Trong đó:
BS: Trạm cơ sở.
CUEk: Thiết bị người sử dụng di động thứ k
TUEl: Thiết bị người gửi của cặp truyền thông D2D thứ l RUEl: Thiết bị người nhận của cặp truyền thông D2D thứ l.
Hệ thống được khảo sát trên kênh chịu ảnh hưởng của suy hao trong không gian tự do và kênh pha đinh Rayleigh. Bên cạnh đó, mơ hình suy hao đường truyền phụ thuộc vào khoảng cách được sử dụng để đo sự mất mát năng lượng của việc truyền tín hiệu.
2.2.2 Các cơng thức tính tốn
Truyền thơng D2D bên cạnh sự phụ thuộc vào khoảng cách, mơ hình suy hao đường truyền cũng được xem xét để tính tốn sự mất mát năng lượng truyền dẫn. Độ lợi kênh bao gồm suy hao đường truyền và pha đinh được mô tả trong công thức dưới đây [17].
𝐺𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘(𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙)= 𝑃𝐿𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘(𝑅𝑈𝐸𝑙) ℎ𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘(𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙) 𝐺𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆(𝑅𝑈𝐸𝑙)= 𝑃𝐿𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆(𝑅𝑈𝐸𝑙) ℎ𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆(𝑅𝑈𝐸𝑙)
𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙(𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘)= 𝑃𝐿𝑇𝑈𝐸,𝑅𝑈𝐸(𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘) ℎ𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,(𝑅𝑈𝐸𝑙(𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘)
(2.1)
Trong đó:
𝐺𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘(𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙): độ lợi kênh (gain) từ BS tới CUE thứ k (hoặc RUE thứ l ) trên
kênh tài nguyên thứ k.
𝐺𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆(𝑅𝑈𝐸𝑙): độ lợi kênh từ CUE thứ k tới BS (hoặc RUE thứ l).
𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙(𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘) : độ lợi kênh từ TUE thứ l tới RUE thứ l (hoặc BS, CUE thứ
k) trên kênh tài nguyên thứ k.
ℎ𝑖𝑗: là hệ số kênh pha đinh.
𝑃𝐿𝑖𝑗: là suy hao đường truyền từ i đến j .
l: số cặp D2D, chạy từ 1 đến N
Theo cơng thức tính suy hao đường truyền trong khơng gian tự do Friis, ta có:
(2.2)
Trong đó:
Pt: là cơng suất phát của thiết bị phát. Pr: là công suất thu được tại thiết bị thu.
d: là khoảng cách từ i đến j.
𝜆: là độ dài bước sóng.
➢ Trong đường xuống (Downlink), BS truyền tín hiệu tới CUEs, TUE truyền tín
hiệu tới RUE. RUE bị gây nhiễu bởi BS và các CUE bị gây nhiễu bởi TUE.
Giả sử mảng rd( M, N) biểu diễn trạng thái chia sẻ kênh tài nguyên giữa các cặp D2D và các liên kết di động ở đường xuống, rd(k,l) = 1 nghĩa là cặp D2D thứ l chia sẻ cùng tài nguyên với liên kết di động thứ k và rd(k,l) = 0 nghĩa là chúng không chia sẻ cùng kênh tài nguyên. Ở đây giả thiết các cặp truyền thông D2D sử dụng tài nguyên phổ tần số khác nhau.
SINR của CUE thứ k được tính như sau:
𝑆𝐼𝑁𝑅𝑈𝐸𝐷𝐿𝑘 = 𝑃𝐵𝑆𝐺𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘
∑𝑙=1𝑁 ∑𝑀𝑘=1𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑈𝐸𝑘 + 𝜎2 (2.3)
Trong đó:
𝑃𝐵𝑆: là cơng suất phát của BS.
( ) 10 log10 10 log10 2 4 t ij r P PL dB P d = = −
𝐺𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘: là độ lợi kênh từ BS tới CUE thứ k trên kênh tài nguyên thứ k.
𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙: là công suất phát của TUE thứ l.
𝜎2: là công suất tạp âm Gaussian. Từ cơng thức (2.2) và (2.3) ta có: 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑈𝐸𝑘𝐷𝐿 = 𝑃𝐵𝑆𝑃𝑃𝐵𝑆 𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘ℎ𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘 ∑ ∑𝑀 𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑈𝐸𝑘 𝑘=1 𝑁 𝑙=1 + 𝜎2 (2.4)
Xem xét việc phân bổ tài nguyên, SINR của RUE trong kênh tài nguyên thứ k
được đưa ra trong công thức (2.4).
𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝐷𝐿 ,𝑘𝑙 = 𝑟𝑑(𝑘) ∑ 𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝑃 𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙 𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙ℎ𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙 ∑ 𝑃𝐵𝑆𝐺𝐵𝑆,𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙 + 𝜎2 (2.5) Trong đó:
𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙: là cơng suất phát của TUE thứ l.
𝑃𝐵𝑆: là công suất phát của BS.
𝑃𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘: là công suất thu của CUE thứ k.
𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙: là công suất thu của TUE thứ k.
➢ Trong đường lên, CUEs truyền tín hiệu tới BS và TUE truyền tín hiệu tới
RUE. Theo đó, RUE bị gây nhiễu bởi CUEs và BS bị gây nhiễu bởi TUE.
Mảng ru(M,N) biểu diễn trạng thái chia sẻ kênh tài nguyên giữa các cặp D2D và liên kết di động, ru(k,l) = 1 nghĩa là cặp D2D thứ l chia sẻ cùng tài nguyên với liên
kết di động thứ k và ru(k,l) = 0 nghĩa là chúng không chia sẻ cùng tài nguyên. SINR của BS được cho trong công thức (2.5):
𝑆𝐼𝑁𝑅𝐵𝑆𝑈𝐿 = ∑ 𝑃𝑈𝐸𝑘𝑃𝑃𝑈𝐸𝑘 𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆ℎ𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆 𝑀 𝑘=1 ∑ ∑𝑀 (𝑟𝑢(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝐵𝑆) + 𝜎2 𝑘=1 𝑁 𝑙=1 (2.6) Trong đó:
𝑃𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆: là cơng suất thu của BS.
𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙: là công suất phát của TUE thứ l tới BS trong kênh tài nguyên thứ k. SINR của RUE thứ l trong kênh tài nguyên thứ k được cho bởi cơng thức:
𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸,𝑘𝑙𝑈𝐿 =
𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝑃 𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙
𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈E𝑙ℎ𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈E𝑙
2
Khi đó, dung lượng của hệ thống được tính bởi cơng thức: 𝐶 = 𝐶𝑈𝐿+ 𝐶𝐷𝐿 𝐶𝐷𝐿 = ∑𝑀𝑘=1log2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑈𝐸𝑘𝐷𝐿 ) + ∑𝑁𝑙=1log2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸,𝑘𝑙𝐷𝐿 ) 𝐶𝑈𝐿 = log2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝐵𝑆𝑈𝐿) + ∑𝑁𝑙=1∑𝑘=1𝑀 log2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸,𝑘𝑙𝑈𝐿 ) (2.8) Trong đó:
𝐶𝐷𝐿 : là dung lượng hệ thống trong đường xuống (Downlink).
𝐶𝑈𝐿 : là dung lượng hệ thống trong đường lên (Uplink).
Do đó, mục tiêu của quản lý nhiễu là tìm mảng rd(M,N) và ru(M,N) để tối đa hóa dung lượng của hệ thống.
2.2.3 Xây dựng khu vực ngăn chặn nhiễu (ISA)
Đặc điểm của truyền thông D2D là khoảng cách truyền ngắn và công suất phát thấp. Do đó, nhiễu tạo ra bởi truyền thơng D2D là khá hạn chế. Nếu thiết lập quản lý tài nguyên được xử lý ở khu vực có nhiễu nghiêm trọng, phân bổ nguồn tài nguyên trực giao cho cặp D2D và CUEs bị nhiễu, nhiễu từ truyền thông D2D sang mạng di động sẽ giảm [17].
Do đó, khu vực ngăn chặn nhiễu ISA được định nghĩa cho cặp D2D để chỉ ra khu vực có nhiễu nghiêm trọng. CUEs và các cặp D2D trong cùng ISA sẽ gây nhiễu nghiêm trọng cho nhau, và yêu cầu các nguồn tài nguyên trực giao.
Trong đường xuống, năng lượng nhiễu nhận được tại CUE thứ k là [5]:
𝜂𝑈𝐸𝑘(𝑑𝑇𝑈𝐸𝑙,𝑈𝐸𝑘) = {𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑈𝐸𝑘. ( 𝜆 4𝜋𝑑𝑇𝑈𝐸𝑙,𝑈𝐸𝑘) 𝛼 0 𝑑𝑇𝑈𝐸,𝑈𝐸𝑘 > 𝑅𝐷𝐿 𝑑𝑇𝑈𝐸,𝑈𝐸𝑘 ≤ 𝑅𝐷𝐿 (2.9) Trong đó:
𝑑𝑇𝑈𝐸𝑙,𝑈𝐸𝑘: là khoảng cách giữa TUE thứ l và CUE thứ k.
𝛼: là hệ số suy hao đường truyền. 𝜆: độ dài bước sóng của tần số phát.
𝑅𝐷𝐿: là bán kính của ISA trong đường xuống (𝐼𝑆𝐴𝐷𝐿).
𝑃𝐷𝐿: là mức năng lượng ngưỡng được xác định trước của tín hiệu nhận từ cặp D2D đến CUEs.
Khi đó, khoảng cách tối thiểu giữa TUE và CUE để nhiễu gây ra bởi TUE đến CUE có thể chấp nhận được là 𝑅𝐷𝐿, 𝑅𝐷𝐿 được tính bằng cơng thức:
𝑅𝐷𝐿 = 𝜆
4𝜋( 𝑃𝐷𝐿
𝑃𝑇𝑈𝐸𝑙) 1
𝛼 (2.10)
Tương tự, bán kính của ISA trong đường lên ( ) được tính bằng cơng thức sau [5]: 𝑅𝑈𝐿 = 𝜆 4𝜋(𝑃𝑈𝐿 𝑃𝑈𝐸𝑘) 1 𝛼 (2.11)
Trong đó, là mức năng lượng ngưỡng được xác định trước của tín hiệu nhận từ CUE tới RUE.
Số lượng kênh tài nguyên có thể được sử dụng cho truyền thông D2D phụ thuộc
vào bán kính của ISA. Vì và lần lượt phụ thuộc vào , và ,
cho nên BS có thể điều chỉnh bán kính của ISA bằng cách thiết lập các thơng số liên quan.
Hình 2.2 minh họa khu vực ngăn chặn nhiễu.
RUE TUE CUE RDL RUL Khu vực ngăn chặn nhiễu RUE TUE CUE RDL RUL TUE