Performance evaluation of wireless information and power transfer mu mimo systems

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ QUANG PHAN AN ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG TRUYỀN THÔNG TIN VÀ NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG MIMO ĐA NGƯỜI DÙNG PERFORMANCE EVALUATION OF WIRELESS INFORMATION AND POWER TRANSFER MU-MIMO SYSTEMS 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 hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS HÀ HOÀNG KHA Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 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 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: LÊ QUANG PHAN AN MSHV:1670518 Ngày, tháng, năm sinh: 05/12/1993 Nơi sinh: Bình Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số : 60 52 02 08 I TÊN ĐỀ TÀI: Tên Tiếng Việt : Đánh giá hiệu truyền thông tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng Tên Tiếng Anh : Performance evaluation of wireless information and power transfer MU- MIMO systems II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Xây dựng mơ hình hệ thống truyền thơng tin lượng vô tuyến sử dụng kỹ thuật MU-MIMO ; Áp dụng thuật toán tối ưu để nâng cao hiệu hệ thống; Xây dựng chương trình mơ để đánh giá hiệu hệ thống truyền thông tin lượng vô tuyến Các kết dự kiến : Khảo sát công nghệ truyền thông tin lượng vô tuyến ; Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống MIMO đa người dùng sử dụng kỹ thuật truyền lương thông tin vô tuyến ; Đề xuất giải thuật tối ưu hiệu hệ thống; Chương trình mơ đánh giá hiệu hệ thống Xác định số độ ẩm, hàm lượng lipid tổng hàm lượng protein tổng sản phẩm lạp xưởng III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/07/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/12/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Hà Hoàng Kha Tp HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn luận văn PGS.TS Hà Hồng Kha Trong q trình thực luận văn, thầy người nhiệt tình hỗ trợ, dẫn giúp củng cố kiến thức đồng thời vấn đề cốt lõi giúp tơi có định hướng đắn để hồn thành luận văn Tiếp đến, xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô dạy trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đặc biệt thầy cô Bộ Môn Viễn Thông giúp xây dựng kiến thức tảng, sở để thực luận văn Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, quan tâm, động viên để tơi có điều kiện thuận lợi để thực luận văn Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2018 LÊ QUANG PHAN AN i GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An TÓM TẮT Ngày nay, số lượng trạm gốc thiết bị vô tuyến hệ thống thơng tin vơ tuyến tăng nhanh chóng Điều đồng nghĩa với việc tổng mức tiêu thụ lượng điện hệ thống tăng lên tương ứng Đây thách thức lớn cho phát triển ổn định bền vững hệ thống thông tin vô tuyến Mặt khác, hệ thống thơng tin vơ tuyến ngày nay, việc trì lượng để đảm bảo hoạt động liên tục thiết bị vô tuyến thách thức cần giải Kỹ thuật thu thập lượng vô tuyến nghiên cứu đánh giá giải pháp tiềm để giải thách thức kể “Truyền thông tin lượng vô tuyến” hướng nghiên cứu mới, ứng dụng kỹ thuật thu thập lượng vô tuyến Đây hướng nghiên cứu quan tâm nhiều nhà khoa học tổ chức khoa học thời gian gần Luận văn tập trung thiết kế khối tiền mã hóa trạm gốc để tối ưu dung lượng kênh lượng thu thập đường xuống mơ hình truyền thơng tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng Hai toán xem xét luận văn là: Tối đa hóa tổng dung lượng kênh tổng lượng thu thập hệ thống với điều kiện ràng buộc công suất phát trạm gốc (Bài tốn 1); Tối đa hóa tổng dung lượng kênh với điều kiện ràng buộc công suất phát trạm gốc mức lượng tối thiểu thu thập người dùng hệ thống (Bài toán 2) Các toán tối ưu thường tốn tối ưu phi tuyến, khơng lồi nên khó để đưa lời giải xác Do đó, luận văn phát triển thuật tốn tối ưu ngẫu nhiên phù hợp để giải toán phức tạp này, thuật tốn tối ưu bầy đàn Cuối cùng, luận văn thực mô với số liệu cụ thể để kiểm chứng đánh giá hiệu truyền thông tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng ii GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An ABSTRACT In recent years, the number of base stations and wireless communications devices has explosively increased Thus this results in an increase in the consumption of electricity respectively This is a major challenge for the stable and sustainable development of wireless communications systems On the other hand, maintaining energy to guarantee the uninterrupted operation of wireless communications devices in modern wireless systems is one of the major challenges need to be addressed Wireless Information Power Transfer (WIPT) has been recently studied as one of the potential solutions to address these challenges In this thesis, we investigate the downlink Multiuser – Multiple-Input Multiple-Output (MU-MIMO) WIPT system We consider two problems: the first problem is the maximization of the sum-rate and energy harvesting subject to the transmitted power constraint at the Base Station (BS), and the second problem is the sum rate maximization subject to both the energy harvesting constraint at each user and the transmitted power constraint at BS The design problems are to find the optimal precoding matrices at BS However, such design problems are typically nonlinear and nonconvex optimizations and, thus, they are quite hard to obtain analytical solutions Therefore, we develop an efficient stochastic optimization algorithm to solve these problems – Particle Swarm Optimization (PSO) Numerical simulations are conducted to validate the performance of wireless information and power transfer in the MU-MIMO system iii GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, PGS.TS Hà Hồng Kha hướng dẫn Các lý thuyết, thơng số trình bày luận văn trích dẫn từ tài liệu khoa học công bố tổ chức uy tín Các kết mơ trình bày luận văn kết trung thực tơi thực Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2018 Lê Quang Phan An iv GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ tiếng anh Từ tiếng Việt ICT Information and Communications Technology Công nghệ thông tin truyền thông EH Energy Harvesting Thu thập lượng RF Radio Frequency Tần số vô tuyến MIMO Multiple Input Multiple Output Đa ngõ vào đa ngõ MU-MIMO Multiuser – MIMO MIMO đa người dùng WIPT Wireless Information and Power Transfer Truyền thông tin lượng vô tuyến MISO Multiple Input Single Output Đa ngõ vào Đơn ngõ AP Access Point Điểm truy cập H-AP Hybrid – Access Point Điểm truy cập kết hợp WPCN Wireless Powered Communications Network Simultaneous Wireless Information and Power Transfer Mạng truyền thông lượng vô tuyến Truyền thông tin lượng vô tuyến đồng thời Nhận dạng qua tần số vô tuyến SWIPT RFID Radio Frequency Identification WPT Wireless Power Transfer Truyền lượng vô tuyến RF-EHNs Radio Frequency – Energy Harvesting Networks Mạng thu thập lượng vô tuyến SISO Single Input Single Output BS Base station Đơn ngõ vào đơn ngõ Trạm gốc MS Mobile station Trạm di động PSO Particle Swarm Optimization Tối ưu bầy đàn SI Swarm Intelligence Trí tuệ bầy đàn i.i.d Independent and Identically Đồng độc lập v GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Tổng lượng điện tiêu thụ khí CO2 phát thải ngành ICT Hình 2.1 Sơ đồ khối thu lượng RF Hình 2.2 Mơ hình hệ thống truyền thơng tin lượng vơ tuyến Hình 2.3 Các cấu trúc thu SWIPT: (a) Chuyển mạch thời gian; (b) Chia công suất; (c) Chuyển mạch anten Hình 3.1 Các khối hệ thống thông tin vô tuyến 15 Hình 3.2 Mơ hình tia 17 Hình 3.3 Mơ hình 10 tia 19 Hình 3.4 Ảnh hưởng suy hao hiệu ứng bóng đến vùng phủ cell 22 Hình 3.5 Hiệu ứng đa đường kênh truyền vơ tuyến 23 Hình 3.6 Đáp ứng kênh truyền đa đường 23 Hình 3.7 Power Delay Profile 24 Hình 3.8 Phân loại fading 25 Hình 3.9 Hệ thống MIMO 25 Hình 3.10 Kênh truyền MIMO 26 Hình 3.11 Tiền mã hóa máy phát shaping máy thu 29 Hình 3.12 Phân rã song song kênh MIMO 30 Hình 3.13 Giải thuật water filling 33 Hình 3.14 Hệ thống WIPT MU-MIMO 38 Hình 4.1 Cực trị địa phương cực trị toàn cục 42 Hình 4.2 Sự thay đổi vị trí cá thể PSO 45 Hình 5.1 Sự hội tụ thuật tốn PSO với toán (4.8) 59 Hình 5.2 Sự tương nhượng tổng dung lượng kênh lượng thu thập hệ thống WIPT MU – MIMO 60 Hình 5.3 Sự hội tụ thuật tốn PSO với tốn (4.17) 61 Hình 5.4 Ảnh hưởng công suất phát BS đến tổng dung lượng hệ thống 62 vi GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Dữ liệu thí nghiệm RF-EH 11 Bảng 3.1 Hệ số mũ suy hao tiêu biểu môi trường truyền 21 Bảng 3.2 Bảng tóm tắt thơng số hệ thống WIPT MU-MIMO 40 vii GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An Đối với tốn (4.17), phương pháp hình chiếu khơng khả thi, đề xuất phương pháp tối ưu bầy đàn kết hợp phương pháp hình chiếu phương pháp hàm phạt để giải tốn tối ưu có điều kiện ràng buộc Thuật toán PSO kết hợp phương pháp hình chiếu phương pháp hàm phạt để giải tốn (4.17) trình bày cụ thể sau:  Dùng phương pháp hàm phạt biến đổi tốn dạng có điều kiện ràng buộc công suất phát BS max  R    k 1 pk k 1 k K K (4.18) {Fk }kK1 pk  max(0,  E k  k ) : Hàm phạt Với  : Hệ số phạt  Hàm thích nghi:  Finess function: K k 1 Rk  . k 1 pk K (4.19) Với: Rk  log I   k H k Fk Fk H k J k H J k  k K  l 1,l  k H 1 H k Fl Fl H H k H   k nk I   wk I pk  max(0,  E k  k ) Ek   k (1  k )tr ( k 1 H k Fl Fl H H k H )   k (1  k ) 2nk K  Cơng thức hình chiếu đưa phần tử vào vùng khả thi [40]: Pt max ^ Fk  Fk , k  1, , K K  tr (F F k 1 k k H ) (4.20) 55 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha  HVTH: Lê Quang Phan An Mã giả thuật toán: Nhập liệu đầu vào Thông số hệ thống: K, M, N, dk,  ,  ,  n ,  w ,  k Tạo ma trận kênh truyền: rk    (randn( N r , Nt )  i  randn( N r , N t ))  H k k 1 , H i  K Thơng số thuật tốn PSO:  , c1, c2, maxite, n Khởi tạo bầy đàn với phần tử ma trận tiền mã hóa thỏa mãn điều kiện ràng buộc công suất tối đa cho phép phát BS FSi i 1  Fk k 1i 1 , n K n Fk  Pmax *  randn(M, d k )  i  randn( M , d k )  2 M  K Xác định vị trí vận tốc phần tử vừa khởi tạo Xi  FSi  Vi  ForEach phần tử Tính giá trị thích nghi Cập nhật vị trí P phần tử Pg bầy đàn EndFor While ite  maxite ForEach Phần tử 10 Tính vận tốc theo công thức (4.4) 12 Cập nhật vị trí theo cơng thức (4.5) 14 Nếu vị trí cập nhật nằm ngồi vùng khả thi, sử dụng cơng thức (4.20) để đưa vị trí vào vùng khả thi 15 EndFor 16 ForEach Particle 17 Tính fitness value với hàm thích nghi (4.19) 18 Cập nhật vị trí P phần tử Pg bầy đàn 56 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha 19 EndFor 20 ite = ite + HVTH: Lê Quang Phan An 21 EndWhile 22 Dữ liệu đầu ra: Pg giá trị hàm mục tiêu tương ứng với Pg 4.6 Kết luận Chương giới thiệu lý thuyết toán tối ưu, thuật toán tối ưu bầy đàn, thuật toán tối ưu bầy đàn với điều kiện ràng buộc, áp dụng thuật toán tối ưu bầy đàn để giải hai tốn tối ưu nêu Theo đó, để giải toán 1, người thực áp dụng thuật toán tối ưu bầy đàn kết hợp với phương pháp hình chiếu để giải điều kiện ràng buộc công suất phát trạm gốc Đối với tốn 2, ngồi điều kiện ràng buộc cơng suất phát trạm gốc cịn có thêm điều kiện ràng buộc mức lượng thu thập người dùng, người thực áp dụng thuật tốn tối ưu bầy đàn kết hợp với phương pháp hình chiếu phương pháp hàm phạt để giải điều kiện ràng buộc Chương thực mô số liệu cụ thể để đánh giá, kiểm chứng tính hiệu thuật tốn tối ưu hiệu truyền thông tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng 57 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Chương trình bày kết mơ với mơ hình truyền thơng tin lượng vô tuyến xây dựng chương 3, áp dụng thuật toán bầy đàn đề cập chương Kết mô sử dụng để đánh giá hiệu truyền thông tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng 5.1 Các kết mơ Khơng tính tổng qt, ta giả sử thành phần kênh truyền Hk biến Gaussian phức đồng độc lập, có trung bình khơng phương sai rk   , đó: rk khoảng cách tính mét BS MSk  hệ số mũ suy hao đường truyền Số anten phát trạm gốc M = Giả sử MSk có số anten thu Nk = N = 4; số luồng liệu phát cho MSk dk = N/2 = Khoảng cách BS MSk: rk = r = 5; hệ số mũ suy hao kênh truyền  = 2.7 Phương sai nhiễu kênh truyền  nk =  n = 10-3; phương sai nhiễu chia công suất sinh  wk =  w = 10-2 Công suất phát tối đa trạm gốc Ptmax = 40dBm 5.1.1 Bài toán Đầu tiên, ta khảo sát đặc điểm hội tụ thuật toán PSO Kết thể Hình 5.1 Từ Hình 5.1, ta thấy giá trị hàm mục tiêu tốn (4.8) cải thiện sau vài vịng lặp Thuật toán hội tụ điểm cố định sau khoảng 100 vịng lặp Khi   , có nghĩa ta quan tâm đến tối ưu tổng lượng thu thập hệ thống, lúc toán (4.8) trở tương tự toán (4.12) Do đó, sau thuật tốn PSO thực hiện, giá trị tổng lượng thu thập người dùng sấp xỉ giá trị Eref, đó, giá trị hàm mục tiêu toán (4.8) tiệm cận với Tương tự,   , có nghĩa ta quan tâm tối ưu tổng dung lượng kênh, toán (4.8) trở tương tự tốn 58 GVHD: PGS.TS.Hà Hồng Kha HVTH: Lê Quang Phan An (4.9) Do đó, sau thuật toán PSO thực hiện, giá trị tổng dung lượng kênh sấp xỉ giá trị Rref, đó, giá trị hàm mục tiêu tốn (4.8) tiệm cận với Khi   0.5 , có nghĩa ta quan tâm tối ưu tổng dung lượng kênh tổng lượng thu thập được, nên tổng dung lượng kênh đạt thấp giá trị Rref, tương tự, tổng lượng thu thập có giá trị nhỏ giá trị Eref Do đó, giá trị hàm mục tiêu bai tốn (4.8) nhỏ Hình 5.1 Sự hội tụ thuật toán PSO với toán (4.8) Tiếp theo, ta khảo sát ảnh hưởng hệ số  hệ số tương nhượng tổng dung lượng kênh tổng lượng thu thập người dùng Ta cho  chạy từ đến với bước nhảy 0.2 Với giá trị  ta thực thuật toán PSO ghi nhận lại giá trị tổng dung lượng kênh tổng lượng thu thập trường hợp Kết thu kết trung bình chạy thuật toán với 100 kênh truyền khác Kết mơ tả Hình 5.2, với giá trị  tăng dần đồng nghĩa với ta quan tâm tối ưu tổng lượng thu thập nhiều 59 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An nên tổng dung lượng kênh giảm dần tổng lượng thu thập tăng dần Hình 5.2 Sự tương nhượng tổng dung lượng kênh lượng thu thập hệ thống WIPT MU – MIMO 5.1.2 Bài toán Đặc điểm hội tụ thuật toán tối ưu bầy đàn toán biễu diễn Hình 5.3 Ta thấy giá trị hàm mục tiêu tốn (4.17) tăng lên nhanh chóng sau vài vòng lặp hội tụ điểm cố định sau khoảng 70 vịng lặp Cũng Hình 5.3, ta khảo sát tổng dung lượng kênh thay đổi điều kiện lượng tối thiểu thu thập người dùng hệ thống Theo đó, yêu cầu mức lượng tối thiểu phải thu thập người dùng tăng lên tổng dung lượng kênh hệ thống giảm tương ứng Khi điều kiện lượng thu thập người dùng hệ thống   21dBm hệ thống truyền thông tin Kết thể tương nhượng tổng dung 60 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An lượng kênh lượng thu thập người dùng hệ thống So sánh kết kết mục 5.1.1, ta thấy có tương đồng Hình 5.3 Sự hội tụ thuật toán PSO với toán (4.17) Tiếp theo ta khảo sát ảnh hưởng công suất phát BS đến tổng dung lượng kênh Trong trường hợp này, ta thay đổi giá trị Ptmax từ 35 đến 60 dBm với bước nhảy 5dB Ta khảo sát hai trường hợp điều kiện ràng buộc mức lượng tối thiểu mà người dùng thu thập tương đương   15dBm   20dBm Kết thu trung bình 100 kênh truyền khác thể Hình 5.4 Theo đó, mức cơng suất phát BS tăng lên, đồng nghĩa với tỷ số SNR hệ thống tăng lên tương ứng, tổng dung lượng kênh hệ thống tăng theo Khi công suất phát tối đa BS thay đổi từ 35 đến 45dBm, tổng dung lượng kênh trường hợp   15dBm cao trường 61 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An hợp   20dBm tương nhượng việc tối ưu tổng dung lượng kênh lượng thu thập hệ thống thể kết mô trước Nhưng công suất phát tối đa BS lớn 45dBm, lúc thuật toán tối ưu tổng dung lượng kênh điều kiện lượng thu thập người dùng tự thỏa mãn, tổng dung lượng kênh hai trường hợp   15dBm   20dBm sấp xỉ Hình 5.4 Ảnh hưởng công suất phát BS đến tổng dung lượng hệ thống 5.2 Kết luận Trong chương này, kết mô thể hiện: hội tụ thuật toán PSO áp dụng vào hai toán mô tả chương 4; tương nhượng việc tối ưu tổng dung lượng kênh lượng thu thập mơ hình truyền thơng tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng; ảnh hưởng công suất phát BS tổng dung lượng kênh hệ thống 62 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An CHƯƠNG Kết luận hướng phát triển 6.1 Kết luận Trong luận văn này, người thực tập trung xây dựng mơ hình truyền thơng tin lượng vơ tuyến hệ thống MIMO đa người dùng Áp dụng thuật toán tối ưu bầy đàn để thiết kế ma trận tiền mã hóa trạm gốc nhằm tối đa hóa tổng dung lượng kênh tổng lượng thu thập với điều kiện ràng buộc công suất phát trạm gốc (Bài tốn 1); tối đa hóa tổng dung lượng kênh với điều kiện ràng buộc lượng thu thập người dùng công suất phát tối đa trạm gốc (Bài tốn 2) Các thơng số thiết lập q trình mơ tham khảo từ tài liệu khoa học công bố Các kết mô sở để đánh giá hiệu suất truyền thông tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng Theo đó, kết mơ Hình 5.1 Hình 5.3 thể hội tụ thuật toán áp dụng vào Bài toán Bài tốn Điều thể hiệu thuật toán tối ưu bầy đàn việc giải hai toán Tuy nhiên, thuật toán tối ưu bầy đàn có nhược điểm trường hợp thời gian hội tụ lâu (Khoảng 100 lần lặp cho Bài toán 70 lần lặp cho Bài tốn 2) Hình 5.2 biểu diễn tương nhượng việc tối ưu tổng dung lượng kênh tổng lượng thu thập hệ thống Các nhà thiết kế hệ thống vào kết Hình 5.2 để lựa chọn hệ số tương nhượng thích hợp tùy vào mục đích thiết kế Hình 5.4 biểu diễn mối quan công suất phát tối đa trạm gốc tổng dung lượng kênh hệ thống Theo đó, để tăng dung lượng kênh hệ thống, người thiết kế tăng mức cơng suất phát trạm gốc Trên sở đó, kết thực luận văn bao gồm:  Nghiên cứu, xây dựng mơ hình truyền thông tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng 63 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An  Phát triển giải thuật tối ưu hiệu suất truyền thông tin lương vô tuyến mơ hình xây dựng  Hồn thành chương trình mơ minh họa cho giải thuật tối ưu  Phân tích kết hiệu suất truyền thông tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng 6.2 Hướng phát triển Do thời gian hạn chế nên luận văn thiếu sót, trình bày số hướng phát triển luận văn Tối ưu tồn cục Trong khn khổ thực luận văn, giải thuật PSO đề xuất sử dụng giải thuật tối ưu ngẫu nhiên tim nghiệm cực trị địa phương Tuy việc tìm nghiệm cực trị tồn cục khó cho tốn tối ưu phi tuyến khơng lồi việc tìm hướng tiếp cận phù hợp để tìm nghiệm tối ưu tồn cục hướng phát triển quan trọng luận văn Kênh truyền khơng hồn hảo Trong mơ hình luận văn, giả định kênh truyền hoàn hảo với giả định MS có vị trí tượng fading tầm rộng loại trừ Các thành phần kênh truyền biến Gaussian phức phân bố đồng độc lập (independent and identically – i.i.d) Kênh truyền giả sử blockfading không thay đổi chu kỳ định Việc thực thực nghiệm với kênh truyền thật khơng hồn hảo mang lại ý nghĩa thực tiễn lớn cho toán Mơ hình với thơng số thực tế Các thơng số thiết lập q trình xây dựng mơ hình mơ thơng số chuẩn hóa Mục đích làm cho q trình tính tốn khơng q phức tạp giữ tính tổng quát toán Tuy nhiên, để luận văn mang nhiều ý nghĩa thực tiễn hơn, mơ hình kênh truyền, thông số hệ thống nên thiết lập dựa theo thông số thực tế 64 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jens Malmodin, Dag Lundén, "The electricity consumption and operational carbon emissions of ICT network operators 2010-2015," KTH Centre for Sustainable Communications, Stockholm, Sweden, 2018 [2] H Visser, R Vullers, "RF energy harvesting and transport for wireless sensor network applications: Principles and requirements," Proceedings of the IEEE, vol 101, no 6, p 1410–1423, 2013 [3] X Lu, P Wang, D Niyato, Z Han, "Resource allocation in wireless networks with rf energy harvesting and transfer," IEEE Network, 2014 [4] Popovic, Z., "Cut the cord: Low-power far-field wireless powering," IEEE Microw.Mag, vol 14, no 2, pp 52-62, 2013 [5] C Balanis, Antenna theory: analysis and design, John Wiley & Sons, 2012 [6] H.Liu, "Maximizing efficiency of wireless power transfer with resonant inductive coupling," 2011 [Online] Available: http://hxhl95.github.io/media/ib ee.pdf [7] S Bi, C K Ho, R Zhang, "Wireless powered communication: Opportunities and challenges," 2014 [Online] Available: http://arxiv.org/abs/1408.2335 [8] A Kurs, A Karalis, R Moffatt, J D Joannopoulos, P Fisher, M Soljacic, "Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances," science, vol 317, no 5834, pp 83-86, 2007 [9] Lav R Varshey, "Transporting Information and Energy Simultaneously" IEEE, International Symposium on Information Theory 65 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An [10] R Zhang, C K Ho, "MIMO broadcasting for simultaneous wireless information and power transfer," IEEE Trans Wireless Commun, vol 12, no 5, pp 1989-2001, 2003 [11] I Krikidis, S Sasaki, S Timotheou, 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, p 1577–1587, 2014 [12] S Timotheou, I Krikidis, G Zheng, B Ottersten,, "Beamforming for MISO interference channels with QoS and RF energy transfer," IEEE Trans Wireless Commun, vol 13, no 5, p 2646–2658, 2014 [13] K Huang, E.Larsson, "Simultaneous information and power transfer for broadband wireless systems," IEEE Trans Signal Process, vol 61, no 23, p 5972–5986, 2013 [14] Smith, J R., "Wirelessly Powered Sensor Networks and Computational RFID," in Springer, 2013 [15] PowercastCorporation, "P2110-EVAL-01 Overview and User’s Manual,," [Online] Available: http://www.powercastco.com [16] Y Zuo, "Survivable rfid systems: Issues, challenges, and techniques," IEEE Trans Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and Reviews, vol 40, no 4, p 406–418, 2010 [17] N Barroca, H M Saraiva, P T Gouveia, J Tavares, L M Borges, F J Velez, C Loss, R Salvado, P Pinho, R Goncalves, N BorgesCarvalho, R ChavezSantiago, I Balasingham, "Antennas and circuits for ambient rf energy harvesting in wireless body area networks," IEEE 24th International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), p 532–537, 2013 66 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An [18] J Hoydis, M Kobayashi, M Debbah, "Green small-cell networks," IEEE Veh Tech Mag, vol 6, no 1, pp 37-43, 2011 [19] Z Pi, F.Khan, "An introduction to millimeter-wave mobile broadband systems," IEEE Commun Mag, vol 49, no 6, pp 101-107, 2011 [20] K Huang, X Zhou, "Cutting last wires for mobile communication by microwave power transfer," 2014 [Online] Available: http://arxiv.org/abs/1408.3198 [21] J Hoydis, S ten Brink, M Debbah, "Massive mimo in the ul/dl of cellular networks: How many antennas we need," IEEE J Sel Areas Commun, vol 31, no 2, pp 160-171, 2013 [22] Xiaolin Mou, Hongjian Sun, "Wireless Power Transfer: Survey and Roadmap,," IEEE Wireless Communications [23] Andi Sudjana Putra, Sriharsha Vishnu Bhat, Vinithra Raveendran,, "Measurement of Wireless Power Transfer," IEEE, 2013 [24] Pirapaharan K, Gunawickrama K, Gunawickrama K, De Silva M.S.S.R, Dharmawardhana T.L.K.C, Indunil W.G.D.C, Wickramasinghe C.B, "Energy Harvesting Through the Radio Frequency Wireless Power Transfer," IEEE, 2013 [25] Xiao Lu, Ping Wang, Dusit Niyato, Ekram Hossain, "Dynamic spectrum access in cognitive radio networks with RF Energy Harvesting," IEEE Wireless Communications, 2014 [26] X Lu, P Wang, D Niyato, D I Kim, Z Han, "Wireless networks with RF energy harvesting: A contemporary survey," IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 17, no 2, p 757–789, 2015 67 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An [27] I Krikidis, S Timotheou, S Nikolaou, G Zheng, D W K Ng, and R Schober, "Simultaneous wireless information and power transfer in modern communication systems," [Online] Available: http://arxiv.org/abs/1409.0261 [28] Z Ding, C Zhong, D W K Ng, M Peng, H A Suraweera, R Schober, H V Poor, "Application of smart antenna technologies in simultaneous wireless information and power transfer," IEEE Communications Magazine, vol 53, no 4, p 86–93, 2015 [29] X Chen, D W K Ng, H.-H Chen, "Secrecy wireless information and power transfer: Challenges and opportunities," IEEE Wireless Communications, vol 23, no 2, p 54–61, 2016 [30] Suzhi Bi, Yong zeng, Rui zhang, "Wireless PoWered CommuniCation networks: an overview," IEEE, 2016 [31] Qingqing Wu, Meixia Tao, Wen Chen, Robert Schober, "Energy-Efficient Resource Allocation for Wireless Powered Communication Networks," IEEE, 2015 [32] Andrea Goldsmith, Wireless Communications, Standford University [33] Telatar, I E., "Capacity of multi-antenna gaussian channels," EURO-PEAN TRANSACTIONS ON TELECOMMUNICATIONS, vol 10, p 585_595, 1999 [34] L H Brandenburg, A D Wyner, "Capacity of the gaussian channel with memory: The multivariate case," The Bell System Technical, vol 53, no 5, pp 745-778, 1974 68 GVHD: PGS.TS.Hà Hoàng Kha HVTH: Lê Quang Phan An [35] Haixia Zhang, Anming Dong, Shi Jin, Dongfeng Yuan, "Joint Transceiver and Power Splitting Optimization for Multiuser MIMO SWIPT under MSE QoS Constraints," IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2017 [36] Beni, J W Gerardo, "Swarm intelligence in cellular robotic systems," in NaTo Advanced Workshop on Robots and Biological Systems, Tus cany, Italy, 1989 [37] J Kennedy, R Eberhart, "Particle swarm optimization,_ in Neural Networks," IEEE International Conference, vol 4, pp 1942-1948, 1995 [38] R Eberhart, J Kennedy,, "A new optimizer using particle swarm theory," Micro Machine and Human Science, pp 39-43, 1995 [39] Kazuaki Masuda, Kenzo Kurihara, Eitaro Aiyoshi, "A Penalty Approach to Handle Inequality Constraints in Particle Swarm Optimization," IEEE [40] Tung Thanh Vu, Ha Hoang Kha, Trung Quang Duong, Nguyen-Son Vo, "Particle Swarm Optimization for Weighted Sum Rate Maximization in MIMO Broadcast Channels," Wireless Pers Commun, 2017 69 ... truyền thông tin lượng vô tuyến hệ thống MIMO đa người dùng Tên Tiếng Anh : Performance evaluation of wireless information and power transfer MU- MIMO systems II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ:... of wireless communications devices in modern wireless systems is one of the major challenges need to be addressed Wireless Information Power Transfer (WIPT) has been recently studied as one of. .. Multiple Output Đa ngõ vào đa ngõ MU- MIMO Multiuser – MIMO MIMO đa người dùng WIPT Wireless Information and Power Transfer Truyền thông tin lượng vô tuyến MISO Multiple Input Single Output Đa ngõ