10. Chương 2: Giải pháp nâng cao dung lượng CRS bằng kỹ thuật cửa sổ
2.3. Đề xuất sử dụng kỹ thuật cửa sổ cho bài toán nâng cao dung lƣợng CRS Như đã trình bày ở trên, khi sử dụng kỹ thuật cửa sổ cho tín hiệu OFDM,
2.3.2. Nhận xét
54 (b)
Hình 10.15: Tốc độ dữ liệu CRS trong trường hợp có và không có cửa sổ, hệ số uốn a=
0,3 (hình a) và a= 0,6 (hình b), Ith chuẩn hóa theo σ2
Hình 10.13, Hình 10.14 là phân bổ công suất cho 2 trường hợp đều áp dụng kỹ thuật cửa sổ, nhưng với các ngưỡng nhiễu khác nhau mà PU chấp nhận được, để so sánh tác động của ngưỡng nhiễu Ith đến mô hình phân bổ công suất.
Hình 10.15 là so sánh về tốc độ truyền của CRS khi cửa sổ có độ số uốn khác nhau, a= 0,3 cho hình bên trên, a= 0,6 cho hình bên dưới, với các trường hợp có sử dụng, không sử dụng kỹ thuật cửa sổ, độ rộng băng thông B mà CRS chiếm dùng lần lượt là 5 lần và 10 lần độ rộng sóng mang con.
55 Về tốc độ truyền của CRS:
Như được thể hiện ở Hình 10.15, tốc độ truyền của CRS tăng lên đáng kể, từ 28 Mbps lên 40 Mbps cho trường hợp độ uốn uốn là 0.3, Ith =σ2, B = 5Δf khi áp dụng kỹ thuật cửa sổ so với trường hợp không sử dụng kỹ thuật này. Điều này là do kỹ thuật cửa sổ đã giúp làm giảm nhiễu phát xạ không mong muốn của các sóng mang con CRS, tức làm giảm nhiễu từ CRS sang PU, qua đó giúp CRS tăng được công suất phát và tăng được tốc độ truyền dẫn của mình. Trong bài toán dung lượng của vô tuyến có nhận thức, như biểu diễn bởi công thức (1.6), điều kiện quan trọng làm hạn chế tới dung lượng CRS là giới hạn nhiễu cho phép Ith gây ra cho PU. Khi áp dụng cửa sổ lọc, các phát xạ ngoài băng của sóng mang con giảm, nên công suất sóng mang con Pi được tăng lên (các Hình 10.12, Hình 10.13, Hình 10.14). Vì vậy, dung lượng của CRS cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, dung lượng, cũng như mức độ tăng về dung lượng khi áp dụng cửa sổ lọc còn phụ thuộc vào các tham số như độ rộng phổ tần (số sóng mang con) mà CRS chiếm dụng.
Như được thể hiện ở Hình 10.13, Hình 10.14, Hình 10.15 tốc độ truyền của hệ thống CR còn bị phụ thuộc vào điều kiện bảo vệ nhiễu cho PU nên khi điều kiện này được nới lỏng (Ith cao hơn), thì CRS sẽ đạt được tốc độ truyền cao hơn và ngược lại Ith nhỏ đi thì tốc độ truyền CRS sẽ thấp đi. Điều này có thể giải thích khi Ith tăng, tức là hệ thống PU chấp nhận được mức nhiễu cao hơn từ CRS, nên công suất phân bổ cho các sóng mang con của CRS có thể tăng lên, qua đó làm tăng tốc độ truyền của CRS. Ngược lại, khi điều kiện bảo vệ nhiễu cho PU ngặt nghèo hơn, Ith nhỏ đi, CRS phải giảm công suất phát để giảm nhiễu sang PU, làm cho dung lượng của hệ thống giảm đi.
Kết quả so sánh tốc độ truyền trong các trường hợp sử dụng cửa sổ có hệ số uốn khác nhau được thể hiện tại Hình 10.15, trong đó hình bên trên tương ứng với
56
hệ số uốn a = 0,3 hình bên dưới tương ứng với hệ số uốn a = 0,6. Khi hệ số lớn hơn thì tốc độ truyền CRS cao hơn và ngược lại.
Điều này được giải thích là khi áp dụng kỹ thuật cửa sổ, mức nhiễu do CRS gây ra cho PU phụ thuộc hệ số uốn của cửa sổ được sử dụng. Hệ số uốn càng cao thì mức phát xạ không mong muốn càng giảm, tức là mức gây nhiễu cho PU càng thấp. Ngược lại khi hệ số uốn bằng 0, tương đương với trường hợp không áp dụng kỹ thuật cửa sổ, thì mức nhiễu là lớn nhất. Khi mức nhiễu tăng thì phải giảm công suất phân bổ cho các sóng mang con để đảm bảo điều kiện bảo vệ PU, do đó làm giảm tốc độ truyền của CRS. Khi hệ số uốn càng cao thì mức nhiễu CRS gây ra cho PU giảm đi nên CRS có thể phát công suất lớn hơn, làm cho tốc độ truyền cao hơn. Tuy nhiên, khi hệ số uốn tăng, thì sẽ kéo theo kéo dài ký hiệu trong miền thời gian. Trong thực tế, giá trị của hệ số uốn nằm trong khoảng 0-0,3.
Tóm lại, tốc độ truyền của CRS tăng đáng kể (khoảng 42,8% trong mô phỏng) khi áp dụng kỹ thuật cửa sổ so với trường hợp không sử dụng kỹ thuật này. Tốc độ truyền dẫn của CRS càng cao khi mức nhiễu chấp nhận được Ith của PU tăng, hoặc khi độ uốn của cửa sổ tăng.
Về phân bố mức công suất cho các sóng mang con của CRS:
Như được thể hiện tại Hình 10.12, Hình 10.13, Hình 10.14, trong cả trường hợp có hay không sử dụng kỹ thuật cửa sổ, các sóng mang con có tần số nằm càng nằm gần tần số của PU thì có mức công suất được phân bổ càng thấp, thậm chí các sóng mang nằm sát PU còn không được phân bổ công suất. Trong khi đó, các sóng mang có khoảng cách tần số càng xa PU thì càng được phân bổ công suất cao, nhiều sóng mang con còn được phân bổ mức công suất tối đa. Điều này được giải thích là do các phát xạ không mong muốn do mỗi sóng mang con tạo ra có năng lượng nằm tập trung tại dải tần xung quanh tần số của sóng mang con đó, các sóng
57
mang con nằm gần PU sẽ đóng góp mức nhiễu lớn hơn so với các sóng mang con nằm xa PU. Do đó, hệ thống sẽ phải phân bổ công suất thấp hoặc không phân bổ công suất (Pi=0) cho các sóng mang con có tần số nằm gần PU. Đối với các sóng mang con có khoảng cách tần số nằm cách xa PU, do mức công suất nhiễu nó gây cho PU là thấp nên CRS có thể tăng công suất phát cho các sóng mang con này.
Việc áp dụng kỹ thuật cửa sổ cũng có tác động rõ rệt lên mức công suất được phân bổ cho từng sóng mang con. Khi áp dụng kỹ thuật cửa sổ (Hình 10.13), công suất phát của các sóng mang con tăng lên đáng kể so với trường hợp không sử dụng kỹ thuật cửa sổ (Hình 10.12), các sóng mang con nằm xa PU có mức gây nhiễu đến PU thấp và được phân bổ mức công suất tối đa mà CRS có thể phân bổ.
Có thể thấy từ kết quả mô phỏng, các sóng mang nằm cách xa PU một khoảng từ 7 lần độ rộng sóng mang con đều được phân bổ mức công suất tối đa.
Khi mức nhiễu chấp nhận được của PU tăng lên (Hình 10.14), mức công suất của các sóng mang con của CRS cũng tăng lên. Khi sử dụng kỹ thuật cửa sổ, các sóng mang con có vị trí số 3, 4, 5, 6, 15, 16, 17, 18 trong trường hợp Ith= 5σ2 có mức công suất cao hơn so với công suất của các sóng mang con có cùng vị trí trong trường hợp Ith= σ2. Trong khi đó, 8 sóng mang con có vị trí số 7-14 thì không có sự khác biệt về công suất và đều có mức công suất phân bổ tối đa. Nhìn ở chiều ngược lại, ngay cả khi ngưỡng nhiễu chấp nhận được của PU trở nên khắt khe hơn, Ith giảm từ Ith= 5σ2 về Ith= σ2 thì mức công suất phân bổ cho 8 sóng mang con này cũng không thay đổi, vẫn là mức tối đa. Điều này có nghĩa là mức nhiễu mà 8 sóng mang con này gây ra là không đáng kể trong tổng mức nhiễu mà các sóng mang con gây ra cho PU và mức nhiễu này nhỏ so với các sóng mang con khác là do 8 sóng mang này có tần số cách xa tần số PU hơn các sóng nằm trong nhóm vị trí từ 1-6 và 15-20. Như vậy, với một ngưỡng nhiễu Ith xác định, băng thông B xác định, thì chúng ta có thể xác định trước được các sóng mang có có thể được phân bổ
58
mức công suất tối đa mà không cần phải dùng phép toán tối ưu hóa công suất để tính toán, giảm độ phức tạp tính toán.
Tóm lại, các sóng mang con có tần số nằm gần tần số của PU hơn thì sẽ được phân bổ mức công suất thấp hơn so với các sóng mang con nằm xa. Khi sử dụng kỹ thuật cửa sổ thì mức công suất của từng sóng mang con được tăng lên, so với không sử dụng cửa sổ, các sóng mang con có khoảng cách tần số đủ xa so với PU thì được phân bổ mức công suất tối đa.
Giải pháp đơn giản hóa bài toán phân bổ công suất sóng mang con CRS:
Khi không áp dụng cửa sổ, có thể thấy từ Hình 10.12, các sóng mang con có mức phân bổ công suất khác nhau. Để có được sự phân bổ công suất này, hệ thống CRS phải tính toán phân bổ tối ưu công suất cho từng sóng mang con và đây là một bài toán tối ưu phức tạp.
Trong khi đó, với trường hợp sử dụng cửa sổ, một số lượng đáng kể sóng mang con có khoảng cách tần số đủ xa so với tần số PU thì được phân bổ mức công suất tối đa, là mức công suất đã biết trước. Chỉ một số ít các sóng mang con nằm gần PU có mức gây nhiễu lớn hơn, được phân bổ mức công suất nhỏ hơn công suất tối đa mà một sóng mang con có thể có.
Điều này dẫn đến logic là khi áp dụng kỹ thuật cửa sổ, chúng ta có thể không cần phải tính toán mức công suất cần phân bổ cho các sóng mang con của CRS nằm xa PU mà có thể phân bổ ngay mức công suất tối đa cho chúng. Khi đó, chúng ta chỉ cần tính toán mức công suất cần phân bổ cho một số ít các sóng mang con nằm gần PU, miễn sao đảm bảo điều kiện tổng mức nhiễu từ các sóng mang con của CRS đến PU không vượt quá mức nhiễu cho phép Ith. Cách phân bổ công suất
59
này sẽ làm giảm số lượng sóng mang con cần tính toán mức công suất tối ưu để phân bổ, qua đó làm giảm đi mức độ phức tạp tính toán.
Như vậy, kỹ thuật cửa sổ không chỉ giúp làm tăng tốc độ truyền của CRS mà còn mở ra cơ hội làm cho bài toán phân bổ công suất sóng mang con trở nên đơn giản hơn, độ phức tạp tính toán giảm xuống. Cụ thể là 8/20 ( tương đương 40%) số sóng mang con như trong mô phỏng có thể phân bổ công suất tối đa ngay mà không cần phải thực hiện phép tính tối ưu.