I. Giới thiệu tổng quan
Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc thiết kế giải thuật tối ưu hiệu suất phổ và năng lượng trong hệ thống MIMO nhiều người dùng. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin vô tuyến đã dẫn đến nhu cầu ngày càng cao về hiệu suất sử dụng phổ tần số. Hệ thống MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) cho phép nhiều anten truyền và nhận tín hiệu, từ đó cải thiện hiệu suất truyền tải. Tuy nhiên, việc tối ưu hóa hiệu suất trong môi trường nhiều người dùng là một thách thức lớn. Luận án này nhằm mục tiêu nghiên cứu và phát triển các giải thuật tối ưu nhằm cải thiện hiệu suất và năng lượng trong các hệ thống này.
1.1. Sự cần thiết của nghiên cứu
Nhu cầu sử dụng dịch vụ thông tin vô tuyến ngày càng tăng đã dẫn đến sự khan hiếm về phổ tần số. Các hệ thống thông tin không dây hiện đại cần phải chia sẻ tài nguyên vô tuyến như thời gian, tần số và không gian giữa nhiều người dùng. Điều này tạo ra các vấn đề về can nhiễu, làm giảm chất lượng dịch vụ. Luận án này nghiên cứu các kỹ thuật giảm thiểu can nhiễu và tối đa hóa hiệu suất hệ thống, từ đó đóng góp vào việc phát triển các giải pháp cho các hệ thống MIMO nhiều người dùng.
II. Thiết kế giải thuật tối ưu
Luận án đề xuất một số giải thuật tối ưu nhằm cải thiện hiệu suất phổ và năng lượng trong hệ thống MIMO. Đầu tiên, nghiên cứu mô hình khai thác hiệu quả phổ tần số của mạng MIMO vô tuyến nhận thức, trong đó nhiều người dùng thứ cấp có thể chia sẻ phổ tần với người dùng sơ cấp. Để giảm thiểu can nhiễu, luận án đề xuất sử dụng kỹ thuật sắp xếp can nhiễu (Interference Alignment). Phương pháp này cho phép các người dùng thứ cấp sắp xếp can nhiễu trong khi vẫn duy trì mức độ can nhiễu chấp nhận được cho người dùng sơ cấp. Kết quả mô phỏng cho thấy giải thuật này mang lại hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa không gian con tín hiệu.
2.1. Mô hình hệ thống MIMO
Mô hình hệ thống MIMO được nghiên cứu trong luận án cho phép tối ưu hóa hiệu suất truyền tải trong môi trường nhiều người dùng. Các bộ thu phát được thiết kế để tối đa hóa hiệu suất năng lượng (EE) trong khi vẫn đảm bảo các ràng buộc về công suất. Luận án đã xây dựng bài toán tối ưu hóa EE dưới dạng bài toán phân số, phi tuyến và không lồi. Để giải quyết bài toán này, luận án đề xuất một giải thuật lặp kết hợp giữa phương pháp hiệu các hàm lồi và giải thuật Dinkelbach, cho phép tìm ra các giải pháp tối ưu một cách hiệu quả.
III. Ứng dụng thực tiễn
Luận án không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có những ứng dụng thực tiễn rõ ràng. Các giải thuật được phát triển có thể áp dụng trong các hệ thống thông tin di động hiện đại, đặc biệt là trong bối cảnh 5G và các công nghệ tương lai. Việc tối ưu hóa hiệu suất phổ và năng lượng trong các hệ thống MIMO nhiều người dùng sẽ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và tăng cường khả năng kết nối cho người dùng. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp bền vững cho mạng viễn thông.
3.1. Tính khả thi và triển khai
Các giải thuật tối ưu được đề xuất trong luận án có thể được triển khai trong các hệ thống mạng di động hiện tại. Việc áp dụng các kỹ thuật học sâu và mạng nơ-ron sâu (DNN) trong việc tối ưu hóa hiệu suất sẽ giúp giảm thiểu thời gian tính toán và tăng cường khả năng xử lý tín hiệu thời gian thực. Kết quả mô phỏng cho thấy, so với các phương pháp truyền thống, các giải thuật mới có độ phức tạp tính toán thấp hơn nhiều, cho phép triển khai hiệu quả trong các ứng dụng thực tế.
