Nâng cao hiệu suất phổ và hiệu suất năng lượng trong mạng vô tuyến mimo song công

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN XUÂN XINH NÂNG CAO HIỆU SUẤT PHỔ VÀ HIỆU SUẤT NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG VÔ TUYẾN MIMO SONG CÔNG ENHANCING SPECTRAL EFFICIENCY AND ENERGY EFFICIENCY IN FULL DUPLEX MIMO WIRELESS NETWORKS Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Hà Hoàng Kha Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Võ Nguyễn Quốc Bảo Cán chấm nhận xét 2: PGS TS Đỗ Hồng Tuấn Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 11 tháng 01 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: GS TS Lê Tiến Thường Thư ký: TS Trịnh Xuân Dũng Phản biện 1: PGS TS Võ Nguyễn Quốc Bảo Phản biện 2: PGS TS Đỗ Hồng Tuấn Uỷ viên: PGS TS Phạm Hồng Liên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN XUÂN XINH MSHV: 1670331 Ngày, tháng, năm sinh: 15/04/1993 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 I TÊN ĐỀ TÀI: Nâng cao hiệu suất phổ hiệu suất lượng mạng vô tuyến MIMO song cơng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu lý thuyết hệ thống thông tin vô tuyến MIMO hoạt động chế độ song cơng Phân tích hiệu suất phổ hiệu suất lượng hệ thống MIMO song cơng Thiết kế khối xử lý tín hiệu phát thu hiệu để nâng cao hiệu suất phổ hiệu suất lượng hệ thống Mô phỏng, đánh giá hiệu suất phổ hiệu suất lượng mạng vơ tuyến MIMO song cơng Mơ hình tốn học cho hệ thống MIMO song cơng, đề xuất giải pháp nâng cao hiệu suất phổ hiệu suất lượng hệ thống Chương trình mơ phân tích đánh giá hiệu giải pháp đạt III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/07/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/02/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Hà Hoàng Kha Tp HCM, ngày 13 tháng 07 năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Đầu tiên Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Người thầy hướng dẫn PGS TS Hà Hoàng Kha Em cảm ơn Thầy dành hướng dẫn nhiệt tình chun mơn khích lệ, động viên Em lúc gặp vấn đề khó khăn trình viết luận văn hay vấn đề sống đời thường để giúp Em hoàn thành luận văn cách tốt Nhờ có Thầy, Em không học kiến thức chuyên môn mà cách làm việc, học tập cách nghiêm túc chuyên nghiệp Bên cạnh đó, Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô môn Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Bởi suốt chương trình học Thạc Sĩ, thầy tận tình giảng dạy, bảo cung cấp nhiều kiến thức chuyên môn liên quan Những giảng, tài liệu tham khảo giúp ích cho Em nhiều trình nghiên cứu thực luận văn Và hết, lịng biết ơn vơ vàn Gia Đình, họ tạo cho Em nhiều động lực cho Em điều kiện tốt để hồn thành luận văn thạc sĩ Cuối cùng, xin gửi lời cám ơn đến cộng chia sẻ, giúp đỡ Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2018 Nguyễn Xuân Xinh TÓM TẮT Trong thập kỷ vừa qua, xuất thiết bị thơng minh (như điện thoại, máy tính bảng, thiết bị kế nối vơ tuyến thơng minh) kèm theo dịch vụ ứng dụng khai thác, truy cập liệu trực tuyến (như trị chơi, giải trí, mua bán, giao dịch trực tuyến) đóng góp đáng kể vào gia tăng lưu lượng thông tin khổng lồ hệ thống thông tin, đặc biệt hệ thống thơng tin vơ tuyến kết nối có xu hướng di động, linh hoạt thực nơi Theo thống kê số lượng thiết bị kết nối vô tuyến gia tăng đáng kể theo năm dự báo tiếp tục tăng đạt gấp nhiều lần năm Với gia tăng số lượng kết nối lưu lượng thông tin, hệ thông thông tin vô tuyến hệ thứ (5G) cứu giải pháp để nâng cao hiệu sử dụng phổ lượng Trong đó, giải pháp kỹ thuật đa ngõ vào đa ngõ (MIMO) với truyền thông song công (FD) kỹ thuật triển vọng để cải thiện hiệu suất sử dụng phổ Do đó, luận văn nghiên cứu khó khăn hệ thống MU-MIMO song cơng đặc biệt tự can nhiễu can nhiễu liên người dùng, tìm giải pháp để thiết kế tiền mã hoá tối ưu Thứ nhất, luận văn thiết kế tiền mã hoá tối đa hoá tổng hiệu suất phổ (SE) hệ thống MU-MIMO song công Thứ hai, phối hợp thiết kế tế bào để đạt tối ưu hiệu suất lượng (EE) thực Trong mơ hình cuối, luận văn kết hợp kỹ thuật vô tuyến nhận thức (CR) vào mơ hình MU-MIMO song cơng chia sẻ phổ tần, qua thiết kế tối ưu tổng tốc độ hệ thống ràng buộc can nhiễu cho phép Cuối cùng, mơ số liệu máy tính trình bày chi tiết để kiểm chứng tính hiệu thiết kế luận văn, đem so sánh với phương pháp có ABSTRACT Over the past decade, the appearance of smart devices (such as smart phone, tablet, smart wireless-connected devices), online services and applications (e.g., game online, entertainment, online transactions) have distributed a considerable increase in data traffic into communication systems, particularly wireless communication systems due to their mobility, flexibility and anywhere of connections According to recent statistics, the number of wireless devices and wireless connections are remarkably grown every year and it is forecast that this number will keep rising many folds in the next years With an increasing in both wireless connections and data traffic, the fifth generation (5G) of wireless networks has been focusing on the technical approaches to improve the spectral efficiency and energy efficiency Among them, the multiple-input multiple-output (MIMO) and full-duplex (FD) transmission are potential techniques for spectral efficiency improvement Therefore, this thesis studies the challenges of full-duplex MU-MIMO systems, e.g., the problems of self-interference and multi-user interference, and finds the optimal precoding designs Firstly, the thesis focuses on designing precoder matrices to maximize the system throughput (spectral efficiency (SE)) in FD MU-MIMO network Secondly, the coordinating designs among cells for optimal energy efficiency (EE) are addressed In the last model, this thesis invokes cognitive radio (CR) spectrum sharing into the FD MU-MIMO mode and then designs the precoders to maximize the sum-rate under the allowable interference constraints Finally, the numerical simulations were conducted to verify the effectiveness of designed precoders in this thesis as compared to the prior conventional methods LỜI CAM ĐOAN Em tên Nguyễn Xuân Xinh, học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Viễn Thơng, khóa 2016, Đại Học Quốc Gia TP.HCM - Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Em xin cam đoan nội dung sau thật: - Cơng trình nghiên cứu hồn tồn em thực suốt q trình thực đề tài hướng dẫn PGS TS Hà Hồng Kha - Các tài liệu trích dẫn luận văn tham khảo từ nguồn thực tế, uy tín độ xác cao - Các số liệu kết mô thực cách độc lập hoàn toàn trung thực Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2018 Nguyễn Xuân Xinh Mục lục Mục lục i Danh sách hình vẽ iv Danh sách bảng vi Từ viết tắt viii Danh sách lưu đồ giải thuật ix MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Yêu cầu kỹ thuật cho mạng vô tuyến hệ thứ - 5G 1.1.2 Xu hướng tăng trưởng lưu lượng liệu di động 1.1.3 Mức tiêu thụ lượng ngành viễn thông 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ luận văn 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Bố cục luận văn 1.7 Các báo hoàn thành luận văn 1 8 8 10 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1 Kỹ thuật đa ngõ vào đa ngõ MIMO 2.1.1 MIMO điểm-đến-điểm 2.1.2 MIMO đa người dùng (MU-MIMO) 2.1.3 Massive MIMO 2.2 Truyền thông vô tuyến song công (FD) i 11 11 11 12 12 13 MỤC LỤC 2.2.1 2.3 2.4 2.5 2.6 Giới thiệu FD 2.2.1.1 Khái niệm 2.2.1.2 Ưu điểm 2.2.1.3 Nhược điểm 2.2.2 Phương pháp loại bỏ tự can nhiễu thông tin vô tuyến song công 2.2.2.1 Triệt tự can nhiễu thụ động 2.2.2.2 Triệt tự can nhiễu miền tương tự 2.2.2.3 Triệt tự can nhiễu miền số 2.2.2.4 Mơ hình ứng dụng song công thông tin vô tuyến 2.2.3 Vô tuyến song công mạng thông tin tế bào Vấn đề truyền thông xanh Mạng vô tuyến nhận thức CR Lý thuyết toán tối ưu 2.5.1 Bài toán tối ưu 2.5.2 Tối ưu lồi 2.5.3 Bài toán tối ưu hàm mục tiêu dạng phân số 2.5.3.1 Cơ hàm tựa-lõm 2.5.3.2 Giải thuật Dinkelbach cho tối ưu phân số lõm-lồi 2.5.4 Phương pháp lặp cho tốn tối ưu khơng lồi 2.5.4.1 Phương pháp Majorization-Minimization (MM) 2.5.4.2 Giải thuật tối ưu lồi - SCP 2.5.4.3 Giải thuật lặp SCP dựa DC Kết luận chương THIẾT KẾ TIỀN MÃ HOÁ TỐI ĐA HIỆU SUẤT PHỔ TRONG FD MIMO 3.1 Giới thiệu 3.2 Mơ hình hệ thống MU-MIMO song cơng tốn tối ưu hiệu suất phổ 3.3 Thiết kế tiền mã hoá cho hệ thống MU-MIMO song công 3.3.1 Thiết kế tiền xử lý tối ưu 3.3.2 Thiết kế phân bổ công suất 3.4 Kết mô nhận xét 3.4.1 Mơ 1: Đặc tính hội tụ thuật toán tối ưu 3.4.2 Mô 2: Sự thay đổi tổng tốc độ theo công suất phát cực đại 3.4.3 Mô 3: Ảnh hưởng mức độ tự can nhiễu đến hiệu hệ thống 3.5 Kết luận chương ii 13 14 14 15 16 17 18 19 21 21 22 23 25 25 26 27 27 27 28 28 29 30 30 31 31 33 35 35 38 38 38 39 40 40 MỤC LỤC HIỆU SUẤT NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG FD MU-MIMO ĐA BÀO 4.1 Giới thiệu 4.2 Mơ hình hệ thống MU-MIMO song cơng đa tế bào 4.3 Tối đa hiệu suất lượng giải thuật tối ưu 4.4 Kết mô nhận xét 4.5 Kết luận chương TẾ TIỀN MÃ HOÁ CHO CR FD MU-MIMO VỚI CSI KHƠNG HỒN HẢO 5.1 Giới thiệu 5.2 Mơ hình hệ thống 5.2.1 Mơ hình tín hiệu 5.2.2 Các ràng buộc bền vững công suất can nhiễu 5.3 Thiết kế tiền mã hoá bền vững cho tối đa hoá tổng tốc độ kênh hệ thống FD MU-MIMO 5.3.1 Bài toán tối đa hoá tổng dung lượng 5.3.2 Biến đổi hiệu hai hàm lõm cho hàm mục tiêu 5.3.3 Biến đổi LMI cho ràng buộc công suất can nhiễu bền vững PU 5.4 Kết mô 5.4.1 Trường hợp mô 1: Đặc tính hội tụ giải thuật CDF can nhiễu PU 5.4.2 Trường hợp mô 2: Ảnh hưởng mức độ sai lệnh kênh SU-PU Channel lên chất lượng hệ thống 5.5 Kết luận chương KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 6.1 Kết luận chung 6.2 Hướng nghiên cứu 6.2.1 Thơng tin kênh truyền khơng hồn hảo 6.2.2 Sự suy hao phần cứng thu-phát 6.2.3 Bảo mật hệ thống song công 6.2.4 Truyền đồng thời thông tin lượng Tài liệu tham khảo KẾ TIẾP 42 42 44 47 49 52 54 55 56 57 59 60 60 61 62 65 66 66 67 72 72 73 73 73 73 74 75 iii TIỀN MÃ HỐ CHO CR FD MU-MIMO VỚI CSI KHƠNG HỒN HẢO 0.9 0.8 0.7 CDF 0.6 0.5 0.4 0.3 Non Robust, υ = 0.05 Robust, υ = 0.05 Non Robust, υ = 0.1 Robust, υ = 0.1 Threshold 0.2 0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 Interference power (W) 1.6 1.8 ×10 -9 Hình 5.3: Hàm tích luỹ xác suất (CDF) cơng suất can nhiễu với γPU = −60 dBm giá trị khác độ sai lệch kênh υ hàm lõm thích hợp lần lặp Ngoài ra, điều kiện bền vững liên quan đến giới hạn công suất can nhiễu PU biến đổi thành dạng LMI Sau đó, tốn giải giải thuật tối ưu lồi cụ thể Kết mô số liệu khả quản lý việc buộc công suất can nhiễu mức cho phép cho thấy tác động thông tin CSI khơng hồn hảo SU PU tới tổng tốc độ hệ thống CR 68 TIỀN MÃ HỐ CHO CR FD MU-MIMO VỚI CSI KHƠNG HỒN HẢO 65 Total Sum Rate (bps/Hz) 60 55 50 45 40 35 30 υ=0 υ = 0.05 υ = 0.3 25 20 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 γPU (dBm) Hình 5.4: Tổng tốc độ tối đa hàm công suất can nhiễu với giá trị khác υ 69 TIỀN MÃ HỐ CHO CR FD MU-MIMO VỚI CSI KHƠNG HOÀN HẢO 60 γPU γPU γPU γPU Total Sum Rate (bps/Hz) 58 56 = −50 = −55 = −60 = −65 dBm dBm dBm dBm 54 52 50 48 46 44 42 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 CSI inaccuracy level - υ Hình 5.5: Tổng tốc độ tối đa trung bình theo mức sai số kênh truyền với giá trị khác γPU 70 TIỀN MÃ HOÁ CHO CR FD MU-MIMO VỚI CSI KHƠNG HỒN HẢO Average total transmitted power (W) 0.35 0.3 γPU γPU γPU γPU = −50 = −55 = −60 = −65 dBm dBm dBm dBm 0.35 0.4 0.45 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.5 CSI inaccuracy level - υ Hình 5.6: Tổng cơng suất phát trung bình thay đổi theo mức sai số kênh với giá trị khác γPU 71 Chương KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU KẾ TIẾP 6.1 Kết luận chung Kim nan xuyên suốt luận văn kỹ thuật MIMO đa người dùng (MU-MIMO) kết hợp với kỹ thuật truyền thơng song cơng (FD) với mục đích nâng cao hiệu hệ thống vô tuyến Các toán tối ưu hiệu suất phổ lượng với nhiều thách thức biến tối ưu bị ghép hợp phân tích đưa phương pháp giải thích hợp Đầu tiên, luận văn trình bày tổng quan nhu cầu lưu lượng liệu yêu cầu cho mạng thông tin hệ tranh nghiên cứu chung Kèm theo lý thuyết thông tin sở, kỹ thuật truyền thơng lý thuyết tốn tối ưu liên quan tảng để đề xuất phân tích thiết kế chương Trong mơ hình cụ thể, luận văn phân tích thành lập toán vấn đề, khảo sát phương pháp tiếp cận trước đây, chọn phân tích giải pháp thích hợp, sau đưa hướng giải cho vấn đề xem xét Trong phần kế tiếp, luận văn trình bày chi tiết các bước phân tích để đưa tốn khó dạng thông dụng, cuối đề xuất lời giải cho mơ hình Ngồi ra, luận văn thực mơ số liệu cho thiết kế tương ứng với mơ hình nhằm đánh giá hiệu giải pháp đề xuất Thông qua kết mô phỏng, phương pháp đề luận văn nâng cao hiệu suất khai thác khía cạnh xem xét (phổ tần, lượng) so với phương pháp trước Như vậy, luận văn kết luận hiệu suất phổ lượng tối ưu hệ thống MIMO song công đa người dùng nâng cao giải pháp luận văn Bên cạnh kết lý thuyết đạt được, dù nỗ lực thực nghiên cứu cách tốt khả năng, cịn nhiều khía cạnh kiến thức liên quan đến tối ưu hiệu suất phổ lượng mặt lý thuyết việc thực nghiệm thực tế, chưa trình bày đầy đủ luận văn Tuy nhiên, luận văn đề 72 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU KẾ TIẾP sở lý thuyết thực mô với mô hình cụ thể để đánh giá kết dựa sở lý thuyết Qua đó, số định hướng nghiên cứu thực dựa nội dung luận văn, cách mở rộng tính tổng quát vấn đề luận văn, mục sau 6.2 Hướng nghiên cứu Trong phần này, luận văn đưa định hướng nghiên cứu liên quan đến vấn đề thiết kế tối ưu mơ hình MIMO đa người dùng song công sau 6.2.1 Thông tin kênh truyền khơng hồn hảo Vấn đề thơng tin kênh truyền khơng đảm bảo thực tế dễ gặp phải trường hợp hệ thống thiết kế người dùng di chuyển tốc độ cao Khi độ lợi kênh thay đổi nhanh chóng dẫn đến sai lệch kênh ước lượng kênh Ngồi ra, thơng tin kênh sai lệch yếu tố ước lượng phần cứng, giải thuật, độ phân giải lượng tử, sai lệch trao đổi Vì thế, để đảm bảo hệ thống tối ưu, cần có giải pháp thiết kế Robust cho phép tìm tiền mã hố chống lại sai lệch kênh truyền Mặc dù có nhiều nghiên cứu vấn đề thiết kế hệ thống truyền thông [30, 31, 46, 56, 57, 63], nhiên việc xem xét sai số kênh vào việc thiết kế hệ thống song cơng cịn hạn chế cần thực 6.2.2 Sự suy hao phần cứng thu-phát Sự suy giảm chất lượng nhiễu phần cứng khơng hồn hảo dẫn đến tối ưu toán giả sử phần cứng hoàn hảo luận văn Ngoài suy hao phần cứng dẫn đến giới hạn loại bỏ tự can nhiễu gây suy hao chất lượng hệ thống Mặc dù có vài cơng trình đề cập nhiễu phần cứng hệ thống MIMO song công [56, 57, 63], nhiên điều cần thiết xem xét vấn đề suy hao phần cứng để có phân tích tổng qt 6.2.3 Bảo mật hệ thống song công Đa số cơng trình gần đây, nghiên cứu liên quan đến hệ thống MIMO song công, chưa đề cập đến vấn đề bảo mật [18, 20, 23, 63], vốn đại lượng thị chất lượng quan trọng trọng hệ thống thông tin vô tuyến xuất thiết bị muốn nghe Các 73 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU KẾ TIẾP cơng trình bảo mật vật lý cho hệ thống MIMO gần thiết kế cho hệ thống bán song công (HD) [53] Tuy nhiên chế độ song công, biến tối ưu thường bị ghép hợp với nhau, giải thuật thiết kế hệ thống bán song công (HD) khơng thể áp dụng cho hệ thống song cơng (FD) Vì thế, việc xem xét thiết kế bảo mật lớp vật lý cho hệ thống MIMO song công cần thiết 6.2.4 Truyền đồng thời thông tin lượng Một xu hướng khác mở rộng nghiên cứu kỹ thuật đồng thời truyền thông tin lượng, hướng tiếp cận mục tiêu nâng cao hiệu sử dụng lượng (xem mục 2.3) Đây hướng tiếp cận nhiều triển vọng cải thiện hiệu suất lượng hệ thống thông tin vô tuyến [20, 64] Những kiến thức tảng đạt luận văn hữu ích tiếp cận xu hướng 74 Tài liệu tham khảo [1] I G P Group, “5G vision of IMT-2020 (5G) promotion group,” Tech Rep., Sep 2014 [Online] Available: http://www.imt-2020.cn iv, 1, 2, 3, 23 [2] C Company, “Cisco visual networking index: Global mobile data traffic forecast update, 2016 2021,” 2018 [Online] Available: http://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/ visual-networking-index-vni/mobile-white-paper-c11-520862.html iv, 3, 4, 23 [3] EARTH Project, “Deliverable d2.3, energy efficiency analysis of the reference systems, areas of improvements and target breakdown,” Nov 2010 [Online] Available: https://cordis.europa.eu/docs/projects/cnect/3/247733/080/ deliverables/001-EARTHWP2D23v2.pdf iv, [4] T L Marzetta, E G Larsson, H Yang, and H Q Ngo, Fundamentals of massive MIMO Cambridge University Press, 2016 iv, 12, 13, 14, 43 [5] D Bharadia, E McMilin, and S Katti, “Full duplex radios,” in Proceedings of the ACM SIGCOMM 2013 Conference on SIGCOMM, ser SIGCOMM ’13 New York, NY, USA: ACM, 2013, pp 375–386 [Online] Available: http: //doi.acm.org/10.1145/2486001.2486033 iv, 17 [6] A Sabharwal, P Schniter, D Guo, D W Bliss, S Rangarajan, and R Wichman, “Inband full-duplex wireless: Challenges and opportunities,” IEEE Journal on Selected Areas in Commun., vol 32, no 9, pp 1637–1652, Sept 2014 iv, 17, 21, 32, 65 [7] S Buzzi, C I, T E Klein, H V Poor, C Yang, and A Zappone, “A survey of energy-efficient techniques for 5G networks and challenges ahead,” IEEE J Sel Areas Commun., vol 34, no 4, pp 697–709, Apr 2016 iv, 22, 23, 42, 43 [8] Z Zhang, K Long, A V Vasilakos, and L Hanzo, “Full-duplex wireless communications: Challenges, solutions, and future research directions,” Proceedings of the IEEE, vol 104, no 7, pp 1369–1409, July 2016 vi, 14, 15, 16, 18, 19, 20 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [9] E Calvanese Strinati and L Hérault, “Holistic approach for future energy efficient cellular networks,” e & i Elektrotechnik und Informationstechnik, vol 127, no 11, pp 314–320, Nov 2010 [Online] Available: https://doi.org/10.1007/S00502-010-0782-6 [10] T Edler and S Lundberg, “Energy efficiency enhancements in radio access networks,” Ericsson review, vol 81, pp 42–51, 2004 [11] “Improving energy efficiency, lower CO2 emission and TCO,” 2010 [Online] Available: http://www.mobilontelecom.com/upload/ Huawei-Energy-Efficiency-White-Paper.pdf [12] D Lister, “An operator’s view on green radio,” Keynote Speech, Green Communication, 2009 [13] Huawei Whitepaper, “Save energy and reduce emissions to achieve sustainable development and improve corporate competitiveness,” Huawei Whitepaper for Saving Energy and Reducing Emissions, 2012 [Online] Available: https://www huawei.com/ilink/en/download/HW_076768 [14] E Telatar, “Capacity of multi-antenna gaussian channels,” European transactions on telecommunications, vol 10, no 6, pp 585–595, 1999 12, 31 [15] J I Choi, M Jain, K Srinivasan, P Levis, and S Katti, “Achieving single channel, full duplex wireless communication,” in Proceedings of the Sixteenth Annual International Conference on Mobile Computing and Networking, ser MobiCom ’10 New York, NY, USA: ACM, 2010, pp 1–12 [Online] Available: http://doi.acm.org/10.1145/1859995.1859997 14, 15 [16] T Le-Ngoc and A Masmoudi, Full-Duplex Wireless Communications Systems: SelfInterference Cancellation Springer, 2017 16, 17, 18, 19 [17] Z Zhang, X Chai, K Long, A V Vasilakos, and L Hanzo, “Full duplex techniques for 5G networks: self-interference cancellation, protocol design, and relay selection,” IEEE Communications Magazine, vol 53, no 5, pp 128–137, May 2015 17, 32 [18] D Nguyen, L Tran, P Pirinen, and M Latva-aho, “Precoding for full duplex multiuser MIMO systems: Spectral and energy efficiency maximization,” IEEE Trans Signal Process., vol 61, no 16, pp 4038–4050, Aug 2013 21, 22, 23, 30, 32, 38, 43, 46, 47, 48, 50, 51, 55, 58, 61, 73 [19] ——, “On the spectral efficiency of full-duplex small cell wireless systems,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 13, no 9, pp 4896–4910, Sep 2014 21, 23, 30, 32, 43, 46, 47, 48 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [20] V Nguyen, T Q Duong, H D Tuan, O Shin, and H V Poor, “Spectral and energy efficiencies in full-duplex wireless information and power transfer,” IEEE Trans Commun., vol 65, no 5, pp 2220–2233, May 2017 21, 73, 74 [21] V Nguyen, H V Nguyen, C T Nguyen, and O Shin, “Spectral efficiency of fullduplex multi-user system: Beamforming design, user grouping, and time allocation,” IEEE Access, vol 5, pp 5785–5797, 2017 21, 22, 32, 35 [22] R Li, Y Chen, G Y Li, and G Liu, “Full-duplex cellular networks,” IEEE Communications Magazine, vol 55, no 4, pp 184–191, Apr 2017 21, 22 [23] S Huberman and T Le-Ngoc, “Full-duplex MIMO precoding for sum-rate maximization with sequential convex programming,” IEEE Trans Veh Technol., vol 64, no 11, pp 5103–5112, Nov 2015 21, 32, 33, 35, 43, 47, 48, 50, 55, 58, 61, 73 [24] ——, “MIMO full-duplex precoding: A joint beamforming and self-interference cancellation structure,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 14, no 4, pp 2205–2217, Apr 2015 21, 33, 43, 48 [25] H H M Tam, H D Tuan, and D T Ngo, “Successive convex quadratic programming for quality-of-service management in full-duplex MU-MIMO multicell networks,” IEEE Trans Commun., vol 64, no 6, pp 2340–2353, Jun 2016 21, 32, 43, 46, 47, 55, 58 [26] J Kim, W Choi, and H Park, “Beamforming for full-duplex multiuser MIMO systems,” IEEE Trans Veh Technol., vol 66, no 3, pp 2423–2432, Mar 2017 21, 43 [27] Z Sheng, H D Tuan, H H M Tam, H H Nguyen, and Y Fang, “Energy-efficient precoding in multicell networks with full-duplex base stations,” EURASIP J Wirel Commun Networking, vol 2017, no 1, p 48, Mar 2017 21, 43 [28] A C Cirik, S Biswas, S Vuppala, and T Ratnarajah, “Beamforming design for full-duplex MIMO interference channels-QoS and energy-efficiency considerations,” IEEE Trans Commun., vol 64, no 11, pp 4635–4651, Nov 2016 21, 43, 51 [29] M Amjad, F Akhtar, M H Rehmani, M Reisslein, and T Umer, “Full-duplex communication in cognitive radio networks: A survey,” IEEE Communications Surveys Tutorials, vol 19, no 4, pp 2158–2191, Fourthquarter 2017 23, 24 [30] E A Gharavol, Y Liang, and K Mouthaan, “Robust linear transceiver design in MIMO ad hoc cognitive radio networks with imperfect channel state information,” 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO IEEE Trans Wireless Commun., vol 10, no 5, pp 1448–1457, May 2011 24, 25, 55, 60, 73 [31] Y Zhang, E DallAnese, and G B Giannakis, “Distributed optimal beamformers for cognitive radios robust to channel uncertainties,” IEEE Trans Signal Process., vol 60, no 12, pp 6495–6508, Dec 2012 24, 25, 55, 56, 59, 63, 73 [32] V N Q Bao, T Q Duong, and C Tellambura, “On the performance of cognitive underlay multihop networks with imperfect channel state information,” IEEE Transactions on Communications, vol 61, no 12, pp 4864–4873, Dec 2013 24, 25 [33] V N Q Bao, T Q Duong, D B da Costa, G C Alexandropoulos, and A Nallanathan, “Cognitive amplify-and-forward relaying with best relay selection in nonidentical rayleigh fading,” IEEE Communications Letters, vol 17, no 3, pp 475–478, Mar 2013 24, 25 [34] T Q Duong, P L Yeoh, V N Q Bao, M Elkashlan, and N Yang, “Cognitive relay networks with multiple primary transceivers under spectrum-sharing,” IEEE Signal Processing Letters, vol 19, no 11, pp 741–744, Nov 2012 24, 25 [35] H V Poor, “Active interference suppression in cdma overlay systems,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 19, no 1, pp 4–20, Jan 2001 24 [36] S Sun, Y Ju, and Y Yamao, “Overlay cognitive radio ofdm system for 4g cellular networks,” IEEE Wireless Communications, vol 20, no 2, pp 68–73, Apr 2013 24 [37] N Gupta and A K Jagannatham, “Transceiver optimization for unicast/multicast mimo cognitive overlay/underlay networks,” IEEE Signal Processing Letters, vol 22, no 10, pp 1556–1560, Oct 2015 24 [38] L M Lopez-Ramos, A G Marques, and J Ramos, “Jointly optimal sensing and resource allocation for multiuser interweave cognitive radios,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 13, no 11, pp 5954–5967, Nov 2014 25 [39] S Boyd and L Vandenberghe, Convex Optimization Cambridge University Press, 2004 26, 30, 35, 48, 61, 63 [40] A Mosek, “The mosek optimization toolbox for matlab manual,” 2015 26, 64 [41] A Zappone and E Jorswieck, Energy Efficiency in Wireless Networks via Fractional Programming Theory now, 2015 [Online] Available: https://ieeexplore.ieee.org/ document/8187084 27, 28 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [42] W Dinkelbach, “On nonlinear fractional programming,” Manage Sci., vol 13, no 7, pp 492–498, 1967 [Online] Available: http://www.jstor.org/stable/2627691 28, 49 [43] D R Hunter and K Lange, “A tutorial on MM algorithms,” The American Statistician, vol 58, no 1, pp 30–37, 2004 28, 29 [44] H H Kha, H D Tuan, and H H Nguyen, “Fast global optimal power allocation in wireless networks by local D.C programming,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 11, no 2, pp 510–515, Feb 2012 30, 35, 48, 61 [45] X.-X Nguyen and H H Kha, “Precoder design for spectral efficiency maximization in full duplex MIMO wireless systems,” in The 2017 International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (ISEE 2017), Ho Chi Minh city, Viet Nam, Nov 2017, pp 228–233 31 [46] J Zhang, O Taghizadeh, and M Haardt, “Robust transmit beamforming design for full-duplex point-to-point MIMO systems,” in ISWCS 2013; The Tenth International Symposium on Wireless Communication Systems, Aug 2013, pp 1–5 32, 73 [47] B P Day, A R Margetts, D W Bliss, and P Schniter, “Full-duplex bidirectional MIMO: Achievable rates under limited dynamic range,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol 60, no 7, pp 3702–3713, July 2012 32 [48] S Huberman and T Le-Ngoc, “Self-interference pricing for full-duplex mimo systems,” in 2013 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), Dec 2013, pp 3902–3906 32 [49] Y Li, P Fan, A Leukhin, and L Liu, “On the spectral and energy efficiency of full-duplex small-cell wireless systems with massive mimo,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 66, no 3, pp 2339–2353, March 2017 32 [50] M Grant and S Boyd, “CVX: Matlab software for disciplined convex programming, version 2.1,” http://cvxr.com/cvx, Mar 2014 37, 49, 50, 64 [51] X.-X Nguyen and H H Kha, “Energy efficient full-duplex multicell multi-user MIMO networks,” in IEEE Conf Advanced Technologies for Communications (ATC) Ho Chi Minh city, Viet Nam: IEEE, Oct 2018, pp 163–167 42 [52] J Tang, D K C So, E Alsusa, K A Hamdi, and A Shojaeifard, “Energy efficiency optimization with interference alignment in multi-cell MIMO interfering broadcast channels,” IEEE Trans Commun., vol 63, no 7, pp 2486–2499, Jul 2015 43 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [53] T T Vu, H H Kha, and H D Tuan, “Transceiver design for optimizing the energy efficiency in multiuser MIMO channels,” IEEE Commun Letters, vol 20, no 8, pp 1507–1510, Aug 2016 43, 74 [54] J B Rao and A O Fapojuwo, “A survey of energy efficient resource management techniques for multicell cellular networks,” IEEE Commun Surveys & Tutorials, vol 16, no 1, pp 154–180, First Quarter 2014 43 [55] A C Cirik, R Wang, Y Hua, and M Latva-aho, “Weighted sum-rate maximization for full-duplex MIMO interference channels,” IEEE Trans Commun., vol 63, no 3, pp 801–815, Mar 2015 55 [56] A C Cirik, S Biswas, S Vuppala, and T Ratnarajah, “Robust transceiver design for full duplex multiuser MIMO systems,” IEEE Wireless Commun Lett., vol 5, no 3, pp 260–263, June 2016 55, 60, 65, 73 [57] P Aquilina, A C Cirik, and T Ratnarajah, “Weighted sum rate maximization in full-duplex multi-user multi-cell MIMO networks,” IEEE Trans Commun., vol 65, no 4, pp 1590–1608, April 2017 55, 60, 65, 73 [58] H H Kha, T T Vu, and T Do-Hong, “Energy-efficient transceiver designs for multiuser MIMO cognitive radio networks via interference alignment,” Tel Sys., vol 66, no 3, pp 469–480, Nov 2017 55 [59] H H Kha and H Q Ta, “Min-max MSE-based interference alignment for transceiver designs in cognitive radio networks,” Radioengineering, vol 26, no 1, pp 170–178, Apr 2017 55 [60] V.-D Nguyen, L.-N Tran, T Q Duong, O Shin, and R Farrell, “An efficient precoder design for multiuser MIMO cognitive radio networks with interference constraints,” IEEE Trans Veh Technol., vol 66, no 5, pp 3991–4004, May 2017 55, 58 [61] V.-D Nguyen, C T Nguyen, H V Nguyen, and O Shin, “Joint beamforming and antenna selection for sum rate maximization in cognitive radio networks,” IEEE Commun Lett., vol 21, no 6, pp 1369–1372, June 2017 55, 58 [62] A C Cirik, R Wang, Y Rong, and Y Hua, “MSE-based transceiver designs for fullduplex MIMO cognitive radios,” IEEE Trans Commun., vol 63, no 6, pp 2056–2070, June 2015 56, 65 [63] A C Cirik, S Biswas, O Taghizadeh, and T Ratnarajah, “Robust transceiver design in full-duplex MIMO cognitive radios,” IEEE Trans Veh Technol., vol 67, no 2, pp 1313–1330, Feb 2018 56, 60, 65, 73 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [64] 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 Wireless Commun., vol 16, no 5, pp 3282–3297, May 2017 74 81 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Xuân Xinh Ngày, tháng, năm sinh: 15/04/1993 Nơi sinh: Đồng Nai Email: xuanxinhspkt@gmail.com Địa liên lạc: 46/4, KP 6, F Tân Mai, TP Biên Hồ, tỉnh Đồng Nai Q TRÌNH ĐÀO TẠO 2011 – 2015: Đại học, ngành CNKT Điện tử - Truyền thơng, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh 2016 – 2018: Cao học, ngành Kỹ thuật Viễn thông, Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC ... suất phổ hiệu suất lượng hệ thống MIMO song công Thiết kế khối xử lý tín hiệu phát thu hiệu để nâng cao hiệu suất phổ hiệu suất lượng hệ thống Mô phỏng, đánh giá hiệu suất phổ hiệu suất lượng mạng. .. TÀI: Nâng cao hiệu suất phổ hiệu suất lượng mạng vô tuyến MIMO song công II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu lý thuyết hệ thống thông tin vô tuyến MIMO hoạt động chế độ song cơng Phân tích hiệu suất. .. nguồn tài nguyên phổ, qua giúp nâng cao hiệu suất phổ - SE • Hiệu suất lượng: hiệu suất lượng chủ đề gần thu hút quan tâm nghiên cứu học thuật công nghiệp Tối ưu hiệu suất lượng mạng MIMO kết hợp