1
B GIÁO DC VÀ ĐÀO TO
ĐI HC ĐÀ NNG
NGUYN TH HNG THY
MT S K THUT NÂNG CAO HIU QU S DNG PH
TN CA H THNG OFDM NG DNG TRONG THÔNG
TIN DI ĐNG TH H TH 4
Chuyên ngành: K thut ñin t
Mã s: 60.52.70
TÓM TT LUN VĂN THC SĨ K THUT
Đà Nng - Năm 2011
2
Công trình ñưc hoàn thành ti
ĐI HC ĐÀ NNG
Ngưi hưng dn khoa hc: PGS.TS. TĂNG T N CHIN
Phn bin 1: TS. NGUYN VĂN CƯNG
Phn bin 2: TS. LƯƠNG HNG KHANH
Lun văn ñưc bo v ti Hi ñng chm Lun văn tt nghip
thc sĩ k thut hp ti Đi hc Đà Nng vào ngày 26 tháng 6 năm
2011.
* Có th tìm hiu lun văn ti:
- Trung tâm Thông tin - Hc liu, Đi hc Đà Nng.
- Trung tâm Hc liu, Đi hc Đà Nng.
3
M! ĐU
1. Lý do ch"n ñ# tài
Tăng hiu qu ph t!n trong h thng thông tin vô tuy"n là
mt trong nh#ng thách th$c ln nht ñi vi các k sư vô tuy"n ñin.
2. M$c ñích nghiên c%u
Trình bày ñưc các k thut ci ti"n hiu qu s% d&ng ph
t!n, $ng d&ng ' th" h di ñng th$ 4. Nghiên c$u mt s thut toán
n ñ(nh tài nguyên thích nghi trong h thng OFDM ña ngưi dùng.
3. Đi tư'ng và ph(m vi nghiên c%u
Tp trung nghiên c$u thut toán v) n ñ(nh tài nguyên, ch*
y"u là thut toán ti ưu t ng tc ñ d# liu thích nghi.
4. Phương pháp nghiên c%u
Vn d&ng các cơ s' lý thuy"t có liên quan ñ) xut mt thut
toán thích nghi tc ñ d# liu nh,m nâng cao t ng dung lưng c*a
thuê bao cũng như tc ñ th.c hin tính toán vi các ñi)u kin b/t
buc v) công sut và m$c công b,ng gi#a các thuê bao này. S% d&ng
công c& Matlab ti"n hành mô ph0ng.
5. Ý nghĩa khoa h"c và th+c ti,n c-a ñ# tài
Đ) tài bưc ñ!u là tài liu b ích cho nh#ng ngưi mun tìm
hi1u v) các k thut nâng cao hiu qu s% d&ng ph t!n trong h
thng di ñng 4G. Cho thy tính $ng d&ng cao c*a thut toán ñ) xut
trong vic th0a mãn yêu c!u d(ch v& c*a các thuê bao trong h thng
OFDM ña ngưi dùng.
6. C.u trúc c-a lun văn
Ngoài ph!n m' ñ!u, k"t lun, tài liu tham kho và ph& l&c
trong báo cáo lun văn ñưc t ch$c thành 4 chương như sau :
Chương 1 : T ng quan v) h thng ña sóng ..., Chương 2 : Mt s
k thut nâng cao hiu qu s% d&ng ..., Chương 3 : Các thut
toán thích nghi n ñ(nh tài nguyên trong h thng OFDM.
4
CHƯƠNG 1. TNG QUAN V1 H THNG GHÉP KÊNH
ĐA SÓNG MANG VÀ KÊNH VÔ TUYN TRONG
MNG 4G
1.1.
CÁC KHÁI NIM OFDMA
K thut OFDMA là k thut ña truy nhp phù hp giao din
vô tuy"n c*a các chu2n th" h di ñng hin ti như Wimax, LTE.
1.1.1. Các thun l'i c-a OFDMA
Hình 1.2: Quá trình th.c thi băng t!n cơ s' cho OFDM ' b phát và b thu
1.1.2. L2p vt lý
1.1.2.1. Điu ch OFDM
1.1.2.2. Cu trúc lp vt lý
OFDMA cho phép phân chia ngun tài nguyên thi gian và
t!n s thành các ký hiu OFDM và các sóng mang con OFDM, theo
cách ñó thì 1 thuê bao có th1 ñưc gán ti 1 khung ñ1 truy)n trên 1
sóng mang con (ho3c mt khoanh t!n).
Hình 1.3: Đ th( thi gian - t!n s trong giao din vô tuy"n c*a OFDMA
1.1.3. L2p liên k3t
5
1.1.3.1. Lp biu gói ñng
Lp bi1u gói ñng trong OFDM bao gm vic gán tài nguyên
vô tuy"n ñng ñ"n các thuê bao ñ1 chúng có th1 th.c hin vic truy)n
dn theo th$ t. thông qua giao din vô tuy"n.
1.1.3.2. Thích nghi liên kt ñng
Thích nghi liên k"t ñng căn c$ vào cht lưng kênh ưc
lưng ' ñưng lên, thu ñưc t4 s. thu nhn tín hiu tham chi"u ñã
ñưc ñ(nh nghĩa trưc, và ñi vi ñưng xung, ñưc cho trong
thông tin ch$a trong các bn báo cáo trng thái kênh và g%i cho các
thuê bao. T4 s. ưc lưng này, nó có th1 xác ñ(nh ki1u ñi)u ch" và
sơ ñ mã hóa ñ1 ñm bo BER mà nó s5 ph& thuc vào d(ch v& ñưc
ñ) ngh( và sơ ñ mã hóa sn có.
Hình 1.6: Thích nghi liên k"t ñng d.a trên ñi)u khi1n tc ñ
1.2
. GIAO DIN VÔ TUYN CHU4N 4G D5A TRÊN OFDMA
Vài h thng 4G hin nay s% d&ng OFDMA như k thut
ghép kênh trong giao din vô tuy"n s% d&ng rng kh/p th" gii là
3GPP LTE và IEEE 802.16 Wimax…
1.2.1. S+ th+c thi OFDMA trong LTE
1.2.2. Vic th+c thi OFDM trong Wimax
1.3.
CÁC KHÁI NIM T5 T CHC (self organization)
1.3.1. M(ng t+ t6 ch%c (SON)
Mt mng t. t ch$c (SON) là mt mng thông tin h6 tr các
ch$c năng t. vn ñng (self-x), ví d& như t. cu hình, ho3c t. ti ưu
6
hóa. Self-x cho phép th.c hin hot ñng t. ñng và do vy ti ưu
ñưc s. can thip c*a con ngưi.
1.3.2. T6ng quan v# SO trong các d+ án và chu7n hóa
1.4.
KHÁI NIM HC TĂNG CƯ8NG (Reinforcement learning RL)
RL xut phát t4 mng trí tu nhân to và s. t. hc c*a máy.
RL là vic hc làm cái gì ñ1 tăng ti ña nh#ng sn ph2m ñưc cho là
có tương tác vi môi trưng.
Hình 1.9: Cu trúc khung RL
1.5
. N ĐNH TÀI NGUYÊN THÍCH NGHI TRONG H THNG
OFDM
Hình 1.10: Sơ ñ khi c*a h thng OFDM ña ngưi dùng vi n ñ(nh sóng
mang con và công sut thích nghi
Vn ñ) c*a n ñ(nh tài nguyên trong h thng OFDM vi N
sóng mang con và K ngưi dùng là vic xác ñ(nh các ph!n t% c*a ma
trn C = [c
k,n
]
KxN
c*a sóng mang con ñưc n ñ(nh cho ngưi dùng
User K
Channel Gain
Subcarrier
Channel State Information
Multiuser
Subcarrier &
Power
Allocation
Quadrature
Amplitude
Modulation
IFFT
Add
Cyclic
Prefix
Transmit
Filter/RF
User 1
…..
7
nào và vectơ p =[p
n
]
Nx1
cho thy bao nhiêu công sut ñưc n ñ(nh
cho m6i sóng mang. Hai ki1u chính c*a mô hình n ñ(nh linh ñng
tài nguyên ñã ñưc nghiên c$u:
- Thích nghi ñ d. tr# (Margin Adaption MA)
- Thích nghi tc ñ (Rate Adaption RA)
Hình 1.11: T ng quan vn ñ) n ñ(nh tài nguyên trong h thng OFDM.
1.6.
CÁC GI ĐNH CN THIT
a/ Thông tin trng thái kênh là hoàn ho ñi vi tt c thuê bao ti
trm gc trưc khi n ñ(nh bt kỳ tài nguyên nào.
b/ Kênh fading chn l.a t!n s vi nhi8u tr/ng cng Gaussian
c/ S% d&ng công th$c tính dung lưng kênh Shannon liên t&c ño tc
ñ d# liu
d/ Môi trưng ñơn Cell
e/ Luôn luôn xét K thuê bao ñang hot ñng
Channel Gain
Subcarrier
System
Objective &
Constraints
Adaptive
Subcarrier &
Power
Alloc
ation
c .....c c
c ..... c c
c ..... c c
KNK2K1
2N2221
1N1211
N
P
P
P
2
1
Channel State
Information
8
CHƯƠNG 2. MT S K THUT NÂNG CAO
HIU QU S DNG BĂNG TN VÀ ĐÁNH GIÁ,
SO SÁNH TRI PH ĐA SÓNG MANG GHÉP
2.1.
S5 THÍCH NG ĐƯ8NG TRUY1N (LA)
Hình 2.1: Các ñi1m ngư9ng chuy1n SNR cho h thng LA
Trong ñưng truy)n ña sóng mang thích nghi h thng, mt
tp các SMC liên t&c thưng ñưc nhóm li vi nhau ñ1 to băng
con, to nên ñơn v( cơ s' c*a hot ñng. Đ1 duy trì mt ngư9ng
BLER nht ñ(nh (trong hình là 10
1−
), ki1u ñi)u ch" và t: l mã c!n
phi thay ñ i linh ñng theo SNR ño ñưc ti m6i băng con cho m6i
ký t. OFDM.
Hiu qu ph t!n c*a m6i ki1u ñi)u ch" và t: l mã ñt ñ"n
ñi1m bão hòa sau mt SNR nht ñ(nh.
2.2.
NH9NG CI TIN K THUT NÂNG CAO HIU QU S
DNG BĂNG TN THÔNG DNG
2.2.1. Thích nghi ñ: r:ng băng t;n SMC
2.2.1.1. Thích nghi ñ rng băng tn SMC trong TDM-OFDM
Mô t h thng
9
S lưng các SMC trong các khe khác nhau có th1 thay ñ i
ñ1 to ra các ñ rng băng t!n SMC khác nhau. Toàn b băng t!n sn
có ñưc chia thành các băng nh0 hơn vi các ñ rng băng t!n SMC
khác nhau trong m6i băng.
Hình 2.5: Giãn ñ t!n s thi gian cho TDM ñ) xut d.a trên ASB FDM
2.2.1.2. Thut toán thích nghi ñ rng băng tn sóng mang con
2.2.2. Các k3t qu<
2.2.3. Khung c-a mô hình h thng OFDMA
Hình 2.11: Cu hình vùng t!n s c*a VSB OFDM
2.2.4. K3t lun chung v# ñ# xu.t
Các k"t qu phân tích cho thy ti)m năng c*a mô hình ñ)
xut VSB ñ1 ci ti"n hiu sut c*a h thng FSB OFDM.
2.3. S5 THÍCH NGHI ĐƯ8NG TRUY1N GHÉP
2.3.1. Mô hình h thng
2.3.2. Các chi3n lư'c LA ghép
10
2.3.2.1. LA vi kích thưc kênh con khác nhau
Vi t!n s Dopler và các giá tr( ñ tr8 tri ph thp, nên s%
d&ng kích thưc băng con nh0 hơn ñ1 ti ưu hoá hiu sut c*a h
thng trong khi vi t!n s Dopler và các giá tr( ñ tr8 tri ph cao, ta
dùng kích thưc băng con ln ñ1 ñt ñưc cùng mt hiu sut.
2.3.2.2. T l mã c ñnh
Xác ñ(nh ñưc t: l mã nào cho hiu sut cao nht. Do vy
các t: l mã c ñ(nh khác nhau vi ñi)u ch" thích $ng và np công
sut ñưc xét ñ"n. Th.c hin chu2n ñi)u ch" thích $ng, ñi)u khi1n
mã và công sut (APMC).
2.3.2.3 Tc ñ PC và LA khác nhau
Hình 2.16: K"t hp LA chm vi ñi)u khi1n công sut nhanh
Ý tư'ng này là gim tc ñ LA, s% d&ng LA ' các chu kỳ ln
hơn thi gian tương quan c*a kênh ñ1 gim ñ ph$c tp.
2.4. S5 TƯƠNG TÁC GI9A PHÂN TP KHÔNG GIAN VÀ THÍCH
NG ĐƯ8NG TRUY1N
Bt c$ dng nào c*a k thut s% d&ng nhi)u anten ñ)u ñem
li li ích nhi)u hơn h thng SISO dưi các ñi)u kin ki1m tra.
Power control Interval
Modulation Adaptation interval Modulation Adaptation interval
…
Time