Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điện tử: Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:138

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xuất phát từ vấn đề khan hiếm phổ tần số khi số lượng các thiết bị, các thuê bao di động truy cập vào mạng ngày càng tăng, cùng với sự thiếu hụt năng lượng tại các trạm chuyển tiếp, nghiên cứu sinh đề xuất nghiên cứu mô hình hệ thống NOMA SWIPT chuyển tiếp hợp tác dựa vào cơ chế thực hiện EH và IP đồng thời tại trạm chuyển tiếp. Trong mô hình đề xuất, trạm chuyển tiếp sử dụng các giao thức PSR, TSR và DF.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điện tử: Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN QUÝ HỮU GIAO THỨC ĐA TRUY CẬP KHÔNG TRỰC GIAO CHO CÁC MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC THU THẬP NĂNG LƯỢNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2023.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN QUÝ HỮU GIAO THỨC ĐA TRUY CẬP KHÔNG TRỰC GIAO CHO CÁC MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC THU THẬP NĂNG LƯỢNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 62520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phan Văn Ca 2. TS. Viên Quốc Tuấn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7/2023.
Lý lịch cá nhân I. Thông tin cá nhân Họ và tên: TRẦN QUÝ HỮU Giới tính: Nam Ngày sinh: 15/11/1982 Nơi sinh: Quảng Ngãi II. Quá trình đào tạo Tốt nghiệp Đại học năm 2007, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM. Tốt nghiệp Cao học năm 2010, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM. Từ 10/2016 đến nay, Nghiên cứu sinh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM. III. Quá trình công tác Từ 10/2009 đến nay giảng viên của trường Đại học Công Nghiệp Tp. HCM. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 7 năm 2023. i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả, số liệu, hình vẽ được trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2023 Trần Quý Hữu ii
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, Khoa Điện–Điện tử và Phòng đào tạo đã tạo điều kiện cho tôi có cơ hội được tiếp tục học tập để nâng cao kiến thức chuyên môn.Thứ hai, tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy hướng dẫn luận án tiến sĩ, gồm PGS. TS Phan Văn Ca của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM và đồng hướng dẫn TS. Viên Quốc Tuấn của trường Đại học Mid- dlesex University London. Thứ ba, tôi đặc biệt cảm ơn quý Thầy/Cô Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức hữu ích để tôi có thể thực hiện tốt đề tài nghiên cứu của mình. Thứ tư, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM đã tạo điều kiện rất thuận lợi cho tôi được tiếp tục học tập, nâng cao trình độ chuyên môn. Thứ năm, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban chủ nhiệm Khoa và tập thể giảng viên Khoa CN. Điện tử, trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong công việc. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Ba mẹ, đã luôn động viên, an ủi, khích lệ từ hàng ngàn dặm xa để tôi vững tâm hoàn thành luận án của mình. Kính chúc quý Thầy Cô luôn luôn mạnh khỏe, công tác thật tốt, đạt được thật nhiều thành công trong sự nghiệp trồng người đầy vẻ vang của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2023 NCS thực hiện Trần Quý Hữu iii
TÓM TẮT Luận án này đã tích hợp các cơ chế đa truy cập, các giao thức thu thập năng lượng, chuyển tiếp phân chia theo công suất (PSR) và chuyển tiếp phân chia theo thời gian (TSR), giải mã và chuyển tiếp (DF) trong một hệ thống đa truy cập không trực giao truyền năng lượng và thông tin không dây đồng thời (SWIPT NOMA), có thể triển khai rộng rãi cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng (EH), các hệ thống mạng truyền thông không dây thế hệ thứ năm và các mạng thế hệ tiếp theo. Cụ thể, luận án nghiên cứu kỹ thuật NOMA, giao thức giải mã và chuyển tiếp (DF), thu thập năng lượng (EH) trong các hệ thống chuyển tiếp hợp tác truyền năng lượng và thông tin không dây đồng thời (SWIPT). Đầu tiên, một cơ chế NOMA bán song công (HD NOMA) được đề xuất cho hệ thống SWIPT để phân bổ công suất cho hai thiết bị người dùng. Một trong hai thiết bị người dùng này được dùng như một trạm chuyển tiếp để thực hiện cả việc EH và DF tín hiệu thu được. Cơ chế đề xuất sử dụng kiến trúc bộ thu chia công suất (PS). Bộ thu này có khả năng thực hiện EH và xử lý thông tin (IP) tại trạm chuyển tiếp. Hiệu suất của cơ chế đề xuất được phân tích thông qua xác suất dừng (OP), thông lượng và tốc độ trung bình. Cụ thể, các biểu thức toán học tường minh được tính cho OP ở cả hai thiết bị người dùng, trong khi các kết quả phân tích của thông lượng và tốc độ trung bình được tính cho các phương thức truyền giới hạn trễ (DLT) và truyền chấp nhận trễ (DTT) tương ứng. Kết quả từ mô phỏng cho chúng ta thấy rằng xác suất dừng, thông lượng và tốc độ trung bình đối với cơ chế NOMA được nâng cao khi so sánh với cơ chế đa truy cập trực giao (OMA). Hiệu suất năng lượng (EE) được tính cho hệ thống HD NOMA. Các kết quả từ mô phỏng cũng chỉ ra rằng NOMA đạt hiệu suất năng lượng vượt trội hơn OMA. iv
Tiếp theo, các giao thức PSR và TSR lần lượt được ứng dụng cho SWIP- T trong các mạng chuyển tiếp hợp tác truyền năng lượng không dây (CR- WPN) dựa vào hệ thống đa truy cập không trực giao chuyển tiếp hợp tác (CRNOMA). Mạng này bao gồm một trạm cơ sở và hai nút đích trong đó một nút đóng vai trò là trạm chuyển tiếp để giúp truyền thông giữa trạm cơ sở và nút xa hơn. Ngoài ra, giao thức DF được xem xét ở trạm chuyển tiếp trong hai phương thức truyền DLT và DTT. Trong phân tích hiệu năng hệ thống, các biểu thức toán học tường minh của OP, thông lượng, tốc độ trung bình và EE được tính toán cho các giao thức PSR và TSR với các phương thức DLT và DTT trong mạng CRWPN dựa vào CRNOMA. Hiệu năng của hệ thống được phân tích để đánh giá sự tác động của thời gian thực hiện EH, hiệu suất EH, tỉ số chia công suất, tốc độ dữ liệu nguồn và khoảng cách giữa các nút. Ngoài ra, tác động của các thông số này đến OP và tốc độ trung bình của hai thiết bị người dùng ở vùng SNR cao cũng được đánh giá. Kết quả của mô phỏng cho chúng ta thấy rằng hiệu năng của CRNOMA vượt trội so với OMA. So sánh hiệu năng giữa hai giao thức, giao thức TSR đạt thông lượng, tốc độ trung bình lớn hơn và hiệu suất năng lượng nhỏ hơn giao thức PSR. Nghiên cứu và đánh giá hiệu năng mạng với các khoảng cách khác nhau giữa trạm cơ sở và trạm chuyển tiếp cũng như so sánh giữa đường truyền trực tiếp và đường truyền qua trạm chuyển tiếp với các hệ số suy hao đường truyền không giống nhau được thực hiện. Cuối cùng, các biểu thức toán học tường minh của hiệu năng, tức là xác suất dừng, thông lượng, tốc độ trung bình và EE, được suy ra cho giao thức PSR với các phương thức DLT và DTT và liên kết trực tiếp. Hiệu năng của mô hình hệ thống với liên kết trực tiếp được so sánh với hiệu năng của C-NOMA chuyển tiếp cũng như so sánh giữa C-NOMA và OMA. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng C-NOMA có liên kết trực tiếp đạt được hiệu năng vượt trội so v
với C-NOMA chuyển tiếp và C-NOMA vượt trội hơn so với OMA. Tác động của các thông số nêu trên đến liên kết trực tiếp được đánh giá thông qua kết quả mô phỏng số để nhận ra những thay đổi của hiệu suất. Những tác động này là nền tảng để lựa chọn các tham số có các giá trị tương thích cho mô hình hệ thống, nhằm đạt được sự cân bằng giữa các điều khoản về hiệu suất cũng như giữa các thiết bị người dùng. vi
ABSTRACT This thesis has combined multiple access schemes, energy harvesting (EH), power splitting-based relaying, and time switching-based relaying (P- SR/TSR) protocols, as well as the decode-and-forward protocol (DF), in a si- multaneous wireless information and power transfer non-orthogonal multiple access (SWIPT NOMA) system. This system can be applied widely to enable EH in cooperative relay radio networks, fifth-generation, and next-generation wireless communication systems. Specifically, the thesis studies NOMA techniques, DF, and EH in SWIPT cooperative relay systems. In the first network model, a half-duplex NOMA (HD NOMA) scheme is suggested for the SWIPT system to allocate power for two users, one of which is considered a relay station that performs both EH and DF on the received signal. The suggested scheme makes use of a power splitting (PS) receiver architecture which enables both information process- ing and EH at the relay station. The performance of the suggested scheme is analyzed in terms of outage probability (OP), throughput and ergodic rate. Specifically, closed-form expressions are derived for the OP at both users, while the analytical results of the throughput and ergodic rate are obtained for DLT and DTT modes, respectively. It is shown that, with the NOMA adapta- tion, an improved outage performance is attained for a significantly increased throughput as well as ergodic rate at what time compared to the convention- al orthogonal multiple access (OMA). The energy efficiency (EE) is derived for the suggested HD NOMA systems. Our numerical results depict that the NOMA attains a upper EE performance than the conventional OMA. Second, PSR/TSR protocols are successively used for SWIPT in a CRNOMA based cooperative relaying wireless-powered networks (CRWPNs) contain- vii
ing a base station and two destination nodes among which one plays the role as a relay station to assist the communication between the base station and the far end nodes. Additionally, DF is considered at the relay station over two transmission modes, i.e. DLT and DTT. In system performance analysis, closed-form expressions of OP, throughput, ergodic rate and EE are derived for the PSR and TSR protocols with DLT and DTT modes in the CRNOMA-based CRWPNs. Next, the performance is an- alyzed to realize the impacts of EH time, EH efficiency, PS ratio, source data rate, and the distance between the nodes. Furthermore, the impacts of these parameters on the OP and ergodic rate of two users at high SNR regime are also evaluated. The simulation results demonstrate that the performance for CRNOMA outperforms that for OMA. For performance comparison between two protocols, the TSR achieves higher throughput, ergodic rate and EE than the PSR. The investigation and evaluation of performance metric versus dif- ferent distances between from the base station to relay station and comparison between direct and indirect links with different path losses are performed. In the last model, closed-form expressions of the performance, i.e., OP, through- put, ergodic rate and EE, are derived for the PSR protocol with DLT and DTT modes, and direct link. This performance of the system model with direct link is compared to that for C-NOMA indirect link and OMA. The simulation re- sults show that the C-NOMA with direct link achieves a better performance than that for the C-NOMA indirect link and OMA. The impacts of above mentioned parameters on the direct link are evaluated via the numerical sim- ulation results to realize the changes of the performance. These influences are the foundation for selecting parameters with appropriate values for the system model to strike a balance between performance and user device terms. viii
MỤC LỤC Lý lịch cá nhân . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i Lời cam đoan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii Lời cảm ơn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii Tóm tắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii Mục lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix Các ký hiệu khoa học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii Các từ viết tắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii Danh sách các hình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xviii Danh sách các bảng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix Chương 1: Mở đầu 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Mục đích và đối tượng nghiên cứu của đề tài . . . . . . . . . . 7 1.3. Phạm vi nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu . . . . . . . . . . 9 1.4.1. Hướng tiếp cận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài . . . . . . . . . . . . 12 1.6. Cấu trúc của Luận án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.7. Kết luận chương 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 ix
Chương 2: Cơ sở lý thuyết 16 2.1. Đa truy cập không trực giao NOMA . . . . . . . . . . . . . . 16 2.1.1. Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.1.2. Phân loại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.3. NOMA đường xuống . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.1.4. Thu thập năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2. Cơ sở toán học của luận án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2.1. Tín hiệu phát và thu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2.2. Thực hiện EH tại trạm chuyển tiếp . . . . . . . . . . . 37 2.2.3. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) . . . . . . . . . . . . . 40 2.2.4. Tiêu chí đánh giá hiệu năng . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.2.5. Kết luận chương 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Chương 3: Mô hình hệ thống 46 3.1. Trường hợp thứ nhất: Có vật cản giữa trạm gốc và nút đích. . . 46 3.1.1. Thu thập năng lượng và xử lý thông tin tại D1 . . . . . . 47 3.2. Trường hợp thứ hai: Không có vật cản giữa trạm gốc và nút đích. 52 3.2.1. Thực hiện EH tại D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.2.2. Xử lý thông tin tại D1 và D2 . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.3. Kết luận chương 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Chương 4: Phân tích hiệu năng 57 4.1. Phân tích hiệu năng của trường hợp 1 . . . . . . . . . . . . . 57 4.1.1. Xác suất dừng tại D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.1.2. Xác suất dừng tại D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.1.3. Thông lượng đối với phương thức truyền giới hạn trễ . . 59 4.1.4. Tốc độ trung bình đối với phương thức truyền chấp nhận trễ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 x
4.1.5. Loại bỏ can nhiễu liên tiếp không hoàn hảo . . . . . . . 61 4.2. Phân tích hiệu năng của trường hợp 2 . . . . . . . . . . . . . 62 4.2.1. Xác suất dừng tại D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.2.2. Xác suất dừng tại D2 cho liên kết qua chuyển tiếp . . . . 62 4.2.3. Xác suất dừng tại D2 cho cả liên kết qua chuyển tiếp và liên kết trực tiếp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.2.4. Thông lượng cho phương thức DLT . . . . . . . . . . . 64 4.2.5. Tốc độ trung bình đối với phương thức DTT . . . . . . 65 4.2.6. Hiệu suất năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.3. Kết luận chương 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Chương 5: Kết quả thực hiện 68 5.1. Kết quả mô phỏng và thảo luận cho trường hợp 1 . . . . . . . 68 5.2. Kết quả mô phỏng và thảo luận cho trường hợp 2 . . . . . . . 78 5.2.1. Xác suất dừng đối với SNR và β . . . . . . . . . . . . . 79 5.2.2. Thông lượng và tốc độ trung bình đối với SNR và β . . 81 5.2.3. Hiệu suất năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển 86 6.1. Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 6.2. Hướng phát triển . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Danh mục các công trình đã công bố . . . . . . . . . . . . . . . . 108 PHỤ LỤC xi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU h0 Hệ số kênh phức của S → D2 h1 Hệ số kênh phức của S → D1 h2 Hệ số kênh phức của D1 → D2 |h0 |2 Độ lợi công suất của S → D2 |h1 |2 Độ lợi công suất của S → D1 |h2 |2 Độ lợi công suất của D1 → D2 PS Công suất phát tại S Pr Công suất phát tại D1 E {.} Toán tử kỳ vọng E[|h0 |2 ] = Ω0 Kỳ vọng của hệ số kênh phức của S → D2 E[|h1 |2 ] = Ω1 Kỳ vọng của hệ số kênh phức của S → D1 E[|h2 |2 ] = Ω2 Kỳ vọng của hệ số kênh phức của D1 → D2 N0 Mật độ công suất nhiễu AWGN K ∑ xi Tổng của tất cả các phân tử xi với i = {1, 2,..., m} i=1 ∞ e−µx dx Ei (.) Hàm tích phân mũ, 0 x+β = −eβ µ Ei (−µβ ) , [|arg β | < π, Reµ > 0, [86, §3.352.4] β ∞ − 4x −γx β K1 (.) Hàm Bessel mở rộng bậc 1 của dạng thứ 2, 0 e dx= γ K1 ( β γ), [86, §3.324.1] ∆ = Phép toán định nghĩa β Tỷ lệ chia công suất α Hệ số phân chia thời gian η Hiệu suất chuyển đổi năng lượng ∆ PS ρ= N0 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) Pr (.) Toán tử xác suất F (.) Hàm phân phối xác suất F (x) = Pr (x < X) , x ∈ ℜ T Tổng khối thời gian a1 Hệ số chia công suất cho tín hiệu x1 a2 Hệ số chia công suất cho tín hiệu x2 ψI Hệ số xử lý thông tin ψE Hệ số thu thập năng lượng R1 Tốc độ mục tiêu để phát hiện tín hiệu x1 R2 Tốc độ mục tiêu để phát hiện tín hiệu x2 R Tổng thông lượng mạng m Hệ số mũ suy hao đường truyền xii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên đầy đủ tiếng Anh Tên đầy đủ tiếng Việt nG The nth generation network Mạng thế hệ thứ n The 3rd Generation Partnership 3GPP Dự án hợp tác thế hệ thứ 3 Project AF Amplify-And-Forward Khuếch đại và chuyển tiếp AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gaussian trắng cộng Hệ thống điện thoại AMPS Advanced Mobile Phone System di động tiên tiến BS Base Station Trạm gốc BPCU Bits Per Channel Use Bit/sử dụng kênh CA Carrier Aggregation Kết hợp sóng mang CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã Cooperative Đa truy cập không trực giao C NOMA Non-Orthogonal Multiple Access hợp tác CRAN Cloud Radio Access Netwok Mạng truy cập vô tuyến đám mây Cooperative Relaying Đa truy cập không trực giao CR NOMA Non-Orthogonal Multiple Access chuyển tiếp hợp tác Cooperative Relaying Wireless Mạng năng lượng không dây CRWPN Powered Network chuyển tiếp hợp tác CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh DF Decode-And-Forward Giải mã và chuyển tiếp DLT Delay Limited Transmission Truyền giới hạn trễ DTT Delay Tolerant Transmission Truyền chấp nhận trễ EDGE Enhanced Data GSM Evolution Công nghệ 2.75G EE Energy Efficiency Hiệu suất năng lượng EH Energy Harvesting Thu thập năng lượng EM Electromagnetic Điện từ trường EC Ergodic Rate Tốc độ trung bình Đa truy cập FDMA Frequency Division Multiple Access phân chia theo tần số GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung xiii
Global System of Hệ thống thông tin GSM Mobile Communnication di động toàn cầu High Altitude Stratospheric HAPS Trạm HAPS Platform Stations Heterogeneous Cloud Mạng truy cập vô tuyến H-CRAN Radio Access Networks đám mây không đồng nhất Half-Duplex Đa truy cập không trực giao HD NOMA Non Orthogonal Multiple Access bán song công ICI Inter – Cell Interference Nhiễu liên tế bào IDMA Interleave-Division Multiple Access Đa truy cập phân chia xen kẽ Imperfect Successive Interference Loại bỏ can nhiễu Imperfect SIC Cancellation liên tiếp không hoàn hảo IP Information Processing Xử lý thông tin LPMA Lattice Partition Multiple Access Đa truy cập phân vùng mạng LTE Long Term Evolution Mạng tiến hóa dài LTE MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy cập MIMO Multi Input Multi Output Nhiều ngõ vào nhiều ngõ ra Đa truy cập chia sẻ MUSA Multiuser Shared Multiple Access nhiều người dùng Truyền chồng vị trí MUST Multiuser Superposition Transmission nhiều người dùng NOMA Non Orthogonal Multiple Access Đa truy cập không trực giao NR New Radio Vô tuyến mới Điều chế đa sóng mang OFDM Orthogonal Frequency Division Modulation trực giao OMA Orthogonal Multiple Access Đa truy cập trực giao OP Outage Probability Xác suất dừng PA Power Allocation Phân bổ công suất Đa truy cập PDMA Pattern Division Multiple Access phân chia theo mẫu Perfect Successive Interference Loại bỏ can nhiễu Perfect SIC Cancellation liên tiếp hoàn hảo Chuyển tiếp phân chia theo PSR Power Splitting-Based Relaying công suất xiv
Mạng điện thoại chuyển PSTN Public Switched Telephone Network mạch công cộng RAN Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến Đơn vị chuyển đổi từ Radio Frequency To RFBCU băng tần số vô tuyến Baseband Conversion Unit sang băng tần số cơ sở RFID Radio-Frequency Identification Nhận dạng tần số vô tuyến điện SC Superposition Coding Mã hóa xếp chồng SCMA Sparse Code Multiple Access Đa truy cập mã thưa thớt SIC Successive Interference Cancellation Loại bỏ can nhiễu liên tiếp SISO Single Input Single Output Đơn ngõ vào đơn ngõ ra SE Spectrum Efficiency Hiệu suất phổ Simultaneous Wireless Information Truyền năng lượng và thông tin SWIPT and Power Transfer không dây đồng thời Đa truy cập phân chia TDMA Time Division Multiple Access theo thời gian Chuyển tiếp phân chia theo TSR Time Switching-Based Relaying thời gian WET Wireless Energy Transfer Truyền năng lượng không dây Truyền thông không dây dựa vào WPC Wireless Powered Communication thu thập năng lượng WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây xv
DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Phân loại NOMA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Hình 2.2 NOMA áp dụng SIC ở phía thu trong đường xuống. . . . . . . 23 Hình 2.3 Ví dụ cơ chế đường xuống NOMA với hai thiết bị người dùng UE1 và UE2 và một sóng mang con. . . . . . . . . . . . . . . 24 Hình 2.4 Minh họa mô hình hệ thống của mạng NOMA hợp tác. . 25 Hình 2.5 Các trạm chuyển tiếp giúp chuyển tiếp thông tin thực hiện EH và lưu trữ vào pin để giúp truyền thông hợp tác giữa trạm gốc và nút đích. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Hình 2.6 NOMA đường xuống cho K thiết bị người dùng. . . . . . . . . 27 Hình 2.7 Mô hình mạng SWIPT và cấu trúc bộ thu. . . . . . . . 31 Hình 2.8 Minh họa cấu trúc của bộ thu phát cho SWIPT. . . . . 31 Hình 2.9 Mô hình WPCN và giao thức thu thập sau đó phát [68]. . . . 32 Hình 2.10 Mô hình thực hiện EH và truyền thông tin đồng thời ứng dụng NOMA hợp tác dựa vào cơ chế SWIPT. . . . . . . . . . . . . 34 Hình 2.11 Sơ đồ khối của bộ EH phân bổ công suất. . . . . . . . . . 35 Hình 2.12 Sơ đồ khối bộ EH chuyển mạch thời gian. . . . . . . . . . . . 36 Hình 2.13 (a) Mô hình truyền nhận dữ liệu từ bộ phát của nguồn đến bộ thu của trạm chuyển tiếp, (b) mô hình bộ thu năng lượng tại trạm chuyển tiếp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Hình 2.14 Giao thức PSR (a) Sơ đồ khối truyền thông thu thập năng lượng và xử lý thông tin tại trạm chuyển tiếp, (b) Sơ đồ khối của bộ thu tại trạm chuyển tiếp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 xvi
Hình 2.15 Giao thức PSR (a) mô tả các thông số chính để thu thập năng lượng và xử lý thông tin tại trạm chuyển tiếp, (b) Sơ đồ khối của bộ thu tại trạm chuyển tiếp. . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Hình 2.16 Hệ thống OMA với hai thiết bị người dùng và hệ số chia công suất. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Hình 3.1 Mô hình hệ thống với một trạm gốc và hai thiết bị người dùng có vật cản giữa S và D2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Hình 3.2 Giao thức PSR của hệ thống thực hiện EH. . . . . . . . . 47 Hình 3.3 Giao thức TSR của hệ thống thu thập năng lượng. . . . . 49 Hình 3.4 Mô hình hệ thống với một trạm gốc và hai thiết bị người dùng không có vật cản giữa S và D2. . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Hình 5.1 OP theo SNR đối với (a) giao thức PSR, (b) giao thức TSR, (c) các giao thức PSR và TSR, (d) so sánh OP giữa công việc thực hiện với công việc [85]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Hình 5.2 OP theo các hệ số EH đối với (a) giao thức PSR, (b) giao thức TSR và (c) các giao thức PSR và TSR. . . . . . . . . . . . . . 71 Hình 5.3 Thông lượng của hai thiết bị người dùng với β = α đối với (a) giao thức PSR, (b) giao thức TSR và (c) các giao thức PSR và TSR. . . 72 Hình 5.4 Tốc độ trung bình của hai thiết bị người dùng với β =α đối với (a) giao thức PSR, (b) giao thức TSR và (c) các giao thức PSR và TSR. 73 Hình 5.5 Hiệu suất năng lượng của hai thiết bị người dùng đối với (a) giao thức PSR, (b) giao thức PSR với các cặp hệ số (a1, a2) khác nhau (c) giao thức TSR và (d) các giao thức PSR và TSR. 75 Hình 5.6 OP với SNR và các giá trị khác nhau của m. . . . . . . . 76 Hình 5.7 OP theo SNR và các giá trị d khác nhau. . . . . . . . . . 76 xvii
Hình 5.8 So sánh OP tại D1 theo SNR trong các trường hợp perfect SIC và imperfect SIC x2 với các giá trị κ khác nhau. . . . . . . . . 77 Hình 5.9 OP của hai thiết bị người dùng đối với SNR truyền trong các trường hợp không có liên kết trực tiếp và có liên kết trực tiếp. . 80 Hình 5.10 OP của hai thiết bị người dùng đối với β trong các trường hợp có không có liên kết trực tiếp và có liên kết trực tiếp. . . . . . 81 Hình 5.11 Thông lượng của hai thiết bị người dùng đối với β trong các trường hợp không có liên kết trực tiếp và có liên kết trực tiếp. . 82 Hình 5.12 Tốc độ trung bình của hai thiết bị người dùng đối với β trong các trường hợp không có liên kết trực tiếp và có liên kết trực tiếp. 83 Hình 5.13 EE của hai thiết bị người dùng cho giao thức PSR trong các trường hợp không có liên kết trực tiếp và có liên kết trực tiếp. . . . . 84 xviii