Đánh giá hiệu suất phổ hệ thống mimo cỡ rất lớn khi có mặt d2d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT PHỔ HỆ THỐNG MIMO CỠ RẤT LỚN KHI CĨ MẶT GIAO TIẾP DEVICE–TO–DEVICE NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG Sinh viên: Nguyễn Thị Thảo MSSV: 13141316 Lê Huỳnh Long Hải MSSV: 13141079 TP HỒ CHÍ MINH – 6/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT PHỔ HỆ THỐNG MIMO CỠ RẤT LỚN KHI CÓ MẶT GIAO TIẾP DEVICE–TO–DEVICE NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Sinh viên: Nguyễn Thị Thảo MSSV: 13141316 Lê Huỳnh Long Hải MSSV: 13141079 Hướng dẫn: ThS Trương Ngọc Hà TP HỒ CHÍ MINH – 6/2017 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THÔNG TIN SINH VIÊN Họ tên: NGUYỄN THỊ THẢO Tel: 01635693607 MSSV: 13141316 Email: 13141316@student.hcmute.edu.vn Họ tên: LÊ HUỲNH LONG HẢI Tel: 0987259902 MSSV: 13141079 Email: 13141079@student.hcmute.edu.vn THÔNG TIN ĐỀ TÀI Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT PHỔ HỆ THỐNG MIMO CỠ RẤT LỚN KHI CĨ MẶT GIAO TIẾP DEVICE–TO–DEVICE Mục đích đề tài: Đánh giá hiệu suất phổ hệ thống MIMO cỡ lớn có ảnh hưởng giao tiếp D2D Đồ án tố t nghiê ̣p thực tại: Bộ mơn Kỹ thuật Máy tính - Viễn Thông, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ ngày 6/3/2017 đến 26/6/2017 CÁC NHIỆM VỤ CỤ THỂ CỦA ĐỀ TÀI Tìm hiểu hệ thống MIMO cỡ lớn công nghệ D2D Hiệu suất phổ hệ thống MIMO cỡ lớn áp dụng công nghệ truyền D2D vào phát triển hệ thống Phân tích kết mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống sử dụng công nghệ đề phương hướng phát triển LỜI CAM ĐOAN CỦA SINH VIÊN Chúng Nguyễn Thị Thảo và Lê Huỳnh Long Hải cam đoan Đồ án tốt nghiệp công trình nghiên cứu thân chúng tơi hướng dẫn Thạc sĩ Trương Ngọc Hà Các kết công bố ĐATN trung thực không chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 SV thực đồ án Nguyễn Thị Thảo Lê Huỳnh Long Hải Giáo viên hướng dẫn xác nhận mức độ hoàn thành cho phép bảo vệ: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày Xác nhận Bộ Môn tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên học hàm học vị) BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy cô giáo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung thầy giáo khoa Điện – Điện tử nói riêng tận tình hướng dẫn giúp chúng tơi hồn thành đề tài Trong thời gian thực đề tài, nhận hướng dẫn tận tình, tiếp cận, học hỏi thực tế Điều giúp chúng tơi tích lũy thêm nhiều kiến thức, khả giải vấn đề thu nhiều kinh nghiệm quý báu để phát triển thân Đặc biệt xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn, Ths Trương Ngọc Hà tận tình giúp đỡ, cung cấp tài liệu kiến thức quý báu trình lựa chọn thực đề tài Đồng thời gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn, anh chị khóa trước chia sẻ tài liệu, kinh nghiệm đóng gớp ý kiến để hoàn thành đề tài Trong trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi sai sót hạn chế kiến thức việc vận dung kiến thức, tìm kiếm tài liệu Chúng tơi mong nhận đóng góp ý kiến thầy đề tài hồn thiện Chúc quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh thật nhiều sức khỏe, công tác tốt, xây dựng phát triển giáo dục nước nhà Xin chân thành cảm ơn! vi TÓM TẮT Kể từ mạng 3G trở nên phổ biến đóng góp nhiều lợi ích vào sống thường nhật Ngồi việc giúp thơng tin liên lạc liền mạch hơn, đem đến nhiều dịch vụ giải trí ứng dụng cơng việc giám sát phương tiện giao thông, hỗ trợ dịch vụ trực tuyến xem video giải trí, tin nhắn thoại, hội nghị truyền hình, dịch vụ internet tốc độ cao Hiện nay, 3G sử dụng rộng rãi thị trường nhiều thiết bị khả kết nối dừng lại 3G, 4G bắt đầu phủ sóng gần hồn tồn Việt Nam nói riêng quốc gia giới nói chung 4G hỗ trợ tất dịch vụ 3G 4G lại có tốc độ cao nhiều so với mạng 3G, tốc độ download lên đến 100Mbps Tuy nhiên, nhà phát triển không dừng lại 4G mà tham vọng họ phát triển mạng di động lên tầm cao để đáp ứng nhu cầu người, nâng cao chất lượng sống Các nhà mạng lớn đặt mục tiêu gần đến 2020 bắt đầu phủ sóng 5G Các nhà sản xuất phát triển muốn phủ sóng 5G phải thay đổi hàng loạt sở hạ tầng để tương thích phục vụ mạng lưới 5G tốt Nền móng 5G dựa cơng nghệ Massive MIMO, sử dụng nhiều ăng-ten phát sóng thu sóng để đạt hiệu cao Những lợi ích mạng 5G mang lại lớn Mặc dù vậy, số vấn đề cần phải giải trước cơng nghệ 5G trở thành thực Đó sẵn sàng băng tần thách thức mặt công nghệ, chẳng hạn làm để tạo kiến trúc mạng gia tăng lượng liệu truyền tải cao tốc độ truyền tải liệu cần thiết để chứa nhiều người dùng hệ thống mạng Trong 5G nằm kế hoạch việc thiết bị di động thông minh đời với tốc độ nhanh Các thiết bị hệ việc sử dụng mạng động trang bị phương thức giao tiếp thiết bị với NFC, Bluetooth hay gọi chung giao tiếp D2D (device-to-device: giao tiếp thiết bị đến thiết bị) Công nghệ giao vii tiếp D2D cho phép người sử dụng thiết bị hoạt động mạng di động hệ trao đổi liệu dễ dàng với khoảng cách gần Việc gửi liệu hình ảnh, video… cho bạn bè, người thân qua phương thức thực nhanh chóng mà khơng phải thơng qua mạng liệu di động D2D khắc phục nhược điểm khoảng cách NFC (4 cm) hay Bluetooth (từ 10 m –100 m tùy phiên bản), mức độ tiêu thụ điện thấp (tiết kiệm đến 57% lượng so với phương thức giao tiếp khác), có khả giao tiếp lúc với nhiều thiết bị, tốc độ truyền tải nhanh khơng cần tốn chi phí dùng mạng di động Tuy nhiên, công nghệ phát triển với chắn có ảnh hưởng qua lại lẫn Điều đáng quan tâm công nghệ giao tiếp D2D gây ảnh hưởng đến hiệu suất phổ mạng 5G dựa hệ thống Massive MIMO biện pháp để hạn chế ảnh hưởng trước công nghệ đời viii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH xi DANH MỤC BẢNG XII CÁC TỪ VIẾT TẮT XIII CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MIMO, MIMO CỠ RẤT LỚN VÀ DEVICE-TO-DEVICE TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN 2.2 KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Các vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền 2.2.3 Các mô hình kênh 2.3 CÁC KHÁI NIỆM VỀ PHÂN TẬP 10 2.3.1 Phân tập tần số 10 2.3.2 Phân tập thời gian 10 2.3.3 Phân tập không gian 11 2.3.4 Phân tập phân cực 11 2.4 TỔNG QUAN VỀ MIMO 11 2.5 TỔNG QUAN VỀ MIMO CỠ RẤT LỚN 12 2.5.1 Giới thiệu MIMO cỡ lớn 12 2.5.2 Phân tích hệ thống thơng tin sử dụng cấu hình MIMO cỡ lớn đơn cell 13 2.5.3 Hệ thống thông tin sử dụng cấu hình MIMO cỡ lớn đa cell 15 ix 2.5.4 Ước lượng kênh 17 2.6 DEVICE TO DEVICE 18 CHƯƠNG HIỆU SUẤT PHỔ HỆ THỐNG MIMO CỠ RẤT LỚN 21 3.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 21 3.2 CÁC MƠ HÌNH KÊNH GỐC 22 3.3 HIỆU SUẤT PHỔ VỚI KÊNH TRUYỀN HOÀN HẢO 23 3.3.1 Hiệu suất phổ chế độ tiệm cận 23 3.3.2 Hiệu suất phổ chế độ không tiệm cận 26 3.3.3 Hiệu suất phổ D2D 28 3.4 HIỆU SUẤT PHỔ VỚI KÊNH TRUYỀN KHƠNG HỒN HẢO 29 3.4.1 Ước lượng kênh UE-BS 29 3.4.2 Hiệu suất phổ tiệm cận 31 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT PHỔ CỦA HỆ THỐNG MIMO CỠ RẤT LỚN ĐA CELL ĐA NGƯỜI DÙNG 34 4.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 34 4.2 HIỆU SUẤT PHỔ GIỚI HẠN DƯỚI CSI HOÀN HẢO 36 4.3 HIỆU SUẤT PHỔ VỚI CÔNG SUẤT PHÁT ĐƯỢC THU NHỎ 38 4.4 HIỆU SUẤT PHỔ D2D GIỚI HẠN DƯỚI VỚI CSI HOÀN HẢO 39 4.5 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỀU NGƯỜI DÙNG ĐỐI VỚI HIỆU SUẤT PHỔ D2D 40 4.6 TỐI ƯU HIỆU SUẤT PHỔ DI ĐỘNG 41 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43 5.1 KẾT LUẬN 43 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 44 PHỤ LỤC 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 x động đến D2D Mà với  nc , nd    0,0  (tức thu MRC) hiệu suất phổ D2D trung bình khơng bị ảnh hưởng việc nhân rộng số thiết bị di động người dùng Điều cho thấy rằng mở rộng dung lượng đường lên hệ thống MIMO cỡ lớn mà khơng nhiều hiệu suất phổ D2D trung bình Mặt khác, số lượng ăng-ten thiết bị nhà sản xuất tăng lên đảm bảo hiệu suất phổ điều giúp mở rộng hệ thống với số lượng người dùng lớn 4.6 TỐI ƯU HIỆU SUẤT PHỔ DI ĐỘNG Chúng tối lựa chọn tham số PZF  mc , md  để tối ưu hiệu suất phổ di động Đầu tiên, điều chỉnh tham số PZF ngăn chặn can nhiễu di động intra-cell để tăng hiệu suất phổ mc tăng từ đến Khi mc = loại bỏ can nhiễu di động cell khác cung cấp thêm độ lợi biên để có hiệu suất gần tối ưu Cuối phụ thuộc vào mật độ máy phát D2D λ số lượng M anten BS Với λ M lớn hơn, loại bỏ số can nhiễu D2D khác Đối với hiệu suất phổ D2D, lọc PZF nói chung khó thực thực tế Thay vào nên sử dụng lọc MRC đơn giản với  nc , nd    0,0  lọc MMSE Vì vậy, chúng tơi khơng xem xét việc tối ưu hóa hiệu suất phổ D2D so với tham số PZF 41 M=100 Hieu suat pho(bps/Hz) M=50 mc=0 mc=1 mc=2 mc=3 mc=4 16 14 12 10 md: so luong can nhieu D2D duoc loai bo 18 20 Hình 4.7: Tối ưu hiệu suất phổ di động thông số PZF Kết cho thấy, mc tăng từ đến hiệu suất phổ cải thiện phần Khi số lượng can nhiễu chặn lại nhiều hiệu suất phổ lớn hiệu suất phổ tối ưu cung cấp thêm độ lợi biên mà mc = để loại bỏ can nhiễu từ cell khác Để tối ưu hiệu suất phổ không loại bỏ can nhiễu hệ thống mạng mà phải loại bỏ md can nhiễu D2D hệ thống Tuy nhiên, để loại bỏ md can nhiễu BS hệ thống phải trang bị số lượng ăng-ten cần thiết Từ kết thấy rằng, việc tối ưu hiệu suất phổ di động cách chọn lựa thông số PZF  mc , md  có khả thi mặt lý thuyết Còn thực tế lọc PZF hiệu suất phổ D2D hay hiệu suất phổ hệ thống khó thực Vì vậy, để tối ưu hiệu suất phổ di động hệ thống, biện pháp tốt trang bị số lượng ăng-ten BS đủ lớn để đảm bảo hiệu suất phổ gần tối ưu việc trang bị ăng-ten BS hồn tồn thực thực tế 42 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài, hoàn thành mục tiêu đặt Đầu tiên có hiểu biết hệ thống MIMO cỡ lớn công nghệ giao tiếp D2D Cùng với hiệu suất phổ hệ thống MIMO cỡ lớn bị ảnh hưởng có mặt giao tiếp D2D hệ thống MIMO cỡ lớn đa cell đa người dùng thu kết quả: Hiệu suất phổ hệ thống MIMO cỡ lớn bị ảnh hưởng can nhiễu cell, từ cell khác từ giao tiếp D2D can nhiễu loại bỏ cách sử dụng lọc PZF để điều chỉnh thông số mc (số can nhiễu di động cell từ cell khác loại bỏ) thông số md (số can nhiễu D2D loại bỏ) Trong hệ thống, công suất phát cắt giảm để góp phần tiết kiệm lượng Tuy nhiên, việc cắt giảm công suất phát phải xác định để hiệu suất phổ không bị ảnh hưởng để đảm bảo việc hoạt động hệ thống ổn định Hiệu suất phổ D2D nhỏ thiết bị cách xa tăng số người dùng Khi số người dùng tăng lên can nhiễu di động đến giao tiếp D2D nhiều lên gây giảm hiệu suất phổ D2D Hiệu suất phổ D2D cải thiện cách tăng số lượng ăng-ten thiết bị người dùng Qua đó, bố trí số lượng ăng-ten cần thiết thiết bị để mở rộng hệ thống mà đảm bảo hiệu suất phổ Cuối cùng, việc tối ưu hiệu suất phổ di động sử dụng cách chọn thơng số lọc PZF phù hợp với hệ thống lọc PZF khó thực thực tế Cho nên thực tế, để tối ưu hiệu suất phổ di động hệ thống phải cải tiến sở hạ tầng cách tăng thêm số lượng ăng-ten BS số lượng ăng-ten thiết bị di động người dùng 43 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để hiểu biết sâu rộng việc áp dụng giao tiếp D2D hệ thống MIMO cỡ lớn Hướng phát triển nghiên cứu công suất phát BS công suất phát thiết bị ăng-ten BS thiết bị cố định giá trị để góp phần vào việc tiết kiệm lượng cho hệ thống áp dụng vào thiết bị đời cũ Tìm hiểu sâu giao tiếp D2D để phát huy hết tiềm to lớn mang lại Phát huy lợi ích loại bỏ ảnh hưởng không tốt cho hệ thống mạng di động Thay đổi môi trường truyền tin, đặt hệ thống ảnh hưởng fading khác fading Ricean so sánh chất lượng hệ thống trường hợp chịu ảnh hưởng fading khác Đưa phương pháp cải tiến chất lượng hệ thống Xem xét đường xuống hệ thống MIMO đa người dùng Tăng số người dùng đảm bảo chất lượng khả tiết kiệm điện hệ thống MIMO đa người dùng Nghiên cứu để phát triển lọc PZF để thực lọc ngồi thực tế tìm thiết kế lọc tương tự lọc PZF loại bỏ can nhiễu cách tốt mà áp dụng vào hệ thống thực tế 44 PHỤ LỤC A HIỆU SUẤT PHỔ GIỚI HẠN DƯỚI CSI HOÀN HẢO close all; clear all; clc; Rc=500;lambda=12/(pi*(Rc^2));alpha_c=3.76;Cc0_dB=15.3; Pc_dBm=15;Pd_dBm=13;BW=10;n_PSD=174;sigma_dB=7;sigma=10^(sigma_dB/10); Pc=10^((Pc_dBm-Cc0_dB)/10)*(10^-3); Pd=10^((Pd_dBm-Cc0_dB)/10)*(10^-3); PSD=10^(n_PSD/10)*10^-3;N0 = PSD*BW*10^6;distance=150; M=0:50:500; A=4;C=9;mc1=0;md1=2;mc2=3;md2=2;mc3=3;md3=4;mc4=3;md4=8; for n=1:length(M) SNR_bk=Pc*sigma*(distance.^-alpha_c)/N0; SNR_incell_1 =(A-mc1)*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_2 =(A-mc2)*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_3 =(A-mc3)*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_4 =(A-mc4)*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_6cell =6*(A)*Pc*sigma*((distance+500)^-alpha_c)/N0; SNR_12cell =12*(A)*Pc*sigma*((distance+1000)^-alpha_c)/N0; SNR_bl_1=SNR_incell_1+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_2=SNR_incell_2+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_3=SNR_incell_3+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_4=SNR_incell_4+SNR_6cell+SNR_12cell; ro_1=C*(2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md1)+1alpha_c/2))/((alpha_c-2)*N0*gamma((md1))); ro_2=C*(2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md2)+1alpha_c/2))/((alpha_c-2)*N0*gamma((md2))); ro_3=C*(2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md3)+1alpha_c/2))/((alpha_c-2)*N0*gamma((md3))); 45 ro_4=C*(2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md4)+1alpha_c/2))/((alpha_c-2)*N0*gamma((md4))); X_1(n)=(M(n)-mc1-md1-1)*SNR_bk/(1+SNR_bl_1+ro_1 ); X_2(n)=(M(n)-mc2-md2-1)*SNR_bk/(1+SNR_bl_2+ro_2 ); X_3(n)=(M(n)-mc3-md3-1)*SNR_bk/(1+SNR_bl_3+ro_3 ); X_4(n)=(M(n)-mc4-md4-1)*SNR_bk/(1+SNR_bl_4+ro_4 ); R_1(n)=log2(1+X_1(n));R_2(n)=log2(1+X_2(n)); R_3(n)=log2(1+X_3(n));R_4(n)=log2(1+X_4(n)); end for n = 1:length(M) box on; hold on; plot(M,R_1,'K p','Linewidth',2); plot(M,R_2,'B ^','Linewidth',2); plot(M,R_3,'G s','Linewidth',2); plot(M,R_4,'R d','Linewidth',2); grid on; hold on; end axis([0,500,0,9]); xlabel(' M : anten cua BS '),ylabel('Hieu suat pho(bps/Hz)'); legend('mc=0,md=2','mc=3,md=2','mc=3,md=4','mc=3,md=8'); B HIỆU SUẤT PHỔ VỚI CÔNG SUẤT PHÁT ĐƯỢC THU NHỎ close all;clear all;clc; Rc = 500;K = 4;lambda = 12/(pi*(Rc^2));N = 4;alpha_c = 3.76; alpha_d = 4.37; Cc0_dB = 15.3 ; Cd0_dB = 38.5 ; Pc_dBm = 20;Pd_dBm = 10; BW = 10; n_PSD = -174; n_BS_dB = 6; n_UE_dB = 9; sigma_dB = 7;sigma = 10^(sigma_dB / 10);M=0:30:500; Pc = 10^((Pc_dBm - Cc0_dB)/10)*(10^-3); Pd = 10^((Pd_dBm - Cc0_dB )/10)*(10^-3); PSD = 10^(n_PSD/10)*10^-3;N0 = PSD*BW*10^6;distance = 90; distanced2d=300;A=4;B=4; mc1=0; md1=2;mc2=3; md2=2;mc3=0; md3=sqrt(M);mc4=3; md4=sqrt(M); for n=1:length(M) SNR_bk = (Pc./M)*sigma*(distance.^-alpha_c)/N0; 46 SNR_incell_1 =(A-mc1)*(Pc./M)*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_2 =(A-mc2)*(Pc./M)*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_3 =(A-mc3)*(Pc./M)*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_4 =(A-mc4)*(Pc./M)*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_6cell =6*(A)*(Pc./M)*sigma*((distance+500)^-alpha_c)/N0; SNR_12cell =12*(A)*(Pc./M)*sigma*((distance+1000)^-alpha_c)/N0; SNR_bl_1=SNR_incell_1+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_2=SNR_incell_2+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_3=SNR_incell_3+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_4=SNR_incell_4+SNR_6cell+SNR_12cell; ro_1 = 12*( 2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md1)+1alpha_c/2) )/((alpha_c -2)*N0*gamma((md1))); ro_2 = 12*( 2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md2)+1alpha_c/2) )/((alpha_c -2)*N0*gamma((md2))); ro_3 = 12*( 2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md3)+1alpha_c/2) )/((alpha_c -2)*N0*gamma((md3))); ro_4 = 12*( 2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md4)+1alpha_c/2) )/((alpha_c -2)*N0*gamma((md4))); X_1 = (M - mc1 - md1 -1 ) * SNR_bk./ (1 + SNR_bl_1 +ro_1 ); X_2 = (M - mc2 - md2 -1 ) * SNR_bk./ (1 + SNR_bl_2 +ro_2 ); X_3 = (M - mc3 - md3 -1 ) * SNR_bk./ (1 + SNR_bl_3 +ro_3 ); X_4 = (M - mc4 - md4 -1 ) * SNR_bk./ (1 + SNR_bl_4 +ro_4 ); R_1 = log2( + X_1); R_2 = log2( + X_2); R_3 = log2( + X_3); R_4 = log2( + X_4); end for n = 1:length(M) box on; hold on; plot(M,R_1,'K p','Linewidth',2); plot(M,R_2,'B ^','Linewidth',2); 47 plot(M,R_3,'G s','Linewidth',2); plot(M,R_4,'R d','Linewidth',2); grid on; hold on; end axis([0,500,0,9]); xlabel(' M: anten cua BS '),ylabel('Hieu suat pho(bps/Hz)'); h=legend('mc=0,md=2','mc=3,md=2','mc=0,md=$\sqrt{M}$','mc=3,md=$\sqrt{ M}$');set(h,'Interpreter','latex'); C HIỆU SUẤT PHỔ D2D GIỚI HẠN DƯỚI VỚI CSI HOÀN HẢO close all; clear all; clc; Rc = 500;K = 4;lambda = 12/(pi*(Rc^2)); alpha_c = 3.76; alpha_d = 4.37;Cc0_dB = 15.3 ; Cd0_dB = 38.5 ; Pc_dBm = 25; Pd_dBm = 15; BW = 10;n_PSD = -174; n_BS_dB = 6; n_UE_dB = 9;sigma_dB = 7;sigma = 10^(sigma_dB / 10); Pc = 10^((Pc_dBm - Cc0_dB)/10)*(10^-3); Pd = 10^((Pd_dBm - Cc0_dB )/10)*(10^-3); PSD = 10^(n_PSD/10)*10^-3;N0 = PSD*BW*10^6;nc=0;nd=2;A=4; N1=10^2;N=4:1:14;drr1=20;drr2=25;drr3=30;drr4=35;distance=77; for n=1:length(N) %%simulation for p=1:N1 rRand=((500*(1+rand(1,N1)))); SNR_r_1 = (Pd)*sigma*(drr1^-alpha_d)/N0; SNR_r_2 = (Pd)*sigma*(drr2^-alpha_d)/N0; SNR_r_3 = (Pd)*sigma*(drr3^-alpha_d)/N0; SNR_r_4 = (Pd)*sigma*(drr4^-alpha_d)/N0; SNR_incell =(A-nc)*Pc*sigma*(rRand.^-alpha_d)/N0; SNR_6cell =6*(A)*Pc*sigma*((rRand+500).^-alpha_d)/N0; SNR_12cell =12*(A)*Pc*sigma*((rRand+1000).^-alpha_d)/N0; SNR_bl=SNR_incell+SNR_6cell+SNR_12cell; ro = ( 12*(pi*lambda)^(alpha_d/2)*Pd*sigma*gamma(nd+1-alpha_d/2) )/((alpha_d -2)*N0*gamma(nd)); 48 Xsm_1 = (N(n) - nc - nd -1 ) * SNR_r_1 / (1 + SNR_bl +ro ); Xsm_2 = (N(n) - nc - nd -1 ) * SNR_r_2 / (1 + SNR_bl +ro ); Xsm_3 = (N(n) - nc - nd -1 ) * SNR_r_3 / (1 + SNR_bl +ro ); Xsm_4 = (N(n) - nc - nd -1 ) * SNR_r_4 / (1 + SNR_bl +ro ); R1(n)= sum(Xsm_1(n)); R2(n)= sum(Xsm_2(n)); R3(n)= sum(Xsm_3(n)); R4(n)= sum(Xsm_4(n)); end R11(n)=R1(n)/N1; R12(n)=R2(n)/N1; R13(n)=R3(n)/N1; R14(n)=R4(n)/N1; Rsm_1(n) = log2( + R11(n)); Rsm_2(n) = log2( + R12(n)); Rsm_3(n) = log2( + R13(n)); Rsm_4(n) = log2( + R14(n)); %%analytical SNR_incell_ana =(A-nc)*Pc*sigma*(distance^-alpha_d)/N0; SNR_6cell_ana =6*(A)*Pc*sigma*((distance+500)^-alpha_d)/N0; SNR_12cell_ana =12*(A)*Pc*sigma*((distance+1000)^-alpha_d)/N0; SNR_bl_ana=SNR_incell_ana+SNR_6cell_ana+SNR_12cell_ana; ro = ( 12*(pi*lambda)^(alpha_d/2)*Pd*sigma*gamma(nd+1-alpha_d/2) )/((alpha_d -2)*N0*gamma(nd)); Xana_1(n)=(N(n)-nc-nd-1)*SNR_r_1/(1+SNR_bl_ana+ro); Xana_2(n =(N(n)-nc-nd-1)*SNR_r_2/(1+SNR_bl_ana+ro); Xana_3(n)= (N(n) - nc - nd -1 ) * SNR_r_3 / (1 + SNR_bl_ana +ro ); Xana_4(n) = (N(n) - nc - nd -1 ) * SNR_r_4 / (1 + SNR_bl_ana +ro ); Rana_1(n) = log2( + Xana_1(n)); Rana_2(n) = log2( + Xana_2(n)); Rana_3(n) = log2( + Xana_3(n)); Rana_4(n) = log2( + Xana_4(n)); end for n = 1:length(N) box on; hold on; plot(N,Rana_1,'k s','Linewidth',2); plot(N,Rsm_1,'k-^','Linewidth',2); plot(N,Rana_2,'b p','Linewidth',2); plot(N,Rsm_2,'b-o','Linewidth',2); plot(N,Rana_3,'g d','Linewidth',2); plot(N,Rsm_3,'g-v','Linewidth',2); 49 plot(N,Rana_4,'r *','Linewidth',2); plot(N,Rsm_4,'r-x','Linewidth',2); end grid on; hold on; axis([4,14,0,9]); legend('Lower bound:d=20m','Simulation:d=20m','Lower bound:d=25m','Simulation:d=25m','Lower bound:d=30m','Simulation:d=30m','Lower bound:d=35m','Simulation:d=35m'); D ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỀU NGƯỜI DÙNG ĐỐI VỚI HIỆU SUẤT PHỔ D2D close all;clear all;clc; Rc = 500;lambda = 12/(pi*(Rc^2));alpha_c = 3.76; alpha_d = 4.37; Cc0_dB = 15.3 ; Cd0_dB = 38.5 ; Pc_dBm = 20;Pd_dBm = 10; BW = 10;n_PSD = -174; n_BS_dB = 6; n_UE_dB = 9; sigma_dB = 7; sigma= sigma_dB/10*log(10);nc=0;nd=0;K=1:10:91; Pc = 10^((Pc_dBm-Cd0_dB )/10)*(10^-3); Pd = 10^((Pd_dBm -Cd0_dB)/10)*(10^-3); PSD = 10^(n_PSD/10)*10^-3;N0 = PSD * BW*10^6; d_rbk =200 ;distance=150; drr1=20;drr2=35;drr3=50;N1=2;N2=4; for n=1:length(K) SNR_r_1 = (Pd)*sigma*(drr1^-alpha_d)/N0; SNR_r_2 = (Pd)*sigma*(drr2^-alpha_d)/N0; SNR_r_3 = (Pd)*sigma*(drr3^-alpha_d)/N0; SNR_incell =(K-nc)*Pc*sigma*(distance^-alpha_d)/N0;%trong cell goc SNR_6cell =6*(K)*Pc*sigma*((distance+500)^-alpha_d)/N0; SNR_12cell =12*(K)*Pc*sigma*((distance+1000)^-alpha_d)/N0; SNR_bl=SNR_incell+SNR_6cell+SNR_12cell; ro = ( 2*(pi*lambda)^(alpha_d/2)*Pd*sigma*gamma(nd+1-alpha_d/2) )/((alpha_d -2)*N0*gamma(nd)); %N=2 X_1 = (N1 - nc - nd -1 ) * SNR_r_1 / (1 + SNR_bl +ro ); 50 X_2 = (N1 - nc - nd -1 ) * SNR_r_2 / (1 + SNR_bl +ro ); X_3 = (N1 - nc - nd -1 ) * SNR_r_3 / (1 + SNR_bl +ro ); R_1 = log2( + X_1); R_2 = log2( + X_2); R_3 = log2( + X_3); %N=4 X_4 = (N2 - nc - nd -1 ) * SNR_r_1 / (1 + SNR_bl +ro ); X_5 = (N2 - nc - nd -1 ) * SNR_r_2 / (1 + SNR_bl +ro ); X_6 = (N2 - nc - nd -1 ) * SNR_r_3 / (1 + SNR_bl +ro ); R_4 = log2( + X_4); R_5 = log2( + X_5); R_6 = log2( + X_6); end for n = 1:length(K) box on; hold on; plot(K,R_1,'r s','Linewidth',2); plot(K,R_2,'b d','Linewidth',2); plot(K,R_3,'g p','Linewidth',2); plot(K,R_4,'r-o','Linewidth',2); plot(K,R_5,'b-v','Linewidth',2); plot(K,R_6,'g-^','Linewidth',2); grid on; hold on; end axis([0,90,0,9.5]); xlabel('K: so nguoi su dung cell'); ylabel('Hieu suat bps/Hz'); legend('d=20m,N=2','d=35m,N=2','d=50m,N=2','d=20m,N=4','d=35m,N=4','d=50 m,N=4'); E TỐI ƯU HIỆU SUẤT PHỔ DI ĐỘNG close all;clear all;clc; Rc = 500; K = 4; lambda = 12/(pi*(Rc^2)); N = 4; alpha_c = 3.76; alpha_d = 4.37;Cc0_dB = 15.3 ;Cd0_dB = 38.5 ; Pc_dBm = 20; Pd_dBm = 10; BW = 10; n_PSD = -174; n_BS_dB = 6; n_UE_dB = 9; sigma_dB = 7;sigma = 10^(sigma_dB / 10); Pc = 10^((Pc_dBm - Cc0_dB)/10)*(10^-3); Pd = 10^((Pd_dBm - Cc0_dB )/10)*(10^-3); PSD = 10^(n_PSD/10)*10^-3;N0 = PSD*BW*10^6; 51 distance = 250; distanced2d=300;md=1:1:20;A=4;B=12; mc1=0;mc2=1;mc3=2;mc4=3;mc5=4;M1=50;M2=100; for n=1:length(md) SNR_bk = Pc*sigma*(distance.^-alpha_c)/N0; SNR_incell_1 =( A - mc1 )*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_2 =( A - mc2 )*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_3 =( A - mc3 )*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_4 =( A - mc4 )*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_incell_5 =( A - mc5 )*Pc*sigma*(distance^-alpha_c)/N0; SNR_6cell =6*(A)*Pc*sigma*((distance+500)^-alpha_c)/N0; SNR_12cell =12*(A)*Pc*sigma*((distance+1000)^-alpha_c)/N0; SNR_bl_1=SNR_incell_1+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_2=SNR_incell_2+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_3=SNR_incell_3+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_4=SNR_incell_4+SNR_6cell+SNR_12cell; SNR_bl_5=SNR_incell_5+SNR_6cell+SNR_12cell; ro(n) = 12*( 2*(pi*lambda)^(alpha_c/2)*Pd*sigma*gamma((md(n))+1alpha_c/2) )/((alpha_c -2)*N0*gamma((md(n)))); X_1(n) = (M1 - mc1 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_1 +ro(n) ); X_2(n) = (M1 - mc2 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_2 +ro(n) ); X_3(n) = (M1 - mc3 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_3 +ro(n) ); X_4(n) = (M1 - mc4 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_4 +ro(n) ); X_5(n) = (M1 - mc5 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_5 +ro(n) ); X_6(n) = (M2 - mc1 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_1 +ro(n) ); X_7(n) = (M2 - mc2 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_2 +ro(n) ); X_8(n) = (M2 - mc3 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_3 +ro(n) ); X_9(n) = (M2 - mc4 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_4 +ro(n) ); X_10(n)= (M2 - mc5 - md(n) -1 ) * SNR_bk / (1 + SNR_bl_5 +ro(n) ); R_1(n) = log2( + X_1(n)); R_2(n) = log2( + X_2(n)); R_3(n) = log2( + X_3(n)); R_4(n) = log2( + X_4(n)); 52 R_5(n) = log2( + X_5(n)); R_6(n) = log2( + X_6(n)); R_7(n) = log2( + X_7(n)); R_8(n) = log2( + X_8(n)); R_9(n) = log2( + X_9(n)); R_10(n) = log2( + X_10(n)); end for n = 1:length(md) box on; hold on; plot(md,R_1,'k o','Linewidth',2); plot(md,R_2,'b p','Linewidth',2); plot(md,R_3,'r *','Linewidth',2); plot(md,R_4,'g ^','Linewidth',2); plot(md,R_5,'m v','Linewidth',2); plot(md,R_6,'k-o','Linewidth',2); plot(md,R_7,'b-p','Linewidth',2); plot(md,R_8,'r-*','Linewidth',2); plot(md,R_9,'g-^','Linewidth',2); plot(md,R_10,'m-v','Linewidth',2); grid on; hold on; end axis([0,20,0,6]); xlabel('md: so luong can nhieu D2D duoc loai bo '),ylabel('Hieu suat pho(bps/Hz)'); legend('mc=0','mc=1','mc=2','mc=3','mc=4'); 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] X Lin, RW Heath Jr, JG Andrews, The interplay between massive MIMO and underlaid D2D networking IEEE Trans Wireless Commun 14(6), 3337– 3351 (2015) [2] X Lin, R W Heath Jr, and J G Andrews, “Spectral efficiency of massive MIMO systems with D2D underlay,” in Proceedings of IEEE ICC, 2015, pp 1–6 [3] Trần Quang Thi, Lê Vĩnh Thi Đánh giá hiệu suất lượng quang phổ hệ thống MU-MIMO lơn Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 2016 [4] Nguyễn Hữu Hưng Nghiên cứu hệ thống thông tin sử dụng cấu hình MIMO cỡ lớn, Luận văn thạc sĩ Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Hà Nội 2014 [5] Phan Văn Chính Hệ thống MIMO-OFDM khả ứng dụng thông tin di động, Luận văn thạc sĩ khoa học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 2007 [6] H Q Ngo, E G Larsson, and T L Marzetta, “Uplink power efficiency of multiuser MIMO with very large antenna arrays,” in Proc 2011 Allerton Conf Commun., Control, Comput [7] X Lin, J G Andrews, A Ghosh, and R Ratasuk, “An overview of 3GPP device-to-device proximity services,” IEEE Communications Magazine, vol 52, no 4, pp 40–48, April 2014 [8] T Bai and R W Heath Jr, “Asymptotic coverage probability and rate in massive MIMO networks,” in Proceedings of IEEE GlobalSIP, 2014, pp 1–5 [9] H Q Ngo, E Larsson, and T Marzetta, “Energy and spectral efficiency of very large multiuser MIMO systems,” IEEE Transactions on Communications, vol 61, no 4, pp 1436–1449, April 2013 54 [10] N Jindal, J G Andrews, and S Weber, “Multi-antenna communication in ad hoc networks: Achieving MIMO gains with SIMO transmission,” IEEE Transactions on Communications, vol 59, no 2, pp 529–540, February 2011 [11] F Baccelli and B Blaszczyszyn, “Stochastic geometry and wireless networks - Part I: Theory,” Foundations and Trends in Networking, vol 3, no 34, pp 249–449, 2009 [12] S Xu, H Wang, T Chen, Q Huang, and T Peng, “Effective interference cancellation scheme for device-to-device communication underlaying cellular networks,” in Proceedings of IEEE VTC, 2010, pp 1–5 [13] X Lin, J G Andrews, and A Ghosh, “Spectrum sharing for devicetodevice communication in cellular networks,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 13, no 12, pp 6727–6740, December 2014 55 ... Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT PHỔ HỆ THỐNG MIMO CỠ RẤT LỚN KHI CÓ MẶT GIAO TIẾP DEVICE–TO–DEVICE Mục đích đề tài: Đánh giá hiệu suất phổ hệ thống MIMO cỡ lớn có ảnh hưởng giao tiếp D2D Đồ án tố... TÀI Tìm hiểu hệ thống MIMO cỡ lớn công nghệ D2D Hiệu suất phổ hệ thống MIMO cỡ lớn áp dụng công nghệ truyền D2D vào phát triển hệ thống Phân tích kết mơ phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống sử dụng... sang D2D Đề tài nghiên cứu hiệu suất sử dụng phổ hệ thống Massive MIMO có khơng có góp mặt công nghệ D2D hệ thống 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Tìm hiểu hệ thống MIMO cỡ lớn công nghệ giao tiếp D2D Hiệu suất