Trong bài viết này nghiên cứu đánh giá hiệu năng của cơ chế phi trực giao (NOMA) trong đường lên của mạng 5G. Mô hình được khảo sát trong bài báo này gồm 1 trạm cơ sở và 2 người dùng với hệ số kênh truyền, khoảng cách… khác nhau.
Hội nghị lần thứ Điện, Điện tử viễn thơng Tự động hố – Điện tử, 28/10/2017 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CƠ CHẾ ĐA TRUY CẬP PHI TRỰC GIAO NOMA CHO ĐƯỜNG LÊN CỦA MẠNG 5G Lê Đoàn Nguyên, Hà Đắc Bình Khoa Điện- Điện Tử Trường Đại Học Duy Tân Đà Nẵng, Vietnam Email: doannguyen.dtu@gmail.com, hadacbinh@duytan.edu.vn Tóm tắt—Trong báo này, nghiên cứu đánh giá hiệu chế phi trực giao (NOMA) đường lên mạng 5G Mơ hình khảo sát báo gồm trạm sở người dùng với hệ số kênh truyền,khoảng cách… khác Chúng nghiên cứu biểu thức liên quan đến thông số xác suất dừng hệ thống, thông lượng hệ thống, xác xuất lỗi kí tự Ngồi tơi cịn khảo sát hiệu hệ thống theo thông số khoảng cách, công suất phát Sau biểu thức kiểm chứng cách vẽ biểu đồ với công cụ Matlab để kiểm nghiệm Từ khóa—đa truy cập phi trực giao; NOMA; đánh giá hiệu năng; xác suất dừng hệ thống,xác suất lỗi kí tự I GIỚI THIỆU Sự phát triển mạnh mẽ thiết bị di động khơng dây địi hỏi hệ thống thông tin di động tiên tiến đáp ứng nhu cầu Mạng 5G có nhiều ưu điểm chất lượng cao,tốc độ cao,độ trễ thấp nên mạng 5G xu hướng nghiên cứu việc phát triển mạng khơng dây tương lai.Trong mạng 5G có nhiều công nghệ khác NOMA,OMA,MIMO…Kĩ thuật đa truy cập phi trực giao (NOMA) biết đến với nhiều ưu điểm cung cấp tần số, mã cho người dùng thời gian với mức công suất phát khác Đánh giá hiệu hệ thống thông tin di động việc quan trọng cần thiết hiệu cao hệ thống hoạt động hiệu quả.Để đánh giá hiệu hệ thống thông tin di động thường đánh giá qua thông số sau xác suất dừng hệ thống,thơng lượng hệ thống, xác suất lỗi kí tự Gần đây, có số cơng trình nghiên cứu kĩ thuật NOMA Nhóm tác giả [1] khảo sát đường lên đường xuống NOMA,so sánh hai kĩ thuật NOMA OMA,phân bố tần số, lượng… NOMA.Ở nghiên cứu [2] nhóm tác giả nghiên cứu hiệu lớp vật lý hệ thống xác suất dừng hệ thống, thông lượng hệ thống, xác suất lỗi kí tự với mạng chuyển tiếp truyền lượng Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đề xuất mơ hình hệ thống mạng chuyển tiếp khơng dây truyền lượng Nhóm tác giả [3] khảo sát khả bảo mật lớp vật lý đường truyền lên ( up link) hệ thống NOMA Không giống nghiên cứu trên, báo nghiên cứu hiệu kĩ thuật đa truy cập phi trực giao cho đường lên hệ thống 5G.Trong báo báo cáo nghiên cứu khoa học sau : -Đề xuất mơ hình hệ thống -Tìm biểu thức tính xác suất dừng hệ thống, thơng lượng hệ thống, xác suất lỗi bit/ kí tự -Khảo sát hệ thống theo thông số khoảng cách, cơng suất phát Phần cịn lại báo sau : Mơ tả mơ hình hệ thống phần II.Phân tích xác suất dừng hệ thống, thơng lượng hệ thống, xác suất lỗi bit/ kí tự hệ thống thực phần III.Kết mô phân tích kết khảo sát hệ thống phần IV.Phần V phần kết luận II MƠ HÌNH HỆ THỐNG VÀ KÊNH TRUYỀN Trong nghiên cứu khảo sát mơ hình hệ thống hình 1.Trong hệ thống bao gồm trạm sở, hai người dùng user1 user2 với khoảng cách hai user đến trạm sở khác nhau,hệ số kênh truyền khác nhau.Trong báo đề xuất kịch sau : Hình 1.Mơ hình hệ thống NOMA uplink Hội nghị lần thứ Điện, Điện tử viễn thông Tự động hoá – Điện tử, 28/10/2017 + Hệ thống có trạm sở hai người dùng với hệ số kênh truyền khoảng cách từ người dùng đến trạm sở khác + Giả sử có tất thơng tin trạng thái kênh truyền + Kênh truyền từ người dùng đến trạm sở kênh fading Rayleigh Hệ thống đề xuất hoạt động theo phương thức sau: Khi truyền theo đường lên người dùng i truyền tín hiệu si với công suất truyền pi Đối với đường lên NOMA tín hiệu mà trạm sở nhận là: y= √ √ √ + n0 (1) √ hi, di, , hệ số kênh truyền khoảng cách,hệ số suy hao từ người dùng đến trạm sở n0 nhiễu trắng phức Gaussian có trung bình cơng suất N0 Trong đường lên NOMA, tín hiệu s1, s2 truyền tần số,ở trạm sở sử dụng lọc can nhiễu SIC ( successive interference canceller ) để tách hai tín hiệu s1, s2 từ hai người dùng.SIC phát tín hiệu người dùng có mức lượng lớn tương đương với khoảng cách xa sau lấy tín hiệu nhận trừ cho tín hiệu vừa phát tín hiệu người dùng gần Ta có tỉ số cơng suất tín hiệu nhiễu( SINR) can nhiễu ( SNR có ) trạm sở : | | | = | Trong : | | (2) = ; F ; | | ; | | ( )=1 (4) ( ) (5) ( )=1 (| | ) (6) , (| | ) , E(.) tốn tử kì vọng biến ngẫu nhiên III.PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG 3.1 Xác suất dừng hệ thống Xác suất dừng hệ thống xác suất mà tỉ số cơng suất tín hiệu nhiễu tức thời đầu cuối SNR R < Rt với Rt ngưỡng thông lượng hệ thống.Xác suất dừng hệ thống tính sau Từ (2), (4) (5) ta có xác suất dừng hệ thống sau: Pout = ( ) = Pr ( < =∫ ) ( = Pr ( ( ( ) ) ) ) ( ) =1 Trong đó: (3) (8) ( ) CDF SNR tức thời ( ; Xét kênh truyền từ người dùng đến trạm sở kênh truyền Fading Rayleigh ta có CDF PDF người dùng : F Với Trong NOMA tín hiệu s1, s2 truyền tần số,nhưng mức lượng khác Khi máy trạm sở nhận tín hiệu giải mã s1 trừ thành phần s1 chứa tín hiệu y mà nhận sau giải mã s2 thông lượng biểu diễn theo công thức : Đối với người dùng 2: SNR2 = X2 = (7) 3.2 Thông lượng hệ thống Đối với người dùng 1: SINR1 = X1 = ( ) ) (9) Trong đó: Pout : xác suất dừng hệ thống R= ( ) 3.3 Xác suất lỗi kí tự Xác suất lỗi ký tự trung bình (ASEP) xác suất kí tự đường truyền đơn vị thời gian.Xác suất lỗi ký tự trung bình tham số quan trọng dùng để đánh giá hiệu mạng vơ tuyến tính sau : Hội nghị lần thứ Điện, Điện tử viễn thơng Tự động hố – Điện tử, 28/10/2017 Ps =∫ Ps = √ (√ ∫ Trong : ( ) ) f( )d ( ) √ ∫ (10) dt hàm Q Gausian số kênh truyền phụ thuộc vào loại điều chế giải điều chế, f( ): hàm PDF SNR SINR.(10) tính cụ thể phụ lục A IV.KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN 4.1 Ảnh hưởng khoảng cách lên xác suất dừng hệ thống user1 Kết hình cho ta thấy khoảng cách từ user1 đến trạm BS tỉ lệ thuận với nhau, khoảng cách lớn xác suất dừng hệ thống tiệm cận Trong cơng suất phát tỉ lệ nghịch với xác xuất dừng hệ thống,như hình với mức cơng suất phát tương ứng tăng dần xác xuất dừng hệ thống giảm dần Hình Mơ tả ảnh hưởng khoảng cách thông lượng hệ thống user1 với mức công suất phát = 10, 20, 30 dB, = 15 dB, = dB, d2 = 4,xm1= xm2 = 4.3 Ảnh hưởng khoảng cách lên xác suất lỗi kí tự Hình Ảnh hưởng khoảng cách lên xác suất lỗi kí tự trung bình với mức công suất phát khác = 10, 20, 30 dB, = 15 dB, = dB, d2 = 4,xm1= xm2 = 2, = 1, = Hình Xác suất dừng hệ thống biểu diễn theo khoảng cách với mức công suất phát = 10, 20, 30 dB, = 15 dB, = dB, d2 = 4,xm1= xm2 = 4.2 Ảnh hưởng khoảng cách công suất phát lên thông lượng hệ thống user1 Kết hình cho ta thấy khoảng cách từ user1 đến trạm BS tỉ lệ nghịch với nhau,khoảng cách lớn thơng lượng hệ thống nhỏ Ngược lại cơng suất phát tỉ lệ thuận với thơng lượng hệ thống,như hình với mức cơng suất phát tương ứng tăng dần thông lượng hệ thống tăng dần Ảnh hưởng khoảng cách lên xác suất lỗi kí tự trung bình biểu diễn hình ta thấy khoảng cách user BS lớn xác suất lỗi kí tự trung bình hệ thống tăng dần V.KẾT LUẬN Trong nghiên cứu khảo sát mơ hình hệ thống đa truy cập phi trực giao cho đường lên hệ thống Các biểu thức toán học xác suất dừng hệ thống, thông lượng, xác suất lỗi kí tự trung bình tính tốn dựa đặc điểm mơ hình đưa ra.Đồng thời tơi thực phân tích kết phần mềm để Hội nghị lần thứ Điện, Điện tử viễn thơng Tự động hố – Điện tử, 28/10/2017 LỜI CẢM ƠN kiểm chứng kết đưa ra.Từ kết ta phân tích thơng số ảnh hưởng đến hiệu hệ thống từ có đưa phương án cụ thể để làm tăng hiệu hoạt động hệ thống Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ts Hà Đắc Bình Trưởng Khoa Điện- Điện Tử , Trường Đại học Duy Tân giúp đỡ tơi q trình thực nghiên cứu PHỤ LỤC A TÀI LIỆU THAM KHẢO Ở phần tơi cung cấp tính tốn chi tiết cho công thức 10 ) Ps = = ∫ ( √ ( ∫ ( √ ) √ ( ∫ ( COMMUN., VOL.E98–B, NO.3 MARCH 2015 [3] - ) [4] ) [5] I1 = ∫ ( √ =∫ ) ) √ = √ √ ( I2 = = ∫ √ ∫ √ = ( ( ( ) ) ( (√ √ ( ) √ ( Ps = ( ) √ (√ ) )√ ( I2 = ( ) ∫ √ ) ) √ ) ) = Non-orthogonal Multiple Access (NOMA) with Successive Interference Cancellation for Future Radio Access,IEICE TRANS [2] ) ) [1] Phân tích hiệu mạng chuyển tiếp truyền lượng không dây qua kênh truyền pha-đinh nakagami-m,Trần Đức Dũng, Hà Đắc Bình, Nguyễn Hồng Hà, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ, Đại Học Duy Tân,5/2017 Phân tích khả bảo mật lớp vật lý mạng đa truy cập phi trực giao NOMA 5G cho đường lên,Nguyễn Văn Long, Trần Đức Dũng, Hà Đắc Bình, Đại học Duy Tân Probabilistic Method of Signal and System anylysis, George R.Cooper Clare D.McGillem Table of Intergrals, Series and Products Alan Jeffrey ... Bình, Nguyễn Hồng Hà, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ, Đại Học Duy Tân,5/2017 Phân tích khả bảo mật lớp vật lý mạng đa truy cập phi trực giao NOMA 5G cho đường lên, Nguyễn Văn Long, Trần Đức Dũng, Hà... thức sau: Khi truy? ??n theo đường lên người dùng i truy? ??n tín hiệu si với công suất truy? ??n pi Đối với đường lên NOMA tín hiệu mà trạm sở nhận là: y= √ √ √ + n0 (1) √ hi, di, , hệ số kênh truy? ??n khoảng... dùng.SIC phát tín hiệu người dùng có mức lượng lớn tương đương với khoảng cách xa sau lấy tín hiệu nhận trừ cho tín hiệu vừa phát tín hiệu người dùng gần Ta có tỉ số cơng suất tín hiệu nhiễu( SINR)