Mở đầu Trang 3 HVTH: Trần Ngọc Hoàng Chọn cặp sóng mang con và phân bổ công suất trong mạng chuyển tiếp OFDM GVHD: TS. Hà Hoàng Kha giới hạn về băng thông, hiệu suất sử dụng phổ tần, tăng độ rộng vùng phủ, giảm thiểu các loại nhiễu, hiện tượng đa đường, suy hao v.5: Các ứng dụng của mạng di động băng rộng tham khảo từ [2]. Đối với mạng vô tuyến thì kênh truyền vô tuyến là khía cạnh rất quan trọng trong việc thiết kế mạng hay truyền nhận tín hiệu. Một kỹ thuật khá phổ biến đó là OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) hay dạng cải biến OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) được biết đến bởi sự đơn giản và hiệu quả trong việc loại bỏ nhiễu liên kí tự, hỗ trợ truyền dẫn băng rộng, phù hợp với các hệ thống không dây, tốc độ cao, kênh truyền đa đường.
Phần lớn những nghiên cứu trước đây về mạng chuyển tiếp thường tập trung vào kênh truyền fading phẳng cho hệ thống băng hẹp [3]. Từ đó luận văn này sẽ khảo sát và phân tích các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng hệ thống mạng di động với kênh fading chọc lọc tần số cho hệ thống băng rộng, cụ thể là trong mạng chuyển tiếp OFDM. Tương tự như các hệ thống vô tuyến, tài nguyên như băng thông, thời gian và công suất là quan trọng và do đó cần được phân bổ một cách tối ưu trong các hệ thống Chương 1: Mở đầu Trang 4 HVTH: Trần Ngọc Hoàng Chọn cặp sóng mang con và phân bổ công suất trong mạng chuyển tiếp OFDM GVHD: TS. Hà Hoàng Kha hợp tác.
Trong những năm gần đây, một vài nghiên cứu đã tập trung vào các vấn đề tối ưu hóa truyền thông hợp tác khi mà đơn vị quản lý trung tâm với những sự hiểu biết hoàn toàn về trạng thái thông tin kênh, phân bổ công suất tới nguồn và thiết bị chuyển tiếp nhằm đạt được một mục đích thỏa một vài sự ràng buộc nhất định [4]. Trong phân bổ công suất cho nguồn phát được điều chế OFDM, nhiều nghiên cứu trước đây quyết định chuyển tiếp trên tất cả các sóng mang con [5], nhưng có thể xảy ra là kênh con vô tuyến giữa nguồn-chuyển tiếp tốt nhưng giữa chuyển tiếp-đích không tốt. Do đó, nghiên cứu này sẽ đề xuất trường hợp chuyển tiếp chỉ một vài sóng mang con phù hợp và sẽ phát trực tiếp phần còn lại qua kênh truyền; như vậy sẽ là hợp lý hơn. Chiến lược chuyển tiếp kết hợp lựa chọn này nhìn chung sẽ đem lại hiệu quả phân bổ công suất tốt hơn.
Ngoài ra, mỗi nút chuyển tiếp nơi mà nhận được thông điệp trên một sóng mang con cụ thể sẽ có cơ hội chuyển tiếp thông điệp được mã hóa bằng cơ chế chuyển tiếp DF(Decode-and-Forward Scheme in Relay Network) trên một sóng mang con khác. Kỹ thuật lựa chọn cặp sóng mang con này có thể cải thiện dung lượng trong các hệ thống dưới sự hạn chế công suất tổng [4].2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn Luận văn này tìm hiểu về cơ chế chuyển tiếp DF trong mô hình mạng chuyển tiếp hai chặng (two-hop) bao gồm một nguồn, một nút chuyển tiếp và một đích trong đó sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM. Từ đó, các kiến thức và kết quả cần đạt được ở đề tài bao gồm: Giới thiệu khái quát của mô hình mạng chuyển tiếp, những ưu điểm của mô hình mạng chuyển tiếp, trình bày những ưu điểm mô hình mạng chuyển tiếp, triển khai kỹ thuật chuyển tiếp DF. Khái quát đặc điểm kênh truyền vô tuyến, kênh truyền đa đường chọn lọc tần số cho mạng băng rộng trong hệ thống OFDM.
Triển khai kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang con trực giao OFDM cho mô hình mạng chuyển tiếp, đánh giá ưu nhược điểm của kỹ thuật OFDM. Chương 1: Mở đầu Trang 5 HVTH: Trần Ngọc Hoàng Chọn cặp sóng mang con và phân bổ công suất trong mạng chuyển tiếp OFDM GVHD: TS. Hà Hoàng Kha Trình bày kỹ thuật lựa chọn cặp sóng mang con hiệu quả, đưa ra các giải thuật phân bổ công suất phát tối ưu (water-filling cổ điển, water-filling kết hợp).3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần cải thiện hệ thống mạng băng rộng, đưa ra những giải pháp cho các vấn đề tồn tại trong mô hình mạng chuyển tiếp nhằm nâng cao khả năng mở rộng mạng di động cũng như nâng cao dung lượng kênh truyền. Đối tượng nghiên đề tài bao gồm: Kênh truyền vô tuyến, đa đường chọn lọc tần số.
Mô hình mạng chuyển tiếp. Kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM. Kỹ thuật lựa chọn cặp sóng mang con và kết đôi. Phương pháp phân bổ công suất phát tối ưu.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài sẽ đưa ra những cơ sở lý thuyết, đề xuất phương pháp nghiên cứu và các kết quả mô phỏng từ các mô hình, các giải pháp.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Việc ứng dụng kỹ thuật chuyển tiếp (relaying) vào các mạng truyền thông vô tuyến hiện đại có thể đem lại các dịch vụ chất lượng tốt (QoS) cho tất cả người dùng mạng, bao gồm cải thiện đường truyền của các thiết bị đầu cuối ở biên của cell hay mở rộng vùng phủ và dung lượng mạng vô tuyến. Khi mà các thế hệ công nghệ truyền thông ra đời đáp ứng các tần số cao như vậy vùng phủ sẽ ngày càng giảm dần và tính khả thi của kĩ thuật chuyển tiếp càng cao. Đối với kênh đường xuống trong mô trường vô tuyến, kỹ thuật OFDM phù hợp cho hệ thống thông tin tốc độ cao, các ứng dụng không dây trên kênh truyền đa đường, bởi kỹ thuật ghép kênh này có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu giao thoa liên ký tự (ISI). Hơn nữa, kỹ thuật OFDMA cải tiến từ OFDM còn tiết kiệm năng lượng cho hệ thống mạng bởi công suất chỉ tập trung vào các sóng mang con được sử dụng.
Chương 1: Mở đầu Trang 6 HVTH: Trần Ngọc Hoàng Chọn cặp sóng mang con và phân bổ công suất trong mạng chuyển tiếp OFDM GVHD: TS. Hà Hoàng Kha Trong phần phân bổ công suất của nút chuyển tiếp, đề tài sẽ phân tích quá trình xử lý tín hiệu khi triển khai kỹ thuật OFDM bằng việc tính toán các vector, ma trận để rút ra các biểu thức quan trọng. Từ đó, đề xuất các giải thuật tối ưu trong vấn đề phân bổ công suất phát ở các nút chuyển tiếp. Những thuật toán tối ưu đang là khía cạnh khá mới mẻ và hiệu quả không chỉ dành cho các giải pháp trong mạng thông tin mà nó còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác hiện nay (công nghiệp, kinh tế, công nghệ thông tin…) Hơn thế, đề tài này còn xem xét trong trường hợp thực tế hơn với việc khảo sát các mô hình mạng chuyển tiếp với nhiều nút chuyển tiếp; từ đó đề tài đưa ra các cơ chế lựa chọn nút chuyển tiếp tối ưu nhằm cải thiện hơn nữa chất lượng hệ thống mạng di động băng rộng bằng cách so sánh với mô hình chuyển tiếp chỉ có một nút chuyển tiếp.
Các kết quả mô phỏng đạt được như là sự kiểm chứng tính khả thi trong việc triển khai mô hình nhiều nút chuyển tiếp.5 Nội dung luận văn Toàn bộ đề tài nghiên cứu sẽ trình bày theo một bố cục liên hệ chặt chẽ với nhau xuyên suốt trong luận văn này. Các nội dung của luận văn sẽ được chia thành các chương cụ thể để có thể dễ dàng xem xét, nắm bắt vấn đề cũng như tạo sự mạch lạc, logic cho luận văn. Chương 2 của luận văn sẽ trình bày tổng quan về công nghệ mới trong mạng thông tin di động như LTE và LTE-A, giới thiệu mô hình mạng chuyển tiếp cùng với những đặc trưng của kênh truyền vô tuyến, phân tích và trình bày cụ thể kỹ thuật OFDM. Từ mô hình mạng chuyển tiếp giới thiệu ở chương trước, Chương 3 sẽ đề xuất mô hình cụ thể cho kênh đường xuống, mô hình hóa thành các bài toán lựa chọn cặp sóng mang con tối ưu và các bài toán phân bổ công suất, từ đó đưa ra các giải thuật tối ưu cho việc phân bổ công suất phát ở nguồn và nút chuyển tiếp.
Ngoài ra trong chương này còn đề cập đến vấn đề tối ưu mô hình mạng chuyển tiếp đa nút chuyển tiếp(multi-relay) được trình bày ở cơ chế lựa chọn relay tối ưu. Chương 1: Mở đầu Trang 7 HVTH: Trần Ngọc Hoàng Chọn cặp sóng mang con và phân bổ công suất trong mạng chuyển tiếp OFDM GVHD: TS. Hà Hoàng Kha Chương 4 bao hàm việc trình bày các thông số mô phỏng của các mô hình trong Chương 2 và Chương 3; tiến hành mô phỏng và tổng hợp các kết quả mô phỏng đạt được để từ đó đưa ra các nhận xét, đánh giá ứng với từng kết quả mô phỏng để kiểm chứng với cơ sở lý thuyết đã trình bày. Chương 5 của luận văn sẽ tóm tắt lại những công việc đã nghiên cứu, những gì đã đạt được, đồng thời đề xuất các hướng bổ sung, phát triển cho đề tài.
Chương 1: Mở đầu Trang 8 HVTH: Trần Ngọc Hoàng Chọn cặp sóng mang con và phân bổ công suất trong mạng chuyển tiếp OFDM GVHD: TS. Hà Hoàng Kha CHƯƠNG II - NỘI DUNG TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu các công nghệ truyền thông vô tuyến Truyền thông vô tuyến là sự truyền nhận thông tin giữa hai hay nhiều điểm liên kết với nhau mà không bằng bất kì dây dẫn điện nào. Các hệ thống không dây trong ngành viễn thông có thể cung cấp các dịch vụ cho các thiết bị hay ứng dụng vô tuyến ở khoảng cách ngắn hoặc khoảng cách xa. Một trong những khía cạnh phát triển mạnh mẽ nhất của công nghệ không dây đó là truyền thông di động với 5.9 tỷ thuê bao di động trên toàn thế giới ở năm 2011, tăng đến 6.7 tỉ năm 2013 (chiếm 95% dân số của thế giới) và dự đoán sẽ là 8.5 tỷ thuê bao di động vào năm 2016, theo thông kê và ước tính của ITU.
Theo đó, các điện thoại di động sử dụng sóng vô tuyến để thực hiện các cuộc gọi (thoại) có thể từ khắp nơi trên thế giới. Ngoài ứng dụng cuộc gọi thoại, truyền thông di động ngày càng có nhiều dịch vụ khác cung cấp cho người dùng như truyền nhận dữ liệu vô tuyến bằng cách sử dụng các chuẩn công nghệ trong các hệ thống mạng với phạm vi phủ sóng, hiệu suất hoạt động, tốc độ truyền tải dữ liệu … khác nhau; ví dụ như Wi-fi (IEEE 802.11 a,b,g,n), Cellular (GSM, GPRS, 3G, 4G), truyền thông vệ tinh di động, mạng cảm biến vô tuyến hoặc các ứng dụng trong quốc phòng, công nghiệp, y tế, giáo dục.
