HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
Nguyễn Văn Cường
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẶT PHẢN XẠ THÔNG MINH (IRS)
TRONG TRUYỀN THÔNG GÓI TIN NGẮN
CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 8.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
(Theo định hướng ứng dụng)
TP. HỒ CHÍ MINH – NĂM 2023
1
Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO
Phản biện 1:……………………………………………………………….
Phản biện 2:……………………………………………………………….
Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc : ………giờ………ngày.............tháng……….năm 2023
Có thể tìm hiểu đề án tại:
-Thư viện của Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
2
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, Việt Nam và nhiều nước trên thế giới bắt đầu triển khai thương mại
hóa mạng thông tin di động thế hệ thứ 5 (viết tắt là 5G). Mạng 5G dự đoán là chìa
khóa để triển khai cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 với kết nối Internet vạn vật (IoT)
và tạo nên một xã hội siêu kết nối với trọng tâm chính là dịch vụ trong nhà và các
dịch vụ dữ liệu ở các khu vực đô thị đông đúc
Hệ thống thông tin di động (5G) có 3 nhóm ứng dụng là băng rộng di động
nâng cao (eMBB), truyền thông thời gian trễ thấp và tin cậy cực cao (URLLC) và
truyền thông máy số lượng lớn (mMTC). Để đáp ứng được những yêu cầu về chất
lượng dịch vụ nổi trội cho những ứng dụng này, mạng di động 5G đã có những điểm
khác biệt bao gồm (i) sử dụng băng tần phổ rộng (trên 6GHz), (ii) các giao thức truyền
tin mới và (iii) sử dụng kiến trúc mạng lõi mới.
Theo tiêu chuẩn công nghệ IMT-2020/5G của liên minh Viễn thông quốc tế
(ITU-R), mạng 5G sẽ có khả năng đáp ứng những yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng
như: tốc độ dữ liệu từ 10 - 20 Gbps, mật độ kết nối đạt tới 1 triệu thiết bị trên một
km², và xác suất lỗi biết thấp hơn và độ trễ dưới 1 ms . Để đạt được điều này, hệ thống
5G đã áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến ở lớp vật lý ví dụ như: truyền thông gói tín
ngắn, mặt phản xạ thông tin, công nghệ NOMA, và công nghệ anten số lượng lớn
Trong hệ thống thông tin di động 5G, để phục vụ cho các kết nối máy-máy, ví
dụ như xe tự hành, đòi hỏi độ trễ thấp và độ tin cậy cao, dẫn đến yêu cầu gói tin phải
ngắn và độ tin cậy cực cao. Chiều dài gói tin ngắn dẫn đến việc thiết kế và các đặc
tính truyền thông của mạng, đặc biệt là ở lớp vật lý của mạng thay đổi hoàn toàn.
Bên cạnh yêu cầu chất lượng về độ trễ và độ tin cậy, mạng 5G có điểm khác
biệt là vùng phủ sóng nhỏ hơn mạng di động trước đó vì sử dụng băng tần cao. Do
đó, đảm bảo vùng phủ cho mạng 5G là một trong những bài toán quan trọng để đảm
3
bảo chất lượng dịch vụ của hệ thống 5G. Tăng công suất phát là giải pháp tự nhiên
và hiệu quả để đảm bảo vùng phủ sóng, tuy nhiên hệ quả không tốt của giải pháp này
là tăng mức độ can nhiễu cho những mạng thông tin vô tuyến khác ở gần đó và không
phải lúc nào cũng áp dụng được vì những ràng buộc về phần cứng của hệ thống. Một
giải pháp mà các hệ thống di động hay sử dụng là sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp bằng
cách sử dụng các nút chuyển tiếp (trạm lặp) tương tự (analog) hay số (digital) thông
qua các giao thức khuếch đại và chuyển tiếp (Amplify-and-Forward) hay giao thức
giải mã và chuyển tiếp (Decode-and-Forward) .Kỹ thuật chuyển tiếp tận dụng các nút
chuyển tiếp ở giữa nút nguồn và nút đích làm các nút trung gian chuyển tiếp dữ liệu.
Mặc dù, mạng chuyển tiếp có nhiều cải tiến về hiệu năng cũng như hiệu quả phổ,
nhưng nhược điểm là quá trình thực thi hệ thống khá phức tạp và năng lượng tiêu thụ
lớn.
2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Mô hình hệ thống nghiên cứu là đường truyền xuống bao gồm một trạm BTS
(ký hiệu là B), đóng vai trò máy phát, một máy thu (ký hiệu là D) và một RIS bao
gồm N tấm mặt phản xạ thụ động MS (meta-surfaces) (ký hiệu là I) như Hình 1.1.
Hình 1.1: Mô hình hệ thống xem xét
4
Trong mô hình này, chúng ta có thể giả sử rằng, máy phát và máy thu được
trang bị một ăng ten, tuy nhiên chúng ta có thể mở rộng cho trường hợp nhiều anten
cho phù hợp với thực tế, đặc biệt là BTS.
Giả sử rằng mô hình kênh truyền xem xét là fading Rayleigh và kênh truyền
trực tiếp giữa nút nguồn và nút đích là không tồn tại. Giả sử này là thực tế và đặc biệt
hợp lý cho hệ thống thông tin di động 5G với tần số hoạt động cao 5G trong môi
trường đô thị. Ngoài ra, để dễ dàng phân tích, chúng ta giả sử rằng IRS có thể biết
được hoàn toàn thông tin trạng thái kênh từ nguồn và đích để có thể điều chỉnh pha
sao cho tỉ số tín hiệu trên nhiễu nhận tại nút đích là lớn nhất. Đồng thời, tín hiệu phản
xạ trên IRS hai lần trở lên là xem như không đáng kể do quá trình suy hao. Quá trình
truyền thông tin từ nút nguồn (BTS) đến nút đích thông qua IRS giả sử là quá trình
truyền thông gói tin ngắn với độ tin cậy cao với giả sử rằng tổng độ dài khối truyền
là
k
, do có hai khe thời gian từ nút nguồn đến IRS và từ IRS đến nút đích nên khối
tin này sẽ được chia làm hai khối có chiều dài bằng nhau
2k
. Khi truyền m bit
thông tin đến nút đích qua hai khe thời gian tốc độ mã hóa của hệ thống được xác
định là:
2.rk
(1)
Như đã được nghiên cứu trong truyền thông gói tin ngắn, với chiều dài khối
100k
tỉ lệ lỗi khối BLER của một chặng có thể được xấp xỉ như sau:
,
/
Cr
QVk




 




(2)
với
là tốc độ lỗi khối trung bình,
,,BI ID
là dung lượng kênh
Shannon,
2
2
2
1
1 log
1
Ve





là độ phân tán kênh truyền
.
là toán tử kỳ vọng
và
.Q
là hàm Q-function với
2
1exp .
2
2x
t
Q x dt



