Luận án tiến sĩ về kỹ thuật lập lịch cho mạng thông tin di động thế hệ mới

• Tác giả: Phạm Hùng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tiến Ban
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
• Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật lập lịch cho mạng thông tin di động thế hệ mới
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của luận án
• 1.2. Những vấn đề còn tồn tại
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Phạm vi nghiên cứu
• 1.8. Những đóng góp của luận án
• 1.9. Bố cục luận án
• 2. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT LẬP LỊCH
• 2.1. Hệ thống thông tin di động 5G
• 2.2. Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thông tin di động 5G
• 2.3. Hệ thống thông tin di động nhiều ăng ten đa người dùng MU-MIMO
• 2.3.1. Ước lượng kênh truyền theo chiều lên
• 2.3.2. Truyền dữ liệu chiều xuống
• 2.3.3. Xử lý tuyến tính
• 2.4. Hệ thống thông tin nhiều ăng ten cỡ rất lớn Massive MIMO
• 2.4.1. Ưu điểm của hệ thống thông tin nhiều ăng ten cỡ rất lớn
• 2.4.2. Thách thức của hệ thống thông tin nhiều ăng ten cỡ rất lớn
• 2.5. Hệ thống thông tin nhiều ăng ten cỡ rất lớn mmWave Massive MIMO
• 2.5.1. Các thách thức của bước sóng cỡ mmWave Massive MIMO
• 2.5.2. Mảng ăng ten cho mmWave Massive MIMO
• 2.5.3. Kiến trúc bộ RF
• 2.5.4. Ước lượng kênh truyền trong hệ thống mmWave Massive MIMO
• 2.5.5. Mô hình kênh truyền
• 2.5.6. Các giải pháp tiền mã hóa
• 2.6. Kỹ thuật lập lịch
• 2.6.1. Cấu trúc khung của mạng vô tuyến
• 2.6.2. Kỹ thuật lập lịch ở mạng vô tuyến
• 2.6.3. Thách thức
• 2.6.4. Một số kỹ thuật lập lịch
• 2.7. Kết luận chương 1
• 3. KỸ THUẬT LẬP LỊCH ĐẢM BẢO TỐC ĐỘ TỐI THIỂU CỦA THUÊ BAO DỰA TRÊN THÔNG TIN LÃO HÓA KÊNH TRUYỀN
• 3.1. Ý tưởng kỹ thuật lập lịch đảm bảo tốc độ tối thiểu cho thuê bao khi sử dụng thông tin lão hóa kênh truyền
• 3.2. Mô hình hệ thống
• 3.3. Ước lượng kênh truyền
• 3.4. Truyền dữ liệu chiều xuống
• 3.5. Tốc độ tổng có thể đạt được với hiện tượng lão hóa kênh truyền
• 3.6. Kỹ thuật lập lịch đề xuất QoS-Aware
• 3.7. Kết quả mô phỏng
• 3.8. Kết luận chương 2
• 4. KỸ THUẬT LẬP LỊCH CHO HỆ THỐNG ĂNG TEN CỠ RẤT LỚN ĐẢM BẢO ĐA TỐC ĐỘ TỐI THIỂU
• 4.1. Ý tưởng về kỹ thuật lập lịch đảm bảo đa tốc độ tối thiểu cho người dùng
• 4.2. Mô hình hệ thống
• 4.3. Ước lượng kênh truyền
• 4.4. Truyền tín hiệu chiều xuống
• 4.5. Bài toán tối ưu của kỹ thuật lập lịch
• 4.5.1. Các tiêu chí tối ưu
• 4.5.2. Xây dựng hàm mục tiêu
• 4.6. Giải pháp đề xuất
• 4.7. Kết quả mô phỏng
• 4.8. Kết luận chương 3
• 5. KỸ THUẬT LẬP LỊCH CHO HỆ THỐNG ĂNG TEN BƯỚC SÓNG MM SỬ DỤNG CÁC BỘ ADC PHÂN GIẢI THẤP
• 5.1. Ý tưởng kỹ thuật lập lịch cho hệ thống ăng ten cỡ rất lớn bước sóng mm khi sử dụng các bộ ADC phân giải thấp
• 5.2. Mô hình hệ thống
• 5.2.1. Truyền dẫn chiều xuống
• 5.2.2. Mô hình lượng tử hóa
• 5.2.3. Tiền mã hóa lai đa người dùng hai giai đoạn cho kênh truyền một đường
• 5.3. Kỹ thuật lập lịch đề xuất
• 5.4. Kết quả mô phỏng
• 5.5. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về kỹ thuật lập lịch

Kỹ thuật lập lịch cho mạng di động thế hệ mới là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu suất mạng. Kỹ thuật lập lịch không chỉ đơn thuần là phân phối tài nguyên mà còn phải đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng. Mạng di động thế hệ mới, đặc biệt là mạng 5G, yêu cầu các kỹ thuật lập lịch phải có khả năng xử lý thông tin lão hóa kênh truyền để tối ưu hóa tốc độ và độ tin cậy. Việc sử dụng công nghệ di động hiện đại như MU-MIMO và Massive MIMO cho phép tăng cường dung lượng hệ thống, đồng thời giảm thiểu độ trễ. Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng việc áp dụng các kỹ thuật lập lịch hiệu quả có thể cải thiện đáng kể hiệu suất mạng và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

1.1 Hệ thống thông tin di động 5G

Hệ thống thông tin di động 5G mang lại nhiều cải tiến vượt bậc so với các thế hệ trước. Với băng tần rộng và số lượng ăng ten lớn, mạng 5G có khả năng cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 10 Gbps. Điều này không chỉ giúp cải thiện trải nghiệm người dùng mà còn mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng mới trong kỷ nguyên Internet of Things (IoT). Tuy nhiên, để đạt được hiệu suất tối ưu, các kỹ thuật lập lịch cần phải được điều chỉnh để phù hợp với đặc điểm của mạng không dây và yêu cầu chất lượng dịch vụ của từng thuê bao. Việc tối ưu hóa tài nguyên vô tuyến và đảm bảo tốc độ tối thiểu cho thuê bao là những thách thức lớn mà các nhà nghiên cứu đang phải đối mặt.

1.2 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thông tin di động 5G

Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thông tin di động 5G bao gồm khả năng phục vụ nhiều thuê bao cùng lúc với tốc độ cao và độ trễ thấp. Kỹ thuật lập lịch cần phải đảm bảo rằng các thuê bao được phục vụ có thể đạt được tốc độ tối thiểu theo yêu cầu của chất lượng dịch vụ (QoS). Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng việc sử dụng thông tin lão hóa kênh truyền có thể giúp cải thiện hiệu suất mạng, tuy nhiên, cần phải có các giải pháp tối ưu hơn để đảm bảo rằng tốc độ phục vụ không bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng thông tin quá cũ. Điều này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải phát triển các mô hình toán học và thuật toán lập lịch hiệu quả hơn.

II. Kỹ thuật lập lịch đảm bảo tốc độ tối thiểu

Kỹ thuật lập lịch đảm bảo tốc độ tối thiểu cho thuê bao là một trong những vấn đề quan trọng trong nghiên cứu mạng di động thế hệ mới. Việc sử dụng thông tin lão hóa kênh truyền để ước lượng tốc độ phục vụ cho từng thuê bao là một giải pháp khả thi. Kỹ thuật lập lịch này không chỉ giúp tối ưu hóa dung lượng hệ thống mà còn đảm bảo rằng tất cả các thuê bao đều được phục vụ với tốc độ tối thiểu cần thiết. Các mô hình toán học được xây dựng để đánh giá hiệu quả của kỹ thuật này cho thấy rằng việc áp dụng các thuật toán lập lịch thông minh có thể cải thiện đáng kể hiệu suất mạng. Hơn nữa, việc sử dụng các bộ ADC phân giải thấp trong hệ thống ăng ten cỡ rất lớn cũng là một yếu tố quan trọng giúp giảm thiểu chi phí và tăng cường khả năng phục vụ.

2.1 Ý tưởng kỹ thuật lập lịch đảm bảo tốc độ tối thiểu

Ý tưởng chính của kỹ thuật lập lịch đảm bảo tốc độ tối thiểu là sử dụng thông tin lão hóa kênh truyền để ước lượng tốc độ phục vụ cho từng thuê bao. Điều này cho phép hệ thống có thể điều chỉnh tài nguyên một cách linh hoạt, đảm bảo rằng các thuê bao có chất lượng kênh truyền tốt nhất sẽ được phục vụ trước. Kỹ thuật này không chỉ giúp tối ưu hóa dung lượng hệ thống mà còn đảm bảo rằng tất cả các thuê bao đều có thể đạt được tốc độ tối thiểu theo yêu cầu của chất lượng dịch vụ (QoS). Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng kỹ thuật lập lịch này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất mạng, đặc biệt trong các tình huống có nhiều thuê bao cùng sử dụng dịch vụ.

2.2 Mô hình hệ thống

Mô hình hệ thống cho kỹ thuật lập lịch đảm bảo tốc độ tối thiểu được xây dựng dựa trên các thông số về chất lượng dịch vụ và thông tin lão hóa kênh truyền. Mô hình này cho phép đánh giá hiệu quả của các thuật toán lập lịch trong việc phân phối tài nguyên cho các thuê bao. Việc sử dụng các mô hình toán học giúp các nhà nghiên cứu có thể phân tích và tối ưu hóa các tham số của hệ thống, từ đó đưa ra các giải pháp lập lịch hiệu quả hơn. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng mô hình này có thể giúp cải thiện đáng kể tốc độ phục vụ cho các thuê bao, đồng thời giảm thiểu độ trễ trong quá trình truyền tải dữ liệu.