Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.Giao thức đa truy cập không trực giao cho các mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập năng lượng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN QUÝ HỮU GIAO THỨC ĐA TRUY CẬP KHÔNG TRỰC GIAO CHO CÁC MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC THU THẬP NĂNG LƯỢNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN QUÝ HỮU GIAO THỨC ĐA TRUY CẬP KHÔNG TRỰC GIAO CHO CÁC MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC THU THẬP NĂNG LƯỢNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 62520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Văn Ca TS Viên Quốc Tuấn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 Lý lịch cá nhân I Thông tin cá nhân Họ tên: TRẦN QUÝ HỮU Giới tính: Nam Ngày sinh: 15/11/1982 Nơi sinh: Quảng Ngãi II Quá trình đào tạo Tốt nghiệp Đại học năm 2007, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Tốt nghiệp Cao học năm 2010, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Từ 10/2016 đến nay, Nghiên cứu sinh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM III Q trình cơng tác Từ 10/2009 đến giảng viên trường Đại học Công Nghiệp Tp HCM Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng năm 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết quả, số liệu, hình vẽ trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2023 Trần Quý Hữu ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, Khoa Điện–Điện tử Phòng đào tạo tạo điều kiện cho tơi có hội tiếp tục học tập để nâng cao kiến thức chuyên môn.Thứ hai, xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn luận án tiến sĩ, gồm PGS TS Phan Văn Ca trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đồng hướng dẫn TS Viên Quốc Tuấn trường Đại học Middlesex University London Thứ ba, đặc biệt cảm ơn quý Thầy/Cô Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức hữu ích để tơi thực tốt đề tài nghiên cứu Thứ tư, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM tạo điều kiện thuận lợi cho tiếp tục học tập, nâng cao trình độ chun mơn Thứ năm, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban chủ nhiệm Khoa tập thể giảng viên Khoa CN Điện tử, trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM động viên, giúp đỡ công việc Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ba mẹ, ln động viên, an ủi, khích lệ từ hàng ngàn dặm xa để tơi vững tâm hồn thành luận án Kính chúc q Thầy Cơ luôn mạnh khỏe, công tác thật tốt, đạt thật nhiều thành công nghiệp trồng người đầy vẻ vang Tơi xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2023 NCS thực Trần Quý Hữu iii TÓM TẮT Luận án tích hợp chế đa truy cập, giao thức thu thập lượng, chuyển tiếp phân chia theo công suất (PSR) chuyển tiếp phân chia theo thời gian (TSR), giải mã chuyển tiếp (DF) hệ thống đa truy cập không trực giao truyền lượng thông tin không dây đồng thời (SWIPT NOMA), triển khai rộng rãi cho mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thu thập lượng (EH), hệ thống mạng truyền thông không dây hệ thứ năm mạng hệ Cụ thể, luận án nghiên cứu kỹ thuật NOMA, giao thức giải mã chuyển tiếp (DF), thu thập lượng (EH) hệ thống chuyển tiếp hợp tác truyền lượng thông tin không dây đồng thời (SWIPT) Đầu tiên, chế NOMA bán song công (HD NOMA) đề xuất cho hệ thống SWIPT để phân bổ công suất cho hai thiết bị người dùng Một hai thiết bị người dùng dùng trạm chuyển tiếp để thực việc EH DF tín hiệu thu Cơ chế đề xuất sử dụng kiến trúc thu chia cơng suất (PS) Bộ thu có khả thực EH xử lý thông tin (IP) trạm chuyển tiếp Hiệu suất chế đề xuất phân tích thơng qua xác suất dừng (OP), thơng lượng tốc độ trung bình Cụ thể, biểu thức tốn học tường minh tính cho OP hai thiết bị người dùng, kết phân tích thơng lượng tốc độ trung bình tính cho phương thức truyền giới hạn trễ (DLT) truyền chấp nhận trễ (DTT) tương ứng Kết từ mô cho thấy xác suất dừng, thơng lượng tốc độ trung bình chế NOMA nâng cao so sánh với chế đa truy cập trực giao (OMA) Hiệu suất lượng (EE) tính cho hệ thống HD NOMA Các kết từ mô NOMA đạt hiệu suất lượng vượt trội OMA iv Tiếp theo, giao thức PSR TSR ứng dụng cho SWIPT mạng chuyển tiếp hợp tác truyền lượng không dây (CRWPN) dựa vào hệ thống đa truy cập không trực giao chuyển tiếp hợp tác (CRNOMA) Mạng bao gồm trạm sở hai nút đích nút đóng vai trị trạm chuyển tiếp để giúp truyền thông trạm sở nút xa Ngoài ra, giao thức DF xem xét trạm chuyển tiếp hai phương thức truyền DLT DTT Trong phân tích hiệu hệ thống, biểu thức tốn học tường minh OP, thơng lượng, tốc độ trung bình EE tính tốn cho giao thức PSR TSR với phương thức DLT DTT mạng CRWPN dựa vào CRNOMA Hiệu hệ thống phân tích để đánh giá tác động thời gian thực EH, hiệu suất EH, tỉ số chia công suất, tốc độ liệu nguồn khoảng cách nút Ngoài ra, tác động thông số đến OP tốc độ trung bình hai thiết bị người dùng vùng SNR cao đánh giá Kết mô cho thấy hiệu CRNOMA vượt trội so với OMA So sánh hiệu hai giao thức, giao thức TSR đạt thông lượng, tốc độ trung bình lớn hiệu suất lượng nhỏ giao thức PSR Nghiên cứu đánh giá hiệu mạng với khoảng cách khác trạm sở trạm chuyển tiếp so sánh đường truyền trực tiếp đường truyền qua trạm chuyển tiếp với hệ số suy hao đường truyền không giống thực Cuối cùng, biểu thức toán học tường minh hiệu năng, tức xác suất dừng, thơng lượng, tốc độ trung bình EE, suy cho giao thức PSR với phương thức DLT DTT liên kết trực tiếp Hiệu mơ hình hệ thống với liên kết trực tiếp so sánh với hiệu C-NOMA chuyển tiếp so sánh C-NOMA OMA Kết mơ cho thấy C-NOMA có liên kết trực tiếp đạt hiệu vượt trội so v với C-NOMA chuyển tiếp C-NOMA vượt trội so với OMA Tác động thông số nêu đến liên kết trực tiếp đánh giá thông qua kết mô số để nhận thay đổi hiệu suất Những tác động tảng để lựa chọn tham số có giá trị tương thích cho mơ hình hệ thống, nhằm đạt cân điều khoản hiệu suất thiết bị người dùng vi ABSTRACT This thesis has combined multiple access schemes, energy harvesting (EH), power splitting-based relaying, and time switching-based relaying (PSR/TSR) protocols, as well as the decode-and-forward protocol (DF), in a simultaneous wireless information and power transfer non-orthogonal multiple access (SWIPT NOMA) system This system can be applied widely to enable EH in cooperative relay radio networks, fifth-generation, and next-generation wireless communication systems Specifically, the thesis studies NOMA techniques, DF, and EH in SWIPT cooperative relay systems In the first network model, a half-duplex NOMA (HD NOMA) scheme is suggested for the SWIPT system to allocate power for two users, one of which is considered a relay station that performs both EH and DF on the received signal The suggested scheme makes use of a power splitting (PS) receiver architecture which enables both information processing and EH at the relay station The performance of the suggested scheme is analyzed in terms of outage probability (OP), throughput and ergodic rate Specifically, closed-form expressions are derived for the OP at both users, while the analytical results of the throughput and ergodic rate are obtained for DLT and DTT modes, respectively It is shown that, with the NOMA adaptation, an improved outage performance is attained for a significantly increased throughput as well as ergodic rate at what time compared to the conventional orthogonal multiple access (OMA) The energy efficiency (EE) is derived for the suggested HD NOMA systems Our numerical results depict that the NOMA attains a upper EE performance than the conventional OMA Second, PSR/TSR protocols are successively used for SWIPT in a CRNOMA based cooperative relaying wireless-powered networks (CRWPNs) contain- vii ing a base station and two destination nodes among which one plays the role as a relay station to assist the communication between the base station and the far end nodes Additionally, DF is considered at the relay station over two transmission modes, i.e DLT and DTT In system performance analysis, closed-form expressions of OP, throughput, ergodic rate and EE are derived for the PSR and TSR protocols with DLT and DTT modes in the CRNOMA-based CRWPNs Next, the performance is analyzed to realize the impacts of EH time, EH efficiency, PS ratio, source data rate, and the distance between the nodes Furthermore, the impacts of these parameters on the OP and ergodic rate of two users at high SNR regime are also evaluated The simulation results demonstrate that the performance for CRNOMA outperforms that for OMA For performance comparison between two protocols, the TSR achieves higher throughput, ergodic rate and EE than the PSR The investigation and evaluation of performance metric versus different distances between from the base station to relay station and comparison between direct and indirect links with different path losses are performed In the last model, closed-form expressions of the performance, i.e., OP, throughput, ergodic rate and EE, are derived for the PSR protocol with DLT and DTT modes, and direct link This performance of the system model with direct link is compared to that for C-NOMA indirect link and OMA The simulation results show that the C-NOMA with direct link achieves a better performance than that for the C-NOMA indirect link and OMA The impacts of above mentioned parameters on the direct link are evaluated via the numerical simulation results to realize the changes of the performance These influences are the foundation for selecting parameters with appropriate values for the system model to strike a balance between performance and user device terms viii [100] A.A Al-habob, A.M Salhab, S.A Zummo (2019), “A novel timeswitching relaying protocol for multi-user relay networks with SWIPT”, Arab J Sci Eng 44, pp 2253–2263, https://doi.org/10.1007/s13369-018-3404-y [101] N.T Do, D Costa, T.Q Duong, B An (2017), “A BNBF user selection scheme for NOMA-based cooperative relaying systems with SWIPT”, IEEE Communications Letters, vol 21, no 3, pp 664-667, doi: 10.1109/LCOMM.2016.2631606 [102] Y Xu, G Wang, L Zheng, S Jia (2018), “Performance of NOMAbased coordinated direct and relay transmission using dynamic scheme”, IET Commun 12(18), pp 2231–2242 [103] J Zhang, X Tao, W Huici, X Zhang (2018), “Performance analysis of user pairing in cooperative NOMA networks”, IEEE Access 6, pp 74288–74302 [104] W Duan, J Ju, J Hou, Q Sun, X.-Q Jiang, G Zhang (2019), “Effective resource utilization schemes for decode-and-forward relay networks with NOMA”, IEEE Access 7, pp 51466–51474 [105] C Da, D Benevides, M.D Yacoub (2011), “Outage performance of two hop AF relaying systems with co-channel interferers over Nakagamim fading”, IEEE Communications Letters, vol 15, no 9, pp 980-982, doi: 10.1109/LCOMM.2011.080811.111264 [106] Y Zhou, V W Wong, R Schober (2017), “Performance analysis of cooperative NOMA with dynamic decode-and-forward relaying”, in IEEE Global Communications Conference, pp 1–6 103 [107] Z Zhang, Z Ma, M Xiao, Z Ding, P Fan (2017), “Full-duplex device-to-device-aided cooperative nonorthogonal multiple access”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 66, no 5, pp 44674471, doi: 10.1109/TVT.2016.2600102 [108] D Deng, Yu Minghui, J Xia, Z Na, J Zhao, Q Yang (2018), “Wireless powered cooperative communications with direct links over correlated channels”, Physical Communication, 28, pp 147–153 [109] H Liu, Z Ding, K.J Kim, K.S Kwak, H Vincent Poor (2018), “Decode and forward relaying for cooperative NOMA systems with direct links”, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 17, no 12, pp 8077-8093, doi: 10.1109/TWC.2018.2873999 [110] X Yue, Y Liu, S Kang, A Nallanathan, Z Ding (2017), “Outage performance of full/half-duplex user relaying in NOMA systems”, in IEEE International Conference on Communications (ICC), pp 1–6 [111] W Duan, J Ju, Q Sun, Y Ji, Z Wang, J Choi, G Zhang (2018), “Capacity enhanced cooperative D2D systems over rayleigh fading channels with NOMA”, arXiv preprint arXiv:1810.06837 [112] G Li, D Mishra, H Jiang (2018), “Cooperative NOMA with incremental relaying: performance analysis and optimization”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 67, no 11, pp 11291-11295, doi: 10.1109/TVT.2018.2869531 [113] L Dai, B Gui, L J Cimini (2007), “Selective relaying in OFDM multihop cooperative networks”, IEEE Wireless Communications and Networking Conference, Hong Kong, China, pp 963-968, doi: 10.1109/WCNC.2007.183 104 [114] S Gautam, E Lagunas, S Chatzinotas, B Ottersten (2019), “Relay selection and resource allocation for SWIPT in multiuser OFDMA systems”, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 18, no 5, pp 2493-2508, doi: 10.1109/TWC.2019.2904273 [115] T.D.P Perera, D.N.K Jayakody, S.K Sharma, S Chatzinotas, J Li (2018), “Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT): recent advances and future challenges”, IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 20, no 1, pp 264-302, doi: 10.1109/COMST.2017.2783901 [116] Z Ding, X Lei, G.K Karagiannidis, R Schober, J Yuan, V.K Bhargava (2017), “A survey on non-orthogonal multiple access for 5G networks: Research challenges and future trends”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 35, no 10, pp 2181-2195, doi: 10.1109/JSAC.2017.2725519 [117] P Xu, Y Yuan, Z Ding, X Dai, R Schober (2016), “On the outage performance of non-orthogonal multiple access with 1-bit feedback”, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 15, no 10, pp 6716-6730, doi: 10.1109/TWC.2016.2587880 [118] M Basharat, M Naeem, W Ejaz, A.M Khattak, A Anpalagan, O Alfandi, H.S Kim (2019), “Non-orthogonal radio resource management for RF energy harvested 5G networks”, IEEE Access 7, pp 46550–46561 [119] D Pradhan, K.C Priyanka (2020), “RF-energy harvesting (RF-EH) for sustainable ultra dense green network (SUDGN) in 5G green communication”, Saudi Journal of Engineering and Technology 105 [120] S Kusaladharma, C Tellambura (2020), “Energy harvesting aided by random motion; a stochastic geometry based approach”, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 1–1 doi:10.1109/tgcn.2020.2994513 [121] R.A “Recent Abd-Alhameed, technical I Elfergani, developments in J Rodriguez energy-efficient (2020), 5G mo- bile cells: present and future”, Electronics, 9(4), 664 https://doi.org/10.3390/electronics9040664 [122] B.C Nguyen, T.M Hoang, X.N Pham, P.T Tran (2019), “Performance analysis of energy harvesting-based full-duplex decodeandforward vehicle-to-vehicle relay networks with nonorthogonal multiple access”, Wireless Communications and Mobile Computing, Article ID 6097686, 11 pages, https://doi.org/10.1155/2019/6097686 [123] I Budhiraja, N Kumar, S Tyagi, S Tanwar, M Guizani (2021), “SWIPTenabled D2D communication underlaying NOMA-based cellular networks in imperfect CSI”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 70, no 1, pp 692-699, doi: 10.1109/TVT.2021.3049185 [124] C Guo, L Zhao, C Feng, Z Ding and H Chen (2021), “Energy Harvesting Enabled NOMA Systems With Full-Duplex Relaying”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 68, no 7, pp 7179-7183 [125] E Boshkovska, D.W.K Ng, N Zlatanov, R Schober (2015), “Practical non-linear energy harvesting model and resource allocation for SWIPT systems”, IEEE Communications Letters, vol 19, no 12, pp 20822085, Dec 2015, doi: 10.1109/LCOMM.2015.2478460 106 [126] B Clerckx, R Zhang, R Schober, D.W.K Ng, D.I Kim, H.V Poor (2019), “Fundamentals of wireless information and power transfer: from RF energy harvester models to signal and system designs”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 37, no 1, pp 4-33, doi: 10.1109/JSAC.2018.2872615 [127] J.M Kang, I.M Kim, D.I Kim (2019), “Joint Tx power allocation and Rx power splitting for SWIPT system with multiple nonlinear energy harvesting circuits”, IEEE Wireless Communications Letters, vol 8, no 1, pp 53-56, doi: 10.1109/LWC.2018.2851229 [128] G Ma, J Xu, Y Zeng, M Moghadam (2019), “A generic receiver architecture for MIMO wireless power transfer with non-linear energy harvesting”, IEEE Signal Processing Letters, vol 26, no 2, pp 312-316, doi: 10.1109/LSP.2018.2890164 [129] Q Sun, S Han, I Chin-Lin, Z Pan (2015), “On the ergodic capacity of MIMO NOMA systems”, IEEE Wireless Communications Letters, vol 4, no 4, pp 405-408, doi: 10.1109/LWC.2015.2426709 [130] F Fang, H Zhang, J Cheng, S Roy, V.C Leung (2017), “Joint user scheduling and power allocation optimization for energyefficient NOMA systems with imperfect CSI”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 35, no 12, pp 2874-2885, doi: 10.1109/JSAC.2017.2777672 107 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Huu Q Tran, Phuc Q Truong, Ca V Phan, and Quoc-Tuan Vien (2017), “On the energy efficiency of NOMA for wireless backhaul in multitier heterogeneous CRAN”, In International Conference on Recent Advances in Signal Processing, Telecommunications & Computing (SigTelCom), pp 229-234 Huu Q Tran, Ca V Phan, and Quoc-Tuan Vien (2018), “An overview of 5G technologies”, In Emerging Wireless Communication and Network Technologies, pp 59-80 Springer, Singapore Huu Q Tran, Ca V Phan, and Quoc-Tuan Vien (2019), “On the performance of regenerative relaying for SWIPT in NOMA Systems”, In 26th International Conference on Telecommunications (ICT), pp 1-5 Huu Q Tran, Ca V Phan, and Quoc-Tuan Vien (2020), “Power splitting versus time switching based cooperative relaying protocols for SWIPT in NOMA systems”, Physical Communication: 101098, (SCIE-Q2) Huu Q Tran, Tien-Tung Nguyen, Ca V Phan, and Quoc-Tuan Vien (2019), “Power-splitting relaying protocol for wireless energy harvesting and information processing in NOMA systems”, IET Communications, 13, no 14, pp 2132-2140, (SCIE-Q2) 108 Huu Q Tran, Tien-Tung Nguyen, Ca V Phan, and Quoc-Tuan Vien (2019), “On the performance of NOMA in SWIPT systems with power-splitting relaying”, In 19th International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT), pp 255-259 Huu Q Tran and V T Nguyen (2020), “Biometric Image Recognition For Secure Authentication Based on FPGA: A survey”, In 5th International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD), pp 618-623, doi: 10.1109/GTSD50082.2020.9303115 Huu Q Tran, Ca V Phan, and Quoc-Tuan Vien (2021), “Performance analysis of power-splitting relaying protocol in SWIPT based cooperative NOMA systems”, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, pp.110-136, https://doi.org/10.1186/s13638-021-01981-9, (SCIEQ2) Huu Q Tran, Ca V Phan, Quoc-Tuan Vien (2021), “Optimizing Energy Efficiency for Supporting Near-Cloud Access Region of UAV-Based NOMA Networks in IoT Systems”, Wireless Communications and Mobile Computing, Article ID 4345622, 12 pages, https://doi.org/10.1155/2021/4345622, (SCIE-Q2) 109 PHỤ LỤC Phụ lục Chương 1.1 Phụ lục A - Chứng minh Định lý Từ phương trình (4.1), xác suất dừng D1 tính bởi: ψIX |h1 |2 a2 ρ PD1 ,X = − Pr > γth2 , ψIX |h1 | a1 ρ > γth1 X ψI |h1 | a1 ρ+1 (6.1) = − Pr(|h1 |2 ≥ θ1,X ) = − R∞ θ1,X f |h1 |2 (x)dx Áp dụng phương trình (3.1), phương trình (6.1) đạt sau: PD1 ,X = − R∞ θ1,X −x − Ω1 dx = − e e Ω1 θ1,X Ω1 (6.2) Chứng minh hoàn thành 1.2 Phụ lục B - Chứng minh Định lý Từ phương trình (4.3), xác suất dừng D1 tính sau: ψIX |h1 |2 a2 ρ PD2 ,X = Pr < γth2 + X ψI |h1 | a1 ρ+1 Pr 2 X |h1 | |h2 | ψE ρ < γth2 , ψIX |h1 |2 a2 ρ ψIX |h1 |2 a1 ρ+1 > γth2 (6.3) ! 2γth2 = Pr |h1 |2 < τ1,X + Pr |h1 |2 > τ1,X , |h2 |2 < |h1 |2 ψEX ρ | {z } | {z } J2 J3 Trong đó, J2 xác định bởi: J2 = R τ1,X f|h1 |2 (x) dx = − e P 110 − τ1,X Ω1 (6.4) Tương tự, J3 tính sau: J3 = Pr = 2 |h2 | |h1 | ψE ρ Pr |h2 |2 < |h |2 < γth2 , 2ψI a2 ρ ψI |h1 | a1 ρ+1 2γth2 |h1 |2 ψE ρ , |h1 | > > γth2 γth2 ψI ρ (a2 −a1 γth2 ) , a2 > a1 γth2 0, a ≤ a γ th2 (6.5) 2γth xψE ρ R∞ J3 = R γth ( ψI ρ a2 −a1 γth f|h1 |2 (x) f|h2 |2 (y)dxdy ) −2γ i R∞ h th2 = Ω1 − exp xψE ρΩ2 exp −x Ω1 dx τ1 Thay phương trình (6.4) phương trình (6.5) vào phương trình (6.3), ta có điều phải chứng minh 1.3 Phụ lục C - Chứng minh Định lý Trước hết, chứng minh phương trình (4.8) trình bày phụ lục Để đạt biểu thức tường minh, tốc độ trung bình D1 CRNOMA viết sau: RXD1 = 2E h i X log2 + ψI |h1 | a1 ρ = R ∞ 1−FY (x) ln 1+x dx (6.6) Hàm CDF Y tính sau: FY (x) = Pr |h1 |2 < x ψIX a1 ρ = R x(zρ+1) ψIX a1 ρ x − X − Ω1 ψI a1 ρΩ1 e dy = − e Ω1 y (6.7) Bằng cách phương trình (6.7) vào phương trình (6.6), tốc độ trung bình D1 tính sau: x RXR = 1 R ∞ − ψIX a1 ρΩ1 dx = ln 1+x e − exp P 111 ψIX a1 ρΩ1 ln Ei −1 ψIX a1 ρΩ1 (6.8) Biểu thức phương trình (4.8) tính Chứng minh hồn thành 1.4 Phụ lục D - Chứng minh Định lý Trong phụ lục này, chứng minh bắt đầu cách cho tốc độ trung bình D2 sau: RXD2 = E 12 log2 1 + γ2,R , γ2,D | {z } J1 ψIX |h1 |2 a2 ρ , |h2 |2 |h1 |2 ψEX ρ X ψI |h1 | a1 ρ + J1 = ! {z | } Y Hàm CDF Y tính sau: ! X |h |2 a ρ ψ I < |h2 |2 |h1 |2 ψEX ρ, |h2 |2 |h1 |2 ψEX ρ, |h2 |2 |h1 |2 ψEX ρ < x 2 {z } I4 (6.9) I3 and I4 cho bởi: 2ψIX a2 2 a2 x < |h2 | , |h1 | < ψ X ρ(a −xa ) , a1 −x > I3 = Pr (ψIX |h1 |2 a1 ρ+1)ψEX I x =U a2 a1 −x × R ψIX ρ (a2−a1 x) R ∞ 2ψIX a2 X (ψI ya1 ρ+1)ψEX f|h1 |2 (y) f|h2 |2 (z) dydz (6.10) =U =U x ψIX ρ (a2−a1 x) a2 a1 −x a2 a1 −x R R exp (ψIX ya1 ρ+1)ψEX Ω2 x ψIX ρ (a2−a1 x) −2ψIX a2 − Ω1 e 2ψIX a2 −y X (ψI ya1 ρ+1)ψEX Ω2 Ω1 P 112 Ω1 dy exp −y Ω1 dy I4 = Pr |h1 |2 ψIX a2 ρ ψIX |h1 |2 a1 ρ+1 = Pr |h2 |2 < =U a2 a1 −x > 2 X X 1 |h2 | |h1 | ψE ρ, |h2 | |h1 | ψE ρ X X |h1 | ψE ρ (ψI |h1 | a1 ρ+1)ψE Pr |h2 |2 < 2ψIX a2 , |h2 |2 < 2x X X |h1 |2 ψEX ρ (ψI |h1 | a1 ρ+1)ψE 2ψIX a2 x 2 a2 ,|h2 | < = U a1 −x × Pr |h1 | < X X X ψI ρ (a2 −a1 x) ψI |h1 | a1 ρ +1 ψE {z } | I41 ! x 2x + Pr |h1 |2 > X , |h2 |2 < X ψI ρ (a2 −a1 x) |h1 | ψE ρ | {z } I42 (6.11) I41 I42 tính sau: 2ψIX a2 x I41 = = R ∞ R ψIX ρ (a2−a1 x) R (ψIX ya1 ρ+1)ψEX R 0 x ψIX ρ (a2−a1 x) Ω1 − 1−e f|h1 |2 (y) f|h2 |2 (z) dydz 2ψIX a2 X (ψI ya1 ρ+1)ψEX Ω2 ! − Ωy e (6.12) dy 2x I42 = R∞ x ψIX ρ (a2−a1 x) R yψEX ρ f|h1 |2 (y) f|h2 |2 (z) dydz (6.13) = R∞ x ψIX ρ (a2−a1 x) y 2x − − X yρψE Ω2 Ω1 dy Ω1 1−e P 113 Từ phương trình (6.12) (6.13), (6.11) đạt Thay phương trình (6.11) phương trình (6.10) vào phương trình (6.9), CDF Y cho bởi: FY (x) = U a2 a1 x − X ψI ρ (a2 −a1 x)Ω1 −x 1−e + (6.14) R∞ x ψIX ρ (a2 −a1 x) − 2xX − Ωy yρψE Ω2 e dy Ω1 − e Bằng cách thay phương trình (6.14) vào phương trình (4.9) biểu thức (4.10) đạt Chứng minh hoàn thành 1.5 Phụ lục E - Chứng minh Nhận xét Chứng minh bắt đầu cách cho tốc độ trung bình D2 vùng cao sau: R∞ D2 ,X = E 1 log + γ2,R , γ2,D a2 I5 = , |h2 |2 |h1 |2 ψEX ρ a1 | {z } Y P 114 = ∞ R 1−FY (x) ln 1+x dx (6.15) Hàm CDF Y tính sau: 2 X a2 a2 FY (x) = Pr a1 < |h2 | |h1 | ψE ρ, a1 < x + Pr a2 a1 = Pr a2 a1 > 2 X 2 X 1 |h2 | |h1 | ψE ρ, |h2 | |h1 | ψE ρ < y, aa21 > 2 X 2 X 1 |h2 | |h1 | ψE ρ, |h2 | |h1 | ψE ρ < y, aa21 − x Pr |h1 |2 < =U a2 a1 a2 a1 =U − x Pr a2 a1 U − x Pr a2 a1 =U =U a2 a1 =U =U − x Pr a2 a1 a2 a1 a2 a1 2x , |h1 |2 ψEX ρ|h2 |2 > x, |h1 | < < x, |h1 |2 < > x, |h1 | < −x R R X2x ∞ ψE ρy a2 a1 −x R a2 a1 q − x − ψ X ρ2xΩ < 2x X ψE ρ|h2 |2 2a2 a1 ψEX ρ|h2 |2 ∞ Ω2 − X 2x − y − e ψE ρ Ω1 y e Ω2 dy Ω2 (6.16) f|h2 |2 (y) f|h1 |2 (z) dydz E + 0 >x 2a2 a1 ψEX ρ|h2 |2 2x X ψE ρ|h2 |2 >x q K1 ψ X ρ2xΩ E Ω2 Thay phương trình (6.16) vào phương trình (6.15), biểu thức R∞ D,X đạt Chứng minh hoàn thành 1.6 Phụ lục F - Chứng minh Định lý Trong phụ lục này, chứng minh bắt đầu cách cho tốc độ trung bình P 115 D2 cho đường truyền trực tiếp sau: h i MRC RD2 ,dir = E log + γ2,D1 , γD2 = ∞ R 1−FX (x) ln 1+x dx (6.17) ! |h | a ρ I6 = , |h1 |2 |h2 |2 ψE ρ + 2 |h0 | a1 ρ +1 ψI |h1 | a1 ρ +1 {z } | ψI |h1 |2 a2 ρ X Hàm CDF X tính sau: ! |h | a ρ > x, |h1 |2 |h2 |2 ψE ρ + >x FX (x) = − Pr 2 |h0 | a1 ρ + ψI |h1 | a1 ρ + | {z } ψI |h1 |2 a2 ρ I61 (6.18) I61 tính bởi: a2 I61 =U a1 − x × Pr |h1 |2 > =U =U a2 a1 −x a2 a1 R R ∞ ∞ −x × R∞R∞ x ψI ρ (a2−a1 x) 0 x , |h2 |2 (a2 −a1 x)ψI ρ R∞ 2ya2 2x zψE ρ −(ya ρ+1)zψ E 2x > 2x |h1 |2 ψE ρ 2|h0 |2 a2 − (|h0 | a2 ρ+1)|h1 |2 ψE f|h0 |2 (y) f|h1 |2 (z) f|h2 |2 (u) dydzdu 2ya2 y z − zψ ρ Ω − ya ρ+1 zψ Ω − Ω Ω ) E E ( 1 x e dydz Ω Ω ψI ρ (a2 −a1 x) (6.19) Bằng cách thay phương trình (6.19) vào phương trình (6.18), đạt được: FX (x) = −U a2 a1 −x × 2x 2ya2 y z − zψ ρ Ω − ya ρ+1 zψ Ω − Ω Ω ) E E ( 1 x e dydz Ω1 Ω0 ψI ρ (a2 −a1 x) R∞R∞ (6.20) Thay phương trình (6.20) vào phương trình (6.17), đạt RD2 ,dir Chứng minh hoàn thành 1.7 Phụ lục G - Chứng minh Nhận xét Chứng minh bắt đầu cách xét tốc độ trung bình tổng hợp D2 P 116 vùng SNR cao (ρ → ∞) tính tốn sau: h i ∞ MRC RD ,dir = E log + γ2,D1 , γD2 = ∞ R 1−Fx (x) ln 1+x dx (6.21) Từ phương trình (6.21) hàm CDF X tính sau: 2 a2 a2 E FX (x) = − Pr a1 > x, ψPSR |h1 | |h2 | ρ + a1 > x = − Pr = −U = −U a2 a1 a2 a1 a2 a1 > x, |h2 |2 > −x R∞ −x a x− a2 E |h |2 ρ ψPSR ( ) R∞ f|h1 |2 (y) f|h2 |2 (x)dxdy −x a x− a2 E |h |2 ρ ψPSR ) ( ! E |h |2 ρ ψPSR R∞ R∞ a x− a2 f|h1 |2 (y) Ω12 e Ω2 dxdy = −U = −U = −U a2 a1 a2 a1 a2 a1 −x R∞ −x R∞ −x R∞ −y Ω1 Ω1 e (6.22)