(Luận văn) quản lý nhiễu truyền thông d2d trong mạng thông tin di động 5g

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ lu an n va to p ie gh tn HÀ THẾ LUÔN oa nl w d QUẢN LÝ NHIỄU TRUYỀN THÔNG D2D lu nf va an TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G z at nh oi lm ul z LUẬN VĂN THẠC SỸ @ m co l gm CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG an Lu Hà Nội – 2020 n va ac th si ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ lu an n va HÀ THẾ LUÔN tn to ie gh QUẢN LÝ NHIỄU TRUYỀN THÔNG D2D p TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G oa nl w d LUẬN VĂN THẠC SỸ an lu nf va CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG z at nh oi lm ul Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG z Mã số: 8510302.02 @ TS ĐINH THỊ THÁI MAI m co l gm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: an Lu Hà Nội – 2020 n va ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn si LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học tơi, hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Đinh Thị Thái Mai Các kết nêu Luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Các số liệu Luận văn trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, trích dẫn theo quy định Tơi xin chịu trách nhiệm tính xác trung thực Luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2020 lu Tác giả Luận văn an n va to p ie gh tn Hà Thế Luôn d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn si ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo trường Đại học Cơng Nghệ- Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung, thầy khoa Điện tửViễn thơng nói riêng tận tâm dạy dỗ, truyền đạt cho kiến thức mơn học giúp tơi tích lũy kiến thức quan trọng suốt trình học tập, rèn luyện trường Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên Tiến sĩ Đinh Thị Thái Mai, người trực tiếp tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ suốt q trình thực Luận văn lu Tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ an n va động viên tơi q trình học tập hồn thành Luận văn Dù cố gắng để hoàn thành Luận văn, chắn không tránh khỏi sai sót Kính to gh tn mong nhận góp ý chân thành q thầy bạn bè ie Luận văn hỗ trợ Đại học Quốc gia Hà Nội, thông qua Đề tài p QG.18.35 "Nghiên cứu giải pháp loại bỏ nhiễu, nâng cao hiệu mạng phát triển d oa hướng" nl w phần mềm mạng truyền thơng ánh sáng nhìn thấy sử dụng chùm sáng định nf va an lu Tôi xin chân thành cảm ơn! lm ul Hà Nội, ngày tháng năm 2020 z at nh oi Học viên z @ m co l gm Hà Thế Luôn an Lu n va ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn si iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG D2D 1.1 Giới thiệu 1.2 Những thách thức kỹ thuật truyền thông D2D mạng tế bào lu 1.2.1 Phát thiết bị 1.2.2 Lựa chọn chế độ giao tiếp 1.2.3 Bảo mật 1.2.4 Quản lý nhiễu an 1.3 Quản lý nhiễu truyền thông D2D va n 1.3.1 Các loại nhiễu kiến trúc mạng hai tầng tn to 1.3.2 Mức kiểm soát nhiễu gh 1.4 Tính tốn 10 p ie 1.4.1 Hình học ngẫu nhiên 10 1.4.2 Lý thuyết đồ thị 10 nl w 1.4.3 Lý thuyết tiến hóa 11 oa 1.4.4 Lý thuyết hàng đợi 11 d 1.5 Các công nghệ tiên tiến quản lý nhiễu mạng di động hỗ trợ D2D 11 lu nf va an 1.5.1 Tách phổ 12 1.5.2 Điều khiển công suất 13 lm ul 1.5.3 Phân bổ tài nguyên vô tuyến 14 1.6 Thách thức quản lý nhiễu mạng 5G hỗ trợ D2D 17 z at nh oi 1.6.1 D2D giao tiếp mmWave 17 1.6.2 Mật độ cell giảm tải 17 1.7 Kết luận 18 z gm @ CHƯƠNG 2: QUẢN LÝ NHIỄU TRONG TRUYỀN THÔNG D2D 19 2.1 Giới thiệu 19 l 2.2 Phương pháp quản lý nhiễu ISA cho truyền thông D2D Underlay 20 co m 2.2.1 Mơ hình hệ thống 20 an Lu 2.2.2 Các cơng thức tính tốn 21 2.2.3 Xây dựng khu vực ngăn chặn nhiễu (ISA) 24 n va 2.2.4 Điều khiển công suất 25 ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn si iv 2.2.5 Phân bổ tài nguyên 26 2.3 Phương pháp vùng hạn chế nhiễu ILA cho truyền thông D2D 27 2.3.1 Giới thiệu 27 2.3.2 Mơ hình hệ thống 28 2.3.3 Đánh giá hiệu hệ thống đường xuống 29 2.3.4 Hạn chế nhiễu từ truyền thông D2D 31 2.3.5 Hạn chế nhiễu từ truyền thông di động 32 2.3.6 Phân bổ tài nguyên 33 2.4 Kết luận 35 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ NHIỄU DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH PHA ĐINH RAYLEIGH 36 3.1 Ảnh hưởng pha đinh quản lý nhiễu 36 lu 3.2 Đánh giá hiệu hệ thống dựa phương pháp ISA (khu vực ngăn chặn nhiễu) 38 an va 3.2.1 Mơ hình mơ 38 n 3.2.2 Kết mô 40 3.3.1 Mơ hình mơ 42 ie gh tn to 3.3 Đánh giá hiệu hệ thống dựa phương pháp ILA (vùng hạn chế nhiễu) 42 p 3.3.2 Kết mô 43 3.5 Kết luận 45 w oa nl KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 d DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn si v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AP Access Point Điểm truy cập BS Base Station Trạm sở Close Loop Power control Sơ đồ điều khiển cơng suất Scheme vịng đóng CSI Channel State Information Thơng tin tình trạng kênh CUE Cellular User Equipment Thiết bị người dùng di động CU Cellular User Người dùng di động D2D Device to Device Thiết bị - Thiết bị DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động DUE D2D User Equipment Thiết bị người dùng D2D Institute of Electrical and Viện công nghệ Điện Điện Electronics Engineers tử Fractional Frequency Reuse Tái sử dụng tần số phân số Global mobile Suppliers Hiệp hội nhà cung cấp di Association động toàn cầu Interference Limited Area Vùng hạn chế nhiễu CLPS lu an n va IEEE tn to FFR p ie gh GSA oa nl w ILA Internet vạn vật d Internet of Things an lu IoT Khu vực ngăn chặn nhiễu Interference Suppression Area LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn LTE-A Long Term Evolution Advance Tiến hóa dài hạn phát triển MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào- đa đầu MNO Mobile Network Operator Nhà khai thác mạng di động z at nh oi lm ul Division Multiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao l gm @ Orthogonal Frequency- z OFDMA nf va ISA Sơ đồ điều khiển cơng suất control Scheme vịng mở PC Power Control Điều khiển công suất PFR Partial Frequency Reuse Tái sử dụng tần số phần m co Open Loop fraction Power OLPS an Lu n va ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn si vi QoS Quality of Sevice Chất lượng dịch vụ RRA Radio Resource Allocation Phân bổ tài nguyên vô tuyến RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến RUE Receiver User Equipment Thiết bị người nhận Single-Carrier Frequency Đơn sóng mang đa truy cập Division Multiplexing Access phân chia theo tần số Signal to Interference-plus- Tỷ lệ tín hiệu nhiễu cộng Noise Ratio tạp âm SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu tạp âm TUE Transmitter User Equipment Thiết bị người truyền UE User Equipment Thiết bị người dùng UL/DL Uplink/Downlink Đường lên/Đường xuống SC - FDMA SINR lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn si vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1 Truyền thông D2D multi-tier cells HetNets Hình Phân loại truyền thông D2D (theo phổ tần số) Hình Sơ đồ phân loại chi tiết truyền thông D2D Hình Các loại nhiễu mạng di động D2D hai tầng Hình 5.Các kịch nhiễu cho tài nguyên tái sử dụng khác Hình 1.6 Mức độ kiểm sốt nhiễu truyền thơng D2D Hình Phân loại kỹ thuật quản lý nhiễu D2D 12 Hình Chia phổ 12 Hình Phân bổ băng tần dựa FFR 15 Hình Mơ hình hệ thống truyền thông D2D phương pháp ISA 21 Hình 2 Khu vực ngăn chặn nhiễu 25 Hình Mơ hình hệ thống truyền thông D2D phương pháp ILA 28 Hình 2.4 Kịch mơ ILA 29 lu an n va ie gh tn to Hình PDF biến ngẫu nhiên Rayleigh 37 Hình Phân bố CUE cặp D2D mạng 39 Hình 3 Các CUE nằm vùng gây nhiễu lên truyền thông D2D 40 Hình Dung lượng hệ thống thay đổi ngưỡng nhiễu thay đổi 41 Hình Phân bố CUE cặp D2D mạng 42 Hình Dung lượng hệ thống thay đổi ngưỡng nhiễu c thay đổi 43 p Hình Dung lượng hệ thống với trường hợp có cặp hai cặp D2D 44 w d oa nl Bảng Tham số mô 38 nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn si MỞ ĐẦU Truyền thông thiết bị với thiết bị (D2D) cho phép tăng cường hiệu suất thiết bị cách cho phép truyền trực tiếp cặp thiết bị có vị trí gần Các nghiên cứu ban đầu chứng minh rằng, giao tiếp trực tiếp cải thiện việc tái sử dụng phổ, thông lượng, tiêu thụ lượng, vùng phủ sóng giảm độ trễ đầu cuối đến đầu cuối Do đó, xu hướng nghiên cứu cho thấy D2D công nghệ ứng dụng mạng di động hệ - tức mạng 5G Tuy nhiên, việc giới thiệu D2D cho mạng di động đặt thách thức kỹ thuật khác Quản lý nhiễu người dùng di động người dùng D2D coi vấn đề quan trọng D2D đưa vào mạng di động người dùng D2D chia sẻ dải phổ cấp phép với người dùng di động lu an Từ lý trên, chọn đề tài: “Quản lý nhiễu truyền thông D2D mạng Trong luận văn này, hướng đến việc tìm hiểu số nghiên cứu tìm n va thông tin di động 5G” to gh tn thấy khảo sát trước cách tập trung vào kỹ thuật quản lý nhiễu p ie đề xuất năm gần cho LTE/LTE-A HetNets Trong đó, luận văn tập trung sâu vào hai phương pháp quản lý nhiễu ISA ILA Khác với nl w nghiên cứu trước, luận văn tổng qt hóa mơ hình hóa hệ thống mạng di d oa động có nhiều cặp D2D thực truyền thông đánh giá xem xét hiệu an lu hệ thống ảnh hưởng pha đinh nf va Kết cấu luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan truyền thông D2D lm ul Chương 2: Quản lý nhiễu truyền thông D2D z at nh oi Chương 3: Mô phỏng, đánh giá hiệu phương pháp quản lý nhiễu ảnh hưởng kênh pha đinh Rayleigh z m co l gm @ an Lu n va ac th GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Ln si 36 CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ NHIỄU DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH PHA ĐINH RAYLEIGH 3.1 Ảnh hưởng pha đinh quản lý nhiễu Pha đinh tượng sai khác tín hiệu thu cách bất thường xảy hệ thống vô tuyến tác động môi trường truyền dẫn Các yếu tố gây pha đinh hệ thống vô tuyến mặt đất như: - Sự khúc xạ gây khơng đồng mật độ khơng khí - Sự thăng giáng tầng điện ly hệ thống sóng ngắn - Sự hấp thụ gây phân tử khí, nước, mưa, tuyết, sương mù hấp thụ phụ thuộc vào dải tần số cao (>10GHz) - Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt trường hợp có bề mặt nước lu an phản xạ sóng từ bất đồng khí n va - Sự phản xạ, tán xạ nhiễu xạ từ chướng ngại đường truyền lan sóng tn to điện từ, gây nên tượng trải trễ giao thoa sóng điểm thu tín hiệu nhận gh tổng nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường Hiện tượng đặc biệt p ie quan trọng thông tin di động [3] w Trong thực tế, phát thu xuất loại kênh truyền: kênh d đinh Suzuki, oa nl pha đinh Rayleigh, kênh pha đinh Shadowing , kênh pha đinh Nakagami-m, kênh pha an lu Kênh sử dụng mô kênh chịu ảnh hưởng suy hao lm ul bị di động nf va không gian tự pha đinh Rayleigh Đây loại kênh truyền thực tế thiết Pha đinh Rayleigh mơ hình thống kê ảnh hưởng mơi trường lan z at nh oi truyền tín hiệu vô tuyến, sử dụng thiết bị khơng dây Các mơ hình pha đinh Rayleigh giả sử độ lớn tín hiệu truyền qua mơi z trường truyền tải (hay cịn gọi kênh truyền thông) thay đổi ngẫu nhiên biến @ gm theo phân bố Rayleigh Pha đinh Rayleigh xem mơ hình hợp lý cho l việc truyền tín hiệu từ tầng đối lưu tầng bầu khí ảnh hưởng m co môi trường đô thị xây dựng lên tín hiệu vơ tuyến [3] ℎ = (ℎ𝐼 , ℎ𝑄 ) cho h = ℎ𝑄 + jℎ𝐼 = r ej thỏa mãn: an Lu ➢ Kênh Fading Rayleigh: Đáp ứng kênh h biến Rayleigh – biến phức n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 37 𝑟 = √ℎ𝐼2 + ℎ𝑄2 ℎ𝐼 𝜃 = 𝐴𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 (3.1) ℎ𝑄 Trong đó: ℎ𝐼 , ℎ𝑄 đại lượng ngẫu nhiên có phân bố Gauss PDF biến ngẫu nhiên Rayleigh cho công thức (3.2) biểu diễn Hình 3.1 ℎ 𝑝(ℎ) = {𝜎2 𝑒 − ℎ2 2𝜎2 x0 (3.2) giá trị khác lu an n va p ie gh tn to oa nl w Hình 3.1 PDF biến ngẫu nhiên Rayleigh d Vì ℎ𝐼 , ℎ𝑄 ngẫu nhiên phân bố Rayleigh nên r, 𝜃 đại lượng ngẫu nhiên có nf va an lu xác suất Vậy r ngẫu nhiên phân bố Rayleigh lm ul 𝜃 ngẫu nhiên phân bố z at nh oi Phương sai độ lệch chuẩn: ∞ (3.3) 𝜎 = 𝐸 [𝑋 ] − 𝐸 [𝑋] (3.4) z 𝐸[𝑋] = ∫0 𝑋𝑃𝑟𝑋 𝑑(𝑃𝑟𝑋 ) @ gm Trong X đại lượng ngẫu nhiên 𝑃𝑟𝑥 xác suất xảy đại lượng l Phương sai biến ngẫu nhiên (𝜎 ) bình phương độ lệch chuẩn ℎ2 2𝜎2 x0 giá trị khác an Lu − m 𝐹 ( ℎ) = { − 𝑒 co CDF biến ngẫu nhiên Rayleigh: (3.5) n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 38 3.2 Đánh giá hiệu hệ thống dựa phương pháp ISA (khu vực ngăn chặn nhiễu) 3.2.1 Mơ hình mơ Mơ hình mạng tế bào macro-cell có tâm trạm gốc với bán kính 200m Hệ thống anten giả định vô hướng Các tham số hệ thống liệt kê chi tiết Bảng 3.1 Bảng Tham số mơ lu Giá trị Bán kính cell 200 m Số người dùng cell 80 người Số cặp D2D cặp an Tham số n va to 46 dBm gh tn Công suất phát BS p ie Công suất phát UE (bao gồm người dùng di động người dùng D2D) Đây công suất phát tối đa oa nl UE ( Pd max ) w 15 dBm d Độ dài bước sóng (LTE 1900 MHz) nf va an lu 0,158 m Khoảng cách TUE RUE 30 m lm ul z at nh oi Hệ số suy hao đường truyền (𝛼) Đầu tiên, tế bào bao gồm M người dùng di động (CUEs) hai cặp D2D z phân bổ cách ngẫu nhiên, khoảng cách TUE RUE cặp @ m co l gm khơng đổi Hình 3.2 mô tả phân bố CUE hai cặp D2D mạng an Lu n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 39 lu an n va to gh tn Hình 3.2 Phân bố CUE cặp D2D mạng p ie Trong Hình 3.2, điểm màu tím đại diện cho trạm sở BS, dấu cộng màu xanh nl w nhiên màu đỏ thể cặp người dùng D2D, lại số CUEs phân bố ngẫu d oa Để đánh giá hiệu hệ thống dựa phương pháp ISA, chương nf va đường xuống ( PDL ) an lu trình mơ xét đến thay đổi mức công suất phát bao gồm đường lên ( PUL ) lm ul - Kênh sử dụng mô kênh chịu ảnh hưởng suy hao không gian tự pha đinh Rayleigh z at nh oi - Các công thức dùng để mô gồm đại lượng như: SINR, độ lợi kênh (Gain), suy hao đường truyền (Pathloss) z - Đại lượng đưa để đánh giá dung lượng hệ thống (Capacity) @ gm Thực mô với phân bổ tài nguyên dựa vào khu vực ngăn chặn nhiễu l phân bổ tài nguyên ngẫu nhiên Thông qua kết mô phỏng, trường hợp quản lý an Lu lượng tốt m co nhiễu dựa khu vực ngăn chặn nhiễu chứng minh giúp hệ thống đạt dung Khi thay đổi PDL PUL dẫn đến RDL RUL thay đổi, phạm vi va n khu vực ngăn chặn nhiễu ISA thay đổi Từ đó, xác định kênh tài ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 40 nguyên mà cặp D2D sử dụng chung với người dùng di động cách loại bỏ tất CUE nằm vùng có bán kính RDL RUL Hình 3.3 mơ tả người dùng di động CUEs (biểu diễn hình màu xanh) nằm khu vực ngăn chặn nhiễu, vùng gồm hai đường trịn có tâm TUE RUE (biểu diễn dấu cộng màu xanh màu đỏ) với bán kính tương ứng RDL RUL Tài nguyên tần số CUE không xem xét để cấp phát cho cặp truyền thông D2D lu an n va p ie gh tn to d oa nl w lu 3.2.2 Kết mơ nf va an Hình 3.3 Các CUE nằm vùng gây nhiễu lên truyền thông D2D z at nh oi nhiễu đường xuống PDL lm ul Hình 3.4 biểu diễn thay đổi dung lượng hệ thống thay đổi ngưỡng z m co l gm @ an Lu n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 41 lu an va n Hình 3.4 Dung lượng hệ thống thay đổi ngưỡng nhiễu thay đổi gh tn to Từ kết mơ Hình 3.4, thấy, mức ngưỡng nhiễu ie thấp -150dBm, trường hợp phân bổ tài nguyên sử dụng ISA trường p hợp phân bổ tài nguyên ngẫu nhiên Tuy nhiên, mức ngưỡng đạt giá trị lớn - nl w 150dBm, dung lượng hệ thống tăng lên đạt trạng thái bão hòa mức d oa lượng ngưỡng 𝑃𝑈𝐿 = 𝑃𝐷𝐿 = −115dBm Khi đó, dung lượng hệ thống ổn định an lu khơng có thay đổi hay chênh lệch lớn mức lượng Duy trì nf va mức lượng giúp hệ thống đạt dung lượng cao hiệu tốt Dựa theo kết mô trên, thấy dung lượng hệ thống cải lm ul thiện đáng kể sử dụng phương pháp quản lý nhiễu dựa khu vực ngăn chặn z at nh oi nhiễu (ISA) so với không sử dụng Khi sử dụng phương pháp này, cách loại bỏ tất CUE nằm khu vực ngăn chặn nhiễu, sử dụng chung tài nguyên z với CUE nằm vùng RUL RDL , ngưỡng nhiễu tăng dần kéo theo bán kính gm @ vùng phủ giảm dần, số CUE nằm vùng phủ tăng, SINR hệ thống tăng lên m co hịa l dung lượng hệ thống ngày tăng đến thời điểm đạt trạng thái bão an Lu n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 42 3.3 Đánh giá hiệu hệ thống dựa phương pháp ILA (vùng hạn chế nhiễu) 3.3.1 Mơ hình mơ Phương pháp ILA có xem xét đến trường hơp nhiễu liên tế bào Giả sử mơ hình mạng gồm tế bào macro-cell mô tả Hình 3.6 Ở đây, bán kính tế bào 300m, bán kính trung tâm tế bào 150m, biên tế bào vùng giới hạn từ 150m-300m (thể vùng giới hạn từ đường tròn nhỏ đến đường trịn to hình vẽ) Hệ thống anten giả định vơ hướng Các tham số hệ thống có giá trị Bảng 3.1 Người dùng phân bổ cách ngẫu nhiên vào tế bào Trong Hình 3.5, giả sử trung tâm tế bào người dùng sử dụng tần số (thể dấu cộng màu xanh lam); biên tế bào, người dùng sử dụng lu an tần số khác (thể dấu cộng màu đỏ, màu hồng màu đen) n va Quá trình mô dựa phương pháp ILA ảnh hưởng người tn to dùng di động đến cặp D2D không từ nội cell mà cặp D2D thuộc về, mà bị p ie gh nhiễu từ trạm BS lân cận ảnh hưởng đến d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z gm @ l Hình 3.5 Phân bố CUE cặp D2D mạng m co Bài mô đánh giá hiệu hệ thống dựa phương pháp ILA an Lu thực việc thay đổi mức ngưỡng nhiễu c cho truyền thông di động Kênh sử dụng mô kênh chịu ảnh hưởng suy hao không gian tự va n kênh pha đinh Rayleigh Đại lượng đưa để đánh giá dung lượng hệ ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 43 thống Thực mô với phân bổ tài nguyên dựa vào vùng hạn chế nhiễu ILA phân bổ tài nguyên ngẫu nhiên Thông qua kết mô phỏng, trường hợp quản lý nhiễu dựa vùng hạn chế nhiễu chứng minh giúp hệ thống đạt dung lượng tốt Khi thay đổi mức ngưỡng nhiễu c , bán kính r1 vùng phủ Z1 thay đổi Từ đó, xác định kênh tài nguyên mà cặp D2D sử dụng chung với người dùng di động cách loại bỏ tất CUE nằm vùng phủ Z1 Tương tự, ta xác định kênh tài nguyên mà cặp D2D sử dụng chung với người dùng di động cách loại bỏ tất CUE nằm vùng phủ Z Phương pháp ILA cịn xem xét đến vị trí người dùng D2D: người dùng D2D nằm biên tế lu bào truy cập vào kênh biên để tránh nhiễu liên vùng, người dùng an n va D2D vùng trung tâm, kênh biên tế bào khơng phân bổ cho người dùng D2D để đảm bảo CUE biên tế bào tránh khỏi nhiễu gây to gh tn truyền thông D2D 3.3.2 Kết mơ ie p Hình 3.6 biểu diễn thay đổi dung lượng hệ thống thực thay đổi d oa nl w mức ngưỡng nhiễu c cho truyền thông di động nf va an lu z at nh oi lm ul z gm @ co l Hình 3.6 Dung lượng hệ thống thay đổi ngưỡng nhiễu c thay đổi m Từ Hình 3.6, thấy, mức ngưỡng nhiễu thấp -125dBm, an Lu trường hợp phân bổ tài nguyên sử dụng ILA trường hợp phân bổ tài nguyên ngẫu nhiên Tuy nhiên, mức ngưỡng đạt giá trị lớn -125dBm, dung va n lượng hệ thống tăng lên đạt trạng thái bão hòa mức ngưỡng -60dBm Khi đó, ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 44 dung lượng hệ thống ổn định khơng có thay đổi hay chênh lệch lớn mức lượng Duy trì mức lượng giúp hệ thống đạt dung lượng cao hiệu tốt Khi ngưỡng nhiễu tăng kéo theo bán kính vùng phủ giảm dần, số CUE nằm ngồi vùng phủ tăng, SINR hệ thống tăng lên dung lượng hệ thống ngày tăng đến thời điểm đạt trạng thái bão hịa Hình 3.7 biểu diễn thay đổi dung lượng hệ thống thay đổi mức ngưỡng nhiễu c cho truyền thơng di động với trường hợp có cặp hai cặp D2D lu an n va p ie gh tn to d oa nl w an lu Hình 3.7 Dung lượng hệ thống với trường hợp có cặp hai cặp D2D nf va Từ Hình 3.7, thấy, trường hợp phân bổ tài nguyên sử dụng ILA lm ul với cặp D2D dung lượng hệ thống thấp so với trường hợp sủ dụng cặp D2D Tuy nhiên, mức ngưỡng đạt giá trị khoảng từ -80dBm trở lên, dung z at nh oi lượng hệ thống bắt đầu đạt trạng thái bão hòa Tại mức ngưỡng -80dBm, dung lượng hệ thống đạt trạng thái bão hòa với dung lượng trường hợp cặp D2D 4700 z bps/Hz trường hợp hai cặp D2D 9425 bps/Hz Theo kết mơ trên, có @ gm thể thấy dung lượng hệ thống cải thiện đáng kể sử dụng phương pháp quản lý cặp D2D giúp tăng đáng kể dung lượng hệ thống m co l nhiễu dựa vùng hạn chế nhiễu so với không sử dụng; việc sử dụng nhiều an Lu n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 45 3.5 Kết luận Nội dung chương tiến hành phân tích, đánh giá hiệu hệ thống sử dụng phần mềm Matlab mô dung lượng hệ thống sử dụng hai phương pháp quản lý nhiễu ISA ILA Dựa vào khu vực ngăn chặn/vùng hạn chế nhiễu xác định nguồn tài nguyên sử dụng cho truyền thơng D2D, từ giúp cải thiện dung lượng hệ thống Đặc biệt, hệ thống khảo sát kênh chịu ảnh hưởng suy hao không gian tự pha đinh Rayleigh, kênh thực tế thiết bị di động hệ thống thông tin di động Các kết thu cho thấy dung lượng hệ thống cải thiện đáng kể áp dụng hai phương pháp quản lý nhiễu ISA ILA lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong luận văn trình bày tổng quan truyền thông D2D mạng thông tin di động 5G Truyền thông D2D cung cấp tốc độ liệu cao độ trễ thấp cho người dùng đầu cuối mạng 5G kì vọng công nghệ then chốt mạng hệ Mặc dù vậy, vấn đề nhiễu gây cặp truyền thông D2D tới thiết bị di động hay ngược lại vấn đề quan trọng cần quan tâm Trong luận văn trình bày hai phương pháp quản lý nhiễu ISA (khu vực ngăn chặn nhiễu) ILA (vùng hạn chế nhiễu); thực chương trình mơ dựa hai phương pháp qua phần mềm Matlab, có xét đến ảnh hưởng suy hao không giao tự pha đinh Rayleigh Kết cho thấy, sử lu dụng hai phương pháp giúp quản lý hiệu vấn đề nhiễu người dùng di an động thông thường người dùng D2D, dung lượng hệ thống cải thiện đáng n va kể so với không sử dụng Thứ nhất, luận văn xét đến ảnh hưởng kênh pha đinh Rayleigh với hai ie gh tn to Hướng nghiên cứu Luận văn là: p phương pháp quản lý nhiễu ISA ILA, xem xét ảnh hưởng w loại kênh pha đinh khác như: kênh pha đinh Nakagami-m, kênh pha đinh Suzuki, kênh oa nl pha đinh Lognormal, kênh pha đinh Rician, d Thứ hai, Luận văn, mô hình hệ thống hai phương pháp xét có lu tồn hệ thống nf va an mặt hai cặp D2D, xét trường hợp tổng quát với n cặp D2D lm ul Thứ ba, tiếp tục nghiên cứu, tìm hiểu thuật toán, phương pháp khác giúp z at nh oi quản lý nhiễu hiệu truyền thông D2D z m co l gm @ an Lu n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Phạm Anh Dũng (2003), CDMA one CDMA 2000, Nhà xuất Bưu Điện, Hà Nội [2] Nguyễn Phạm Anh Dũng (2008), Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G, Nhà xuất Thông tin truyền thông, Hà Nội [3] Nguyễn Thị Yến (2019), Nghiên cứu phương pháp quản lý nhiễu truyền thông D2D, Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng [4] Đào Xn Hồng (2015), Cơng nghệ D2D hệ thống LTE-A, Luận văn tốt lu nghiệp Thạc sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội an [5] Dương Ngọc Sơn, Đinh Thị Thái Mai Nguyễn Quốc Tuấn (2018), “Đánh giá va n hiệu truyền thông D2D sử dụng vùng hạn chế nhiễu ảnh hưởng Công nghệ Thông tin, REV-ECIT ie gh tn to pha-đinh Rayleigh,” Hội nghị Quốc gia lần thứ XXI Điện tử, Truyền thông p Tiếng Anh GSA,“LTE Subscriptions forecast (worldwide) to 2020,” 〈http:// nl w [6] oa www.gsacom.com/news/gsa_434.php〉, 2015 d [7] Feng,D., Lu, L., Yi, Y.W., Li, G.Y., Li, S., Feng, G (2014), “Device-to-device lu 49–55 nf va an communications in cellular networks no” April IEEE Commun Mag vol 52, lm ul [8] Mahda Noura, Rosdiadee Nordin, B (2016), “A survey on interference networks” z at nh oi management for Device-to-Device (D2D) communication and its challenges in 5G [9] Yue, J., Ma, C., Yu, H., Zhou, W (2013), “Secrecy-based access control for z gm Lett 17 (11), 2068–2071 @ device-todevice communication underlaying cellular networks” IEEE Commun co l [10] Liu, J., Kato, N., Ma, J., Kadowaki, N (2014), “Device-to-device communication m in lteadvanced networks: a survey” IEEE Commun Surv Tutorials an Lu [11] Tehrani, M., Uysal, M., Yanikomeroglu, H (2014), “Device-to-device communication in 5G cellular networks: challenges, solutions, and future n ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai va directions no” May IEEE Commun Mag 52, 86–92 48 [12] Haenggi, M (2012), “Stochastic geometry for wireless networks” Cambridge University Press [13] Elsawy, H., Hossain, E (2014), “Analytical modeling of mode selection and power control for underlay D2D communication in cellular networks” Commun IEEE Trans 62 (11), 4147–4161 [14] Sun, H., Wildemeersch, M., Sheng, M., Quek, T.Q.S (2015) “D2D enhanced heterogeneous cellular networks with dynamic TDD” IEEE Trans Wirel Commun 14, 4204–4218 [15] Lin, X., Jr, R.W H., and Andrews, J.G (2014) “The Interplay between Massive MIMO and Underlaid D2D Networking”, pp 1–35 [16] Arash Asadi, Qing Wang, and Vincenzo Mancuso, “A Survey on Device-to- lu an Device Communication in Cellular Networks” IEEE Journal Communications va Surveys & Tutorials, Vol 16, No.4, pp 1801 - 1819 n D2D Communications Underlying Cellular Networks at Cell Edge” gh tn to [17] Bin Guo, Shaohui Sun, Shaohui Sun, Qiubin Gao, “Interference Management for p ie [18] C.-H Yu, K Doppler, C B Ribeiro, and O Tirkkonen, “Performance impact of w fading interference to device-to-device communication underlaying cellular oa nl networks” d [19] D Tsolkas, E Liotou, N Passas, L Merakos (Sept 2012), “A graph-coloring an lu secondary resource allocation for D2D communications in LTE networks”, In the nf va 17th IEEE International Workshop on Computer-Aided Modeling Analysis and Spain z at nh oi lm ul Design of Communication Links and Networks (IEEE CAMAD 2012), Barcelona, [20] E Dahlman, S Parkvall, and J Skold (2011), “4G: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband”, Elsevier z Science @ gm [21] Furqan Jameel, Zara Hamid, Farhana Jabeen, Sherali Zeadally and Muhammad l Awais Javed (2018), “A Survey of Device-to-Device Communications: Research an Lu 2133 - 2168 m co Issues and Challenges”, IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 20, pp n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 49 [22] G Fodor, E Dahlman, G Mildh, S Parkvall, N Reider, G Miklós, Z Turányi (2012), “Design aspects of network assisted device-to-device communications”, IEEE Commun Mag, 50(3), pp 170-177 [23] G L Stuber (2001), “Principles of Mobile Communication”, Kluwer Academic [24] J Hong, S Park, H Kim, S Choi, and K B Lee, “Analysis of Device-to-Device discovery and link setup in LTE networks” [25] N P Kuruvatti, A Klein, L Ji, C Zhou, O Bulakci, J Eichinger, R Sattiraju, H D Schotten (2015), “Robustness of location based D2D resource allocation against positioning errors,” in Vehicular Technology Conference (VTC Spring), IEEE 81st, pp 1-6 [26] Pimmy Gandotra, Rakesh Kumar Jha (June 2016), “Device-to-device lu an communication in cellular networks: A Survey”, Journal of Network and va Computer Applications Vol 71, pp 99-117 n “Cellular traffic offloading on to network-assisted device-to-device connections”, gh tn to [27] S.Andreev, A.Pyattaev, K.Johnsson, O.Galinina, Y.Koucheryavy (2014), p ie IEEE Communications Magazine, vol 52, no 4, pp 20 - 31 w [28] X Chen, B Proulx, X Gong, J Zhang (2015), “Exploiting social ties for oa nl cooperative D2D communications: A mobile social networking case”, IEEE/ACM d Transactions on Networking, vol 23, no 5, pp 1471-1484 an lu [29] X Chen, L Chen, M Zeng, X Zhang, and D Yang (2012), “Downlink nf va Resource Allocation for Device-to-Device Communication Underlaying Cellular lm ul Networks” IEEE 23rd International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications - (PIMRC), Sydney, NSW, Australia z at nh oi [30] Krishnan, S., Dhillon, H.S (2015), “Distributed caching in device-todevice networks: A stochastic geometry perspective, Proceedings Asilomar, Pacific z Grove, CA” @ gm [31] Yang, L., Zhang, W., Jin, S (2015), “Interference alignment in device-to-device l Lan underlaying cellular networks 1–1” IEEE Trans Wirel Commun 1276 m co [32] Zhang, R., Song, L., Han, Z., Cheng, X., and Jiao, B (2013) “Distributed an Lu Resource Allocation for Device-to-Device Communications Underlaying Cellular Networks” Commun (ICC), 2013 IEEE International Conference, pp 1889– n va 1893 ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai 50 [33] Cheng, P., Deng, L., Yu, H., Xu, Y., and Wang, H (2012), “ Resource allocation for cognitive networks with D2D communication: An evolutionary approach” IEEE Wireless Communication Networking Conference, pp 2671–2676 [34] Giambene, G., (2005), “Queuing Theory And Telecommunications Networks And Applications Springer ScienceỵBusiness Media. Inc [35] Lei, L., Shen, X.S., Dohler, M., Lin, C., Member, S., Zhong, Z (2014), “Queuing models with applications to mode selection in device-to-device communications underlaying cellular networks” IEEE Trans Wirel Commun 13 (12), 6697–6715 [36] Cho, B., Koufos, K., Riku, J (2014) “Spectrum allocation and mode selection for overlay D2D using carrier sensing threshold Cogn Radio Oriented Wirel lu an Networks Commun, 26–31 n va [37] Xing, H., Hakola, S (2010) “The investigation of power control schemes for a Int Symp Pers Indoor Mob Radio Commun PIMRC, 1775–1780 gh tn to device -to-device communication integrated into OFDMA cellular system” IEEE p ie [38] Yu, C.H., Tirkkonen, O., Doppler, K., Ribeiro, C (2009) “On the performance w of deviceto-device underlay communication with simple power control” IEEE oa nl Veh Technol Conf, 4–8 d [39] Kaufman, B., Member, S., Lilleberg, J., Member, S (2013), “Spectrum sharing lu an scheme between cellular users and ad-hoc device-to-device users” IEEE Trans nf va Wirel Commun 12 (3), 1038–1049 lm ul [40] Mumtaz, S., Mohammed, K., Huq, S., Radwan, A , Rodriguez, J., and Aguiar, R.L (2014), “Energy Efficient Interference-Aware Resource Allocation in LTE- z at nh oi D2D Communication” IEEE Int Conf Commun., pp 282–287 [41] Jänis, P., Koivunen, V., Ribeiro, C.B., Doppler, K., Hugl, K (2009), z “Interferenceavoiding MIMO schemes for device-to-device radio underlaying @ l 2385–2389 gm cellular networks” IEEE Int Symp Pers Indoor Mob Radio Commun PIMRC, m co [42] Le, L.B (2012), “Fair resource allocation for device-to-device communications 5451–5456 an Lu in wireless cellular networks” IEEE Global Communication Conference, pp n va ac th HVTH: Hà Thế Luôn si GVHD: TS Đinh Thị Thái Mai