9. Chương 1: Tổng quan về vô tuyến có nhận thức và bài toán nâng cao dung lượng
1.3. Bài toán nâng cao dung lƣợng hệ thống CRS 1. Tổng quan
1.3.2. Các nghiên cứu về nâng cao dung lƣợng hệ thống CR
1.3.2.2. Các giải pháp cận tối ƣu (sub-optimal)
a) Giải pháp phân bổ công suất đều (uniform power loading scheme)
Trong phương pháp phân bổ công suất đều, mỗi sóng mang con của CRS đều được phân bổ một mức công suất P như nhau như sau [8]:
1 1
U th
i N L l
i i
i l
P I
K P
(1.10)b) Phân bố công suất theo hình bậc thang
Tác giả trong [8] đã đề xuất hai giải pháp cận tối ưu, Scheme A và Scheme B, dựa trên ý tưởng phân bổ công suất tỷ lệ nghịch với mức nhiễu do sóng mang con CRS gây ra cho PU nhằm làm giảm bớt các bước tính toán mức công suất.
Chúng ta biết rằng trong thực tế, nhiễu từ nguồn nhiễu tới hệ thống bị nhiễu sẽ giảm khi khoảng cách về tần số giữa chúng tăng lên. Vì vậy, nhằm làm giảm nhiễu do CRS gây ra cho PU, tác giả đề xuất giải pháp Scheme A, theo đó nên phân bổ công suất thấp hơn cho các sóng mang con nằm gần băng của PU và phân bổ công suất cao hơn cho các sóng mang con nằm cách xa. Nếu CRS nằm gần với chỉ một băng của PU thì các mức công suất được phân bổ cho sóng mang con giống như thang đơn. Còn CRS nằm kế bên 2 băng của PU thì khi đó các mức phân bổ cho sóng mang con của nó có hình dạng như thang tự đứng (step ladder).
25
Đối với Scheme A, các tác giả chỉ xem xét tác động của nhiễu lên băng tần của PU nơi mà CRS gây ra mức nhiễu lớn nhất, hay nói cách khác là băng tần của PU nằm gần CRS nhất. Nếu giả thiết rằng sóng mang con của CRS nằm kề PU được phân bổ mức công suất P, thì trong Scheme A, đối với các sóng mang con nằm cách xa dần PU sẽ được phân bổ mức công suất tăng đồng biến. Cụ thể, sóng mang con nằm gần PU nhất được phân bổ mức công suất P, thì sóng mang con nằm kế tiếp sẽ được phân bổ mức công suất 2P và cứ lần lượt như vậy.
Hình 9.3: Phân bổ công suất theo hình bậc thang [8]
Nếu trong mỗi băng chiếm dùng, CRS có N sóng mang con thì phân bổ công suất của Scheme A được xác lập như sau [8]:
Tần số CR
băng 1
Người dùng chính băng 1
CR băng 2
Người dùng chính băng 2
Người dùng chính băng L CR
băng L Phân bố công
suất
Bước nhảy
26
1 1, 2, , 1, , 3
2
2 3 2
1 1, ,
2 ...
1 1 2
1, ,
A i
N N
P i P i
L L
N N N
i P i
L L L
N N N
i P i
L L L
L N L N
i P i
L L
1 2
2 1
1 1, ,
2
L N
L
L N
N i P i N
L
(1.11)
Để tìm giá trị của P, chúng ta có thể viết:
th
1 1
N L
l
i i
i l
K P I
(1.12)và P được xác định theo công thức:
I
thP x
(1.13)trong đó:
3 2
2
1 1 1 1 3 1 1
2
2 1
2
1 1 2 1 1
1 1
2
1 2 1
... 1 1
N N N
L L L
L L L
l l l
i i i
N N
i l i l i l
L L
L N
L N L
L l l
i i
L N l L N l
i i
L L
N N N
x K i K i K i
L L L
L N
K i K N i
L
27
c) Phân bổ công suất nghịch đảo theo mức nhiễu (scheme B)
Trong Scheme A, với “bậc thang công suất” thì mức chênh lệch công suất phân bổ cho 2 sóng mang con nằm kề nhau luôn không đổi là P. Khác với Scheme A, trong Scheme B bước nhảy công suất giữa 2 bậc thang liền kề không còn là một hằng số P mà được tính toán phụ thuộc vào khoảng cách phổ tần từ sóng mang con tới PU. Bước nhảy này tỷ lệ nghịch với [8]. Điều này có nghĩa là các sóng mang con càng nằm cách xa PU, bước nhảy công suất giữa 2 mức liền kề càng lớn.
Mức công suất phân bổ cho sóng mang con thứ i của CRS trong phương án này được xác định như sau [8]:
th
1 B
i L l
l i
P I
N K
(1.14)d) Phân bố công suất theo hàm mũ
Giải pháp phân bố công suất cho các sóng mang con theo hàm mũ (exponential power distribution), Scheme C và Scheme D, được tác giả N.V. Vinh đề xuất [57]. Về cơ bản, giải pháp này phát triển từ các giải pháp phân bổ công suất theo bậc thang (Scheme A) và nghịch đảo theo nhiễu (Scheme B).
Trong Scheme C, công suất nhiễu Ith được phân chia đều cho từng sóng mang con CRS, công suất tối đa mà sóng mang con thứ ith được phân bổ là PCi = p. i1.5 với i= 1,2,..,N (N là số sóng mang con). Trong Scheme D, việc phân bổ cũng tương tự, nhưng chỉ số hàm mũ có thay đổi, PCi = p. i3.
Kết quả mô phỏng cho thấy dung lượng hệ thống của CRS khi sử dụng Scheme C và D cho kết quả tốt hơn so với Scheme A và B, trong đó Scheme D cho kết quả tốt hơn Scheme B và tiệm cận với kết quả trường hợp tối ưu.
28 e) Kỹ thuật tắt sóng mang con (nulling)
Trong[8], các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của tắt (nulling-phân bổ mức công suất bằng 0) sóng mang con. Kết quả là nhiễu do CRS gây ra cho PU có thể giảm bằng cách tắt các sóng mang con nằm kề ngay các băng của PU do các sóng mang con này gây nhiễu nhiều nhất. Sóng mang con nằm xa PU có thể được phân bổ mức công suất cao hơn. Tuy nhiên, kỹ thuật tắt sóng mang con làm giảm độ phân tập tần số do các sóng mang con này vẫn bị tắt ngay cả khi có độ tăng ích kênh truyền rất tốt.
Kỹ thuật tắt sóng mang con có thể được áp dụng kèm theo các giải pháp cận tối ưu đã được trình bày trong phần bên trên.
Trong [81], Vermal và Sharma đề xuất một giải thuật cận tối ưu kết hợp với kỹ thuật nulling với các giới hạn về nhiễu gây ra cho PU, giới hạn về tổng công suất của CRS. Theo đó, công suất phân bổ cho sóng mang con của CRS được xác định thông qua ba bước. Bước 1, công suất sóng mang con được phân bổ dựa trên một trong số các giới hạn áp đặt lên CRS bằng cách áp dụng phương pháp phân bổ công suất theo bậc thang [8]. Bước 2, các tác giả tiếp tục xác định công suất của từng sóng mang con với giới hạn về tổng công suất của CRS. Bước 3 là bước xác định mức công suất cuối cùng của từng sóng mang con dựa trên nguyên tắc chọn mức công suất thấp nhất tính được trong bước 2.
f) Giải thuật nâng cao dung lượng của hệ thống CRS qua phân bổ phổ tần Zhang [70] nghiên cứu trường hợp PU là hệ thống song công, sử dụng một cặp băng tần, khi đó cặp thu phát CRS có thể sử dụng cả hai băng tần đang sử dụng và không sử dụng của PU, miễn sao đảm bảo điều kiện nhiễu gây ra cho PU nằm trong ngưỡng cho phép. Kết quả mô phỏng cho thấy CRS đạt được dung lượng kênh truyền cao hơn so với trường hợp chỉ dùng các băng không hoạt động.
29
Yousefvand [75] đã đề xuất giải thuật phân bổ phổ tần số cho người dùng CRS nhằm nâng cao dung lượng hệ thống. Theo đó, người dùng thứ cấp sẽ giám sát nền nhiễu tạp âm và mức nhiễu do PU trong kênh dự kiến sử dụng. Dựa trên các thông số giám sát được này CRS tính mức công suất tối đa có thể phân bổ trên kênh truyền sao cho tổng mức nhiễu từ các kênh phát của CRS không vượt quá ngưỡng Ith của PU. Sau đó hệ thống sẽ xác định tất cả các đường truyền tiềm năng giữa người dùng CRS để tối ưu hóa dung lượng của hệ thống trong khi vẫn đảm bảo ngưỡng bảo vệ Ith cho PU.