CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự do Hạnh phúc TRÍCH YẾU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Họ và tên tác giả: Trần Mạnh Hoàng Đề tài luận án: “Nghiên cứu hệ thống thông tin chuyển tiếp sử dụng đa truy nhập không trực giao thu thập năng lượng vô tuyến tại nút chuyển tiếp”. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số : 9 52 02 03 Cơ sở đào tạo: Học viện Kỹ thuật Quân sự. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Trung Tấn và TS. Lê Thế Dũng; 1. Mục đích và đối tượng nghiên cứu của luận án: • Mục đích nghiên cứu của luận án. Nghiên cứu hệ thống chuyển tiếp đường xuống không trực giao có ứng dụng thu thập năng lượng vô tuyến tại nút chuyển tiếp. Các mục tiêu cụ thể như sau: (1) Nghiên cứu đề xuất các giao thức chuyển tiếp hiệu quả sử dụng kỹ thuật đa truy nhập không trực giao và ứng dụng thu thập năng lượng vô tuyến tại nút chuyển tiếp. (2) Xây dựng các công thức toán học thể hiện tham số phẩm chất hệ thống đề xuất. Kiểm chứng sự chính xác của kết quả phân tích theo mô hình đề xuất, dựa vào kết quả giải tích có thể khảo sát nhanh hệ thống. • Đối tượng nghiên cứu của luận án. Nghiên cứu các vấn đề cơ bản về thu thập năng lượng từ sóng vô tuyến để bổ sung nguồn cho các thiết bị điện tử và nghiên cứu những kỹ thuật cơ bản về hệ thống đa truy nhập không trực giao. Nghiên cứu kỹ thuật thu thập năng lượng vô tuyến dựa vào kỹ thuật chuyển mạch theo thời gian. Nghiên cứu các đặc tính kênh vô tuyến ảnh hưởng đến hoạt động thu thập năng lượng vô tuyến. Khảo sát các mô hình chuyển tiếp hiệu quả có thể áp dụng đồng thời hai kỹ thuật, đa truy nhập không trực giao và thu thập năng lượng vô tuyến. Nghiên cứu kỹ thuật chuyển tiếp song công có ứng dụng thu thập năng lượng và sử dụng kỹ thuật đa truy nhập không trực giao. 2. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp phân tích giải tích, kết hợp với mô phỏng MonteCarlo trên phần mềm Matlab để kiểm chứng kết quả giải tích và phẩm chất hệ thống: Phương pháp giải tích sử dụng để xây dựng các công thức toán học thể hiện tham số phẩm chất hệ thống.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN MẠNH HOÀNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN CHUYỂN TIẾP SỬ DỤNG ĐA TRUY NHẬP KHÔNG TRỰC GIAO THU THẬP NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN TẠI NÚT CHUYỂN TIẾP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN MẠNH HỒNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THƠNG TIN CHUYỂN TIẾP SỬ DUNG ĐA TRUY NHẬP KHÔNG TRỰC GIAO THU THẬP NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN TẠI NÚT CHUYỂN TIẾP Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 9.52.02.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN TRUNG TẤN TS LÊ THẾ DŨNG HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết trình bày luận án cơng trình nghiên cứu định hướng giáo viên hướng dẫn Các số liệu, kết trình bày luận án hoàn toàn trung thực chưa công bố tác giả hay cơng trình trước Các kết sử dụng tham khảo trích đầy đủ theo quy định Hà Nội, ngày 06 tháng 12 năm 2019 Tác giả Trần Mạnh Hoàng LỜI CẢM ƠN Trong q trình nghiên cứu hồn thành luận án này, tác giả nhận nhiều giúp đỡ đóng góp quý báu Trước hết NCS xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Thế Dũng, TS Nguyễn Trung Tấn tạo điều kiện giúp đỡ NCS suốt trình nghiên cứu để hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh cảm ơn đóng góp ý kiến PGS.TS Trần Xuân Nam, TS Phạm Thanh Hiệp để cơng trình nghiên cứu NCS đảm bảo chất lượng hàm lượng khoa học Cảm ơn PGS.TS Võ Nguyễn Quốc Bảo tạo tiền đề rèn luyện cho NCS tính kiên trì, nghiêm túc, tiếp cận vấn đề khoa học GS Seong-GonChoi tài trợ phần kinh phí cho nghiên cứu Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Thầy giáo Ban chủ nhiệm Khoa Vô tuyến điện tử, Tập thể Bộ môn Thông tin, đồng nghiệp nghiên cứu sinh giúp đỡ, chia tạo điều kiện để NCS hồn thành cơng tác nghiên cứu Tác giả xin cảm ơn thủ trưởng Bộ Tư lệnh Thông Tin Liên Lạc Trường Sĩ Quan Thông Tin đơn vị chủ quản, tạo điều kiện cho tác giả tham gia nghiên cứu học tập thời gian làm nghiên cứu sinh Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, bạn bè, đồng chí, đồng nghiệp ln động viên, chia sẻ, giúp đỡ tác giả vượt qua khó khăn để đạt kết nghiên cứu ngày hôm MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC ix MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN THU THẬP NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN VÀ ĐA TRUY NHẬP KHÔNG TRỰC GIAO 17 1.1 Khái niệm ứng dụng thu thập lượng RF 17 1.1.1 Khái niệm thu thập lượng RF 17 1.1.2 Ứng dụng lượng thu thập từ RF 18 1.2 Cấu trúc, sơ đồ khối mạng thu thập lượng RF 19 1.2.1 Cấu trúc mạng thu thập lượng RF 19 1.2.2 Sơ đồ khối máy thu thập lượng RF 20 1.2.3 Các nguồn phát lượng 21 1.2.4 Kỹ thuật thu thập lượng 22 1.3 Những ảnh hưởng thu thập lượng RF 25 1.4 Các mơ hình truyền lan lượng sóng vơ tuyến 27 1.5 Hệ thống đa truy nhập không trực giao 28 1.5.1 Khái niệm phân loại 28 1.5.2 Kỹ thuật SIC tín hiệu 33 1.5.3 Ứng dụng kỹ thuật NOMA 33 i ii 1.5.4 Ưu điểm kỹ thuật NOMA 34 1.6 Các tham số đánh giá phẩm chất hệ thống 35 1.6.1 Xác suất dừng hệ thống 35 1.6.2 Dung lượng hệ thống 35 1.6.3 Xác suất lỗi 36 1.7 Kết luận chương 37 Chương PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP ĐƯỜNG XUỐNG KHÔNG TRỰC GIAO ỨNG DỤNG LỰA CHỌN CHUYỂN TIẾP ĐƠN PHẦN VÀ THU THẬP NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN 38 2.1 Động lực nghiên cứu 38 2.2 Mơ hình hệ thống 41 2.3 Phân tích phẩm chất hệ thống 46 2.3.1 Xác suất giải mã không thành công x1 47 2.3.2 Xác suất giải mã không thành công x2 49 2.3.3 SIC khơng hồn hảo 51 2.3.4 Xác suất lỗi symbol 52 2.3.5 Dung lượng trung bình 53 2.4 Kết mô 60 2.5 Kết luận chương 70 Chương ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP ĐƯỜNG XUỐNG SONG CƠNG KHƠNG TRỰC GIAO CĨ ỨNG DỤNG THU THẬP NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN 72 3.1 Mơ hình hệ thống hai người dùng 72 3.1.1 Động lực nghiên cứu 72 iii 3.1.2 Cấu hình hệ thống 75 3.1.3 Mơ hình kênh tín hiệu 77 3.1.4 Phân tích phẩm chất hệ thống 81 3.1.5 Kết số thảo luận 89 3.2 Mơ hình hệ thống tổng quát 99 3.2.1 Cấu hình hệ thống 99 3.2.2 Mơ hình kênh tín hiệu 101 3.2.3 Xác suất dừng 104 3.2.4 Kết số thảo luận 105 3.3 Kết luận chương 108 KẾT LUẬN 110 PHỤ LỤC 112 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 115 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt AC Alternating Current Dòng diện xoay chiều AF Amplify and Forward Khuếch đại chuyển tiếp AWGN Additive White Gaussian Tạp âm trắng cộng tính Noise chuẩn BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CR Cognitive Radio Vô tuyến nhận thức CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh truyền DC Direct Current Dòng điện chiều DF Decode and Forward Giải mã chuyển tiếp EE Energy Efficiency Hiệu suất lượng EH Energy Harvesting Thu thập lượng FCC Federal Ủy ban truyền thông liên Communications Commission bang FD Full-Duplex Song công GSM Global System for Hệ thống thông tin Mobile Communications di động tồn cầu HD Half-Duplex Đơn cơng HSU Harvesting-Storage-Use Thu thập-lưu trữ-sử dụng HU Harvesting-Use Thu thập - sử dụng HUS Harvesting-Use-Storage Thu thập-sử dụng -lưu trữ iv v ID Information-Decode Giải mã thông tin IoT Internet of Thing Internet vạn vật IP Interference Probability Xác suất can nhiễu MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIMO Multiple Input and Multi- Đa đầu vào đa đầu ple Output [1] QAM MRC Quadrature Amplitude Điều chế biên độ cầu Modulation phương Maximal Ratio Combining Kỹ thuật kết hợp theo tỷ lệ lớn NOMA Non-Orthogonal Multiple Đa truy nhập không trực Acces giao OP Outage Probability Xác suất dừng OFDMA Orthogonal Đa truy nhập phân chia Frequency- Division Multiple Access theo tần số trực giao Pattern Division Multiple Đa truy nhập phân chia Access theo mẫu PS Power Splitting Phân chia công suất PU Primary User Người dùng sơ cấp QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RF Radio Frequency Tần số vô tuyến ROC Receiver Operating Charac- Hàm đặc tính cơng tác máy teristic thu SC Selection Combining Kỹ thuật kết hợp lựa chọn SDF Selection Decode and For- Kỹ thuật giải mã chuyển ward tiếp có lựa chọn Spatial Division Multiple Đa truy nhập phân chia Access theo không gian PDMA SDMA vi SDR Software Defined Radio Vô tuyến định nghĩa phần mềm SE Spectrum-Efficiency Hiệu suất phổ tần SIC Successive Khử nhiễu nối tiếp Interference Cancellation SISO Single Input-Single Output Đơn đầu vào đơn đầu SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SU Secondary User Người dùng thứ cấp SWIPT Simultaneous Wireless In- Biến đổi đồng thời thông tin formation and Power Trans- lượng vô tuyến fer TS Time Switching Chuyển mạch thời gian ... VIỆN KỸ THU? ??T QUÂN SỰ TRẦN MẠNH HOÀNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN CHUYỂN TIẾP SỬ DUNG ĐA TRUY NHẬP KHÔNG TRỰC GIAO THU THẬP NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN TẠI NÚT CHUYỂN TIẾP Chuyên ngành: KỸ THU? ??T ĐIỆN... nghiên cứu sinh lựa chọn thực đề tài: "Nghiên cứu hệ thống thông tin chuyển tiếp sử dụng đa truy nhập không trực giao thu thập lượng vô tuyến nút chuyển tiếp" Kết đề tài góp phần hồn thiện lý 13 thuyết... ứng dụng kỹ thu? ??t đa truy nhập khơng trực giao, làm sở để NCS đề xuất mơ hình luận án 2.1 Các nghiên cứu thu thập lượng vô tuyến Hiện tại, việc nghiên cứu thu thập lượng vô tuyến không thực hệ thống