Phân bổ công suất hệ thống cell free massive mimo bằng phương pháp học sâu

IăH CăQU CăGIAăTP HCM TR NGă IăH CăBÁCHăKHOA PH MăTH ăLINH PHÂN B CỌNGăSU Tă H ăTH NGăCELL-FREE MASSIVE MIMO B NG PH NGăPHÁPăH CăSÂU Chuyên ngành : K ăTHU TăVI NăTHỌNG Mưăs : 8520208 LU NăV NăTH CăS TP H CHÍ MINH, tháng 07 n mă2022 Cơngătrìnhăđ Cánăb ăh căhoƠnăthƠnhăt i:ăTr ngă iăh căBáchăkhoaăậ HQG-HCM ngăd năkhoaăh c:ăPGS.ăTS.ăHƠăHoƠngăKha Cánăb ăch mănh năxétă1: TS.ăVõăQu ăS n Cánăb ăch mănh năxétă2: PGS.TS.ăTr năTrungăDuy Lu năv năth căs ăđ căb oăv ăt iăTr ngă iăh căBáchăKhoa,ă HQGăTp.ăHCMă ngày 04 tháng 07 n mă2022 ThƠnhăph năH iăđ ngăđánhăgiáălu năv năth căs ăbaoăg m: Ch ăt chăH iăđ ng:ăGS.TS LêăTi năTh ng Th ăkỦăH iăđ ng:ăPGS.TS.ăVõăNguy năQu căB o Ph năbi nă1:ăTS.ăVõăQu ăS n Ph năbi nă2:ăPGS.TS.ăTr năTrungăDuy yăviên:ăPGS.TS.ă ăH ngăTu n Xácănh năc aăCh ăt chăH iăđ ngăđánhăgiáăLVăvƠăTr ngƠnhăsauăkhiălu năv năđưăđ CH ăT CHăH Iă GS.TS LêăTi năTh NGăăăăăăăă ng ngăKhoaăqu nălỦăchuyênă căs aăch a ăăăăăTR NGăKHOAă I Năậ I NăT C NGăHọAăXÃăH IăCH ăNGH AăVI TăNAM IăH CăQU CăGIAăTP.HCM TR NGă IăH CăBÁCHăKHOA căl pă- T ădoă- H nhăphúc NHI MăV ăLU NăV NăTH CăS H ătênăh c viên : PH MăTH ăLINH MSHV : 2070373 NgƠy,ătháng,ăn măsinh : 24/02/1997 N iăsinh : kl k Chuyên ngành : K ăTHU TăVI NăTHỌNG Mã s ă: 8520208 TÊNă I ăTÀI : PHÂNăB ăCỌNGăSU TăH ăTH NGăCELL-FREE MASSIVE MIMO B NGăPH NGăPHỄPăH CăSÂU …………………………………… (Ti ngăanh) POWER ALLOCATION FOR CELL-FREE MASSIVE MIMO BY DEEP LEARNING NHI MăV ăVÀăN IăDUNG : II - Môăph ngăh ăth ngăcell-free massive MIMO…………………………………… - Gi i quy tă bƠiă tốnă t iă uă phơnă b ă cơngă su tă c aă h ă th ngă cell-free Massive MIMOăb ng ph - ngăphápăh căsơu……………………………………………… ánhăgiáăhi uăqu ăc aăph ngăphápăh căsơuătrongăh ăth ngăcell-free Massive MIMO…………………………………………………………………………… III NGÀYăGIAOăNHI MăV : 06/09/2021……………………………………… IV NGÀYăHOÀNăTHÀNHăNHI MăV : 13/06/2022…………………………… V CÁNăB ăH NGăD N : PGS TS HÀ HOÀNG KHA ……………………… Tp HCM, ngày 13 tháng n m 2022 CÁNăB ăH NGăD N CH ăNHI MăB ăMỌNă ÀOăT O PGS TS Hà Hoàng Kha TR NGăKHOA I Năậ I NăT Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMOăb ngăph ngăphápăh căsơu L I C Mă N uătiên,ăemăxinăđ căg iăl iăc mă năchơnăthƠnhănh tăđ năth yăPGS.ăTS.ăHƠăHoƠngă Kha Trongăquáătrìnhăth căhi nălu năv năth căs ,ăm cădùăg păph iănhi uăkhóăkh nănh ngă th yăđưălnănhi tătìnhăh ngăd n,ăch ăd y,ătruy năđ tăkinhănghi m,ăki năth căcho em Nh ăv y,ămƠăđưăgiúpăemăgi iăquy tănh ngăv ngăm cătrongăsu tăquáătrìnhăth căhi nă lu năv năvƠăgiúpăemăv ngăvƠngăvƠăhoƠnăthi năki năth căchunămơn T ăđ y mƠăemăm iă cóăth ăhoƠnăthƠnhăđ călu năv n Ti pătheo,ăemăxinăđ căg iăl iăc mă năđ nătoƠnăth ăquỦăth yăcô thu c B ămônă Vi năThông, Khoaă i n ậ i năt , Tr ngă iăh căBáchăKhoaăTP.ăH ăChíăMinh.ăQuỦă th yăcơăđưădƠnhătr năcơngăs căđ ătruy năd yăchoăchúngăemăki năth căvƠăkinhănghi mă c aămìnhătrongăsu tăth iăgianăh căt păt iătr Cu iăcùng,ăemăxinăđ ng.ă căg iăl iăc mă năđ năchaăm ,ăanhăem,ăb năbè.ăNh ngăng iă đưăluônăđ ngăviên,ă ngăh ăc ăv ătinhăth năl năth ăch tătrongăsu tăth iăgianăqua M cădùăđưăc ăg ngăhoƠnăthƠnhălu năv nănh ngăv năkhơngătránhăkh iănh ngăthi uă sót,ăkínhămongănh năđ căs ăthơngăc m,ăgópăỦăvƠăch ăb oăt nătìnhăc aăquỦăth yăcơ TP HCM, ngày 13 tháng n mă2022 Ph măTh ăLinh LU NăV NăTH CăS i Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMOăb ngăph ngăphápăh căsơu TÓM T T LU NăV N L uăl ngăd ăli uăc aăng iădùngăđưăgiaăt ngăg pănhi uăl nătrongăm tăth păk ăquaădoă nhuăc uăs ăd ngăthi tăb ăthôngăminhăvƠăcácă ngăd ngăthôngăminhănh ăngôiănhƠăthôngă minh,ăxeăt ăhƠnh,ăth căt ă oăm ăr ng,ă…ă c aăng ăđápă ngănhuăc uătruy năd ăli uăt căđ ăcaoă iădùng,ăr tănhi uăcôngăngh ăhi năđ iăđưăđ cănghiênăc uăvƠătri năkhaiănh ăh ă th ngăcell-freeămassiveăMIMO,ătruy năthôngă ăb ngăt năTHz,ăđaătruyăc păkhôngătr că giao,ă…ăLu năv năs ăt pătrungăv ăh ăth ngăcell-free massive MIMO H ăth ngăcell-freeămassiveăMIMOălƠăh ăth ngăcóăs ăl d c.ăCácăđi mătruyăc păđ uăthamăgiaăph căv ăcácăthi tăb ăng ngăđi mătruyăc p dày iădùng.ăH ăth ngăkhôngă gi iăh năđi măđ tăc aăcácăđi mătruyăc p,ăchoăphépăcácăđi mătruyăc păg năv iăthi tăb ă ng iădùngăvƠăđ măb oăhi uăsu tăph ăcao.ăTuyănhiên,ăđ ăđ tăđ căhi uăsu tăph ăcao,ăh ă th ngăcell-freeămassiveăMIMOăyêuăc uăm tăchi năthu tăphơnăb ăcơngăsu tăt iă u.ăDoă đó,ăm cătiêuăc aălu năv nălƠătìmăraăph ngăphápăphơnăb ăcơngăsu tătrênăđ đ ăt iă uăhóaăhi uăsu tăph ătrongăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMO.ă ngăuplinkă uătiên,ălu năv n ti năhƠnhănghiênăc u,ămơăph ngămơăhìnhăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMO.ăSauăđó,ă lu năv năs ăti năhƠnhăphơnătíchăđ c ngătruy năuplinkăvƠăđ ăxu tăm tăthu tătoánăh căt ngă ngănh măgi iăquy tăv năđ ăphơnăb ăcơngăsu t.ăCu iăcùng,ălu năv năphơnătíchăvƠăsoă sánh k tăqu ămơăph ngăc aăphơnăb ăcơngăsu tăb ngăthu tătốnăh căt ngăc ngăv iăphơnă b ăcơngăsu tăb ngăthu tătốnăblockăcoordinateădescent.ăCácăk tăqu ămơăph ngăchoăth yă chi năthu tăh căt ngăc ngăđ ăxu tăđ tăđ căt căđ ăd ăli uăt iăđaătrênă90%ăsoăv iăthu tă toán block coordinate descent LU NăV NăTH CăS ii Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMOăb ngăph ngăphápăh căsơu ABSTRACT Data traffic has dramatically grown over the past decade due to the increasing demand for smart devices and applications such as smart home, autonomous vehicle, extended reality, etc To meet the users' requirements for high data rate transmission, various modern technologies have been studied and deployed, for example cell-free massive MIMO system, Terahertz communications, non-orthogonal multiple access, etc This thesis focuses on the cell-free massive MIMO system The cell-free massive MIMO system is a system with a dense number of access points Access points participate in serving the user equipments through joint coherent transmission In the cell-free massive MIMO system The system does not limit the location of access points, allows access points to be close to user equipments, and ensures high spectral efficiency However, to achieve high spectral efficiency, the cellfree massive MIMO system requires an optimal power allocation strategy The goal of this thesis is seeking the appropriate power allocation method on the uplink to optimize the spectral efficiency in a cell-free massive MIMO system First, the model of the cellfree massive MIMO system is investigated Then, this thesis analyzes the uplink transmission and proposes a reinforcement learning algorithm to solve the power allocation problem Finally, the simulation results are provided to validate the performance of the proposed algorithm and to compare it with the block coordinate descent algorithm The simulation results show that the proposed reinforcement learning strategy can obtain an achievable data rate of over 90% of those obtained by the block coordinate descent algorithm LU NăV NăTH CăS iii Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMOăb ngăph ngăphápăh căsơu L IăCAMă OAN Tôiătên:ăPh măTh ăLinh, mưăs ăh căviênă2070373 h căviênăcaoăh c chuyênăngƠnhăK ă thu tăVi n thông, khóa 2020,ăt iă iăh căQu căgiaăthƠnhăph ăH ăChíăMinhăậ Tr ngă iăh căBáchăKhoa.ăTơiăxinăcamăđoanănh ngăn iădungăsauăđ uălƠăs ăth t:ă(i)ăCơngătrìnhă nghiênăc uănƠyăhoƠnătoƠnădoăchínhătơiăth căhi n;ă(ii)ăCácătƠiăli uăvƠătríchăd nătrongălu nă v nănƠyăđ căthamăkh oăt ăcácăngu năth căt ,ăcóăuyătínăvƠăđ ăchínhăxácăcao;ă(iii)ăCácă s ăli uăvƠăk tăqu ăc aăcơngătrìnhănƠyăđ cătơiăt ăth căhi năm tăcáchăđ căl păvƠătrungă th c TP HCM, ngày … tháng … n mă2022 Ph măTh ăLinh LU NăV NăTH CăS iv Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMOăb ngăph ngăphápăh căsơu M CL C L IăC Mă N i TịMăT TăLU NăV N ii ABSTRACT iii L IăCAMă OAN iv M CăL C v DANHăSÁCHăB NG viii DANHăM CăHỊNHăV ix DANHăM CăCÁCăKụăHI UăVÀăT ăVI TăT T xi CH NGă1:ăGI IăTHI UăT NGăQUAN 1.1 T ngăquanăvƠăxuăh ngăphátătri năc aăthôngătinăvôătuy n 1.2 LỦădoăch năđ ătƠi 1.3 M cătiêuăvƠănhi măv ăc aălu năv n iăt 1.4 1.5 Ph ngăvƠăph măviănghiênăc u .7 ngăphápănghiênăc u 1.6 B ăc călu năv n CH NGă 2:ă C ă S ă Lụă THUY Tă V ă KÊNHă TRUY N,ă H ă TH NGă CELL- FREEăMASSIVEăMIMOăVÀăTOÁNăT Iă U 10 2.1 LỦăthuy tăc ăb năv ămơăhìnhăkênhătruy năc ăb n 10 2.2 T ngăquanăv ăm ngăt ăbƠo .14 2.3 K ăthu tăMIMO .17 2.4 M ngămassive MIMO 18 2.5 M ngăcell-free massive MIMO 20 2.6 LỦăthuy tăc ăb năv ătoánăt iă u .22 2.6.1 BƠiătoánăt iă uăl i 24 2.6.2 Thu tătoánăblockăcoordinateădescent 26 2.7 K tălu năch CH ng .27 NGă3:ăC ăS ăLụăTHUY TăV ăPH NGăPHÁPăH CăT NGăC NG 29 3.1 Gi iăthi uăt ngăquanăv ăkháiăni măc ăb nătrongăh căt ngăc LU NăV NăTH CăS v ng 29 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMOăb ngăph 3.2 Thu tătoánăh căt ngăc ng .31 3.2.1 Quáătrìnhăquy tăđ nhăMarkov 33 3.2.2 Ph ngătrìnhăBellman 38 3.2.3 Ph ngăphápăt iă uăchi năthu t .40 3.3 Thu tătoánăh căt ngăc 3.4 Ph ngăsơuădeepăQ-learning .44 ngăphápăh căt ngăc 3.5 K tălu năch CH ngăphápăh căsơu ngănhi uăagent .48 ng .50 NGă4:ăPHÂNăB ăCỌNGăSU Tă NGăUPLINKăTRONGăH ăTH NGă CELL-FREE MASSIVE MIMO 51 4.1 Mơăhìnhăh ăth ngăcell-free massive MIMO 51 4.1.1 Phaăhu năluy năđ 4.1.2 ngăuplink 52 ngătruy năuplink 54 4.2 Phơnătíchăt căđ ăd ăli uăcóăth ăđ tăđ 4.3 Phơnăb ăcơngăsu tătrênăđ cătrênăđ ngăuplink 55 ngăuplinkăb ngăthu tătoánăblockăcoordinateădescent 61 4.4 Thu tătốnăh căt ngăc ngătrongăphơnăb ăcơngăsu tătrongăh ăth ngăcell-free masive MIMO 68 4.4.1 Phân tích tốn 68 4.4.2 Thu tătoánăhu năluy n .71 4.4.3 Tr ngăthái 72 4.4.4 HƠnhăđ ng 75 4.4.5 Ph n th ng 75 4.5 K tălu năch ng .76 CH NGă5:ăK TăQU ăVÀăPHÂNăTệCH .77 5.1 Môăph ngămơăhìnhăh ăth ngăcell-free massive MIMO 77 5.2 K tăqu ămôăph ng 81 5.3 K tălu năch CH ng .92 NGă6:ăK TăLU NăCHUNGăVÀăH NGăNGHIÊNăC UăTI PăTHEO 93 6.1 K tălu n 93 6.2 H ngăphátătri n 94 TÀIăLI UăTHAMăKH O 95 LU NăV NăTH CăS vi Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-freeămassiveăMIMOăb ngăph ngăphápăh căsơu LụăL CHăTRệCHăNGANG 97 LU NăV NăTH CăS vii Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ngăphápăh căsơu Hình 5.3: Giáătr ăhƠmătrungăbìnhăm tămát Nh ăhìnhăv trên,ăhƠmăgiáătr ăm tămátăbanăđ uăl nănh ngă ngăv iăs ăl ngăvịngăl pă hu năluy năt ngălênăthìăgiáătr ăhƠmăm tămátăngƠyăcƠngăgi m.ăK ăt ăvịngăl păth ă1000ă tr ăđi,ătrungăbìnhăgiáătr ăc aăhƠmăm tămátăx păx ă0.08.ăV yănên,ăcóăth ăk tălu nălƠăhƠmă giáătr ăm tămátăc aăchi năthu tăđ ăxu tăh iăt Víăd ă2:ăTrongăvíăd ă nƠy,ălu năv năs ăxemă xétăs ăphơnăb ăt căđ ăc aăthi tăb ă ng iădùngă trênă đ th ngăcóăhàm ph t ph năth choătr tr v i ngă uplinkăkhiă ápă d ngă thu tă toánă h că t ngă c ng h p ph năth ng h p ph năth ng khơng có hàm ph t Cơng th c (4.36)ăđ ng khơng có hàm ph t Cơng th c (4.37)ăđ thi t b ng k� công su t truy n t iăđaăđ c mô ph ng i dùng v i c nh khu v c bao ph ng uplink �W T ngăs ăl năl yăm uă T ngăs ăepisodes trênăm tăl năl yăm uălƠă400ăepisodesăv iăs ăb 120 episodes đ c áp d ng c áp d ng cho ng có hàm ph t M ng cell-free massive MIMO đ m truy c p, m t episodeălƠă500ăb ng d aă trênă ph nă căth iăgian Trongăđó,ă280 episodes đ căth iăgianătrênă cădùngăđ ăhu năluy năvƠă cădùngăđ ăki mătra K tăqu ăcu iăcùngălƠătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênă LU NăV NăTH CăS 83 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph m tăthi tăb ăng iădùng, trênăm tăb t căđ ăchiaăchoăs ăl ngăthi tăb ăng l yăm u,ăm ngăh căt ngăc ngăphápăh căsơu căth iăgian K tăqu ăđ iădùngăvƠăt ngăs ăb cătínhăb ngăcáchăl yăt ngă căth iăgian.ă ngăv iăm iăl nă ngăs ăth căhi năhu năluy n,ăki mătraăđ căl p soăv iănh ngă l năl yăm uăkhác Hình 5.4: Trungăbìnhăt căđ ăd ăli uăcóăth ăđ tăđ chi năthu tăph năth iădùngăc aă ngăcóăhàm ph tăvƠăkhơngăcóăhàm ph t Hình 5.4 choăth y chi năthu tămƠăph năth h năsoăv iăchi năthu tămƠăph năth s ăd ngăchi năthu tămà ph năth cătrênăm tăthi tăb ăng ngăcóăhàm ph tăchoăk tăqu ăth căhi năt tă ngăkhơngăcóăhàm ph t.ăDoăđó,ănh ngăvíăd ăsauăs ă ngăcóăhàm ph t Víăd ă3: Trongăvíăd ănƠy,ălu năv năs ăxemăxétăhi uăsu t phơnăb ăcôngăsu t c aă thi tăb ăng iădùng trênăđ ng uplink áp d ng thu t toán h căt ngăc ng so sánh v i áp d ng thu t toán t iă uăblock coordinate descent, truy n công su t ng u nhiên, truy n công su t t iăđa M ng cell-free massive MIMO đ mă truyă c p,ă thi t b ng công su t truy n t iăđaăđ LU NăV NăTH CăS c mô ph ng v i i dùng v i c nh khu v c bao ph k� �W T ngăs ăepisodes 400 episodes ng uplink 84 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph v iăs ăb đ căth iăgianătrênăm t episodeălƠă500ăb cădùngăđ ăhu năluy năvƠă120ăepisodesăđ ngăphápăh căsơu căth iăgian Trongăđó,ă280 episodes cădùngăđ ăki mătra.ă B ngă5.3: Trungăbìnhăt căđ ăd ăli uă(bps/Hz) trênăm tăthi tăb ăng b Block coordinate descent 0.976 căth iăgianăc a cácăph Chi năthu tăđ ăxu t ngăpháp Truy năcôngăsu tă Truy năcôngăsu tă ng uănhiên t iăđa 0.826 0.882 0.919 B ngă5.3ătrìnhăbƠyătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ăng th iăgianăquaăcácăph iădùng trênăm tă iădùngătrênăm tăb că ngăphápăblockăcoordinateădescent,ăchi năthu tăđ ăxu t,ătruy nă côngăsu tăng uănhiên,ătruy năcôngăsu tăt iăđa Chi n thu tăđ ăxu tăđ tăt ăl ă94.16%ăkhiă soăv iăph ngăphápăt iă uăt ngăhi uăsu tăph ăblock coordinate descent, 111.26% so v iătruy năcơngăsu tăng uănhiênăvƠă104.2%ăkhiăsoăv iătruy năcơngăsu tăt iăđa Hình 5.5:ăT ăl ătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uăcóăth ătrênăm tăthi tăb ăng episodeăsoăv iăph LU NăV NăTH CăS iădùngătrên t ng ngăphápăblock coordinate descent 85 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ngăphápăh căsơu T ăl ătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uăc aă chi năthu tăđ ăxu tătrênăt ngăepisodesă khiăsoăv iă ph ngăphápăblock coordinate descent đ cătrìnhăbƠyă ăHìnhă5.5 M căgiaoăđ ngăt ăl ă t căđ ăd ăli uătrên t ngăepisodeăkhiăsoăv iăph nh tălƠ 82% vƠăt ăl ăcóăth ăđ tăđ ngăphápăblock coordinate descent th pă căcaoănh tălƠă98% Hình 5.6: HƠmăphơnăph iătíchăl y t căđ ăd ăli uătrên m tăthi tăb ăng Hình 5.6 choăth yăk tăqu ăc aăhƠm phơnăb ătíchăl yăt căđ ăthi tăb ăng tr iădùng iădùng iăv iă ngăh pătruy năcôngăsu tăt iăđaăvƠătruy năcôngăsu tăng uănhiên,ăt ngădungăl ngămƠă chi năthu tăđ ăxu tăđ tăđ căt tăh n.ăT ngădungăl ngămƠăchi năthu tăđ ăxu tăđ tăđ că t ăl ătrên 90%ăkhiăsoăv iătruy năcơngăsu tăph ăb ngăthu tătốnăblock coordinate descent Víăd ă4: Víăd ăxemăxét chi năthu tăs ăb ă nhăh su tătruy năt iăđaătrênăđ ngănh ăth ănƠoăkhiăthayăđ iăcôngă ngăuplink.ăNgoƠiăthayăđ iăcôngăsu tătruy năt iăđaătrênăđ ngă truy năuplinkăthìătham s ămơăph ngăm ngăcell-free massive MIMO tham s ădƠnhăchoă thu tătoánăh căt ngăc ngăt d ăli uătrênăm tăthi tăb ăng LU NăV NăTH CăS ngăt ănh ă ăvíăd ă3 Hình 5.7 s ămơăt ătrungăbìnhăt căđ ă iădùngăc aăcácă �W 86 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph Hình 5.7: Trungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm t thi tăb ăng gian khiăthayăđ iăcôngătruy năđ ngăphápăh căsơu iădùng m t b ngăuplinkăt iăđa B ngă5.4: Trungăbìnhăt căđ ăd ăli uă(bps/Hz) trênăm tăthi tăb ăng b Côngăsu tă (�W) căth iă iădùngătrênăm tă căth iăgianăkhi thayăđ iăcôngăsu tătruy năuplinkăt iăđa Block coordinate descent LU NăV NăTH CăS Chi năthu tăđ ă Truy năcôngă Truy năcôngă xu t su tăng uănhiên su tăt iăđa 87 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ngăphápăh căsơu T hìnhăv vƠăb ngăs ăli u, khiăcơngăsu tătruy năt iăđaătrênăđ lênăthìătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ăng ngătruy năuplink t ngă i dùngăc ngăt ngălên.ăTuyănhiên,ă khiăxemăxétăđ năchi năthu tăđ ăxu tăthìătrongăkho ngăt ngăt ă �W lên vi căt ngăcơngăsu tăs ălƠmăt ngătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ăng Nh ngăt ăkho ngă �W iădùng.ă �W tr ălên, vi căt ngăcơngăsu tăkhơngălƠmăt ngăđángăk ătrung bìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ăng iădùng khiăs ăd ngăchi năthu tăđ ăxu t Víăd ă5: Víăd s ăxemăxétătácăđ ngăc aădi nătíchăkhuăv căbaoăph ălên gi iăthu tă h căt ngăc ng NgoƠiăthayăđ i di n tích bao ph thông s mô ph ng m ng cell-free massive MIMO tham s dành cho thu t toán h căt ngăc ng t ngăt nh ă ví d k� dài c nh bao ph s n m t p Hình 5.8:ăTrungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ăng iădùngătrênăm tăb căth iă gian khiăthayăđ iăchi uădƠiăkhuăv căbaoăph LU NăV NăTH CăS 88 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ngăphápăh căsơu B ngă5.5: Trungăbìnhăt căđ ăd ăli uă(bps/Hz) trênăm tăthi tăb ăng b Chi u dài căth iăgianăkhiăthayăđ iădi nătíchăbaoăph Block bao ph coordinate Chi năthu tăđ ă Truy năcôngă Truy năcôngă xu t su tăng uănhiên su tăt iăđa descent (k� iădùngătrênăm tă D aătrênăHìnhă5.8ăvƠăB ngă5.5, vi căt ngădi nătíchăbaoăph ălƠmăgiaăt ngăkho ngăcáchă t iăđaămƠăđi mătruyăc păph căv ăchoăthi tăb ăng trênăm tăthi tăb ăng iădùng cóăth gi m D aătrênăk tăqu ăđ 5.5 Hình 5.8, đ iăv iăchi uădƠi baoăph ăt ă cóăth ăđ tăđ iădùngănênătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uă k� đ nă k�,ăt ăl ătrung bìnhăt căđ ă căc aăchi năthu tăđ ăxu tăsoăv iăthu tătoánăblock coordinate descent đ tă trênă90%.ăTuyănhiên,ăt ă k� đ nă k� thìăt ăl gi măcịnăx păx ă88%.ă Víăd ă6: Víăd s ăxemăxétătácăđ ngăc aăs ăl t ngăc cătrìnhăbƠyătrongăB ngă ng NgoƠiăthayăđ i s l ngăđi mătruy c p lên gi i thu t h c ngăđi m truy c p m ng tham s mơ ph ng m ng cell-free massive MIMO tham s dành cho thu t toán h căt ngăc nh ă ví d S l ngăđi m truy c p ngăđi mătruyăc p Khiăs ăl ngăt Hình 5.9 B ngă5.6 choăth yătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ăng thayăđ iăs ăl ng t iădùngăc aăcácăph ngăphápăkhi ngăđi mătruyăc păt ngălênămƠădi nătíchăbaoă ph ăkhơngăthayăđ iăthìăkho ngăcáchătruy năt iăđaăgi aăthi tăb ăng iădùngăvƠăđi mătruyă c păs ăgi m.ă i uănƠyălƠmăchoătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uăcóăth ăt ngălên.ăD aăb ngă5.6,ă taăth yăkhiăt ngăs ăl ngăđi mătruyăc p,ăthìăt ăl ătrungăbìnhăt căđ ăd ăli uăgi aăchi nă thu tăđ ăxu tăvƠăblockăcoordinateădescentăt ngăvƠăđ tăx p x 97% c p b ng LU NăV NăTH CăS s l ngăđi m truy 89 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph Hình 5.9: Trungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ăng gian khiăthayăđ i s ăl ngăphápăh căsơu iădùngătrênăm tăb ngăđi mătruyăc p B ngă5.6:ăTrungăbìnhăt căđ ăd ăli u (bps/Hz) trênăm tăthi tăb ăng b S ăl căth iăgian khiăthayăđ iăs ăl ngă block mătruyă coordinate c p descent LU NăV NăTH CăS căth iă iădùngătrênăm tă ngăđi mătruyăc p Chi năthu tăđ ă Truy năcôngă Truy n công xu t su tăng uănhiên su tăt iăđa 90 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph Víăd ă7: Víăd xemăxétătácăđ ngăc aăs ăl h căt ngăc ng NgoƠiăthayăđ iăs ăl ngăphápăh căsơu ngăthi tăb ăng ngăđi mătruyăc păvƠăs ăl iădùng đ năgi iăthu tă ngăthi tăb ăng iădùngă tham s ămơăph ngăm ngăcell-free massive MIMO tham s ădƠnhăchoăthu tătoánă h căt ngăc ngăt ngăt ănh ă ví d S m truy c p ng i dùng s thayăđ i ng iădùng trênăm tăb ng iădùngătrongăkhuă v c đ s l ng thi t b Trungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ă căth iăgian c aăcácăph ngăphápăkhiăthayăđ iăs ăl ngăthi tăb ă cătrìnhăbƠyătrongăHình 5.9 B ngă 5.6.ăKhiăs ăl ngă mătruyăc păt ngălên,ăxácăsu tăthi tăb ăng iădùngă ăg năv ătríăchoăkênhătruy năt tăt ngă lênănênăt căđ ăd ăli uăcóăth ăt ng.ăKhiăs ăl ngăđi mătruyăc păth p,ăt ăl ătrungăbìnhăt că đ ă d ă li uă thi tă b ă ng iă dùngă c aă chi nă thu tă đ ă xu tă soă v iă blockă coordinateă descentăđ tăx păx ă95%.ăKhiăs ăl ngăthi tăb ăng nh ngăv năđ tăx păx ă92%ăt iăs ăl ngăthi tăb ăng iădùngăt ngălênăthìăt ăl ănƠyăgi mă iădùngălƠă25ăđi m.ă Hình 5.10:ăTrungăbìnhăt căđ ăd ăli uătrênăm tăthi tăb ăng gianăkhiăthayăđ iăs ăthi tăb ng LU NăV NăTH CăS 91 iădùngătrênăm tăb căth iă i dùng Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ngăphápăh căsơu B ngă5.7:ăTrungăbìnhăt căđ ăd ăli uă(bps/Hz) trênăm tăthi tăb ăng b S ăl căth iăgianăkhiăthayăđ iăs ăl ngă block thi tăb ă ng coordinate iădùng descent K tălu năch 5.3 Trongăch d ngăph ngăthi tăb ăng iădùngătrênăm tă iădùng Chi năthu tăđ ă Truy năcôngă Truy năcôngă xu t su tăng uănhiên su tăt iăđa ng ngănƠy,ălu năv năđưămôăph ngăm tăh ăth ngăcell-free massive MIMO áp ngăphápăh căt ngăc ngănhi uăagentănh măgi iăquy tăbƠiătốnăphơnăb ăcơngă su t.ăChi năthu tăđ ăxu tăcho k tăqu ătrênă90%ăkhiăsoăv iăthu tătoánăblock coordinate descent trongătr b ăng tr ngăh păm ngăcell-freeămassiveăMIMOăv iă20ăđi mătruyăc păvƠă8ăthi tă iădùng Sauăđó,ăchi năthu tăđ ăxu tăđ căth ănghi măvƠăsoăsánhăk tăqu ătrênăcácă ngăh păthayăđ iăthamăs ănh ăcôngăsu tătruy năuplinkăt iăđa,ăchi uădƠiăkhuăv căbaoă ph ,ăs ăl ngăđi mătruyăc p,ăs ăl ngăthi tăb ăng iădùng Trongăph năl nătr ngăh p,ă chi năthu tăđ ăxu tăv năđ tăk tăqu ăx păx ă90%ăkhiăsoăv iăthu tătoánăblockăcoordinateă descent Sau khiăđ căhu năluy n,ămơăhìnhăm ngăh căt ngăc ng đ ăxu t s ăchoăt căđ tính tốn nhanhăh năsoăv iăthu tătốnăblockăcoordianteădescent.ăMơăhìnhăm ngăch ăs ă d ngăm tăhƠmătr ngăs ăđ ăd ăđốn m căcơngăsu t nên phép tính tốn mơ hình m ng cell-free massive MIMO ch ăth căhi năm tăl năduyănh t.ă LU NăV NăTH CăS 92 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph CH NGă6: K T LU N CHUNG VÀ H ngăphápăh căsơu NG NGHIÊN C U TI P THEO K tălu nă 6.1 N i dungăc aălu năv năt pătrungăvƠoăgi iăquy tăbƠiătoánăt iă uăphơnăb ăcôngăsu tătrongă h ăth ngăcell-free massive MIMO B ngăcáchă ngăd ngăk ăthu tăh căt ngăc ngănhi uă agent, lu năv năđưăđ ăxu tăm tăchi năthu tăphùăh pănh măt iă uăhóaăt ngăhi uăsu tăph trongăh ăth ngăcell-free massive MIMO ăCh ngă1,ălu năv năđưătrìnhăbƠyăv ănh ngăxuăh h ăth ngăthơngătinădiăđ ng,ăt ăđóăđ ăraăm cătiêuăvƠăh ngăphátătri năti pătheoăc aă ngăphátătri năchoăđ ătƠi.ăCh ngă 2ăgi iăthi u cácălỦăthuy tăc ăb năv ăk ăthu tăMIMO,ăh ăth ngăthôngătinăc ăb n,ămassive MIMO, cell-free massive MIMO đ ă lƠmă n nă t ngă lỦă thuy tă choă nh ngă ch ngă sau.ă Ngồi ra, lỦăthuy tătốnăt iă uăvƠăgi iăthu tăblock coordinate descent đ căđiăvƠoă chiăti t nh m ph căv ăcho gi iăbài tốn phơnăb ăcơngăsu tă ănh ngăch dungăCh ngă3ăbaoăg m líăthuy tăc aăthu tătốnăh căt ngăc m ăr ngăc aăh căt ngăc toánăh căt ngăc ng.ăCh ngăvƠăcácăthu tătoánă ngănƠyăs ălƠmăn năt ngălỦăthuy tăđ ăápăd ngăthu tă ngăcho m ngăcell-freeăMassiveăMIMOă ăCh s ăphơnătíchăm tămơ hình đ ngăsau N iă ngă4 Ch ngăti pătheo ngătruy năuplinkăc aăh ăth ngăcell-free massive MIMO thƠnhăph n tính tốn hi uăsu tăph ănh ătínăhi uămongăđ i,ătínăhi uăkhơngăxácăđ nh,ă canănhi uăvƠănhi uănoise Sauăđó, lu năv năápăd ngăthu t tốn block coordinate descent đ ăgi iăquy tăbài tốn phơnăb ăcơngăsu t t iăđaăt ngăhi uăsu tăph trênăđ ngăuplinkă trongăh ăth ngăcell-free massve MIMO Cu iăcùng, lu năv n đ ăxu tăthu tătoánăh căt ngă c ngăsơuănhi uăagentăđ ăgi iăquy tăbƠiătoán t iă uătrên Lu năv năđưătrìnhăbƠyămơăph ngă h ăth ngăcell-free massive MIMO k tăqu ăphơnăb ăcơngăsu tăsauăkhiăápăd ngăthu tă tốnăh căt ngăc t ngăc ng sơuănhi uăagentă ăCh ngă5 Cácăk tăqu ăchoăth yăthu tătoánăh că ngăđ ăxu tăđ tăt ăl ătrên 90% khiăsoăsánhăv iăthu tătoánăblock coordinate descent trongăph năl nătr ngăh p.ăVƠăhi uăqu ătínhătốnăc aăm ng h căt ngăc ngăsauăkhiăhu nă luy năt tăh năsoăv iăthu tătoánăblockăcoordinateădescent Lu năv năv năcònăm tăs măh năch ă uătiên,ăt păd ăli uăđ căsinhăraăt ămơă hìnhăm ngăcell-free massive MIMO v năcịnăt năt iănh ngăđi măkhácăbi tăsoăv iămôiă tr ngăth căt ăCácătr ngăthái,ăph năth LU NăV NăTH CăS ng c aăm ngăh căt ngăc 93 ngăuăc uătínhătốnă Linh Pham Phơnăb ăcơngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ph căt p,ădoăđó,ăkhiăs ăl ngăthi tăb ăng ngăphápăh căsơu iădùngăl năthìăcóăth ălƠmăgi măt căđ ăc aămơă hìnhăm ng.ă 6.2 H ngăphátătri nă Lu năv năđưănghiênăc uăvƠăđ ăraăchi năthu tăphùăh pănh măgi iăquy tăbƠiătốnăphơnăb ă cơngăsu tă ăđ ngăuplinkătrongăh ăth ngăcell-free massive MIMO.ăChi năthu tănƠyăđ ápăd ngăđ ăt iă uăhóaăt ngăhi uăsu tăph ăCácănghiênăc uănƠyăcóăth ăđ thêmătheoăcácăh - că căphátătri nă ngănh ăsau: Chi năthu tăđ căm ăr ngăđ ăápăd ngăchoăđ ngădownlinkăc aăh ăth ngăcell- free massive MIMO nh mălƠmăgi măđ ăph căt p - Chi năthu tăc aăthu tătoánăh căt ngăc ngănhi uăagentăs ăđ căthayăđ iăđ ăápă d ngăgi iăbƠiătốnăcơngăb ngăhi uăsu tăph ăl nănh tăvƠănh ănh t đ ăchoăm iăng dùngăđ uăs ăd ngăđ LU NăV NăTH CăS iă căngu nătƠiănguyênănh ănhau 94 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ngăphápăh căsơu TÀI LI U THAM KH O [1] ắEricssonăMobilityăReport.Ằ Ericsson (Nov 2021), sec Forecasts, pp 19 [2] M Z Chowdhury et al., "6G Wireless Communication Systems: Applications, Requirements, Technologies, Challenges, and Research Directions," IEEE Open Journal of the Communications Society, vol 1, pp 957-975, 2020 [3] N Rajatheva et al., ằằWhite Paper on Broadband Connectivity in 6G," 6G Research Visions, no 10, June 2020 [4] X You et al.,ăắTowardsă6GăWireless Communication Networks: Vision, Enabling Technologies, and New Paradigm Shifts,"ă Science China Information Sciences, vol 64, 2021 [5] A Golsmith, Wirelesss Communication Cambridge: Cambridge University Press, 2005 [6] E Björnson et al.,ăắMassiveăMIMOăNetworks:ăSpectral,ăEnergy,ăandăHardwareă Efficiency,"ăFoundations and Trends® in Signal Processing, vol 11, pp.154-655, 2017 [7] T L Marzetta et al., Fundamentals of Massive MIMO Cambridge: Cambridge University Press, 2016 [8] Ö T Demir et al., ắFoundationsă ofă User-centric Cell-free Massiveă MIMO,Ằă Foundations and Trends® in Signal Processing, vol 14, no 3-4, pp 162-472, 2020 [9] E Dahlman et al., 4G LTE-Advanced Pro and The Road to 5G Cambridge, San Diego, Kidlington, London EC2Y 5AS: Academic Press, 2016 [10] M J Kochenderfer and T A Wheeler, Algorithms for Optimization Cambridge: MIT Press, 2019 [11] S Boyd and L Vandenberghe, Convex Optimization Cambridge: Cambridge University Press, 2009 [12] D P Bertsekas, Nonlinear Programming Belmont: Athena Scientific, 1997 [13] H Dong et al., Deep Reinforcement Learning Fundamentals, Research and Applications Singapore: Springer Nature Singapore, 2020 LU NăV NăTH CăS 95 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ngăphápăh căsơu [14] R S Sutton and A G Barto, Reinforcement Learning: An Introduction second edition Cambridge: MIT Press, 2018 [15] I.ă Parkă andă T.ă Moh,ă ắMulti-Agent Deep Reinforcement Learning for Walkers Systems," 20th IEEE International Conference on Machine Learning and Applications, pp 490-495, 2021 [16] S.ăGronauerăandăK.ăDiepold,ăắMulti agentădeepăreinforcementălearning:ăaăsurvey,"ă Artificial Intelligence Review, vol 55, pp 895-943, 2022 [17] H Q Ngo et al.,ă ắCell-free Massive MIMO versus Small Cells,"ă IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 16, pp 1834-1850, 2017 [18] Q Shi et al.,ă ắAn Iteratively Weighted MMSE Approach to Distributed SumUtility Maximization for a MIMO Interfering Broadcast Channel,"ă IEEE Transactions on Signal Processing, vol 59, no 9, pp 4331-4340, Sept 2011 [19] Y.ăS.ăNasirăandăD.ăGuo,ăắMulti-Agent Deep Reinforcement Learning for Dynamic Power Allocation in Wireless Networks,"ă IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 37, no 10, pp 2239-2250, Oct 2019 [20] Y.ă S.ă Nasiră andă D.ă Guo,ă ắDeepă Actor-Critic Learning for Distributed Power ControlăinăWirelessăMobileăNetworks,"ăarXiv preprint arXiv:2009.06681, 2020 LU NăV NăTH CăS 96 Linh Pham Phơnăb ăcôngăsu tăh ăth ngăcell-free massive MIMO b ngăph ngăphápăh căsơu LụăL CHăTRệCHăNGANG H ăvƠătên:ăPh măTh ăLinh aăch ăth N iăsinh:ă ngătrú:ă126ăLêăDu n,ăt ădơnăph ă8,ăph Thu t,ăt nhă kl k ngăTơnăThƠnh,ăTp.ăBuônăMaă kăL k aăch ăhi năt i:ă885/9/26ăNguy nă nhăTh ,ăph ngăTơnăChánhăHi p,ăqu nă12, Tp H ăChí Minh Email: ptlinh.sdh20@hcmut.edu.vn S ăđi nătho i: 0973760324 Quáătrìnhăh căt păvƠănghiênăc u:ă - 11/2020 ậ Nay:ăH căviênăsauăđ iăh c,ăTr ngă iăh căBáchăKhoaăTP.ăH ăChíă Minh.ăKhoaă i năậ i năt ăChuyênăngƠnhăK ăthu tăVi năThông - 08/2015 ậ 8/2020:ăSinhăviênăTr i nă ậ l ngă iăh căBáchăKhoaăTP.ăH ăChíăMinh.ăKhoaă i n t ă Chună ngƠnhă Vi nă Thơng,ă ch ngătrìnhă Ơoă t oă k ă s ă ch tă ngăcaoăVi t-Pháp (PFIEV) Q trình cơng tác: - 9/2020 ậ Nay:ăK ăs ăl pătrình, Cơng ty C ăph năVi năthơngăFPTăậ Chi nhánh TP.ăH ăChíăMinh LU NăV NăTH CăS 97 Linh Pham ... ng cell- free massive MIMO lƠăm tăh ăth ng đ că xơyăd ngăd aătrênăh ăth ng? ?massive MIMO? ?nh ngăkhôngă Cell- free massive MIMO phơnă chiaă thƠnhă cácă khuă v că t ă bƠo M ngă cell- free massive MIMO? ?... Phơnăb ? ?công? ?su tăh ăth ng? ?cell- free massive MIMO b ngăph ng? ?pháp? ?h căsơu Hình 2.4: Minh h a m t m ng cell- free M ng? ?cell- free massive MIMO lƠăm tăm ngăsinhăraăt ăs ăk tăh păgi aăm ngăcellfree vƠăm... Phơnăb ? ?công? ?su tăh ăth ng? ?cell- free massive MIMO b ngăph T ănh ngăđ nhăh ngătrên,ălu năv năđ ng? ?pháp? ?h căsơu căđ tătênălƠ:ăắPHÂNăB ăCỌNGăSU Tă H ă TH NGă CELL- FREE MASSIVE MIMO B NGă PH NGă PHÁPă