Hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống FD-MIMO trong mạng 5G

Bài viết đề xuất một phương pháp mới để phân tích hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống FD-MIMO và với nhiều cell hoạt động trên cùng băng tần. Các kết quả tính toán số cho phép chúng tôi đưa ra những nhận xét thú vị về cách làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống này.

TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG, QUYỂN 1, SỐ 3, NĂM 2016 HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG FD-MIMO TRONG MẠNG 5G HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG FD-MIMO TRONG MẠNG 5G HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG Nguyễn ThanhFD-MIMO Hương∗ , Trương Kiên CỦA HỆThị THỐNG TRONGTrung MẠNG 5G∗† † ∗ Phòng thí nghiệm Hệ thống Vơ tuyến Ứng dụng Thịhiệu Thanh TrươngKhoa Trung Bộ mônNguyễn Xử lý Tín Hương*, Truyền thơng, KỹKiên* thuật+ Điện tử I * Phòng thí nghiệm Hệ thống Vơ tuyến Ứng dụng Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng + Bộ mơn Xử lý Tín hiệu Truyền thông, Khoa Kỹ thuật Điện tử I Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Tóm tắt—Việc sử dụng hợp lý nhiều ăngten trạm gốc để phục vụ đồng thời nhiều thuê bao tạo đột phá tốc độ liệu mạng thông tin di động Hệ thống có tên gọi FDMIMO (Full-Dimension Multiple-Input MultipleOutput) lựa chọn ứng cử cho mạng thông tin di động hệ (5G) Tuy nhiên, đa số báo có liên quan tập trung vào tăng tổng dung lượng truyền tin với công suất tiêu thụ cố định khả giảm công suất tiêu thụ đảm bảo tổng dung lượng truyền tin cho trước Một số báo nghiên cứu hiệu sử dụng lượng hệ thống chủ yếu cho mô hình đơn cell, bỏ qua số tính chất quan trọng hệ thống nhiễu tín hiệu hoa tiêu Trong báo này, đề xuất phương pháp để phân tích hiệu sử dụng lượng hệ thống FD-MIMO với nhiều cell hoạt động băng tần Các kết tính tốn số cho phép chúng tơi đưa nhận xét thú vị cách làm tăng hiệu sử dụng lượng hệ thống Từ khóa—Mạng 5G, hiệu sử dụng lượng, hệ thống MIMO cỡ lớn, hệ thống MIMO với nhiều ăngten trạm gốc, thông tin "xanh" I Giới thiệu I GIỚI THIỆU Mạng thông tin di động hệ (5G) giai đoạn hình thành, mục tiêu thiết kế quan trọng tiếp tục tăng tốc độ liệu Thông tin đa đầu vào đa đầu Tác giả liên hệ: Trương Trung Kiên, email: kientt@ptit.edu.vn Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 102.02-2013.09 Một phần kết báo trình bày Hội thảo ECIT’2015 Đến tòa soạn: 11/12/2016, chỉnh sửa: 30/12/2016, chấp nhận đăng: 30/01/2017 Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 58 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG (MIMO - Multiple-Input Multiple-Output) kỹ thuật thông tin quan trọng hướng tới mục tiêu thông qua việc sử dụng nhiều ăng-ten trạm phát và/hoặc máy thu Tuy nhiên, thực tế hệ thống di động tế bào hệ thứ (4G) trở trước chưa đạt mức tốc độ cao mà công nghệ MIMO hứa hẹn xem xét sử dụng số lượng ăng-ten chưa lớn [1] Ví dụ hệ thống 3GPP LTE/LTE-Advanced (hay 4G), trạm gốc có tối đa ăngten thiết bị người dùng có tối đa ăngten Tăng số ăng-ten trạm gốc để phục vụ đồng thời nhiều thuê bao tài nguyên vô tuyến hướng nghiên cứu hứa hẹn để phát huy hết khả kỹ thuật MIMO hệ thống di động tế bào [2] Trong khuôn khổ tiêu chuẩn 3GPP LTE-Advanced Pro (từ Phiên 13 trở hay mạng 5G), kỹ thuật FD-MIMO lựa chọn công nghệ ứng cử để tăng tốc độ liệu Cụ thể, việc sử dụng hàng chục hay chí hàng trăm ăngten trạm gốc sử dụng phương pháp truyền dẫn MIMO đa người dùng (MU-MIMO - Multiple-User MIMO) để phục vụ đồng thời hàng chục người dùng [2], kỹ thuật FD-MIMO có tiềm tăng tốc độ liệu tổng cộng mạng 5G lên nhiều lần Đa phần báo trước nghiên cứu hệ thống thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc thường tập trung vào khả cải thiện tổng dung lượng truyền tin với công suất tiêu thụ cố định [2]–[4] khả giảm công suất tiêu thụ đảm bảo tổng dung lượng truyền tin cho trước [5] Trong thực tế, cách tiếp cận để dung hoà hai mục tiêu thiết kế có phần mâu thuẫn tối đa hoá tỷ số hiệu sử dụng lượng hệ thống Theo định nghĩa, hiệu sử dụng lượng hệ thống Số - (CS.01) 2016 Maximal Ratio Transmission) để truyền liệu đường xuống Đóng góp chúng tơi báo đề xuất phương pháp để phân tích hiệu sử dụng lượng Nguyễn Thịbằng Thanh Hương, Trương Trung Kiên hệ cách sử dụng tiếp2016 cận TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THÔNG TINthống VÀ TRUYỀN THÔNG, QUYỂN 1, SỐ 3, NĂM tìm giá trị tất định tương đương mơt mơ hình cơng tiêu thụ sửanhư đổihệtừsốmơpha hình thông tin tỷ số tổng dung lượng thông mộtsuất số tham số hệ thống đinhđề xuất báo [8], [9] Kết phân tích tin2 truyền trênTẠP tổng tiêu thụ số ăngten trạm gốc,1, số th CHÍcơng KHOA suất HỌC CƠNG NGHỆ phạm THÔNGvi TINlớn, VÀ TRUYỀN THÔNG, QUYỂN SỐ 3, NĂMbao 2016 cho giá trị xấp xỉ hiệu sử dụng tương ứng Trong khả hiểu biết chúng cell, công suất tiêu thụ phần củaKết hệ thống dạngsốmột tôi, đến có báo nghiên cứu hiệu tửnăng tronglượng mạng môdưới chohàm phépsố thông tin tỷ số tổng dung lượng thông số tham số hệ thống hệ số pha đinh sử dụng lượng hệ thống thông tin có số nhận xét quan trọng ảnh tin tổngở trạm công gốc suất [6]–[9] tiêu thụ hưởng phạm vi lớn, ăngten trạm gốc, thuêquả bao MIMO vớitruyền nhiều ăngten sốtham số hệ thống lênsốhiệu tương ứng Trong khả hiểu biết chúng cell, công suất tiêu thụ phần Bài báo [6] so sánh hiệu sử dụng hiệu sử dụng lượng hệ thống Ví dụ, cố tơi, lượng đến có hệ kháthống bàiMIMO báo đãvới nghiên hiệu định tử mạng số cho nhiềucứu ăngten số thuê bao Kết trongquả mộtmôcell, tồn phép giá sử dụng lượng hệ thống thông tin chúng tơi có số nhận xét quan trọng trạm gốc hệ thống sử dụng cell cỡ nhỏ Tuy trị số ăngten trạm gốc tối ưu Đáng chúvềý ảnh MIMO với nhiều ăngten trạm gốc [6]–[9] hưởng tham số hệ thống lên hiệu nhiên, báo tính đến cơng suất tiêu giá trị tối ưu nằm giới hạn cho phép Bàiliên báoquan [6] đến so sánh hiệu dụng sử dụngcơng năngnghệ lượng thống.hiện Ví dụ, thụ xạ tínquả hiệu.sửBài báohiệu [7] đề chếcủa tạohệăngten nay.khi Bêncố năngmột lượng thống MIMO với nhiều ăngten cạnh địnhđó, số thuê cell, tồn giá xuất mơgiữa hìnhhệcơng suất tiêu thụ khơng cốbao địnhtrong số ăngten trạm gốc, tăng trạm gốc hệ thống sử dụng cell cỡ nhỏ Tuy trị số ăngten trạm gốc tối ưu Đáng ý bao gồm công suất phát khếch đại cơng số th bao cell góp phần làmlà nhiên, chỉtiêu tínhthụ đếnmạch cơng suấtcác tiêu tăng giá hiệu trị tốiquả ưu sử nằmnăng tronglượng giới hạn phép suất mà cònbáo cơngmới suất dụng Chú cho ý rằng, thụ liên quan đến xạ tín hiệu Bài báo [7] đề công nghệ chế tạo ăngten Bên thành phần trạm gốc thiết bị tương phần kết báo trình xuất mơ hình cơng suất tiêu thụ khơng cạnh đó, cố định số ăngten trạm gốc, tăng tự Từ mơ hình đưa cơng thức tính bày [10] Tuy nhiên, [10] tập trung vào bao gồm công trênđịnh khếch đạiăngcơng truyền số th celltrong làm hiệu lượng,suất sauphát xác số dẫnbao đường xuống khigóp phần báo suất cònđểlàmang cơnglạisuất mạch bởicho nghiên tăng hiệu sử dẫn dụngở lượng ý rằng, ten cầnmà thiết hiệutiêu quảthụ lượng cứu truyền đường lênChú đường thành phần trạm gốc thiết bị tương phần kết báo trình hệ thống MIMO cỡ lớn Tuy nhiên, mơ hình xuống Ngoài ra, so với [10], báo cung tự Từ mơ hình đưa cơng thức tính bày [10] Tuy nhiên, [10] tập trung vào công suất tiêu thụ sử dụng báo [7] cấp thêm kết mô từ có hiệu lượng, sau xác định số ăngtruyền dẫn đường xuống báo đơn giản chưa phản ánh đặc trưng quan sát nhận xét hiệu sử ten cần thiết để mang lại hiệu lượng cho nghiên cứu truyền dẫn đường lên đường riêng truyền dẫn MIMO đa người dùng Các dụng lượng hệ thống thông tin MIMO hệ báo thống lớn mơ Tuyhình nhiên, mơsuất hình sửxuống Ngồiăng-ten ra, so với [10],gốc báo cung [8],MIMO [9] đềcỡ xuất cơng dụng nhiều trạm cơng thụ sử báốnh [7] cấp mớitổvà từ Cácthêm mục cònkết lại mơ báo chức nhưcó tiêu thụsuất thựctiêu tế dụng có khả năngbàiphản đơn giản chưa phản ánh đặc trưng quan sát nhận xét hiệu chế xử lý tín hiệu truyền dẫn MIMO đa người sau Mục II mơ tả mơ hình hệ thống trìnhsử riêngđểcủa truyền MIMO người dùng Các dòdụng lượng củacủa hệhệ thống thơng ước lượng kênh thống Mụctin IIIMIMO phân dùng nghiên cứudẫn hiệu sửđadụng lượng báo [8], [9] đề xuất mơ hình cơng suất sử dụng nhiều ăng-ten trạm gốc hệ thống MIMO đơn cell với nhiều ăngten tích lượng liệu tổng cộng truyền Các mục củathụ bàitương báo chứcmột tiêu gốc thụ thực hơnxét vàchỉ có khả phản ánhbỏcơ tổng cơng suấtlạitiêu ứng tổ trạm Việc tếxem cell sau Mục II mô tả mơ hình hệ thống q trình chếmột xử số lý tín truyền dẫncủa MIMO đa người qua tínhhiệu chấtvàquan trọng hệ thống khung truyền dẫn để từ phân tích hiệu sử dò vànăng ước lượng lượng kênhhệcủa hệ thống Mục III cấp phân dùng để nghiên cứu hiệu sử dụng thống Mục IV cung nhiễu tín hiệu hoa tiêu nhiễu liên celllượng dụng tích lượng liệu tổng cộng truyền hệ thống MIMO đơn cell với nhiều ăngten kết mơ tính tốn số để kiểm chứng truyền liệu tổngphân cơngtích suấtCuối tiêu cùng, thụ tương ứng trạm gốc Việc xem xét cell bỏ kết mục V đưatrong Trong xem thống truyền dẫn để từ phân tích hiệu sử qua mộtbài số báo tính này, chất chúng quan trọng củaxét hệ hệ thống sốkhung kết luận hướng nghiên cứu thông tin MIMO vớihoa nhiều trạm lượng hệ thống Mục IV cung cấp nhiễu tín hiệu tiêu vàăngten nhiễu ởliên cellgốc dụng Quy ước ký hiệu toán học: Các ký tự thường vàtruyền với nhiều cell hoạt động băng kết mơ để kiểm liệu ) kýtốn hiệusốcác giá trịchứng vơ nghiêng (ví dụ,vàatính tần Chúng tơi giả thiết hệ thống hoạt động viết kết quảcác phân tích Cuối cùng, mục V (ví đưadụ, Trong báo này, xem xét hệ thống h ) hướng, ký tự tô đậm thường chế độ song công phân chia theo thời gian (TDD sốhiệu kết luận hướng nghiên cứu ký tiếptựtheo thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc ký vector tô Time Division Duplexing) trạm gốc ước ướchoa ký(ví hiệu Các ký ma tự thường với hoạt độngdựa hoa băng đậmQuy H) học: ký hiệu trận in dụ,tốn lượng cácnhiều hệ sốcell kênh truyền tín hiệu a ) ký hiệu giá trị viết nghiêng (ví dụ, tần Chúng tơi giả thiết hệ thống hoạt động I ký hiệu ma trận đơn vị ma trận tồnvơ N N tiêu đường lên Chúng giả thiết trạm gốc hướng, ký tự tơ đậm thường (ví dụ, độ song công phân thờiđại gian (TDD- - giá trị không với kích thước N × N Đối với mah) sửchế dụng mã trước truyềnchia tỷ theo số cực (MRT ký A hiệu cácđảo, ký A tự∗ Time Division Duplexing) trạmdữ gốcliệu ước trận thìcác AT vector ma trận nghịch matô Maximal Ratio Transmission) để truyền H) ký ma trận đậmchuyển in vị hoa dụ,phức, hệ số Đóng kênh truyền dựa hiệu tơi hoa trận tr(A)các vết liên(víhợp hiệu lượng đườngcác xuống góp tín chúng I ký hiệu ma trận đơn vị ma trận tồn N N tiêu ởbàiđường lên làChúng tơi giả phương thiết trạm gốc ma trận E[·] ký hiệu phép toán kỳ vọng thống kê báo đề xuất pháp N × N Đối với ma giá trị khơng với kích thước sử dụng mã tích trướchiệu truyền cực đại (MRT để phân tỷ sử số dụng lượng - trận A AT ma trận nghịch đảo, A∗ ma Maximal Ratio để truyền dữcận liệu II MƠ HÌNH HỆ THỐNG hệ thống Transmission) cách sử dụng tiếp trận chuyển vị liên hợp phức, tr(A) vết đường xuống Đóng góp chúng tơi Xéttrận mộtE[·] mạng thơng tin tốn di động tế bào dựa tìm giá trị tất định tương đương mơt mơ hình ký hiệu phép kỳ vọng thống kê ma trongsuất tiêu báo thụ nàyđược đềsửa xuất phương công đổimột từ mơ hìnhpháp đề TDD FD-MIMO với C cell, hay tế bào mớitrong để phân tíchbáo hiệu dụng xuất [8],quả [9].sửKết quảnăng phân lượng tích Mỗi cell có trạmHÌNH gốc với t ăngten để phục MÔ HỆN THỐNG củarahệmột thống dụng cácsửtiếp cận vụ đồng thờiII Tạp chí KHOA HỌC CƠNG U người dùng đượcNGHỆ phân bố cho cho giátrên trị xấp xỉcách củasửhiệu dụng Số - (CS.01) 2016 59 Xét mạng thơng tin di động tếtrong bào dựa tìm giá trị tất định tương đương mơt mơ hình THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG lượng hệ thống dạng hàm số cách ngẫu nhiêu cell, công suất tiêu thụ sửa đổi từ mơ hình đề TDD FD-MIMO với C cell, hay ô tế bào xuất báo [8], [9] Kết phân tích Mỗi cell có trạm gốc với Nt ăngten để phục cho giá trị xấp xỉ hiệu sử dụng vụ đồng thời cho U người dùng phân bố trận A trận chuyể ma trận E Xét mộ TDD Mỗi cell c vụ đồng t cách n hiệu hoa trạm gốc i (MRT n liệu ơng pháp ăng lượng c tiếp cận t mô hình hình đề phân tích ả sử dụng ột hàm số hiệu ứng suy hao đường truyền, che khuất đậm in hoa (ví dụ, H) ký hiệu ma trận suy hao xuyên tường Giả thiết hệ số IN 0N ký hiệu ma trận đơn vị ma trận toàn gbcu độc lập thống kê tuân theo giá trị khơng với kích thước N × N Đối với ma T ∗ phân bố chuẩn, tức gbcu ∼ CN (0, INt ) Chúng trận A A ma trận nghịch đảo, A ma HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG FD-MIMO TRONG giả thiếtMẠNG kênh 5G đường lên kênh đường trận chuyển vị liên hợp phức, tr(A) vết xuống có tính chất thuận nghịch (reciprocity) hồn ma trận E[·] ký hiệu phép toán kỳ vọng thống kê hảo Để tiện viết biểu thức toán học, giả thiết II MƠ HÌNH HỆ THỐNG h∗bcu ∈ C1×Nt vector hệ số kênh truyền đường II MƠ HÌNH HỆ THỐNG xuống từ trạm gốc b ∈ C tới thuê bao u ∈ Uc Ký Xét mạng thông tin di động tế bào dựa hiệu Hbc = [hbc1 hbc2 · · · hbcU ] ∈ CNt ×U ma TDD FD-MIMO với C cell, hay ô tế bào trận kênh đường lên tổng hợp từ tất thuê Mỗi cell có trạm gốc với Nt ăngten để phục ∈ CFD-MIMO tới trạmTRONG gốc bMẠNG ∈ C 5G Khi đó, bao cell cTDD N T HƯƠNG T T U KIÊN: HIỆUdùng QUẢ SỬ DỤNG NĂNGbố LƯỢNG CỦAtrong HỆ THỐNG người phân vụT.đồng thời&cho H∗bc ma trận kênh đường xuống tổng hợp cách ngẫu nhiêu cell, Trong giai đoạn đào tạo ước lượng kênh Nt U Các cell trạm gốc đánh số mạng dùng tập tín hiệu hoa tiêu Các truyền, thiết bị đầu cuối cell = {1,&2,T.· T.· ·KIÊN: , C}.HIỆU Người trongNĂNG cell LƯỢNG tậpT CHƯƠNG trạm CỦA gốc ước lượng hệ sốTRONG kênh truyền5G.tức N T QUẢdùng SỬ DỤNG TDDcác FD-MIMO truyền HỆ cácTHỐNG tín hiệu hoa tiêu tương MẠNG hỗ trực giao c ∈ C đánh số tập Uc = {1, 2, · · · , U } thời dựa tín hiệu hoa tiêu để sử dụng cặp đường lên [2], [11]–[13] Giả thiết toàn Thiết bị đầu cuối người dùng sử dụng có truyền liệu lần sử dụng kênh lại Nt U Các cell trạm gốc đánh số mạng dùng tập tín hiệu hoa tiêu Các ăngten Giả thiết hệ thống hoạt động chế độ khung Ký hiệu biến trung gian sau tập C = {1, 2, · · · , C} Người dùng cell trạm gốc ước lượng hệ số kênh truyền tức TDD truyền dẫn đường lên đường C c ∈ C đánh số tập Uc = {1, 2, · · · , U } thời dựa tín hiệu σ 2hoa tiêu để sử dụng xuống tất cell dùng chung băng tần + βbcu (2) θ = bu Thiết bị đầu cuối người dùng sử dụng có truyền liệu ppcác τp lần sử dụng kênh lại Giả thiết tất truyền dẫn đồng c=1 ăngten Giả thiết hệ thống hoạt động chế độ khung Ký hiệu biến trung gian sau cấu trúc khung, thời gian tần số βbbu βbcu TDD truyền dẫn đường lên đường C (3) ξbcu = Giả thiết mơ hình kênh pha đinh khối cận tĩnh σ θbu xuống tất cell dùng chung băng tần + β (2) θ = bcu bu hệ số kênh truyền coi pp τpphương pháp ước lượng Giả thiết tất truyền dẫn đồng Mỗi trạm gốc b sử dụng c=1 không thay đổi khối tài nguyên thời cấu trúc khung, thời gian tần số kênh sai số trung phương βbbu βbcunhỏ (MMSE gian-tần số có kích thước τt = BC TC lần sử (3) ξbcu = Giả thiết mơ hình kênh pha đinh khối cận tĩnh Minimum Mean Squaredθbu Error) để thu dụng kênh, BC (Hz) độ rộng băng hệ số kênh truyền coi ước lượng sau hbbu [2], [3] thông kết hợp TC (giây) thời gian kết hợp Mỗi trạm gốc b sử dụng phương pháp ước lượng không thay đổi khối tài nguyên thời kênh truyền, τt > U Bên cạnh đó, giả kênh phương nhỏ (MMSE ˆ bbusai= βsốbbutrung gian-tần số có kích thước τt = BC TC lần sử ˜p,b hbbu + hbcu + z (4) h thiết khung truyền dẫn đồng Minimum Mean Squared Error) để thu θ bu dụng kênh, BC (Hz) độ rộng băng c=b toàn mạng ứng với khối tài nguyên ước lượng sau hbbu [2], [3] thông kết hợp TC (giây) thời gian kết hợp ˆ bbu ∼ CN (0, ξbbu IN ) Sai số ước thời gian-tần số Giả thiết khung bao Chú ý β h t kênh truyền, τt > U Bên cạnh đó, giả bbu ˆkênh ˆ bbu ˜ bbu ˜bbu hbbu + h hbcu=+hz h (4) = gồm τp lần sử dụng kênh để truyền tín hiệu hoa lượngh cho p,b − bbu thiết khung truyền dẫn đồng θbu ˜ c=b tiêu đường lên, τdd lần sử dụng dụng kênh để hbbu ∼ CN (0, (βbbu −ξbbu )INt ) Do tính toàn mạng ứng với khối tài nguyên truyền liệu đường xuống τdu lần sử dụng chất trực giao pháp ước lượng MMSE, ˆ bbuphương thời gian-tần số Giả thiết khung bao ˆChú ý ˜rằng h ∼ CN (0, ξbbu INt ) Sai số ước dụng kênh để truyền liệu đường lên, h khơng tương quan Thêm h bbu bbu ˆ bbu ˜ bbuvới= gồm τp lần sử dụng kênh để truyền tín hiệu hoa lượng hbbu − h h kênh ˆ bbu cho ˜bởi τp + τdd + τdu = τt , τp ≥ U, τdd ≥ τdu ≥ vào đó, vì˜ h tuân theo phân bố h bbu sử dụng dụng kênh để tiêu đường lên, τddNtlần hbbu ∼ CN (0, (βbbu −ξbbu )INt ) Do tính Ký hiệu hbcu ∈ C ×1 vector hệ số kênh Gauss, nên hai vector độc lập tương hỗ Chú truyền liệu đường xuống τdu lần sử dụng chất trực giao phương pháp ước lượng MMSE, truyền đường lên từ thuê bao u ∈ Uc tới trạm gốc ý ˆrằng mỗi˜thiết bị đầu cuối có thơng tin thống dụng kênh để truyền liệu đường lên, hbbu hbbu khơng tương quan với Thêm b ∈ C Bài báo xem xét mơ hình kênh truyền kê trạng thái ˆkênh truyền thiết bị ˜ bbugiữa τp + τdd + τdu = τt , τp ≥ U, τdd ≥ τdu ≥ vào đó, hbbu h tuân theo phân bố không tương quan không gian [2], [3] trạm gốc cell N ×1 vector hệ số kênh Gauss, nên hai vector độc lập tương hỗ Chú Ký hiệu hbcu ∈ C t 1/2 u ∈ Uc tới trạm(1) gốc ý thiết bị đầu cuối có thơng tin thống truyền đường lên từ thuê bao hbcu =βbcu gbcu SỬ DỤNG LƯỢNG b ∈ C Bài báo xem xét mơ hình kênh truyền kêIII.về HIỆU trạng QUẢ thái kênh truyềnNĂNG thiết bị Nt ×1 vector hệ số kênh truyền g ∈ C bcu không tương quan không gian [2], [3] trạm gốcmất cell Khơng tính tổng qt, hiệu sử dụng pha đinh nhanh βbcu giá trị tất định biểu diễn lượng tính tốn dựa lượng 1/2 =βbcu gbcu vi lớn bao gồm (1) hệ số kênh truyền h pha phạm bcu đinh dữIII.liệu tổng cộng truyềnNĂNG khung III HIỆU QUẢ SỬDỤNG DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ SỬ LƯỢNG hiệu ứng suy hao đường truyền, che khuất N t ×1 truyền dẫn cơng suất tiêu thụ tương ứng Giả gbcu ∈ C vector hệ số kênh truyền tính tổng quát, hiệu sử dụng suy hao xuyên tường Giả thiết hệ số thiếtKhông phần tử thiết bị tương đương pha đinh nhanh βbcu giá trị tất định biểu diễn năngrằng lượng tính tốn dựa lượng gbcu độc lập thống kê tuân theo trạm gốc có giá trị tham số hoạt động giống hệ số kênh truyền pha đinh phạm vi lớn bao gồm liệu cộng truyền khung phân bố chuẩn, tức gbcu ∼ CN (0, INt ) Chúng Tương tự,tổng giả thiết phần tử thiết bị tương hiệu ứng suy hao đường truyền, che khuất truyền dẫn suất tiêu thụ tương ứng Giả giả thiết kênh đường lên kênh đường đương thiếtcông bị đầu cuối có giá trị tham suy hao xuyên tường Giả thiết hệ số thiết phần tử thiết bị tương đương xuống có tính chất thuận nghịch (reciprocity) hồn số hoạt động giống gbcu độc lập thống kê tuân theo trạm gốc có giá trị tham số hoạt động giống hảo Để tiện viết biểu thức toán học, giả thiết phân bố chuẩn, tức gbcu ∼ CN (0, INt ) Chúng Tương tự, giả thiết phần tử thiết bị tương h∗bcu ∈ C1×Nt vector hệ số kênh truyền đường tơi Tạp giả thiếtHỌC kênhCÔNG đườngNGHỆ lên kênh đường A.đương độ cuối liệu đạtcóđược tổng thiết tốc bị đầu giá trị tham chítrạm KHOA b ∈ C tới thuê bao u ∈ U Ký 2016Phânởtích xuống từ gốc c(CS.01) Số 60 xuống có tính chất thuận nghịch (reciprocity) hồn số hoạt động giống THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG N t ×U ma hiệu Hbc = [hbc1 hbc2 · · · hbcU ] ∈ C 1) Truyền liệu đường xuống: Ký hiệu hảo Để tiện viết biểu thức toán học, giả thiết trận∗ kênh đường lên tổng hợp từ tất thuê x liệu mà trạm gốc b ∈ C truyền cho 1×N f,bu t h ∈C vector hệ số kênh truyền đường baobcu cell c ∈ C tới trạm gốc b ∈ C Khi đó, thuê u ∈ Ub bao tốc độ lần liệusử đạtdụng đượckênh, xuống từ trạm gốc b ∈ C tới thuê bao u ∈ Uc Ký A Phân tích tổng ] = Trạm gốc H∗bc ma trận kênh đường xuống tổngNthợp [x |] = E [|x | với E ×U f,bu f,bu truyền dẫ thiết trạm gốc Tương tự đương c số hoạt đ A Phân 1) Tru xf,bu d thuê bao với E[xf, b ∈ C sử để ánh x zbu ∼ CN thuê bao nh truyền biểu diễn bao gồm che khuất hệ số uân theo ) Chúng nh đường ity) hoàn giả thiết ền đường ∈ Uc Ký ×U ma thuê Khi đó, hợp ợng kênh cell trực giao thiết tồn Khơng tính tổng qt, hiệu sử dụng lượng tính tốn dựa lượng liệu tổng cộng truyền khung truyền dẫn công suất tiêu thụ tương ứng Giả thiết phần tử thiết bị tương đương trạm gốc có giá trị tham số hoạt động giống Tương tự, giả thiết phần tử thiết bị tương đương thiết bị đầu cuối có giá trị tham số hoạt động giống A Phân tích tổng tốc độ liệu đạt ¯cξ2 λ bcu Bbu (τp ) = (9) 3) Lượn tương đươ ¯ c βbck ξbbu Cbu (τ (10) λ p ) = Thị+ Nguyễn pf Thanh Hương, Trương Trung Kiên b tru c=b σf2 (c,k)=(b,u) Giá trị SINR tương đương tất định ứng với thuê bao u ∈ Ub tính cách thay Rbcu = βbcu INt vào Định lý [3] sử dụng số biến đổi toán học η¯f,bu = Abu Nt Bbu Nt + Cbu (11) 1) Truyền liệu đường xuống: Ký hiệu Giá trị tất định tương đương lượng liệu xf,bu liệu mà trạm gốc b ∈ C truyền cho đường xuống đạt (tính theo bits/s) thuê bao u ∈ Ub lần sử dụng kênh, khung truyền dẫn ứng với thuê bao u ∈ Ub với E[xf,bu |] = E[|xf,bu |2 ] = Trạm gốc ¯ f,bu =τdd log2 [1 + η¯f,bu ] (12) R b ∈ C sử dụng ma trận tiền mã hoá fbu ∈ CNt ×1 để ánh xạ xf,bu tới ăngten phát Ký hiệu 2)TIN Truyền liệuTHÔNG, đường lên:1,Ký xr,bu TẠP CHÍGauss KHOA trắng HỌC CƠNG VÀ TRUYỀN QUYỂN SỐ hiệu 3, NĂM 2016là z4 bu ∼ CN (0, σf2 ) tạp âm cộngNGHỆ THÔNG u ∈ U truyền cho trạm gốc liệu mà thuê bao b thuê bao u ∈ Ub Ký hiệu trạm gốc sử dụng b ∈ C lần sử dụng kênh với E [x |] = r,bu bị đầu cuối có cơng suất phát cơng suất phát trung bình ký hiệu Giả thiết thiết ] = 1.THƠNG, I2016 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN QUYỂN 1,CN SỐ (0, 3, NĂM E [|x | Ký hiệu z ∼ σ Nt ) trung bình r,bu ký hiệub pr Trạm rgốc pf Thuê bao u ∈ Ub nhận tín hiệu sau tạp âm Gauss trắng cộng trạm gốc b ∈ b ∈ C sử dụng ma trận thu tuyến tính MRCC C U √ phát trung bình ∗như ký hiệu cóGiả cơng suất thiếtwcác thiết t ×1 có cơng suất phát ˆ bị đầu Ncuối để xử lý thu dạng bu = hbbu ∈ C yf,bu = pf λc h fck xf,ck + zf,bu (5) pf Thuê bao u ∈ Ub nhậncbu tín hiệu sau pr Trạm gốc trung bình ký hiệu làxr,bu tín hiệu sau để tách sóng c=1 k=1 b ∈ C sử dụng ma trận thu tuyến tính MRC C U C Uˆ Nt ×1 để xử lý thu ứng với giới hạn λ√ ∗ b hệ số chuẩn hố √ w = h ∈ C có dạng bu bbu∗ ∗ yf,bu = pf λc h fck xf,ck + zf,bu (5) y w h fck xf,ck + zr,b (13) r,bu = pr công suất phát trung bình vàcbu tính sau tín hiệu sau đâybuđể cbu tách sóng xr,bu c=1 k=1 c=1 k=1 C U làb hệ hạn Ký hiệu λb λ với giới (6) = sốUchuẩn hoá ứng √ biến trung gian ∗ ∗ độc lập với Nt sau ∗ f ] E [f wbu hcbu fck xf,ck + zr,b (13) p y = bu r r,bu bu tính sau cơng suất phát trungu=1 bình c=1 k=1 A =ξ (14) r,bu bbu Trong báoλbnày, thiết trạm gốc = giả (6) gian độc lập với Nt sau Ký hiệuBcác biến trung U ∗ ξbcu (15) r,bu = E[fMRT sử dụng ma trận tiền mã u=1hoá bu fbu ] Ma trận tiền c=b Ar,bu =ξbbu (14) mã hoá thiết kế dựa ước lượng kênh σ Trong báo này, giả thiết trạm gốc ˆ tương ứng, tức fbu = hbbu với b ∈ C CB βbck ξbbu (16) (15) r,bu r,bu== + ξbcu ma trậntơitiền mã sử hốdụng MRT Ma trận tiền pr usử∈ dụng Ub Chúng phương pháp c=b (c,k)=(b,u) mã giá hoá trị nàytương thiết kế tất dựađịnh ước lượng kênh tính đương (deterministic σI2Nt vào Định lý [3] ˆ f = h với b ∈ [3], C Thay RbcuC= βbcu tương ứng, tức bbu rãi equivalence) sử bu dụng rộng + βbck ξbbu (16) r,bu = pr tốn học bản, chúng tơi u ∈ sử dụng pháp sau số biến đổi b Chúng [4] để Utìm giá trịtơixấp xỉ tỷ sốphương công suất (c,k)=(b,u) giátrên trị công tương suất đương tất định tíntính hiệu nhiễu tạp(deterministic âm (SINR thu giá trị tất định tương đương SINR Thay INUt b vào bcu = u∈ nhưĐịnh sau lý [3] vớiRthuê baoβbcu sử dụng rộng rãiRatio) [3], ứng - equivalence) Signal-to-Interference-plus-Noise đường sau số biến đổi toán học bản, chúng tơi [4] đểứng tìmvớigiáth trị bao xấp uxỉ∈ tỷ hiệu số công Ar,bu Nt Ub Ký suất số xuống thu giá trị tất định tương đương SINR η ¯ = (17) r,bu tín trung hiệu biến giancông sau: suất nhiễu tạp âm (SINR B∈ Ntnhư + Csau r,bu r,bu u U ứng với thuê bao b - Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) đường U −1 Giá trị tất định tương đương Ar,bu N xuống ứng với thuê bao u ∈ Ub Ký hiệu số t lượng liệu ¯b = ξbbk (7) đường lên đạtη¯r,bu λ = (tính theo bits/s) (17) biến trung gian sau: Br,bu Nt + Cr,bu k=1 khung truyền dẫn ứng với thuê bao u ∈ Ub −1 ¯bξ2 U Abu =λ (8) Giá trị tất định tương đương lượng liệu bbu ¯b = ¯ r,bu =τdu log2 [1 + η¯r,bu ] ξ2bbk (7) đường lênR λ đạt (tính theo bits/s) trong(18) ¯ Bbu (τp ) = (9) λc ξbcu k=1 khung truyền dẫn ứng với thuê bao u ∈ U b 3) Lượng liệu tổng cộng: Giá trị tất định ¯bξ2 Abu =c=b λ (8) bbu tương đương R tổng cộng ¯ r,bulượng σf =τdudữ logliệu ¯r,bu ] cell (18) [1 + η ¯ c βbck ξbbu ¯cξ2 CB (τ(τ (10) λ (9) b truyền khung p )p )== + λ bubu truyền dẫn bcu pf 3) Lượng liệu tổng cộng: Giá trị tất định c=b (c,k)=(b,u) U tương đương lượng liệu¯ tổng cộng cell σf đương tất định ¯ f,bu ¯ = (R + Rr,bu ) (19) R Giá trịCbu SINR tương ứng với thuê ¯ c βbck ξbbu b (τp ) = + (10) b truyền λ khung truyềnNGHỆ dẫn p Tạp chí KHOA HỌC CƠNG u=1 tính cách thay bao u ∈ Ub f đây(c,k)=(b,u) Số - (CS.01) 2016 61 THÔNGUTIN VÀ TRUYỀN THÔNG Rbcu = βbcu INt vào Định lý [3] sử ¯suất ¯ b =công(R B Phân tích R tổng tiêu¯ thụ (19) Giá trị SINR tương tất định f,bu + Rr,bu ) dụng số biến đổi đương toán học bảnứng với thuê u=1 thành phần công suất bao u ∈ Ub tính cách thay Phần phân tích Abu Nt sử tiêu thụ hệ thống khung Rbcu = βη¯bcu =t vào Định lý [3] (11) f,buIN B Phân t Phần nà tiêu thụ c truyền dẫn đề xuất áp hình cơng dẫn MIMO 1) Cơng PRP K khuếch đạ thiết bị Khi đó, ta PRP u Br,bu Nt + Cr,bu (7) (8) (9) (10) flop/Watt) trạm gốc thiết bị đầu cuối Khi ước lượng kênh truyền, trạm gốc b thực phép Giá trị tất định tương đương lượng liệu nhân ma trận Yp,b ∈ C Nt ×τp với ψ u ∈ Cτp ×1 đường lên đạt (tính theo bits/s) Đây phép tính đại số tuyến tính thơng khung truyền dẫn ứng với th bao u ∈ Ub HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG FD-MIMO MẠNG 5Gmột lần khung thường vàTRONG thực ¯ r,bu =τdu log2 [1 + η¯r,bu ] (18) R truyền dẫn Như vậy, ta có 3) Lượng liệu tổng cộng: Giá trị tất định tương đương lượng liệu tổng cộng cell b truyền khung truyền dẫn U g với thuê cách thay g [3] sử (11) ng liệu ∈ Ub (12) ệu xr,bu trạm gốc E[xr,bu |] = (0, σr2 INt ) ốc b ∈ C ¯ f,bu + R ¯ r,bu ) (R ¯b = R (19) u=1 B Phân tích tổng cơng suất tiêu thụ Phần phân tích thành phần cơng suất tiêu thụ hệ thống khung truyền dẫn Cụ thể, báo này, đề xuất áp dụng phiên sửa đổi mơ hình cơng suất tiêu thụ hệ thống truyền dẫn MIMO đa người dùng đề xuất [9] 1) Công suất xạ sóng điện từ ký hiệu PRP Ký hiệu ηBS ηUE hiệu suất khuếch đại công suất tương ứng trạm gốc thiết bị đầu cuối, < ηBS , ηUE ≤ Khi đó, ta có PCE 2U Nt τp = (W) LBS (22) 4) Công suất tiêu thụ khối mã hoá giải mã kênh cell b ∈ C ký hiệu PC/D,b Ký hiệu PCD tổng công suất tiêu thụ (tín theo Watt/bit) để mã hố giải mã bit thơng tin Khi đó, ta có PC/D,b =PCD Rb (W) (23) 5) Công suất tiêu thụ để truyền liệu đường trục ứng với cell b ký hiệu PBT Ký hiệu PBT công suất tiêu thụ (tính theo Watt/bit) để truyền bit liệu qua đường trục Khi đó, ta có PBH,b =PBT Rb (W) (24) 6) Công suất tiêu thụ trình xử lý tín hiệu tuyến tính ký hiệu PLP Trạm gốc thực hai hoạt động xử lý tín hiệu tuyến tính U pp τp pf τdd U pr τdu sau: i) xác định ma trận tiền mã hoá/ma trận thu N T T P HƯƠNG QUẢ SỬ DỤNG NĂNG + HIỆU + (20)LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG TDD FD-MIMO TRONG MẠNG 5G RP = & T T KIÊN: ii) nhân vector ký hiệu cần truyền với ma trận ηUE ηBS ηUE tiền mã hoá nhân tín hiệu thu với ma số hạng công suất Ptrận thểChú tính [9]đầu tiên LP có thu ý hoạtsau động xạ để truyền tín hiệu hoa tiêu, để truyền liệu 2N thực hiện3N khung tU t Ulần +TDD (τt FD-MIMO − τp ) TRONG(W) (25) PLP = đường đểT.truyền liệu lên N T T.xuống HƯƠNGvà & T KIÊN: HIỆU QUẢ đường SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HỆ L THỐNG MẠNG hoạtCỦA động thứ hai thực cho 5G lần sử5 LBS BS 2) Công suất tiêu thụ chuỗi thu phát dụng kênh trình truyền liệu Vì vậy, 7) Cơng suất tiêu thụ cố định ký hiệu chains) đượclần ký hiệu (transceiver TC Ký số hạng lượt là Pcơng suấthiệu PP đượcsuất tínhnày nhưthường sau [9]được dành cho LP(W) Công FIX Pxạ truyền PUE làtín cơng tất BS để hiệusuất hoatiêu tiêu,thụđểcủa truyền dữcác liệu việc làm mát3N 2Nđiều nhà t U khiển t Utrạm, báo hiệu phần tử mạch tử truyền dành riêng chođường ăngten + (τt − τp ) (W) (25) PLP = đường xuốngđiện để liệu lên xử lý băng tần gốc LBS LBS tương ứng trạm gốc thiết bị đầu cuối Chú 2) Công suất tiêu thụ chuỗi thu phát 8) Công suất tiêu thụ tổng cộng cell b 7) Công suất tiêu thụ cố định ký hiệu ý PBS PUE không phụ thuộc vào Nt , U (transceiver chains) ký hiệu PTC Ký hiệu ký hiệu Pb tính tốn tổng PFIX (W) Cơng suất thường dành cho tốc độ liệu Do ăng-ten hoạt động PBS PUE công suất tiêu thụ tất tất thành phần cơng suất tiêu thụ việc làm mát nhà trạm, báo hiệu điều khiển khung truyền dẫn nên ta có [14] phần tử mạch điện tử dành riêng cho ăngten nêu Cụ thể, ta có xử lý băng tần gốc tương ứngPTC trạm đầu cuối.(21) Chú =Ntgốc PBSvà + ởUthiết PUE bị (W) 8) Công tiêu tổng cộng cell b Pb =Psuất PTCthụ +P PC/D,b RP + CE + ý PBS PUE không phụ thuộc vào Nt , U ký hiệu P tính tốn tổng b 3)tốc Cơng tiêu thụ trình lượng + PBH,b + PLP + PFIX bằng(26) độ suất liệu Do ăng-ten đềuước hoạt động tất thành phần công suất tiêu thụ estimation) hiệu PCE kênh trong(channel khung truyền dẫnđược nên ký ta có [14] Rb Cụ (23) and (24) giá trị tất Thay thếtrên nêu thể, ta có Ký hiệu LBS LUE hiệu suất tính tốn dạng ¯ b thay kết nhận định tương đương R + U Ptrên (W) (hay (21) TC =N UE Joule số phépPtoán giát PtrịBSphức số + PCE + PP¯C/D,b RP + Ptôi TCnhận b =Pchúng vàoP(26), b giá trị flop/Watt) trạm gốc thiết bị đầu cuối Khi 3) Công suất tiêu thụ trình ước lượng tất định tương + P + P + P (26) đương công tiêu thụ tổng LP suất FIX BH,b ước lượng kênh truyền, trạm gốc b thực phép P kênh (channel estimation) ký hiệu CE cộng ứng với cell b nhân ma trận Yp,b ∈ C Nt ×τp với ψ u ∈ Cτp ×1 Thay Rb (23) and (24) giá trị tất Ký hiệu LBS LUE hiệu suất tính tốn dạng ¯ b thay kết nhận Đây phép tính đại số tuyến tính thơng định tương đương R số phép toán giá trị phức Joule (hay số Hiệuvào sử dụng lượngđược P¯b giá trị thường thực lần khung C.được (26), chúngnăng nhận flop/Watt) trạm gốc thiết bị đầu cuối Khi truyền dẫn Như vậy, ta có tất địnhquả tương đươngnăng lượng công suất tổng Hiệu sử dụng tiêu cell thụ b ước lượng kênh truyền, trạm gốc b thực phép b cộng ứng với cell N ×τ τ ×1 EE tính tỷ số lượng ký hiệu 2U Nt τtp p với ψ u ∈ C p b Yp,b nhân ma trận PCE = ∈ C (W) (22) LBS Đây phép tính đại số tuyến tính thơng liệu tổng cộng truyền thành công truyền dẫn tổng công suất tiêu thụ C khung Hiệu sử dụng lượng thường vàKHOA thực mộtNGHỆ lần khung chí HỌC Rb 4)Tạp Cơng suất tiêu thụCƠNG khốiSố mã 2016 -hố (CS.01) 62 EE = (bit/J) Vì vậy, giá tương ứng Tức b truyền dẫn.TIN Như ta có THƠNG THƠNG VÀvậy, TRUYỀN Hiệu sử dụng năngPb lượng cell b giải mã kênh cell b ∈ C ký hiệu trị tất định tương đương hiệu sử dụng ký hiệu EEb tính tỷ số lượng 2U Nt τp công suất tiêu thụ PC/D,b Ký hiệuP PCD tổng lượng cell b tính sau (W) (22) CE = liệu tổng cộng truyền thành cơng L (tín theo Watt/bit) để mã hoá BS giải mã bit ¯trên khung truyền dẫnR tổng công suất tiêu thụ b thơng tin Khi đó, ta có tất định tư cộng ứng C Hiệu q Hiệu q ký hiệu liệu tổ khun tương ứng trị tất địn lượn Chú ý rằn kết qu phân tích trường Ngoài ra, sử d IV KẾT Trong p thơng tin giác đó, tr m trí phân b cell Do đến th chưa hiệu tuyến tính ký hiệu PLP Trạm gốc thực hai hoạt động xử lý tín hiệu tuyến tính sau: i) xác định ma trận tiền mã hoá/ma trận thu ii) nhân vector ký hiệu cần truyền với ma trận NG NĂNG LƯỢNG CỦA HỆhoá THỐNG TDD FD-MIMO TRONG tiền mã nhân tín hiệu thuMẠNG được5G với ma trận thu Chú ý hoạt động trong suất Pthực thể đượclần tính sau khung [9] LP có hoạt động thứ hai thực cho lần sử n liệu 2Nt U 3Nt U + (τ − τ ) (W) P = dụng kênh trình truyền liệu Vì(25) vậy, t p LP g lên LBS LBS thu phát 7) Công suất tiêu thụ cố định ký hiệu Ký hiệu PFIX (W) Công suất thường dành cho tất việc làm mát nhà trạm, báo hiệu điều khiển ột ăngten xử lý băng tần gốc cuối Chú 8) Công suất tiêu thụ tổng cộng cell b vào Nt , U ký hiệu Pb tính tốn tổng hoạt động tất thành phần công suất tiêu thụ 4] nêu Cụ thể, ta có (21) Pb =PRP + PTC + PCE + PC/D,b ước lượng u PCE án dạng e (hay số cuối Khi phép ∈ Cτp ×1 nh thơng khung (22) mã hố ý hiệu t tiêu thụ ã bit (23) ệu đường Ký hiệu att/bit) để đó, ta có (24) xử lý tín Trạm gốc uyến tính a trận thu i ma trận ợc với ma ng lần sử u Vì vậy, Trong phần này, chúng tơi mơ mạng thơng tin di động có cell, cell có hình lục giác bố trí Hình Trong đó, trạm gốc đặt trung tâm cell đượcNguyễn miêu tảThị hình tròn.Trương Th bao cóKiên vị Thanh Hương, Trung trí phân bố ngẫu nhiên diện tích cell miêu tả hình chữ nhật KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN V Do đến thời điểm TẠP báoCHÍ gửi đăng, 3GPP chưa thống tham số cho hệ thống thông tin di động 5G phát triển LTE/LTEAdvanced Vì vậy, chúng tơi sử dụng phần tham số hệ thống thông tin di động Tên tham 4G LTE/LTE-Advanced xây dựng kịch mơ Cơng su Ví dụ, mơ hình suy hao đường truyền Công su 128, 1+37, log10 (d) với d > 0, 035km khoảng Tần số s cách truyền dẫn tính theo km Bảng IV trình bày Mật độ số tham số hệ thống dùng mô Băng th Chúng khảo sát hiệu sử dụng Thời gia lượng cell trung tâm Hình Tăng ích Tăng ích + PBH,b + PLP + PFIX (26) Hệ số tạ Thay Rb (23) and (24) giá trị tất Hệ số tạ ¯ b thay kết nhận định tương đương R Hiệu su vào (26), nhận P¯b giá trị Hiệu su tất định tương đương công suất tiêu thụ tổng Hệ số k Thuê cộng ứng với cell b BS bao Trạm gốc (BS) Hệ số k UE C Hiệu sử dụng lượng Hình Mơ hình mạng mơ gồm cell Công su Hiệu sử dụng lượng cell b Công su ký hiệu EEb tính tỷ số lượng Hình trình bày kết mô hiệu sử ăng liệu tổng cộng truyền thành công dụng lượng hệ thống MIMO sử dụng Công su khung truyền dẫn tổng công suất tiêu thụ nhiều ăngten trạm gốc dạng hàm số Nt ăng Rb tương ứng Tức EEb = Pb (bit/J) Vì vậy, giá cho giá trị khác U ∈ {6, 12, 18, 24}, Công su trị tất định tương đương hiệu sử dụng τp = U , τdd = τdu = (τt − τp )/2 Từ kết hóa g lượng cell b tính sau mơ trên, có số nhận Công su ¯b xét sau Trước hết, với U cố định, hiệu R liệu EE b = ¯ (bit/J) (27) sử dụng lượng hệ thống hàm Pb lồi số ăng-ten trạm gốc Điều Chú ý kết (27) τdu = giải thích dựa vào tốc độ tăng tốc độ bit tổng kết [10] Nói cách khác, kết cộng tổng công suất tiêu thụ tăng Nt gốc, số lư phân tích hiệu lượng báo Chú ý rằng, tổng công suất tiêu thụ hàm trạm trường hợp tổng quát kết [10] tuyến tính bậc Nt Trong đó, tốc độ phép Ngoài ra, đặt τdd = 0, ta thu hiệu Hình bit tổng cộng hàm logarithm Nt Vì sử dụng lượng đường lên vậy, miền giá trị Nt nhỏ, tăng Nt , hiệu sử dụng nă sử dụng lượng hệ thống tăng gần nhiều ă V IV.KẾT KẾTquả QUẢmơ MƠphỏng PHỎNGvà VÀ tính TÍNH tốn TỐN số SỐ tuyến tính Nếu tiếp tục tăng Nt , đến Nt cho tr thời điểm định, tốc độ tăng tốc độ bit với Nt cho Trong phần này, mô mạng tổng cộng chậm tốc độ tăng tổng công U ≤ Nt / thông tin di động có cell, cell có hình lục suất tiêu thụ, khiến cho hiệu sử dụng hiệu s giác bố trí Hình Trong lượng hệ thống bắt đầu giảm Tiếp theo, với thống Tuy đó, trạm gốc đặt trung tâm cell U ∈ {6, 12, 18, 24}, số ăng-ten trạm gốc tối lượn miêu tả hình tròn Th bao có vị ưu hiệu sử dụng lượng tương ứng bao s trí phân bố ngẫu nhiên diện tích Nt∗ = {44, 60, 68, 76} Hiện nay, số cơng ty Hình cell miêu tả hình chữ nhật triển khai thử nghiệm số hệ thống thông dụng Do đến thời điểm báo gửi đăng, 3GPP Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 63 Số - (CS.01) tin di 2016 động THƠNG MIMO có tới 128 ăngten nhằm mục cỡ lớn chưa thống tham số cho hệ thống TIN VÀ TRUYỀN THÔNG đích nghiên cứu thử nghiệm Có thể nhận thấy, kênh cho b để tối ưu hiệu sử dụng lượng hệ trạm gốc c thống MIMO sử dụng nhiều ăng-ten trạm U = 24 th Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệuquả quảsử sửdụng dụngnăng nănglượng lượngtrung trungbình bình[Mbit/Joule] [Mbit/Joule] Hiệu t t t t t t t t t t Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệuquả quảsửsửdụng dụngnăng nănglượng lượngtrung trungbình bình[Mbit/Joule] [Mbit/Joule] Hiệu Hiệu sử d Nt = 128 ăngten gốcNtối ưu Giá trị tối ưu nằm giới hạn thời điểm định, tốc độ tăng tốc độ bit với t cho trước, việc tăng U (sao cho điều kiện Nt = 84 ăngten cho phép cácTDD công nghệ tạosẽ ăngten hiện7 U ≤ ) thoả chế mãn) làm5G.tăng HƯƠNG tổng cộng chậm tốc độ QUẢ tăngSỬ tổngNĂNG côngLƯỢNG t /2THỐNG N T T & T T.hơn KIÊN: HIỆU DỤNG CỦANHỆ FD-MIMO TRONG MẠNG N CỦA HỆ THỐNG TDD FD-MIMO TRONG MẠNG 5G N T T T T HƯƠNG HƯƠNG & & T T T T KIÊN: KIÊN: HIỆU HIỆU QUẢ QUẢ SỬ SỬ DỤNG DỤNG NĂNG NĂNG LƯỢNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG TDD FD-MIMO TRONG MẠNG 5G Bên cạnh đó, với số ăngten trạm gốc hệ suất tiêu thụ, khiến cho hiệu sử dụng hiệu sử dụng lượng trung bình củacho trước,4 tăng th lượng bao góp Tuy số nhiên, tăngmột hiệucell quảcósửthểdụng lượng3.23.2của hệ thống bắt đầu giảm Tiếp theo, với thống N = 76 ăngten, U = 24 thuê bao/cell 1.63.2 N = 76 ăngten, U = 24 thuê bao/cell phần làm tăng hiệu sử dụng lượng Một 12DỤNG 24 LƯỢNG 30 CỦA 36 HỆ THỐNG HIỆU SỬ18, TRONG 5G = 76 ăngten, U 42 = 24 thuê bao/cell năng3.5lượng trung MẠNG bình hệUthống thuê NN = 96 ăngten, = thuê bao/cell U ∈ QUẢ {6, 12, 24}18 ,NĂNG số bao ăng-ten trạm gốc42 tối FD-MIMO Số thuê cell N =FD-MIMO 96 ăngten, UTRONG = 42 thuêMẠNG bao/cell 5G N T T HƯƠNG & T T KIÊN: HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG hướng LƯỢNG3.5 CỦA HỆ THỐNG TDD = theo 96ăngten, ăngten, =60 42thuê thuê bao/cell = 128 UU=xác bao/cell NN nghiên cứu tiếp định tìm cách 3.5 bao giảm ưu hiệu sử dụng lượng tương ứng N = 128 ăngten, U = 60 thuê bao/cell N = 128 ăngten, U = 60 thuê bao/cell 2.8 định số ăngten tối ưu trạm gốchiệu với số ∗ {44, Hình Ảnh hưởng số thuê bao cell lên hiệu xác N 60, Hình trình bày kết quảtạimô quảthuê sử 3.2 68, 76} Hiện nay, số công ty t =2.8 2.8 34 N = 76 ăngten, U = 24 thuê bao/cell sử dụng lượng trung bình với số ăng-ten trạm bao cell cho trước Một hướng nghiên triển khai thử nghiệm số hệ thống thông dụng2.5năng lượng thống tin MIMO N hệ = 96 ăngten, U = 42thông thuê bao/cell 2.53.5 gốc cho trước cứurấtkhác hiệu quảgian 2.5 khảo sát N = 128 ăngten, Unăng = 60 dò thuêlượng bao/cell tin di2.4động MIMO có tới 128 ăngten nhằm mục cỡ lớn hàm số thời ướccủa lượng 2.8 hệ thống FD-MIMO sử dụng phương pháp xử 2.4 đích nghiên cứu thử nghiệm Có thể nhận thấy, kênh cho 2.4 ba cấu hình hệ thống khác nhau: i) lý tín hiệu tuyến tính phức tạp 2.5 có Nt = 76 ăngten phục vụ đồng thời để tối ưu hiệu sử dụng lượng hệ trạm 1.5 gốc 1.5 1.5 thống MIMO2.4 sử dụng nhiều ăng-ten trạm U = 24 thuê bao, ii) trạm gốc có Nt = 96 U = UEs/cell LỜI CẢM ƠN UEs/cell U U=U=12 ăngten 2và phục vụ đồng thời U = 42 thuê bao = 6UEs/cell UEs/cell U = 12 UEs/cell 1.5 U =U18 UEs/cell = 12 UEs/cell 0.5 ơn Phòng thí nghiệm Hệ thống Vô tuyến Cảm 18UEs/cell UEs/cell iii) trạm gốc U U=U=24 0.5 = 18 UEs/cellcó Nt = 128 ăngten phục 0.5 U 2= 24 UEs/cell dụng, Học viện Cơng nghệ Bưu U = 24 UEs/cell Ứng U =60 UEs/cell 1.6 vụ đồng thời U = thuê bao Giả thiết 20 40 60 U = 12 80 UEs/cell 100 120 140 160 180 1.6 00 300 600 900 1200 1500 20 40 60 Số ăng-ten 80 100 trạm gốc 120 140 160 180 1.6 Viễn thơng trợ trình thực1800 00 300dòhỗ 600 900[sốquá 1200 1500 1800 = 18 80 UEs/cell 100 60 U τ 120 nhận 140 thấy 160 180 gian lượng kênh sử dụng kênh] 0.5 τdd = τ20du =40 (τt − )/2 tạiCó thể Thời 300dòvàvàước 600 900 [sốlần 1500 1800 Số ăng-ten trạm gốc Thời gian ước lượng kênh lần1200 sử dụng kênh] U Số =p 24ăng-ten UEs/celltại trạm gốc Thời gian dò ước lượng kênh [số lần sử dụng kênh] báo hiệu sử 1.6 dụng lượng hệ thống giảm t t 20 40 80 ăng-ten 100 120 140 160 lên 180 Hình Ảnh hưởng số60 lượng trạm gốc 300 600 900 dò 1200ước lượng 1500 1800 (τ ) Hình Ảnh hưởng thời gian kênh p Hình hưởng số lượng trạm gốc lên ăng-ten ăng-ten trạm gốc Hình Ảnh hưởng dò ước lượng kênh (τ Thời gian dò ướcthời lượnggian kênh [số lần sử dụng kênh] theo thời gian dònăng ước lượng kênh Điều có Hìnhquả Ảnh Ảnh hưởng số Số lượng số trạm gốcbao lên lên hiệu sử dụng lượng trungtạiăng-ten bình với th Hình Ảnh giantrung dò vàbình ước lượng (τpp)) hiệu4.quả sửhưởng dụng năngthời lượng với số kênh ăng-ten hiệu sử dụng lượng trung bình với số thuê bao ÀI LIỆU THAM KHẢO T lên hiệu sử dụng lượng trung bình với số ăng-ten hiệu sử dụng trung bình kênh với số tối thuêưu bao lên cell cho trước nghĩa Hình thời gian dò lượng ước lượng hiệugốc quảvàsửsốdụng lượngmột trung số ăng-ten trạm thuê bao cellbình cho với trước Ảnh hưởng số lượng ăng-ten trạm gốc lêntại trước 4.gốc Ảnhvàhưởng bao thời gian dòmột ước lượng kênh (τp ) trạm số thuê cell cho trước một cell cell2.cho cho trước tạiHình trạm gốc số thuê bao cell cho trước.T L F Rusek, D Persson, B K Lau, E G Larsson, số thuê bao trongnăng mộtlượng cell Nhận hiệu sử dụng trung bình định với số thuê bao [1] lên hiệu sử dụng lượng trung bình với số ăng-ten O.sốEdfors, F Tufvesson, “Scaling up cho sử trước tạiMarzetta, trạm gốc thuê baoand cell cho trước phùtrong hợpmột vớicellviệc dụng kênh hoa tiêu trực MIMO: Opportunities and challenges with very large V.V KẾT LUẬN T T HƯƠNG & T T KIÊN: HIỆUtin QUẢMIMO SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TDD FD-MIMO TRONG MẠNG 5G giao N.3.6 hệ thống thông cỡ lớnCỦA HỆ THỐNG KẾT LUẬN arrays,” IEEE Signal Processing Mag., vol 30, no 1, V KẾT LUẬN V KẾT LUẬN 3.6 N T T HƯƠNG & T T KIÊN: HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG TDD FD-MIMO TRONG MẠNG 5G đề xuất pp 40–60, Jan 2013 mô Trong báo 3.6 V.này, KẾTchúng LUẬNtôi Trong báo đề xuất Nbài = 76 ăngten, U = 24này, thuê bao/cell Trong báo này, đề xuấtnăng 3.6 phương pháp phân hiệu sử dụng N = 96 ăngten, U = 42tích thuê bao/cell 3.54 phương Trong báo này, đề xuất pháp phân tích hiệu sử dụng N = 76 ăngten, U = 24 thuê bao/cell phương pháp phân tích hiệu sử dụng N = 128 ăngten, U = 60 thuê bao/cell 3.2 lượng hệ thống cell Npháp =một 96 ăngten, U = 42 thuê bao/cell 3.2 phương phân tích hiệuFD-MIMO sử dụngđa 3.5 lượng hệ thống FD-MIMO đa cell 3.2 lượng thống FD-MIMO đa cell ăngten, Uhệ = 60 thuê bao/cell N = 128 Phương pháp dựa cách tiếp cận tìm 3.2 lượng pháp hệ thống FD-MIMO đa tìm cell.giá Phương dựa cách tiếp cận giá 2.53 Phương pháp dựa trênmột cách tiếpcậncận tìm giá trị tất định tương đương mơ thực Phương pháp dựa cách tiếphình tìm giá 2.8 trị tất định tương đương mô hình thực 2.8 2.5 trị tất định tương đương mơ hình thực 2.8 trị cơng tất định tương đương mộtmạng mơ hình thực tếtếvề suất tiêu thụ Kết mô 2.8 suất tiêu thụ mạng Kếtquả mô tếtếvề vềvềcông công suất tiêu thụthuê trongbao mạng mô côngthấy suất với tiêu số thụ mạng KếtKết mô 1.52 cho cell cho thấy với số thuê bao cell cho thấy với số thuê bao cell 2.4 cho thấy với số thuê bao cell 1.5 Nt = 144 ăngten cho trước, tồn giá trị số ăngten trạm 2.4 cho trước, tồn giá trị số ăngten trạm 2.4 2.4 Nt = 144 ăngten cho tồn mộtưu giá trịsố sốăngten ăngten trạm cho trước, tồn giá trị trạm N =ăngten 144 ăngten = 144 Nt N =t 128 ăngten gốc tốitrước, ưu Giá trị tối nằm trongtrên giới hạn 0.51 gốc tối ưu Giá trị tối ưu nằm giới hạn Nt = 128 ăngten N = 128 ăngten gốc tối ưu Giá tối ưu nằm giới hạn N = 128 ăngten gốc tối ưu Giá trị tối ưu nằm giới hạn Nt =t 84 ăngten cho phép công nghệ chế tạo ăngten Nt = 84 Năngten = 84 ăngten 0.5 Nt = 84 ăngten cho phép công nghệ chế tạo ăngten cho phép công nghệ chế tạo ăngten cho công nghệ1800chế tạo ăngten 300 phép 600 900các 1200 1500 2 Bên cạnh đó, với số ăngten trạm gốc cho Thời gian dò ước lượng kênh [số lần sử dụng kênh] Bên cạnh900đó, đó, với số ăngten gốc chocho Bên cạnh với số ăngten trêntrạm trạm gốc đó, với số ăngten 300 Bên 600cạnh 1200 1500 1800 trạm gốc cho trước, tăng sốsốkênh thuê cell góp Thờitrước, gian dò tăng ước lượng [số lầnbao sử dụngtrong kênh] th góp Hình Ảnh hưởng số lượng ăng-ten trạm gốc lên Hình Ảnh trước, cell góp hưởng tăng thờisố gianthuê dò bao ước lượng kênh (τp )cell trước, tăng số thuê bao cell góp 1.6 sử 1.6 hiệu dụng lượng trung bình với số thuê bao phần làm tăng hiệu sử dụng lượng Một 12 18 24 30 36 42 lên hiệu sử dụng lượng trung bình với số ăng-ten 1.6 phần làm tăng hiệu sử dụng lượng Một 12 số lượng 18 ăng-ten 24 trạm 30 gốc lên 36 42 Hình Ảnh hưởng phần làm tăng hiệu sử dụng lượng Một 1.6 12 18 24 30 36 42 Hình Ảnh hưởng thời gian dò ước lượng kênh (τ ) Số18 thuê bao mộttrong cell p lượng Một 6một cell 12 cho trước Sốtrong thuê bao cell 36 phần làm tăng hiệu sử dụng 24 30 42 trạm gốc số thuê bao cell cho trước thuê bao trongbình cell số thuê bao hiệu sử dụng năngSố lượng trung nghiên cứu xác định định tìm cách nghiên cứu xác tìm cách lên hiệuhướng hướng sử dụng lượng trung bình với sốlàăng-ten Số thuê bao với cell hướng nghiên cứu định tìm cách cell cho trước hướng nghiên cứu xác xác định tìm cách trạm xác gốc vàđịnh sốđịnh thuê bao mộttối cellưu cho trước xác số ăngten tối ưu trạm gốc với số thuê số ăngten trạm gốc với số Hìnhhưởng Ảnhcủa hưởng số thuê bao trongcell mộtlên cellhiệu lên hiệu xác định số ăngten tối ưu trạm gốc với sốthuê Hình Ảnh số thuê bao thuê Hình Ảnh hưởng số thuê bao cell lên hiệu xác định số ăngten tối ưu trạm gốc với số thuê sửhưởng dụng lượng trung bình số cell ăng-ten trạmbaobao Hình Ảnhnăng trung số thuê baovới hiệu mộtLUẬN cellcho cho trước trước Một hướng nghiên V KẾT sử dụng lượng bình số với ăng-ten tạilêntrạm cell Một hướng nghiên sử dụng lượng trung bình với số ăng-ten trạm 3.6 bao cell cho trước Một hướng nghiên gốc cho trước sử dụng lượng trung bình với số ăng-ten trạm bao cell cho Mộtlượng hướng nghiên gốc cho trước cứu khác khảo sát hiệu Trongcứu báo này, đề trước xuất V.là KẾT LUẬN khác khảo sát hiệu lượng gốc cứu khác khảo sát hiệu lượng 3.6 gốc cho cho trước trước cứu khác khảo sát hiệu lượng hệ thống FD-MIMO sử dụng phương pháp xửxử phương pháp phân tích hiệu sử dụng Trong báo FD-MIMO này, đề xuấtcác hệ thống sử dụng phương pháp 3.2 hệ thống FD-MIMO sử dụng phương pháp lượng hệ thống FD-MIMO đa cell lýthống tín hiệu tuyến tính phức tạpnăng hơn.phương pháp xử FD-MIMO sử dụng xử phươnglýhệ pháp phân tích hiệu sử dụng tín hiệudựatuyến tính phức tạp Phương pháp cách tiếp cận đa tìm giá lý tuyến tính phức tạp 3.2 lượng mộthiệu hệ thống FD-MIMO lý tín tín hiệu tuyến tính phức tạpcell trị tất định tương mơ hình LỜI CẢM ƠN 2.8 Phương pháp nàyđương dựa cách tiếp cậnkhá tìmthực giá ăngten phục vụ đồng thời U = 42 thuê bao LỜI CẢM ƠN tếtrịvề công suất tiêu thụ mạng Kết mơ tất định tương đương mơ hình thực LỜI CẢM ƠN 2.8 phục vụ đồng thời U = 42 th bao Cảm ơnsốPhòng thí nghiệm Hệ thống Vô tuyến ăngten LỜI CẢM ƠN iii) vụ trạm gốc có Nt U = 128 ăngten phục cho thấy với thụ thuê bao cell ăngten phục đồng thời == 42 bao tế công suấtỨng tiêu mạng Kết mô ăngten trạm phụcgốc vụ có đồng thời Uăngten 42 thuê th bao Cảm ơn Phòng thí nghiệm Hệ thống Vơ tuyến dụng, Học viện Cơng nghệ Bưu 2.4 iii) Nt = 128 phục Cảm ơn Phòng thí nghiệm Hệ Vơ tuyến vụ đồng thời U = 60 thuê bao Giả thiết cho trước, tồn giá trị số ăngten trạm = 144 ăngten cho Cảm thấy với thuê bao Hệ cell thống iii) trạm gốc có Nt ==N128 ăngten phục ơnsốPhòng thí nghiệm thống Vơhiện tuyến iii) trạm gốc có Nt 128 ăngten phục Ứng dụng, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng hỗ trợ q trình thực N = 128 ăngten gốc tối ưu Giá trị tối ưu nằm giới hạn 2.4 vụ đồng thời U = 60 thuê bao Giả thiết τ = τ = (τ − τ )/2 Có thể nhận thấy Ứng dụng, Học viện Cơng nghệ Bưu t p dd du cho trước, tồn giá trị số ăngten trạmnghệ Bưu N = 144 ăngten vụ đồng thời U = 60 thuê bao Giả thiết Ứng dụng, Học viện Công N bao = 84 ăngten vụ =đồng thời 60 Giảhệ thiết báo thông hỗ trợ thực cho phép nghệ chế tạotrong ăngten N = 128 nhận ăngten hiệu lượng thống giảm = ττdd ττdu (τ(τtUsử −−=τdụng thuê Có thể thấy gốc tốiViễn ưu Giá trịcông tối ưu nằm giới hạntrình Viễn thơng hỗ trợ q trình thực = = τpτp)/2 )/2 Có thể nhận thấy Viễn thông hỗ trợ trình thực t dd du 84 ăngten N =thể Bên cạnh đó, với số ăngten trạm gốc cho τ = τ = (τ − )/2 Có nhận thấy báo t p lượng cho củabáo công nghệ chế tạo ăngten dd quảtheo du thời gian dò ước lượnghệkênh Điều phép có hiệu thống giảm 2sử dụng LIỆU THAM KHẢO hiệu sử TÀI trước, tăng sốbáo thuê baosốtrong cell góp cạnh đó, với ăngten trạm gốc cho hiệuthời sử dụng dụng lượng hệ hệ thống thống giảm nghĩa thờinăng gian lượng dò ước lượng kênhgiảm tối Bên ưu theo 1.6 gian dò ước lượng kênh Điều có phần làm tăng hiệu sử dụng lượng Một gian 12 dò 18 ước24 lượng 30 kênh 36 42 theo thời Điều có trước, tăng số thuê bao cell góp [1] F Rusek, D Persson, B K Lau, E G Larsson, T L T ÀI LIỆU THAM KHẢO Số thuê bao cell số thuê bao cell Nhận định theo thời giangian dò ước lượnglượng kênh.kênh Điềutối có nghiên cứu nghĩa làlà1.6thời dò ước ưu ÀI LIỆU THAM KHẢO hướng xác định tìm cách Marzetta, O Edfors, and F Tufvesson, phần làm tăng hiệu T sử dụng lượng Một 6thời 12 18 24 ước30 lượng 36 42 ÀI LIỆU THAM KHẢO “Scaling up T nghĩa gian dò kênh tối ưu phù hợp với việc sử dụng kênh hoa tiêu trực Sốdò thuê bao celllượng kênh tối ưu nghĩa thờibao gian vàbao ước xác địnhnghiên số ăngten tối trạm với số thuê [1] F cứu Rusek, D Persson, B K.tìm Lau, E G Larsson, T L MIMO: Opportunities and challenges with very large Hình Ảnh hưởng số thuêmột cell lênđịnh hiệu số3.làthuê cell.mộtNhận hướng tiếpưu theo xácgốc định cách F Rusek, D Persson, B K Lau, E G Larsson, T L thuê bao Nhận định giao hệ thống thông MIMO cỡ bao lớn [1] [1] F Rusek, D Persson, B K Lau, E G Larsson, số sử dụng lượng trung bình vớicell số tin ăng-ten trạm arrays,” IEEE Signal Processing Mag., vol 30, no 1,T Marzetta, O Edfors, and F Tufvesson, “Scaling upL cell cho trước Một hướng nghiên số thuê bao cell Nhận định xác định số ăngten tối ưuO.tạiEdfors, trạm gốc vớiF.sốTufvesson, thuê Hình trước Ảnh hưởng số sử thuê dụng bao cell lêntiêu hiệu trực phù hợp với việc kênh hoa Marzetta, and “Scaling up gốc cho Marzetta, O Edfors, and F Tufvesson, “Scaling up pp 40–60, Jan 2013 mô phù hợp với việc sử dụng kênh hoa tiêu trực MIMO: Opportunities and challenges with very large cứu khác khảo sát hiệu lượng quảphù sử dụng lượng trungsử bình với sốkênh ăng-tenhoa trạm bao cell choOpportunities trước Một hướng nghiên with very large hợp với việc dụng tiêu trựctrong mộtMIMO: and challenges giao hệ thống thông tin MIMO cỡ lớn MIMO: Opportunities and challenges with very large arrays,” IEEE Signal Processing Mag., vol 30, no 1, gốctrong cho trước hệ thống FD-MIMO sử dụng phương pháp xử giao hệ thống thông tin MIMO cỡ lớn khảo sát hiệu quảSignal Processing lượng arrays,” IEEE giaomô hệ thống thông tin MIMO cỡ rấtlýcứu lớnkhác arrays,” IEEE Signal Processing Mag., Mag., vol vol 30, 30, no no 1, 1, pp 40–60, Jan.tạp 2013 hiệuFD-MIMO tuyến tính sử phức hệtín thống dụng phương pháp xử pp pp 40–60, 40–60, Jan Jan 2013 2013 mô mô phỏng lý tín hiệu tuyến tính phức tạp LỜI CẢM ƠN Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ ăngten phục vụ đồng thời U = 42 thuê bao Số (CS.01) 2016 64 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Cảm ơn Phòng LỜI thí nghiệm Hệ thống Vơ tuyến CẢM ƠN 2.8 2.8 2.4 2.4 2 1.6 20 Hiệu sửnăng dụnglượng lượng trung[Mbit/Joule] bình [Mbit/Joule] Hiệu sửquả dụng trung bình 1.6 20 U = UEs/cell U = 12 UEs/cell UU==18 UEs/cell UEs/cell UU==24 12UEs/cell UEs/cell t t U = 18 UEs/cell 40U = 24 60 100 120 UEs/cell 80 Số ăng-ten trạm gốc 40 60 140 80 100 120 Số ăng-ten trạm gốc 140 160t 160 180 Hiệu sửnăng dụnglượng lượng trung[Mbit/Joule] bình [Mbit/Joule] Hiệu sửquả dụng trung bình 3.2 Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệu sửnăng dụnglượng trung lượngbình trung bình [Mbit/Joule] Hiệu sửquả dụng [Mbit/Joule] Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệuquả quảsử sửdụng dụngnăng nănglượng lượngtrung trungbình bình[Mbit/Joule] [Mbit/Joule] Hiệu 3.2 t t t t t t 180 t t t t t t iii) Nt thời = 128 phục ăngten trạm phục gốc vụ có đồng U ăngten = 42 thuê bao Cảm Ứng ơn dụng, Họcthíviện CơngHệnghệ Bưu Phòng nghiệm thống Vơ tuyến vụ đồng thời U = 60 th bao Giả thiết iii) trạm gốc có Nt = 128 ăngten phục Viễn thông hỗ trợ trình thực Ứng dụng, Học viện Cơng nghệ Bưu τvụ = τ = (τ − τ )/2 Có thể nhận thấy t = p60 thuê bao Giả thiết dd đồng du thời U báothông hỗ trợ trình thực Viễn hiệu sử dụng lượng hệ thống giảm τdd = τdu = (τt − τp )/2 Có thể nhận thấy theo dò vànăng ước lượng lượng kênh có báo hiệu thời gian sử dụng hệĐiều thống giảm [2] T L Marzetta, “Noncooperative TẠP CHÍ KHOA HỌCwireless CƠNG NGHỆ VÀ TRUYỀN THÔNG, QUYỂN 1, SỐ 3,MultipleNĂM 2016 cellular with THÔNG MIMOTIN(Full-Dimension Multiple-Input unlimited numbers of base station antennas,” IEEE Output) and has been chosen as one of the key Trans Wireless Commun., vol 9, no 11, pp 3590– technologies for the fifth generation [2] T L Marzetta, “Noncooperative cellular wireless with candidate MIMO (Full-Dimension Multiple-Input Multiple3600, Nov 2010 (5G) cellular networks Much prior work FDunlimited numbers of base station antennas,” IEEE Brink, M HỌC Debbah, “Massive Output) and has been chosen one of on the key [3] J Hoydis, S ten TẠP CHÍand KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG, QUYỂNas 1, SỐ 3, NĂM 2016 Trans Wireless Commun., vol 9,networks: no 11, How pp 3590– Nguyễn Thị Thanh Hương, Trương Trung Kiên MIMO in the UL/DL of cellular many MIMO, however, focused either on generation improving candidate technologies for the fifth 3600, Nov antennas do2010 we need?” IEEE J Sel Areas Commun., sum-rate for a given power consumption or on (5G) cellular networks Much prior work on FD[3] J Hoydis, ten 160–171, Brink, and M Debbah, “Massive vol 31, no 2,“Noncooperative pp February 2013 users maymake a breakthrough inunder data rates in cellular [2] T L Marzetta,S cellular wireless with MIMO (Full-Dimension Multiple-Input Multiplereducing power consumption constraint MIMO in the UL/DL of cellular networks: How many MIMO, however, focused either onaas improving [4]unlimited K T Truong and R Heath, Jr., antennas,” “Effects of IEEE channel networks numbers of W base station This technology is often known FD-MIMO Output) and has been chosen as one of the key antennas we need?” J no Sel.J.11, Areas minimum rates.power Some consumption prior work considaging in massive MIMOIEEE systems,” Commun Net- of sum-rate for date a Multiple-Input given or and on Trans Wireless Commun., vol 9, pp.Commun., 3590– (Full-Dimension MultipleOutput) candidate technologies for the fifth generation vol 31, no 2, pp 160–171, February 2013 works, 14, no 4, pp 338–351, Aug 2013 ered energy efficiency of key FD-MIMO systems but 3600, Nov.vol 2010 reducing power consumption under a constraint has been chosen as one of the candidate technologies T Truong and R W and Heath, of “Energy channel (5G) cellular networks Much prior work on FD[5]J K H Q Ngo, G.Brink, Larsson, andM.T.Jr., L.“Effects Marzetta, [3][4] Hoydis, S E ten Debbah, “Massive only single-cell scenarios and hence of minimum date rates Some priornetworks work ignored considtheforfifth generation (5G) cellular Much aging massive MIMO systems,” Commun Net- for and spectral efficiency of very large J.multiuser MIMO MIMO ininthe UL/DL of cellular networks: How many MIMO, however, focused either on improvingIn important properties like pilot contamination works, vol 14, no 4, pp 338–351, Aug 2013 prior work on FD-MIMO, however, focused either on ered energy efficiency of FD-MIMO systems but systems,” IEEE Trans Commun., vol 61, no 4, pp antennas we need?” IEEE J Sel Areas Commun., sum-rate for a given power consumption or on [5]vol.H Q no Ngo,2, E Larsson, February and T L 2013 Marzetta, “Energy improving this we propose new and method to ignored analyze 1436–1449, Apr 2013 sum-rate for aa given power consumption 31, pp.G.160–171, only paper, for single-cell scenarios hence power power consumption underunder a constraint and spectral efficiency ofand very multiuser MIMO reducing Liu, S Han, C W Yang, C.large Sun, “Massive MIMO or on reducing a constraint energy efficiency of consumption alike multi-cell FD-MIMO sys[4][6]K W T Truong and R Heath, Jr., “Effects of channel properties pilot contamination In systems,” IEEE Trans.Who Commun., 61, efficient?” no Net4, pp of important or small cell network: is more energy minimum date rates Some prior work considaging in massive MIMO systems,” J.vol Commun of minimum date rates Some prior work consid-ered tem Numerical results give us interesting insights this paper, we propose a new method to analyze 1436–1449, Apr 2013 in Proc of IEEE Wireless Commun Networking Conf., works, vol 14, no 4, pp 338–351, Aug 2013 ered energy of FD-MIMO systems efficiency of FD-MIMO systems but only for into how toefficiency maximize energy efficiency ofbut this W S.E.Han, C Yang,and andT.C.L.Sun, “Massive MIMO energy energy efficiency of athe multi-cell FD-MIMO sys2013, pp 24–29 [5][6]H Apr Q Liu, Ngo, G Larsson, Marzetta, “Energy single-cell scenarios and hence ignored important only for single-cell scenarios and hence ignored orspectral small network: Who is more energy efficient?” system [7]andD Ha, K.cell Lee, and J Kang, “Energy efficiency analysis efficiency of very large multiuser MIMO tem Numerical results give us interesting insights properties like pilot contamination In this paper, in Proc of IEEE Wireless Commun Conf., properties like pilot contamination Inwe with circuit power consumption inNetworking massive systems,” IEEE Trans Commun., vol 61, no 4,MIMO pp important into how to maximize the energy efficiency of this Apr 2013, pp 24–29 propose a new method to analyze energy efficiency systems,” in Proc of IEEE Int Symp Personal Indoor this paper, we propose a new method to analyze of 1436–1449, Apr 2013 [7] D Ha, K Lee, and J Kang, “Energy efficiency analysis asystem multi-cell FD-MIMO Numerical results give Mobile Radio Commun., Sep 2013, pp 938–942 [6] W Liu, S Han, C Yang, and C Sun, “Massive MIMO energy efficiency of a sys-tem multi-cell FD-MIMO syswith circuit power consumption in massive MIMO [8]or E Bjornson, J Hoydis, M.isKountouris, andefficient?” M Debbah, us interesting insights into how to maximize the energy small cell network: Who more energy Numerical results give us interesting insights systems,” in Proc of IEEE Int.non-ideal Symp Personal Indoor MIMO systems with hardware: En- tem in “Massive Proc of IEEE Wireless Commun Networking Conf., efficiency of this system Nguyễn Thị Thanh Hương nhận Mobile Radio Commun., Sep 2013, pp 938–942 into how to maximizebằng the energy efficiency of this ergy efficiency, estimation, and capacity limits,” IEEE Apr 2013, pp 24–29 Thạc sỹ ngành Công nghệ [8] E Bjornson, J Hoydis, M Kountouris, and M Debbah, Tran Info Theory, vol 60, no 11, pp 7112–7139, Nov system [7] D Ha, K Lee, and J Kang, “Energy efficiency analysis Truyền thông Đại Học Waseda, “Massive with non-ideal hardware: 2014 Nguyễn nhận with circuit MIMO power systems consumption in massive MIMOEnNhật BảnThị năm Thanh 2008 vàHương Kỹ sư ergy efficiency, estimation, capacity IEEE [9]systems,” E Bjornson, L Sanguinetti, J.Symp Hoydis, andlimits,” M.Indoor Debbah, Thạc tửsỹViễn ngành in Proc of IEEE Int.and Personal ngành Điện thôngCông Đạinghệ học Tran Info.design Theory, 60, no 11, pp 7112–7139, Nov “Optimal ofvol energy-efficient Truyền thông Họcnăm Waseda, Mobile Radio Commun., Sep 2013, pp.multi-user 938–942 MIMO Giao thông Vậntại tải Đại Hà Nội 1998 2014 systems: Is massive MIMO the answer?” IEEE Trans Nhật BảnThS nămHương 2008 Kỹ sư [8] E Bjornson, J Hoydis, M Kountouris, and M Debbah, Hiện tại, nghiên [9]“Massive E Bjornson, L.systems Sanguinetti, J Hoydis, and M Debbah, Wireless Commun., vol.with 14, no 6, pp hardware: 3059–3075, Jun ngànhsinh Điện thông Đại học MIMO non-ideal Encứu làViễn thành viêntạicủa PTN Nguyễn Thịvàtử Thanh Hương nhận “Optimal design of energy-efficient multi-user MIMO 2015 Giao thông Vận tải HàỨng Nội nămnghệ 1998 ergy efficiency, estimation, and capacity limits,” IEEE Hệ thống Vô tuyến dụng thuộc Thạc sỹ ngành Công systems: Is massive the answer?” Trans [10]Tran L Đ Bằng, N T Hương pp T T Kiên,IEEE “Hiệu Học viện Cơng nghệ Bưu Hiệnchính tại, ThS nghiên Info Theory, vol.T.MIMO 60, no 11, 7112–7139, Nov Viễn thông Hướng Truyền thông tạiHương Đại Học Waseda, Wireless Commun., vol 14, no 6, pp 3059–3075, Jun sử dụng lượng đường xuống hệ thống cứusử sinh vànăng thành viên PTN 2014 cứu hiệuNhật dụng lượng của hệ Bản năm 2008 Kỹ thống sư thông tin MIMO với nhiều ăngten trạm gốc,” in FD-MIMO mạngHệ5G thống Vô tuyến Ứng dụng thuộc [9] E 2015 Bjornson, L Sanguinetti, J Hoydis, andở M Debbah, ThS Hương trao Điện tử Viễn thông Đại họcgiải [10]“Optimal L Đ T Hương T.multi-user T Kiên, “Hiệu Học viện Công nghệngành Kỷ yếuBằng, Hội N thảo Quốc gia 2015 Điện tử, Truyền Bưu Viễn thông nghiên design ofT.energy-efficient MIMO thưởng Bài báo xuấtGiao sắc HộiVận thảo giaHướng 2015 Điện thông tảiQuốc Hà Nội năm 1998 sử dụng đường xuống thống cứu hiệu sử dụng thông Cônglượng nghệ Thông (ECIT), 2015.hệ lượng hệ thống systems: Is massive MIMO thetinanswer?” IEEE Trans tử, Truyền thông Hiện Côngtại, nghệ Thông tin (ECIT) ThS Hương nghiên thông tin MIMO với nhiều much trạm gốc,” [11]Wireless B Hassibi and B.vol M.14, Hochwald, training Commun., no 6, ăngten pp.“How 3059–3075, Jun in FD-MIMO mạng cứu 5G sinh ThS làHương thành viên củatrao PTNgiải Kỷ yếu Hộiin thảo Quốc gia 2015 Điện tử, Truyền is needed multiple-antenna wireless links?” IEEE thưởng Bài báo xuất sắc Hội thảo Quốc gia 2015 Điện 2015 Hệ thống Vô tuyến Ứng dụng thuộc thông Công Thông 2015 Info vol 49, no 4, Kiên, pp 951–963, Apr tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (ECIT) [10] L Trans Đ Bằng, N.Theory, T nghệ T Hương vàtin T.(ECIT), T “Hiệu Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Hướng nghiên [11]sử B Hassibi and B M Hochwald, “How much training 2003 dụng lượng đường xuống hệ thống cứu hiệu sử dụng lượng hệ thống is needed in Jindal, multiple-antenna wireless links?” [12]thông G Caire, N Kobayashi, and N Ravindran, tin MIMO với rấtM.nhiều ăngten trạm gốc,”IEEE in FD-MIMO mạng 5G Trương nhậntrao bằnggiải Tiến ThS.Trung HươngKiên Info.thảo Theory, vol no 4,with pp downlink 951–963, Apr “Multiuser MIMO achievable rates trainKỷTrans yếu Hội Quốc gia49, 2015 Điện tử, Truyền sỹ Thạc gia sỹ 2015 ngànhvềĐiện tử thưởng Bài báo xuất sắc Hội thảo Quốc Điện 2003 ing andCông channel thông nghệ state Thôngfeedback,” tin (ECIT),IEEE 2015.Trans Info tử, Truyền thông CôngViễn thông Đại học Tổng hợp bang nghệ Thông tin (ECIT) [12]B Theory, G Caire,vol N 56, Jindal, M Kobayashi, N Ravindran, no Hochwald, 6, pp 2845–2866, Jun 2010 Trương Kiên nhận bằngTexas, Tiến Texas Trung sở thành phố Austin, [11] Hassibi and B M “Howand much training “Multiuser MIMO achievable rates with downlink train[13]is K T Truong, A Lozano, and R Heath, Jr.,IEEE “Optisỹ sỹ ngành Điện tử HoavàKỳbằng lần Thạc lượt vào năm 2012 needed in multiple-antenna wireless links?” ing Info and channel state 49, feedback,” Trans.MIMO Info mal training in continuous flat-fading massive Viễn thông Đại Kỹ học sư Tổng hợp bang 2008, nhận ngành Điện Trans Theory, vol no 4, pp.IEEE 951–963, Apr Theory, vol no.of6,IEEE pp 2845–2866, Jun 2010 systems,” in 56, Proc European Wireless Conf., Texas cơthông sở thành phốhọc Austin, tử Viễn Đại BáchTexas, khoa 2003 [13]G K T Truong, A M Lozano, Heath, Jr., “OptiBarcelona, Spain, May 2014,and pp R 1–6 HoaNội Kỳnăm lần 2002 lượt vào nămnghiên 2012cứu Hà Hướng [12] Caire, N Jindal, Kobayashi, and N Ravindran, Trương Trung Kiên nhận Tiến malCui, training in continuous flat-fading massive MIMO 2008,tạinhận sưsốngành Điện [14]“Multiuser S A.MIMO Goldsmith, and A Babai, efficiency bao gồmsỹKỹ công nghệ achievable rates with“Energy downlink trainsỹ Thạc ngành Điện tử in IEEEMIMO European Wireless Conf., cho mạng 5G hệ tử ViễnFD-MIMO, thông Đại thống học Bách khoa ofand MIMO andProc cooperative techniques sensor thống ingsystems,” channel stateof feedback,” IEEE Trans.inInfo Viễn thông Đại họchệTổng hợpthông bangtin Barcelona, Spain, May 2014, pp 1–6 Hà Nội năm 2002 Hướng nghiên cứu networks,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 22, (mmWave) thống Internet Theory, vol 56, no 6, pp 2845–2866, Jun 2010 no 6, dải bước sóng mm Texas sở thànhhệphố Austin, Texas,kết [14]K S A Goldsmith, and and A Babai, “Energy bao gồm số công pp 1089–1098, nối vạn vật (InternetHoa ofhiện Things) traonghệ [13] T.Cui, Truong, A 2004 Lozano, R Heath, Jr., efficiency “OptiKỳ lần TS lượtKiên vào năm 2012 of MIMO and cooperative MIMO techniques in sensor số chogiải mạng 5G hệ thống FD-MIMO, hệ thống thông tin thưởng NCKH nhưnhận Bài báo xuất sắc năm 2013 mal training in continuous flat-fading massive MIMO 2008, Kỹ sư ngành Điện Tiêu đề tiếng Anh: ENERGY EFFICIENCY networks,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 22, no 6, sóng mm Journal (mmWave) hệ thống Internet kết củadảitạpbước chí EURASIP on Wireless Communications systems,” in Proc of IEEE European Wireless Conf., tử Viễn thông Đại học Bách khoa pp 1089–1098, 2004.2014, pp OFBarcelona, FD-MIMO SYSTEMS IN 1–6 5G NETWORKS and nối vạn vật (Internet of Things).báo TS.xuất Kiên đượcnăm trao2014 Networking (JWCN), sắcđãnhất Spain, May Hà NộiBài năm 2002 Hướng nghiên cứu số giải thưởng NCKH nhưofBài báo xuất sắc năm 2013 tạp chí KICS Journal Communications and Networks, tắt tiếng Anh: Using properly a large [14] Tóm S Cui, A Goldsmith, and A Babai, “Energy efficiency bao gồm số công nghệ Tiêu đề tiếng Anh: ENERGY EFFICIENCY củaBài tạp chí EURASIP Journal on Wireless Communications xuất hệ sắcthống Hội thảo Quốc gia 2015 tin Điện MIMO cooperative MIMO techniques intosensor mạng báo 5G FD-MIMO, hệ thống thông number of and antennas at the base station serve chovà OFofFD-MIMO SYSTEMS IN 5G NETWORKS and Networking (JWCN), Bài báo xuấttinsắc năm 2014 tử, Truyền thông Công nghệ Thông (ECIT) TS Kiên networks,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 22, no 6, dải bước sóng mm (mmWave) hệ thống Internet kết simultaneously smaller number of users may tạp chítrách KICS Journal of Communications anddụng Networks, Tóm tắt tiếnga2004 Anh: Using properly a large PTN thống Vô tuyến Ứng thuộc pp 1089–1098, nối vạn phụ vật (Internet of Hệ Things) TS Kiên trao Bài báo xuấtnghệ sắc Bưu Hội thảo Quốc gia Điện make breakthrough in to cellular Cơng 2015 lànăm Thành viên numbera of antennas at in thedata baserates station serve số Học giải viện thưởng NCKH Bài báoviễn xuấtthông sắc 2013 TiêuENERGY đề tiếng ENERGY EFFICIENCY tử, Truyền thông Member) Công nghệ Thông tin (ECIT) TS Kiên EFFICIENCY OF FD-MIMO networks This Anh: technology often known as FDtạpcấp chí (Senior EURASIP Journalcủa on IEEE Wireless Communications simultaneously a smaller is number of users may củaCao phụ trách PTN Hệ thống Vô tuyến Ứng dụng thuộc OF FD-MIMO SYSTEMS IN 5G NETWORKS andđang Networking (JWCN), Bài báo xuất sắc năm 2014 IN 5G make a SYSTEMS breakthrough in NETWORKS data rates in cellular Học viện Cơng nghệ Bưu viễn thơng Thành viên tạp chí KICS Journal of Communications and Networks, Tómproperly tắt tiếnga large Anh: number Usingofproperly large củaCao Using antennas ata the (Senior Member) IEEE networks This technology is often known asbase FD- Bài cấp báo xuất sắc Hội thảo Quốc gia 2015 Điện number of antennas at the base station to serve station to serve simultaneously a smaller number of tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (ECIT) TS Kiên simultaneously a smaller number of users may phụ trách PTN Hệ thống Vô tuyến Ứng dụng thuộc make a breakthrough in data rates in cellular Học viện Công nghệ Bưu viễn thơng Thành viên Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 65 cấp (Senior Số - 4Cao (CS.01) 2016 Member) IEEE networks This technology is often known as FD- THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ... cho b để tối ưu hiệu sử dụng lượng hệ trạm gốc c thống MIMO sử dụng nhiều ăng-ten trạm U = 24 th Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệuquả qu sử s dụng dụngnăng nănglượng lượngtrung trungbình... [Mbit/Joule] Hiệu t t t t t t t t t t Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệu sử dụng lượng trung bình [Mbit/Joule] Hiệuquả quảsửs dụng dụngnăng nănglượng... CỦA HỆ THỐNG TDD FD-MIMO TRONG MẠNG 5G N T T T T HƯƠNG HƯƠNG & & T T T T KIÊN: KIÊN: HIỆU HIỆU QUẢ QUẢ SỬ SỬ DỤNG DỤNG NĂNG NĂNG LƯỢNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG TDD FD-MIMO TRONG MẠNG 5G Bên cạnh đó,