Luận Văn Nghiên cứu phân bổ tài nguyên thích ứng và lập lịch động cho hệ thống vô tuyến thế hệ sau

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Nghiên cứu phân bổ tài nguyên thích ứng và lập lịch động cho hệ thống vô tuyến thế hệ sau

LỜI NÓI ĐẦU

Thấy rõ, xu thế và nhu cầu tất yếu của xã hội loài người hiện tại & tương lai là thông tin, trao đổi thông tin, lĩnh vực tiên phong, điều kiện tiên quyết, điều kiện cần và cũng là cơ hội để mỗi quốc gia, mỗi dân tộc thu hẹp khoảng cách phát triển, tránh nguy cơ lạc hậu, tăng năng lực cạnh tranh Hẹp hơn đối với các doanh nghiệp, cách ngành công nghiệp, các nhà đầu tư có cơ hội nâng cao năng lực cạnh tranh, cơ hội tìm kiếm đầu tư mở rộng sản xuất kinh doanh hay nói cách khác xu thế và nhu cầu tất yếu của xã hội loài người hiện tại & tương lai là thông tin, trao đổi tin Sự khẳng định này đang được minh chứng một cách nhanh chóng thông qua các chương trình như chính phủ điện tử, thương mại điện tử v.v Bởi lẽ tính hiệu quả của nó đã và đang được khẳng định trong mọi lĩnh vực kinh doanh & đời sống xã hội. Trong xã hội thông tin đó, nổi bật nhất là thông tin vô tuyến mà đặc biệt là thông tin di động do tính linh hoạt, mềm dẻo, di động, tiện lợi của nó. Như vậy, nhu cầu tất yếu về sử dụng hệ thống thông tin di vô tuyến và đang được gia tăng, điều này đồng nghĩa với nhu cầu sự chiếm dụng tài nguyên vô tuyến gia tăng, hay nói cách khác tồn tại mâu thuẫn lớn giữa nhu cầu chiếm dụng tài nguyên & tài nguyên vốn có của thông tin vô tuyến. Mặt khác, từ đặc điểm vốn có của truyền dẫn vô tuyến là: tài nguyên hạn chế, chất lượng phụ thuộc nhiều vào môi trường địa hình, thời tiết làm hạn chế việc triển khai đáp ứng nhu cầu của xã hội cả về chất lượng cũng như tính đa dạng loại hình thông tin. Trước mâu thuẫn này, đặt ra bài toán lớn cho các nhà khoa học và các ngành công nghiệp có liên quan phải giải quyết. Chẳng hạn khi nói về vấn đề tài nguyên vô tuyến, lịch sử phát triển đã cho thấy chúng được giải quyết bằng các giải pháp kỹ thuật, công nghệ như: FDMA, TDMA, SDMA, CDMA, sự kết hợp giữa chúng, ở đó đã tìm mọi cách để khai thác triệt để tài nguyên ở dạng thời gian, tần số, không gian, mã. Nói vấn đề giải quyết ở đây được hiểu là sự khám phá tài nguyên vốn có, tìm các giải pháp để khắc phục đối phó nhược điểm. Trên cơ sở tập các thông số đặc trưng, các tính chất, các nhược điểm hạn chế của môi trường truyền thông, nghiên cứu đưa ra các công nghệ, giải pháp kỹ thuật để sử dụng hiệu quả tài nguyên cũng như việc khắc phục các nhược điểm của môi trường truyền thông. Các cơ chế, các công nghệ thích ứng, phân bổ, cấp phát tài nguyên động, cơ chế điều khiển luồng, công nghệ IP, máy thu phát thông minh, vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDR, hệ thống vô tuyến khả tri là những minh họa điển hình cho vấn đề này, chẳng hạn dựa vào các đặc tính kênh trong các miền được xét, người ta đưa ra một số giải pháp công nghệ điển hình nhất như: Điều chế QAM thích ứng (AQAM); Mã hóa kênh thích ứng; Cân bằng kênh thích ứng; CDMA thích ứng; Chia sẽ mã động; Anten thích ứng; MIMO thích ứng; Phân bổ tài nguyên thích ứng trong các hệ thống OFDM (trên cơ sở các đặc tính kênh trong miền tần số, phân chia tài nguyên phổ tần của môi trường truyền và đưa ra các giải thuật cấp phát kênh con và phân bổ công suất cho các người dùng); Tạo búp sóng; Ghép kênh không gian .
Như vậy, từ lịch sử phát triển cũng như xu thế tất yếu của các hệ thống truyền thông thế hệ mới là sử dụng hiệu quả tài nguyên, đặc biệt là thông tin vô tuyến, các giải pháp nhằm tăng dung lượng truyền dẫn nhưng vẫn đảm bảo chất lượng, cũng như bài toán đảm bảo tính công bằng mềm dẻo trong việc phân bổ tài nguyên, bài toán phân bổ tài nguyên thích ứng và lập lịch động trong mạng viễn thông và nhân tố ảnh hưởng lên vấn đề phân bổ tài nguyên. Sự hội tụ và tích hợp các giải pháp kỹ thuật tiên tiến, tính khả thi nhờ các công nghệ như FPGA . Đề tài "Phân bổ tài nguyên thích ứng và lập lịch cho hệ thống vô tuyến thế hệ sau" nhằm góp phần cập nhật công nghệ mới và nâng cao tính học thuật, phục vụ công tác đào tạo Đại học, Sau Đại học cũng như công tác nghiên cứu khoa học.

Từ quan điểm nhìn nhận mô hình truyền tin ở dạng chức năng và hệ thống, các đặc tính kênh vô tuyến di động, cũng như mục tiêu của đề tài, đề tài được tổ chức và thực hiện trong 4 chương gồm:

Chương 1: Tổng quan về phân bổ tài nguyên và lập lịch trong thông tin vô tuyến;

Chương 2: Đặc tính kênh vô tuyến di động và ước tính kênh;

Chương 3: Phân bổ tài nguyên và lập lịch động cho đường xuống hệ thống CDMA20001xEV-DV;

Chương 4: Phân bổ tài nguyên thích ứng cho hệ thống MIMO-OFDM đa người dùng. Ngoài ra, chương trình mô phỏng được viết trên Matlab cũng giúp các cán bộ nghiên cứu, hiểu phương pháp mô phỏng, mở rộng phát triển cho mục đích nghiên cứu của mình về lĩnh vực này.


Nội dung Trang
Lời nói đầu . i
Mục lục . iii
Danh mục hình vẽ và bảng biểu v
Thuật ngữ . . ix
Chương 1: Tổng quan về phân bổ tài nguyên và lập lịch trong thông tin vô tuyến
1
1.1. Mở đầu . 1
1.2. Tài nguyên và thích ứng . 1
1.3. Phân bổ tài nguyên và lập lịch trong hệ thống thông tin vô tuyến 2
1.3.1. Phân bổ tài nguyên trong thông tin vô tuyến 2
1.3.2. Lập lịch truyền dẫn trong thông tin vô tuyến 8
1.4. Kết luận 9
Chương 2: Đặc tính kênh vô tuyến di động và ước tính kênh
10
2.1. Mở đầu . 10
2.2. Phân bố Rayleigh và Rice 14
2.2.1. Phân bố Rayleigh 14
2.2.2. Phân bố Rice . 17
2.3. Mô hình kênh phạm vi hẹp trong miền thời gian và tần số 19
2.3.1. Đáp ứng xung kim kênh (CIR) . 19
2.3.2. Mô hình kênh vô tuyến di động đa đường 19
2.3.3. Mô hình kênh vô tuyến di động phạm vi hẹp miền thời gian . 20
2.3.3.1. Mô hình kênh vô tuyến di động băng hẹp miền thời gian 20
2.3.3.2. Các thông số kênh miền thời gian . 23
2.3.4. Mô hình kênh trong miền tần số 25
2.3.4.1 Phổ công suất trễ (DPS) . 25
2.3.4.2. Các thông số kênh trong miền tần số 25
2.4. Phân loại phađinh phạm vi hẹp . . 26
2.5. Ước tính kênh MIMO-OFDM . 27
2.5.1. Mô hình hệ thống . . 28
2.5.2. Ước tính thành phần đa đường của kênh . 29
2.6. Kết luận 33
Chương 3: Phân bổ tài nguyên và lập lịch động cho đường xuống hệ thống CDMA20001xEV-DV 34
3.1. Mở đầu . 34
3.2. Bài toán phân bổ tài nguyên và lập lịch cho đường xuống của 1xEV-DV 34
3.2.1. Tối đa tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ trong đường xuống 35
3.2.2. Tối đa doanh thu . . 36
3.3. Mô hình hệ thống . 37
3.3.1. Quản lý tài nguyên trong đường xuống của 1xEV-DV . 40
3.3.2. Truyền tín hiệu hoa tiêu và thông tin phản hồi kênh đường xuống 41
3.3.3. Cập nhật CSI và thuật toán quản lý tài nguyên . 42
3.3.3.1. Bài toán phân bổ tài nguyên . 42
3.3.3.2. Bài toán lập lịch 44
3.3.3.3. Kết hợp bài toán lập lịch và bài toán phân bổ tài nguyên 46
3.4. Giải thuật phân bổ tài nguyên và lập lịch động cho đường xuống hệ thống CDMA2001xEV-DV 48
3.5. Kết luận 54
Chương 4: Phân bổ tài nguyên thích ứng cho hệ thống MIMO-OFDM đa người dùng 55
4.1. Mở đầu . 55
4.2. Phân bổ tài nguyên thích ứng trong hệ thống OFDM đa người dùng . 57
4.2.1. Mô hình hệ thống . . 57
4.2.2. Phân bố công suất và cấp phát kênh con tối ưu 59
4.2.3. Phân bố công suất và cấp phát kênh con cận tối ưu 60
4.2.3.1. Cấp phát kênh con cận tối ưu . . 61
4.2.3.2. Phân bố công suất tối ưu cho cấp phát kênh con cố định . 62
4.2.3.3. Sự hiện hữu của phương pháp phân bổ công suất . 66
4.2.3.4. Mức độ phức tạp . 67
4.2.4. Kết quả mô phỏng . 67
4.2.4.1. Hệ thống hai người dùng và mười kênh con . 67
4.2.4.2. So sánh theo công bằng tối đa . 68
4.2.4.3. So sánh theo dung lượng tổng tổng tối đa . 70
4.3. Dung lượng tổng của kênh quảng bá MIMO đa người dùng . 75
4.3.1. Mô hình hệ thống và cơ sở của chéo hoá khối 75
4.3.2 Dung lượng tổng của chéo hoá khối với lựa chọn anten thu 77
4.3.3 BD và DPC: Dung lượng tổng của tập các kênh cho trước . 79
4.3.4 BD và DPC: Dung lượng tổng ergodic trong các kênh pha đinh Rayleigh 81
4.3.4.1 Giới hạn dưới của dung lượng tổng ergodic theo BD . 81
4.3.4.2 Giới hạn trên đối với dung lượng tổng ergodic của DPC . 83
4.3.4.3 Giới hạn trên dung lượng tổng ergodic của DPC theo BD 83
4.3.5 Kết quả . 84
4.4. Thuật toán lựa chọn người dùng cho hệ thống MIMO đa người dùng 88
4.4.1 Mô hình hệ thống 89
4.4.2 Thuật toán lựa chọn người dùng có độ phức tạp thấp 89
4.4.2.1 Thuật toán lựa chọn người dùng tựa tối ưu dựa vào dung lượng. 91
4.4.2.2 Thuật toán lựa chọn người dùng cận ưu dựa trên chuẩn Frobenius 92
4.4.3 Các kết quả mô phỏng . 93
4.5. Giải thuật và chương trình phô phỏng phân bổ tài nguyên thích ứng hệ thống MIMO-OFDM đa người dùng 95
4.6. Kết luận 101
Kết luận . 104
Tài liệu tham khảo 105
Phụ lục . 108