Tóm tắt Luận án Nâng cao dung lượng của hệ thống thông tin có nhận thức dựa trên OFDM

ng thông tin ó nhận thứ (CRS) h nh th nh dự trên nhu ầu kh i thá tận dụng á khoảng trống tần số - phần phổ tần ấn ịnh ho một ng i sử dụng hính (PU) nh ng không sử dụng t i một ị iểm v trong khoảng th i gi n xá ịnh. Các ặ tính ơ bản ủ CRS b o gồm khả năng có nhận thức (nhận biết môi tr ng vô tuyến xung qu nh ể phát hiện r á khoảng trống tần số v ể xá lập á th m số ho t ộng tốt nhất), khả năng cấu hình lại (tự lập tr nh l i một á h linh ho t phù h p với iều kiện môi tr ng xung qu nh). Ngoài ra, CRS khi ho t ộng phải ảm bảo không gây r mứ nhiễu o quá ng ỡng ho phép ối với ng i sử dụng hính. Về ứng dụng vô tuyến ó nhận thứ (CR) dự báo sẽ ứng dụng trong nhiều hệ thống vô tuyến trong t ơng l i. Hiện IEEE ã xây dựng h i bộ tiêu huẩn 802.22,802.11af ó sử dụng CR. Chuẩn 802.22 ho m ng WRAN thông qu v o tháng 7 năm 2011. Chuẩn 802.11af(“White-Fi”, “Super-Fi”) l một tiêu huẩn trong họ 802.11 về WLAN thông qu v o tháng 2 năm 2014. Khá với huẩn 802.22 sử dụng OFDMA huẩn 802.11 f sử dụng OFDM. 1.2. Một số hướng nghiên cứu chính về vô tuyến có nhận thức Vô tuyến ó nhận thứ l ông nghệ mới ng trong quá tr nh h nh th nh v ho n thiện nên òn có h ng lo t thá h thứ b i toán ặt r ể nghiên ứu. Trong ó kỹ thuật nhận d ng phổ tần giải pháp nhằm giảm nhiễu giữ á sóng m ng on v nhiễu từ CRS s ng PU 5 l hủ ề thu hút sự qu n tâm nghiên ứu ủ nhiều tá giả. Bên nh ó b i toán nâng o dung l ng ủ CRS l hủ ề thu hút sự qu n tâm nghiên ứu trong th i gi n gần ây. Luận án ã tổng h p tóm tắt một số nghiên ứu về nhận d ng phổ tần (nhận d ng dự trên phát hiện năng l ng tín hiệu nhận d ng qu ặ tính dừng vòng ủ tín hiệu dự trên d ng sóng nhận d ng qu lọ hò h p nhận d ng phân tán nhận d ng ngo i); Quản trị phổ tần; Phân hi v hi sẻ phổ tần. 1.3. Bài toán nâng cao dung lượng CRS 1.3.1. Tổng quan Với b i toán dung l ng CRS luận án nghiên ứu tr ng h p tổng quát trong ó ó một hệ thống PU sử dụng L o n phổ tần số ó ộ rộng B1, B2, BL (Hz) và có L o n băng tần nằm xen kẽ h sử dụng nên CRS tìm thấy hiếm dụng và chia thành N sóng m ng on OFDM mỗi sóng m ng on ó ộ rộng ∆Hz. Hình 1.1: Nhiễu hai chiều qua l i giữa CR và PU Về khí nh nhiễu tín hiệu phát OFDM ủ CRS l một nguồn nhiễu ối với máy thu PU v ng l i nh biểu diễn ở hình 1.2 trong ó hệ số suy h o giữ máy phát CRS v máy thu PU viết 6 tắt l hsp giữ máy phát PU v máy thu CR viết tắt l hps giữ máy phát CR và máy thu CR là h ss . Trong CRS ho t ộng với sự hiện diện ủ á PU tố ộ truyền dẫn tối ủ CRS nh s u:   2 2 2 1 1 max log 1 i ssN i i L l P i il h P C f J              (1.1) với iều kiện:   th 1 1 , L N l i il i l i I d P I    (1.2) và 0 1,2,...,Pi i N   (1.3) Trong ó, C là dung l ng ủ CRS N l tổng số á sóng m ng on OFDM ủ CRS, Ith l mứ nhiễu tối m PU ó thể hấp nhận từ CRS, l nhiễu G uss ∆f l ộ rộng phổ tần ủ một sóng mang con, l hệ số suy h o ủ kênh giữ á ng i dùng CR, là nhiễu từ băng thứ l của PU vào sóng mang con OFDM thứ i của CRS, l nhiễu từ sóng m ng on thứ i v o băng l ủ PU, Pi l ông suất phát ủ sóng m ng on thứ i. Công thứ (1.1) ho thấy tố ộ truyền phụ thuộ không hỉ v o ông suất phát Pi m òn v o ả mứ nhiễu do máy phát PU gây ra t i phía thu của CRS. 1.3.2. Các nghiên cứu về nâng cao dung lượng CRS Trong b i toán nâng o dung l ng CRS một số nghiên ứu tr ớ ây ã r ph ơng án phân bổ ông suất tối u một số ph ơng án phân bổ ông suất ận tối u. Với phân bổ ông suất tối u, CRS dùng OFDM t tố ộ truyền dẫn o nhất trong khi vẫn ảm bảo tổng mứ ông suất 7 nhiễu gây r ho PU ≤ Ith khi ông suất phân bổ ho từng sóng m ng on xá ịnh theo ông thứ s u:    2 * 1 2 1 1 max 0, | L l il i L ssl iil J P hK                (1.4) Nh iểm của phân bổ công suất tối u l ộ phức t p tính toán cao, khó khả thi cho hệ thống bị giới h n về công suất hay về ộ phức t p nh CRS. Một số giải pháp cận tối u ã ề xuất: - Phân bổ ều công suất, các sóng m ng on ều c phân bổ một mức công suất P nh nh u:   1 1 U thi N L l i ii l I P K P      (1.5) - Phân bổ công suất theo hình bậc thang với hai giải pháp Scheme A và Scheme B, dự trên ý t ởng phân bổ công suất tỷ lệ nghịch với mức nhiễu do sóng mang con CRS gây ra cho PU. Đối với Scheme A, sóng mang con của CRS nằm kề PU c phân bổ mức công suất P, thì các sóng mang con nằm cách xa dần PU sẽ c phân bổ mức công suất tăng ồng biến 2P, 3P,... Trong Scheme B b ớc nhảy công suất giữa 2 bậc thang liền kề c xác lập theo h ớng càng nằm cá h x PU b ớc nhảy càng lớn. Mức công suất phân bổ cho sóng mang con thứ i của CRS trong ph ơng án n y xá ịnh nh s u:   th 1 Bi L l il I P N K    (1.6) Giải pháp phân bố ông suất theo h m mũ (S heme C v D) phát triển từ S heme A v S heme B. Trong S heme C ông suất 8 nhiễu Ith phân hi ều ho từng sóng m ng on CRS ông suất tối m sóng m ng on thứ ith phân bổ l PCi = p x i 1.5 với i= 1 2 .. N (N l số sóng m ng on). Trong S heme D việ phân bổ ũng t ơng tự nh ng hỉ số h m mũ ó th y ổi PCi = p x i 3 . Hình 1.2: Phân bổ công suất theo hình bậc thang Một số nghiên ứu ảnh h ởng ủ tắt (nulling) sóng m ng on ể giảm nhiễu ho thấy khi CRS tắt á sóng m ng on nằm kề ng y á băng ủ PU hiệu quả giảm nhiễu tốt. Cũng ó thể dùnggiải thuật Max-Min ể phân bổ bit cho từng cặp sóng mang con/tr m gốc CRS ể t hiệu quả về dung l ng. Kết quả mô phỏng, CRS t tố ộ dữ liệu gần mứ giới h n trên ủ tr ng h p tối u (sự khá biệt nhỏ hơn 5%). Giải thuật phân bổ phổ tần số ho ng i dùng CRS dự trên kết quả giám sát nền nhiễu t p âm v mứ nhiễu do PU t o r , từ ó tính mứ ông suất tối ó thể phân bổ trên kênh truyền ề xuất gần ây. Bằng á h ó hệ thống sẽ xá ịnh tất ả á ng truyền tiềm năng giữ các ng i dùng CRS ể tối u hó dung l ng ủ hệ thống trong khi vẫn ảm bảo ng ỡng bảo vệ Ith cho PU. 9 Chương 2: Giải pháp nâng cao dung lượng CR bằng kỹ thuật windowing 2.1. Đặt vấn đề Theo (1.1) dung l ng C ủ CRS tăng tỷ lệ thuận với công suất sóng m ng on Pi nh ng Pităng th nhiễu từ CRS s ng PU sẽ tăng do ông suất búp phụ (sidelobe) ủ sóng m ng on sẽ tăng. V vậy ần giải pháp giảm búp phụ từ CRS s ng PU ể ó thể tăng Pi qu ó tăng C. Một trong á kỹ thuật ể l m giảm ông suất búp phụ l kỹ thuật ử sổ lọ (windowing). Kỹ thuật này hiện dùng phổ biến trong WLAN huẩn 802.11 ũng dự trên OFDM. Vì lý do nêu trên, nghiên cứu sinh đã lựa chọn kỹ thuật windowing trong nghiên cứu, đề xuất cho bài toán nâng cao dung lượng của CRS dựa trên OFDM. 2.2. Hiện tượng dò phổ tín hiệu trong quá trình FFT, DFT Tín hiệu OFDM ó mứ phát x ngo i băng o l do búp phụ cao t o r trong quá tr nh xử lý lấy mẫu tín hiệu trong miền th i gi n l m ho tín hiệu không liên tụ v khá so với b n ầu, qu biến ổi DFT s ng miền tần số sẽ t o một dải tần số rộng l m ho phổ ủ tín hiệu s u FFT bị kéo rộng t o r hiệu t ng dò phổ tần làm giảm SNR ồng th i tăng gây nhiễu ho á băng tần liền kề. Hình 2.1 mô tả sự khá biệt giữ tín hiệu gố (tín hiệu sin) và tín hiệu m DFT sử dụng ho phép biến ổi ủ m nh. Phổ ủ tín hiệu sin huẩn n y l 1 v h tần số trong miền tần số. Tuy nhiên khi qu biến ổi DFT do tính không liên tụ ủ tín hiệu trong miền th i gi n nên biến ổi qu miền tần số sẽ t o r một phổ gồm 1 huỗi á tần số (hiện t ng dò phổ tần). 2.3. Sử dụng kỹ thuật windowing cho hệ thống dựa trên OFDM 10 Để giảm hiện t ng dò phổ ủ tín hiệu ần l m giảm ộ không liên tụ ủ tín hiệu t i mỗi uối hu kỳ o lấy mẫu. Việ n y ó thể thự hiện bằng á h nhân tín hiệu trong khoảng th i gi n o lấy mẫu với một h m l m ho tín hiệu từ từ tiến về giá trị 0 t i uối th i gi n o lấy mẫu. Quá trình nhân với hàm này được gọi là lấy cửa sổ (windowing), còn hàm nhân được gọi là hàm “cửa sổ”. Phổ tín hiệu s u khi windowing l tí h hập ủ phổ tần số ủ h m window với phổ ủ tín hiệu ầu v o. Hình 2.1: sự khá biệt ủ tín hiệu qu FF Hình 2.2: Sử dụng window cosin nâng ể ghép nối ký tự Kỹ thuật windowing từ rất lâu ã á tá giả ề xuất áp dụng ho á hệ thống OFDM. Hình 2.2 mô tả tá dụng ủ windowing trong việ “l m trơn” tín hiệu trong hệ thống WLAN 802.11 ể giảm hiện t ng dò tần số. 2.2. Một số kỹ thuật windowing sử dụng cho OFDM Luận án tr nh b y một số ử sổ phổ biến nh ử sổ hữ nhật Hanning.Trong WLAN 802.11, ử sổ sử dụng l Tukey. V lẽ ó Tukey ũng l ử sổ lự họn ể nghiên ứu trong luận án. 11 2.3. Đề xuất sử dụng kỹ thuật windowing cho bài toán nâng cao dung lượng CRS 2.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của windowing tới bài toán phân bổ công suất Để ánh giá ảnh h ởng mô phỏng thự hiện với PU là truyền h nh số DVB-T, CRS có 20 sóng mang con ∆f = 0,3125;Ts = 4 μs, σ2 = 10-3 mW, công suất tín hiệu PU: PPu = 10 mW. Kết quả mô phỏng ho phân bố ông suất sóng m ng on ủ CRS nh h nh 2.3 (tr ng h p phân bổ ông suất tối u), hình 2.4 (có windowing), hình 2.5 (windowing với Ith khác nhau) v tố ộ ủ CRS nh hình 2.6 (window ó ộ số uốn  = 0,3 và = 0,6). Hình 2.3: phân bổ ông suất sóng mang con CRS khi h áp dụng windowing Hình 2.4: phân bổ công suất sóng mang con CRS khi áp dụng windowing 12 (a) (b) Hình 2.5: Phân bổ công suất sóng mang con CRS với tr ng h p Ith = σ 2 (h nh ) v = 5σ2 ( hình b) (a) (b) Hình 2.6: tố ộ CRS khi có và không có window, hệ số uốn = 0,3 (hình a) và  = 0,6 (hình b) 2.3.2. Nhận xét Về tốc độ truyền của CRS: Tố ộ truyền ủ CRS tăng lên áng kể từ 28 Mbps lên 40 Mbps(với α=0.3, Ith =σ 2 ), khi áp dụng windowing. Điều n y l do ử sổ giúp l m giảm phát x không mong muốn ủ á sóng m ng con CRS tứ l m giảm nhiễu từ CRS s ng PU qu ó giúp CR tăng ông suất phát v tăng tố ộ truyền dẫn ủ m nh. Từ hình 2.5, 2.6, khi iều kiện về nhiễu nới lỏng (Ith cao hơn), CRS sẽ t tố ộ truyền o hơn v ng l i. Điều n y ó thể giải thí h khi Ith tăng tứ l PU hấp nhận mứ nhiễu o hơn 13 nên ông suất phân bổ ho á sóng m ng on ủ CRS ó thể tăng lên qu ó l m tăng tố ộ truyền ủ CRS. Từ hình 2.6, khi hệ số uốn lớn hơn th tố ộ truyền CRS cao hơn v ng l i. Khi hệ số uốn ng o th mứ phát x không mong muốn ng giảm tứ l mứ gây nhiễu ho PU ng thấp, CRS ó thể phát ông suất lớn hơn,làm cho tố ộ truyền o hơn. Ng l i khi hệ số uốn bằng 0 t ơng ơng với tr ng h p không áp dụng kỹ thuật windowing th mứ nhiễu l lớn nhất. Tuy nhiên khi hệ số uốn tăng th sẽ kéo theo kéo d i ký tự trong miền th i gi n. Trong thự tế giá trị ủ hệ số uốn nằm trong khoảng 0-0,3. Về phân bố mức công suất cho các sóng mang con của CRS: Cá sóng m ng on ó tần số nằm ng nằm gần tần số ủ PU th ó mứ ông suất ng thấp, có khoảng á h tần số ng x PU th ng phân bổ ông suất o nhiều sóng m ng on òn phân bổ mứ ông suất tối . Kỹ thuật windowing ó tá ộng rõ rệt lên mứ ông suất phân bổ ho từng sóng m ng on, ông suất phát ủ á sóng m ng on tăng lên áng kể so với khi không sử dụng windowing (hình 2.3), các sóng m ng on nằm x PU (≥ 7 ∆f) ều phân bổ mứ ông suất tối m CRS ó thể phân bổ. Khi Ith tăng lên (hình 2.5) mứ ông suất ủ á sóng m ng on ủ CRS ũng tăng lên.Khi sử dụng windowing với Ith= 5σ 2 và Ith= σ 2 thì 8 sóng m ng on ó vị trí số 7-14 ều ó mứ ông suất phân bổ tối . Điều n y ó nghĩ l mứ nhiễu m 8 sóng m ng on này gây ra l không áng kể với PU. Nh vậy với Ith và băng thông B xá ịnh húng t ó thể xá ịnh tr ớ á sóng m ng ó ó 14 thể phân bổ mứ ông suất tối m không ần phải dùng phép toán tối u hó ông suất ể tính toán giảm ộ phứ t p tính toán. Tr ng h p sử dụng windowing một số l ng áng kể sóng m ng on phân bổ mứ ông suất tối (mứ ông suất ã biết tr ớ ),chỉ một số ít á sóng m ng on nằm gần PU có mứ ông suất nhỏ hơn ông suất tối .Điều n y dẫn ến logi l khi áp dụng kỹ thuật windowing húng t ó thể không ần phải tính toán mứ ông suất ần phân bổ ho á sóng m ng on ủ CRS nằm x PU m ó thể phân bổ ng y mứ ông suất tối ho húng. Nh vậy kỹ thuật windowing không hỉ giúp l m tăng tố ộ truyền ủ CRS m òn mở r ơ hội l m ho b i toán phân bổ ông suất sóng m ng on trở nên ơn giản hơn ộ phứ t p tính toán giảm xuống. Cụ thể l 8/20 ( t ơng ơng 40%) số sóng m ng on nh trong mô phỏng ó thể phân bổ ông suất tối ng y m không ần phải thự hiện phép tính tối u. 15 Chương 3. Nâng cao dung lượng bằng giải thuật Full-Filling 3.1. Giải thuật Full-filling Trên ơ sở nhận xét từ h ơng 2 nghiên ứu sinh ề xuất h i giải thuật ận tối u với tên gọi hung l Full-Filling. Nội dung ủ giải thuật l tìm số lượng lớn nhất các sóng mang con đểphân bổ ngay mức công suất tối đa trong khi vẫn ảm bảo tổng mứ nhiễu do các sóng mang con CRS gây ra ≤ Ith. Mụ í h ủ giải thuật này là làm giảm số lượng các sóng mang con cần tính toán phân bổ tối ưu công suất(vốn là phép tính phức tạp), qua đó làm giảm độ phức tạp tính toán, trong khi CRS vẫn t dung l ng truyền tốt. Hai giải thuật riêng rẽ ề xuất trong Full-Filling (FF) là Max Filling Range (MFR) và Pre-set Filling Range (PFR). 3.1.1. Giải thuật Max Filling Range Trong MFR, có h i á h ể xá ịnh số sóng m ng on ó thể phân bổ mứ ông suất tối : - Cách 1: tắt hết các sóng mang con ( ặt Pi= 0) s u ó bật sóng mang con có khoảng cách tần số lớn nhất tới PU bằng cách phân bổ mức công suất tối Pi = Pmax. Nếu mức nhiễu do các sóng mang con này gây ra cho PU vẫn ≤Ith thì tiếp tục bật sóng mang con nằm kế tiếp bằng cách phân bổ mức công suất Pmax cho chúng, l i kiểm tra mức nhiễu gây ho PU. Quá tr nh n y c tiếp tục lặp i lặp l i ho ến khi mức nhiễu do á sóng m ng on gây r v t qua mứ ng ỡng Ith của PU thì ngừng l i. - Cách 2: th y v tắt hết á sóng m ng on nh á h 1 th húng t l i phân bổ mứ ông suất tối ng y ho to n bộ sóng m ng on ủ CRS. B ớ 2 thự hiện kiểm tr iều kiện về tổng mứ nhiễu á sóng m ng on gây ho PU, tổng nhiễu lớn hơn Ith thì 16 t l i tắt bớt i một sóng m ng on ó khoảng á h tần số so với PU là nhỏ nhất v l i qu y l i kiểm tr tổng mứ nhiễu. Chu tr nh lặp l i ến khi iều kiện về nhiễu thoả mãn th t thu tổng số sóng m ng on phân bổ mứ ông suất tối . Nếu tổng nhiễu <Ith nh ng không thể phân bổ thêm 1 sóng m ng on ó ông suất ự i th húng t ó thể tiếp tụ tính toán tối u mứ ông suất ó thể phân bổ ho á sóng m ng on òn l i. 3.1.2. Giải thuật Pre-set Filling Range -PFR Từ nhận xét ở Ch ơng 2 nếu biết tr ớ về PU Ith v ộ rộng phổ tần m CRS hiếm dùng th t ó thể xá ịnh tr ớ một số á sóng m ng sẽ phân bổ mứ ông suất tối á sóng m ng òn l i sẽ tính toán tối u ể t m r mứ ông suất ần phân bổ.V ã xá ịnh v biết tr ớ á sóng m ng phân bổ ông suất tối nên giải thuật n y gọi l Pre-set Filling Range. Giải thuật n y b o gồm h i b ớ :B ớ 1 xá ịnh á sóng m ng on phân bổ ông suất tối ; B ớ 2: tính toán mứ ông suất tối t u sẽ phân bổ ho á sóng m ng òn l i trên ơ sở ảm bảo tổng nhiễu tới PU từ CRS thỏ mãn ≤ Ith. Dung l ng truyền ủ hệ thống tính trên ơ sở mứ ông suất ã phân bổ ho á sóng m ng on. 3.2. Kết quả mô phỏng Việ mô phỏng thự hiện với tr ng h p CRS nằm giữ 2 hệ thống PU ó băng thông nh nh u. CRS ó 20 sóng m ng on ∆f = 0.3125 MHz ộ d i ký hiệu Ts = 4μs Nhiễu nền σ 2 = 10 -3 W. Các kênh hi ss , hl sp , hl ps giả thiết l suy h o R yleigh ó ộ l i kênh trung b nh l 10 dB. Thông tin về kênh truyền (CSI) giả thiết l biết t i phí thu ủ CRS. 17 3.1.1. Phân bổ mức công suất cho các sóng mang con H nh 3.2 h nh 3.3 l ông suất trung b nh ủ á sóng m ng con CRS ho 10.000 lần truyền ối với thuật toán MFR PFR. Phân bố n y ó dáng t ơng tự nh tr ng h p phân bổ tối u (h nh 3.1). Từ h nh 3.2 h nh 3.3 ó thể thấy nh ã phân tí h ở Ch ơng 2 số l ng sóng m ng on phân bổ ông suất ự i trong ả 2 tr ng h p áp dụng PFR v MFR ều l 8 trên tổng số 20 v vị trí ủ húng l nằm giữ ủ CRS. V vậy ối với một số tr ng h p ặ biệt khi băng thông CRS hiếm dụng l ố ịnh (ví dụ 8 MHz) Ith ã biết th húng t ó thể sử dụng PFR. Tuy nhiên so với PFR, MFR ó u iểm l ó thể áp dụng tổng quát ho mọi tr ng h p. 3.2.2. Dung lượng truyền của CRS Dung l ng CRS khi áp dụng Full-Filling so sánh với á tr ng h p phân bổ tối u phân bổ ều ông suất phân bổ tỷ lệ nghị h với nhiễu ó hoặ không ó windowing (h nh 3.4). Từ kết quả mô phỏng n y húng t ó thể thấy: Khi không áp dụng windowing tố ộ truyền ủ CRS l thấp nhất. Windowing ã giúp nâng o áng kể tố ộ truyền ủ CRS. Ví dụ với S heme B th tố ộ truyền ủ CRS hỉ t 1 2 x 107 bps t i Ith= 2 nh ng khi áp dụng windowing tố ộ truyền ủ CRS nâng lên tới 4 7 x107 bps. Khi áp dụng kỹ thuật Full-filling thì sự hênh lệ h ối với phân bổ tối u gần nh không òn với Ith ≥ 0,62. Khi ng ỡng hịu nhiễu Ith ủ PU nhỏ i dung l ng ủ CRS giảm nhẹ khoảng 0 1 x 107 bit/s (2%) so với tr ng h p tối u (hình 3.5). Đối với á tr ng h p ó áp dụng windowing (hình 3.4), thì kỹ thuật phân bổ ông suất ều (uniform) l ho kết quả thấp nhất. 18 Scheme B ủ B s l ho kết quả tốt hơn nh ng vẫn kém so với giải pháp full-filling. Hình 3.1: Phân bổ công suất trong tr ng h p tối u (Ith= 5 2 ) Hình 3.2:Phân bổ công suất trung bình theo thuật toán MFR, Ith=  2 Hình 3.3: phân bổ công suất ối với tr ng h p PFR (Ith=5 2 ) H nh 3.4: Tố ộ truyền ủ CRS khi ng ỡng hịu nhiễu ủ PU o Hình 3.5: Tố ộ truyền CR khi ng ỡng chịu nhiễu Ith của PU thấp Hình 3.6: Tố ộ truyền của CRS (α= 0.2 0.35 0.5 0.7) Nh ã tr nh b y ở h ơng 2 hệ số uốn α ó tá ộng qu n trọng ến mứ nhiễu ngo i băng m sóng m ng gây r ho PU. Hình 3.5 ũng ã hứng minh iều n y.Tuy nhiên khi α tăng th sẽ kéo d i hu kỳ ký tự trong miền th i gi n. Do vậy hệ số uốn thự tế lự họn với giá trị trong khoảng 0-0,3. 3.2.3. Độ phức tạp tính toán khi áp dụng Full-filling 19 Hình 3.7 là số l ng á sóng m ng on ần phải phân bổ ông suất khi dùng Full-filling khikhông v ó áp dụng windowing.T thấy nếu không áp dụng windowing th thuật toán Full-filling không hiệu quả. Số l ng biến giảm từ 20 xuống 19 và 18 sóng mang con khi Ith= 5,3 2 và 8,42.Khi áp dụng windowing th số l ng biến v ộ phứ t p tính toán giảm một á h nh nh chóng. Ví dụ, với Ith= 0,1 2 th khi kết h p full-filling với windowing ó hệ số uốn a = 0 2 th số l ng biến giảm từ 20 xuống hỉ òn 11 ộ phứ t p tính toán giảm từ 26 xuống òn 11 5. Khi ng ỡng hịu nhiễu Ith ủ PU tăng lên Ith ≥ 1 1 2 nếu kết h p giữ full-filling v windowing th số l ng biến hỉ òn l 4 ộ phứ t p tính toán t ơng ứng l 2 4 với á hệ số uốn khảo sát giảm tới 80% so với số biến b n ầu. H nh 3.7: Số l ng biến trong á kỹ thuật phân bổ ông suất Nếu nhiễu do á sóng m ng on phân bổ ông suất tối t o r hiếm tỷ lệ lớn xấp xỉ Ith, thì có thể bỏ qu việ tính toán ông suất tối u ho á sóng m ng òn l i. Khi ó b i toán trở về nh phân bổ ông suất ều hỉ ó khá l húng t hỉ phân bổ đều 20 công suất tối đa cho một số, chứ không phải cho tất cả các sóng mang con và số sóng mang còn lại không được phân bổ công suất. Hình 3.8: Số sóng mang con cần phân bổ tối ưu công suất khi băng thông CRS thay đổi Để tổng quát hơn nghiên ứu sinh ã xem xét mứ ộ phức t p tính toán khi áp dụng giải thuật Full-filling kết h p với windowing trong tr ng h p số l ng sóng m ng on CRS th y ổi. Hình 3.8 ho thấy tr ng h p phân bổ tối u (water-filling) số l ng sóng m ng on ần tính toán phân bổ tối u bằng hính số sóng mang con N ủ nó nên ộ phứ t p tính toán NlogN o nhất. Khi kết h p Full-filling với windowing thì số l ng sóng m ng on ần phải tính toán phân bổ ông suất giảm m nh v gần nh hội tụ, không th y ổi khi băng thông ủ CRS tăng nên ộ phứ t p tính toán không tăng. Nh vậy ó thể thấy khi băng thông mà CRS hiếm dùng ng rộng th hiệu quả giảm ộ phứ t p tính toán ủ giải thuật Full-filling ng o ặ biệt l khi sử dụng kết h p với kỹ thuật windowing.Đây l u iểm khá ủ Full-filling so với á giải pháp ận tối u khá . 0 20 40 60 80 100 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 S ố b iế n ần t in h t o án t ố i u ô n g s u ất Số sóng m ng on ủ CRS Số biến ần tối u ủ W ter- filling Số biến tối u ủ FF không windowing Số biến ần tối u ủ FF với windowing, a=0.2 21 Chương 4: Nâng cao dung lượng CRS đa người dùng bằng kỹ thuật windowing 4.1. Tổng quan về CRS đa người dùng Ch ơng 4 nghiên ứu CRS ó nhiều ng i dùng ùng một th i iểm. Khi ó ần xử lý vấn ề phân hi t i nguyên băng thông giữ ng i dùng. Cơ hế FDMA dùng trong WLAN 802.11 xem xét cho CRS. 4.2. Nhiễu giữa PU và CR trong CRS đa người dùng Trong CRS ng i dùng do á ng i dùng c phân nhóm sóng mang con khác nhau, không trực giao nên cần tính tới yếu tốnhiễu giữ á ng i dùng. 4.3. Bài toán nâng cao dung lượng Đối với b i toán ng i dùng dung l ng truyền tối ũng tính toán t ơng tự nh tr ng h p ơn ng i dùng nh ng ó thêm yếu tố nhiễu giữ ng i dùng v dung l ng CRS l dung l ng tổng ủ từng ng i dùng. Để giải quyết b i toán n y húng t phải ần giải quyết h i b i toán: phân bổ sóng m ng on ho mỗi ng i dùng v phân bổ ông suất ho mỗi sóng m ng on. 4.4. Giải pháp phân bổ sóng mang con cho người dùng CRS Giải thuậtphân chia sóng mang tỷlệ nghịch với nhiễu (IIA) ã ề xuất trong nghiên cứu tr ớc. Tuy nhiên, việc phân chia nghị h ảo với nhiễu Jn do PU gây r ho CRS l h hoàn toàn h p lý vìJn là giá trị không biết tr ớc. Việc phân bổ sóng mang con dựa trên phân hi ều về nhiễu ũng dẫn ến ng i dùng nằm c nh băng củ PU c phân bổ ít sóng m ng hơn v gây nhiễu o hơn.Ngoài ra, kỹ thuật windowing h ề cập tới trong nghiên cứu này. 22 Vì vậy trong h ơng 4 một số nội dung ề xuất: - Cải tiến giải thuậtIIA thành IIA-I, trong ó thay vì sử dụng tham số nhiễu J từ PU sang CRS, sử dụng ng ỡng biết tr ớc Ith. - Đề xuất giải thuật phân chia nghị h ảo với nhiễu có qui chuyển về băng thông huẩn (Q-IIA) theo ó s u khi tính toán sơ bộ số sóng mang cho từng ng i dùng, giải thuật sẽ gán về băng thông kênh chuẩn ho ng i dùng ó. 0 ROUNDQ IIA kk N f N B        (0.1) - Đề xuất sử dụng windowing ho CRS ng i dùng. 4.5. Kết quả mô phỏng dung lượng hệ thống CRS đa người dùng Mô phỏng thự hiện ho á tr ng h p: - Phân chi sóng m ng ho mỗi ng i dùng theo á ph ơng pháp IIA-I, Q-IIA v hi ều (uniform); - Thự hiện ho tr ng h p ó v không áp dụng windowing. Dung l ng truyền ủ CRS khi sử dụng kỹ thuật IIA-I, Q- IIA uniform với windowing biểu diễn t i h nh 4.1. Theo ó, IIA-I ódung l ng truyền o nhất, tiếp theo l Q-IIA v kém nhất là uniform. Cụ thể t i Ith=1mW IIA ho tố ộ t 125 Mbps v Q- IIA t 65 Mbps o hơn 25% so với 52 Mbps ủ phân bố ều. Hình 4.1: dung l ng CRS với IIA-I, Q-IIA phân hi ều Hình 4.2: dung l ng của CRSvới IIA, Q-IIA và phân chia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x 10 -4 0 5 10 15 x 10 7 Muc nhieu gioi han cho phep D u n g lu o n g k e n h b it /s Q-IIA IIA Uniform 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x 10 -4 1.34 1.35 1.36 1.37 1.38 1.39 x 10 8 Interference Threshold Level C a p a c it y b p s 23 không windowing ều khi áp dụng windowing Khi có windowing thì số l ng sóng m ng on c phân bổ công suất tối tăng trong khi không sử dụng windowing, các sóng mang nằm gần băng tần của PU và nằm giữ á ng i dùng CR c phân chia công suấtrất nhỏ. Đối với tr ng h p CRS ng i dùng, các sóng mang nằm giữ 2 ng i dùng CR, dù nằm x băng ủ PU ũng không c phân chia công suất. Điều n y c lý giải là do yếu tố nhiễu giữ á ng i dùng củ CRS ng i dùng. Khi sử dụng windowing, do windowing làm giảm phát x phụ của sóng mang con, tức giảm giữ á ng i dùng, nên CRS có thể phân chia công suất cho các sóng mang con nằm giữ 2 ng i dùng CR, dẫn ến dung l ng CRS trong tr ng h p Q-IIA có áp dụng windowing (hình 4.2) tăng lên lên 134Mbps so với51 Mbps tr ng h p không sử dụng windowing. Trong tr ng h p IIA-I, không sử dụng windowing băng thông của từng ng i dùng CR c phân chia trên bài toán tối u mà không theo các kênh tiêu chuẩn ã ịnh nghĩ tr ớc.Q-IIA ó u iểm sát thực tế v băng thông ủa mỗi ng i dùng CR là các kênh tiêu chuẩn.Tuy nhiên, quá trình quy chuẩn băng thông n y l m giảm tác dụng tối u hó ủa kỹ thuật IIA-I nên dung l ng CRS trong Q-IIA thấp hơn IIA-I trong cả h i tr ng h p áp dụng và không áp dụng windowing (hình 4.9). 24 KẾT LUẬN Luận án ã nghiên ứu tổng qu n về vô tuyến ó nhận thứ á h ớng nghiên ứu về ông nghệ n y (Ch ơng 1); tập trung nghiên ứu việ áp dụng kỹ thuật windowing v o b i toán nâng o dung l ng hệ thống (Ch ơng 2);từ kết quả Ch ơng 2 nghiên ứu sinh ề xuất giải thuật phân bổ ông suất Full-filling cho các sóng m ng on ủ CR (Ch ơng 3). Trong Ch ơng 4 luận án ã mở rộng b i toán nâng o dung l ng từ hệ thống ơn ng i dùng trong Ch ơng 2 3 s ng b i toán ng i dùng. A. Các kết quả của luận án Cá kết quả hính t ủ luận án b o gồm: 1. Đề xuất áp dụng kỹ thuật windowing cho hệ thống vô tuyến có nhận thức dựa trên OFDM. Đề xuất này dự trên ơ sở:Kỹ thuật này ch a c xem xét trong các nghiên cứu tr ớc;Áp dụng windowing giúp cho tốc ộ truyền của vô tuyến có nhận thức tăn