S/P IDFT CP h11,v11 P/S #1 #1 S/P RCP FH CP IDFT yɶ1 y1 xɶ1 s1 CP P/S RCP htr, vtr #r #t S/P wr FH CP IDFT yɶr yr xɶt sNt IDFT Transmitter P/S ur … … TCP F S/P Equalizer IDFT st P/S … … TCP F S/P u1 xɶ Nt CP RCP P/S #Nt hN N , vN N #Nr t r t S/P FH w1 CP IDFT yN r r Receiver MIMO channel yɶ Nr P/S uN T b.) Mô hình cấu trúc và toán học của kênh nhiều đầu vào nhiều đầu ra - Mô tả toán học kênh liên tục: Đáp ứng xung liên tục theo thời gian giữa các anten phát t và thu r của một hệ thống vô tuyến có Nt anten phát, Nr anten thu với giả thiết giá trị không đổi trong khoảng thời gian Ts+g của một khối OFDM: htr(c,)k (τ c ) = ht(tx ) (τ c ) ∗ htr(ch,k) (τ c ) ∗ hr(rx ) (τ c ) - Mô tả toán học kênh rời rạc: Với giả thiết thời gian cắt mẫu Ts = 1/(NBsc), tổng sóng mang con N, băng thông của mỗi sóng mang con Bsc, đáp ứng xung kênh rời rạc (CIR) của nhánh (t-r) là: htr (k, l ) = htr(c,)k (τ c ) τ c =lTs l = 0, …, k, … P-1, k∈N - Vector kênh MIMO rời rạc: Có thể sắp xếp các hệ số kênh MIMO tại thời điểm k vào một vector cột, kích thước Nt Nr Nh x1 như sau: h(k) = h11T (k) ... hNTt 1 (k) ... h1Tr (k ) ... hNTt r (k) ... hNTt Nr (k) T c.) Độ lệch tần số (CFO) trong hệ thống mạng MIMO CFO gây ra bởi dịch Doppler và trôi tần giữa các bộ dao động của phía thu và phía phát. d.) Quá trình điều chế Tóm tắt quá trình điều chế như sau: Tín hiệu: Điều chế: st ( k) =  st ,0 ( k ) ... st ,N −1 ( k )  xɶt (k) = Fst (k) T (3.6) (3.7) 14 Chèn: xɶCP,t (k) = TCP xɶt (k), t = 1,..., Nt (3.8) trong đó, chuỗi xɶCP,t (k) từ bộ (P/S) được điều chế trên sóng mang và phát trên anten t, ma trận TCP kích thước PxN chèn tiền tố CP, ma trận F kích thước NxN chứa các giá trị biến đổi Fourier ngược. e.) Quá trình giải điều chế Tại đầu thu, trong điều kiện đồng bộ thời gian, tín hiệu thu gồm cả độ lệch tần số CFO được chuyển về băng tần gốc và lấy mẫu, loại bỏ tiền tố CP vì đã nén nhiễu ISI. f.) Trường hợp SISO OFDM Điều chế OFDM và chèn CP cho phép chuyển kênh fading lựa chọn về tập các kênh băng hẹp fading phẳng. Có thể cân bằng kênh lựa chọn tần số bằng cách dùng bộ cân bằng một nhân trong miền tần số hoặc sử dụng cách triệt nhiễu ISI như đệm thêm số 0 vào đầu hoặc cuối khối OFDM nhưng không có tính năng chuyển tích chập tuyến tính về tích chập vòng như CP, ZP. 3.1.2. Cơ sở về bộ cân bằng thích nghi và mạng nơron nhân tạo Những thuật toán tính toán trọng số của bộ cân bằng thích nghi, tính toán trọng số của mạng nơron đều được xây dựng trên cơ sở của phương trình chuẩn tắc và sự tương đồng về nguyên tắc xử lý sai số tính trong các trường hợp khác nhau. 3.1.3. Một số phương pháp tính thường sử dụng a.) Các thuật toán sử dụng trong bài toán thích nghi i.) Phương pháp sườn dốc nhất: Sai số thể hiện bên ngoài bộ cân bằng chuẩn ở trong { trạng thái SOE với Py = E y(n) 2 } được đề xuất theo một mặt bán cầu: P( w) = Py − wH d − d H w + wH Rw (3.23) ii.)Phương pháp Newton: Nhằm vào sự hội tụ của mỗi bước tính khi P ( w) là bậc 2. iii.)Phương pháp bình phương bé nhất (LMS) : Sử dụng quan hệ giữa R và d để tính w0 = R−1d , thường bắt đầu với w 0 = 0 . b.) Phương pháp huấn luyện sử dụng trong mạng nơron i.) Trên cơ sở perceptron đa lớp (MLPs): Có ba lớp nơron (hai lớp ẩn và một lớp đầu ra) cấu trúc như mạng có hồi tiếp. ii.) Trên cơ sở đa thức : Có cấu trúc đơn giản, tính toán ít phức tạp hơn cấu trúc MLP do kết hợp kỹ thuật đa thức gần đúng trong giải pháp tối ưu cân bằng phi tuyến gần đúng. iii.) Tạo cụm K-trung bình: Chia vùng thành các vector trong đoạn K, sau đó tìm vector trọng tâm, ci, i = 1,…,K. iv.) RBF nhiều mức: Thông tin từ tập giá trị phức M, Ti, i = 1,2,…,M. 15 3.1.4. Những nhận xét và đánh giá a.) Về cấu trúc, các thành phần MIMO OFDM theo chuẩn 802.16(a) i.) Áp dụng khá hiệu quả lý thuyết hệ thống nói chung, nhận dạng hệ động học và phương thức xử lý tín hiệu số nhiều chiều trong khuôn khổ hệ thống động học MIMO vào trường hợp cụ thể của mạng viễn thông OFDM, theo những đòi hỏi của truyền thông thế hệ mới. Tuy nhiên, không thấy phương án trong cấu trúc theo chuẩn 802.16(a) về khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ theo yêu cầu; một nhu cầu quan trọng của người sử dụng khi hội tụ các loại hình dịch vụ trong quá trình tích hợp các phương thức truyền thông. Sở dĩ như vậy vì cấu trúc theo chuẩn 802.16(a) được xây dựng trên tư duy hệ hở, không có khâu phản hồi phục vụ điều khiển thích nghi. ii.) Việc chèn CP vào OFDM để tránh can nhiễu ISI giữa các khối do CP có độ dài LCP đủ chứa kênh có bậc đến LCP với (LCP+1) nhánh khác 0 và chống can nhiễu ICI giữa các sóng mang con. Tuy điều chế OFDM và chèn CP cho phép chuyển kênh fading lựa chọn về tập các kênh băng hẹp fading phẳng và cho phép thực hiện cân bằng kênh lựa chọn tần số đơn giản như sử dụng bộ cân bằng một nhân trong miền tần số hoặc triệt nhiễu ISI theo cách đệm thêm số 0 vào đầu hay cuối khối OFDM, cưỡng về không. Nhưng về bản chất, chèn các tiền tố CP vẫn nằm trong phương thức xử lý theo tư duy hệ hở, chưa kể hạn chế về gia tăng tính phức tạp trong tính toán và tiêu tốn băng thông. b.) Về sử dụng cấu trúc thích nghi, mạng nơron và các thuật trình tính i.) Khi đối tượng điều khiển biến đổi cả cấu trúc lẫn tham số như trường hợp kênh thông tin WCDMA trong hệ thống thông tin hiện đại thì cấu trúc, giá trị tham số của bộ cân bằng phải thay đổi thích hợp để đối tượng điều khiển cung cấp ở đầu ra đáp ứng mong muốn tại bất kỳ thời điểm nào. ii.) Cần giải pháp phản hồi liên quan đến điều chế/giải điều chế, phân bổ tần số vì mục tiêu “chất lượng dịch vụ theo nhu cầu” của các thế hệ truyền thông hiện đại. iii.) Mạng nơron được biết đến khả năng bất định hóa cấu trúc, đáp ứng nhu cầu tự chỉnh của bộ điều khiển, nhất là cấu trúc trên hàm RBF và hàm RBF nhiều bước. Đã có nhiều đề xuất giải quyết việc phức tạp liên quan đến tính toán tâm đối xứng của RBF và tâm RBF nhiều bước như bình phương trực giao nhỏ nhất, tạo chùm trung bình K và sử dụng mô hình hồi quy. iv.) Các thuật toán đề xuất đều xuất phát từ việc giải phương trình chuẩn tắc thu được từ bài toán tối ưu đối với các điều kiện phi lý tưởng, kể cả thuật toán huấn luyện mạng nơron. Nhìn chung, thuật toán Newton có tốc độ hội tụ nhanh, nhưng việc tính ma trận đảo phức tạp, có thể dẫn đến trường hợp không ổn định về kết quả. Giải pháp kết hợp lợi thế của mỗi phần trình bày phía trên nhằm giải quyết đòi hỏi “cung cấp chất lượng dịch vụ theo nhu cầu” trong truyền thông hiện đại, những khía cạnh liên quan đến cân bằng thích nghi được trình bày trong phần tiếp theo. 16 3.2. CƯỠNG BỨC VỀ KHÔNG TRÊN CƠ SỞ MÔ HÌNH GIẢM BẬC 3.2.1. Tổng quát về ứng dụng cưỡng bức về không Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu tập trung vào hệ thống nhiều anten ở cả bên phát và bên thu do khả năng tăng hiệu suất sử dụng phổ, truyền dữ liệu tốc độ cao trong môi trường đa đường và phân tập MIMO đa anten phân bố cấu hình macro cell hoặc femto cell. Kỹ thuật cưỡng bức mức không làm đơn giản hóa quy trình thiết kế bộ thu do việc xử lý phối hợp giữa các bộ thu ở hệ thống đa người dùng này là không khả thi. Đã có nhiều phương pháp tiếp cận đến vấn đề tuyến tính cận tối ưu được đề xuất tuy từ khía cạnh lý thuyết, mỗi cách có các thuận lợi, khó khăn khác nhau; nhất là trong trường hợp môi trường truyền thông dịch vụ đa tương tác thời gian thực có tính phi tuyến như trong trường hợp từ 3G trở lên. Điều đó thông thường đòi hỏi một quy trình tuyến tính hóa khá phức tạp vì mô hình động học có cả tham số lẫn bậc biến đổi theo thời gian, đôi khi biến đổi cả cấu trúc mô hình như đã trình bày trong chương 2. Tiền mã hóa cưỡng bức mức không liên quan chặt chẽ với hai vấn đề về mặt lý luận; điều khiển theo quỹ đạo cho trước và kết hợp điều chế theo biên độ với điều chế xung. Đó là hai vấn đề sẽ được lần lượt trình bày tóm tắt ở đây để làm cơ sở đề xuất áp dụng đối với mô hình giảm bậc. Có hai cách tiếp cận thường được dùng để tạo ra tín hiệu điều khiển sao cho đáp ứng của đối tượng bám theo quỹ đạo cho trước; điều khiển thích nghi và điều khiển trượt. Những điểm liên quan đến điều khiển thích nghi đã được trình bày ở trên khi đề cập tới bộ cân bằng thích nghi. Sau đây, những điểm chính liên quan đến kỹ thuật điều khiển trượt sẽ được trình bày làm cơ sở để trình bày cưỡng bức mức không đối với đối tượng mô tả bởi mô hình giảm bậc. a.) Về điều khiển trượt i.) Quỹ đạo trượt, kiểu trượt: Một đường hay mặt trong không gian để chuyển động của hệ thống động học bám theo được gọi là đường hay mặt trượt. ii.) Điều khiển trượt: Điều khiển được sử dụng với mục đích đưa quỹ đạo vận động của một hệ thống bám theo đường, mặt trượt được biết đến là điều khiển trượt. b.) Kết hợp điều chế biên độ với điều chế xung Kết hợp điều chế theo biên độ với điều chế theo xung trong thông tin hiện đại nhằm khai thác tối đa năng lực bằng cách tạo đa lớp truyền dẫn, đồng thời cải thiện hiệu năng đối với hệ thống có trước. i.) Về tiền mã hóa: Kỹ thuật tiền mã hóa MIMO tương tự như kỹ thuật hướng búp sóng đường xuống cho cả môi trường đơn tế bào và đa tế bào. Kỹ thuật xử lý tương tự như kỹ thuật đánh giá lỗi bình phương tối thiểu tuyến tính đối với một mô hình ảo. ii.) Về chèn tiền tố: Ở phía phát, vector mã sắp xếp các bit của chuỗi dữ liệu gốc thành các symbol và chia thành N luồng dữ liệu con. Từng luồng dữ liệu được mã hóa và được N bộ phát điều chế theo cùng chòm sao và phát đồng thời trên N anten phát trên cùng tần số với tốc độ 1/TS. Mỗi lần phát sẽ phát thành từng khối, công suất phát 17 mỗi luồng luôn tỉ lệ với 1/N. Nên, tổng công suất phát là một hằng số, không phụ thuộc vào số anten phát. Ở phía thu, các anten thu tín hiệu từ các anten phát và được xử lý để lọc tín hiệu mong muốn bằng giải thuật cưỡng về mức không hay MMSE để trả lại dữ liệu gốc ban đầu. c.) Về tiền mã hóa trên cơ sở nghịch đảo suy rộng Với kỹ thuật chèn tiền tố và tiền mã hóa sử dụng nghịch đảo suy rộng, hệ động học được điều khiển theo quỹ đạo trượt, cung cấp đáp ứng ở đầu ra bám mức không mong muốn. Và, cưỡng bức về mức không ở đây hay kỹ thuật cân bằng ở đầu ra của bộ quyết định là những kết quả của việc nghiên cứu áp dụng lý thuyết điều khiển trong trường hợp mạng viễn thông. 3.2.2. Ứng dụng cưỡng bức về không với mô hình giảm bậc Vị trí thay thế của mô hình giảm bậc trong mô hình hệ thống MIMO OFDM đã nêu được sử dụng ở đây nhằm tranh thủ quan hệ giữa điều khiển trượt với chèn tiền tố và tiền mã hóa trong vai trò tạo tín hiệu điều khiển liên tục uc(t) và tín hiệu điều khiển rời rạc ud(t). Các giới hạn cần thiết đối với kỹ thuật điều chế xung, điều chế theo biên độ được xác lập để đảm bảo quy trình cưỡng bức về mức không trong môi trường phức hợp khi dùng mô hình giảm bậc làm công cụ thay thế hệ thống phục vụ những nghiên cứu, khảo sát ban đầu. 3.2.3. Nhận xét Trong hệ thống thông tin MIMO OFDM, nhờ kỹ thuật chèn tiền tố và tiền mã hóa nên kết hợp điều chế theo biên độ với điều chế xung sử dụng nghịch đảo suy rộng tương đương với kỹ thuật điều khiển theo quỹ đạo trượt áp dụng trong trường hợp cưỡng bức về không. Trên cơ sở của mô hình giảm bậc có thể đề xuất về những giới hạn cần thiết đối với kỹ thuật điều chế xung và các tham số điều chế theo biên độ. 3.3. ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI TRÊN CƠ SỞ MÔ HÌNH GIẢM BẬC 3.3.1. Mô hình cấu trúc hệ thống và các phương pháp điều chế thích nghi a.) Mô hình cấu trúc hệ thống sử dụng mô hình giảm bậc Kênh Máy phát Máy thu ̂[ ] () r[i] Mã hóa và điều chế thích nghi R[i].C[i] Điều khiển nguồn S[i] ( ) GF GF X + x[i] [] Trễ if Kênh phản hồi b.) Các phương pháp điều chế thích nghi Giải mã và điều chế Ước lượng kênh Độ trễ ie; Lỗi: [] 18 i.) Điều chế thích nghi bằng biến đổi tốc độ: Khi sử dụng tập rời rạc các loại điều chế hoặc các cỡ chùm sao, thì mỗi giá trị phải được ánh xạ thành một sơ đồ điều chế xác định để duy trì xác suất lỗi của mỗi sơ đồ điều chế thấp hơn giá trị đã cho. ii.) Điều chế thích nghi bằng biến đổi công suất: Bù đảo ngược fading kênh để kênh thể hiện như một kênh AWGN đối với giải pháp điều chế và giải điều chế. iii.) Biến đổi tốc độ và biến đổi công suất trong hệ thống điều chế MQAM : Cực đại hóa hiệu suất phổ của kỹ thuật điều chế MQAM trong khi vẫn đáp ứng pb tức thời bằng cách thêm vào mã lưới. 3.3.2. Kết hợp điều chế thích nghi với cân bằng mạng nơron a.) Mô hình điều chế thích nghi kết hợp cân bằng mạng Nơron Hệ thống sử dụng kết hợp điều chế thích nghi với cân bằng dùng mạng nơron xuyên tâm mô tả trong hình trên. Trong đó, phía phát sử dụng phương pháp chuyển mạch điều chế. Về nguyên tắc có thể có nhiều mạch điều chế MQAM khác nhau. Cân bằng dữ liệu Nhiễu Dữ liệu Chuyển đổi phương thức điều chế Máy phát Kênh Máy thu Ước lượng mức điều chế Bảng đối chiếu chuyển ngưỡng RBF DFE Phương thức điều chế của Burst dữ liệu Xác suất bit lỗi của Burst dữ liệu b.) Mạng nơron xuyên tâm trong điều chế thích nghi kết hợp cân bằng Mạng nơron xuyên tâm có cấu trúc như mô tả ở hình trên được sử dụng với vai trò của bộ cân bằng dữ liệu trong hệ thống điều chế thích nghi kết hợp cân bằng vì có ưu điểm cơ bản là đơn giản về cấu trúc và hiệu quả trong quá trình học. 3.3.3. Một số kết quả mô phỏng a.) Giả thiết mô phỏng i.) Máy thu thực hiện ước lượng trạng thái kênh hoặc ước lượng tỷ số tín hiệu can nhiễu sóng mang. Các trạng thái kênh quyết định các trung tâm của mạng RBF. ii.) Tỷ số tín hiệu trên can nhiễu trong khoảng thời gian của cụm phát là không đổi theo thời gian nhưng có biến đổi cụm này sang cụm khác. iii.) Máy thu biết phương thức điều chế sử dụng từng cụm phát đã thu được. iv.) Biết trước xác suất ước lượng sai số thời gian ngắn Pbit để truyền tất cả các phương thức điều chế trong hệ thống. b.) Mô hình mô phỏng - Phát các ký hiệu giả ngẫu nhiên với các cụm có độ dài cố định đối với tất cả các phương thức điều chế qua kênh băng rộng không biến đổi trong từng cụm. 19 - Máy thu thu mỗi cụm số liệu có các phương thức điều chế khác nhau và cân bằng từng cụm một cách độc lập. 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương này, những nét chính về hệ thống thông tin MIMO OFDM theo tiêu chuẩn SUI-802.16(a) được trình bày trước tiên làm cơ sở để trình bày những đề xuất áp dụng hai hay nhiều giải pháp do các tác giả đi trước đề xuất trên cơ sở của mô hình giảm bậc. Cưỡng bức về không cũng được trình bày so sánh với điều khiển theo quỹ đạo trượt trong trường hợp điều chế theo biên độ kết hợp với điều chế xung để đề xuất áp dụng cưỡng bức về không khi thay thế bởi mô hình giảm bậc theo cách thức xử lý trong tư duy hệ hở. Giải pháp áp dụng cách thức xử lý trong tư duy hệ kín đối với trường hợp điều chế thích nghi kết hợp với kỹ thuật cân bằng dùng mạng nơron cấu trúc xuyên tâm dùng mô hình giảm bậc thay thế môi trường truyền phi tuyến. Minh chứng về các đề xuất vừa nêu là ví dụ minh họa và các mô phỏng thích hợp. Chương 4: ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP GIẢM CAN NHIỄU DO QUẢN TRỊ HỆ THỐNG MẠNG Tóm tắt: Nghiên cứu đề xuất, xây dựng các giải pháp giảm can nhiễu trên quan điểm của nhà quản lý hệ thống trong xu hướng tích hợp, đa môi trường, đa tương tác thời gian thực được trình bày trong chương này. Đó là đề xuất có khả năng sử dụng giải pháp quản trị cơ chế ưu tiên yêu cầu theo QoS cam kết để lưu lượng thông qua nút mạng đúng luật giải phóng hàng đợi và cơ chế phòng thủ tấn công mạng. 4.1. GIỚI THIỆU Đặc điểm chung trong cấu trúc mạng NGN là chia rõ ràng thành bốn lớp chức năng. Đó là lớp kết nối, lớp trung gian hay lớp truyền thông, lớp điều khiển và lớp quản lý. Trong đó, lớp điều khiển đang rất phức tạp vì có nhiều loại giao thức khác nhau và khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng do tính bản quyền công nghệ. Với mục tiêu đảm bảo QoS theo nghĩa bảo đảm an ninh mạng, bảo mật và an toàn thông tin, nhà quản trị và cung cấp dịch vụ mạng cần phải thực hiện việc chống xâm nhập mạng một cách hiệu quả bằng cách sử dụng kết hợp nhiều giải pháp khác nhau. Nghĩa là, sử dụng nhiều cách thức khác nhau để đặc tính hóa tín hiệu phục vụ việc sàng lọc phát hiện tín hiệu phi truyền thống hoặc phát hiện truy nhập trái phép. Có thể xem giảm bậc mô hình áp dụng vào môi trường truyền thông cung cấp nhanh kết quả bước đầu về đặc tính hóa tín hiệu, thì tăng độ dài mã giả ngẫu nhiên và đảm bảo quy luật giải phóng hàng đợi là những bộ lọc phục vụ nhiệm vụ định danh truy nhập ngoài các giải pháp phòng chống thường gặp. 20 4.2. QUẢN TRỊ CƠ CHẾ ƯU TIÊN THEO YÊU CẦU 4.2.1. Bài toán quản lý lưu lượng trong hàng đợi Ưu tiên áp dụng cho hệ thống và mạng hàng đợi lưu lượng được thực hiện theo 2 cơ chế. (i). Cơ chế tương đối: Phần tử lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn được chuyển lên trên về phía đầu ra của bộ đệm hàng đợi. (ii). Cơ chế tuyệt đối: Quá trình xử lý lưu lượng trong server tạm ngưng, đưa lưu lượng quay về hàng đợi để dành chỗ cho phần tử lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn. Dựa trên cơ sở tổn thất lưu lượng theo thời gian hoặc theo không gian, thực hiện cơ chế ưu tiên theo 3 bước lần lượt như sau. Thứ nhất, phân không gian bộ đệm thành các miền logic có các mức ngưỡng ứng với các thành phần lưu lượng có độ ưu tiên khác nhau. Thứ hai, bỏ thành phần lưu lượng có mức ưu tiên thấp khi bộ đệm vượt ngưỡng. Thứ ba, điều phối các luồng lưu lượng đến thích ứng với từng phân lớp ưu tiên. 4.2.2. Với cơ chế ưu tiên tương đối a.) Mô hình M/M/n: Tổng thời gian chờ trung bình của lớp thứ p là: p sλ s p sλ (4.11) W p = E2 ,n ( A) + ∑ i Wi + W p ∑ i i =1 n n i =1 n Trong đó, E2,n(A) xác định theo Erlang-2, số hạng thứ nhất là thời gian để giải phóng lưu lượng đang được xử lý, số hạng thứ hai là thời gian chờ do lưu lượng trong hàng đợi có độ ưu tiên cao hơn thành phần thứ p, số hạng cuối là thời gian chờ do thành phần lưu lượng mới đến có độ ưu tiên cao hơn thành phần thứ p. b.) Mô hình M/G/1: Tổng thời gian chờ trung bình của lớp thứ p là: N Wp = ∑ λi p −1 p m2i + ∑ si λiWi + ∑ si λiW p (4.12) i =1 i =1 2 Trong đó, các số hạng ứng với từng thành phần lưu lượng như mô hình M/M/n. Thời gian chờ theo lưu lượng phát sinh được tính theo biểu thức Cobham: i =1 N Wp = λ ∑ i m2i i =1 2 p −1 p i =1 i =1 (1 − ∑ Ai )(1 − ∑ Ai ) (4.13) 4.2.3. Với cơ chế ưu tiên tuyệt đối Các bước giải bài toán mô hình hàng đợi hở được tổng kết như sau: (i.) Dùng phương trình cân bằng luồng tính tốc độ trung bình của luồng lưu lượng tổng đến mỗi nút mạng. (ii.) Trên cơ sở tốc độ luồng tổng và tốc độ xử lý trung bình tính tải lưu lượng phát sinh đến mỗi nút. Từ đó, tính xác suất trạng thái và các tham số chất lượng tại mỗi nút mạng.