Nghiên cứu kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống truyền thông tin và năng lượng không dây đồng thời (SWIPT)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU THỊNH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN VÀ NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY ĐỒNG THỜI (SWIPT) Chuyên ngành:KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60.52.02.03 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Đà Nẵng – Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS BÙI THỊ MINH TÚ Phản biện 1: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Phản biện 2: TS ĐỖ HỒNG TUẤN Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện tử họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 15 tháng 07 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng, trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN - Thư viện Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thơng tin không dây truyền công suất đồng thời (SWIPT) giải pháp đầy hứa hẹn để tăng tuổi thọ node khơng dây giảm hạn chế mặt lượng mạng không dây nút cổ chai lượng Để thay cho kỹ thuật cung cấp lượng truyền thống, SWIPT dựa việc sử dụng tín hiệu tần số vơ tuyến, hy vọng mang lại số thay đổi cho thiết kế mạng thông tin liên lạc không dây Đề tài tập trung vào ứng dụng tiền mã hóa hệ thống SWIPT, cụ thể thiết kế xây dựng mơ hình sử dụng kỹ thuật tiền mã hóa sử dụng WMMSE cho hệ thống SWIPT MIMO BC Mơ hình khác biệt với phương pháp tiền mã hóa trước xem xét vấn đề tối ưu điểm cân tốc độ truyền lượng cách làm giảm tổng trọng số MSE Mặt khác việc sử dụng công nghệ đa anten giúp cải thiện hiệu lượng việc truyền lượng khơng dây đáng kể Ví dụ, MIMO sử dụng để tăng tuổi thọ mạng cảm biến, trung tâm liệu thống trang bị với nhiều anten mà tập trung lượng sóng vơ tuyến (RF) cảm biến cần phải sạc pin không dây, dẫn đến nhiều giải pháp lượng hiệu cho máy phát đơn anten Việc áp dụng công nghệ đa anten để SWIPT mở nhiều khả thú vị, mang lại số thách thức việc cải thiện hiệu suất phổ lượng hệ thống khơng dây Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền thông tin & lượng không dây đồng thời (SWIPT) - Nghiên cứu đề xuất thuật toán nâng cao độ cân đối hiệu suất cung cấp lượng chất lượng truyền tín hiệu Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Kiến thức tổng quan hệ thống MIMO - Kiến thức tổng quan hệ thống WPT ứng dụng - Thiết lập mô hình hệ thống SWIPT MIMO BC - Đề xuất thiết lập mơ hình hệ thống SWIPT MIMO phương pháp tối thiểu trọng số MSE - Thiết lập, tính tốn tối ưu mơ hình hệ thống SWIPT - Đánh giá kết thực hiện, đề xuất hướng phát triển đề tài Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu hệ thống truyền thơng tin lượng vơ tuyến đồng thời - Tìm hiểu nghiên cứu công nghệ anten thông minh mà cụ thể công nghệ đa ngõ vào đa ngõ (MIMO) - Đánh giá ưu nhược điểm nguyên lý hoạt động mơ hình hệ thống truyền thơng tin lượng vô tuyến đồng thời - Đề xuất giải pháp tiền mã hóa giúp nâng cao hiệu suất nhận lượng thông tin máy thu - Áp dụng phương pháp tiền mã hóa vào mơ hình hệ thống SWIPT MIMO BC phần mềm Matlab Dựa vào kết đạt được, đánh giá chất lượng phương pháp đề xuất so với phương pháp trước Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Truyền thông tin lượng vô tuyến đồng thời (SWIPT) giải pháp đầy hứa hẹn để tăng tuổi thọ node không dây giảm hạn chế mặt lượng mạng không dây nút cổ chai lượng Để thay cho kỹ thuật khai thác lượng truyền thống, SWIPT dựa việc sử dụng tín hiệu tần số vơ tuyến, hy vọng mang lại số thay đổi cho thiết kế mạng thông tin liên lạc không dây Đề tài tập trung vào ứng dụng công nghệ anten thông minh tiên tiến cho SWIPT, bao gồm nhiều đầu vào nhiều đầu (MIMO) kỹ thuật tiền mã hóa Những cơng nghệ anten thơng minh có khả cải thiện đáng kể hiệu lượng có hiệu quang phổ SWIPT Topo mạng khác phân tích nghiên cứu, với số giải pháp tiền mã hóa triển vọng để đạt cân hiệu độ phức tạp hệ thống Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, luận văn gồm có chương: Chương HỆ THỐNG KÊNH TRUYỀN MIMO 1.1 Giới thiệu chương Ngày nay, với nhu cầu liên lạc, cơng việc giải trí người ngày có địi hỏi khắt khe chất lượng, ổn định linh hoạt để tối đa hóa trải nghiệm người dùng Các hệ thống đa anten ứng dụng triển khai thành công cho mạng truy cập không dây băng rộng (ví dụ MIMO-Wifi, MIMO-UMTS, LTE, WiMAX…) nhằm mục đích đáp ứng nhu cầu ngày tăng tốc độ liệu truyền tin với phát triển mạnh mẽ thiết bị thu nhận tín hiệu không dây, số hệ thống viễn thông tương lai So với hệ thống anten nhất, dung lượng hệ thống đa anten bao gồm 𝑁𝑇 anten phát 𝑁𝑟 anten thu tăng lên mà không cần phải tăng công suất phát trải rộng thêm phổ tần Chương trình bày tổng quan hệ thống kênh đa anten phát, đa anten thu ( kênh truyền MIMO) số vấn đề liên quan đến tiền mã hóa hệ thống MIMO 1.2 Tổng quan hệ thống MIMO 1.2.1 Khái niệm hệ thống MIMO 1.2.2 MIMO đơn người dùng MIMO đa người dùng 1.2.2.1 MIMO đơn người dùng (SU-MIMO) 1.2.2.2 MIMO đa người dùng (MU-MIMO) Hình 1.1Hệ thống MU-MIMO: MIMO BC 1.2.3 Các kỹ thuật phân tập hệ thống MIMO 1.2.3.1 Phân tập thời gian 1.2.3.2 Phân tập tần số 1.2.3.3 Phân tập không gian 1.2.4 Dung lượng độ lợi hệ thống MIMO 1.2.4.1 Dung lượng kênh MIMO bits C = W𝑙𝑜𝑔2 (1 + 𝜌) [ ] s (1-1) 1.2.4.2 Độ lợi hệ thống MIMO 1.2.4.3 Độ lợi ghép kênh không gian (spatial multiplexing) 1.2.4.4 Độ lợi phân tập (spatial diversity) 1.3 Các kỹ thuật tiền mã hóa cho hệ thống MIMO đa người dùng 1.4 Kết luận chương Chương MIMO hệ thống truyền dẫn vô tuyến sử dụng đồng thời nhiều anten máy phát máy thu, nhằm làm tăng tốc độ truyền.Với phương pháp tiền mã hóa,cơng nghệ MIMO sử dụng hữu ích hệ thống thơng tin liên lạc khơng dây MIMO cịn phát triển kết hợp với công nghệ khác để tạo đột phá công nghệ, nhàm làm đáp ứng nhu cầu ngày cao người thông tin liên lạc, giao lưu văn hóa… MIMO tạo ưu cho ứng dụngkhơng dây nói chung, tạo mạnh cho công nghệ phát triển mạnh mẽ phục vụ ngày cao nhu cầu giải trí, truyền tải đa phương tiện… Trong tương lai, hệ thống MIMO sử dụng rộng rãi nâng cao để mang đến chất lượng tốt cho người sử dụng Chương TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY 2.1 Giới thiệu chương Kỹ thuật truyền lượng (energy harvesting) sử dụng tần số vô tuyến điện (RF) gần trở thành phương pháp thay để cấp nguồn cho mạng không dây hệ Vì cơng nghệ cho phép bổ sung lượng thuận tiện cho thiết bị khơng dây Cơng nghệ nàygóp phần tạo thuận lợi việc hỗ trợ ứng dụng với yêu cầu chất lượng dịch vụ, nhằm tối ưu hóa tài ngun băng tần.Nội dung chương trình bày tổng quan mạng không dây với khả thu nhận lượngsử dụng RF (WPT) 2.2 Lịch sử hình thành cơng nghệ WPT 2.3 Cấu trúc mạng thu lượng sử dụng sóng RF 2.4 Mơ hình truyền lượng RF Cơng suất RF thu từ máy phát khơng gian tự tính dựa phương trình Friis [17] sau: 𝐺𝑇 𝐺𝑅 𝜆2 𝑃𝑅 = 𝑃𝑇 (4𝜋𝑑)2 𝐿 2.5 Các kỹ thuật thu lượng RF 2.5.1 Các đặc điểm kỹ thuật thu lượng RF 2.5.2 Nguồn RF chuyên dụng 2.5.3 Nguồn RF xung quanh (2-1) Bảng 2.1Số liệu thực nghiệm thu lượng sóng RF Mức Cơng Loại nguồn suất nguồn Tần số Khoảng (MHz) cách lượng thu Máy phát Isotropic [26] 4W 902-928 15 m 5.5W Máy phát Isotropic [27] 1.78 W 868 25 m 2.3W Máy phát Isotropic [28] 1.78 W 868 27 m 2W 3W 915 5m 189W 3W 915 11 m 1W Máy phát Powercaster TX91501 [29] Máy phát Powercaster TX91501 [29] KING-TV Tower [02] 960 kW 674-680 4.1 km 60W 2.5.3.1 Nguồn RF tĩnh xung quanh 2.5.3.2 Nguồn RF động xung quanh 2.6 Các ứng dụng có thu lượng sóng RF 2.7 Kết luận chương Với nghiên cứu thử nghiệm thành công bước đầu thực tế, công nghệ truyền lượng sóng RF hứa hẹn góp phần đem lại nhiều đột phá công nghệ giải nút thắt lượng cho lĩnh vực công nghệ Tóm lại, với phát triển bùng nổ IoT mạng cảm biến không dây, hệ thống truyền lượng khơng dây sóng RF tạo quan tâm đặc biệt Công nghệ giúp giải vấn đề nan giải mạng cảm biến không dây thiết bị y sinh mặt lượng kích thước thiết bị… 10 máy thu lượng thực tế chưa có khả trực tiếp giải mã thơng tin 3.2 Mơ hình hệ thống SWIPT BC MIMO Hình 3.1Một hệ thống MIMO kênh quảng bá cho SWIPT 3.2.1 Mơ hình hệ thống 𝑸 = ℰ[‖𝐆𝑥(𝑛)‖2 ] (3-1) 3.2.2 Máy thu EH ID không đồng thời Từ (3-1) ta có 𝑄 = 𝑡𝑟 (𝐺𝑆𝐺 𝐻 ) với ζ = 1, vấn đề thiết kế nói mơ hình hóa sau: max 𝑄 ≔ 𝑡𝑟 (𝐺𝑆𝐺 𝐻 ) 𝑆 𝑠 𝑡 𝑡𝑟(𝑆) ≤ 𝑃, 𝑆 ≥ (P1) Xét với đường dẫn MIMO từ máy phát đến máy thu ID mà khơng có diện máy thu EH Giả sử mã Gaussian tối ưu máy phát, tức x (n) ~ CN (0, S), thu hiệp phương sai truyền dẫn S để tối đa hóa tốc độ truyền qua kênh MIMO cách giải vấn đề sau: max 𝑅: = 𝑙𝑜𝑔2 |𝐼 + 𝐻𝑆𝐻 𝐻 | 𝑆 𝑠 𝑡 𝑡𝑟(𝑆) ≤ 𝑃, 𝑆 ≥ 𝑝𝑖 = (𝜐 − + ) , 𝑖 = 1, … , 𝑇2 ℎ𝑖 (P2) (3-2) 11 𝑇 Với 𝜐 số “mực nước” (water level) để ∑𝑖=1 𝑝𝑖 = 𝑃 3.2.3 Máy thu EH ID thu đồng thời Vì vấn đề (P3) hàm lồi đáp ứng điều kiện Slater [15] giải phương pháp đối ngẫu Lagrange Do đó, hai biến số kép không âm, λ μ, liên quan đến việc giới hạn lượng thu công suất truyền (P3) Giải pháp tối ưu cho vấn đề (P3) giải pháp tối ưu kép 3.2.3.1 Các máy thu tách biệt Định lý 3.1: Giải pháp tối ưu cho tốn (P3) có dạng sau: ̃𝚲 ̃𝑽 ̃ 𝐻 𝑨−1⁄2 𝑺∗ = 𝑨−1⁄2 𝑽 (3-3) Từ định lý 3.1, tốc độ truyền tối đa vấn đề (P3) 𝑇2 là:𝑅 ∗ = log |1 + 𝐻𝑆 ∗ 𝐻 𝐻 | = ∑𝑖=1 log (1 + ℎ̃𝑖 𝑝̃𝑖 ) Hệ 3.1: Trong trường hợp kênh MISO từ máy phát đến máy thu ID, tức là, 𝐻 ≡ ℎ𝐻 , giải pháp tối ưu cho toán (P3) tối giãn dạng sau: + 1 𝑺∗ = 𝑨−1 𝒉 ( −1⁄2 − −1⁄2 ) 𝒉𝐻 𝑨−1 ‖𝑨 ‖𝑨 𝒉‖ 𝒉‖ (3-4) Định lý 3.2: Trong trường hợp kênh MISO từ máy phát đến máy thu ID EH, tức 𝑯 ≡ 𝒉𝐻 , 𝑮 ≡ 𝒈𝐻 , giải pháp tối ưu cho tốn (P3) biểu diễn 𝑺∗ = 𝑷𝒗𝒗𝐻 3.2.3.2 Các máy thu đồng vị a) Ràng buộc hiệu suất bên Hệ 3.2: Trong trường hợp máy thu EH ID đồng vị với G=H , giải pháp tối ưu vấn đề (P3) có dạng: 𝑺∗ = 𝑽𝐻 𝚺𝑽𝐻 𝐻 𝚺 = 𝑑𝑖𝑎𝑔(𝑝̂1 , 𝑝̂2 , … , 𝑝̂ 𝑇2 ) với phần tử thu dựa theo giải pháp phân bố lượng WF: 12 1 + 𝑝̂𝑖 = ( ∗ − ) , 𝑖 = 1, … , 𝑇2 𝜇 − 𝜆∗ ℎ𝑖 ℎ𝑖 (3-5) Với 𝜇 ∗ > 𝜆∗ ℎ1 Tốc độ truyền tối đa tương ứng 𝑅 ∗ = ∑𝑇𝑖=1 log (1 + ℎ𝑖 𝑝̂𝑖 ) b) Chuyển mạch thời gian (Time switching ) Hình 3.2Thiết kế chuyển mạch thời gian với máy thu EH ID đồng vị  Giới hạn công suất cố định:  Giới hạn công suất linh hoạt: c) Chia tách công suất (Power Splitting) (a) Máy thu đồng vị với tách cơng suất 13 (b) Máy thu ID khơng có tách cơng suất Hình 3.3 Hoạt động máy thu có / khơng có tách cơng suất (năng lượng thu nhiễu máy thu bị bỏ qua cho máy thu EH) 3.3 Kết luận chương Chương trình bày giới hạn hiệu suất SWIPT hệ thống MIMO BC Với thiết kế nút đơn giản, chương trình bày số vấn đề cân băng R-E hệ thống MIMO để tối đa hóa hiệu việc truyền thông tin lượng đồng thời là:  Đã xây dựng mơ hình truyền sóng cho SWIPT hệ thống MIMO BC với mơ hình nút  Đã vấn đề trường hợp cụ thể thu nhận tín hiệu lượng đồng thời khơng đồng thời  Đã trình bày định lý, điều kiện ràng buộc để xây dựng ma trận tiền mã hóa nhằm truyền thiết lập vùng tối ưu tốc độ truyền tín hiệu lượng truyền với tốn tối ưu kép cịn phức tạp tính toán Vấn đề đề xuất giải chương 14 Chương MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN WMMSE CHO HỆ THỐNG SWIPT 4.1 Giới thiệu chương Như trình bày chương 3, hệ thống SWIPT, vấn đề thiết kế máy phát hiệu nghiên cứu tích cực vài năm qua tài liệu tham khảo số [3] - [7] tài liệu tham khảo kèm theo khác Ví dụ, phương pháp“ beamforming ” khác đề xuất mạng đa anten nhiễu [3], trạm lặp( relaying ) [4], kênh quảng bá (BC) [5] [6] để tối đa hóa tốc độ máy thu giải mã thông tin (ID) lượng thu máy thu lượng (EH)một cách đồng thời Trong tài chương em mô tả đầy đủ vùng cân tỷ lệ lượng cách đề xuất kỹ thuật tiền mã hóa tối ưu cho hai đầu BC SWIPT có nhiều anten phát nhiều anten thu (MIMO), đầu thu lượng(EH) đầu thu tín hiệu (ID) chia sẻ tài nguyên phổ tần Mặc dù thiết kế dựa tốc độ truyền thơng tin hữu ích cho việc đánh giá hiệu suất hệ thống, khó thực thực tế độ phức tạp mã hoá giải mã cao Nhằm làm đơn giản hóa vấn đề, em đề xuấtxét thơng số bình phương trung bình lỗi tối thiểu (MMSE) giống cho mạng truyền thông thông thường nơi mà việc truyền tín hiệu mối quan tâm [8]-[9] Tuy nhiên, khơng có nghiên cứu trước vấn đề máy thu tuyến tính hệ thống SWIPT Nội dung chương phát triển phương pháp thiết kế máy phát máy thu ID theo MMSE cho MIMO BC SWIPT, với máy thu EH máy thu ID tách riêng, xác định vùng cân tối ưu MSE lượng Để có xử lý theo 15 hướng tối ưu hiệu lỗi, em xây dựng hệ thống SWIPT MMSE (WMMSE) có sử dụng trọng số làm giảm thiểu tổng trọng số lỗi cho máy thu ID đáp ứng giới hạn EH xác định trước cho máy thu EH Vì hàm khơng lồi nên gây khó khăn việc tính tốn trọng số so với trường hợp thông thường Để giải vấn đề, trước tiên em tập trung vào phía máy phát cho riêng máy thu ID đưa giải pháp dạng bán kín mà tính tốn phương pháp phân đôi (bisection) đơn giản Khi máy thu ID có anten đơn, búp sóng tối ưu tạo từ phương pháp tiền mã hóa cho em thấy tỷ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) tối đa tương ứng với tốc độ truyền tin tối đa [7] Đặc biệt thú vị giải pháp đề xuất đạt phương pháp phân đôi (bisection) đơn giản, thiết kế trước cần phải tính tốn phương pháp “elipsoid” phức tạp để đến điểm 4.2 Thiết kế thu /phát WMMSE cho hệ thống SWIPT 4.2.1 Mơ hình hệ thống Hình 4.1 Mơ hình hệ thống MIMO kênh quảng bá cho SWIPT với thu phát tuyến tính 16 Bây xét trường hợp máy thu EH ID tồn Khi đó, vùng MSE -năng lượng đạt ℛ𝑀,𝐸 ≜ {(𝑀, 𝐸): 𝑀 ≥ 𝑇𝑟(𝑾𝓔[𝒆𝒆𝑯 ]), 𝑬 ≤ 𝑇𝑟(𝐅 H 𝐆H 𝐆𝐅), Tr[𝐅𝐅 𝐇 ] ≤ 𝐏𝐓 }, điểm ranh giới R đạt cách giải vấn đề tối ưu hoá SWIPT-WMMSE sau: 𝑇𝑟(𝑾𝓔[𝒆𝒆𝑯 ]) 𝛾,𝐹,𝐿 ( s 𝑡 𝑇𝑟(𝐅 𝐆 𝐆𝐅) ≥ 𝐄̅, Tr[𝐅𝐅 H H 𝐇] ≤ 𝐏𝐓 4-3) với𝐄𝐼𝐷 ≤ 𝐄̅ ≤ 𝑬𝑚𝑎𝑥 4.2.2 Tính tốn tối ưu hệ thống Tiến hành tối ưu hệ thống cách giải toán (4-3) dựa điều kiện Karush-Kuhn Tucker (KKT) Sử dụng biểu thức e giả định, xây dựng hàm Lagrangian sau: ℒ(𝜆, 𝜇, 𝛾, 𝑭, 𝑳) = 𝑇𝑟 (𝑾(𝛾 −1 𝐋𝐇𝐅 𝐻 − 𝐈𝑁𝑆 )(𝛾 −1 𝐋𝐇𝐅 − 𝐈𝑁𝑆 ) ) + 𝑇𝑟(𝛾 −2 𝐖𝐋𝐋𝐇 ) (4-1) − 𝜆(𝑻𝒓(𝐅 H 𝐆H 𝐆𝐅) − 𝐄̅) + 𝜇(Tr[𝐅𝐅 𝐇 ] − 𝐏𝐓 ) Ta giải điều kiện KKT để có điều kiện cần thiết cho việc tối ưu: 𝐋𝐇𝐅𝐅 H 𝐇F + 𝐋 = 𝛾𝐅 𝐇 𝐇 𝐇 (4-2) 𝐇 𝐋 𝐖𝐋𝐇𝐅 − 𝜆̅𝐆𝐻 𝐆𝐅 + 𝜇̅ 𝐅 = 𝛾𝐇 𝐇 𝐋𝑯 𝐖 (4-3) 𝑯 𝑯 H H 𝑯 𝑯 H H 𝑯 𝑇𝑟(𝐖𝐋𝐇𝐅𝐅 𝐇 𝐋 + 𝐖𝐋𝐋 ) = 𝛾𝑇𝑟(𝐅 𝐇 𝐋 𝐖) (4-4) 𝜆 ≥ 0; 𝜇 ≥ 0; 𝑇𝑟(𝐅 𝐆 𝐆𝐅) ≥ 𝐄̅; Tr[𝐅𝐅 𝐇 ] ≤ 𝐏𝐓 (4-5) H H 17 𝜇̅ (Tr[𝐅𝐅 𝐇 ] − 𝐏𝐓 ) = (4-6) 𝜆̅(𝑇𝑟(𝐅 H 𝐆H 𝐆𝐅) − 𝐄̅) = (4-7) Với 𝜆̅ ≜ 𝜆𝛾 , 𝜇̅ ≜ 𝜇𝛾 phương trình từ (4-5) đến (4-7) kết suy từ điều kiện cho “0” đạo hàm theo biến  Định lý 4-1: Khi L cho tùy ý, kết tốn (4-3) tính bởi: −𝟏 𝐅̂ = 𝛾̂𝐅̅(𝜆̅) = 𝛾̂(𝐘 − 𝜆̅𝐙) 𝐇 𝑯 𝐋𝑯 𝐖, (4-11) Từ phương trình điều kiện KKT (4-6),(4-7),(4-8) ta : 𝛾𝑇𝑟(𝐅 H 𝐇H 𝐋𝑯 𝐖) = 𝑇𝑟(𝐅 𝑯 𝐇 𝑯 𝐋𝑯 𝐖𝐋𝐇𝐅 − 𝜆̅𝐅 𝑯 𝐆𝐻 𝐆𝐅 + 𝜇̅ 𝐅 𝑯 𝐅) = 𝑇𝑟(𝐅 𝑯 𝐇 𝑯 𝐋𝑯 𝐖𝐋𝐇𝐅 − 𝜆̅𝐄̅ + 𝜇̅ 𝐏𝐓 ) = 𝑇𝑟(𝐖𝐋𝐇𝐅𝐅 H 𝐇H 𝐋𝑯 ) + 𝑇𝑟(𝐖𝐋𝐋𝑯 ) Đồng vế sau biểu thức suy được: 𝜇̅ = ̅ 𝜆𝐄̅+𝑇𝑟(𝐖𝐋𝐋𝑯 ) 𝐏𝐓 > ̅ ) trở thành hàm biến J(𝝀̅) Từ đây, hàm tối ưu biến J(𝝀̅, 𝝁 ̅  Kết luận 4-1:𝝀 tối ưu có giá trị dải0 ≤ 𝜆̅ < 1⁄𝒌  Kết luận 4-2:J(x) hàm đơn điệu tăng khoảng ≤ 𝒙 < 1⁄𝒌và lim𝑥→1⁄𝑘 𝐉(x) >  Định lý 4-2: Khi 𝛾 F đưa ra, giải pháp vấn đề (4-3) biểu diễn ̂ = 𝛾𝐅𝐻 𝐇 𝐻 (𝐇𝐅𝐅 𝑯 𝐇𝑯 + 𝐈𝑵 )−1 𝐋 𝑻 Lưu đồ thuật toán phương pháp tối ưu WMMSE: For j=1:N_loop 𝑯 1/2 Khởi tạo 𝐅̅𝑗 𝛾𝑗 = (𝐏𝐓 ⁄Tr (𝐅̅𝒋 𝐅̅𝒋 )) (4-8) 18 repeat Tính 𝐋𝑗 từ cơng thức (4-13) với 𝐅̅𝑗 𝛾𝑗 Cập nhật 𝐅𝑗 = 𝛾𝑗 𝐅̅𝑗 sử dụng công thức (4-11) với 𝐋𝑗 có until 𝐅𝑗 đạt giá trị hội tụ end for Lựa chọn kết tốt {𝐅𝑗 , 𝐋𝑗 |𝑗 = 1, … , 𝑵𝐺 } tổng MMSE tối thiểu Mô kết quả: 4.3 Bảng 4.1 Các thông số hệ thống mơ hình mơ Mật độ phổ cơng suất nhiễu Hiệu suất chuyển đổi lượng -100dBm/Hz 50%(=0.5) Hệ số suy giảm tín hiệu đường truyền (Pathloss exponent) Băng thơng tín hiệu Khoảng cách: Tx – máy thu ID Khoảng cách: Tx – máy thu EH 10 MHz 𝑑ℎ (𝑚) 𝑑𝑔 (𝑚) ... nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền thơng tin & lượng không dây đồng thời (SWIPT) 2 - Nghiên cứu đề xuất thuật toán nâng cao độ cân đối hiệu suất cung cấp lượng chất lượng truyền tín hiệu... tuyến mang lượng thơng tin lúc chương tập trung nghiên cứu truyền thông tin lượng không dây đồng thời (SWIPT) Cụ thể, chương trình bày hệ thống phát sóng khơng dây nhiều ngõ ra, nhiều ngõ vào (MIMO)... kế mạng thông tin liên lạc không dây Đề tài tập trung vào ứng dụng tiền mã hóa hệ thống SWIPT, cụ thể thiết kế xây dựng mơ hình sử dụng kỹ thuật tiền mã hóa sử dụng WMMSE cho hệ thống SWIPT MIMO