Luận văn thạc sĩ về phân tập đa người dùng trong hệ thống OFDM

• Tác giả: Lê Thuận Mười
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Viết Kính
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
• Đề tài: Phân Tập Đa Người Dùng Trong Hệ OFDM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM PHÂN TẬP VÀ KỸ THUẬT PHÂN TẬP ĐA NGƯỜI DÙNG
• 1.1. Hiện tượng fading đa đường
• 1.2. Kênh truyền fading phẳng
• 1.3. Kênh fading chọn lọc tần số
• 1.4. Kênh fading nhanh
• 1.5. Kênh fading chậm
• 1.6. Kênh truyền Rayleigh
• 1.7. Kênh truyền Rice
• 1.8. Khái niệm phân tập
• 1.8.1. Phân tập thời gian
• 1.8.2. Phân tập tần số
• 1.8.3. Phân tập không gian
• 1.8.4. Các loại phân tập không gian
• 1.8.5. Phân tập thu
• 1.8.6. Phân tập phát
• 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Tính hiệu trực giao về toán học
• 2.3. Sơ đồ hệ thống OFDM
• 2.4. Các kỹ thuật cơ bản trong OFDM
• 2.5. Các kỹ thuật điều chế trong OFDM
• 2.6. Tạo sóng mang con sử dụng IFFT
• 2.7. Khoảng bảo vệ và tiến tố lặp
• 2.8. Đồng bộ và ước đoán kênh
• 2.9. Chọn các thông số OFDM
• 2.10. Đặc tính của OFDM
• 2.11. Ứng dụng thực tế
• 2.12. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ THUẬT TOÁN LẬP LỊCH DÙNG TRONG HỆ OFDM, ĐA NGƯỜI DÙNG
• 3.1. Thuật toán Round Robin
• 3.2. Thuật toán Max Rate
• 3.3. Thuật toán lập lịch công bằng tỷ lệ
• 3.4. Thuật toán PFS cho trường hợp đa sóng mang, đa người dùng
• 3.5. Thông số tc
• 3.6. Thuật toán Rate-Craving Greedy
• 3.7. Thuật toán cấp tài nguyên (BABS)
• 3.8. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG
• 4.1. Mục đích mô phỏng
• 4.2. Kịch bản mô phỏng
• 4.3. Thông số mô phỏng
• 4.4. Kết quả mô phỏng
• 4.5. Thông số mô phỏng
• 4.6. Kết quả mô phỏng
• 4.7. Thông số mô phỏng
• 4.8. Kết quả mô phỏng
• 4.9. Kết luận chương
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Khái niệm phân tập và kỹ thuật phân tập đa người dùng

Nghiên cứu về phân tập đa người dùng trong hệ thống OFDM bắt đầu với việc hiểu rõ hiện tượng fading đa đường. Fading đa đường xảy ra do tín hiệu RF bị phản xạ và tán xạ bởi các vật cản trong môi trường, dẫn đến sự thay đổi cường độ tín hiệu tại máy thu. Các loại kênh truyền như kênh fading phẳng và kênh fading chọn lọc tần số được phân tích để làm rõ cách thức hoạt động của chúng trong môi trường vô tuyến. Kênh fading phẳng giữ nguyên đặc tính phổ của tín hiệu, trong khi kênh fading chọn lọc tần số gây ra nhiễu do sự thay đổi cường độ và pha của tín hiệu. Việc phân loại kênh thành fading nhanh và fading chậm cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến cách mà tín hiệu được truyền và nhận. Kênh truyền Rayleigh và Rice được đề cập như là các mô hình thống kê cho sự thay đổi tín hiệu trong môi trường di động. Từ đó, khái niệm phân tập được giới thiệu như một kỹ thuật quan trọng nhằm cải thiện độ tin cậy của kênh truyền mà không cần tăng công suất phát.

1.1 Hiện tượng fading đa đường

Hiện tượng fading đa đường là một trong những thách thức lớn trong truyền thông không dây. Tín hiệu RF khi truyền qua kênh sẽ bị ảnh hưởng bởi các vật cản, dẫn đến sự phản xạ và tán xạ. Điều này tạo ra nhiều bản sao của tín hiệu đến máy thu, gây ra sự thay đổi cường độ và chất lượng tín hiệu. Kênh fading phẳng và fading chọn lọc tần số được phân tích để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của chúng trong môi trường vô tuyến. Kênh fading phẳng giữ nguyên đặc tính phổ của tín hiệu, trong khi kênh fading chọn lọc tần số gây ra nhiễu do sự thay đổi cường độ và pha của tín hiệu. Việc phân loại kênh thành fading nhanh và fading chậm cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến cách mà tín hiệu được truyền và nhận.

1.2 Khái niệm phân tập

Phân tập là một kỹ thuật quan trọng trong truyền thông không dây, giúp cải thiện độ tin cậy của kênh truyền mà không cần tăng công suất phát. Kỹ thuật này yêu cầu nhiều bản sao tín hiệu tại nơi thu, tất cả cùng mang một thông tin nhưng có sự tương quan rất nhỏ trong môi trường fading. Sự kết hợp hợp lý của các phiên bản khác nhau sẽ làm giảm ảnh hưởng của fading và cải thiện độ tin cậy của đường truyền. Có nhiều cách để thu được phân tập như phân tập thời gian, phân tập tần số và phân tập không gian. Mỗi loại phân tập có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn loại phân tập phù hợp là rất quan trọng trong thiết kế hệ thống truyền thông.

II. Kỹ thuật OFDM

Kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một trong những công nghệ tiên tiến trong truyền thông không dây. OFDM cho phép chia sẻ băng thông rộng thành nhiều kênh con, giúp giảm thiểu hiện tượng fading và tăng cường khả năng chống nhiễu. Tính hiệu trực giao về toán học của OFDM giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp giữa các kênh. Sơ đồ hệ thống OFDM được trình bày rõ ràng, cho thấy cách thức hoạt động của các kỹ thuật điều chế và tạo sóng mang con sử dụng IFFT. Đặc tính của OFDM cho phép ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ truyền thông di động đến truyền hình số. Việc đồng bộ và ước đoán kênh cũng là những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng truyền thông.

2.1 Giới thiệu chung về OFDM

OFDM là một kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, cho phép truyền tải dữ liệu qua nhiều kênh con. Kỹ thuật này giúp giảm thiểu hiện tượng fading và tăng cường khả năng chống nhiễu. Tính hiệu trực giao của OFDM cho phép các kênh con hoạt động đồng thời mà không gây ra sự can thiệp lẫn nhau. Điều này làm cho OFDM trở thành một giải pháp lý tưởng cho các hệ thống truyền thông hiện đại, đặc biệt là trong môi trường có nhiều nhiễu và biến đổi. Sơ đồ hệ thống OFDM được thiết kế để tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và đảm bảo chất lượng tín hiệu.

2.2 Các kỹ thuật cơ bản trong OFDM

Các kỹ thuật cơ bản trong OFDM bao gồm điều chế, tạo sóng mang con và đồng bộ. Việc sử dụng IFFT để tạo sóng mang con là một trong những điểm nổi bật của OFDM, giúp giảm thiểu độ phức tạp trong quá trình truyền tải. Đồng bộ và ước đoán kênh cũng là những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng truyền thông. Các thông số OFDM như khoảng bảo vệ và tiến tố lặp cũng được đề cập, cho thấy tầm quan trọng của chúng trong việc cải thiện hiệu suất hệ thống. Đặc tính của OFDM cho phép ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ truyền thông di động đến truyền hình số.

III. Một số thuật toán lập lịch dùng trong hệ OFDM đa người dùng

Thuật toán lập lịch là một phần quan trọng trong việc quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống OFDM đa người dùng. Các thuật toán như Round Robin, Max Rate và PFS (Proportional Fair Scheduling) được phân tích để đánh giá hiệu quả của chúng trong việc phân bổ tài nguyên cho các người dùng khác nhau. Mỗi thuật toán có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn thuật toán phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng. Kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt trong hiệu suất giữa các thuật toán, từ đó đưa ra những nhận xét và đề xuất cho việc cải thiện hiệu suất hệ thống.

3.1 Thuật toán Round Robin

Thuật toán Round Robin là một trong những phương pháp đơn giản và hiệu quả trong việc phân bổ tài nguyên cho các người dùng trong hệ thống OFDM. Phương pháp này đảm bảo rằng mỗi người dùng đều nhận được một khoảng thời gian sử dụng tài nguyên công bằng. Tuy nhiên, thuật toán này có thể không tối ưu trong các tình huống có sự khác biệt lớn về yêu cầu dịch vụ giữa các người dùng. Việc phân tích hiệu suất của thuật toán Round Robin cho thấy rằng nó có thể dẫn đến sự không công bằng trong việc phân bổ tài nguyên, đặc biệt là trong các môi trường có nhiều người dùng với yêu cầu khác nhau.

3.2 Thuật toán Max Rate

Thuật toán Max Rate tập trung vào việc tối ưu hóa thông lượng cho người dùng có yêu cầu cao nhất. Phương pháp này cho phép người dùng có chất lượng dịch vụ tốt hơn, nhưng có thể dẫn đến sự không công bằng cho những người dùng khác. Việc phân tích hiệu suất của thuật toán Max Rate cho thấy rằng nó có thể cải thiện đáng kể thông lượng tổng của hệ thống, nhưng cũng cần phải cân nhắc đến sự công bằng trong việc phân bổ tài nguyên. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng thuật toán này có thể hoạt động hiệu quả trong các tình huống có sự khác biệt lớn về yêu cầu dịch vụ giữa các người dùng.

IV. Mô phỏng

Mô phỏng là một công cụ quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của các thuật toán lập lịch trong hệ thống OFDM đa người dùng. Các kịch bản mô phỏng được thiết kế để kiểm tra hiệu suất của các thuật toán trong các điều kiện khác nhau. Thông số mô phỏng như số lượng người dùng, yêu cầu dịch vụ và điều kiện kênh được điều chỉnh để đánh giá tác động của chúng đến hiệu suất hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các thuật toán, từ đó đưa ra những nhận xét và đề xuất cho việc cải thiện hiệu suất hệ thống.

4.1 Kịch bản mô phỏng

Kịch bản mô phỏng được thiết kế để kiểm tra hiệu suất của các thuật toán lập lịch trong hệ thống OFDM đa người dùng. Các thông số như số lượng người dùng, yêu cầu dịch vụ và điều kiện kênh được điều chỉnh để đánh giá tác động của chúng đến hiệu suất hệ thống. Việc lựa chọn kịch bản mô phỏng phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo rằng các kết quả thu được có thể phản ánh chính xác hiệu suất thực tế của hệ thống.

4.2 Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các thuật toán lập lịch trong việc phân bổ tài nguyên cho các người dùng khác nhau. Các thông số như thông lượng tổng, tỷ lệ lỗi bit và độ công bằng được phân tích để đánh giá hiệu suất của từng thuật toán. Kết quả cho thấy rằng một số thuật toán có thể hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện nhất định, từ đó đưa ra những nhận xét và đề xuất cho việc cải thiện hiệu suất hệ thống.