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


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN 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 mơn 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 tơi xin tỏ lịng 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 tơi có thể hồn
thành luận văn này.

Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến các thầy cơ 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 tơi có những kiến thức đáng q 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 tơi hồn thành luận văn này.

Tơi xin gửi đến gia đình, thầy cơ, bạn bè, người thân lời kính chúc sức khỏe
hạnh phúc và thành cơng.

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 mơi trường fading khơng 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 tơi tự thực hiện, khơng có sự
sao chép kết quả trong bất cứ tài liệu hay bài báo nào đã cơng bố trướcđây. Tơi xin
hồn tồn 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. Mơ hình thống kê cho kênh truyền fading................................................ 10
1.1.3.1. Mơ hình kênh truyền fading Rayleigh .................................................. 10
1.1.3.2. Mơ 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 vơ tuyến ................. 5
Hình 1.2: Mơ 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 khơng 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
mơi trường fading đồng nhất ............................................................................ 27
Hình 2.6: Đặc tính thống kê kênh truyền của 2 user trong
mơi trường khơng 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: Thơng 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 mơi 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 khơng đồng nhất .............. 41
Hình 3.7: Phân bố user trong mơi trường đồng nhất .......................................... 42
Hình 3.8: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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 thơng lượng trung bình của tồn hệ thống (SNR=10dB .......... 46
Hình 3.17: Phân bố user trong môi trường không đồng nhất .............................. 50
Hình 3.18: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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 thơng lượng trung bình của tồn hệ thống (SNR=1:15dB) ...... 55

Hình 3.27: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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: Thơng 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 thơng lượng trung bình của tồn 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 thơng khơng 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 thơng 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 hồn 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 thơng 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 thơng tin ước lượng được về BS. Khi số
lượng user tăng lên thì thơng 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 mơi 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 khơng đồng nhất, một user ln có kênh truyền tốt hơn
user còn lại. Nếu sử dụng Greedy Scheduling sẽ dẫn đến những user có kênh truyền
khơng 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 khơng

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 mơi trường fading khơng
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. Ngồi ra, kết

quả mơ 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


SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG

GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG

giữa các user. Tập trung làm rõ ưu điểm của từng phương pháp scheduling trong môi
trường fading đồng nhất và môi trường fading không đồng nhất.
- Chương 3: Kết quả mô phỏng
Thực hiện mô phỏng bằng phần mềm Matlab, làm rõ độ lợi phân tập đa user đã
khảo sát trong chương 2. So sánh kết quả đạt được về tổng dung lượng của hệ thống,
khả năng chiếm TS của các user trong hệ thống khi sử dụng các loại scheduling khác
nhau trong hai môi trường là fading đồng nhất và fading không đồng nhất.
- Chương 4: Tổng kết, hướng phát triển của đề tài
Tổng kết các nội dung đã khảo sát trong luận văn, đồng thời đưa ra một số hướng
nghiên cứu của đề tài trong tương lai.

MỞ ĐẦU

4


CHƯƠNG 1
KIẾN THỨC CƠ BẢN


SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG

GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG

CHƯƠNG 1:
KIẾN THỨC CƠ BẢN
***
1.1. Kênh truyền vô tuyến:
1.1.1. Suy hao đường truyền (Attenuation) [1]:
Sự suy hao này được gây ra bởi nhiều yếu tố như: suy hao kênh truyền, suy hao
anten và suy hao bộ lọc. Công suất tín hiệu trung bình tại bộ thu sẽ bị suy giảm theo
hàm mũ của khoảng cách giữa bộ phát và bộ thu.
Pr  d  Pt

(1)

trong đó, Pr : Cơng suất tín hiệu tại bộ thu.
Pt : Cơng suất tín hiệu tại bộ phát.

 : hệ số tỉ lệ (phụ thuộc vào tần số và một số yếu tố khác).

 : hệ số suy hao của đường truyền, phụ thuộc vào tính chất của mơi trường
truyền.
d : khoảng cách truyền từ bộ phát tới bộ thu.

Hình 1.1: Minh họa hiện tượng đa đường trong kênh truyền vô tuyến.

CHƯƠNG 1

5

KIẾN THỨC CƠ BẢN


SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG

GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG

Tính theo cơng thức (1) tại khoảng cách chuẩn d0. Sau đó, tính sự suy giảm tại
khoảng cách d trong mối liên hệ với d0 theo decibels (dB), kết quả như sau:
 d
L path  β 0  10 ν log 10 
 d0





(2)

trong đó:

Lpath: suy hao đường truyền theo dB.

 0 : Suy hao đường truyền theo khoảng cách chuẩn d0, tính theo dB.
 : thường có giá trị từ 2 đến 6, phụ thuộc vào tính chất của mơi trường truyền.
Trong trường hợp kênh truyền có phân bố Gauss, công thức (2) được mở rộng
như sau:
 d
L path  β 0  10ν log 10 
 d0


  X


(3)

với: X là biến ngẫu nhiên Gaussian trung bình bằng 0, thường có giá trị là: 5- 12 [dB].
Mơ hình kênh truyền như cơng thức (3) thường sử dụng trong thực tế để thiết kế và
phân tích hệ thống vô tuyến.
1.1.2. Fading [1]:
Fading gây ra bởi nhiễu giữa hai hoặc nhiều phiên bản tín hiệu đến nơi thu trong
những khoảng thời gian khác nhau không đáng kể. Các tín hiệu này có thể gọi đơn giản
là tín hiệu đa đường, chúng kết hợp với nhau tại anten thu và bộ lọc match filter tương
ứng thành một tín hiệu thu duy nhất. Kết quả là tín hiệu thu này có thể thay đổi rất lớn
về biên độ và pha. Sự dao động nhanh của biên độ tín hiệu trong một khoảng thời gian
ngắn, tương ứng với khoảng cách truyền ngắn thì suy hao kênh truyền có thể bỏ qua.
Hiệu ứng đa đường ngẫu nhiên và kết quả fading là một đối số có tính thống kê,
khác nhau trong các mơ hình kênh truyền vơ tuyến khác nhau. Để hiểu được đặc tính

CHƯƠNG 1

6

KIẾN THỨC CƠ BẢN


SVTH: ĐẶNG THANH HÙNG

GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH- TS. HỒ VĂN KHƯƠNG

của các mơ hình kênh truyền, chúng ta cần tìm hiểu ngun nhân và đặc tính của
fading.
Như tên gọi của nó, fading đa đường (multipath fading) xảy ra do có nhiều con
đường để một tín hiệu vơ tuyến đi từ nơi phát đến nơi thu. Tín hiệu tổng hợp tại nơi thu
là hoàn toàn ngẫu nhiên, với cường độ có thể thay đổi rất nhanh trong khoảng thời gian
ngắn. Kênh truyền multipath có thể mơ hình hóa như là một kênh truyền tuyến tính
thay đổi theo thời gian như mơ tả trong hình 1.2.

Hình 1.2: Mơ hình kênh truyền multipath với đáp ứng xung tuyến tính thay đổi
theo thời gian.
Đặc tính của kênh truyền đáp ứng xung tuyến tính thay đổi theo thời gian phụ
thuộc vào các thơng số khác nhau của kênh truyền. Ví dụ như tốc độ di chuyển của
thiết bị di động và ảnh hưởng của các vật thể xung quanh.
Dựa vào mối quan hệ giữa băng thơng kênh truyền và băng thơng tín hiệu ta có
thể phân kênh truyền vơ tuyến thành hai loại: kênh truyền fading phẳng và kênh truyền
fading lựa chọn tần số.
1.1.2.1. Kênh truyền fading phẳng (flat fading):
Nếu kênh truyền có độ lợi cố định và đáp ứng pha tuyến tính trong suốt băng
thơng kênh truyền, lớn hơn băng thơng tín hiệu thì kênh truyền đó được gọi là kênh
truyền fading phẳng hay kênh truyền không lựa chọn tần số.

CHƯƠNG 1

7

KIẾN THỨC CƠ BẢN