Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)

Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)Phân Tích dung lượng cho mạng chuyển tiếp cộng tác sử dụng đa truy nhập không trực giao (NOMA) (Luận văn thạc sĩ)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - HOÀNG THANH HỊA PHÂN TÍCH DUNG LƯỢNG CHO MẠNG CHUYỂN TIẾP CỘNG TÁC SỬ DỤNG ĐA TRUY NHẬP KHÔNG TRỰC GIAO (NOMA) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH- 2017 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - HỒNG THANH HỊA PHÂN TÍCH DUNG LƯỢNG CHO MẠNG CHUYỂN TIẾP CỘNG TÁC SỬ DỤNG ĐA TRUY NHẬP KHÔNG TRỰC GIAO (NOMA) CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã Số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ QUỐC CƯỜNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH- 2017 i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn Thầy TS Lê Quốc Cường trực tiếp hướng dẫn khoa học để tơi hồn thành tốt luận văn Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy PGS TS Võ Nguyễn Quốc Bảo quý Thầy Cô công tác Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, người truyền đạt kiến thức quý báu, phương pháp nghiên cứu cho thời gian học Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Kinh tế- Đối ngoại hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi công việc giảng dạy để hồn thành tốt luận văn Tơi xin cảm ơn gia đình, với bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập thực luận văn Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2017 Học viên thực luận văn Hồng Thanh Hòa ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Thành phố Hồ Chí Mnh, ngày 10 tháng 11 năm 2017 Học viên thực luận văn Hồng Thanh Hòa iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH SÁCH HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN VỀ MẠNG CHUYỂN TIẾP CỘNG TÁC SỬ DỤNG NOMA 1.1 Các khái niệm liên quan 1.1.1 Dung lượng kênh truyền 1.1.2 Dung lượng kênh truyền Rayleigh Fading 1.2 Tổng quan mạng chuyển tiếp cộng tác .5 1.2.1 Giới thiệu truyền thông cộng tác 1.2.2 Các giao thức hoạt động nút chuyển tiếp 1.2.3 Kỹ thuật phân tập kết hợp .10 1.2.4 Ưu nhược điểm truyền thông cộng tác 11 1.3 Tổng quan công nghệ đa truy nhập không trực giao (NOMA) 12 1.3.1 Khái niệm đa truy nhập 13 1.3.2 So sánh OMA NOMA 14 1.3.3 Mơ hình hệ thống NOMA .17 1.4 Tổng quan mạng truyền thông cộng tác sử dụng NOMA 21 Chương - PHÂN TÍCH DUNG LƯỢNG MẠNG CHUYỂN TIẾP CƠNG TÁC SỬ DỤNG NOMA 23 2.1 Mơ hình hệ thống 23 2.2 Phân tích dung lượng mạng 24 2.3 Phân bổ lượng cho NOMA .34 Chương - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 42 3.1 Các tham số mô 42 3.2 Kết mô .43 iv 3.3 Đánh giá kết 52 Chương - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 53 PHỤ LỤC 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 v BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AF Amplify And Forward Khuếch đại chuyển tiếp AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu trắng cộng Gauss BS Base station Trạm gốc CDF Cumulative distribution function Hàm phân phối tích lũy CRS Cooperative relaying system Mạng chuyển tiếp cộng tác CF Compress and Forward Nén chuyển tiếp CDMA Code Divission Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DF Decode And Forward Giải mã chuyển tiếp EGN Equal-gain Combining Kỹ thuật kết hợp độ lợi cân FDMA Frenquency Divission Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số MRC Maximal Ratio Combining Kỹ thuật kết hợp tỉ số tối đa MIMO Multi Input Multi Output NOMA Non-orthogonal multiple access Đa truy nhập không trực giao OMA Orthogonal multiple access Đa truy nhập trực giao OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing Ghép kênh theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal frequency-division multiple access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao SDMA Space Divission Multiple Access Đa truy nhâp phân chia theo không gian SNR Signal-to-noise ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SC Selection Combining Kỹ thuật kết hợp lựa chọn SIC Successive interference cancellation Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp vi PDF Probability density function Hàm mật độ xác suất PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình TDMA Time Divission Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình truyền thơng cộng tác Hình 1.2: Sự khác biệt truyền thông trực tiếp truyền thơng cộng tác Hình 1.3: Kỹ thuật chuyển tiếp DF Hình 1.4: Kỹ thuật chuyển tiếp AF Hình 1.5: Mơ tả mơ hình đa truy nhập 13 Hình 1.6: So sánh cơng nghệ đa truy nhập cho mạng 3G, 4G tương lai với 5G 17 Hình 1.7: Mơ hình NOMA với SIC bên nhận 17 Hình 1.8: So sánh quang phổ sử dụng cho đường lên NOMA OMA 19 Hình 2.1: Mơ hình hệ thống 23 Hình 3.1: Lưu đồ mơ hệ thống 42 Hình 3.2: Dung lượng trung bình mạng CRS đề xuất mạng CRS thơng thường theo tỷ lệ tín hiệu nhiễu SNR truyền  SR =  RD =10 44 Hình 3.3: Dung lượng trung bình mạng CRS đề xuất mạng CRS thơng thường theo tỷ lệ tín hiệu nhiễu SNR truyền  SR =10,  RD =2 45 Hình 3.4: Dung lượng trung bình mạng CRS đề xuất mạng CRS thơng thường theo tỷ lệ tín hiệu nhiễu SNR truyền  SR =2,  RD =10 46 Hình 3.5: Dung lượng trung bình mạng CRS đề xuất CRS thông thường theo hệ số phân bổ lượng a2  SD =1,  =30dB 48 Hình 3.6: Dung lượng trung bình mạng CRS đề xuất CRS thông thường theo hệ số phân bổ lượng a2  SD =1,  =20dB 49 Hình 3.7: Tốc độ trung bình mạng CRS đề xuất CRS thông thường theo hệ số phân bổ lượng a2  SD =1 50 Hình 3.8: Tốc độ trung bình CRS đề xuất với việc phân bổ lượng tối ưu, cận tối ưu CRS thông thường  SD =1 51 MỞ ĐẦU Truyền thông liên lạc nhu cầu thiết yếu xã hội phát triển nào, truyền thơng vơ tuyến đóng vai trò quan trọng Trong suốt 20 năm gần đây, truyền thơng vơ tuyến có bước phát triển vượt bậc dự đoán tiếp tục phát triển Với triển khai dịch vụ truyền thông di động, ứng dụng truyền hình di động, chứng kiến nhu cầu ngày tăng tốc độ liệu hệ thống di động tế bào hệ thứ 3, (3G, 4G) điều tạo nên xu hướng tiến lên hệ Trong thập niên gần đây, truyền thông cộng tác (cooperative communication) trở thành chủ đề bật nghiên cứu ứng dụng, nhằm tăng cường hiệu truyền liệu hệ thống giao tiếp vô tuyến Khái niệm truyền thông cộng tác thiết bị đầu cuối chia sẻ antenna để tạo thành chuỗi antenna ảo Điều giúp mạng truyền thơng cộng tác có đạt bậc phân tập cao mà không cần phải trang bị nhiều antenna thiết bị đầu cuối Một hệ thống chuyển tiếp cộng tác (CRS) thu hút ý lớn nhằm mục đích khai thác đa dạng không gian Trong CRS với mạng chuyển tiếp bán song cơng, phía đích nhận kết hợp hai độc lập tín hiệu liệu truyền từ nguồn thông qua kênh trực tiếp chuyển tiếp hai khe truyền dẫn, cải thiện chất lượng thu tín hiệu Tuy nhiên, truyền dẫn chuyển tiếp cộng tác giới hạn hiệu suất phổ tần hệ thống truyền lặp lại Đa truy nhập không trực giao (NOMA) nguyên tắc khác với kỹ thuật đa truy nhập trực giao thông thường, NOMA nhiều người dùng khuyến khích truyền tải lúc, mã tần số, với mức lượng khác Đặc biệt, NOMA phân bổ lượng cho người dùng có điều kiện kênh tốt hơn, người dùng giải mã thơng tin riêng họ cách áp dụng hủy bỏ can thiệp liên tiếp Do người dùng biết thông điệp dành cho người dùng khác 51 hệ thống CRS sử dụng NOMA với chương trình phân bổ lượng tối ưu so sánh với hệ thống CRS thông thường Trong mô này, ta quy ước giá trị  SD =1 tiến hành mô trường  SR =  RD ,  SR >>  RD  SR