TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ vô TUYẾN từ THIẾT bị đến THIẾT bị d2d ỨNG DỤNG TRONG MẠNG 5g (có code)

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ vô TUYẾN từ THIẾT bị đến THIẾT bị d2d ỨNG DỤNG TRONG MẠNG 5g (có code)

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN TỪ THIẾT BỊ ĐẾN THIẾT BỊ D2D ỨNG

DỤNG TRONG MẠNG 5G

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ V DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VII

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCE 4

2.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCED 4

2.1.1 Truyền dẫn băng thông rộng và chia sẻ phổ tần 5

2.1.2 Giải pháp đa anten mở rộng 5

2.1.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp 6

2.1.4 Các bộ lặp và các bộ lặp chuyển tiếp 6

2.1.5 Hướng truyền Uplink 7

2.2 SO SÁNH LTE VÀ LTE-A 11

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN TỪ THIẾT BỊ ĐẾN THIẾT BỊ (DEVICE-TO-DEVICE) 12

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 12

3.2 KỊCH BẢN HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH SINR 15

3.2.1 Giả sử 15

3.2.2 Mô hình SINR 16

3.3 KỸ THUẬT UNDERLAY MODE VÀ CELLULAR MODE 17

3.3.1 Kỹ thuật underlay mode 17

3.3.2 Kỹ thuật cellular mode 18

3.4 KỸ THUẬT CẤP PHÁT NĂNG LƯỢNG 20

4.1.1 Thiết lập mô phỏng multi-cells 23

4.1.2 Kết quả mô phỏng 28

4.2 MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN 28

4.2.1 Thiết lập mô phỏng 28

4.2.2 Kết quả mô phỏng 31

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 36

5.1 KẾT LUẬN 36

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

PHỤ LỤC 40

HÌNH 2-2: VÍ DỤ VỀ KHỐI KẾT TẬP SÓNG MANG [21] 5

HÌNH 2-3: TRUYỀN DẪN ĐA ĐIỂM PHỐI HỢP [22] 6

HÌNH 2-4: CHUYỂN TIẾP TRONG LTE-ADVANCED [21] 7

HÌNH 2-5: SƠ ĐỒ KHỐI BỘ PHÁT VÀ BỘ THU CỦA SC-FDMA [21] 7

HÌNH 2-6: KHỐI TÀI NGUYÊN HƯỚNG LÊN [21] 9

HÌNH 2-7: LƯỢC ĐỒ LTE-A UPLINK [20] 10Y HÌNH 3-1: MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG D2D CHIA SẺ TÀI NGUYÊN UL CỦA CÁC HỆ THỐNG DI ĐỘNG [7] 14

HÌNH 3-2: MÔ HÌNH NHIỄU CHO CHẾ ĐỘ LỚP PHỦ D2D [17] 17

HÌNH 3-3: MÔ HÌNH NHIỄU CHO CHẾ ĐỘ DI ĐỘNG D2D [17] 19

HÌNH 3-4: PHÂN BỔ NĂNG LƯỢNG TỐI ƯU CHO NGƯỜI DÙNG D2D [7] 2 HÌNH 4-1: VÍ DỤ VỀ CÁC ĐIỂM ĐƯỢC PHÂN BỐ ĐỒNG ĐỀU BÊN TRONG MỘT CELL LỤC GIÁC 26

HÌNH 4-2: THIẾT KẾ CELL HÌNH LỤC GIÁC VÀ PHÂN BỐ CÁC USER TRONG CELL 28

HÌNH 4-3: LƯU LƯỢNG D2D CHO CÁC MỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG D2D KHÁC NHAU 31

HÌNH 4-4: LƯU LƯỢNG CUE CHO CÁC MỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG D2D KHÁC NHAU 31

HÌNH 4-5: XÁC SUẤT DỪNG D2D CHO CÁC MỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG D2D KHÁC NHAU 32

HÌNH 4-6: XÁC SUẤT DỪNG CUE CHO CÁC MỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG D2D KHÁC NHAU 32 HÌNH 4-7: LƯU LƯỢNG D2D CHO CÁC MỨC KHOẢNG CÁCH KHÁC NHAU.33 HÌNH 4-8: LƯU LƯỢNG CUE CHO CÁC MỨC KHOẢNG CÁCH KHÁC NHAU 33

BẢNG 4-1: THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 30

Network

QoS Quality of Servic

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu

Trong nhiều năm trở lại đây, thông tin di động là một trong những lĩnh vực pháttriển nhanh nhất của tùy theo ngành viễn thông Nhu cầu sử dụng của con ngườingày càng tăng cao về cả số lượng lẫn chất lượng, các dịch vụ đa phương tiện ngàycàng phổ biến và đa dạng chẳng tùy theo hạn như: thoại, tin nhắn, video, hình ảnh

và dữ liệu Để đáp ứng tùy theo các nhu cầu ngày càng cao đó, các hệ thống thôngtin di động đã không ngừng được nâng cấp cải tiến chất lượng dịch vụ cũng như đadạng hóa sản phẩm và được chuẩn hóa bởi các tổ chức trên thế giới Với tùy theoviệc gần đây là hệ thống thông tin di động đã đột phá lên công nghệ mạng 5G vớinhững ưu điểm vượt trội hơn so với các thế hệ mạng di động trước đó Với mạng diđộng 5G, các mục tiêu tùy theo như tăng dung lượng truyền dẫn, cải thiện chấtlượng dịch vụ, giảm giá thành dịch vụ cũng như các thiết bị đầu cuối đang có nhữngbước tiến đáng kể giúp nâng cao chất lượng hệ thống

Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình là “Tìm

hiểu công nghệ vô tuyến từ thiết bị đến thiết bị ứng dụng trong mạng 5G” làm

chủ đề nghiên cứu

1.2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài tiến hành tìm hiểu nguyên lý hoạt động và nghiên cứu các phương pháp tối

ưu hóa hiệu quả cho công nghệ truyền dẫ vô tuyến từ thiết bị đến thiết bị ứng dụngtrong mạng 5G Trong đó gồm có các kỹ thuật cấp pháp năng lượng, kỹ thuật vềunderlay mode và cellular mode trong Device-to-Device So sánh các thuật toántrong cấp phát tài nguyên và cấp phát năng lượng trong công nghệ truyền dẫnDevice-to-Device (D2D)

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTE-Advanced

- Tìm hiểu về công nghệ vô tuyến từ thiết bị đến thiết bị (Device-to-Device)

- Thuật toán Round Robin

- Kỹ thuật cấp phát năng lượng và kỹ thuật cấp phát tài nguyên

- Kỹ thuật underlay mode và cellular mode

- Hướng lên (Uplink) trong mạng LTE-A

1.4 Nội dung nghiên cứu

Là một trong những hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo, 3GPP LTE-A camkết cung cấp các công nghệ để tăng tốc độ tùy theo dữ liệu và dung lượng hệ thống.Hơn nữa LTE-A được định nghĩa để hỗ trợ các thành phần cho mạng LTE-A để đápứng các yêu cầu giao tiếp cao hơn tùy theo Các dịch vụ cục bộ là những vấn đềđược ưu tiên xem xét để cải thiện Việc sử dụng lại các tài nguyên không đăng kýlàm cho các nhà cung cấp dịch vụ gặp khó khăn tùy theo trong việc đảm bảo mộtmôi trường điều khiển ổn định ví dụ như mạng ad-hoc, vì không được điều khiểntập trung tại các nốt mạng Vì vậy sử dụng các băng tần đăng ký có sức hấp dẫn hơntùy theo rất nhiều

Công nghệ truyền thông D2D (Device To Device) là một thành phần của hệ thống

sẽ được ap dụng trong mạng 5G Các nghiên cứu đã chỉ ra D2D làm tăng hiệu quả

sử dụng phổ Trong D2D, các thiết bị tùy theo người dùng (UE) gửi trực tiếp tínhiệu cho nhau thông qua một kênh trực tiếp thay vì phải đi qua các trạm thu phátgốc Các UE D2D giao tiếp dữ liệu trực tiếp tùy theo với nhau với sự điều khiển củatrạm gốc (BS – Base Station) vì thế hiệu năng tái sử dụng phổ cải thiện đáng kểbằng cách tái sử dụng tài nguyên trong Cell Mặc dù D2D mang lại nhiều lợi ích, nógây ra nhiễu trong Cell với việc tùy theo dùng chung tài nguyên tần số Vì vậy đặt

ra yêu cầu kỹ thuật hạn chế nhiễu trong Cell có D2D để đảm bảo tùy theo các mụctiêu hiệu năng của hệ thống Để làm được điều này, kỹ thuật điều khiển công suất

và cấp phát tài nguyên là hai kỹ thuật chủ đạo để giảm nhiễu và tăng tùy theo hiệuquả sử dụng phổ tài nguyên qua đó nâng cao dung lượng và hiệu quả của hệ thống.Luận văn sẽ nghiên cứu về công nghệ D2D trong hệ thống mạng di động viễn thôngtương lai, phân tích những thay đổi thiết kế của hệ thống mạng di động tùy theo để

hỗ trợ giao tiếp D2D, nêu ra và cập nhật các chuẩn của 3GPP cho công nghệ D2D

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCE

2.1 Giới thiệu công nghệ LTE-Advanced

LTE-Advanced được viết tắt của “Long Term Evolution – Advanced” là một chuẩntruyền thông di động, LTE-A chính thức trở thành ứng cử tùy theo viên sáng giácho hệ thống di động 4G vào năm 2009, đã được phê duyệt bởi ITU và chuẩn hóabởi 3GPP Như tên gọi của nó, thì đây là tùy theo một bản nâng cấp của LTE mụcđích nhằm đáp ứng các yêu cầu của IMT – Advanced LTE-A vẫn gồm đầy đủnhững đặc điểm tính năng của LTE cũng như ứng dụng trong hệ thống di động 4G.LTE-A có một số nâng cấp để giúp phát huy tùy theo tối đa hiệu quả như: MIMOtăng cường với cấu hình được nâng cấp cao hơn, nó còn ứng dụng thêm vào các kỹthuật mới như:

1 Carrier Aggregation (tổng hợp sóng mang)

2 Multi – antenna Enhancements (đa ăng – ten cải tiến)

3 Relays (trạm chuyển tiếp)

4 Heterogeneous Network (mạng không đồng nhất)

5 Coordinated Multipoint – CoMp (phối hợp đa điểm)

LTE-A được thiết kế để hỗ trợ tùy theo nhiều dịch vụ như chuyển mạch gói, cungcấp kết nối IP giữa các CUE và PDN Giải pháp chuyển mạch gói cho phép sự hỗtrợ các dịch vụ thông qua các liên kết gói sẵn có

Hình 2- 1: Kiến trúc hệ thống mạng LTE-A [21]

Hình trên mô tả về kiến trúc và tùy theo các thành phần mạng có trong cấu hìnhtổng quát mạng di động 4G LTE-A dựa trên cơ sở mạng truy nhập E-UTRAN.Được phân chia thành 4 phân vùng chính: thiết bị người sử dụng (UE), tùy theomạng E-UTRAN, mạng lõi EPC và các vùng dịch vụ khác

2.1.1 Truyền dẫn băng thông rộng và chia sẻ phổ tần

Mục tiêu tốc độ số liệu đỉnh của LTE-A rất cao và chỉ có thể được thỏa mãn bằngcách tăng độ rộng của băng truyền tùy theo dẫn hơn so với tốc độ truyền dẫn màphiên bản đầu tiên của LTE được cung cấp Độ rộng băng truyền dẫn có thể lên đến

100 MHz được thảo luận ở nội dung của LTE-A Việc mở rộng tùy theo độ rộngcủa băng truyền dẫn sẽ được thực hiện ngay cả trong lúc vẫn duy trì được tínhtương thích phổ Điều này đạt được bằng giải phép sử dụng khối kết hợp sóng mangtrong đó có rất nhiều sóng mang thành phần LTE được kết tùy theo hợp ở lớp vật lý

để cung cấp độ rộng băng truyền cần thiết Như vậy, thiết bị đầu cuối, mỗi sóngmang thành phần sẽ xuất hiện như là một sóng mang LTE trong khi chỉ với mộtthiết bị đầu cuối LTE-A có thể khai thác được toàn bộ độ rộng băng khối tùy theokết tập

Hình dưới đây là 5 sóng mang con thành phần kết hợp thành độ rộng băng truyềntổng cộng là 100 MHz

Hình 2-2: Ví dụ về khối kết tập sóng mang [21]

2.1.2 Giải pháp đa anten mở rộng

Các công nghệ đa anten hiện nay, bao gồm cả định dạng chùm và giải pháp ghépkênh theo không gian là các thành phần công nghệ then chốt tùy theo của LTE vàvẫn luôn tiếp tục là một vai trò quan trọng trong LTE-A Thiết kế số cổng trong đaanten LTE hiện nay đã lên tới bốn cổng anten với tùy theo những tín hiệu thamchiếu ô cụ thể tương ứng ở đường xuống Cấu trúc này đã cung cấp cả sự ghép kênhtheo không gian lên tới 4 lớp, nâng tốc độ bit đỉnh lên đến 300 Mbit/s cũng như làđịnh dạng chùm

2.1.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp

Phối hợp đa điểm đã cho phép tùy theo một thiết bị di động cùng một lúc trao đổi

dữ liệu với nhiều trạm thu phát BTS hay eNodeB Kỹ thuật này sẽ giúp hệ thốngđược cải thiện hơn tín hiệu và tăng tốc độ dữ liệu tại rìa cell, tùy theo nơi kết nốikhông được ổn định Chẳng hạn như hai trạm thu phát liền kề nhau có thể cùng lúcgửi dữ liệu giống nhau tới cùng một thiết bị, do đó tăng khả năng nhận được tínhiệu tốt tùy theo của thiết bị đó Tương tự vậy, một thiết bị cũng có thể cùng mộtlúc truyền tải dữ liệu nào đó lên cả hai trạm thu phát tại đó, tùy theo các trạm đó sẽlàm nhiệm vụ như một chùm anten ảo sẽ cùng nhau xử lý tín hiệu thu được để loại

bỏ lỗi Hoặc thiết bị có thể tải dữ liệu lên qua cell nhỏ ở kề bên, giúp giảm nănglượng phát trong khi vẫn nhận tín hiệu tải xuống tốt từ một trạm thu phát lớn hơntùy theo gần đó

Hình 2-3: Truyền dẫn đa điểm phối hợp [22]

2.1.4 Các bộ lặp và các bộ lặp chuyển tiếp

Dùng để mở rộng vùng phủ sóng tới những nơi tín hiệu yếu bằng giải pháp sử dụng

sự chuyển tiếp để làm giảm khoảng cách tùy theo giữa các máy thu và phát

Các trạm chuyển tiếp RS giải mã tín hiệu nhận được sau đó chỉ chuyền dữ liệu cóđích đến là các thiết bị di động UE ở xung quanh

Hình 2-4: Chuyển tiếp trong LTE-Advanced [21]

2.1.5 Hướng truyền Uplink

Ở đây, chúng tôi giới thiệu về phương pháp SC-FDMA trong truyền dẫn vô tuyếnhướng lên đã được của hệ thống mạng LTE-A Ở hình 2-5 cho thấy sơ đồ khốitruyền và nhận của SC-FDMA Sơ đồ này tương tự như sơ đồ khối của OFDMAngoại trừ với hai khối màu vàng Bộ phát SC-FDMA đã được sẽ chuyển đổi dữ liệu

nhị phân thành một chuỗi các sóng mang phụ được điều chế truyền qua kênh tần số.

Để thực hiên được rất nhiều thao tác đã được xử lý tín hiệu được yêu cầu

Hình 2-5: Sơ đồ khối bộ phát và bộ thu của SC-FDMA [21]

Việc truyền với đã được kỹ thuật OFDMA phải chịu một tỷ lệ công suất đỉnh đếntrung bình (PAPR) cao, điều này có thể sẽ dẫn tới các hệ quả tiêu cực với việc thiếtlập một bộ phát sóng nhúng tại UE Khi đã được truyền dữ liệu từ UE đến mạng, tacần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu từ UE đến lên một mức tốithiểu đủ cao để mạng có thể thu được tín hiệu Bộ khuếch đại đã được công suất làmột trong các thành phần chính tiêu thụ năng lượng lớn nhất, do đó dẫn tới hiệu quảcông suất càng cao càng tốt sẽ làm cho tuổi thọ pin của máy tăng lên Tổ chức3GPP đã tìm đã được một phương pháp truyền dẫn khác cho hướng lên LTE Đó làphương pháp kỹ thuật SC-FDMA, do nó có sự kết hợp các kỹ thuật với PAPR thấpcủa những hệ thống truyền dẫn đã được đơn sóng mang, như GSM và CDMA, vớikhả năng chống được đa đường và cấp phát tần số một cách linh hoạt trongOFDMA

Uplink là để chỉ hướng truyền dẫn đường lên tín hiệu từ thiết bị đầu cuối di động tớitrạm gốc BTS

Tần số tín hiệu có sự đã được ảnh hưởng trực tiếp tới độ suy giảm tín hiệu Khi tần

số tín hiệu càng cao thì sẽ dẫn tới độ suy hao càng lớn và yêu cầu một mức côngsuất cao hơn

Chính vì vậy dẫn đến trong thông tin vô tuyến các thiết bị đầu cuối trong mạng diđộng thường đường được xem xét đã được một cách ưu tiên hơn so với các trạmgốc, tín hiệu đường lên đi từ thiết bị đầu cuối di động lên tới trạm gốc BTS sẽ được

sử dụng dải tần thấp hơn so với tín hiệu đường xuống đi từ BTS xuống

Trạm chuyển tiếp tại cell là đã được một phương pháp kỹ thuật có nhiều cải tiếnhiệu quả hiệu suất đường lên trong LTE-A Kỹ thuật này đã giúp người sử dụngCell Edge (CEUs) có thể sử dụng các Resource Balls (RBs) Điều này đã trực tiếp

đã được cải thiện rất nhiều hiệu suất của người dùng Cell Center (CCUs) và cũng sẽđem tới sự cải thiện tổng thông lượng của cell và dung lượng

Trong mạng di động với Single-Input-Single-Output (SISO) có đã được dung lượngcủa các kênh nhỏ Dung lượng kênh được tăng lên bằng cách sử dụng kỹ thuậtMulti Input Multi Output (MIMO), trong đó sử dụng nhiều ăng-ten được sử dụng ởmáy phát và phía nhận sẽ tạo ra Spatial Diversity và Multiplexing

Kế hoạch truyền dẫn đã được có tên là Synchronous Direct và Multi-hopTransmission (SDMT) để có thể cải tiến hiệu năng mạng Uplink của LTE-A, và để

so sánh với những kết quả truyền dẫn Multi-hop với tiêu chuẩn và sự truyền dẫn màkhông có trạm Relay (RS) Tiếp đó là nghiên cứu sự đã được ảnh hưởng của RS với

vị trí của nó đối với hoạt động của hệ thống LTE-A đường lên Cuối cùng là nghiêncứu sự ảnh hưởng của việc sử dụng hệ thống 2x4 MIMO bậc cao lên hoạt động chođường lên trong mạng LTE-A

Trong hệ thống LTE-A phổ tần số vô tuyến sẽ được phân phối cho nhiều ngườidùng sử dụng kỹ thuật SC-FDMA trong đã được hướng truyền đường lên Khối tàinguyên Resource Block (RB) được hiểu là để gồm giao điểm của cả 12 sóng mangphụ SC-FDMA với mỗi kênh song mang đã được có băng thông là 180 kHz, mỗisóng mang phụ gồm có 7 ký hiệu SC-FDMA với tổng thời gian là 0,5ms cho băngthông 10 MHz và 50RB sẽ được cung cấp như trong hình

Hình 2- 6: Khối tài nguyên hướng lên [21]

Hướng truyền LTE-A uplink đã được sử dụng dùng các khối tài nguyên (RBs) saocho để có thể tối đa hóa hiệu suất quang phổ, tổng dung lượng và dung lượng mạngđều được tối ưu đã được Có nhiều thuật toán lập được chương trình cho RB khácnhau được trình bày bởi các nhà cung cấp Trong đó, thuật toán đơn giản đã đượcnhất là kỹ thuật Round Robin chẳng hạn như FFA và Fair Work Conserving (FWC).Một thuật toán khác nữa là nhận biết kênh Maximum Added Value (MAV) sẽ cungcấp số lượng RBs cho người dùng đã được theo điều kiện kênh phụ của nó

Hình 2-7: Lược đồ LTE-A Uplink [20]

Hình 2-7 đã được minh họa ba loại thuật toán được lập trình ở trên, trong đó FFA

và FWC là hai thuật toán lập trình resource-fair, và MAV là thuật toán lập trìnhresource-unfair

2.2 So sánh LTE và LTE-A

Bảng 2-1: So sánh các đặc tính giữa LTE và LTE-Advanced

LTE-A thực sự là đã được một công nghệ mạng di động 4G, còn LTE chỉ được xemnhư là công nghệ 3.9G LTE-A là một bản nâng cấp của LTE nhằm thỏa mãn cácyêu cầu đã được của IMT-Advanced.

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN TỪ THIẾT BỊ ĐẾN

THIẾT BỊ (DEVICE-TO-DEVICE)

3.1 Giới thiệu chung

Công nghệ vô tuyến từ thiết bị đến thiết bị D2D (Device-to-Device) trong hệ thốngLTE và đã được ứng dụng trong công nghệ 5G là giao tiếp trực tiếp của những thiết

bị đầu cuối có khoảng cách gần nhau trong mạng đã được mà không cần thông quamột nút trung gian nào Truyền thông D2D đã được cho phép truyền dữ liệu trựctiếp giữa các thiết bị người dùng di động (CUes) mà không cần truyền dữ liệu quaeNB, nhưng có thể sử dụng các tài nguyên băng tần tương tự đã được như các CUEdùng để liên lạc với eNB Sự sẵn có của truyền thông D2D đã được mang lại rấtnhiều lợi ích cho người sử dụng, chẳng hạn như đã được tốc độ truyền cao, độ trễ vàtiêu hao năng lượng thấp, tăng dung lượng hệ thống Truyền thông D2D cũng đãđược có thể được sử dụng để giảm tải lưu lượng của eNB, do đó đã được cải thiệnhiệu suất của các hệ thống di động Truyền thông D2D đã được coi là một mô hìnhmới trong hệ thống 3GPP LTE-A kể từ phiên bản 12 và được công nhận có thể làmột tính năng quan trọng cho các mạng 5G trong tương lai Trên thế giới có thể đã

có nhiều nghiên cứu về mô hình kiến trúc hệ thống D2D và các đặc tính ưu việt của

hệ thống này

Giao tiếp D2D có thể rất hữu ích trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như: dịch vụ dựatrên khoảng cách, truyễn thông giữa xe và xe thông minh, phân phối có thể nộidung, multicasting, truyển thông có thể ngang bằng, an toàn công cộng (quản lýthiên tai và các hoạt động cứu hộ)…

Tuy nhiên, truyền thông D2D có thể tạo ra nhiễu cho các mạng di động hiện tại nếukhông được thiết kế đúng cách (có nghĩa là có cả nhiễu liên vùng và trong cell) Do

đó, quản lý nhiễu là một trong những có thể vấn đề quan trọng nhất cho lớp phủD2D mạng di động, nơi D2D và mạng di động cùng tồn tại được trong mạng Để có

thể hạn chế nhiễu cho người dùng di động hiện tại (CUs), có thể hạn chế nănglượng truyền tải của các liên kết D2D Hơn nữa, một yếu tố khuếch đại cố định và

có thể một yếu tố dự phòng đã được đề xuất để kiểm soát năng lượng D2D và hạnchế nhiễu ở D2D Dựa trên tỷ số tín hiệu nhiễu (ISR), có thể một khu vực giới hạnnhiễu (ILA) đã được đề xuất trong [5], nơi người dùng D2D được phép chia sẻ tàinguyên với một CU có thể bên ngoài ILA

Về cơ bản có thể có ba chế độ giao tiếp khác nhau cho D2Ds, chẳng hạn như [5,6]:cellular mode, overlay mode và underlay mode Trong cellular mode, cặp D2Dtruyền thông qua eNB (một liên kết từ D2D Transmitter, D2D Tx, tới eNB và mộtliên kết khác từ eNB đến D2D Receiver, D2D Rx) có thể sử dụng các tài nguyêngiống như các CUE truyền thống Tuy nhiên, việc sử dụng phổ tần mạng chỉ có thểđược tăng cường nếu có thể truyền thông trực tiếp được phép giữa D2D Tx và D2D

Rx sử dụng một phần riêng biệt của dải phổ (over lay mode) hoặc có thể thậm chítốt hơn cùng một phổ (underlay mode) như đối với CUE

Quản lý tài nguyên cho các giao tiếp D2D trong LTE-A gần đây có thể đã thu hút

sự chú ý trong các tài liệu Chúng ta giả định rằng có thể mỗi CUE có một phânkênh phụ đã được phân bổ trước và công việc này nhằm tối đa hóa dung lượng tếbào khi phân bổ tài nguyên cho các cặp D2D Một lựa chọn chế độ có thể kết hợp

và khung phân bổ tài nguyên, trong đó mỗi cặp D2D có thể được quản lý trongcellular mode hoặc một underlay (tùy thuộc vào khoảng cách D2D) tùy theo điềukiện nào thuận tiện hơn có thể về mặt dung lượng Trong một phân bổ tài nguyênhai bước được đề xuất, trong đó phân bổ năng lượng được thực hiện trong bước đầutiên và có thể một phân kênh phụ tham lam được thực hiện trong bước thứ hai Cáctác giả trong đề xuất hai phương pháp lựa chọn phương pháp mới và thuật toánheuristic để phân bổ tài nguyên và tối ưu hóa Cuối cùng, các tác giả của đề xuất hai

đề án tối ưu hóa để nâng cao năng lượng tổng thể cell Giới hạn của các giấy tờ này

là họ có thể không giải quyết các vấn đề xác suất dừng, nhưng chỉ tập trung vào tối

ưu hóa năng lượng cell đơn

Các nghiên cứu nói trên đã hoặc nhằm tăng mạng lưới công suất hoặc đảm bảo độtin cậy của truyền thông D2D Các nghiên cứu được xem xét cả hai số liệu cùngmột lúc Công suất đã được tối đa hóa cho một mạng với một cặp D2D đơn và một

CU duy nhất trong khi QoS của CU được xem xét Đối với kịch bản với nhiềungười dùng D2D và CU, yêu cầu QoS cho cả CUs và người dùng D2D đã đượcnghiên cứu Đặc biệt, một kế hoạch giới hạn công suất cố định đã được gợi ý đểphối hợp nhiễu giữa người sử dụng D2D và CUs bình thường trong khi một thuậttoán heuristic đã được đề xuất để giải quyết chương trình phi tuyến tính phối hợp(MINLP) vấn đề phân bố tài nguyên Các thuật toán này không nhất thiết phải tối

ưu ngay cả khi bỏ lỡ một số khu vực có tính khả thi Đối với các thuật toán, có thể

có một năng lượng thích hợp giới hạn là không đáng kể để tìm ra Ít CUs hơn sẽ chophép truy cập D2D với biên độ cao hơn trong khi giới hạn thấp hơn sẽ có thể làmgiảm xác suất rằng các yêu cầu QoS của người dùng D2D có thể được thỏa mãn.Hơn nữa, có thể chỉ có sự tăng cường độ nhiễu kênh đã được sử dụng để ghép cặpCUs và D2D thông thường, đôi khi sẽ rất xa so với mức tối ưu mong muốn

Trong bài báo này, chúng tôi có thể đề cập đến kỹ thuật underlay mode D2D và

chúng tôi nghiên cứu trường hợp uplink (UL), bởi vì nó có thể đại diện cho một trường hợp quan trọng hơn downlink (DL) cho quan điểm về Signal-to-

Interference-plus-Noise-Ratio (SINR) Đồ án này đề xuất một kế hoạch quản lý tài

nguyên được biểu thị cho cả CUE và D2Ds, có thể đạt được kết quả tốt về công suấtcell và xác suất bị gián đoạn do sự góp phần của nhiễu đến từ các cell liền kề

Hình 3-1: Mô hình hệ thống truyền thông D2D chia sẻ tài nguyên UL của các hệ thống di

Phổ có sẵn được chia thành các kênh phụ trực giao Mỗi kênh phụ trực giao sẽ cóthể được sử dụng bởi cả CUE hay cặp D2D Cụ thể hơn, ta xem xét rằng mỗi kênhphụ trực giao được có thể phân bổ cho CUE có thể được chia sẻ với tối đa một cặpD2D trong cùng 1 cell tại underlay mode Ta xem xét eNB trung tâm có thể đượcbiểu thị bằng chữ cái c chứa M CUEs và K cặp D2D phân phối ngẫu nhiên, và C’các eNB xung quanh (cell), mỗi với M’ CUEs và K’ cặp D2D Tập hợp các cặpCUE và D2D trong cell trung tâm được có thể biểu thị bằng M={1, ,M} và K

={1, ,K} tương ứng Tập hợp các cặp CUE và D2D trong mỗi cell liền kề có thểđược biểu thị bằng M’={1, ,M’} và K’={1, ,K’}, tương ứng Gọi pm,n; pk,n; và pc,nbiểu thị quá trình truyền năng lượng của CUE m, D2D Tx k, và eNB c trên kênhphụ n, tương ứng Hơn nữa, pm’,n và pk’,n là sự truyền năng lượng của CUE m’ vàD2D Tx k’ sử dụng kênh phụ n trong cell liền kề c’ N0 và B có thể mật độ côngsuất nhiễu và băng thông kênh phụ, tương ứng

Không có nhiễu đồng kênh giữa các CUE trong một ô nhưng có thể có sự can thiệpđồng kênh giữa CUE và một cặp D2D chia sẻ các tài nguyên radio tương tự trongmột ô Hơn nữa, có thể có nhiễu đồng kênh đến từ các cặp CUE và D2D của các tếbào lân cận; Điều này có thể phụ thuộc vào chương trình tái sử dụng tần số đượcthông qua theo một yếu tố F Chúng ta nghiên cứu hệ thống trong 'điều kiện bão

hòa' để cả hai M ≥ N và K ≥ N (M’≥ N và K’≥N) có thể đánh giá sự phân bổnguồn lực và khả năng tương ứng trong một điều kiện mà mỗi tiểu -carrier được sửdụng bởi cả CUE và một D2D (underlay mode) trong mỗi chu kỳ có thể phân bổ.Đây là dĩ nhiên là kịch bản có thể quan trọng nhất từ quan điểm can thiệp.

Vị trí CUE được chọn ngẫu nhiên có thể trong một cell theo phân bố đều Ngoài racác vị trí D2D Tx được chọn trong một cell có thể theo phân bố đều Sau đó, có thểđối với mỗi D2D Tx, chúng ta phải xác định vị trí của D2D Rx tương ứng theo sơ

đồ sau: D2D Rx được phân bố đều quanh D2D Tx trong khoảng cách từ tối thiểuđến tối đa

Đường dẫn Mô hình tổn thất tạm thời của Đại học Stanford (SUI) (trường hợp'trung gian' với chiều cao ăng ten eNB là 40 m và chiều cao ăng ten CUE là 1,5 m)

có thể được sử dụng cho các liên kết giữa CUE và eNB và giữa CUE và D2D.Thay vào đó, mô hình tổn thất đường dẫn WINNER II (trường hợp A1 NLOS) được

sử dụng theo như cho các liên kết giữa D2D Tx và D2D Rx Độ lợi của các kênh cóthể khác nhau được xác định dựa trên cơ sở các mô hình tổn thất đường dẫn và cóthể được sử dụng để xác định SINR như được mô tả trong phần phụ tiếp theo.Chúng tôi cho rằng khi SINR dưới SINRmin nhất định, không có khả năng giao tiếpgiữa người gửi và người nhận (điều kiện ngừng hoạt động)

3.2.2 Mô hình SINR

Theo tài liệu thì các mô tả dưới đây đã được các công thức SINR cho CUE và D2Dcặp trong truyền dẫn UL Tại hình 3-2, chúng ta biểu thị sự tăng công suất kênhphân biệt bằng cách ba trường hợp dưới đây:

Các tín hiệu hữu ích (useful signals): |hm,n |2 và |hk,n|2 là sự biểu thị đã được cho sựtăng công suất sử dụng được kênh phụ n từ CUE m tới eNB c và sự tăng công suấtcủa cặp D2D sử dụng kênh phụ được theo các mô hình tổn hao đường truyền tươngứng

Các tín hiệu nhiễu tại eNB (Interfering signals at the eNB): ký hiệu |hD

3.3 Kỹ thuật underlay mode và cellular mode

3.3.1 Kỹ thuật underlay mode

Trong underlay mode, hai người dùng trong cùng 1 cell thì khi sử dụng công nghệD2D giao tiếp trực tiếp với chế độ có thể sử dụng lại được kênh phụ của truyềnCUE hiện có Do đó, sẽ xảy ra có nhiễu ngay trong cell đồng kênh đó giữa cặp D2D

và truyền của cặp CUE

Hình 3-2: Mô hình nhiễu cho chế độ lớp phủ D2D [17]

SINR của CUE m tại trạm thu phát eNB trên kênh phụ n là:

Trong đó, C’ là số các cell liền kề (nhiễu) mà ta thiết lập, M’ là số lượng nhữngCUE trong mỗi cell liền kề lân cận với cell trung tâm, K’ là số lượng của nhữngD2D trong mỗi cell liền kề, ζ n ,k= {0,1} biểu thị cho cặp D2D k truyền dẫn dùng

k =1

K

ζ n ,k ≤ 1, với mọi n,

ω ' n ,m ' ,c ' biểu thị CUE m’ sử dụng kênh phụ n hoặc không trong các cell liền kề mà ta

có, và ζ n ,k ' ,c ' là sự biểu thị nơi cặp D2D k’ dùng kênh phụ n hay không trong cellliền kề đó

SINR tại D2D Rx trên kênh phụ n cho kết quả theo biểu thức sau:

Trong đó, ωn,m = {0,1} biểu thị cho CUE m được sử dụng kênh phụ n tại cell trung

m=1

M

ω n ,m ≤ 1 mọi n, ω n ,m ' ,c ' là sự biểu thị CUE m’ sẽ sử dụng kênhphụ n hay không trong cell liền kề, và ζ n ,k ' ,c ' là sự biểu thị cho cặp D2D k’ sử dụngtrong kênh phụ n hay không trong cell liền kề c’

Chúng ta cũng cần lưu ý rằng ma trận ω' n ,m ω n ,m và ζ n ,k phụ thuộc vào sự thiết lập lậptrình mô phỏng và ghép các chương trình đó lại để có thể quyết định các CUE vàcác cặp D2D để có thể được phục vụ trên mỗi khoảng thời gian TTI và gán đượckênh phụ n cho nó Những ma trận được thiết lập và cập nhật trên những cơ sở dữliệu của các dự án quản lý tài nguyên đã có

Nếu SINR>SINRmin, thì lưu lượng của một kênh phụ n sẽ có thể được xác định đượctheo giá trị SINR với biểu thức Shannon như [12]:

3.3.2 Kỹ thuật cellular mode

Trong cellular mode, hai người dùng D2D truyền thông qua trạm thu phát gốc eNBnhư các CUE thông thường khác có trong mạng và không có liên kết D2D trực tiếpnào được thiết lập ở đây cả Trong chế độ này, eNB sẽ được sử dụng như là mộtrelay công tắc chuyển Chúng ta đưa ra giả thiết chắc chắn rằng các kênh phụ được

sử dụng bởi các cặp D2D để có thể giao tiếp không được sử dụng lại bởi các cặpD2D hoặc CUE khác trong cùng một cell cả Dĩ nhiên, trong trường hợp ở đây,người dùng D2D và các cặp CUE sử dụng cùng một công suất truyền tải trong hệthống

Hình 3-3: Mô hình nhiễu cho chế độ di động D2D [17]

SINR cho CUE m (cũng như cho D2D Tx k) tại eNB c trên kênh phụ có thể đượctính theo biểu thức như sau: