Tài liệu đánh giá hiệu quả các phương pháp lập biểu trong phân tập đa người dùng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỔ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------- BK TP.HCM SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG (11140018) ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP BIỂU TRONG PHÂN TẬP ĐA NGƯỜI DÙNG LUẬN VĂN THẠC SỸ TP.HCM- 6/2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỔ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------- BK TP.HCM SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP BIỂU TRONG PHÂN TẬP ĐA NGƯỜI DÙNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH TS. HỒ VĂN KHƯƠNG TP.HCM- 6/2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH - TS. HỒ VĂN KHƯƠNG …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. LÊ TIẾN THƯỜNG …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 11 tháng 7 năm 2013. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS. LÊ TIẾN THƯỜNG 2. TS. VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO 3. TS. HOÀNG TRANG 4. TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH 5. TS. TRƯƠNG QUANG VINH Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐẶNG THANH HÙNG ......................... MSHV: 11140018 Ngày, tháng, năm sinh: 28/9/1985 ......................................... Nơi sinh: Bến Tre ........... Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử ............................................ Mã số : 605270............. TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRONG PHÂN TẬP ĐA NGƯỜI DÙNG BIỂU I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu các phương pháp lập biểu trong phân tập đa người dùng. - Mô phỏng hệ thống bằng Matlab. - Đánh giá hiệu năng, ưu khuyết điểm của từng phương pháp lập biểu nhằm đưa ra các khuyến cáo sử dụng hợp lý. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/2013 .................................................................. III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/6/2013 .................................................. IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): ...................................... ……………….TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG ..................... Tp. HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) tháng năm 2013 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) Lời Cám Ơn Đầu tiên tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Chế Viết Nhật Anh và thầy Hồ Văn Khương đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, định hướng nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến các thầy cô trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, những người đã tận tình hướng dẫn, truyền dạy cho tôi những kiến thức trong suốt những năm học vừa qua, giúp tôi có những kiến thức đáng quý và bổ ích trong quá trình thực hiện luận văn này cũng như trong suốt chặng đường sự nghiệp sau này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, chia sẻ, tạo động lực cho tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi đến gia đình, thầy cô, bạn bè, người thân lời kính chúc sức khỏe hạnh phúc và thành công. Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2013 Đặng Thanh Hùng ABSTRACT Multiuser diversity aims to maximize the sum capacity of multi-user systems without increasing the power of transmitters. To benefit from the multiuser diversity, opportunistic scheduling methods are used to allocate channel access to users. Although opportunistic scheduling maximizes the sum system capacity, it also increases the delay of users which have lower channel quality than others. In this thesis, we study and evaluate the effect of three opportunistic scheduling methods: Greedy Scheduling (Max SNR Scheduling) [8], Proportional Fair Scheduling [8] [15], WPF Scheduling [5] in TDMA systems in terms of sum capacity and delay. Theory and simulation indicated that Greedy scheduling maximizes the sum system capacity and also ensures the fairness for users in homogeneous environment. With heterogeneous fading, the PF scheduling shows the trade-off between efficiency and fairness. In the WPF scheduling, a heterogeneous fading cell is divided into different zones such that the sum capacity of users in the cell edge can be improved. TÓM TẮT Phân tập đa user là một kỹ thuật được phát triển trong các hệ thống đa user với mục tiêu nhằm tăng tổng dung lượng của toàn hệ thống mà không cần tăng công suất phát tại trạm gốc. Để đạt độ lợi phân tập đa user, ta sử dụng các phương pháp lập biểu (scheduling) cơ hội để chọn user. Bên cạnh ưu điểm là tăng dung lượng của hệ thống các phương pháp lập biểu cơ hội còn làm tăng độ trễ của một số user có chất lượng kênh truyền kém. Luận văn này tiến hành khảo sát và đánh giá hiệu quả của các phương pháp lập biểu cơ hội như: Greedy Scheduling (Max SNR Scheduling) [8], Proportional Fair Scheduling [8] [15], WPF Scheduling [5] ở hai phương diện là tổng dung lượng và độ trễ của các user trong một hệ thống TDMA. Lý thuyết và mô phỏng chỉ ra rằng, Greedy Scheduling cực đại dung lượng toàn hệ thống trong khi vẫn đảm bảo sự công bằng giữa các user khi xét trong môi trường fading đồng nhất. Trong môi trường fading không đồng nhất, PF Scheduling có khả năng tạo ra sự tương nhượng giữa tổng dung lượng của hệ thống và độ công bằng giữa các user. Đặc biệt, bằng cách chia một cell có môi trường fading không đồng nhất thành các zone nhỏ hơn, WPF Scheduling tạo ra khả năng tăng dung lượng cho một hay một vài zone cụ thể. Do đó, WPF Scheduling có khả năng cải thiện dung lượng cho các user ở vùng biên của cell. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận văn này là sản phẩm do chính tôi tự thực hiện, không có sự sao chép kết quả trong bất cứ tài liệu hay bài báo nào đã công bố trướcđây. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan nói trên. TPHCM, ngày 25 tháng 6 năm 2013 Học viên thực hiện Ký tên Đặng Thanh Hùng SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 1 3. Mục đích của đề tài ......................................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 3 5. Cấu trúc của luận văn ...................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CƠ BẢN ................................................................ 5 1.1. Kênh truyền vô tuyến .................................................................................. 5 1.1.1. Suy hao đường truyền ............................................................................... 5 1.1.2. Fading ...................................................................................................... 6 1.1.2.1. Kênh truyền fading phẳng ..................................................................... 7 1.1.2.2. Kênh truyền fading lựa chọn tần số ....................................................... 9 1.1.3. Mô hình thống kê cho kênh truyền fading................................................ 10 1.1.3.1. Mô hình kênh truyền fading Rayleigh .................................................. 10 1.1.3.2. Mô hình kênh truyền fading Rician ...................................................... 12 1.1.4. Định lý Shannon về dung lượng kênh truyền .......................................... 13 1.2. Các hệ thống đa truy cập ........................................................................... 14 1.2.1. Đa truy cập phân chia theo mã ................................................................ 14 1.2.2. Đa truy cập phân chia theo thời gian ....................................................... 15 1.2.3. Đa truy cập phân chia theo tần số ........................................................... 15 1.3. Ước lượng kênh truyền và hồi tiếp ............................................................ 16 MỤC LỤC i SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG 1.4. Các kỹ thuật phân tập ................................................................................ 16 1.4.1. Phân tập thời gian ................................................................................... 16 1.4.2. Phân tập tần số ....................................................................................... 17 1.4.3. Phân tập không gian ............................................................................... 18 Chương 2: PHÂN TẬP ĐA USER VÀ CÁC LOẠI SCHEDULING ................ 20 2.1. Phân tập đa user ......................................................................................... 20 2.2. Độ lợi phân tập đa user............................................................................... 20 2.3. Các ảnh hưởng đến hệ thống khi khai thác độ lợi phân tập đa user ............. 22 2.4. Mô hình hệ thống ....................................................................................... 23 2.5. Các phương pháp chọn user (Scheduling)................................................... 24 2.5.1. Round Robin Scheduling ......................................................................... 25 2.5.2. Greedy Scheduling .................................................................................. 26 2.5.3. PF Scheduling (Proportional Fair Scheduling) ......................................... 28 2.5.4. WPF Scheduling (The Weighted Proportional Fair Scheduling) .............. 30 2.6. Tải thông tin hồi tiếp từ các user về BS ...................................................... 33 2.7. Các ứng dụng trong thực tế của phân tập đa user ........................................ 34 Chương 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .................................................................. 36 3.1. Độ lợi phân tập đa user............................................................................... 36 3.2. Môi trường fading đồng nhất và fading không đồng nhất ........................... 38 3.3. Ảnh hưởng của các phương pháp Scheduling trong môi trường đồng nhất .......................................................................................................... 41 MỤC LỤC ii SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG 3.4. Ảnh hưởng của các phương pháp Scheduling trong môi trường fading không đồng nhất ................................................................................................................... 49 3.5. Ảnh hưởng của giá trị đối với PF Scheduling ......................................... 56 3.6. WPF Scheduling ........................................................................................ 60 Chương 4: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................. 66 4.1. Tổng kết đề tài ........................................................................................... 66 4.2. Hướng phát triển của đề tài ........................................................................ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 68 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ............................................................................... 71 MỤC LỤC iii SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Minh họa hiện tượng đa đường trong kênh truyền vô tuyến ................. 5 Hình 1.2: Mô hình kênh truyền multipath với đáp ứng xung tuyến tính thay đổi theo thời gian......................................................................................... 7 Hình1.3: Minh họa kênh truyền fading phẳng ..................................................... 8 Hình 1.4: Minh họa kênh truyền fading lựa chọn tần số ...................................... 9 Hình 1.5: Đáp ứng xung của kênh truyền lựa chọn tần số .................................. 10 Hình 1.6: Phân bố Rayleigh .............................................................................. 11 Hình 1.7: Phân bố Rician .................................................................................. 13 Hình 1.8: Đa truy cập phân chia theo mã ........................................................... 14 Hình 1.9: Đa truy cập phân chia theo thời gian .................................................. 15 Hình 1.10: Đa truy cập phân chia theo tần số .................................................... 15 Hình 1.11: Độ thay đổi của kênh truyền trong môi trường cố định và di động ... 16 Hình 1.12: Phân tập thời gian ............................................................................ 17 Hình 1.13: Phân tập tần số ................................................................................ 17 Hình 1.14: Phân tập không gian, (a) SIMO, (b) MISO, (c) MIMO .................... 18 Hình 2.1: Độ lợi phân tập đa user với kênh truyền Rayleigh và Rician (k=5) tại SNR=0 ................................................................................ 21 Hình 2.2: Hướng Downlink của hệ thống đa user .............................................. 23 Hình 2.3: Sơ đồ khối cơ bản hướng downlink của hệ thống TDMA .................. 24 Hình 2.4: Cấu trúc Frame và TS của RR Scheduling ......................................... 25 MỤC LỤC iv SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG Hình 2.5: Đặc tính thống kê kênh truyền của 2 user trong môi trường fading đồng nhất ............................................................................ 27 Hình 2.6: Đặc tính thống kê kênh truyền của 2 user trong môi trường không đồng nhất ............................................................................. 28 Hình 2.7: Các user được chia thành 3 Zone ....................................................... 32 Hình 2.8: Các mức lượng tử của SNR ............................................................... 34 Hình 2.9: Sự phát triển của hệ thống di động tế bào .......................................... 34 Hình 3.1: Thông lượng trung bình của hệ thống (15 user) sử dụng RR và Greedy Scheduling .................................................................... 37 Hình 3.2: Độ lợi phân tập đa user trong môi trường Rayleigh tại SNR=0dB ..... 38 Hình 3.3: SNR của 2 user trong môi trường fading đồng nhất ........................... 39 Hình 3.4: Số lượng time-slot mỗi user chiếm được, fading đồng nhất ............... 39 Hình 3.5: SNR của 2 user trong môi trường fading không đồng nhất ................ 40 Hình 3.6: Số lượng TS mỗi user chiếm được, fading không đồng nhất .............. 41 Hình 3.7: Phân bố user trong môi trường đồng nhất .......................................... 42 Hình 3.8: Thông lượng trung bình của các user RR Scheduling (SNR=10dB) ... 42 Hình 3.9: Phần trăm TS mỗi user dùng RR chiếm được (SNR=10dB) ............... 43 Hình 3.10: Thông lượng trung bình của các user Greedy Scheduling (SNR=10dB) .................................................................................................... 43 Hình 3.11: Phần trăm TS mỗi user dùng Greedy chiếm được (SNR=10dB)....... 44 Hình 3.12: Thông lượng trung bình của các user PF Scheduling (SNR=10dB) .. 44 Hình 3.13: Phần trăm TS mỗi user dùng PF chiếm được (SNR=10dB).............. 45 MỤC LỤC v SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG Hình 3.14: Thông lượng trung bình của các user WPF(4,2,1) Scheduling (SNR=10dB) ............................................................................................................. 45 Hình 3.15: Phần trăm TS mỗi user dùng WPF(4,2,1) chiếm được (SNR=10dB) ..................................................................................................... 46 Hình 3.16: Tổng thông lượng trung bình của toàn hệ thống (SNR=10dB .......... 46 Hình 3.17: Phân bố user trong môi trường không đồng nhất .............................. 50 Hình 3.18: Thông lượng trung bình của các user RR Scheduling (SNR=1:15dB) .................................................................................................. 51 Hình 3.19: Phần trăm TS mỗi user dùng RR chiếm được (SNR=1:15dB) .......... 51 Hình 3.20: Thông lượng trung bình của các user Greedy Scheduling (SNR=1:15dB) ................................................................................................. 52 Hình 3.21: Phần trăm TS mỗi user dùng Greedy chiếm được (SNR=1:15dB) ... 52 Hình 3.22: Thông lượng trung bình của các user PF Scheduling (SNR=1:15dB) ................................................................................................. 53 Hình 3.23: Phần trăm TS mỗi user dùng PF chiếm được (SNR=1:15dB)........... 53 Hình 3.24: Thông lượng trung bình của các user WPF(4,2,1) Scheduling (SNR=1:15dB) ................................................................................................. 54 Hình 3.25: Phần trăm TS mỗi user dùng WPF(4,2,1) chiếm được (SNR=1:15dB) ................................................................................................. 54 Hình 3.26: Tổng thông lượng trung bình của toàn hệ thống (SNR=1:15dB) ...... 55 Hình 3.27: Thông lượng trung bình của các user PF Scheduling (với SNR=1:15dB và t =10 ) ........................................................................... 56 MỤC LỤC vi SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG Hình 3.28: Phần trăm TS mỗi user dùng PF chiếm được (với SNR=1:15dB và t =10 ) ........................................................................... 57 Hình 3.29: Thông lượng trung bình của các user PF Scheduling(với SNR=1:15dB và t =1000) ................................................... 57 Hình 3.30: Phần trăm TS mỗi user dùng PF chiếm được (với SNR=1:15dB và t =1000) ........................................................................ 58 Hình 3.31: Thông lượng trung bình của các user PF Scheduling (với SNR=1:15dB và t =2) .............................................................................. 58 Hình 3.32: Phần trăm TS mỗi user dùng PF chiếm được (với SNR=1:15dB và t =2) ............................................................................... 59 Hình 3.33: Thông lượng trung bình của các user WPF(1,1,1) Scheduling ......... 61 Hình 3.34: Phần trăm TS mỗi user dùng WPF(1,1,1) chiếm được ..................... 61 Hình 3.35: Thông lượng trung bình của các user WPF(4,1,1) Scheduling ......... 62 Hình 3.36: Phần trăm TS mỗi user dùng WPF(4,1,1) chiếm được ..................... 62 Hình 3.37: Thông lượng trung bình của các user WPF(1,1,4) Scheduling ......... 63 Hình 3.38: Phần trăm TS mỗi user dùng WPF(1,1,4) chiếm được ..................... 63 Hình 3.39: Thông lượng chuẩn hóa của các loại Scheduling.............................. 64 Hình 4.1: (a) Phân tập đa user, (b) IDMR, (c) Các bước truyền dữ liệu trong IDMR ........................................................................................................................ 67 MỤC LỤC vii SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông lượng trung bình trên mỗi TS (Bits/s/Hz) ............................... 47 Bảng 3.2: Phần trăm TS mỗi user dùng chiếm được (%) ................................... 48 Bảng 3.3: Tổng thông lượng trung bình của toàn hệ thống (Bits/s/Hz) .............. 49 Bảng 3.4: SNR trung bình của các user trong hệ thống...................................... 60 MỤC LỤC viii SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG CÁC TỪ VIẾT TẮT - 3G Thrid Generation - AWGN Additive White Gaussian Noise - BER Bit Error Rate - BS Base Station - CDMA Code Division Multiple Access - CSI Channel State Information - GSM Global System for Mobile Communications - FDMA Frequency Division Multiple Access - LOS Line Of Sight - LTE Long Term Evolution - MIMO Multiple Input Multiple Output - MISO Multiple Input Single Output - OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access - PF Proportional Fair (Scheduling) - RR Round Robin (Scheduling) - SIMO Single Input Multiple Output - SNR Signal to Noise Ratio -TDMA Time Division Multiple Access - TS Time Slot -WPF Weight Proportional Fair (Scheduling) - WRR Weight Round Robin (Scheduling) MỤC LỤC ix SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG MỞ ĐẦU *** 1. Đặt vấn đề: Trong những năm gần đây, truyền thông không dây đã có bước phát triển mạnh mẽ do khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao và độ tin cậy không ngừng được cải thiện. Đối với kênh truyền fading, sự thay đổi bất thường của kênh truyền làm cho việc truyền thông tin khó khăn và giảm độ tin cậy. Nhằm giảm tốc độ lỗi bit (BER) của mỗi user, các kỹ thuật phân tập đã được nghiên cứu và phát triển. Phân tập có nghĩa là các bản sao của cùng một thông tin được truyền đến user theo những đường độc lập. Các loại phân tập gồm có: phân tập thời gian, phân tập tần số, phân tập không gian. Khác với các loại phân tập truyền thống trên, phân tập đa user (Multiuser Diversity) là một kỹ thuật được phát triển trong các hệ thống đa user với mục tiêu nhằm tăng tổng dung lượng của toàn hệ thống mà không cần tăng công suất phát. Để đạt độ lợi phân tập đa user, các phương pháp scheduling cơ hội (Opportunistic Scheduling method) được sử dụng. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu: - Các phương pháp scheduling cơ hội trong hệ thống đa user TDMA gồm: 1 BS (Base Station) và K user. - Khảo sát hệ thống trong môi trường kênh truyền fading Rayleigh đồng nhất và fading Rayleigh không đồng nhất. - Với giả thiết thông tin kênh truyền của các user có được tại BS là hoàn hảo. - Công suất phát của BS là không thay đổi đối với tất cả các user trong hệ thống, trong tất cả các time-slot (TS). MỞ ĐẦU 1 SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG 3. Mục đích của đề tài: Trong các phương pháp schelduling cơ hội, để đưa ra quyết định lựa chọn user được phục vụ thì BS phải có thông tin kênh truyền (CSI) của tất cả các user trong hệ thống. Bên cạnh khả năng cực đại tổng dung lượng của hệ thống, các phương pháp scheduling cơ hội cũng có những bất lợi về tải của thông tin hồi tiếp và độ công bằng giữa các user. Tất cả các user trong hệ thống sẽ ước lượng kênh truyền (thông qua chuỗi pilot được phát bởi BS) và sau đó truyền thông tin ước lượng được về BS. Khi số lượng user tăng lên thì thông tin hồi tiếp càng nhiều. Các tài liệu tham khảo [6], [18], [19], [21] đã đưa ra nhiều giải pháp để giảm bớt tải của thông tin hồi tiếp. Với giả sử thông tin kênh truyền của tất cả các user đã biết tại BS, luận văn tập trung khảo sát, nghiên cứu các phương pháp scheduling cơ hội nhằm giải quyết bài toán cực đại tổng dung lượng hệ thống và mức độ trễ của các user. Ba phương pháp scheduling cơ hội mà tôi tiến hành tham chiếu trong luận văn là: Greedy Scheduling, PF Scheduling và WPF Scheduling. Greedy Scheduling ở [8] tối đa dung lượng của hệ thống khi BS chỉ phục vụ cho user có kênh truyền tốt nhất ứng với mỗi TS. Với môi trường fading đồng nhất, xác xuất có kênh truyền tốt của các user gần như nhau thì phương pháp Greedy Scheduling vừa đạt được độ lợi đa user, vừa đảm bảo sự công bằng giữa các user nếu khảo sát trong một khoảng thời gian đủ dài. Trong môi trường fading không đồng nhất, một user luôn có kênh truyền tốt hơn user còn lại. Nếu sử dụng Greedy Scheduling sẽ dẫn đến những user có kênh truyền không tốt sẽ bị delay cao, ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Để khắc phục nhược điểm này, [8] và [16] đã giới thiệu một phương pháp scheduling mới đó là PF Scheduling. PF chọn user dựa vào tỷ số giữa tốc độ có thể đạt được hiện tại lưu lượng mà user k đã nhận trước đó [ ] đảm bảo các user có kênh truyền không tốt cũng có cơ hội được truyền. MỞ ĐẦU [ ] và 2 SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG Như đã đề cập ở trên, mức độ trễ khác nhau giữa các user chủ yếu là do sự chênh lệch SNR quá lớn giữa các user ở gần BS và các user ở xa (đặc biệt là vùng biên) của BS. Một ý tưởng mới nảy sinh là ta có thể chia một cell có môi trường fading không đồng nhất thành các zone gần đồng nhất [8], [22]. Trên cơ sở đó, [5] đã đưa ra một phương pháp Scheduling mới là WPF, phương pháp này là sự kết hợp của WRR (Round Robin có trọng số) và PF. WPF tạo ra khả năng để người quản trị hệ thống có thể điều chỉnh sự tương nhượng giữa tổng dung lượng hệ thống và độ trễ trung bình của các user bằng cách điều chỉnh các hệ số trong bộ WRR Scheduler. Đặc biệt, WPF có thể điều chỉnh các hệ số sao cho lưu lượng trung bình của các user trong hệ thống xấp xỉ bằng nhau. 4. Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết về các loại scheduling như: Round Robin Scheduling, Greedy Scheduling, PF Scheduling, WPF Scheduling. - Tiến hành mô phỏng hệ thống bằng phần mềm Matlab. Chúng ta sẽ thấy được khả năng tăng tổng dung lượng hệ thống khi tận dụng phân tập đa user. Ngoài ra, kết quả mô phỏng cũng làm rõ ưu khuyết điểm của từng phương pháp scheduling cơ hội trong việc tạo sự tương nhượng giữa tổng dung lượng hệ thống và độ trễ của các user. 5. Cấu trúc của luận văn: Nội dung của luận văn được chia thành 4 chương như sau: - Chương 1: Kiến thức cơ bản Trình bày các kiến thức cơ bản về kênh truyền vô tuyến, các kiểu truy cập, các kỹ thuật phân tập và ước lượng kênh truyền. - Chương 2: Phân tập đa user và các loại Scheduling Chương này tập trung khảo sát độ lợi phân tập đa user, ảnh hưởng của các loại scheduling cơ hội trong việc tăng tổng dung lượng của toàn hệ thống và sự công bằng MỞ ĐẦU 3