Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu mạng truyền thông hợp tác di động băng rộng với điều kiện thông tin trạng thái kênh truyền không hoàn hảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG<br /> <br /> NGUYỄN HỒNG GIANG<br /> <br /> NGHIÊN CỨU MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC<br /> DI ĐỘNG BĂNG RỘNG VỚI ĐIỀU KIỆN THÔNG TIN<br /> TRẠNG THÁI KÊNH TRUYỀN KHÔNG HOÀN HẢO<br /> <br /> Chuyên ngành : Khoa học máy tính<br /> Mã số : 62.48.01.01<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> Đà Nẵng, Năm 2018<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại:<br /> ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN LÊ HÙNG<br /> PGS.TS. VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO<br /> <br /> Phản biện 1. PGS. TS. NGUYỄN TUẤN ĐỨC<br /> <br /> Phản biện 2: PGS. TS. HOÀNG MẠNH THẮNG<br /> <br /> Phản biện 3: PGS. TS. NGUYỄN VĂN CƯỜNG<br /> <br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Đà Nẵng họp tại:<br /> Đại học Đà Nẵng<br /> Vào hồi 14 giờ 00 ngày 4 tháng 11 năm 2017<br /> <br /> * Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng<br /> <br /> 1<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Bối cảnh nghiên cứu<br /> Ngày nay, công nghệ truyền thông không dây đã trở thành một phần<br /> thiết yếu của cuộc sống hàng ngày ở hầu hết các quốc gia trên thế giới.<br /> Các hệ thống truyền thông không dây phát triển rất nhanh nhằm đáp ứng<br /> những yêu cầu, đòi hỏi ngày càng cao và khắt khe hơn của người dụng<br /> như: sử dụng hiệu quả năng lượng và phổ tần; mở rộng phạm vi vùng<br /> phủ; gia tăng tốc độ truyền dẫn; cải thiện phẩm chất tín hiệu; nâng cao<br /> độ tin cậy và vững chắc các đường liên kết; giảm chi phí giá thành trong<br /> thiết kế và triển khai mạng.<br /> Tuy nhiên, tài nguyên phổ tần số vô tuyến ngày càng trở lên khan<br /> hiếm và đã được phân bổ, cấp phép cho các dịch vụ khác nhau, việc chia<br /> sẻ các dải phổ này là không được phép [1]1. Vô tuyến nhận thức<br /> (Cognitive radio) cần sử dụng một chính sách phổ cởi mở hơn [5, 6].<br /> Mạng vô tuyến nhận thức cho phép một người dùng không được cấp<br /> phép sử dụng tần số, người dùng thứ cấp Secondary User (SU) có thể<br /> truy nhập một hố phổ trống của một người dùng có phép sử dụng tần số,<br /> người dùng sơ cấp Primary User (PU). Nhờ vào đó, hiệu suất sử dụng<br /> phổ có thể được cải thiện đáng kể trong khi giảm được khoảng phổ<br /> trắng [3-13].<br /> Mặt khác, chất lượng của các hệ thống truyền thông không dây lại<br /> phụ thuộc bởi môi trường kênh truyền. Trong đó, hiện tượng pha-đinh,<br /> đặc biệt là hiện tượng pha-đinh đa đường gây ảnh hưởng nghiêm trọng<br /> đến chất lượng hệ thống. Để khắc phục những vấn đề này, kỹ thuật phân<br /> tập không gian truyền dẫn đa đầu vào đa đầu ra (MIMO: Multiple-Input<br /> Multiple-Output) đã được chứng minh là giải pháp mạnh mẽ, đầy tiềm<br /> năng [12], [ 21-28]. Với ưu điểm đó, MIMO được chọn lựa làm nền<br /> <br /> 1<br /> <br /> Số trích dẫn tài liệu tham khảo là số thứ tự trong Mục Tài liệu tham khảo của luận án.<br /> <br /> 2<br /> <br /> tảng cho nhiều chuẩn vô tuyến như Wireless Local Area Network<br /> (WLAN) IEEE 802.11, WiMAX IEEE 802.16, các chuẩn thông tin di<br /> động 3G, 4G như 3GPP LTE (Long Term Evolution)/LTE Advanced,<br /> 3GPP2 UMB (Ultra Mobile Broadband). Chuẩn WLAN 802.11n đã<br /> được phê chuẩn và thương mại hóa [30].<br /> Bên cạnh đó, phương thức truyền dẫn truyền thông hợp tác 2 [18,<br /> 32- 38], đang là giải pháp khả thi cho các bài toán mở rộng vùng phủ,<br /> nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cũng như tính bền vững của hệ<br /> thống. Gần đây, sự kết hợp giữa kỹ thuật chuyển tiếp hợp tác và vô<br /> tuyến nhận thức cho phép tạo nên các hệ thống truyền thông hợp tác<br /> khác nhau và đây cũng đang là một xu thế nghiên cứu của các nhà khoa<br /> học nhằm phát huy các lợi thế vốn có của các kỹ thuật này [9], [12],<br /> [51-54]. Với những đặc tính ưu việt đã nêu, các hệ thống truyền thông<br /> hợp tác đang là một trong những chủ đề "nóng", thu hút được sự quan<br /> tâm của cộng đồng nghiên cứu trong và ngoài nước từ nhiều khía cạnh<br /> khác nhau nhằm cải tiến cho hệ thống truyền thông hợp tác, chẳng hạn<br /> như: kết hợp với mã không gian thời gian [55-58]; kết hợp với mã hóa<br /> [59- 61]; lựa chọn nút chuyển tiếp tốt nhất [9, 20, 62, 63]; mở rộng cho<br /> nhiều nút dạng lặp lại, đa chặng [38, 64-66]; mở rộng cho kiểu điều chế<br /> vi sai [27, 54]; đơn giản hóa phần cứng bằng cách sử dụng các bộ kết<br /> hợp có độ phức tạp thấp [18, 19]; phân tích chất lượng hệ thống trong<br /> các kênh truyền khác như Rice, Nakagami-m [17, 26, 67].<br /> Qua việc khảo cứu ở trên, Nghiên cứu sinh nhận thấy: các nhóm<br /> nghiên cứu về truyền thông hợp tác trong nước và thế giới đại đa số đều<br /> giả định rằng thông tin trạng thái kênh truyền Channel State Information<br /> (CSI) là hoàn hảo ở phía máy thu (máy đích) với mục đích dễ dàng cho<br /> việc nghiên cứu và phân tích. Tuy nhiên trong thực tế, thông tin kênh<br /> truyền mà máy đích có được (qua quá trình huấn luyện) thường có một<br /> 2<br /> <br /> Trong luận án này, hệ thống truyền thông hợp tác là hệ thống có đường liên kết trực tiếp nguồn-đích.<br /> <br /> 3<br /> <br /> độ trễ và độ sai khác nhất định với thông tin kênh truyền thực tế. Độ trễ<br /> và độ sai khác này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hệ thống, hay nói<br /> cụ thể hơn, ảnh hưởng đến kỹ thuật chuyển tiếp, kỹ thuật lựa chọn nút<br /> chuyển tiếp và kỹ thuật kết hợp tại nút đích.<br /> Do mô hình toán phức tạp, nên cho đến nay chỉ có một số rất ít<br /> nghiên cứu tập trung nghiên cứu về hướng này, ví dụ như: [10, 73-77].<br /> Tuy nhiên, đặc điểm chung của các nghiên cứu chỉ ra ở trên là chỉ giới<br /> hạn ở mô hình kênh đơn giản và chưa đi sâu và chỉ khảo sát đơn lẽ ảnh<br /> hưởng của độ trễ hoặc của độ sai lệch của thông tin kênh truyền và chưa<br /> cung cấp một nhìn tổng quan cũng như phương pháp phân tích tổng quát<br /> cho vấn đề này. Bên cạnh đó, chất lượng hệ thống và các thông số quyết<br /> định chất lượng mạng vẫn là một câu hỏi chưa có câu trả lời. Xuất phát<br /> từ tính chất thời sự và khả năng ứng dụng rộng rãi mạng truyền thông<br /> hợp tác cùng với các vấn đề nghiên cứu mở đã chỉ ra ở trên, nghiên cứu<br /> sinh quyết định lựa chọn và thực hiện đề tài "Nghiên cứu mạng truyền<br /> thông hợp tác di động băng rộng với điều kiện thông tin trạng thái<br /> kênh truyền không hoàn hảo".<br /> Luận án định hướng giải quyết bài toán truyền thông hợp tác trong<br /> môi trường vô tuyến nhận thức với điều kiện kênh truyền đường can<br /> nhiễu không hoàn hảo nhằm nâng cao hiệu năng của mạng thứ cấp trong<br /> khi vẫn đảm bảo mức can nhiễu cho mạng sơ cấp bằng cách sử dụng các<br /> kỹ thuật tiên tiến ở lớp vật lý, cũng như đề xuất các phương pháp tối ưu<br /> hệ thống.<br /> 2. Đóng góp của luận án<br /> Một số đóng góp chính của luận án có thể được tóm tắt như sau.<br /> 1. Đề xuất mô hình và phân tích chất lượng hệ thống hợp tác MIMO<br /> trong môi trường vô tuyến nhận thức. Mô hình gồm một máy thu<br /> sơ cấp PU-Rx đơn ăng-ten. Mạng thứ cấp gồm một nút Nguồn,<br /> một nút Chuyển tiếp, và một nút Đích. Tất cả máy thu và máy<br /> <br />