(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu đánh giá hiệu năng hệ thống truyền dẫn hợp tác noma có sử dụng chuyển tiếp eh với sự hỗ trợ của các phần tử irs

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Thị Hồng ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN HỢP TÁC NOMA CÓ SỬ DỤNG CHUYỂN TIẾP EH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÁC PHẦN TỬ IRS HÀ NỘI – 2023 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Họ tên: Nguyễn Thị Hồng ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN HỢP TÁC NOMA CÓ SỬ DỤNG CHUYỂN TIẾP EH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÁC PHẦN TỬ IRS CHUYÊN NGÀNH : MÃ SỐ: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG 8.52.02.08 ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ THỊ ANH PGS.TS LÊ NHẬT THĂNG HÀ NỘI – 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu đề án tốt nghiệp trung thực chưa công bố cơng trình khác TÁC GIẢ ĐỀ ÁN Nguyễn Thị Hồng MỤC LỤC ii LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN HỢP TÁC NOMA .3 1.1 Công nghệ NOMA 1.1.1 Khái niệm phân loại 1.1.2 Mã hóa chồng chất (SC) 1.1.3 Khử nhiễu liên tiếp SIC 1.1.4 Cơ chế NOMA đặc trưng .8 1.1.5 Một số thách thức hạn chế kỹ thuật NOMA 10 1.2 Công nghệ EH 11 1.3 Bề mặt phản xạ thông minh (Intelligence Reflecting Surface-IRS) 12 1.3.1 Một số ứng dụng điển hình IRS mạng khơng dây 13 1.3.2 Mơ hình tín hiệu cấu tạo IRS 14 1.3.3 Ưu điểm nhược điểm IRS 16 1.4 Giao thức khuếch đại chuyển tiếp AF 17 1.5 Lựa chọn nút chuyển tiếp 19 1.6 Kết luận chương .21 CHƯƠNG 2– XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN HỢP TÁC NOMA CĨ SỬ DỤNG CHUYỂN TIẾP EH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÁC PHẦN TỬ IRS .22 2.1 Phân tích mơ hình hệ thống đề xuất 22 2.2.Mơ hình hóa tín hiệu truyền dẫn 26 2.3 Hiệu sử dụng lượng hệ thống 30 2.4 Kết luận chương 34 CHƯƠNG – ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MƠ HÌNH ĐỀ XUẤT .35 3.1 Giới thiệu chung 35 3.1.1 Giới thiệu thuật toán Tối ưu bầy đàn (PSO) 35 3.1.2 Chương trình mơ ngơn ngữ lập trình Python 39 3.2 Tham số mô phỏng, kịch mô .41 iii 3.2.1 Tham số mô .41 3.2.2 Các kịch mô 42 3.3 Kết mô thảo luận 42 3.3.1 Tính hội tụ thời gian tính tốn sử dụng PSO .43 3.3.2 Khảo sát hiệu số lượng nút chuyển tiếp lên EE với trường hợp có IRS khơng có IRS 44 3.3.3 Ảnh hưởng phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp, số lượng phần tử IRS EE trung bình .45 3.3.4 Ảnh hưởng hiệu EH công suất phát BS tới EE .46 3.3.5 Ảnh hưởng khoảng cách truyền dẫn tới EE trung bình 48 3.4 Kết luận chương 49 KẾT LUẬN 50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt L The number of users in system Số lượng người dùng M The number of elements IRS Số lượng phần tử IRS PS The transmit power level of BS Công suất phát BS  The energy conversion factor Hệ số chuyển đổi lượng 5G 5th Generation Mạng di động hệ thứ B5G Beyond 5G Mạng di động sau 5G AF Amplify-to- Forward Khuếch đại – Chuyển tiếp AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng BS Base Station Trạm gốc BW Band Width Băng thông EE Energy Efficient Hiệu suất/Hiệu lượng EH Energy Harvesting Thu thập lượng IRS Intelligent Reflecting Surface Bề mặt phản xạ thông minh MIMO Multi Input Multi Output Đa đầu vào – Đa đầu NOMA Non-Orthogonal Multi Access Đa truy cập không trực giao OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo Multiplexing tần số trực giao OMA Orthogonal Multi Access Đa truy nhập trực giao PD-NOMA Power Domain – NOMA NOMA miền công suất PSO Particle Swarm Optimization Tối ưu bầy đàn RAN Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến RF Radio Frequency Tần số vơ tuyến SC Superposition Coding Mã hóa chồng chất SIC Successive Interference Cancellation Khử nhiễu liên tiếp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 So sánh OMA NOMA Bảng 1.2: Các chiến lược lựa chọn nút chuyển mơ hình PRS 20 Bảng 2.1 Tổng hợp ký hiệu sử dụng 25 v Bảng 3.1 Giải thuật thuật toán PSO 37 Bảng 3.2: Chương trình đánh giá tham số hệ thống PD-NOMA có IRS hỗ trợ với nút chuyển tiếp EH 39 Bảng 3.3 Tổng hợp tham số sử dụng mô 41 Bảng 3.4 So sánh thời gian tính tốn PSO với thuật toán GA ES (s) .43 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 Truyền dẫn hợp tác theo cặp [8] Hình Truyền dẫn hợp tác đa chuyển tiếp [8] Hình Một cách phân loại kỹ thuật NOMA [9] vi Hình 1.4 Chịm tín hiệu mã hóa SC a Người dùng 1, b Người dùng 2, c Tín hiệu SC [9] Hình 1.5 Mơ hình giải mã SC (a) giải mã tín hiệu người dùng (b)giải mã tín hiệu người dùng [9] .7 Hình 1.6 Sơ đồ đa truy nhập đường xuống cho kịch 2-người dùng (a) NOMA (b) OMA Hình 1.7 Sơ đồ khối máy thu phân tách theo cơng suất người dùng đích .12 Hình 1.8 Các kịch ứng dụng điển hình IRS mạng khơng dây [12] 13 Hình 1.9 Cấu tạo IRS [12] 16 Hình 1.10 Mơ tả giao thức hợp tác cố định khuếch đại – chuyển tiếp (AF) 18 Hình 1.11 Mơ hình truyền thông hợp tác liên lạc vô tuyến 20 Hình 2.1 Hệ thống đề xuất vơ tuyến PD-NOMA sử dụng nút chuyển tiếp EH có hỗ trợ bề mặt phản xạ thông minh IRS 22 Hình 3.1 Tính hội tụ PSO GA với EE 43 Hình 3.2 Ảnh hưởng số lượng nút chuyển tiếp tới EE trung bình hệ thống 45 Hình 3.3 Ảnh hưởng phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp lên EE 45 Hình 3.4 Ảnh hưởng hiệu thu thập lượng lên EE trung bình 47 Hình 3.5 Ảnh hưởng số lượng phần tử IRS lên EE trung bình với cơng suất phát 47 Hình 3.6 Ảnh hưởng khoảng cách kết nối Relay-IRS BS-người dùng xa .48 Hình 3.7 Ảnh hưởng khoảng cách BS-người dùng xa tới cơng suất phát trung bình BS 49 MỞ ĐẦU Trong mạng di động hệ thứ năm 5G xa B5G, để đạt mức tăng dung lượng gấp 1.000 lần kết nối không dây phổ biến cho hàng trăm tỷ thiết bị, nhiều công nghệ mạng đề xuất nghiên cứu kỹ lưỡng thập kỷ qua, bật phải kể đến mạng siêu dày đặc (UDN), nhiều đầu vào nhiều đầu (MIMO) giao tiếp sóng milimet (mmWave) Tuy nhiên, vấn đề lượng tiêu thụ mạng chi phí phần cứng vấn đề quan trọng nhiều thách thức hệ thống thực tế [2] Mặt khác, phát triển thêm số lượng lớn thiết bị hoạt động trạm gốc hay trạm chuyển tiếp gây vấn đề nhiễu phục vụ Do vậy, nghiên cứu tập trung hai mặt hiệu lượng hiệu phổ tần với chi phí phần cứng thấp điều bắt buộc nhằm đạt tính bền vững hiệu lượng (xanh) mạng không dây 5G xa [3] Để thực yêu cầu nhiều công nghệ mạng viễn thông tiên tiến nghiên cứu, áp dụng hệ thống mạng không dây công nghệ Đa truy cập không trực giao (NOMA) [4][5], công nghệ thu thập lượng (EH) [6], [7], bề mặt phản xạ thông minh (IRS) Trong đó, bề mặt phản xạ thơng minh giải pháp tiềm để đạt mục tiêu giải pháp xanh giảm chi phí lượng nêu Sự kết hợp kỹ thuật mạng không dây tiên tiến để tận dụng lợi kỹ thuật phương thức cải tiến chất lượng hệ thống có hiệu Tuy nhiên, theo hiểu biết học viên, mạng truyền dẫn hợp tác NOMA có hỗ trợ IRS công nghệ vô tuyến EH, khuếch đại chuyển tiếp (AF) chưa xây dựng đánh giá Vì vậy, mục đích đề án “Nghiên cứu đánh giá hiệu hệ thống truyền dẫn hợp tác NOMA có sử dụng chuyển tiếp EH với hỗ trợ phần tử IRS” nghiên cứu, đề xuất khảo sát mơ hình mạng không dây ứng dụng IRS kết hợp công nghệ tiên tiến để nâng cao hiệu hệ thống Về mặt thực tiễn, mơ hình triển khai cho thông tin không dây nối chuyển lượng nhiều loại ứng dụng Vạn vật kết nối Internet (IoT) với mật độ người dùng cao sở hạ tầng thơng minh