đồ án tốt nghiệp đề tài truyền gói tin ngắn trong mạng vô tuyến noma hợp tác

Lưu đồ chương trình chính trình bày BLER trung bình của người dùng trung tâm và người dùng biên trong mạng NOMA hợp tác theo Ps/σ2 .... Lưu đồ phân tích trình bày BLER trung bình của ngư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sinh viên : NGUYỄN CHUNG DŨ THANH HƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

Sinh viên: NGUYỄN CHUNG DŨ THANH HƯƠNG

THÔNG TIN ĐỒ ÁN

1 Thông tin sinh viên

Email: 17141188@student.hcmute.edu.vn

Họ và tên SV 2: NGUY N THÀNH V MSSV: 17141267 Ễ Ỹ Email: 17141267@student.hcmute.edu.vn

2 Thông tin đề tài

- Tên của đề tài: Truyền gói tin ngắn trong m ng vô tuy n NOMA h p tác ạ ế ợ

- Thời gian thực hiện: 15 tuần

3 L ời cam đoan của sinh viên

đoan đồ án này là công trình nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Ngọc Sơn Kết qu công b trong b n báo cáo là trung th c và không sao chép ả ố ả ự từ bất kỳ công trình nào khác.

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 20…

Nhóm SV thực hiện đồ án

Giảng viên hướng d n ẫ

BẢN NHẬN XÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Đề tài: Truyền gói tin ngắn trong mạng vô tuyến NOMA hợp tác

Sinh viên: + Nguyễn Chung Dũ Thanh Hương MSSV: 17141188 + Nguyễn Thành VỹMSSV: 17141267 Hướng dẫn: TS Phạm Ngọc Sơn

Nhận xét bao gồm các nội dung sau đây:

1 Tính hợp lý on tr g cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề; ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Đặt vấn đề rõ ràng, mục tiêu cụ thể đề tài có tính mới, cấp thiế; t; đề tài có khả năng ứng dụng, tính sáng

tạo

Đặt vấn đề rõ ràng, mục tiêu cụ thể2 Phương pháp thực hiện/ phân tích/ thiết kế:

Phương pháp hợp lý và tin cậy dựa trên cơ sở lý thuyết; có phân tích và đánh giá phù hợp; có tính mới và

tính sáng tạo

Phương pháp thực hiện hợp lý dựa trên cơ sở lý thuyết, Phân tích và đánh giá phù hợp 3 Kết quả thực hiện/ phân tích và đánh giá kết quả/ kiểm định thiết kế:

Phù hợp với mục tiêu đề tài; phân tích và đánh giá / kiểm thử thiết kế hợp lý; có tính sáng tạo/ kiểm định chặt chẽ và đảm bảo độ tin cậy.

Kết quả phù hợp với mục tiêu, phân tích đánh giá hợp lý, ch t ặ chẽ

4 Kết luận và đề xuất:

Kết luận phù hợp với cách đặt vấn đề, đề xuất mang tính cải tiến và thực tiễn kết luận ; có đóng góp mới

mẻ, đề xuất sáng tạo và thuyết phục

Kết luận phù hợp với cách đặt vấn đề

5 Hình thức trình bày và bố cục báo cáo:

Văn phong nhất quán, bố cục hợp lý, cấu trúc rõ ràng, đúng định dạng mẫu; có tính hấp dẫn, thể hiện năng lực tốt, văn bản trau chuốt

Bố cục rõ ràng, đúng định dạng mẫu 6 Kỹ năng chuyên nghiệp và tính sáng tạo:

Thể hiện các kỹ năng giao tiếp, ỹ năn kg làm việc nhóm, và các kỹ năng chuyên nghiệp khác trong việc thực

hiện đề tài

7 Tài liệu trích dẫn

Tính trung thực trong việc trích dẫn tài liệu tham khảo; tính phù hợp của các tài liệu trích dẫn; trích dẫn theo đúng chỉ dẫn APA

Phù hợp với yêu ầu c 8 Đánh giá ề sự vtrùng lặp của đề tài

Cần khẳng định đề tài có trùng lặp hay không? Nếu , đề nghị ghi rõ mức độcó, tên đề tài nơi công bố, ,

năm công bố của đề tài đã công bố

Không trùng l ặp

9 Những nhược điểm và thiếu sót, những điểm cần được bổ sung và chỉnh sửa *

Chưa so sánh được BLER trung bình của mạng NOMA so với các mạng đa truy cập khác

10 Nhận xét tinh thần thái độ học tập, nghiên cứu của sinh viên, Có tinh thần và khả năng nghiên cứu, th độ học tập tốt ái Đề nghị của giảng viên hướng dẫn Ghi rõ: “Báo cáođạt/ không đạt yêu cầu của một khóa luận tốt nghiệp kỹ sư, và được phép/ không được phép bảo vệ khóa luận tốt nghiệp”

Tp HCM, ngày … tháng … năm 20…

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

v

LỜI CẢM ƠN

giúp đỡ, đóng góp ý kiến, chỉ báo đến từ thầy cô và bạn bè

tạo điều kiện và hỗ trợ nhóm hoàn thành tố ồ án này t đ

hiện đề tài

nhất, nhưng cũng không thể tránh khỏi những sai sót nhất định trong công việc nghiên cứu, tiếp cận thực tế, cũng như những hạn chế v kiến thức lẫn thời gian thực hiện Rất ề

hoàn thiện hơn.

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn.

vi

TÓM TẮT

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trong cách m ng ạ công nghiệp 4.0 cho các mô hình công nghệ mới thì nhu cầu truyền dữ liệu ới tốc độ v cao là vô cùng quan trọng Để đáp ứng điều đ ó, mạng thông tin di động 5G được phát triển và kỹ thu đa truy cập phi trựật c giao NOMA hứa hẹn sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến phục vụ truyền thông trong tương lai Đồng thời

trong các hệ thống truyền thông không dây tương lai tránh đ c những khó khă, ượ n khi triển khai các mảng anten thực tế

Trong đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng tôi tập trung khảo sát v mô phà ỏng ỉ lệ t lỗi khối trung bình BLER hai người dùng trong mạng hợp tác đa truy cập phi trực giao NOMA Đồng thời ử dụn s g h phai ương pháp kỹ thuật kết hợp ựa chọn SC và kỹ thuật l

trung bình của người dùng trung tâm và người dùng bi , sên ử dụng phần mềm Matlab Sau ó đ đưa ra hướng phát triển cho đề ài t

vii

MỤC LỤC

DANHMỤCHÌNHVÀBẢNG VIII CÁCTỪVIẾTTẮT IX ÝNGHĨACÁCKÝHIỆUTOÁNHỌC X

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 TỔNGQUAN 1

1.2 MỤCTIÊU 1

1.3 GIỚIHẠN 1

1.4 BỐCỤCĐỒÁN 2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 ĐATRUYCẬPPHITRỰCGIAONOMA 3

2.2 TRUYỀNTHÔNGHỢPTÁC 6

2.2.1 Kỹ thuật t hợp lựa chọn SCkế 7

2.2.2Kỹ thuật kết hợp tỷ lệ tối đa MRC 8

2.2.3 Mạng NOMA hợp tác 9

2.3 TRUYỀNGÓITINNGẮN 13

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 19

3.1 MÔHÌNHHỆTHỐNGCỦAMẠNGNOMAHỢPTÁCĐƯỜNGXUỐNG 19

3.2 PHÂNTÍCHTỈLỆLỖIKHỐI TRUNG BÌNH 21

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ 30

4.1 CÁCTHÔNGSỐMÔPHỎNGVÀMỘTSỐLƯUĐỒCHÍNH 30

4.2 KẾTQUẢMÔPHỎNG,PHÂNTÍCHVÀĐÁNHGIÁ 34

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 38

5.1 KẾTLUẬN 38

5.2 HƯỚNGPHÁTTRIỂN 38

TÀILIỆUTHAMKHẢO 39

viii

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG

Hình 2 - 1 Mô hình NOMA 2 đường xuống UE 5

Hình 2 - 2 Mô hình hệ thống truyền thông hợp tác 6

Hình 2 - 3 Sơ đồ khối các mẫu nhận được tại máy thu 7

Hình 2 - 4 Mô hình mạng NOMA hợ ác 2 người dùngp t 10

Hình 3 - 1 Mô hình hệ thống 2 người dùng của mạng hợp tác đa truy cập phi trực giao NOMA đường xuống 19

Hình 4 - 1 Lưu đồ chương trình chính trình bày BLER trung bình của người dùng trung tâm và người dùng biên trong mạng NOMA hợp tác theo Ps/σ2 31

Hình 4 - 2 Lưu đồ phân tích trình bày BLER trung bình của người dùng trung tâm và người dùng biên trong mạng NOMA hợp tác theo Ps/σ2 32

Hình 4 - 3 Lưu đồ ô phỏng trìn m h bày BLER trung bình của người dùng trung tâm và người dùng biên trong mạng NOMA hợp tác theo Ps/σ2 33

Hình 4 - 4 BLER trung bình theo Ps/σ2 với m = 150, Nc = 300 bit, Ne = 100 bit,

ix

αc, αe Hệ số phân bổ công suất

Ps Công suất phát

Xc,Xe Tín hiệu truyề đi tới n các User

c e, ( c e, ,N me,) Tỉ lệ lỗi khối BLER ức th t ời của xe tại Uc

1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

chiều dài gói tin vô hạn, việc giải mã hoàn toàn không được đáp ứng trong truyền gói tin ngắn và sự lan truyền lỗi sẽ xảy ra ở các mức độ khác nhau đối với tín hiệu nhận được Đối với các dẫn xuất BLER trung bình của người dùng trung tâm trong các kênh Fading Rayleigh, ở đây đã đề xuất một phương pháp mới để

tỷ lệ tối đa MRC được sử dụng, chúng tôi nhận được giới hạn dưới chặt chẽ Đây cũng chính là vấn đề được lựa chọn cho đồ án tốt nghiệ : “p Truyền gói tin ngắn trong mạng vô tuyến NOMA hợp tác”

1.3 GIỚI HẠN

2

Chưa trình bày được kết quả mô phỏng và phân tích BLER trung bình của

Ne

mục tiêu, giới hạn và bố cục đồ án.

truy cập phi trực giao NOMA, truyền thông hợp tác, truyền gói tin ngắn và mô hình kết hợp

• Chương 3: Nội dung thực hiện Chương n ày đưa ra mô hình hệ thống và các công thức phân tích trung bình lỗi khối ủa hệ thống c

quả thu được

luận và hướng phát triển của đề tài

17

trong đó λ = E (| hi|2) và hệ số phân bổ công suất thỏa mãn điều kiện α2 – α1x > 0

đánh giá một cách khép kín và được đưa ra trong đề xuất 1

Đề xuất 1: Cho số bit dữ liệu truyền N và 2 chiều dài gói tin m, BLER 2

Tương tự, dựa trên CDF trong (2.3.14) - (2.3.15), BLER trung bình của u có 1 thể nhận được và cho trong đề xuất 2

Đề xuất 2: Cho số bit dữ liệu truyền N và 1 chiều dài gói tin m, BLER 1 trung bình tại u1 có thể là xấp xỉ chặt chẽ như trong (2.3.17)

18

Hai biểu thức trên (2.3.16) và (2.3.17) có thể được sử dụng để đánh giá

19

CHƯƠNG 3

ĐƯỜNG XUỐNG

dùng trung tâm Uc và một người dùng biên Ue Người dùng trung tâm Uc gần nguồn S hơn so với người dùng biên Ue Nguồn S nhằm mục đích truyền tải thông tin của các bit N đến Ucc và Neđến U Việc truyền tải chia thành he ai giai đoạn [6]

- Giai đoạn 1: Nguồn S phát tín hiệu tới U và U bce ằng cách sử dụng sơ đồ NOMA

- Giai đoạn 2: U h p tác chuy n ti p các tín hi u dc ợ ể ế ệ ự định t i Uớ e

Hình 3 - 1 Mô hình h ệ thống 2 người dùng c a m ng hủ ạ ợp tác đa truy ậ c p phi tr c giao ự

NOMA đường xuống

Cụ thể trong giai đoạn đầu tiên, nguồn S gửi tín hiệu lớn xschiều dài gói tin m đến Uc và Ue với công suất phát P Tín hiệs u xs được cho bởi xs =

20

cxc+ exe, trong đó α và αce làhệ số phân bổ công suất với α + αce = 1 và αc < αe, x và xce là các tín hiệu dự định lần lượt tới U và U ce

Các tín hiệu nhận được tại Uc và U elà: yc=hcP xss+nc

,ye,1=heP xss+ne,1

(3.1) Trong đó: hc ∼CN (0, λc) và he CN ∼ (0, λ lần lượte) là các tham số kênh cho S → U và S Uc → e ; nc ∼ CN (0, 2) và ne,1 ∼ CN (0, 2) lần lượt là nhiễu Gauss của Uc và Ue Giả sử 2 = 1 Sử dụng loại bỏ nhiễu trực tiếp (SIC), Uc giải mã x e với tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SINR)

lại mức tốt trong truyền gói tin ngắn khi hiều dài gói tinc m > 100 [7].

Nếu x được giải mã thành công ở Uec, sau đó Uc giải mã xcvới tỷ số tín hiệu Trong đó c c, = ( c c, ,Nc,m) Đối với U , SINR nhận được để giải mã xee trong giai đoạn đầu là:

21

Trong giai đoạn thứ hai, Uc hợp tác chuyển tiếp xe sang Ue với công suất phát Pc Tín hiệu nhận được ở Ue là:

ye,2=g P xcs+ne,2 (3.7)

thứ hai là:

e,2=P gc 2 (3.8)

Nhận xét 1: Trong phần này, giả định các tham số kênh hc, h , và g là các e biến ngẫu nhiên độc lập lẫn nhau Sử dụng cả hai tỷ số kết hợp tối đa (MRC) và

nhất và giai đoạn thứ hai

Đối với SC, SINR để giải mã xe như sau:

3.2 PHÂN TÍCH TỈ LỆ LỖI KHỐI TRUNG BÌNH

giải mã xctại U và giảic mã xetại Ue Phân tích trung bình lỗi khối để giải mã xc tại Ucthu được bằng:

Do đó, ta có mệnh đề 1 Sử dụng mệnh đề 1, thay (3.26) vào (3.13), phân tích trung bình lỗi khối để giải mã xctại Uc l à:

Ec max Ec c, ,Ec e, (3.27)

dùng trung tâm và người dùng biên, tức là x và xce trong quá trình SIC Do đó, việc phân bổ quá mức nguồn cho các tín hiệu dành cho người dùng trung tâm có thể dẫn đến suy giảm hiệu suất ở người dùng trung tâm

Đối với sơ đồ SC, phân tích trung bình lỗi khối để giải mã xe tại U thu e

Thay thế (3.29) và (3.33) thành (3.28), ta nhận được phân tích trung bình lỗi khối để giải mã xetại Ue cho sơ đồ SC

Trong mô phỏng, giả sử λc = μ = λe = 1, P = 10P SC

Hình 4.4, trình bày BLER trung bình của người dùng trung tâm và người

số mẫu thử là 105, m = 150, N = 300 bit, Nce = 100 bit, αc = 0.1 và αe = 0.9 Hình 4.5, trình bày BLER trung bình của người dùng biên trong mạng NOMA hợp tác theo Pc/σ2, minh họa sự cải thiện hiệu suất LER của người B dùng biên trong hai trường hợp Ps/σ2 =15dB và Ps/σ2 = 20dB; trong đó /σPc 2 = 0:4:20 (dB), số mẫu thử là 105, m = 150, N = 300 bit, N ce= 100 bit, α = 0.1 và αce = 0.9

Hình 4.6, trình bày BLER trung bình của người dùng trung tâm và người

thử là 105, m = 110:10:150, N = 300 bit, Nce= 100 bit, αc = 0.1 và αe = 0.9 Hình 4.7, trình bày BLER trung bình của người dùng trung tâm và người

Ps/σ2= 15 (dB), số mẫu thử là 10 , m = 100, N = 100 bit, N5 c e= 100 bit, αc= 0.02:0.02:1 và αe = 1 - αc

31

Dưới đây là một lưu đồ chính để thực h ện các mô phỏng và phân tíci h.

Bắt đầu

Nhập dãy Q dB gồm M phần tử số _, mẫu thử, fig, lamda_c, lamda_e, nuy, m, Nc, Ne, alpha_e, alpha_c

Gọi hàm AN_SM

Gọi hàm AN_AN

Kết thúc

Hình 4 - 1 Lưu đồ chương trình chính trình bày BLER trung bình của người dùng trung

tâm và người dùng biên trong mạng NOMA hợp tác theo Ps/σ2

Tính beta_Nem, ro_Nem, v_Nem, u_Nem, nuy_v, nuy_u, deta_v, deta_u, omega, c, d

Hình 4 - 2 Lưu đồ phân tích trình bày BLER trung bình của người dùng trung tâm và

người dùng biên trong m ng NOMA h p tác theo Psạ ợ /σ2

Tạo kênh truyền Rayleigh hc, he, g

Tính độ lợi kênh gc, ge, gg

Hình 4 - 3 Lưu đồ mô ph ng trình bày BLER trung bình cỏ ủa người dùng trung tâm và

người dùng biên trong m ng NOMA hạ ợp tác theo Ps/σ2

34

Hình 4.4 trình bày mô phỏng và phân tích BLER trung bình của người dùng

gần giống với kết quả mô phỏng và BLER trung bình phân tích của người dùng

khi công suất phát PS tăng Kỹ thuật MRC có hiệu suất tốt nhất.

Hình 4 - 4 BLER trung bình theo Ps/σ2 v i m = 150, Nc = 300 bit, Ne = 100 bit, ớ αc=

0.1 và αe = 0.9

35

MRC hoạt động tốt hơn kỹ thuật SC, khoảng cách hiệu suất giữa kỹ thuật MRC và SC giảm khi Pc/σ2 tăng lên BLER trung bình giảm khi công suất phát của người dùng trung tâm P Ctăng

Hình 4 - 5 BLER trung bình theo Pc/σ2 với m = 150, Nc = 300 bit, Ne = 100 bit, αc=

0.1 và αe = 0.9

36

cho thấy rằng BLER trung bình phân tích của người dùng trung tâm phù hợp với kết quả mô phỏng, BLER trung bình phân tích của người dùng biên sử dụng SC

biên sử dụng MRC thấp hơn so với kết quả mô phỏng BLER trung bình giảm khi chiều dài gói tin m càng lớn

Hình 4 - 6 BLER trung bình theo m v i Psớ /σ2 = 15dB, Nc = 300 bit, Ne = 100 bit, αc= 0.1 và αe = 0.9

37

trung tâm và người dùng biên (sử dụng kỹ thuật SC) trong mạng NOMA hợp tác theo α Từ hình c 4.7 cho thấy rằng BLER trung bình phân tích gần như giống nhau với kết quả mô phỏng, có khoảng cách giữa kết quả phân tích và mô phỏng trên đoạn 0.32 ≤ αc ≤ 0.46 chủ yếu là do tính gần đúng của Ψ (γ, N, m) ≈ ZN,m (γ)

Hình 4 - 7 BLER trung bình theo αc với Ps/σ2 = 15 (dB), m = 100, Nc = Ne = 100 b it

38

CHƯƠNG 5

Trình bày được kết quả mô phỏng và phân tích BLER trung bình của người

Trình bày được kết quả mô phỏng BLER trung bình của người dùng biên

Trình bày được kết quả mô phỏng và phân tích BLER trung bình của người dùng trung tâm và người dùng biên (sử dụng sơ đồ SC) trong mạng NOMA hợp tác theo αc

thường và mạng đa truy cập trực giao hợp tác (OMA) để so sánh với mạng NOMA hợp tác để thấy được lợi thế của mạng NOMA hợp tác so với mạng

39

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ngô Thanh Hải, Nguyễn Thái Công Nghĩa, Đặng Lê Khoa, “Hiệu năng

-Likelihood”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự

access in 5G systems,” IEEE Commun Lett., vol 19, no 8, pp 1462- 1465, Aug 2015

[5] Y Yu, H Chen, Y Li, Z Ding, and B Vucetic, “On the performance of non orthogonal multiple access in sho -packet rt communications,” IEEE Commun Lett., vol 22, no 3, pp 590-593, Mar 2018

[6] Xiazhi Lai, Qi Zhang, Member, IEEE, and Jiayin Qin “Cooperative NOMA

[7] Y Polyanskiy, H V Poor, and S Verdu, “Channel coding rate in the finite blocklength regime,” IEEE Trans Inf Theory, vol 56, no 5, pp 2307-2359, May 2010

[8] Y Gu, H Chen, Y Li, and B Vucetic, “Ultra-reliable short-packet communications: Half-duplex or full-duplex relaying?” IEEE Wireless Commun Lett., vol 7, no 3, pp 348-351, Jun 2018