Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết đề xuất một phương pháp mới để phân tích hiệu quả sử dụng năng lượng đường xuống của mạng thông tin MIMO với rất nhiều ăngten ở trạm gốc và với nhiều cell hoạt động trên cùng băng tần. Dựa trên kết quả mô phỏng số tương ứng, chúng tôi cũng thu được những nhận xét thú vị về ảnh hưởng của một số tham số hệ thống lên hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống. Mời các bạn cùng tham khảo!
Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hiệu sử dụng lượng đường xuống hệ thống thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc ∗ Lương Đức Bằng∗§ , Nguyễn Thị Thanh Hương†§ Trương Trung Kiên‡§ Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Thông tin Vô tuyến, Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện † Bộ môn Marketing, Viện Kinh tế Bưu điện ‡ Khoa Kỹ thuật Điện tử I § Phịng thí nghiệm Hệ thống Vơ tuyến Ứng dụng Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 122 Hồng Quốc Việt, Hà Nội, Việt Nam Email: ducbang.dtvt.k52@gmail.com, huongntt@ptit.edu.vn, kientruong@utexas.edu huy hết khả công nghệ MIMO thông qua việc triển khai hàng trăm ăngten trạm gốc sử dụng truyền dẫn MIMO đa người dùng (MU-MIMO) để phục vụ đồng thời hàng chục người dùng [2] Các báo trước nghiên cứu hệ thống thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc thường tập trung vào khả cải thiện tổng dung lượng truyền tin với công suất tiêu thụ cố định [2]–[4] khả giảm công suất tiêu thụ đảm bảo tổng dung lượng truyền tin cho trước [5] Trong thực tế, cách tiếp cận để dung hoà hai mục tiêu thiết kế có phần mâu thuẫn tối đa hoá tỷ số hiệu sử dụng lượng hệ thống Theo định nghĩa, hiệu sử dụng lượng hệ thống thông tin tỷ số tổng dung lượng thông tin truyền tổng công suất tiêu thụ tương ứng Trong khả hiểu biết chúng tơi, đến có báo nghiên cứu hiệu sử dụng lượng hệ thống thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc [6]–[9] Bài báo [6] so sánh hiệu sử dụng hiệu lượng hệ thống MIMO với nhiều ăngten trạm gốc hệ thống sử dụng cell cỡ nhỏ Tuy nhiên, báo tính đến cơng suất tiêu thụ liên quan đến xạ tín hiệu Bài báo [7] đề xuất mơ hình cơng suất tiêu thụ không bao gồm công suất phát khếch đại cơng suất mà cịn cơng suất tiêu thụ mạch thành phần trạm BSs (Base Stations) thiết bị tương tự Từ mơ hình đưa cơng thức tính hiệu lượng, sau xác định số ăng-ten cần thiết để mang lại hiệu lượng cho hệ thống MIMO cỡ lớn Tuy nhiên, mơ hình cơng suất tiêu thụ sử dụng Tóm tắt—Hệ thống thơng tin nhiều đầu vào nhiều đầu (MIMO - Multiple-Input Multiple-Output) với nhiều ăngten trạm gốc công nghệ ứng cử cho mạng thông tin di động hệ (5G) Ý tưởng hệ thống sử dụng hợp lý ăngten trạm gốc để truyền liệu độc lập đồng thời tới nhiều thuê bao Các báo trước nghiên cứu hệ thống thường tập trung vào khả cải thiện tổng dung lượng truyền tin với công suất tiêu thụ cố định khả giảm công suất tiêu thụ đảm bảo tổng dung lượng truyền tin cho trước Một số báo nghiên cứu hiệu sử dụng lượng hệ thống chủ yếu cho mơ hình đơn cell, bỏ qua số tính chất quan trọng hệ thống nhiễu tín hiệu hoa tiêu Trong báo này, đề xuất phương pháp để phân tích hiệu sử dụng lượng đường xuống mạng thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc với nhiều cell hoạt động băng tần Dựa kết mô số tương ứng, thu nhận xét thú vị ảnh hưởng số tham số hệ thống lên hiệu sử dụng lượng hệ thống Từ khóa—Hiệu sử dụng lượng, hệ thống MIMO với nhiều ăng-ten trạm gốc, mạng thông tin di động hệ (5G), hệ thống thông tin "xanh" I GIỚI THIỆU Mặc dù tích hợp công nghệ thông tin nhiều đầu vào nhiều đầu (MIMO - Multiple-Input Multiple-Output), hệ thống di động tế bào chưa đạt mức tốc độ cao mà công nghệ hứa hẹn xem xét cấu hình MIMO nhỏ [1] Ví dụ hệ thống 4G LTE/LTE-Advanced, trạm gốc có tối đa ăngten thiết bị người dùng có tối đa ăngten Hệ thống thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc kỹ thuật thông tin đột phá hứa hẹn phát ISBN: 978-604-67-0635-9 11 Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) báo [7] đơn giản chưa phản ánh đặc trưng riêng truyền dẫn MIMO đa người dùng Các báo [8], [9] đề xuất mơ hình cơng suất tiêu thụ thực tế có khả phản ánh chế xử lý tín hiệu truyền dẫn MIMO đa người dùng để nghiên cứu hiệu sử dụng lượng hệ thống MIMO đơn cell với nhiều ăngten trạm gốc Việc xem xét cell bỏ qua số tính chất quan trọng hệ thống nhiễu tín hiệu hoa tiêu nhiễu liên cell truyền liệu Trong báo này, xem xét hệ thống thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc với nhiều cell hoạt động băng tần Chúng giả thiết hệ thống hoạt động chế độ song công phân chia theo thời gian (TDD - Time Division Duplexing) trạm gốc ước lượng hệ số kênh truyền dựa tín hiệu hoa tiêu đường lên Chúng giả thiết trạm gốc sử dụng mã trước truyền tỷ số cực đại (MRT Maximal Ratio Transmission) để truyền liệu đường xuống Đóng góp chúng tơi báo đề xuất phương pháp để phân tích hiệu sử dụng lượng hệ thống cách sử dụng tiếp cận tìm giá trị tất định tương đương mơt mơ hình cơng suất tiêu thụ sửa đổi từ mơ hình đề xuất báo [8], [9] Kết phân tích cho giá trị xấp xỉ hiệu sử dụng lượng hệ thống dạng hàm số số tham số hệ thống hệ số pha đinh phạm vi lớn, số ăngten trạm gốc, số thuê bao cell, công suất tiêu thụ phần tử mạng Kết mơ số cho phép chúng tơi có số nhận xét quan trọng ảnh hưởng tham số hệ thống lên hiệu sử dụng lượng hệ thống Ví dụ, cố định số thuê bao cell, tồn giá trị số ăngten trạm gốc tối ưu Đáng ý giá trị tối ưu nằm giới hạn cho phép công nghệ chế tạo ăngten Bên cạnh đó, cố định số ăngten trạm gốc, tăng số thuê bao cell góp phần làm tăng hiệu sử dụng lượng U Hệ thống mạng hoạt động chế độ TDD Nt tất cell dùng chung băng tần có độ rộng B Hz Có nghĩa tín hiệu đường lên đường xuống truyền toàn băng tần thời điểm khác Chúng giả thiết tất trạm gốc thiết bị người dùng đồng thời gian tần số Bên cạnh đó, chúng tơi giả thiết khoảng bảo vệ miền tần số bỏ qua Ký hiệu BC (Hz) độ rộng băng thông kết hợp TC (giây) thời gian kết hợp kênh truyền trạm gốc thiết bị người dùng Chúng giả thiết mơ hình kênh pha đinh khối cận tĩnh hệ số kênh truyền coi khơng thay đổi khối tài nguyên thời gian-tần số có kích thước τt = BC TC lần sử dụng kênh Chúng giả thiết khung truyền dẫn ứng với khối tài nguyên thời gian-tần số Ký hiệu hbcu ∈ CNt ×1 vector hệ số kênh truyền đường lên từ thuê bao u ∈ Uc tới trạm gốc b ∈ C Chúng giả thiết mô hình kênh truyền khơng tương quan khơng gian Cụ thể, hbcu biểu diễn [2], [3] 1/2 hbcu =βbcu gbcu (1) gbcu ∈ CNt ×1 vector hệ số kênh truyền pha đinh nhanh βbcu giá trị tất định biểu diễn hệ số kênh truyền pha đinh phạm vi lớn bao gồm hiệu ứng suy hao đường truyền, che khuất suy hao xuyên tường Chúng giả thiết hệ số gbcu độc lập thống kê tuân theo phân bố chuẩn, tức gbcu ∼ CN (0, INt ) Chúng giả thiết kênh đường lên kênh đường xuống có tính chất đảo (reciprocity) hoàn hảo Để tiện cho việc viết biểu thức tốn học, chúng tơi giả thiết h∗bcu ∈ C1×Nt vector hệ số kênh truyền đường xuống từ trạm gốc b ∈ C tới thuê bao u ∈ Uc Ký hiệu Hbc = [hbc1 hbc2 · · · hbcU ] ∈ CNt ×U ma trận kênh tổng hợp từ tất thuê bao cell c ∈ C tới trạm gốc b ∈ C Trong hệ thống này, giả thiết thiết bị người dùng có thơng tin trạng thái kênh thống kê kênh truyền thiết bị trạm gốc cell Các trạm gốc phải ước lượng hệ số kênh truyền tức thời từ trạm gốc tới thuê bao cell dựa tín hiệu hoa tiêu đường lên Khơng tính tổng qt, chúng tơi giả thiết tín hiệu hoa tiêu truyền đường lên τp lần sử dụng kênh đầu khung truyền dẫn [2], [10]–[12] Trong báo này, giả thiết tập trung vào truyền liệu đường xuống Sau ước lượng kênh thiết kế mã trước, trạm gốc truyền đồng thời liệu đến thuê bao cell τd = (τt − τp ) lần sử dụng kênh II MƠ HÌNH HỆ THỐNG Xét mạng tế bào với C cell, hay ô tế bào Mỗi cell có trạm gốc với Nt ăngten để phục vụ đồng thời cho U người dùng phân bố cách ngẫu nhiêu cell Các cell trạm gốc đánh số tập C = {1, 2, · · · , C} Người dùng cell c ∈ C đánh số tập Uc = {1, 2, · · · , U } Thiết bị đầu cuối người dùng sử dụng có ăngten Trong hệ thống MIMO cỡ sử dụng nhiều ăngten trạm gốc, số lượng ăngten trạm gốc thường phải lớn nhiều so với số người dùng phục vụ, tức 2 Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Cơng Nghệ Thơng Tin (ECIT 2015) cịn lại Chúng tơi giả thiết khung truyền dẫn đồng toàn mạng Giả thiết tất cell dùng chung tập tín hiệu hoa tiêu tương hỗ trực giao cặp ký hiệu Tính trực giao yêu cầu τp ≥ U Giả thiết trạm gốc sử dụng phương pháp ước lượng kênh sai số trung phương nhỏ (MMSE - Minimum Mean Squared Error) Khi đó, trạm gốc b thu ước lượng hbbu sau [2], [3] ˆ bbu = βbbu hbbu + h θbu θbu = tơi định nghĩa σ2 pp τp + ξbcu C c=1 ˜p,b hbcu + z pháp tính giá trị tương đương tất định (deterministic equivalence) (được sử dụng rộng rãi [3], [4] để tìm giá trị xấp xỉ tỷ số cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu tạp âm (SINR - Signal-to-Interferenceplus-Noise Ratio) đường xuống ứng với thuê bao u ∈ Ub Cụ thể là, cách thay Rbcu = βbcu INt vào Định lý [3] sau số biến đổi , thu giá trị SINR tương đương tất định ứng với thuê bao u ∈ Ub sau (2) η¯bu (τp , Nt ) = c=b U ¯ b (τp ) = λ (3) U u=1 ∗ f ] E[fbu bu C λc h∗cbu fck xf,ck + zf,bu (7) (8) (9) bcu c=b Cbu (τp ) = σ + pf ¯ c (τp )βbck ξbbu λ (10) (c,k)=(b,u) Khi phần mào đầu để ước lượng kênh tính đến, giá trị tất định tương đương tốc độ liệu đường xuống đạt ứng với thuê bao u ∈ Ub băng tần hoạt động ¯ bu (τp , Nt ) = Bτd log2 [1 + η¯bu (τp , Nt )](bit/s) (11) R τt BBC thể số khối tài nguyên thời gian-không gian độc lập băng tần hoạt động ττdt thể tỷ lệ thời gian thực dùng để truyền liệu khoảng thời gian kết hợp Chú ý tốc độ đạt thuê bao phụ thuộc vào τp Nt (4) B Đánh giá cơng suất tiêu thụ Chúng tơi chia cơng suất tiêu thụ mạng thành hai nhóm: cơng suất xạ công suất tiêu thụ mạch điện tử Chúng giả thiết phần tử thiết bị tương đương trạm gốc có giá trị tham số hoạt động giống Tương tự, giả thiết phần tử thiết bị tương đương thiết bị người sử dụng có giá trị tham số hoạt động giống Giống đánh giá tốc độ liệu đạt được, phần chúng tơi tính cơng suất tiêu thụ thành phần ứng với băng tần hoạt động B Hz 1) Công suất xạ: Ký hiệu ηBS hiệu suất khuếch đại công suất trạm gốc ηUE hiệu suất khuếch đại công suất thiết bị người dùng, < ηBS , ηUE ≤ Ký hiệu PRP−p công suất xạ U ybu = pf −1 ¯ b (τp )ξ Abu (τp ) =λ bbu ¯ Bbu (τp ) = λc (τp )ξ Ký hiệu zbu tạp âm Gauss trắng cộng với trung bình khơng phương sai σ thuê bao u ∈ Ub Ký hiệu pf công suất phát trung bình trạm gốc để truyền liệu tới thuê bao Chúng giả thiết pf cho tất thuê bao Thuê bao u ∈ Ub nhận tín hiệu sau đường xuống √ βbbk k=1 ˆ bbu ∼ CN (0, ξbbu IN ) Sai số ước lượng Chú ý h t ˜ bbu = hbbu − h ˆ bbu h ˜ bbu ∼ kênh cho h CN (0, (βbbu − ξbbu )INt ) Ký hiệu xbu ký hiệu liệu mà trạm gốc b ∈ C cần truyền cho thuê bao u ∈ Ub lần sử dụng kênh Chúng giả thiết ký hiệu liệu cần truyền đường xuống độc lập thống kê với tuân theo phân bố Gauss với E[xr,bu |] = E[|xr,bu |2 ] = Trạm gốc b ∈ C sử dụng ma trận mã trước bu ∈ CNt ×1 để ánh xạ xbu tới ăngten phát Ký hiệu λb hệ số chuẩn hố ứng với giới hạn cơng suất phát trung bình Cơng thức tính λb sau λb = (6) βbcu Với c ∈ C, chúng βbbu βbcu = θbu Abu (τp )Nt Bbu (τp )Nt + Cbu (τp ) (5) c=1 u=1 III ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG A Đánh giá tốc độ liệu đường xuống đạt Trong báo này, để thuận lợi cho việc tính tốn, chúng tơi giả thiết trạm gốc sử dụng ma trận mã trước MRT Ma trận mã trước thiết kế dựa ˆ bbu với ước lượng kênh tương ứng, tức fbu = h b ∈ C u ∈ Ub Chúng sử dụng phương 3 Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Thứ tư, ký hiệu PBT cơng suất tiêu thụ (tính theo Watt/bit) để truyền bit liệu đường xuống qua đường trục Khi đó, công suất tiêu thụ phụ thuộc tải tin đường trục cell b tính sau (tính theo Watt) thiết bị người sử dụng cell giai đoạn truyền tín hiệu hoa tiêu Ký hiệu PRP−f cơng suất xạ (tính W) trạm gốc giai đoạn truyền liệu đường xuống Công suất xạ tổng cộng trạm gốc thiết bị người dùng cell tính sau U pp τp pf τd PRP (τp ) = ∗( + ) (W) TC ηUE ηBS PRP−p U (16) u=1 (12) Thứ năm, ký hiệu PLP cơng suất tiêu thụ q trình xử lý tín hiệu tuyến tính Có hai hoạt động tính tốn q trình xử lý tín hiệu tuyến tính trạm gốc b: i) xác định ma trận mã trước ii) nhân vector ký hiệu cần truyền với ma trận mã trước Chú ý hoạt động thực lần khung hoạt động thứ hai thực cho lần sử dụng kênh trình truyền liệu Vì vậy, dựa mơ hình cơng suất tiêu thụ đề xuất [9], tính PLP sau PRP−f Chú ý PRP (τp ) độc lập thống kê với Nt 2) Công suất tiêu thụ mạch điện tử: Trong báo này, đề xuất áp dụng phiên sửa đổi mơ hình cơng suất tiêu thụ mạch điện hệ thống truyền dẫn MIMO đa người dùng đề xuất [9] Công suất tiêu thụ cho phần tử mạch điện tử cho hoạt động tính tốn trình bày chi tiết phần Đầu tiên, ký hiệu PTC công suất tiêu thụ chuỗi thu phát (transceiver chains) Ký hiệu PBS công suất tiêu thụ tất phần tử mạch điện tử dành riêng cho ăngten trạm gốc PUE công suất tiêu thụ tất phần tử mạch điện tử dành riêng cho ăngten thiết bị người dùng Chú ý PBS PUE không phụ thuộc vào Nt , U tốc độ liệu Theo kết [13] chúng tơi tính cơng suất tiêu thụ chuỗi thu phát PTC (Nt ) =Nt PBS + U PUE (W) ¯ bu (τp , Nt ) (W) R PBH,b (τp , Nt ) =PBT PLP (τp , Nt ) = 2Nt U B 3Nt U + τd τt LBS LBS (W) (17) Cuối cùng, ký hiệu PFIX (W) công suất tiêu thụ cố định khung truyền dẫn dành cho việc làm mát nhà trạm, báo hiệu điều khiển xử lý băng tần gốc Chú ý PFIX không phụ thuộc vào τp , Nt lượng liệu cần truyền Tóm lại, tổng cơng suất tiêu thụ mạch điện tử trạm gốc thiết bị người dùng cell b ký hiệu PCP,b (τp , Nt ) tính sau (13) PCP,b (τp , Nt ) =PFIX + PTC (Nt ) + PCE (τp , Nt ) + PC/D,b (τp , Nt ) + PBH,b (τp , Nt ) (18) + PLP (τp , Nt ) (W) Công suất tiêu thụ độc lập với τp Thứ hai, ký hiệu PCE cơng suất tiêu thụ q trình ước lượng kênh (channel estimation) Ký hiệu LBS LUE hiệu suất tính tốn dạng số phép toán giá trị phức Joule (hay số flop/Watt) trạm gốc thiết bị người dùng Khi ước lượng kênh truyền, trạm gốc b thực phép nhân ma trận Yp,b ∈ C Nt ×τp với ψ u ∈ Cτp ×1 Đây phép tính đại số tuyến tính thơng thường thực lần khung truyền dẫn Như vậy, có (14) 3) Cơng suất tiêu thụ tổng cộng: Tổng công suất tiêu thụ thực tế mạch điện Pb (τp , Nt ) = PRP (τp ) + PCP,b (τp , Nt ) Thay Rbu (τp , Nt ) giá trị tất định ¯ bu (τp , Nt ) (15) and (16) thay tương đương R kết nhận vào (18), nhận P¯b (τp , Nt ) giá trị tất định tương đương công suất tiêu thụ tổng cộng ứng với cell b Chú ý công suất tiêu thụ tổng cộng phụ thuộc vào τp Nt Thứ ba, ký hiệu PC/D,b cơng suất tiêu thụ khối mã hố giải mã kênh cell b khung truyền dẫn Ký hiệu PCD tổng công suất tiêu thụ (tín theo Watt/bit) để mã hố giải mã bit thơng tin Chúng tơi tính C Tính toán hiệu sử dụng lượng Hiệu sử dụng lượng hệ thống định nghĩa tỷ số lượng liệu tổng cộng truyền thành công tổng công suất tiêu thụ tương ứng Ký hiệu EEb hiệu sử dụng lượng cell b Theo định nghĩa, chúng tơi có PCE (τp , Nt ) = B 2U Nt τp (W) τt LBS U ¯ bu (τp , Nt ) (W) R PC/D,b (τp , Nt ) =PCD (15) EEb (τp , Nt ) = u=1 4 U u=1 Rbu (τp , Nt ) (bit/J) Pb (τp , Nt ) (19) Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Bảng I MỘT SỐ THAM SỐ MƠ Vì vậy, giá trị tất định tương đương hiệu sử dụng lượng cell b tính sau EE b (τp , Nt ) = U u=1 ¯ bu (τp , Nt )) R (bit/J) ¯ Pb (τp , Nt ) Tên tham số Công suất phát UE Công suất phát BS Tần số sóng mang Mật độ tạp âm nhiệt Băng thông kết hợp BC Thời gian kết hợp TC Tăng ích ăngten BS Tăng ích ăngten UE Hệ số tạp âm nhiệt BS Hệ số tạp âm nhiệt UE Hiệu suất tính tốn BS Hiệu suất tính tốn UE Hệ số khuếch đại công suất BS Hệ số khuếch đại công suất UE Công suất tiêu thụ cố định Công suất tiêu thụ ứng với ăngten BS Công suất tiêu thụ ứng với ăngten UE Cơng suất tiêu thụ để mã hóa giải mã Công suất tiêu thụ để truyền liệu qua đường trục (20) IV KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN SỐ Trong phần này, mô mạng thơng tin di động có cell, cell có hình lục giác bố trí Hình Trong đó, trạm gốc đặt trung tâm cell miêu tả hình trịn Th bao có vị trí phân bố ngẫu nhiên diện tích cell miêu tả hình chữ nhật Do đến thời điểm báo gửi đăng, 3GPP chưa thống tham số cho hệ thống thông tin di động 5G phát triển LTE/LTE-Advanced Vì vậy, chúng tơi sử dụng phần tham số hệ thống thông tin di động 4G LTE/LTE-Advanced xây dựng kịch mơ Ví dụ, mơ hình suy hao đường truyền 128, + 37, log10 (d) với d > 0, 035km khoảng cách truyền dẫn tính theo km Bảng IV trình bày số tham số hệ thống dùng mơ Chúng tơi khảo sát hiệu sử dụng lượng cell trung tâm Hình Trạm gốc (BS) PHỎNG Giá trị 24dBm 43dBm 2GHz -174dBm/Hz 180kHz 10ms 10dBi 0dBi 5dB 9dB 12,8 Gflops/W Gflops/W 0,39 0,3 18W 1W 0,1W 0,9 W/(Gbit/s) 0,25 W/(Gbit/s) định, tốc độ tăng tốc độ bit tổng cộng chậm tốc độ tăng tổng công suất tiêu thụ, khiến cho hiệu sử dụng lượng hệ thống bắt đầu giảm Tiếp theo, với U ∈ {6, 12, 18, 24}, số ăng-ten trạm gốc tối ưu hiệu sử dụng lượng tương ứng Nt∗ = {44, 60, 68, 76} Hiện nay, số công ty triển khai thử nghiệm số hệ thống thông tin di động MIMO có tới 128 ăngten nhằm mục đích nghiên cứu thử nghiệm Có thể nhận thấy, để tối ưu hiệu sử dụng lượng hệ thống MIMO sử dụng nhiều ăng-ten trạm gốc, số lượng ăng-ten tối ưu nên triển khai trạm gốc hoàn toàn nằm giới hạn cho phép cơng nghệ có Hình trình bày kết mô hiệu sử dụng lượng hệ thống MIMO sử dụng nhiều ăngten trạm gốc hàm số U với Nt cho trước Chúng ta nhận thấy với Nt cho trước, việc tăng U (sao cho điều kiện U ≤ Nt /2) thoả mãn) làm tăng hiệu sử dụng lượng trung bình hệ thống Tuy nhiên, lượng tăng hiệu sử dụng lượng trung bình hệ thống thuê bao giảm Th bao Hình Mơ hình mạng mơ gồm cell Hình trình bày kết mô hiệu sử dụng lượng hệ thống MIMO sử dụng nhiều ăngten trạm gốc dạng hàm số Nt cho giá trị khác U ∈ {6, 12, 18, 24} Từ kết mô trên, có số nhận xét sau Trước hết, với U cố định, hiệu sử dụng lượng hệ thống hàm lồi số ăng-ten trạm gốc Điều giải thích dựa vào tốc độ tăng tốc độ bit tổng cộng tổng công suất tiêu thụ tăng Nt Chú ý rằng, tổng công suất tiêu thụ hàm tuyến tính bậc Nt Trong đó, tốc độ bit tổng cộng hàm logarithm Nt Vì vậy, miền giá trị Nt nhỏ, tăng Nt , hiệu sử dụng lượng hệ thống tăng gần tuyến tính Nếu tiếp tục tăng Nt , đến thời điểm 5 Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) 2.4 thấy với số ăngten trạm gốc cho trước, tăng số thuê bao cell góp phần làm tăng hiệu sử dụng lượng Một hướng nghiên cứu xác định tìm cách xác định số ăngten tối ưu trạm gốc với số thuê bao cell cho trước Một hướng nghiên cứu khác khảo sát hiệu lượng hệ thống MIMO với nhiều ăngten trạm gốc sử dụng loại xử ký tín hiệu tuyến tính phức tạp Hiệu sử dụng trung bình [Mbit/J] 2.2 1.8 1.6 LỜI CÁM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ phát triển khoa học công nghệ quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 102.02-2013.09 1.4 06 thuê bao/cell 12 thuê bao/cell 18 thuê bao/cell 24 thuê bao/cell 1.2 24 56 88 120 152 184 Số ăngten trạm gốc 216 TÀI LIỆU THAM KHẢO 248 [1] F Rusek, D Persson, B K Lau, E G Larsson, T L Marzetta, O Edfors, and F Tufvesson, “Scaling up MIMO: Opportunities and challenges with very large arrays,” IEEE Signal Processing Mag., vol 30, no 1, pp 40–60, Jan 2013 [2] T L Marzetta, “Noncooperative cellular wireless with unlimited numbers of base station antennas,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 9, no 11, pp 3590–3600, Nov 2010 [3] J Hoydis, S ten Brink, and M Debbah, “Massive MIMO in the UL/DL of cellular networks: How many antennas we need?” IEEE J Sel Areas Commun., vol 31, no 2, pp 160– 171, February 2013 [4] K T Truong and R W Heath, Jr., “Effects of channel aging in massive MIMO systems,” J Commun Networks, vol 14, no 4, pp 338–351, Aug 2013 [5] H Q Ngo, E G Larsson, and T L Marzetta, “Energy and spectral efficiency of very large multiuser MIMO systems,” IEEE Trans Commun., vol 61, no 4, pp 1436–1449, Apr 2013 [6] W Liu, S Han, C Yang, and C Sun, “Massive MIMO or small cell network: Who is more energy efficient?” in Proc of IEEE Wireless Commun Networking Conf., Apr 2013, pp 24–29 [7] D Ha, K Lee, and J Kang, “Energy efficiency analysis with circuit power consumption in massive MIMO systems,” in Proc of IEEE Int Symp Personal Indoor Mobile Radio Commun., Sep 2013, pp 938–942 [8] E Bjornson, J Hoydis, M Kountouris, and M Debbah, “Massive MIMO systems with non-ideal hardware: Energy efficiency, estimation, and capacity limits,” IEEE Tran Info Theory, vol 60, no 11, pp 7112–7139, Nov 2014 [9] E Bjornson, L Sanguinetti, J Hoydis, and M Debbah, “Optimal design of energy-efficient multi-user MIMO systems: Is massive MIMO the answer?” IEEE Trans Wireless Commun., vol 14, no 6, pp 3059–3075, Jun 2015 [10] B Hassibi and B M Hochwald, “How much training is needed in multiple-antenna wireless links?” IEEE Trans Info Theory, vol 49, no 4, pp 951–963, Apr 2003 [11] G Caire, N Jindal, M Kobayashi, and N Ravindran, “Multiuser MIMO achievable rates with downlink training and channel state feedback,” IEEE Trans Info Theory, vol 56, no 6, pp 2845– 2866, Jun 2010 [12] K T Truong, A Lozano, and R Heath, Jr., “Optimal training in continuous flat-fading massive MIMO systems,” in Proc of IEEE European Wireless Conf., Barcelona, Spain, May 2014, pp 1–6 [13] S Cui, A Goldsmith, and A Babai, “Energy efficiency of MIMO and cooperative MIMO techniques in sensor networks,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 22, no 6, pp 1089–1098, 2004 Hình Ảnh hưởng số lượng ăng-ten trạm gốc lên hiệu sử dụng lượng trung bình với số thuê bao cell cho trước Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/J] 2.4 2.2 1.8 1.6 Nt = 144 ăngten/BS Nt = 128 ăngten/BS 1.4 1.2 Nt = 84 ăngten/BS 12 15 Số thuê bao cell 18 21 Hình Ảnh hưởng số thuê bao cell lên hiệu sử dụng lượng trung bình với số ăng-ten trạm gốc cho trước V KẾT LUẬN Trong báo này, đề xuất phương pháp phân tích hiệu sử dụng lượng đường xuống hệ thống thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc với nhiều cell hoạt động băng tần Phương pháp dựa cách tiếp cận tìm giá trị tất định tương đương mơ hình thực tế cơng suất tiêu thụ mạng Kết mô cho thấy với số thuê bao cell cho trước, tồn giá trị số ăngten trạm gốc tối ưu Giá trị tối ưu nằm giới hạn cho phép công nghệ chế tạo ăngten Kết mô cho 6 ... sử dụng lượng trung bình với số ăng-ten trạm gốc cho trước V KẾT LUẬN Trong báo này, đề xuất phương pháp phân tích hiệu sử dụng lượng đường xuống hệ thống thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc. .. nghiệm số hệ thống thông tin di động MIMO có tới 128 ăngten nhằm mục đích nghiên cứu thử nghiệm Có thể nhận thấy, để tối ưu hiệu sử dụng lượng hệ thống MIMO sử dụng nhiều ăng-ten trạm gốc, số lượng. .. , U } Thiết bị đầu cuối người dùng sử dụng có ăngten Trong hệ thống MIMO cỡ sử dụng nhiều ăngten trạm gốc, số lượng ăngten trạm gốc thường phải lớn nhiều so với số người dùng phục vụ, tức 2 Hội
