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

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 113 Khi X Y tuân theo phân bố mũ nhận ∞ FX1 (ξ1 ) = − Ω1 exp − ξ1 PS ξ1 x − dx Ω2 a1 φPS x Ω1 (B.2) ξ1 P PS →∞ S Khi lim = (công suất phát nguồn đủ lớn), áp dụng công thức [82, ∞ √ β − γx dx = βγ K1 βγ nhận hàm CDF ct, (3.324.1)], exp − 4x sau: 4ξ1 K1 Ω1 Ω2 a1 φPS FX1 (ξ1 ) ≈ − 4ξ1 Ω1 Ω2 a1 φPS (B.3) Phụ lục C Xác định hàm CDF PDF X = Pr(X ≤ x) = Pr max Xn n=1,2, ,N max Xn ≤ x n=1,2, ,N = Pr(X1 ≤ x) · · · Pr(XN ≤ x) (C.4) Khi Xn biến ngẫu nhiên độc lập thống kê, tuân theo phân bố mũ giá trị trung bình nhau, viết lại N N FX (x) = Pr(X ≤ x) = x − exp − Ω n=1 x = − exp − Ω (C.5) Khai triển nhị thức (C.5) nhận N (−1)n FX (x) = n=0 N n exp − nx Ω (C.6) Sử dụng tính chất FX (∞) = [81] nhận hàm CDF N FX (x) = − (−1)n n=0 N n exp − nx Ω (C.7) 114 Thực đạo hàm cấp nhận PDF N (−1)n−1 fX (x) = n=1 N n exp n Ω − nx Ω (C.8) Phụ lục D Phụ lục trình bày kết tính tích phân công thức (3.16) Thành phần I1 công thức (3.16) viết thành sau: ∞ I1 = ψ y − FX fY (y)dy, (D.9) Chú ý biến đổi từ hàm Gamma khuyết thành hàm Gamma khuyết γ(m, x) = − Γ(m, x) Γ(m) (D.10) Sử dụng công thức biến đổi hàm Gamma [82, ct, (8.353.7)] m−1 x Γ(m, x) = (m − 1)!e k=0 xk , (m − 1)! = Γ(m) k! (D.11) Thay hàm CDF PDF (3.13) (3.14) vào (D.9) nhận tích phân I1 m1 −1 I1 = k=0 ∞ × m1 ψ (1 − ρ)ΩSR k m2 m2 (1 − ρ)ΩRD1 y m2 −k−1 m1 ψ m2 y exp − − Γ(m2 ) y(1 − ρ)ΩSR (1 − ρ)ΩRD1 dy (D.12) Áp dụng công thức tích phân [82, ct (3.471.9)] ∞ β xv−1 e− x −γx dx = Nhận I1 công thức (3.19) β γ v Kv (2 βγ) (D.13) 115 A-CÁC CƠNG TRÌNH SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN Tran Manh Hoang, Xuan Nam Tran, Nguyen Thanh, Le The Dung “Performance Analysis of MIMO SWIPT Relay Network with Imperfect CSI”, in Mobile Networks and Applications journal-SCI-Q1, SPRINGER, doi.org/10.1007/s11036018-1163-3, 05 November 2018 Le The Dung, Tran Manh Hoang, Nguyen Trung Tan, Seong-Gon Choi “Analysis of Partial Relay Selection in NOMA Systems with RF Energy Harvesting”, in 2018 2nd International Conference on Recent Advances in Signal Processing, Telecommunications Computing (IEEE SigTelCom 2018), pp 13–18, Ho Chi Minh City, Vietnam, January 2018 Tran Manh Hoang, Nguyen Trung Tan, Nguyen Huy Hoang and Pham Thanh Hiep “Performance Analysis of Decode-and-Forward Partial Relay Selection in NOMA Systems with RF Energy Harvesting”, Wireless Networks Journal of Mobile Communication, Computation and Information-SCI-Q2, SPRINGER, doi.org/10 1007 /s11276-018-1746-8, pp 1-13, May-16 2018 Tran Manh Hoang, Vu Van Son, Nguyen Cong Dinh and Pham Thanh Hiep “Optimizing Duration of Energy Harvesting for Downlink NOMA Full-Duplex over Nakagami-m fading channel”, AEU-International Journal of Electronics and Communications, SCI-Q2 ELSEVIER vol 95, pp 199–206, Oct 2018 Trần Mạnh Hồng, Nguyễn Trung Tấn, Phạm Xn Nghĩa “Phân tích hiệu mạng chuyển tiếp song công đa truy nhập không trực giao ứng dụng công nghệ thu thập lượng vơ tuyến”, Tạp chí nghiên cứu KH CN qn sự, Việt Nam, Số 52, trang 79–88, tháng 12 2017 B-CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyen Trung Tan, Tran Manh Hoang, Ba Cao Nguyen, Le The Dung “Outage Analysis of Downlink NOMA Full-Duplex Relay Networks with RF Energy Harvesting over Nakagami-m fading channel”, International Conference on Engineering Research and Applications 2018” (SPRINGER ICERA 2018), pp 477-487, Dec 2018 116 Xuan Nam Tran, Tran Manh Hoang, Nguyen Ba Cao, Le The Dung “Outage Performance of the Downlink NOMA Relaying Networks with RF Energy Harvesting and Buffer Aided Relay”, 4th EAI International Conference on Industrial Networks and Intelligent Systems (SPRINGER INISCOM 2018-Invited paper), Da Nang, Vietnam, 27-28 August, 2018 Pham Thanh Hiep, Tran Manh Hoang “Non-orthogonal multiple access and beamforming for relay network with RF energy harvesting”, Information and Communications Technology Express Journal, SCI-Q2 ELSEVIER, Available online 27 May 2019 Tran Manh Hoang Ba Cao Nguyen, Nguyen Le Van, Le The Dung, “On the Performance of Energy Harvesting Non-Orthogonal Multiple Access Relaying System with Imperfect Channel State Information over Rayleigh Fading Channels”, Sensors Journal, SCI-Q1, MDPI vol.19 (15) July 2019 Tran Manh Hoang Nguyen Trung Tan, Le The Dung, Xuan Nam Tran “Performance Analysis of Power Beacon-Assisted Energy Harvesting NOMA Multi-user Relaying System over Nakagami-m Fading Channels”, AEU-International Journal of Electronics and Communications, SCI-Q2 ELSEVIER accepted, Nov 2019 Tài liệu tham khảo [1] T X N Lê Minh Tuấn, “Xử lý tín hiệu khơng gian thời gian-Lý thuyết Mơ phỏng" Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật, 2013 [2] L Liu, R Zhang, and K C Chua, “Wireless Information and Power Transfer: A Dynamic Power Splitting Approach,” IEEE Trans Commun., vol 61, no 9, pp 3990–4001, September 2013 [3] L R Varshney, “Transporting information and energy simultaneously,” in 2008 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2008), Conference Proceedings, pp 1612–1616 [4] J.-H Tsai, C.-Y Kuo, S.-H Lin, F.-T Lin, and Y.-T Liao, “A Wirelessly Powered CMOS Electrochemical Sensing Interface With Power-Aware RF-DC Power Management,” IEEE Trans Circuits Syst., 2018 [5] N.-C Kuo, B Zhao, and A M Niknejad, “Equation-Based Optimization for Inductive Power Transfer to a Miniature CMOS Rectenna, IEEE Trans Microw Theory Tech., 2018 [6] S Lehtimăaki, “Printed Supercapacitors for Energy Harvesting Applications,” Tampere University of Technology Publication, vol 1463, 2017 [7] A A Nasir, X Zhou, S Durrani, and R A Kennedy, “Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing,” IEEE Trans Commun., vol 12, no 7, pp 3622–3636, July 2013 [8] ——, “Wireless energy harvesting and information relaying: Adaptive timeswitching protocols and throughput analysis,” IEEE Trans Wireless Commun., 2013 [9] I Krikidis, G Zheng, and B Ottersten, “Harvest-use cooperative networks with half/full-duplex relaying,” in Wireless Communications and Networking Conference (WCNC) IEEE, 2013, pp 4256–4260 [10] S Timotheou, G Zheng, C Masouros, and I Krikidis, “Exploiting constructive interference for simultaneous wireless information and power transfer in multiuser 117 118 downlink systems,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 34, no 5, pp 1772–1784, 2016 [11] C Zhong, H A Suraweera, G Zheng, I Krikidis, and Z Zhang, “Improving the throughput of wireless powered dual-hop systems with full duplex relaying,” in Communications (ICC) International Conference on 4258 IEEE, 2015, pp 4253– [12] ——, “Wireless information and power transfer with full duplex relaying,” IEEE Trans Commun., vol 62, no 10, pp 3447–3461, 2014 [13] M Mohammadi, B K Chalise, H A Suraweera, C Zhong, G Zheng, and I Krikidis, “Throughput analysis and optimization of wireless-powered multiple antenna full-duplex relay systems,” IEEE Trans Commun., vol 64, no 4, pp 1769–1785, 2016 [14] I Krikidis, S Sasaki, S Timotheou, and Z Ding, “A low complexity antenna switching for joint wireless information and energy transfer in MIMO relay channels,” IEEE Trans Commun., vol 62, no 5, pp 1577–1587, 2014 [15] I Krikidis, S Timotheou, and S Sasaki, “RF energy transfer for cooperative networks: Data relaying or energy harvesting?” IEEE Commun Lett., vol 16, no 11, pp 1772–1775, 2012 [16] C Han, T Harrold, S Armour, I Krikidis, S Videv, P M Grant, H Haas, J S Thompson, I Ku, C.-X Wang et al., “Green radio: radio techniques to enable energy-efficient wireless networks,” IEEE Commun Mag., vol 49, no 6, 2011 [17] I Krikidis, “Simultaneous information and energy transfer in large-scale networks with/without relaying,” IEEE Trans Commun., vol 62, no 3, pp 900–912, 2014 [18] K Ishibashi and H Ochiai, “Analysis of instantaneous power distributions for non-regenerative and regenerative relaying signals,” IEEE Trans Commun., vol 11, no 1, pp 258–265, 2012 [19] N T Do, V N Q Bao, and B An, “A relay selection protocol for wireless energy harvesting relay networks,” in Proc 2015 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), 2015 [20] Y Feng, V C Leung, and F Ji, “Performance study for swipt cooperative communication systems in shadowed nakagami fading channels,” IEEE Trans Commun., vol 17, no 2, pp 1199–1211, 2018 119 [21] K.-H Liu and T.-L Kung, “Performance improvement for rf energy-harvesting relays via relay selection,” IEEE Trans Veh Technol., 2017 [22] D S Michalopoulos, H A Suraweera, and R Schober, “Relay selection for simultaneous information transmission and wireless energy transfer: A tradeoff perspective,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 33, no 8, pp 1578–1594, 2015 [23] Y S Rao, R P Sirigina, and A Madhukumar, “On the DMT of RF Energy Harvesting-Based Dynamic Decode-and-Forward Relaying,” IEEE Commun Lett., vol 21, no 1, pp 200–203, 2017 [24] Z Ding and H V Poor, “Multi-User SWIPT Cooperative Networks: Is the Max– Min Criterion Still Diversity-Optimal?” IEEE Trans Commun., vol 15, no 1, pp 553–567, 2016 [25] B Medepally and N B Mehta, “Voluntary energy harvesting relays and selection in cooperative wireless networks,” IEEE Trans Commun., vol 9, no 11, pp 3543–3553, 2010 [26] D Mishra, S De, and D Krishnaswamy, “Dilemma at rf energy harvesting relay: Downlink energy relaying or uplink information transfer?” IEEE Trans Commun., 2017 [27] D Mishra and S De, “Optimal relay placement in two-hop rf energy transfer,” IEEE Trans Commun., vol 63, no 5, pp 1635–1647, 2015 [28] H Cao, L Fu, and H Dai, “Throughput analysis of the two-way relay system with network coding and energy harvesting,” in Communications (ICC), 2017 IEEE International Conference on IEEE, 2017, pp 1–6 [29] J Zhang and G Pan, “Outage analysis of wireless-powered relaying mimo systems with non-linear energy harvesters and imperfect csi,” IEEE Access, vol 4, pp 7046–7053, 2016 [30] Y Dong, M J Hossain, and J Cheng, “Performance of wireless powered amplify and forward relaying over nakagami-m fading channels with nonlinear energy harvester,” IEEE Commun Lett., vol 20, no 4, pp 672–675, 2016 [31] S Modem and S Prakriya, “Performance of analog network coding based twoway eh relay with beamforming,” IEEE Trans Commun., vol 65, no 4, pp 1518–1535, 2017 120 [32] S Salari, I.-M Kim, D I Kim, and F Chan, “Joint eh time allocation and distributed beamforming in interference-limited two-way networks with eh-based relays,” IEEE Trans Commun., 2017 [33] V.-D Nguyen, T Q Duong, H D Tuan, O.-S Shin, and H V Poor, “Spectral and Energy Efficiencies in Full-Duplex Wireless Information and Power Transfer,” IEEE Trans Commun., 2017 [34] S Shrestha, S.-K Noh, and D.-Y Choi, “Comparative study of antenna designs for rf energy harvesting,” International Journal of Antennas and Propagation, vol 2013, 2013 [35] J P Thomas, M A Qidwai, and J C Kellogg, “Energy scavenging for small-scale unmanned systems,” Journal of Power sources, vol 159, no 2, pp 1494–1509, 2006 [36] Z Zakaria, N A Zainuddin, M N Husain, M Abd Aziz, M A Mutalib, and A R Othman, “ Current developments of RF energy harvesting system for wireless sensor networks,” Advances in information Sciences and Service Sciences (AISS), pp 328–338, 2013 [37] S Lee, R Zhang, and K Huang, “Opportunistic wireless energy harvesting in cognitive radio networks,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 12, no 9, pp 4788–4799, Sep 2013 [38] K Ishibashi, H Ochiai, and V Tarokh, “Energy harvesting cooperative communications,” in Proc 23rd Inter Per Indoor and Mobile Radio Commun IEEE, 9-12 Sep 2012, pp 1819–1823 [39] Z Ding, S M Perlaza, I Esnaola, and H V Poor, “Power allocation strategies in energy harvesting wireless cooperative networks,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 13, no 2, pp 846–860, Feb 2014 [40] W Han, J Ge, and J Men, “Performance analysis for noma energy harvesting relaying networks with transmit antenna selection and maximal-ratio combining over nakagami-m fading,” IET Communications, vol 10, no 18, pp 2687–2693, 2016 [41] N T Do, D B Da Costa, T Q Duong, and B An, “A bnbf user selection scheme for noma-based cooperative relaying systems with swipt,” IEEE Commun Lett., vol 21, no 3, pp 664–667, 2017 121 [42] R Sun, Y Wang, X Wang, and Y Zhang, “Transceiver design for cooperative non-orthogonal multiple access systems with wireless energy transfer,” IET Communications, vol 10, no 15, pp 1947–1955, 2016 [43] Y Liu, Z Ding, M Elkashlan, and H V Poor, “Cooperative non-orthogonal multiple access with simultaneous wireless information and power transfer,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 34, no 4, pp 938–953, 2016 [44] Z Yang, Z Ding, P Fan, and N Al-Dhahir, “The impact of power allocation on cooperative non-orthogonal multiple access networks with swipt,” IEEE Trans Commun., vol 16, no 7, May 2017 [45] L Dai, B Wang, Y Yuan, S Han, I Chih-Lin, and Z Wang, “Non-orthogonal multiple access for 5G: solutions, challenges, opportunities, and future research trends,” IEEE Commun Mag., vol 53, no 9, pp 74–81, Sept 2015 [46] M F Kader, M B Shahab, and S.-Y Shin, “Exploiting Non-orthogonal Multiple Access in Cooperative Relay Sharing,” IEEE Commun Lett., Jan 2017 [47] M F Kader, M B Shahab, and S Y Shin, “Cooperative spectrum sharing with energy harvesting best secondary user selection and non-orthogonal multiple access,” in Compu, Net, and Commun (ICNC), 2017 International Conf IEEE, Jan 2017, pp 46–51 [48] Y Chen, L Wang, and B Jiao, “Cooperative multicast non-orthogonal multiple access in cognitive radio,” in Commun (ICC), 2017 IEEE International Conf, IEEE, May 2017, pp 1–6 [49] X Zhou, R Zhang, and C K Ho, “Wireless Information and Power Transfer: Architecture Design and Rate-Energy Tradeoff,” IEEE Trans Commun., vol 61, no 11, pp 4754–4767, November 2013 [50] X Lu, P Wang, D Niyato, D I Kim, and Z Han, “Wireless networks with RF energy harvesting: A contemporary survey,” IEEE Trans Commun., vol 17, no 2, pp 757–789, 2015 [51] A S M Sayem and H Afrin, “Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonance,” International Journal of Innovative Research in Engineering & Management (IJIREM), vol 2, 2015 [52] J O Mur-Miranda, G Fanti, Y Feng, K Omanakuttan, R Ongie, A Setjoadi, and N Sharpe, “Wireless power transfer using weakly coupled magnetostatic 122 resonators,” in Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) IEEE, 2010, pp 4179–4186 [53] C.-X Wang, F Haider, X Gao, X.-H You, Y Yang, D Yuan, H Aggoune, H Haas, S Fletcher, and E Hepsaydir, “Cellular architecture and key technologies for 5g wireless communication networks,” IEEE Communications Magazine, vol 52, no 2, pp 122–130, 2014 [54] X Zhou, R Zhang, and C K Ho, “Wireless information and power transfer: Architecture design and rate-energy tradeoff,” IEEE Trans Commun., vol 61, no 11, pp 4754–4767, Nov 2013 [55] O Ozel, K Tutuncuoglu, J Yang, S Ulukus, and A Yener, “Transmission with energy harvesting nodes in fading wireless channels: Optimal policies,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 29, no 8, pp 1732–1743, September 2011 [56] L Hu, C Zhang, and Z Ding, “Dynamic power splitting policies for AF relay networks with wireless energy harvesting,” in Communication Workshop (ICCW), International Conference on IEEE, 2015, pp 2035–2039 [57] X Lu, I Flint, D Niyato, N Privault, and P Wang, “Performance analysis of simultaneous wireless information and power transfer with ambient RF energy harvesting,” in Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), IEEE, 2015, pp 1303–1308 [58] A Yılmaz and O Kucur, “Performance of transmit antenna selection and maximal-ratio combining in dual hop amplify-and-forward relay network over Nakagami-m fading channels,” Wireless Personal Communications, pp 1–19, Aug 2012 [59] A Constantine Balanies, “Antenna theory analysis and design,” 1982 [60] A Goldsmith, Wireless communications Cambridge university press, 2005 [61] T K Sarkar, Z Ji, K Kim, A Medouri, and M Salazar-Palma, “A survey of various propagation models for mobile communication,” IEEE Antennas and propagation Magazine, vol 45, no 3, pp 51–82, 2003 [62] A Benjebbour, K Saito, A Li, Y Kishiyama, and T Nakamura, “NonOrthogonal Multiple Access (NOMA): Concept and Design,” Signal Proces for 5G: Algorithms and Implementations, pp 143–168, 2016 123 [63] P Patel and J Holtzman, “Analysis of a simple successive interference cancellation scheme in a ds/cdma system,” IEEE journal on selected areas in communications, vol 12, no 5, pp 796–807, 1994 [64] K Higuchi and Y Kishiyama, “Non-orthogonal access with random beamforming and intra-beam sic for cellular mimo downlink,” in Vehicular Technology Conference (VTC Fall), 2013 IEEE 78th IEEE, 2013, pp 1–5 [65] K Higuchi and A Benjebbour, “Non-orthogonal multiple access (noma) with successive interference cancellation for future radio access,” IEICE Transactions on Communications, vol 98, no 3, pp 403–414, 2015 [66] L Zhang, W Li, Y Wu, X Wang, S.-I Park, H M Kim, J.-Y Lee, P Angueira, and J Montalban, “Layered-division-multiplexing: Theory and practice,” IEEE Trans Broad., vol 62, no 1, pp 216–232, 2016 [67] Z Ding, Y Liu, J Choi, Q Sun, M Elkashlan, I Chih-Lin, and H V Poor, “Application of non-orthogonal multiple access in LTE and 5G networks,” IEEE Commun Mag, vol 55, no 2, pp 185–191, 2017 [68] A Goldsmith, Wireless communications Cambridge [u.a.]: Cambridge Univ Press, 2005 [69] Y Wang, B Ren, S Sun, S Kang, and X Yue, “Analysis of non-orthogonal multiple access for 5G,” China Commun., vol 13, no Supplement2, pp 52–66, N/A 2016 [70] J Zhao, Z Ding, P Fan, Z Yang, and G K Karagiannidis, “Dual relay selection for cooperative noma with distributed space time coding,” IEEE Access, 2018 [71] L Dai, B Wang, Z Ding, Z Wang, S Chen, and L Hanzo, “A survey of nonorthogonal multiple access for 5G,” IEEE Commun Surveys Tuts., vol N/A, no N/A, p N/A, 2018 [72] P Xu, Z Yang, Z Ding, and Z Zhang, “Optimal Relay Selection Schemes for Cooperative NOMA,” IEEE Trans Veh Technol., vol N/A, no N/A, p N/A, 2018 [73] R Morsi, D S Michalopoulos, and R Schober, “Performance analysis of nearoptimal energy buffer aided wireless powered communication,” IEEE Trans Commun., vol 17, no 2, pp 863–881, 2018 [74] A Nasir, H Tuan, T Duong, and M Debbah, “Nonorthogonal multiple access for beamforming in energy-harvesting enabled networks,” IEEE Trans Commun 124 [75] P Deng, B Wang, W Wu, and T Guo, “Transmitter design in miso-noma system with wireless-power supply,” IEEE Commun Lett., 2018 [76] M Moltafet, P Azmi, N Mokari, M R Javan, and A Mokdad, “Optimal and fair energy efficient resource allocation for energy harvesting-enabled-pd-noma-based hetnets,” IEEE Trans Commun., vol 17, no 3, pp 2054–2067, 2018 [77] A Bletsas, H Shin, and M Z Win, “Cooperative communications with outageoptimal opportunistic relaying,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 6, no 9, pp 3450–3460, Sep 2007 [78] Y Gu and S Aăssa, RF-based energy harvesting in decode-and-forward relaying systems: Ergodic and outage capacities,” IEEE Trans Commun., vol 14, no 11, pp 6425–6434, July 2015 [79] K I Pedersen, T E Kolding, I Seskar, and J M Holtzman, “Practical implementation of successive interference cancellation in DS/CDMA systems,” in Universal Personal Commun, 1996 Record., 1996 5th IEEE Inter Conf, vol IEEE, Aug 1996, pp 321–325 [80] A Papoulis and S U Pillai, Probability, random variables, and stochastic processes, 4th ed Boston: McGraw-Hill, 2002 [81] ——, Probability, random variables, and stochastic processes Tata McGraw-Hill Education, 2002 [82] D Zwillinger, Table of integrals, series, and products Elsevier, 2014 [83] Y Lee and M.-H Tsai, “Performance of decode-and-forward cooperative communications over nakagami-m fading channels,” IEEE Trans Veh Technol., vol 58, no 3, pp 1218–1228, 2009 [84] M K Simon, “Digital communication over generalized fading channels: a unified approach to performance analysis,” 2002 [85] Y Chen and C Tellambura, “Distribution functions of selection combiner output in equally correlated rayleigh, rician, and nakagami-m fading channels,” IEEE Trans Commun., vol 52, no 11, pp 1948–1956, 2004 [86] S Singh, S Modem, and S Prakriya, “Optimization of cognitive two-way networks with energy harvesting relays,” IEEE Commun Lett., vol 21, no 6, pp 1381–1384, 2017 125 [87] A Bletsas, H Shin, and M Z Win, “Cooperative communications with outageoptimal opportunistic relaying,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 6, no 9, pp 3450–3460, Sep 2007 [88] L Zhang, J Liu, M Xiao, G Wu, Y.-C Liang, and S Li, “Performance analysis and optimization in downlink noma systems with cooperative full-duplex relaying,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 35, no 10, pp 2398–2412, 2017 [89] C Zhong and Z Zhang, “Non-orthogonal multiple access with cooperative fullduplex relaying,” IEEE Commun Lett., vol 20, no 12, pp 2478–2481, 2016 [90] X Yue, Y Liu, S Kang, A Nallanathan, and Z Ding, “Exploiting full/halfduplex user relaying in noma systems,” IEEE Trans Commun., vol 66, no 2, pp 560–575, 2018 [91] M F Kader, S Y Shin, and V C Leung, “Full-duplex non-orthogonal multiple access in cooperative relay sharing for 5g systems,” IEEE Trans Veh Technol., 2018 [92] J Montalban, P Scopelliti, M Fadda, E Iradier, C Desogus, P Angueira, M Murroni, and G Araniti, “Multimedia multicast services in 5g networks: Subgrouping and non-orthogonal multiple access techniques,” IEEE Commun Mag., vol 56, no 3, pp 91–95, 2018 [93] Y Liu, Z Qin, M Elkashlan, Z Ding, A Nallanathan, and L Hanzo, “Nonorthogonal multiple access for 5g and beyond,” IEEE Commun Mag., vol 105, no 12, pp 2347–2381, 2017 [94] M Amjad, F Akhtar, M H Rehmani, M Reisslein, and T Umer, “Full-duplex communication in cognitive radio networks: A survey,” IEEE Commun Surveys Tuts., 2017 [95] P C Sofotasios, M K Fikadu, S Muhaidat, S Freear, G K Karagiannidis, and M Valkama, “Relay selection based full-duplex cooperative systems under adaptive transmission,” IEEE Wireless Communications Letters, vol 6, no 5, pp 602–605, 2017 [96] L Zhao, X Wang, and T Riihonen, “Transmission rate optimization of fullduplex relay systems powered by wireless energy transfer,” IEEE Trans Commun., vol 16, no 10, pp 6438–6450, 2017 126 [97] D Wang, R Zhang, X Cheng, L Yang, and C Chen, “Relay selection in fullduplex energy-harvesting two-way relay networks,” IEEE Transactions on Green Communications and Networking, vol 1, no 2, pp 182–191, 2017 [98] D Bharadia, E McMilin, and S Katti, “Full duplex radios,” ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol 43, no 4, pp 375–386, 2013 [99] R Li, Y Chen, G Y Li, and G Liu, “Full-duplex cellular networks,” IEEE Commun Mag., vol 55, no 4, pp 184–191, 2017 [100] K Lee and J.-P Hong, “Energy-Efficient Resource Allocation for Simultaneous Information and Energy Transfer With Imperfect Channel Estimation,” IEEE Trans Veh Commun., vol 65, no 4, pp 2775–2780, Mar 2016 [101] H A Suraweera, P J Smith, and M Shafi, “Capacity limits and performance analysis of cognitive radio with imperfect channel knowledge,” IEEE Trans Veh Technol., vol 59, no 4, pp 1811–1822, Feb 2010 [102] H Ju and R Zhang, “Throughput maximization in wireless powered communication networks,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 13, no 1, pp 418–428, Jan 2014 [103] M Toka and O Kucur, “Performance of antenna selection schemes in dual hop full-duplex decode-and-forward relaying over nakagami-m fading channels,” AEUInternational Journal of Electronics and Communications, vol 86, pp 92–102, 2018 [104] R M Corless, G H Gonnet, D E Hare, D J Jeffrey, and D E Knuth, “On the lambertw function,” Advances in Computational mathematics, vol 5, no 1, pp 329–359, 1996 [105] Y Zhang, J Ge, and E Serpedin, “Performance analysis of a 5g energyconstrained downlink relaying network with non-orthogonal multiple access,” IEEE Trans Commun., vol 16, no 12, pp 8333–8346, 2017 [106] J Men, J Ge, and C Zhang, “Performance analysis of non-orthogonal multiple access for relaying networks over Nakagami-m fading channels,” IEEE Trans Veh Technol., Nov 2016 [107] ——, “Performance analysis for downlink relaying aided non-orthogonal multiple access networks with imperfect csi over nakagami-m fading.” IEEE Access, vol 5, pp 998–1004, 2017 127 [108] M Maso, C.-F Liu, C.-H Lee, T Q Quek, and L S Cardoso, “Energy-recycling full-duplex radios for next-generation networks,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 33, no 12, pp 2948–2962, 2015 [109] M S Lim, “The capacity analysis of ssb/bpsk-ds/cdma with a successive interference canceller,” in Vehicular Technology Conference, 2000 IEEE-VTS Fall VTC 2000 52nd, vol IEEE, 2000, pp 2428–2432 [110] H H M Tam, H D Tuan, A A Nasir, T Q Duong, and H V Poor, “MIMO energy harvesting in full-duplex multi-user networks,” IEEE Trans Commun., vol 16, no 5, pp 3282–3297, 2017 ... 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