Luận Văn Thạc Sĩ: Nâng Cao Hiệu Suất Phổ Và Năng Lượng Trong Mạng Vô Tuyến MIMO Song Công

LỜI CÁM ƠN

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề nghiên cứu

1.2. Yêu cầu kỹ thuật cho mạng vô tuyến thế hệ thứ 5 - 5G

1.3. Xu hướng tăng trưởng của lưu lượng dữ liệu di động

1.4. Mức tiêu thụ năng lượng trong ngành viễn thông

1.5. Lý do chọn đề tài

1.6. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

1.7. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.8. Phương pháp nghiên cứu

1.9. Bố cục của luận văn

1.10. Các bài báo đã hoàn thành trong luận văn

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

2.1. Kỹ thuật đa ngõ vào đa ngõ ra MIMO

2.1.1. MIMO điểm đến điểm

2.1.2. MIMO đa người dùng (MU-MIMO)

2.2. Truyền thông vô tuyến song công (FD)

2.2.1. Giới thiệu FD. Nhược điểm

2.2.2. Phương pháp loại bỏ tự can nhiễu trong thông tin vô tuyến song công

2.2.2.1. Triệt tự can nhiễu thụ động

2.2.2.2. Triệt tự can nhiễu trên miền tương tự

2.2.2.3. Triệt tự can nhiễu trên miền số

2.2.3. Mô hình ứng dụng của song công trong thông tin vô tuyến

2.3. Vô tuyến song công trong mạng thông tin tế bào

2.4. Vấn đề truyền thông xanh

2.5. Mạng vô tuyến nhận thức CR

2.6. Lý thuyết cơ bản về toán tối ưu

2.6.1. Bài toán tối ưu cơ bản

2.6.2. Bài toán tối ưu hàm mục tiêu dạng phân số

2.6.2.1. Cơ bản của hàm lõm-lồi

2.6.2.2. Giải thuật Dinkelbach cho tối ưu phân số lõm-lồi

2.6.3. Phương pháp lặp cho bài toán tối ưu không lõm

2.6.3.1. Phương pháp Majorization-Minimization (MM)

2.6.3.2. Giải thuật tối ưu lõi tuần tự - SCP

2.6.3.3. Giải thuật lặp SCP dựa trên DC

2.7. Kết luận chương

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TIỀN MÃ HOÁ TỐI ĐA HIỆU SUẤT PHỔ TRONG FD MIMO

3.1. Mô hình hệ thống MU-MIMO song công và bài toán tối ưu hiệu suất phổ

3.2. Thiết kế bộ tiền mã hoá cho hệ thống MU-MIMO song công

3.2.1. Thiết kế bộ tiền xử lý tối ưu

3.2.2. Thiết kế phân bổ công suất đều

3.3. Kết quả mô phỏng và nhận xét

3.3.1. Mô phỏng 1: Đặc tính hội tụ của thuật toán tối ưu

3.3.2. Mô phỏng 2: Sự thay đổi của tổng tốc độ theo công suất phát cực đại

3.3.3. Mô phỏng 3: Ảnh hưởng của mức độ tự can nhiễu đến hiệu năng hệ thống

3.4. Kết luận chương

4. CHƯƠNG 4: HIỆU SUẤT NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG FD MU-MIMO ĐA TẾ BÀO

4.1. Mô hình hệ thống MU-MIMO song công đa tế bào

4.2. Tối đa hiệu suất năng lượng và giải thuật tối ưu

4.3. Kết quả mô phỏng và nhận xét

4.4. Kết luận chương

5. CHƯƠNG 5: TIỀN MÃ HOÁ CHO CR FD MU-MIMO VỚI CSI KHÔNG HOÀN HẢO

5.1. Mô hình hệ thống

5.1.1. Mô hình tín hiệu

5.1.2. Các ràng buộc bền vững của công suất can nhiễu

5.2. Thiết kế bộ tiền mã hoá bền vững cho tối đa hoá tổng tốc độ kênh của hệ thống FD MU-MIMO

5.2.1. Bài toán tối đa hoá tổng dung lượng

5.2.2. Biến đổi hiệu quả của hai hàm lõm cho hàm mục tiêu

5.2.3. Biến đổi LMI cho các ràng buộc công suất can nhiễu bền vững tại PU

5.3. Kết quả mô phỏng

5.3.1. Trường hợp mô phỏng 1: Đặc tính hội tụ của giải thuật và CDF can nhiễu tại PU

5.3.2. Trường hợp mô phỏng 2: Ảnh hưởng của mức độ sai lệch trong kênh SU-PU Channel lên chất lượng hệ thống

5.4. Kết luận chương

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU KẾ TIẾP

6.1. Kết luận chung

6.2. Hướng nghiên cứu kế tiếp

6.2.1. Thông tin kênh truyền không hoàn hảo

6.2.2. Sự suy hao phần cứng thu-phát

6.2.3. Bảo mật trong hệ thống song công

6.2.4. Truyền đồng thời thông tin và năng lượng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nâng cao hiệu suất phổ và năng lượng trong mạng vô tuyến MIMO song công

Luận văn tập trung vào việc nâng cao hiệu suất phổ (SE) và hiệu suất năng lượng (EE) trong mạng vô tuyến MIMO hoạt động ở chế độ song công (FD). Với sự gia tăng nhanh chóng của lưu lượng dữ liệu di động và nhu cầu về tốc độ truyền dẫn cao, việc tối ưu hóa hiệu suất phổ và năng lượng trở thành yêu cầu cấp thiết trong mạng thế hệ thứ 5 (5G). Luận văn đề xuất các giải pháp thiết kế bộ tiền mã hóa để tối đa hóa hiệu suất phổ và năng lượng, đồng thời giải quyết các vấn đề như tự can nhiễu và can nhiễu liên người dùng trong hệ thống MU-MIMO.

1.1. Tối ưu hóa hiệu suất phổ

Luận văn thiết kế các bộ tiền mã hóa để tối đa hóa hiệu suất phổ (SE) trong hệ thống MU-MIMO song công. Các giải pháp tập trung vào việc giảm thiểu tự can nhiễu và can nhiễu liên người dùng, đồng thời tối ưu hóa phân bổ công suất. Kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể về tổng tốc độ kênh so với các phương pháp truyền thống.

1.2. Tối ưu hóa hiệu suất năng lượng

Luận văn đề xuất các giải pháp phối hợp giữa các tế bào để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng (EE). Các giải thuật tối ưu được thiết kế để cân bằng giữa hiệu suất phổ và tiêu thụ năng lượng, đảm bảo hiệu quả vận hành của hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất năng lượng so với các phương pháp hiện có.

II. Kỹ thuật MIMO và truyền thông song công

Luận văn nghiên cứu sâu về kỹ thuật MIMO và truyền thông song công (FD), hai công nghệ tiên phong trong việc cải thiện hiệu suất phổ và năng lượng. MIMO cho phép tăng cường dung lượng kênh truyền thông qua việc sử dụng nhiều anten, trong khi FD cho phép truyền và nhận dữ liệu đồng thời trên cùng một tần số. Tuy nhiên, FD đối mặt với thách thức lớn là tự can nhiễu, đòi hỏi các giải pháp triệt tiêu hiệu quả.

2.1. Triệt tiêu tự can nhiễu

Luận văn đề xuất các phương pháp triệt tiêu tự can nhiễu trên cả miền tương tự và miền số. Các giải pháp bao gồm sử dụng kỹ thuật triệt tự can nhiễu thụ động và triệt tự can nhiễu chủ động, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của tự can nhiễu đến hiệu suất hệ thống.

2.2. Ứng dụng MIMO trong mạng đa tế bào

Luận văn nghiên cứu ứng dụng MIMO trong mạng đa tế bào, nơi các tế bào phối hợp với nhau để tối ưu hóa hiệu suất phổ và năng lượng. Các giải pháp đề xuất giúp giảm thiểu can nhiễu liên tế bào và cải thiện chất lượng dịch vụ cho người dùng.

III. Kết quả mô phỏng và đánh giá

Luận văn trình bày chi tiết các kết quả mô phỏng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp đề xuất. Các kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất phổ và hiệu suất năng lượng so với các phương pháp truyền thống. Đặc biệt, các giải pháp triệt tiêu tự can nhiễu và can nhiễu liên người dùng đã chứng minh tính hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ.

3.1. Đánh giá hiệu suất phổ

Kết quả mô phỏng cho thấy các giải pháp đề xuất giúp tăng tổng tốc độ kênh lên đáng kể so với các phương pháp truyền thống. Đặc biệt, khi công suất phát tăng, hiệu suất phổ của hệ thống được cải thiện rõ rệt.

3.2. Đánh giá hiệu suất năng lượng

Các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất năng lượng cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu quả sử dụng năng lượng. Kết quả mô phỏng cho thấy tổng hiệu suất năng lượng của hệ thống tăng lên khi áp dụng các giải pháp đề xuất.

Nghiên Cứu Nâng Cao Hiệu Suất Phổ Và Năng Lượng Trong Mạng Vô Tuyến MIMO Song Công