Chương 4 Quản lý giao thoa trong mạng thông tin di động đa tế bào 67
4.3 Quản lý giao thoa trong hệ thống đa tế bào - đa người dùng với điều kiện CSI không hoàn hảo
4.3.3 Kết quả mô phỏng và thảo luận
Phần này trình bày các kết quả mô phỏng để đánh giá phương pháp đề xuất so với các phương pháp khác. Xét mạng thông tin vô tuyến đa tế bào với tế bào hình lục giác được mô tả như trên Hình 4.10. Khoảng cách giữa các BS là 2Km. Trong mỗi tế bào, các MS phân bố đều xung quanh BS trong dải bán kính từ 100 đến 1000m. Các ma trận kênh được chọn theo suy hao đường
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 ã106
N = 2, d= 1
[49] với số vòng lặp
tính nhân tử Lagrange khác nhau
Số anten phát tại BSl (Ml)
Độphứctạp
niter= 20 niter= 10 niter= 5 niter= 1
Thuật toán 4.2
Hình 4.7: So sánh độ phức tạp trong hệ thống đa tế bào đơn người dùng theo số anten phát tại BS-l (Ml =M, Nl =N, dl =d với l= 1,2,3).
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 ã106
Số anten phát tại BSl (Ml)
Độphứctạp
niter= 20 niter= 10 niter= 5 niter= 1
Thuật toán 4.2
K= 4, N = 2, d= 1
[52], [53], [54] với số vòng lặp tính nhân tử Lagrange khác nhau
Hình 4.8: So sánh độ phức tạp trong hệ thống đa tế bào đa người dùng theo số anten phát tại BSl (Ml =M, Kl =K, Nl =N, dl =d với l = 1,2,3).
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0
1 2 3 4 5 6 7 ã105
Số anten phát tại BSl (Ml)
Độphứctạp
niter= 20 niter= 10 niter= 5 niter= 1
Thuật toán 4.2
K= 4, N = 2, d= 1
[50] với số vòng lặp
tính nhân tử Lagrange khác nhau
Hình 4.9: Độ phức tạp của thuật toán đề xuất so với [50] theo số anten phát tại BSl (Ml =M, Kl =K, Nl =N, dl =d với l = 1,2,3).
truyền phụ thuộc khoảng cách L = −20 log10(4πdc
0fc) + 10nlog10(d0d ) +Lln , với c= 3×108 m/s là tốc độ ánh sáng trong không gian, fc(= 1.5 MHz) là tần số sóng mang,d0(= 100m) là khoảng cách tham chiếu, n = 3 biểu thị hệ số mũ suy hao đường truyền, 10 log10(Lln) là giá trị ngẫu nhiên phân bố Gaussian thực có kỳ vọng bằng không và độ lệch chuẩn bằng 8 tính theo hiện tượng che khuất Log-Normal [7]. Các hiệu năng là BER và tốc độ tổng được đánh giá cho cả 3 tế bào bằng cách tính trung bình qua 1000 lần mô phỏng. Công suất tín hiệu được chuẩn hoá nên SNR được tính là SN R = σ12. Số luồng dữ liệu được phát cho mỗi MS được thiết lập trong mô phỏng là d= 2 [111].
Hình 4.11 biểu diễn tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đơn người dùng CSI hoàn hảo với cấu hình hệ thống (K1 =K2 =K3 = 1, L = 3) với ràng buộc công suất phát toàn BS. Trong hình, thuật toán 4.2, [49] và [51] có tốc độ tổng là như nhau. Điều này là bởi xét về hệ thống đa tế bào - đơn người dùng, thuật toán 4.2 là trường hợp tổng quan của cả hai thuật toán trên.
Khi xét đến ảnh hưởng của CSI không hoàn hảo, Hình 4.12 biểu diễn hiệu năng của thiết kế “robust” và “non-robust” của Thuật toán 4.2 và [49]. Đường a và b là biểu diện tốc độ tổng của Thuật toán 4.2 và [49] trong thiết kế “robust”
(sử dụng sai số ước lượng). Đường c và d biểu diễn tốc độ tổng của Thuật toán 4.2 và [49] trong thiết kế “non-robust” (không sử dụng sai số ước lượng kênh).
BS-1
BS-2 BS-3
MS4
d2,1,4 d3,1,4
d1,1,4
MS2
MS3
MS5
MS1
Hình 4.10: Hệ thống 3 tế bào đa người dùng
0 5 10 15 20 25 30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
L= 3, Kl= 1, Ml= 8, Nl,k= 4, l= 1, .., L, k= 1, .., Kl
L= 3, Kl= 1, Ml= 6, Nl,k= 6, l= 1, .., L, k= 1, .., Kl
SNR (dB)
Tốcđộtổng(bits/s/Hz)
[51]
[49]
Thuật toán đề xuất
Hình 4.11: Tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đơn người dùng với CSI hoàn hảo
Việc thực hiện mô phỏng “non-robust” trong phần này đơn giản bằng cách cho σ2h = 0 trong (4.60) và (4.76) ở bước 4 và 5 trong Thuật toán 4.2. Như mong đợi, việc sử dụng thông tin thống kê của CSI không hoàn hảo trong thiết kế có hiệu năng cao hơn là không sử dụng sai số ước lượng kênh.
Trong hệ thống đa tế bào - đa người dùng (L= 3, K1 =K2 =K3 = 2) với CSI không hoàn hảo, Hình 4.13 biểu diễn tốc độ tổng của Thuật toán 4.2 khi:
sử dụng thông tin thống kê của lỗi ước lượng kênh (thiết kế robust) và bỏ qua
0 5 10 15 20 25 30 0
2 4 6 8 10 12 14 16
robust
non-robust L= 3, Kl= 1, Ml= 6, Nl,k= 6,
l= 1, .., L, k= 1, .., Kl
σ2h= 0.04
SNR (dB)
Tốcđộtổng(bits/s/Hz)
a: [49] (robust)
b: Thuật toán đề xuất (robust) c: [49] (non-robust)
d: Thuật toán đề xuất (non-robust)
0 5 10 15 20 25 30
0 2 4 6 8 10 12 14 16
robust
non-robust
L = 3, Kl = 1, Ml = 6, Nl,k = 6 ,
l = 1, .., L, k = 1, .., Kl σh2 = 0.04
SNR (dB)
T ố c độ tổng (bi ts/s/ H z)
a: [49] (robust)
b: Thuật toán đề xuất (robust) c: [49] (non-robust)
d: Thuật toán đề xuất (non-robust)
Hình 4.12: Tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đơn người dùng khi CSI không hoàn hảo
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 20
30 40 50 60 70 80 90
L= 3, Kl= 2, Ml= 8, Nl,k= 4, l= 1, .., L, k= 1, .., Kl
σ2h
Tốcđộtổng(bits/s/Hz)
Robust Non-robust
Hình 4.13: Tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đa người dùng khi CSI không hoàn hảo.
thông tin này (thiết kế non-robust bằng cách cho σh2 = 0 trong (4.60) và (4.76) ở bước 4 và 5 trong Thuật toán 4.2). Ta thấy rằng, khoảng cách giữa thiết kế robust và non-robust tăng khi mức lỗi ước lượng σh2 tăng.
Tính hội tụ của thuật toán đề xuất được biểu diễn trong Hình 4.14 với các cấu hình hệ thống 3 tế bào như sau: Kl = 1, Ml = 6, Nl,k = 6 và Kl = 2, Ml = 8, Nl,k = 4, với l = 1,2,3 và k = 1,2, ...Kl. Trên hình, ta thấy rằng thuật
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 5
6 7 8 9 10 11 12
L= 3, l= 1, .., L, k= 1, .., Kl,σh2= 0.05
Số vòng lặp
Tốcđộtổng(bits/s/Hz)
Kl= 1, Ml= 6, Nl,k= 6 Kl= 2, Ml= 8, Nl,k= 4
Hình 4.14: Tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đa người dùng, CSI không hoàn hảo của thuật toán đề xuất theo số vòng lặp thực hiện khi σh2 = 0.05. toán đề xuất hội tụ từ vòng lặp thứ 14.