Cơ sở kỹ thuật thông tin vô tuyến

HỌC VIỆN CNBCVT

CƠ SỞ KỸ THUẬT
THÔNG TIN VÔ TUYẾN

PT

IT

TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng

- 6/2013 -


LỜI NĨI ĐẦU

PT

IT

Sự phát triền nhanh chóng của cơng nghệ thông tin vô tuyến trong
những năm qua và dự báo sự bùng phát của công nghệ này trong những năm
tới sẽ dẫn tới sự thiếu hụt nguồn nhân lực có trình độ và kinh nghiệm cao trong
lĩnh vực này. Các trường đại học trên thế giới đã và đang nghiên cứu nhiều
chương trình và biện pháp để có thể đào tạo các chun gia và các kỹ sư vơ
tuyến có trình độ cao. Mơn học "cơ sở kỹ thuật thơng tin vô tuyến" là một trong
số các môn học liên quan đến lĩnh vực công nghệ vô tuyến được giảng dậy tại
Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng. Mục đích cuả mơn học này là cung
cấp các kiến thức cơ sở về kỹ thuật thông tin vô tuyến để sinh viên có thể học
được các mơn tiếp theo của công nghệ vô tuyến như: Đa truy nhập, Thông tin
di động, và các chuyên đề tự chọn.

Tài liệu này được chia thành 11 chương với bố cục hợp lý cùng với
nhiều bài tập và đáp án cụ thể cho từng bài tập để sinh viên có thể tự học. Bốn
chương đầu của cuốn sách đề cập đến các kiến thức cơ bản nhất của hệ thống
thông tin số. Chương 5 trình bày xử lý kênh vật lý và mã hóa kênh trong hệ
thống thơng tin di động. Chương 6 trình bày thiết bị vi ba số. Chương 7 trình
bày các vấn đề liên quan đến quy hoạch tần số và cấu hình hệ thống truyền dẫn
số. Chương 8 đề cập đến phân tích và tính tốn đường truyền vi ba số. Chương
9 đề cập đến thách thức đối với truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong các hệ
thống thông tin vô tuyến băng rộng. Chương 10 nghiên cứu các kỹ thuật đa
anten sử dụng trong các hệ thống thông tin di động. Chương 11 trình kỹ thuật
lập biểu và thích ứng đường truyền sử dụng cho các hệ thống thơng tin di động.
Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, nội dung, tổng kết, câu hỏi và bài
tập. Cuối tài liệu là hướng dẫn trả lời và đáp án cho các bài tập.
Tài liệu này được biên soạn trên cơ sở sinh viên đã học các môn như:
Anten và truyền sóng, và các mơn cơ sở liên quan.

1


MỤC LỤC
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG

7

1.1. Giới thiệu chung
1.2. Vai trị của truyền dẫn vơ tưyến trong mạng viễn thơng
1.3. Sơ đồ khối của hệ thống thông tin vô tuyến số
1.4. Đặc điểm truyền dẫn vô tuyến số
1.5. Các biện pháp khắc phục các nhựơc điểm để nâng cao hiệu
năng hệ thống thông tin vô tuyến

1.6. Tổng kết

7
8
11
13
14
17

PT

IT

Chương 2. CÁC DẠNG TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN
VƠ TUYẾN SỐ
18
2.1. Giới thiệu chung
18
2.2. Các dạng hàm tín hiệu
18
2.3. Hàm tự tương quan và mật độ phổ cơng suất
20
2.4. Các tín hiệu ngẫu nhiên
21
2.5. Các tín hiệu nhị phân băng gốc
23
2.6. Tín hiệu băng thơng
25
2.7. Ảnh hưởng của hạn chế băng thông và định lý Nyquist
27

2.8. Ảnh hưởng của các đặc tính đường truyền
30
2.9. Tổng kết
41
2.10. Câu hỏi và bài tập
42
Chương 3. KHƠNG GIAN TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU CHẾ
3.1. Giới thiệu chung
3.2. Điều chế số
3.3. Các khuôn dạng điều chế số
3.4. Khơng gian tín hiệu
3.5. Đáp ứng của các bộ tương quan lên tạp âm
3.6. Bộ tách sóng khả giống nhất
3.7. Tính tốn xác suất lỗi truyền dẫn trong kênh tạp âm
Gauss trắng cộng, AWGN
3.8. Điều chế và giải điều chế PSK nhị phân hay hai trạng thái
(BPSK) nhất quán
3.9. Điều chế và giải điều chế PSK bốn trạng thái hay vng góc
(QPSK) nhất qn
3.10. Điều chế OQPSK

43
43
43
44
46
48
51
52
53

57
65
2


68
75
78
82
89
91
92
96
102
102

Chương 4. MÃ HĨA KÊNH KIỂM SỐT LỖI TRONG
HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN SỐ
4.1. Giới thiệu chung
4.2. Mở đầu
4.3. Các ngun tắc mã hóa kênh kiểm sốt lỗi
4.4. Các mã khối tuyến tính
4.5. Mã xoắn
4.6. Mã turbo
4.7. Độ lợi mã hóa
4.7. Tổng kết
4.8. Câu hỏi và bài tập

105

PT

IT

3.11. MSK và GMSK
3.12. Điều chế ASK nhiều trạng thái, M-ASK
3.13. M-PSK
3.14. Điều chế QAM nhiều trạng thái (M-QAM) nhất quán
3.15. Bộ lọc RRC
3.16. Biểu diễn tín hiệu điều chế dạng phức
3.17. Mật độ phổ cơng suất của các tín hiệu được điều chế
3.18. So sánh hiệu năng của các kỹ thuật điều chế
3.19. Tổng kết
3.20. Câu hỏi và bài tập

105
105
107
109
126
139
156
157
158

Chương 5. XỬ LÝ KÊNH VẬT LÝ VÀ MÃ HĨA KIỂM SỐT 162
LỖI TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
5.1. Giới thiệu chung
5.2. Tổng quan sơ đồ xử lý kênh vật lý và mã hóa kiểm sốt lỗi
5.3. Xử lý kênh vật lý và mã hóa kiểm sốt lỗi trong

3G WCDMA/HSPA
5.4. Xử lý kênh vật lý và mã hóa kiểm sốt lỗi trong 4G LTE
5.5. Xử lý kênh vật lý và mã hóa kiểm sốt lỗi trong 3G cdma2000
5.6. Tổng kết
5.7. Câu hỏi và bài tập

162
162
170

Chương 6. THIẾT BỊ VÔ TUYẾN SỐ

210

6.1. Giới thiệu chung

210

175
196
207
208

3


6.2. Sơ đồ khối của một hệ thống thu phát số
6.3. Ngẫu nhiên hóa
6.4. Khơi phục sóng mang
6.5. Khơi phục định thời ký hiệu

6.6. Các bộ cân bằng
6.7. Các bộ trộn
6.8. Các kiến trúc vơ tuyến với ghép sóng cơng
6.9. Tổng kết
6.10. Câu hỏi và bài tập

210
213
216
217
222
227
230
233
233

Chương 7. QUY HOẠCH TẦN SỐ VÀ CẤU HÌNH HỆ THỐNG 235
TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ
235
235
240
251
253
253

Chương 8. PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN VƠ TUYẾN SỐ

255

8.1. Giới thiệu chung

8.2. Mở đầu
8.3. Phân tích đường truyền vơ tuyến số
8.4. Thí dụ về tính tốn đường truyền
8.5. Tính tốn đường truyền vơ tuyến số mặt đất
8.6. Tổng kết
8.7. Câu hỏi và bài tập

255
255
255
265
271
271

Chương 9. Các thách thức truyền dẫn tốc độ cao trong các hệ
thống thông tin vô tuyến băng rộng

274

9.1. Giới thiệu chung
9.2. Kênh vô tuyến di động và các đặc tính
9.3. Các hạn chế cơ bản đối với các hệ thống thông tin
vô tuyến tốc độ số liệu cao
9.4. Truyền dẫn vô tuyến tốc độ số liệu cao trong băng thông
hạn chế

274
275
288

PT

IT

7.1. Giới thiêu chung
7.2. Quy hoạch tần số
7.3. Cấu hình hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số
7.4. Truyền dẫn đa sóng mang
7.5. Tổng kết
7.5. Câu hỏi

293

4


301
302

Chương 10. KỸ THUÂT ĐA ANTEN

304

10.1. Các cấu hình đa anten
10.2. Các lợi ích của việc sử dụng đa anten và các vấn đề
thực tiễn của các sơ đồ MIMO
10.3. Mơ hình MIMO tổng qt
10.4. Mơ hình hệ thống MIMO tối ưu
10.5. Tạo búp phía phát hoặc phía thu
10.6. Ghép kênh không gian

10.7. SU-MIMO trong 4G
10.8. Ghép kênh không gian SU-MIMO vịng kín trong LTE
10.10. Tiền mã hóa dựa trên phân tập trễ vịng
10.9. Ghép kênh khơng gian SU-MIMO vịng hở trong LTE
10.11. Phân tập
10.12. MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO)
10.13. Báo hiệu phản hồi đường lên trong LTE
10.14. Cấu hình anten
10.15. Đánh giá hiệu năng của các sơ đồ MIMO
10.16. Tổng kết
10.17. Câu hỏi

304
305
307
310
312
322
329
339
344
351
354
362
379
384
386
390
396
396

Chương 11. LẬP BIỂU VÀ THÍCH ỨNG ĐƯỜNG TRUYỀN

399

11.1. Giới thiệu chung
11.2. Mở đầu
11.3. Tổng quan các chién lược ấn định tài nguyên
11.4. Các chiến lược lập biểu phụ thuộc kênh
11.5. Các giải thuật lập biểu
11.6. Thích ứng đường truyền (LA)
11.7. Các sơ đồ phát lại tiên tiến
11.8. HARQ trong 3G
11.9. HARQ trong 4G
11.10. Tổng kết
11.11. Câu hỏi

400
402
402
407
416
430
442
454
467
475
476

PT

IT

9.5. Tổng kết
9.6. Câu hỏi

5


477
478
485
492
495
568

PT

IT

PHỤ LỤC 1. HÀM Q VÀ ERFC
PHỤ LỤC 2. CÁC HÀM TÍN HIỆU VÀ BIẾN ĐỔI FOURIER
PHỤ LỤC 3. GIẢI THUẬT MAP
PHU LỤC 4. CÁC BIỂU THỨC MA TRẬN
HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP
TÀI LIỆU THAM KHẢO

6

Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng

Chƣơng 11
LẬP BIỂU VÀ THÍCH ỨNG ĐƢỜNG TRUYỀN

11.1. GIỚI THIỆU CHUNG
11.1.1. Các chủ đề đƣợc trình bầy trong chƣơng
Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm:
Thích ứng đường truyền: điều khiển cơng suất và tốc độ số liệu



Lập biểu phụ thuộc kênh



Các sơ đồ phát lại tiên tiến



Yêu cầu phát lại tự động lai ghép với kết hợp mềm

PT

IT



11.1.2. Hƣớng dẫn

Để hiểu được chương này sinh viên cần đọc kỹ tư liệu được trình bày trong
chương, tham khảo thêm các tài liệu [17], [18], [19], [20], [21], [22] và trả lời các
câu hỏi cuối chương
11.1.3. Mục đích chƣơng
Mục đích chương nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức chung về các
kỹ thuật thay đổi tức thời cấu hình kênh truyền dẫn vơ tuyến phụ thuộc vào chất
lượng đường truyền để đạt được dung lượng truyền dẫn cao nhất.

399


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng

11.2. MỞ ĐẦU
Một trong các đặc tính quan trọng của thơng tin vơ tuyến di động là sự thay
đổi nhanh và lớn của các điều kiện kênh tức thời. Tồn tại một số nguyên nhân đối
với các thay đổi này. Phađinh chọn lọc tần số dẫn đến các thay đổi nhanh và ngẫu
nhiên đối với suy hao đường truyền. Phađinh che tối và tổn hao đường truyền phụ
thuộc khoảng cách cũng ảnh hưởng đáng kể lên cường độ tín hiệu thu. Cuối cùng,
nhiễu tại máy thu do truyền dẫn từ các ô khác và các đầu cuối di động khác cũng
ảnh hưởng lên mức nhiễu. Tóm lại có nhiều thay đổi nhanh và ngẫu nhiên trong
chất lượng của từng đường truyền vô tuyến trong một ô và các thay đổi này cần
được xem xét cũng như khai thác một cách có lợi.

IT

Tại tốc độ MS thấp, BTS có thể theo rõi được sự thay đổi kênh và các thay
đổi kênh nhanh do pha đinh Rayleigh có thể được sử dụng một các có lợi. Để
chuẩn bị cho các cuộc truyền dẫn trên đường xuống, các MS phản hồi thông tin về
chất lượng kênh cho BTS. BTS sử dụng một bộ lập biểu nhạy cảm chất lượng

kênh để phục vụ MS kịp thời các tài nguyên tần số và không gian khi MS trải
nghiệm điều kiện kênh tốt nhất và nhờ vậy cải thiện dung lượng cũng như thông

PT

lượng hệ thống. Tuy nhiên khi khai thác lập biểu nhậy cảm (hay phụ thuộc) kênh
hay còn gọi là phân tập đa người sử dụng, việc sử dụng các dạng phân tập khác
như phân tập phát sẽ giảm hiệu năng. Lý do vì phân tập đa người sử dụng dựa
trên sự thay đổi lớn các điều kiện kênh, trong khi phân tập phát lại trung bình hóa
các thay đổi kênh này.

Khi bộ lập biểu phụ thuộc kênh chọn lựa một người sử dụng đang trải
nghiệm điều kiện kênh tốt tại một thời điểm cho trước, các tài nguyên tần số, thời
gian và thích ứng đường truyền được sử dụng để thích ứng truyền dẫn khn dạng
truyền dẫn như: sơ đồ mã hóa và điều chế (MCS: Modulation and Coding
Scheme), bậc MIMO và tiền mã hóa với điều kiện kênh hiện thời trong hoảng thời
gian được ấn định. Cả lập biểu kênh và thích ứng đường truyền đều dựa trên tính
khả dụng của thơng tin về chất lượng kênh tại BTS. BTS nhận được thơng tin này
hoặc từ các tín hiệu tham chuẩn được phát trên đường lên trong hệ thống TDD
hoặc các MS có thể cung cấp thơng tin phản hồi về kênh đường xuống cho BTS
trong hệ thống FDD. Trong điều kiện thực tế, không thể đảm bảo chính xác thơng

400


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
tin kênh vì một số nguyên nhân như: sai lỗi khi đo và đánh giá chất lượng kênh,
sai lỗi do trễ phản hỗi chất lượng kênh, các thay đổi do nhiễu và các sai lỗi khi
truyền dẫn thông tin chất lượng kênh.
Lập biểu phụ thuộc kênh trong các hệ thống thông tin di động giải quyết

vấn đề về cách thức chia sẻ các tài nguyên vô tuyến giữa các người sử dụng (các
đầu cuối di di động) khác nhau trong hệ thống để đạt được hiệu suất sử dụng tài
nguyên tốt nhất. Điều này có nghĩa là giảm thiểu lượng tài nguyên cần thiết cho
một người sử dụng vì thế cho phép nhiều người sử dụng hơn trong hệ thống trong
khi vẫn đáp ứng được các yêu cầu chất lượng dịch vụ. Liên quan mật thiết với lập
biểu là thích ứng đường truyền. Thích ứng đường truyền giải quyết vấn đề liên
quan đến cách thiết lập các thông số truyền dẫn của đường truyền vô tuyến để xử
lý các thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến..

IT

Cả hai lập biểu phu thuộc kênh và thích ứng đường truyền đều nhằm khai
thác tốt nhất các thay đổi kênh thơng qua các q trình xử lý thích hợp trước khi
truyền dẫn số liệu. Tuy nhiên do tính chất ngẫu nhiên của các thay đổi chất lượng
đường truyền vô tuyến, khơng bao giờ có thể đạt được thích ứng chất lượng kênh
vơ tuyến tức thời một cách hồn hảo. HARQ (Hybrid Automatic Reapeat Request:

PT

yêu cầu phát lại tự động lai ghép) vì thế rất hữu ích. HARQ địi hỏi phát lại các gói
thu bị lỗi. Có thể coi đây như là một cơ chế xử lý chất lượng kênh vô tuyến tức
thời sau truyền dẫn và bổ sung rất tốt cho lập biểu phụ thuộc chất lượng kênh và
thích ứng đường truyền. HARQ cũng phục vụ cho việc xử lý các lỗi ngẫu nhiên do
tạp âm trong máy thu.. Quan hệ giữa lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu
phát lại tự động lai ghép (HARQ) được trình bày trên hình 11.1. Lập biểu nhạy
cảm kênh, thích ứng đường truyền và HARQ là các bộ phận không tách rời của
tất cả các hệ thống thông tin di động tổ ong hiện đại do lợi ích tiềm tàng mà chúng
đem lại trong các môi trường pha đinh nhanh. Trong chương này ta sẽ xét cụ thể
các kỹ thuật này.

401


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
Chọn lựa người sử dụng đang trải
nghiệm các điều kiện kênh tốt tại một
thời điểm để ấn định các tài nguyên thời
gian và tần số
Lập biểu nhạy cảm
kênh
Thích ứng khn dạng MCS và MIMO với
điều kiện kênh trên cơ sở tài nguyên
tần số và thời gian được cấp phát tại
thời điểm được ấn định

IT

Thích ứng
đường truyền
Phục hồi tín hiệu từ các lổi truyền dẫn
do thích ứng đường truyền khơng chính
xác gây ra

PT

HARQ

Hình 11.1. Quan hệ giữa lập biểu nhạy cảm kênh, thích ứng đƣờng truyền và
HARQ

11.3. TỔNG QUAN CÁC CHIẾN LƢỢC ẤN ĐỊNH TÀI NGUYÊN
Chức năng tổng quát của bộ lập biểu ấn định tài nguyên được mơ tả trên
hình 11.2.
Chức năng tổng qt của bộ lập biểu tài nguyên là lập biểu truyền số liệu
cho một tập các MS chia sẻ các tài nguyên vật lý. Tổng quát, các giải thuật lập
biểu có thể sử dụng hai kiểu thông tin kết quả đo để đưa ra các quyết định lập

402


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
biều: thông tin về trạng thái kênh và các kết quả đo tải lưu lượng (khối lượng và sự
ưu tiên). Các thông tin này hoặc nhận được hoặc trực tiếp tại BTS hoặc từ kênh
báo hiệu phản hồi hoặc kết hợp cả hai. Cần cân nhắc cận thận khối lượng phản hồi,
vì thơng tin lưu lượng và trạng thái kênh chính xác cho phép đạt được tốc độ số
liệu cực đại nhưng với chi phí băng thông cao hơn. Việc cân nhắc này cần thực
hiện chung cho tất cả các sơ đồ lập biểu tài nguyên dựa trên phản hồi thơng tin,
nhưng nó đặc biệt quan trọng trong khai thác FDD vì tại đây khơng thể sử dụng
tính đảo nhau của kênh vơ tuyến. Đối với các hệ thống TDD, có thể sự tương

PT

IT

quan biên độ giữa các kênh đường lên và đường xuống cho giải thuật lập biểu.

403


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng

Hàng đợi số Hàng đợi số
liệu DL cho liệu DL cho
MS0
MS1

Hàng đợi số
liệu DL cho
MSK-1

Thông tin trạng thái hàng đợi DL từ lớp
điều khiển tài nguyên vô tuyến

Thông tin chất
lượng kênh

IT

Chức năng lập biểu

Tần số

PT

Thông tin tải lưu
lượng đối với
truyền dẫn UL

Các sơ đồ điều chế và
mã hóa khác nhau có
thể được sử dụng cho

các khối tài nguyên
được ấn định khác nhau

Thời gian

DL: Downlink: đường xuống là đường phát từ BTS đến MS
UL: Uplink: đường lên là đường phát từ MS đến BTS
Hình 11.2. Tổng quan bộ lập biểu tài nguyên băng rộng
Cũng cần lưu ý rằng giải thuật được sử dụng bởi bộ lập biểu tài nguyên
cũng liên kết chặt chẽ với sơ đồ điều chế, mã hóa thích ứng và giao thức phát lại
(HARQ). Lý do trước hết vì ngồi việc ấn định tài nguyên vật lý động, các kết quả
đo kênh cũng được sử dụng để thích ứng khn dạng điều chế và mã hóa (hiệu

404


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
suất phổ tần truyền dẫn). Thứ hai tính động của hàng đợi ảnh hưởng lên thơng
lượng và trễ đường truyền (nhìn từ góc độ ứng dụng) lại phụ thuộc rất lớn vào giao
thức HARQ và các kích thước của khối truyền tải. Ngồi ra việc kết hợp ma xhóa
kênh và phát lại (HARQ) tăng hiệu suất sử dụng phổ tần. Các giải thuật lập biểu
được thiết kế tốt vải xét đến tất cả các khía cạnh nói trên.
Dựa trên thơng tin đo lường khả dụng, bộ lập biểu tài nguyên của BTS phải
xử lý được các yêu cầu khác nhau của tất cả các MS trong ô mà nó điều hành để
đảm bảo đủ tài nguyên truyền dẫn ấn định đến từng MS trong khoảng thời gian trễ
cho phép nhằm đáp ứng các yêu cầu chất lượng dịch vu (QoS) theo cách sự dụng
hiệu quả phổ tần. Thơng thường các chi tiết về q trình xử lý này khơng được
chuẩn hóa vì thế các nhà sản xuất BTS có thể phát triển các giải thuật riêng để phù
hợp với các kịch bản đặc thù của các nhà khai thác mạng. Tuy nhiên các số liệu

IT

đầu vào cần thiết cho xử lý lập biều tài nguyên được quy định chung.
Tồn tại hai tháí cực của giải thuật lạp biểu là: lập biều theo cơ hội và lập
biểu công bằng. Loại thứ nhất thừơng được thiết kế để đạt được cực đại tổng tốc
độ truyền dẫn đến tất cả các người sử dụng bằng cách khai thác thực tế là các
người sử dụng khác nhau trải nghiệm các độ lợi kênh khác nhau và vì thế trải

PT

nghiệm các điều kiện kênh tốt tại các thời điểm và các tần số khác nhau.
Đặc trưng cơ bản của các kênh vô tuyến di động là ảnh hưởng của pha đinh

gây ra do sự di động của MS trong môi trường truyền sóng đa đường và do sư thay
đổi của bản thân môi trường. Các nghiên cứu cho thấy rằng trong một hệ thống đa
người sử dụng, có thể truyền được nhiều thông tin hơn trên kênh pha đinh so với
trên kênh khơng pha đinh đối với cùng cơng suất tín hiệu trung bình tại máy thu.
Nguyên tắc này được gọi là phân tập đa người sử dụng. Bằng cách lập biểu động
thích hợp: tại từng thời điểm chỉ ấn định kênh cho người sử dụng có điều kiện
kênh tốt nhất trong phần phổ cụ thể hệ thống có thể tăng đáng kể tổng thông lựơng
khi số lượng người sử dụng lớn. Nhìn chung kết quả này dựa trên việc có thể
thích ứng động cơng suất theo trạng thái kênh và nó cũng cho thấy rằng có thể đạt
được các độ lợi hiệu năng lớn hơn băng cách “bật-tắt” ấn định công suất giữa các
khối tài nguyên. Điều này không chỉ cho phép đơn giản hóa giải thuật lập biểu mà
cịn phù hợp với kịch bản đường xuống trong đó dải động công suất phát trong
không gian tần số thời gian trong một khung con bị giới hạn vì dải động của các

405

Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
máy thu MS và sự cần thiết phát các tín hiệu tham chuẩn băng rộng để đánh giá
kênh.
Vấn đề chính phát sinh từ các sơ đồ ấn định tài nguyên theo cơ hội là việc
khó đảm bảo tính cơng bằng và QoS. Số liệu của người sử dụng không thể luôn
luôn phải đợi đến các điều kiện kênh đủ thuận tiện cho truyền dẫn, nhất là trong
các kênh thay đổi chậm. Ngoài ra điêu quan trọng là nhà khai thác phải cung cấp
vùng phủ tin cậy rộng khơng chỉ cho các người sử dụng có điều kiện kênh tốt ở
gần BTS mà cả cho các người sử dụng ít chuyển động tại biên ơ.
Vì thế thái cực thứ hai của giải thuật lập biểu (lập biểu công bằng) chú
trọng trễ đối với từng người sử dụng hơn so với tốc độ số liệu hệ thổng đạt được.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng thời gian thực như VoIP
(Voice-over-IP: thoại trên IP) hay hội nghị truyền hình trong đó cần đảm bảo tốc

IT

độ tối thiểu độc lập với trạng thái kênh.

Trong thực tế, hầu hết các giải thuật lập biểu đều rơi vào giữa hai thái cực
nói trên và đều chứa đựng các các phần tử cung cấp hỗn hợp QoS yêu cầu. Khi
xét mức độ công bằng do một giải thuật cung cấp, một số đo dựa trên hàm phân bố
mật độ tích lũy (CDF Comulative Distribution Function) thơng lượng của tất cả

PT

các người sử dụng được sử dụng, Một thí dụ điển hình cần là đảm bảo rằng CDF
thơng lượng phải nằm bên phải một đường cong quy định như vẽ trên hình 11.3.
Mục tiêu của số đo này là để tránh phạt nặng đối với các người sử dụng biên ô để
trao thông lượng cao cho các người sử dụng có các điều kiện kênh tốt. Cũng cần
xét đến các yếu tố khác, nhất là thực tế rằng trong triển khai kết hợp, không thể

coi các ô cá lẻ là cách ly – thậm chí cả khi các ơ này được điều khiển bởi BTS
đơn. Các BTS này phải xét đến nhiễu tạo bởi các ô đồng kênh (nhiễu này có thể là
một nhân tố giới hạn khắt khe) nhất là đối với các người sử dụng biên ô. Tương tự,
hiệu năng của tồn bộ hệ thống có thể được tăng cừơng nếu mỗi BTS đều xét đến
ảnh hưởng phát của chính ơ của mình lên các ơ lân cận.

406


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng

0,5

0

0

Tiêu chuần
công bằng

10%

IT

CDF thông lượng của một người sử dụng

1

50%
Thông lượng một người sử dụng trên thơng lượng đỉnh

100%

Hình 11.3. Thí dụ về số đo dựa trên CDF thông lƣợng trên tất cả các ngƣời sử

PT

dụng để đánh giá bộ lập biểu công bằng (số đo 10-50)

11.4. CÁC CHIẾN LƢỢC LẬP BIỂU PHỤ THUỘC KÊNH
Lập biểu phụ thuộc kênh điều khiển việc ấn định các tài nguyên chia sẻ

giữa các người sử dụng tại từng thời điểm. Nó liên quan mật thiết với thích ứng
đường truyền và thường thì lập biểu và thích ứng đường truyền được coi như là
một chức năng liên kết. Nguyên lý lập biểu cũng như việc chia sẻ các tài nguyên
giữa các người sử dụng, ít nhất về mặt lý thuyết, phụ thuộc vào các đặc tính của
giao diện vơ tuyến, vào việc đường truyền là đường lên hay đường xuống và vào
việc truyền dẫn của các người sử dụng khác nhau có trực giao hay khơng.

407


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng

11.4.1. Lập biểu đƣờng xuống
Trên đường xuống, thông trường truyền dẫn đến các đầu cuối di động khác
nhau trực giao với nhau, nghĩa là về lý thuyết, khơng xẩy ra nhiễu giữa các truyền
dẫn (khơng có nhiễu nội ơ). Trực giao nội ơ đường xuống có thể đạt được trong
miền thời gian bằng TDM (ghép kênh phân chia theo thời gian); trong miền tần số
bằng FDM (ghép kênh phân chia theo tần số), trong miền mã bằng CDM (ghép

kênh phân chia theo mã). Ngoài ra miền khơng gian cũng có thể được sử dụng để
phân tách các người sử dụng bằng cách sắp xếp các anten. Cách này thường được
gọi là ghép kênh không gian (SDM: Spatial Division Multiplexing), mặc dù trong
nhiều trường hợp nó được sử dụng kết hợp với một hay một số trong số các
phương pháp ghép kênh nói trên.

IT

Đối với số liệu gói, trong đó lưu lượng thường mang tính cụm (lưu lượng
được phát không liên tục mà theo từng cụm), về lý thuyết có thể chỉ ra rằng TDM
là thích hợp hơn cả và vì thế thơng thường đây là phần tử chính trên đường xuống.
Tuy nhiên TDM thường được kết hợp với việc chia sẻ tài nguyên vô tuyến trong
miền tần số (FDM) hoặc trong miền mã (CDM). Chẳng hạn trong trường hợp

PT

HSDPA của 3G, ghép kênh đường xuống là kết hợp TDM và CDM. Trái lại trong
các hệ thống sau 3G như LTE, ghép kênh đường xuống là kết hợp TDM và FDM.
Lý do chia sẻ tài nguyên không chỉ được thực hiện trong một mình miền thời gian
sẽ được xét muộn hơn trong phần này.

Khi xẩy ra truyền dẫn đồng thời đến các người sử dụng khác nhau hoặc
bằng FDM hoặc bằng CDM, cũng xẩy ra việc chia sẻ tồn bộ cơng suất phát của ơ.
Nói một cách khác, khơng chỉ có các tài ngun thời gian/tần số/mã được chia sẻ
mà cịn cả tài ngun cơng suất trong trạm gốc. Trái lại trong trường hợp chỉ chia
sẻ tài nguyên thời gian, sẽ chỉ có một truyền dẫn tại một thời điểm và vì thế sẽ
khơng xẩy ra chia sẻ tức thời tổng công suất phát khả dụng của ô.
Trong phân tích dưới đây, ta giả thiết rằng lúc đầu đường xuống sử dụng
TDM với lập biểu cho một người sử dụng tại một thời điểm. Trong trường hợp
này, mức độ sử dụng kênh vô tuyến sẽ cực đại nếu tại một thời điểm, toàn bộ tài

nguyên sẽ được ấn định cho người sử dụng này với điều kiện kênh tức thời tốt
nhất:

408


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng


Trong trường hợp thích ứng đường truyền dựa trên điều khiển cơng suất,
điều này có nghĩa là đối với tốc độ số liệu cho trước công suất phát có thể
thấp nhất và vì thế giảm thiểu nhiễu truyền dẫn đến các ô khác khi mức độ
sử dụng đường truyền cho trước



Trong trường hợp thích ứng đường truyền dựa trên điều khiển tốc độ, điều
này có nghĩa là đối với cơng suất phát cho trước, hay nói một cách khác
đối với nhiễu đến các ô khác cho trước, mức độ sử dụng đường truyền đạt
được cao nhất.

Tuy nhiên, nếu áp dụng cho đường xuống, điều khiển công suất phát kết hợp
với lập biểu TDM có nghĩa là tồn bộ cơng suất phát khả dụng trong hầu hết các
trường hợp sẽ khơng được sử dụng hết. Chính vì lý do này điều khiển tốc độ được
ưa dùng hơn.

IT

Chiến lược được phác thảo ở trên là một thí dụ về lập biểu phụ thuộc kênh
trong đó bộ lập biểu xét các điều kiện đường truyền vô tuyến tức thời. Lập biểu

người sử dụng theo các điều kiện đường truyền vô tuyến tức thời tốt nhất thường
được gọi là lập biểu tỷ số tín hiệu trên nhiễu cực đại (max-C/I) hay tốc độ cực đại.
Vì trong một ơ, các điều kiện của các đường truyền vô tuyến khác nhau thường

PT

thay đổi độc lập, tại mỗi thời điểm hầu như luôn có một đường truyền vơ tuyến với
chất lượng gần như cực đại (hình 11.4). Vì thế kênh được sử dụng cho truyền dẫn
sẽ có chất lượng cao nhất và với điều khiển tốc độ, tốc độ số liệu cao nhất có thể
được sử dụng. Điều này dẫn đến dung lượng hệ thống cao. Như đã nói ở trên
phương pháp để nhận được độ lợi trong đó truyền dẫn được thực hiện đối với các
người sử dụng có điều kiện đường truyền vô tuyến thuận lợi thường được gọi là
phân tập người sử dụng; thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng càng lớn thì
độ lợi càng lớn. Vì thế trái ngược với quan điểm truyền thống rằng pha đinh nhanh
(nghĩa là thay đổi chất lương kênh vô tuyến nhanh) gây ảnh hưởng tiêu cực và cần
phải chống, trong thực tế với lập biểu kênh phađinh lại có lợi và cần khai thác nó.

409


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng

Chất lượng kênh

Thay đổi kênh
hiệu dụng nhìn
từ trạm gốc

Người sử dụng #1
Người sử dụng #2

Người sử dụng #3

#1

#2

#3

#3
Thời gian

#1

Hình 11.4. Lập biểu phụ thuộc kênh

IT

Về mặt toán học, bộ lập biểu max-C/I (tốc độ cực đại) có thể được biểu
diễn như là q trình lập biểu người sử dụng k như sau:
k  arg max Ri
i

(11.1)

Trong đó Ri là tốc độ số liệu tức thời cực đại (có thể đạt được) đối với người sử

PT

dụng i. Mặc dù từ quan điểm dung lượng hệ thống, lập biểu max- C/I là có lợi, tuy
nhiên nguyên lý lập biểu này không công bằng trong tất cả các điều kiện. Nếu tất

cả các đầu cuối đều rải nghiệm thay đổi đổi kênh như nhau và các thay đổi lớn
trong các điều kiện kênh tức thời chỉ xẩy ra do phađinh nhanh, chỉ khi này các
người sử dụng mới nhận được tốc độ số liệu trung bình như nhau. Thơng thường
người sử dụng không thể nhận biết được các thay đổi tốc độ tức thời và nhanh.
Tuy nhiên trong thực tế các đầu cuối di động sẽ trải nghiệm cả các khác biệt trong
các điều kiện kênh trung bình (ngắn hạn) chẳng hạn do khoảng cách khác nhau và
do phađinh che tối giữa trạm gốc và đầu cuối di động. Trong trường hợp này các
điều kiện kênh mà một đầu cuối di động phải trải nghiệm (trong một thời gian dài)
có thể tồi hơn các điều kiện kênh mà các đầu cuối khác phải trải nghiệm. Vì thế
chiến lược max-C/I thuần túy có thể làm “chết đói” đầu cuối di động có các điều
kiện kênh tồi, và đầu cuối có các điều kênh kênh tồi này sẽ không bao giờ được
lập biểu. Điều này được minh họa trên hình 11.5a, trong đó bộ lập biểu max-C/I
được sử dụng để lập biểu giữa hai người sử dụng khác nhau có chất lượng kênh
trung bình khác nhau. Hầu như tồn bộ thời gian chỉ có một người sử dụng được
410


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
lập biểu. Mặc dù cho phép nhận được dung lượng hệ thống cao, nhưng tình trạng
này không thể chấp nhận được từ quan điểm chất lượng dịch vụ.
Một giải pháp khác cho chiến lược lập biểu max-C/I được gọi là lập biểu
quay vịng (Robin) được mơ tả trên hình 11.5b. Chiến lược lập biểu này cho phép
các người sử dụng chia sẻ tài nguyên mà không xét đến các điều kiện kênh tức
thời. Lập biểu quay vịng có thể được coi là lập biểu cơng bằng trong đó khối
lượng tài nguyên như nhau (khoảng thời gian như nhau) được phân cho mọi đường
truyền thông tin. Tuy nhiên lập biểu quay vịng khơng cơng bằng về mặt đảm bảo
chất lượng kênh giống nhau cho tất cả các đường truyền tin. Trong trường hợp này
cần dành nhiều tài nguyên vô tuyến (thời gian) hơn cho các đường truyền tin có
điều kiện kênh tồi hơn. Ngồi ra lập biểu quay vịng khơng xét đến đế các điều
kiện kênh tức thời trong quá trình lập biểu và điều này dẫn đến tổng hiệu năng hệ

IT

thống thấp hơn nhưng chất lượng dịch vụ giữa các đường truyền tin khác nhau cân

Thời gian
(a)

Chất lượng đường
truyền vô tuyến

PT

Chất lượng đường
truyền vô tuyến

Chất lượng đường
truyền vô tuyến

bằng hơn so với lập biểu max-C/I.

Thời gian
(b)

Thời gian
(c)

Hình 11.5. Thí dụ về ba hành vi lập biểu khác nhau: (a) max-C/I, (b) quay
vịng, (c) cơng bằng tỷ lệ. Ngƣời sử dụng đƣợc chọn đƣợc thể hiện bằng hình
đậm nét

Chiến lược lập biểu phải có khả năng tận dụng được các thay đổi nhanh của
kênh để cải thiện thông lượng ô trong khi vẫn đảm bảo thông lượng trung bình của
từng người sử dụng như nhau cho tất cả các người sử dụng hay ít nhất là đảm bảo
được một thông lượng người sử dụng tối thiểu cho tất cả các người sử dụng. Khi
phân tích và so sánh các giải thuật lập biểu khác nhau, điều quan trọng là phải
phân biệt các kiểu thay đổi chất lượng dịch vụ khác nhau:
411


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng


Thay đổi nhanh chất lượng dịch vụ tương ứng với, chẳng hạn, phađinh đa
đường nhanh hay thay đổi nhanh mức nhiễu. Đối với nhiều ứng dụng số
liệu gói, các thay đổi ngắn hạn khá lớn của chất lượng dịch vụ thường có
thể chấp nhận hoặc thậm chí khơng phát hiện được đối với người sử dụng



Các khác biệt dài hạn trong chất lượng dịch vụ giữa các đường truyền tin
khác nhau tương ứng với, chẳng hạn, các khác nhau về khoảng cách đến
trạm gốc và phađinh che tối. Trong nhiều trường hợp cần hạn chế các khác
biệt này trong chất lượng dịch vụ
Vì thế một bộ lập biểu thực tế phải làm việc tại một vị trí nào đó giữa bộ

lập biểu max-C/I và bộ lập biểu quay vòng để tận dụng nhiều nhất các thay đổi
nhau trong các điều kiện kênh mà vẫn thỏa mãn ở một mức độ nào đó sự cơng
bằng giữa các người sử dụng.

IT

Một thí dụ về bộ lập biểu kiểu này là bộ lập biểu công bằng tỷ lệ (PF:
Propotional Fairness) được minh họa trên hình 11.5c. Trong chiến lược này, các
tài nguyên chia sẻ được ấn định cho người sử dụng có điều kiện kênh vơ tuyến tốt
nhất một cách tương đối, nghĩa là tại mỗi thời điểm, người sử dụng k được chọn

PT

cho truyền dẫn theo điều kiện sau:

k  arg max
i

Ri
Ri

(11.2)

Trong đó Ri là tốc độ số liệu tức thời đối người sử dụng i và Ri là tốc độ số liệu
trung bình đối với người sử dụng i. Tốc độ trung bình được tính trên một chu kỳ
lấy trung bình cho trước TPF. Để đảm bảo việc sử dụng hiệu quả các thay đổi kênh
ngắn hạn và đồng thời giới hạn các khác biệt dài hạn đến một mức chấp nhận,
hằng số thời gian TPF phải được đặt lớn hơn hằng số thời gian đối với các thay đổi
ngắn hạn. Đồng thời TPF phải đủ ngắn để các thay đổi chất lượng dịch vụ trong
khoảng TPF không bị người sử dụng nhận quá rõ. Thông thường TPF có thể được
đặt vài giây.
Trong các phân tích trên, ta giả thiết là các tài nguyên vô tuyến trên đường
xuống được ấn định cho một người sử dụng tại một thời điểm, nghĩa là quá trình
lập biểu chỉ được thực hiện thuần túy trong miền thời gian bằng cách sử dụng
412

Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
TDM. Tuy nhiên trong một số trường hợp, TDM được kết hợp với CDM và FDM.
Về ngun tắc, có hai lý do để khơng chỉ sử dụng một mình TDM cho đường
xuống:


Trong trường hợp khơng đủ tải, nghĩa là khối lượng số liệu cần truyền đến
một người sử dụng khơng đủ lớn để tận dụng tồn bộ dung lượng kênh và
một phần tài nguyên có thể ấn định cho người sử dụng khác hoặc bằng
CDM hoặc bằng FDM



Trong trường hợp các thay đổi kênh trong miền tần số được khai thác bằng
cách sử dụng FDM mà ta sẽ xét dưới đây.
Các chiến lược lập biểu trong các trường hợp này có thể được coi là tổng

quát hóa của các sơ đồ đã xét cho các trường hợp chỉ sử dụng TDM. Chẳng hạn,
để xử lý các tải tin nhỏ, có thể sử dụng phương pháp “làm no sự thèm ăn”, trong

IT

đó người sử dụng được lập biểu được chọn theo max-C/I (hay một sơ đồ lập biểu
khác bất kỳ). Sau khi người sử dụng này đã được ấn đinh tài nguyên phù hợp với
khối lượng số liệu đang đợi truyền dẫn, người sử dụng tốt nhất thứ hai được chọn
(theo chiến lược lập biểu này) và được ấn định (một phần) tài nguyên dư và cứ
tiếp tục như vậy.

PT

Cuối cùng cũng cần lưu ý rằng thông thường giải thuật lập biểu là vấn đề

của việc thực hiện trạm gốc chứ không phải là vấn đề được đặc tả trong mọi tiêu
chuẩn. Điều cần được đặc tả trong tiêu chuẩn để hỗ trợ lập biểu phụ thuộc kênh là
đo đạc/báo cáo chất lượng kênh và báo hiệu cần thiết cho việc cấp phát tài nguyên
động.

11.4.2. Lập biểu đƣờng lên

Phần trước đã xem xét quá trình lập biểu liên quan đến đường xuống. Tuy
nhiên lập biểu cũng được áp dụng cho các truyền dẫn đường lên và phần lớn các
nguyên lý xét ở trên cũng có thể sử dụng cho đường lên mặc dù có một số điểm
khác biệt giữa hai đường này.
Về cơ bản, tài nguyên công suất đường lên được phân bố giữa các người sử
dụng, trong khi trên đường xuống tài nguyên công suất được tập trung tại trạm

413


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
gốc. Ngồi ra, cơng suất truyền dẫn cực đại đường lên của một đầu cuối thường
thấp hơn nhiều so với công suất phát ra của trạm gốc. Điều này ảnh hưởng đáng kể
lên chiến lược lập biểu. Khơng giống như đường xuống trong đó TDMA thuần túy
thường được sử dụng, lập biểu đường lên thường dựa trên việc chia sẻ trong miền
tần số và (hoặc) miền mã kết hợp với miền thời gian vì một đầu cuối khơng thể có
đủ cơng suất để tận dụng hiệu quả dung lượng đường truyền.
Tương tự như trường hợp đường xuống, lập biểu phụ thuộc kênh cũng có
lợi trong trường hợp đường lên. Tuy nhiên các đặc tính của giao diện vô tuyến

được xét liên quan nhiều đến việc đường lên dựa trên đa truy nhập trực giao hay
không trực giao và kiểu sơ đồ thích ứng đường truyền được sử dụng, ngoài ra cũng
ảnh hưởng đáng kể lên chiến lược lập biểu đường lên.
Trong trường hợp sơ đồ đa truy nhập không trực giao như CDMA, điều

IT

khiển công suất thường đóng vai trị quan trọng cho hoạt động bình thường. Như
đã xét ở trên, mục đích của điều khiển cơng suất là để điều khiển Eb/N0 thu để có
thể phục hồi được thông tin thu. Tuy nhiên trong các sơ đồ khơng trực giao, điều
khiển cơng suất cũng có mục đích để khống chế nhiễu tác động đến các người sử
dụng khác. Có thể biểu diễn điều này bằng việc coi rằng mức nhiễu cho phép cực

PT

đại tại trạm gốc là một tài nguyên được chia sẻ. Thậm chí nếu xét từ quan điểm
một người sử dụng, việc phát tồn bộ cơng suất để đạt được tốc độ số liệu cực đại
là có lợi, thì điều này cũng khơng thể chấp nhận được từ quan điểm nhiễu vì các
đầu cuối khác trong trường hợp này có thể khơng truyền số liệu thành cơng. Vì thế
với đa truy nhập khơng trực giao, quá trình lập biểu cho một đầu cuối khi các điều
kiện kênh thuận lợi có thể khơng phải là trực tiếp chuyển sang tốc độ số liệu cao vì
cần xét đến nhiễu do các đầu cuối phát đồng thời khác gây ra. Nói một cách khác,
cơng suất thu (và vì thế tốc độ số liệu) nhờ điều khiển công suất sẽ không đổi
không phụ thuộc vào điều kiện kênh tại thời điểm truyền dẫn, trong khi công suất
phát phụ thuộc vào điều kiện kênh tại thời điểm truyền dẫn. Vì thế, thậm chí lập
biểu phụ thuộc kênh trong thí dụ này khơng cho trực tiếp độ lợi liên quan đến việc
đầu cuối phát tốc độ số liệu cao hơn, tuy vậy nó vẫn cung cấp độ lợi cho hệ thống
liên quan đến nhiễu nội ơ thấp hơn.
Phân tích trên về đa truy nhập không trực giao đã được đơn giản hóa vì
khơng đưa ra các giới hạn đối với công suất phát. Trong thực tế công suất phát của

một đầu cuối được giới hạn trên vì vấn đề thực hiện cũng như quy định luật và quá
414


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
trình lập biểu cho một đầu cuối để truyền dẫn trong các điều kiện thuận lợi sẽ giảm
xác suất mà đầu cuối khơng có đủ cơng suất để tận dụng dung lượng.
Trong trường hợp sơ đồ đa truy nhập trực giao, điều khiển công suất không
cần thiết và các lợi ích mà lập biểu phụ thuộc kênh mang lại tương tự như trong
trường hợp đường xuống. Về nguyên tắc, từ quan điểm nhiễu nội ô, đầu cuối có
thể phát tồn bộ cơng suất và bộ lập biểu ấn định một phần tài nguyên trực giao
thích hợp (trong thực tế là một phần của toàn bộ băng thông) cho đầu cuối này để
truyền dẫn. Tuy nhiên các hạn chế về thực hiện như dò rỉ giữa các tín hiệu thu hay
dải động bị giới hạn trong mạch điện của máy thu có thể đặt ra các giới hạn lên sự
khác nhau về công suất cực đại được phép giữa các tín hiệu từ các đầu cuối phát
đồng thời. Vì thế vẫn cần điều khiển cơng suất ở một mức độ nào đó dẫn đến tính
trạng gần giống như trường hợp khơng trực giao.

IT

Các phân tích về đa truy nhập trực giao và không trực giao chủ yếu chỉ xét
đến truy nhập nội ô. Tuy nhiên trong nhiều hệ thống thực tế, tái sử dụng tần số
giữa các ô được sử dụng. Trong trường hợp này đa truy nhập giữa các ô sẽ không
trực giao không phụ thuộc vào đa truy nhập nội ơ và nó sẽ đặt ra các giới hạn cho
công suất phát được phép từ một đầu cuối.

PT

Không liên quan đến việc đa truy nhập trực giao hay không trực giao được

sử dụng, các nguyên lý lập biểu cơ sở được sử dụng cho đường lên cũng giống
như cho đường xuống. Bộ lập biểu max-C/I sẽ ấn định tất cả các tài nguyên đường
lên cho đầu cuối có các điều kiện kênh đường lên tốt nhất. Bỏ qua tất cả các giới
hạn công suất trong đầu cuối, điều này cho phép đạt được dung lượng cao nhất
(trong một ô cách ly).

Trong trường hợp sơ đồ không trực giao, làm no sự thèm ăn là một chiến

lược lập biểu có thể sử dụng. Bằng cách làm no sự thèm ăn, đầu cuối có các điều
kiện kênh tốt nhất được ấn định tốc độ cao nhất. Nếu mức nhiễu tại máy thu nhỏ
hơn mức cho phép cực đại, đầu cuối có các điều kiện kênh thứ hai cũng được phép
phát và quá trình tiếp diễn như vậy cho càng nhiều đầu cuối hơn cho đến khi đạt
đến mức nhiễu cực đại cho phép tại máy thu. Chiến lược này cho phép đạt được
mức độ sử dụng giao diện vô tuyến cực đại nhưng với trả giá là tốc độ số liệu giữa
các người sử dụng rất khác nhau. Trong trường hợp cực đoan, người sử dụng tại
biên ơ với các điều kiện kênh xấu có thể hồn tồn khơng được phát.

415


Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng
Ta có thể mường tượng rằng các chiến lược giữa làm no sự thèm ăn và
max-C/I là các chiến lược công bằng tỷ lệ khác nhau. Trong trường hợp này giải
thuật làm no sự thèm ăn đưa ra các thừa số trọng số cho từng người sử dụng. Các
trọng số này tỷ lệ với tỷ số giữa tốc độ số liệu tức thời và tốc độ số liệu trung bình.
Các bộ lập biểu nói trên đều giả thiết rằng hiểu rõ các điều kiện đường
truyền vô tuyến tức thời, tuy nhiên việc nhận đựợc hiểu biết này trên đường lên rất
khó (ta sẽ bàn về vấn đề này trong phần 11.4 dưới đây). Trong các trường hợp
khơng có thơng tin về kênh đường lên tại bộ lập biểu, có thể sử dụng lập biểu quay
vịng. Tương tự như đối với đường xuống, lập biểu quay vòng có nghĩa là các đầu

cuối được phát lần lượt, vì thế tạo nên một hoạt động giống như TDMA với tính
trực giao giữa các người sử dụng trong miền thời gian. Mặc dù lập biểu quay vịng
đơn giản nhưng nó kém xa chiến lược lập biểu tối ưu.

IT

Tuy nhiên như đã nói ở trên, cơng suất phát trong một đầu cuối bị hạn chế
và vì thế cần chia sẻ tài nguyên đường lên trong miền tần số và (hoặc) miền mã.
Điều này cũng ảnh hưởng lên các quyết định lập biểu. Chẳng hạn, các đầu cuối ở
xa trạm gốc thường hoạt động trong vùng bị giới hạn bởi công suất, trái lại các đầu
cuối ở gần trạm gốc thường hoạt động trong vùng bị giới hạn bởi băng thơng. Vì

PT

thế đối với đầu cuối xa trạm gốc, tăng băng thông khơng dẫn đến tăng tốc độ số
liệu vì thế tốt nhất là ấn định một lượng băng thông nhỏ cho đầu cuối này và ấn
định băng thơng cịn lại cho các đầu cuối khác. Trái lại, đối với các đầu cuối gần
trạm gốc, ấn định băng thông cao hơn sẽ dẫn đến tốc độ số liệu cao hơn.

11.5. CÁC GIẢI THUẬT LẬP BIỂU

Lập biểu đa người sử dụng được xây dựng trên cơ sở giao tiếp lý thuyết
thông tin và lý thuyết hàng đợi trong lý thuyết cực đại hóa ân định tài nguyên.
Trước khi thiết lập một giải thuật, một số đo liên quan đến dung lượng được định
nghĩa và sau đó được tối ưu hóa từ tất cả các giải pháp ấn định tài nguyên thỏa
mãn một tập các giới hạn được quy định trước. Các giới hạn này có thể là vật lý
(chẳng hạn băng thơng và công suất hay liên quan đến QoS).
Lý thuyết thông tin đưa ra một dẫy các thông số dung lượng liên quan đến
các kịch bản khai thác hệ thống khác nhau. Dưới đây ta sẽ giải thích hai thí dụ
416