Nghiên cứu nâng cao tốc độ tính toán cho bài toán tối thiểu công suất phát trong mạng truyền dẫn vô tuyến đa ăng ten

• Tác giả: Trần Đình Thông
• Người hướng dẫn: TS Dư Đình Viên
• Trường học: Viện Khoa Học Và Công Nghệ Quân Sự
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử
• Đề tài: Nâng Cao Tốc Độ Tính Toán Cho Bài Toán Tối Thiểu Công Suất Phát Trong Mạng Vô Tuyến Đa ăng-ten
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: BÀI TOÁN TỐI THIỂU CÔNG SUẤT PHÁT TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN ĐA ĂNG-TEN
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 1.2. Vấn đề còn tồn tại và định hướng nghiên cứu
• 1.3. Cơ sở toán học
• 1.4. Tối ưu hàm phạt
• 1.5. Xây dựng bài toán tối thiểu công suất phát đối với các mô hình phân tập
• 1.5.1. Mô hình phân tập không gian MIMO
• 1.5.2. Mô hình phân tập ăng-ten thu
• 1.5.3. Mô hình phân tập ăng-ten phát
• 1.6. Một số bài toán tối thiểu công suất phát trong mạng truyền dẫn vô tuyến
• 1.6.1. Mô hình truyền dẫn trạm gốc phát quảng bá phân tập ăng-ten phát
• 1.6.2. Mô hình truyền dẫn có chuyển tiếp với phương thức xử lý AF
• 1.7. Một số kỹ thuật tối ưu
• 1.7.1. Kỹ thuật tối ưu SDP
• 1.7.2. Kỹ thuật tối ưu SDR
• 1.8. Kỹ thuật tối ưu Nonsmooth kết hợp với hàm phạt
• 1.9. Độ phức tạp tính toán của bài toán tối ưu
• 1.10. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NÂNG CAO TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN CHO BÀI TOÁN TỐI THIỂU TỔNG CÔNG SUẤT PHÁT TRẠM GỐC
• 2.1. Bài toán tối thiểu công suất phát trạm gốc
• 2.2. Thiết lập bài toán tối ưu công suất phát trạm gốc
• 2.3. Phát triển kỹ thuật tối ưu Nonsmooth kết hợp với hàm phạt
• 2.4. Xây dựng thuật toán mô phỏng
• 2.5. Xây dựng thuật toán tối ưu SDR
• 2.6. Xây dựng thuật toán tối ưu ngẫu nhiên
• 2.7. Xây dựng thuật toán tối ưu NSM1
• 2.8. Xây dựng thuật toán tối ưu NSM2
• 2.9. Phân tích kết quả mô phỏng
• 2.10. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NÂNG CAO TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN CHO BÀI TOÁN TỐI THIỂU TỔNG CÔNG SUẤT PHÁT TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN CHUYỂN TIẾP VÔ TUYẾN ĐA ĂNG-TEN
• 3.1. Bài toán tối thiểu công suất phát trong mạng chuyển tiếp vô tuyến đa ăng-ten
• 3.2. Mô hình chuyển tiếp vô tuyến đa ăng-ten với giao thức xử lý AF
• 3.3. Phương thức khuếch đại và chuyển tiếp AF. Cơ sở toán học xây dựng bài toán tối thiểu tổng công suất phát
• 3.4. Xây dựng bài toán tối thiểu cho mô hình chuyển tiếp đa ăng-ten
• 3.5. Xây dựng bài toán tối ưu SDR
• 3.6. Xây dựng bài toán tối ưu Spectral
• 3.7. Đề xuất phát triển kỹ thuật tối ưu Spectral
• 3.8. Xây dựng thuật toán mô phỏng
• 3.9. Xây dựng thuật toán tối ưu SDR
• 3.10. Xây dựng thuật toán tối ưu SPO1
• 3.11. Xây dựng thuật toán tối ưu SPO2
• 3.12. Phân tích kết quả mô phỏng
• 3.13. Kết luận chương 3
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về bài toán tối thiểu công suất phát

Bài toán tối thiểu công suất phát trong mạng vô tuyến đa ăng-ten là một trong những thách thức lớn trong lĩnh vực truyền thông hiện đại. Tốc độ tính toán cho bài toán này thường gặp khó khăn do tính chất không lồi của hàm mục tiêu. Việc tối ưu hóa công suất phát không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao hiệu suất mạng. Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng việc áp dụng các kỹ thuật tối ưu như SDP và SDR có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tính toán. Đặc biệt, việc sử dụng các phương pháp như kỹ thuật Nonsmooth kết hợp hàm phạt giúp giảm độ phức tạp tính toán và tăng tốc độ hội tụ. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các mạng di động thế hệ mới, nơi mà công suất phát và hiệu suất mạng là những yếu tố quyết định.

1.1. Mô hình phân tập không gian MIMO

Mô hình phân tập không gian MIMO (Multiple Input Multiple Output) cho phép sử dụng nhiều ăng-ten phát và thu để cải thiện chất lượng tín hiệu. Việc áp dụng mô hình này trong bài toán tối thiểu công suất phát giúp tối ưu hóa công suất phát trong điều kiện có nhiều người dùng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng kỹ thuật beamforming có thể giảm thiểu công suất phát đồng thời nâng cao tín hiệu vô tuyến. Mô hình này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mạng mà còn giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu. Việc xây dựng hàm mục tiêu cho mô hình này là một thách thức lớn, đặc biệt khi phải đảm bảo các điều kiện ràng buộc như SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio).

II. Nâng cao tốc độ tính toán cho bài toán tối thiểu công suất phát

Nâng cao tốc độ tính toán cho bài toán tối thiểu công suất phát là một trong những mục tiêu chính của nghiên cứu này. Việc áp dụng các thuật toán tối ưu hiện đại như SDR và SPO (Spectral Optimization) đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc giảm thời gian tính toán. Các thuật toán này không chỉ giúp tìm ra giá trị tối ưu mà còn cải thiện tốc độ hội tụ. Đặc biệt, việc sử dụng kỹ thuật ngẫu nhiên trong tối ưu hóa đã mở ra hướng đi mới cho việc giải quyết các bài toán phức tạp. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng các thuật toán này có thể giảm thiểu công suất phát mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các mạng truyền dẫn vô tuyến hiệu quả.

2.1. Phát triển kỹ thuật tối ưu Nonsmooth

Kỹ thuật tối ưu Nonsmooth kết hợp với hàm phạt đã được phát triển để giải quyết bài toán tối thiểu công suất phát. Kỹ thuật này cho phép xử lý các hàm mục tiêu không lồi một cách hiệu quả. Việc lựa chọn tham số phạt là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến tốc độ tính toán và độ chính xác của kết quả. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa tham số phạt có thể cải thiện đáng kể tốc độ hội tụ của thuật toán. Điều này không chỉ giúp giảm thời gian tính toán mà còn đảm bảo rằng giá trị tối ưu tìm được là chính xác. Kỹ thuật này có thể được áp dụng rộng rãi trong các mô hình truyền dẫn vô tuyến đa ăng-ten.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu

Nghiên cứu về nâng cao tốc độ tính toán cho bài toán tối thiểu công suất phát trong mạng vô tuyến đa ăng-ten có giá trị thực tiễn cao. Các kết quả thu được từ nghiên cứu này có thể được áp dụng trong việc thiết kế và quy hoạch các mạng truyền dẫn vô tuyến thế hệ mới. Việc tối ưu hóa công suất phát không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên phổ tần. Các kỹ thuật tối ưu được đề xuất trong nghiên cứu này có thể được áp dụng trong các lĩnh vực như mạng cảm biến và mạng di động. Điều này cho thấy tính khả thi và ứng dụng rộng rãi của các giải pháp được đề xuất.

3.1. Tính khả thi trong các ứng dụng thực tế

Các giải pháp tối ưu hóa được đề xuất trong nghiên cứu này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt, trong bối cảnh mạng di động thế hệ mới, việc tối ưu hóa công suất phát và hiệu suất mạng là rất quan trọng. Các kỹ thuật như beamforming và MIMO có thể giúp cải thiện chất lượng dịch vụ cho người dùng. Hơn nữa, việc áp dụng các thuật toán tối ưu hiện đại giúp giảm thiểu độ phức tạp và thời gian tính toán, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của mạng. Điều này không chỉ mang lại lợi ích cho nhà cung cấp dịch vụ mà còn cho người dùng cuối.