Tài liệu Phân bố năng lượng trong quá trình truyền song công của mô hình truyền d2d trong mạng di động

Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................................................... 1 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................................................... 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................................... 3 LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................. 4 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................... 6 1.1 Đặc vấn đề ......................................................................................................................... 6 1.2 Hướng giải quyết ............................................................................................................... 7 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG ........................................................................................ 8 2.1 Mô hình hệ thống ............................................................................................................... 8 2.2 Diễn giải mô hình .............................................................................................................. 9 CHƢƠNG 3:CHUYỂN TIẾP SONG CÔNG TRONG HỆ THỐNG LIÊN LẠC D2D ........... 10 3.1 Phương thức liên lạc trực tiếp DT ................................................................................... 10 3.2 Chuyển tiếp song công (FD) trong hệ thống liên lạc D2D ............................................. 12 CHƢƠNG 4:TỐI ƢU HOÁ PHÂN BỐ NĂNG LƢỢNG ........................................................ 14 CHƢƠNG 5:KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ...................................................................................... 18 CHƢƠNG 6:TỔNG KẾT .......................................................................................................... 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................. 24 Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 2 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ----------o0o---------- Từ đầy đủ STT Viết tắt Nghĩa 1 BR Bit Rate Tỷ số bit 2 BS Base Station Trạm gốc 3 BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc 4 BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc 5 CBR Constant bit rate Hằng số tỉ lệ bit 6 CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã 7 CNR Channel-to-noise ratios Tỉ lệ kênh trên nhiễu 8 CSI Chanel state information Thông tin trạng thái kênh 9 D2D Device to Device Từ thiết bị đến thiết bị 10 DT Direct Transmission Truyền trực tiếp 11 FD Full Duplex Truyền song công 12 FDMA FrequenceDivision Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số 13 HD Half - Duplex Truyền bán song công 14 LI Loop Interference Vòng lặp can thiệp 15 MBR Minimum bit rate Tỉ lệ bit tối thiểu 16 PA Power allocation Phân bố năng lƣợng 17 SINR Signal interference and noise ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu và tiếng ồn 18 UE User Equipment Thiết bị ngƣời dùng 19 VBR Variable bit rate Biến tỉ lệ bit Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH ----------o0o---------- STT Hình 1 2.1 Mô hình hệ thống D2D 8 2 5.1 Tỉ lệ truyền từ R đến D trong mô hình D2D 19 3 4 5 6 7 5.2 5.3 Tên Hình Trang Tối ƣu năng lƣợng pR trong chế độ truyền D2D trong truyền mạng di động Tối ƣu năng lƣợng phân chia theo α trong mô hình D2D trong truyền mạng di động 20 20 5.4 Tỉ lệ truyền từ R đến C trong mô hình D2D trong mạng di động 22 5.5 Tối ƣu năng lƣợng pR tại UE-R trong mô hình D2D trong mạng di động 22 5.6 Tối ƣu năng lƣợng phân chia theo α tại UE-R trong mô hình D2D 23 Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 4 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại khoa học và công nghệ bùng nổ theo từng ngày, nhu cầu sử dụng các hệ thống viễn thông ngày càng cao. Ngoài việc đòi hỏi các kĩ thuật thu thập, xử lý và truyền dữ liệu phải chính xác và nhanh chóng còn phải đảm bảo về mặt năng lƣợng cho thiết bị di động. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ thì vấn đề phân bố năng lƣợng giữa các thiết bị di động cũng đƣợc quan tâm nghiên cứu. Trong quá trình truyền tín hiệu giữa các thiết bị ngoài việc truyền theo phƣơng thức truyền thống thì vẫn cho phép truyền trực tiếp giữa hai thiết bị gần, mà từ đó có thể cải thiện các dịch vụ truyền tải tại cục bộ. Khi xét quá trình truyền song công và bán song công ta thấy việc phân bố năng lƣợng ở quá trình truyền song công mang lại hiệu quả cao hơn, từ nhận xét đó chúng tôi đề xuất một mô hình truyền thông giữa các thiết bị cho phép các thiết bị có thể gán thành các máy phát D2D nhƣ một chuyển tiếp FD để hổ trợ truyền trong mạng di động. Mục tiêu của hệ thống nhằm tối ƣu hoá tỷ lệ thành công cho các ngƣời dùng D2D trong khi thực hiện các yêu cầu tối thiểu cho ngƣời sử dụng di động. Để đạt đƣợc điều này, chúng ta cần tìm sự cân bằng gữa ngƣời dùng D2D và ngƣời sử dụng mạng di động truyền thống. Để đảm bảo các mục tiêu của hệ thống ta thực hiện bằng cách tối ƣu hoá việc truyền tải ở trạm góc BS và tại máy phát D2D. Từ việc kết hợp trên chúng ta có thể giải quyết tối ƣu hoá về vấn đề phân bố năng lƣợng cục bộ. Từ đó thấy đƣợc hƣớng phát triển của mô hình truyền D2D so với các mô hình di động khác Để phân tích làm rõ vấn đề:”Phân bố năng lượng trong quá trình truyền song công của mô hình truyền D2D trong mạng di động” ta chia bài báo cáo thành các chƣơng sau: Chƣơng 1: Giới thiệu chung Chƣơng 2: Mô hình hệ thống Chƣơng 3: Chuyển tiếp song công trong hệ thống liên lạc D2D Chƣơng 4: Tối ƣu hoá phân bố năng lƣợng Chƣơng 5: Kết quả mô phỏng Chƣơng 6: Tổng kết Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 5 Do còn hạn chế về trình độ và thời gian nên báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn đọc. Em xin chân thành cảm ơn! Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2016 Huỳnh Trí Mẫn Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 6 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặc vấn đề Xạ hội ngày càng phát triển, việc tăng ngƣời dùng các dịch vụ truy cập không dây tốc độ cao là điều tất yếu. Điều đó dẫn đến sự quá tải trong việc truyền tín hiệu cũng nhƣ gậy sự ách tắc cục bộ đối với các trạm BS. Để cải thiện chất lƣợng truyền tải cũng nhƣ hiệu quả về việc phân bố năng lƣợng hiệu quả, cùng với sự phát triển của công nghệ thì việc phát triển của các mạng di động thế hệ tiếp theo là một nổ lực lớn, ví dụ nhƣ mạng di động 3GPP LTE. Một trong những phần trọng tâm của vấn đề là giải quyết việc cải thiệt chất lƣợng dịch vụ cục bộ. Vì vậy , mô hình thông tin di động D2D đƣợc nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây. Mô hình cho phép ngƣời dùng UE di chuyển gần nhau có thể giao tiếp trực tiếp dƣới sự kiểm soát của trạm BSS. Từ đó nâng cao chất lƣợng kênh liên lạc giữa các thiết bị trong mô hình D2D tầm ngắn tạo điều kiện cho truyền dữ liệu tốc độ cao đáp ứng nhu cầu chất lƣợng dịch vụ cục bộ, đồng thời tạo điều kiện sống cho thiết bị bằng cách cung cấp năng lƣợng cho pin ngƣời dùng UE và giảm tải truyền tín hiệu cũng nhƣ năng lƣợng ở trạm BSS. Khi hình thành liên kết D2D giữa các thiết bị di động có thể dẫn đến sự hành thành các kết nối di động khác bằng cách tái sử dụng cùng một lúc các nguồn tài nguyên tần số, từ đó hiệu suất phổ tần số có thể đƣợc cải thiện. Tuy nhiên để tránh việc tạo ra các nhiễu có hại đến ngƣời dùng di động (UE), các trạm BSS cần phối hợp cƣờng độ truyền dẫn ở máy phát D2D và máy phát di động. Gần đây việc phát triển các giao thức chuyển tiếp trong mạng không dây từ các thông tin thiết bị đầu cuối một bƣớc tiếng lớn trong giai đoạn thực tế của các mạng di động. Từ đó phát hiện đƣợc việc chuyển tiếp trong truyền song công(FD) mang lại hiệu suất phổ cũng nhƣ về mặt phân bố năng lƣợng một cách hiệu quả hơn so với chuyển tiếp truyền bán song công (HD), việc từ chuyển tiếp song công (FD) có thể truyền và nhận đồng thời trên cùng mốt băng tần số. Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 7 1.2 Hướng giải quyết Trong bài báo cáo này, chúng tôi đề xuất một mô hình D2D chuyển tiếp FD dựa trên các mạng di động truyền thống cho phép liên kết D2D có thể làm lớp đệm để truyền tải tín hiệu trong mạng di động. Khác với các mô hình hiện có, một D2D máy phát trong chƣơng trình của chúng tôi đƣợc lệnh phải giúp trong một cell đƣờng truyền xuống bằng cách làm việc nhƣ một role FD giữa BS và ngƣời dùng di động UE. Đổi lại máy phát D2D đƣợc phép giao tiếp trực tiếp với ngƣời nhận D2D dự định. Các chƣơng trình trong mô hình D2D đƣợc đề xuất áp dụng nhiều hơn nhầm tạo tính ổn định cho máy pháp D2D từ đó cố định cơ sở hạng tần trong mạng cục bộ, phát triển thành các nút hổ trợ cho việc truyền tải tốc độ cao. Trong thực tế, rất ít mô hình D2D đƣợc thực hiện. Để tiếp tục nghiên cứu phát triển mô hình này chúng tôi quyết định nghiên cứu một chuyển tiếp bán song công HD trong D2D. Đề án đề xuất một giao thức vỏ bọc cho phép một D2D và ngƣời dùng di động UE đôi một có thể giao tiếp hai chiều với nhau bằng cách hổ trợ các thông tin liên lạc hai chiều giữa một BS và một ngƣời dùng di động UE. Tuy nhiên phƣơng pháp dùng chuyển tiếp bán song công HD không mang lại hiệu quả về mặt tái sử dụng các nguồn tài nguyên tần số. Trong chuyển tiếp bán song công HD thì các chƣơng trình trong mô hình mạng truyền thống buộc trạm góc BSS phải hoạt dộng chuyển tiếp để hổ trở thông tin liên lạc cho mô hình D2D. Việc này làm giảm độ khuếch đại của các bƣớc nhảy trong D2D vì khi truyền bán song công HD thì đƣờng uplink và downlink thông qua trạm BS là bắt buột. Việc dùng chuyển tiếp bán song công HD trong D2D để cải thiện các dịch vụ đa truy cập (multicast) không dây trong các mạng di động. Tuy nhiên chỉ có vấn đề liên kết độc lập về mặt năng lƣợng là đƣợc cân nhắc, trong khi việc tổng hợp năng lƣợng trong các trƣờng hợp chuyển tiếp không dây không đƣợc giải quyết. So sánh với các phần báo cáo bên trên, những đóng góp chính của bài báo cáo đƣợc tóm tắt nhƣ sau: 1. Đề xuất một giả thuyết về chuyển tiếp FD trong mô hình D2D với tỉ lệ thành công cho cả ngƣời sử dụng D2D và ngƣời dùng di động cục bộ. Đó là quá trình một BS Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 8 và một ngƣời phát D2D phát đồng thời tƣơng thích với nhau trên cùng một tần số, băng thông tiêu thụ của đề xuất giảm đi một nữa so với mạng di động truyên thống. 2. Ƣu tiên cho ngƣời dùng di động bằng cách đáp ứng cho họ các yêu cầu tối thiểu để có thể truyền thông tin liên lạc, đồng thời tối đa hoá tỉ lệ bắt liên lạc thành công của ngƣời dùng D2D. Dƣới các kết nối của hệ thống phân bố năng lƣợng, năng lƣợng đƣợc tối ƣu tại các trạm BS và các máy phát D2D trong mạng cục bộ. 3. So với các mô hình thông tin di động truyền thống cũng nhƣ phƣơng pháp chuyển tiếp bán song công HD trong mô hình D2D thì việc dùng chuyển tiếp song công FD trong mô hình D2D mang lại hiệu quả rõ rệt, hiệu suất phổ cũng nhƣ việc phân bố năng lƣợng tăng đáng kể với điều khiện vòng lặp can thiệp LI ( kết quả của quá trình truyền tiếp sức và tiếp nhận relay) tại một máy phát D2D có thể kiểm soát ở mức độ nhất định. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Mô hình hệ thống Hình 2.1 Mô hình hệ thống D2D Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 9 2.2 Diễn giải mô hình Các mô hình mạng di động đƣợc thể hiện ở Hình 2.1 bao gồm một trạm phát BS và ba ngƣời dùng di động UE, lần lƣợt đƣợc ký hiệu là BS-B, UE-C, UE-D, và UE-R tƣơng ứng. Các mạng di động hoạt động phân chia tần số theo chế độ chuyển tiếp song công FDD. Các băng thông có sẳn cho downlink di động là W Hz. Các thông tin liên lạc trong D2D chỉ đƣợc phép chia sẻ đƣờng xuống (downlink) trong khi các thiết bị còn lại phải dƣới sự kiểm soát của trạm BS. Chúng tôi đặt giả thiết rằng ngƣời dùng di động UE-C chứa một hằng số tỉ lệ bit (CBR) trao đổi ví dụ nhƣ gọi thời gian thực qua mạng IP hoạc qua mô phỏng mạch. Ngƣời dùng di động UE-D chứa một biến tỉ lệ bit (VBR) trao đổi ví dụ nhƣ gọi thời gian thực streaming video. Do đó hằng số tỉ lệ bit CBR đƣợc chỉ định (bits/s) phải đƣợc đảm bảo cho UE-C và các yêu cầu tối thiểu về tỉ lệ bit (MBR) đƣợc chỉ định (bits/s) cũng phải đảm bảo cho ngƣời dùng di động UE-D. Đối với các máy phát D2D UE-R chúng tôi đặt các giả định sau: 1. UE-R lƣu trữ các tập tin cần thiết do UE-D quy định, đồng thời đƣợc chỉ định hộ trợ giúp đở đƣờng xuống ( downlink) cho UE-C. Vì vậy, UE-R không chỉ chứa dữ liệu của riêng mình mà còn làm nhiệm vụ nhƣ một máy phát D2D nhƣng đồng thời cũng có thể chuyển tiếp trao đổi cho các ngƣời dùng di động UE khác mà ở đây là UE-C. 2. UE-R hoạt động ở chế độ chuyển tiếp FD, do đó UE-R có thể truyền thông tin đến UE-D và nhận chuyển tiếp cho UE-C cùng một lúc trên dải tần số. điều này thể hiện hàm ý rằng việc truyền D2D từ UE-R đến UE-D là cơ sở cho việc truyền tải cho dƣờng xuống ( downlink) từ trạm BS-B đến ngƣời dùng di động UE-C 3. UE-R đƣợc trang bị anten độc lập nhằm truyền tải cũng nhƣ nhận tín hiệu. Do đó các vòng lặp can thiệp nghiêm trọng tại UE-R có thể đƣợc giảm thiểu bằng cách sử dụng đầy đủ các biện pháp can nhiễu tự huỷ Nhƣ thể hiện trong Hình 2.1, chúng ta biểu thị các phản hồi cho các kênh liên kết từ BS-B đến UE-C, từ BS-B đến UE-D và từ BS-B đến UE-R của hB,C , hB,D và hB,R tƣơng ứng. Đồng thời chúng tôi cũng biểu thị các phản hồi cho các liên kết từ UE-R đến UE-C Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 10 và từ UE-R đến UE-D bởi hR,C và hR,D tƣơng ứng. Do việc loại bỏ tín hiệu phản hồi chƣa thật sự hoàn hảo, chúng tôi cũng biểu thị vòng lặp can thiệp LI dƣ kênh tại UE-R là hLI . Tất cả các kênh đƣợc mô hình hoá với băng tần hẹp ổn định và tần số fading là phẳng. Cho phép pB và pR truyền tải tín hiệu một cách chuẩn hoá về mặt năng lƣợng ở trạm BS-B và UE-R tƣơng ứng. Thay vì xem xét độc lập các ràng buột về mặt năng lƣợng tức là: cho BS-B và UE-R. Chúng ta xét đến các tổng công suất phát và về mặt năng lƣợng ̅ ̅ CHƯƠNG 3: CHUYỂN TIẾP SONG CÔNG TRONG HỆ THỐNG LIÊN LẠC D2D Trƣớc khi đề nghị chƣơng trình truyền thông D2D chuyển tiếp FD , đầu tiên chúng tôi giới thiệu mô hình truyền trực tiếp DT dựa trên chế độ liên lạc di động để làm cơ sở cho nghiên cứu này. 3.1 Phương thức liên lạc trực tiếp DT Trong phƣơng thức liên lạc trực tiếp DT, chỉ có các đƣờng cho ngƣời dùng UE giao tiếp với nhau thông qua phân trạm góc BSS. Giả sử dùng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) cho truyền dẫn di động đƣờng xuống ( downlink). Tại cùng một thời điểm, việc BS-B truyền các tín hiệu khác nhau đến UE-C và UE-D trên các dãi tần số khác nhau. Đặt và lần lƣợt là ký hiệu cho việc truyền năng lƣợng của ngƣời dùng di động UE-C và UE-D tƣơng ứng. Ta có đƣợc ký hiệu là phƣơng sai của phụ nhiễu Gauss trắng kỳ vọng 0 ở UE. Kết quả đạt đƣợc từ việc truyền trên đƣờng truyền xuống ( downlink), ta có tỉ lệ kênh nhiễu ( CNRs) ở UE-C và UE-D đƣợc cho các bởi công thức: | Sinh viên thực hiện | và | | (2) HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 11 Tiếp theo tỉ lệ thành công trong kết nối liên lạc ở UE-C và UE-D đƣợc cho bởi các công thức: ( ) (3) và (4) Cho . Từ (3) và (4) chúng tôi có đƣợc mức năng và lƣợng tối thiểu để việc truyền tải thông tin CBR cho ngƣời dùng di động UE-C: (5) Và có đƣợc mức năng lƣợng tối thiểu để việc truyền tải thông tin MBR cho ngƣời dùng di động UE-D: (6) Khi chuyển chế độ ngƣời dùng di động UE-R không tham gia vào việc truyền dẫn tín hiệu, việc truyền nhận dữ liệu chỉ xãy ra tại BS-B. Tổng năng lƣợng tiêu thụ tại UE-R và BS-B đƣợc cho bởi công thức: và ̅ (7) Nhận xét 1: Trong mô hình truyền thông di động thông thƣờng, DT đƣợc ƣu tiên chỉ khi đƣờng truyền kết nối giữa BS-B và ngƣời dùng di động UE-C là tốt. Ngƣợc lại nếu đƣờng truyền kết nối không tốt đủ để hổ trợ các yêu cầu về tỉ lệ bit đƣợc xác định trƣớc , khi truyền dẫn mức năng lƣợng cao hơn thì phải đòi hỏi yêu cầu về là nhỏ. Khi tổng hợp năng lƣợng thì điều kiện (1) cần phải đƣợc cân nhắc, các yêu cầu về tỉ lệ bit cho ngƣời dùng di động UE-D có thể không đƣợc đáp ứng ngay cả khi ngƣời dùng di động UE-D có một kênh truyền tốt. Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 12 3.2 Chuyển tiếp song công (FD) trong hệ thống liên lạc D2D Để giải quyết vấn đề tài nguyên bị hạn chế trong mạng di động, một trạm BS có thể cho phép hai ngƣời dùng di động UE gần nhau có thể thiết lập một liên kết trực tiếp D2D. Để có thể sử dụng các nguồn tài nguyên về phổ tần số một cách hiệu quả. Chuyển tiếp FD dựa trên đề xuất của chƣơng trình truyền thông D2D cho phép việc truyền tải đƣờng xuống (downlink) từ BS-B đến UE-C thông qua UE-R và tạo liên kết D2D trực tiếp từ UE-R đến UE-D. Hai đƣờng truyền này sẽ diễn ra đồng thời trên cùng một dãi tần số. Chúng tôi giả định rằng UE-R bị cô lập và đƣợc trang bị anten cho việc truyền cũng nhƣ nhận tín hiệu, vì vậy tồn tại các vòng lặp can thiệp LI ở tại UE-R có thể đủ ngăn chặn lại. Tại một thời điểm bất kỳ thì BS-B sẽ truyền một tin tín hiệu đến UE-C với năng lƣợng , và việc truyền nhận đƣợc theo dõi bởi UE-R. Khi nhận đƣợc tín hiệu, ngƣời dùng di động UE-R sẽ truyền một tín hiệu tích hợp ( đƣợc quy định trong phần sau) với năng lƣợng trên cùng một dãi tần số. Khi có một vòng lặp can thiệp LI tồn tại tại UE-R do việc khử là không hoàn toàn, việc này dẫn đến sẽ nhận một tỉ lệ tín hiệu trên sự cản trở và nhiễu (SINR) ở UE-R có thể đƣợc biểu thị nhƣ sau: ̅ (8) Với | | và | | (9) Đối với những tín hiệu tích hợp truyền với UE-R, nó bao gồm hai thành phần tín hiệu sau đây. Đầu tiên là tín hiệu tái sinh nó sẽ đƣợc chuyển tiếp đến các UE tức là UE-C, và thứ hai là các tín hiệu đƣợc truyền trực tiếp đến ngƣời nhận D2D là UE-D. Chúng tôi giả định rằng UE-R chọn các giao thức giải mã và chuyển tiếp (DF) để hỗ trợ các truyền downlink di động cho UE-C, và UE-R là sẵn sàng sử dụng α (0 ≤ α ≤ 1) phần của năng lƣợng có sẵn để tổng hợp các thành phần tín hiệu đầu tiên UE-C. Do đó UE-R có thể sử dụng phần năng lƣợng còn lại là 1-α để truyền cho thành phần tín hiệu thứ hai đến UESinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 13 D. Khi giải mã các tín hiệu tƣơng ứng từ truyền UE-R, UE-C hoặc UE-D sẽ xử lý thành phần tín hiệu đƣợc chỉ định cho các UE khác nhƣ một sự can thiệp. Các hợp lực của SINRs giửa UE-C và UE-D có thể đƣợc thể hiện qua công thức: ̅ (10) Và ̅ Kể từ khi điều chế và chƣơng trình mã hóa trong giao thức DF đƣợc lựa chọn theo các bƣớc nhảy yếu nhất, hình thành các giáp mối SINR của liên kết từ BS- B đến UE - C qua UE - R đƣợc cho bởi công thức: ̅ ( ̅ ̅ ) Cuối cùng chúng ta có thể đạt đƣợc tỉ lệ kết nối từng mô hình tƣng ứng: ̅ Và ̅ Nhận xét 2:Mặc dù việc truyền tải năng lƣợng đồng thời P đƣợc sử dụng, băng thông tiêu thụ trong giao tiếp D2D đề xuất chƣơng trình chỉ là 1/2 mà tiêu thụ trong DT trên mô hình di động truyền thống . Điều đó ngụ ý rằng các chƣơng trình truyền thông D2D đề xuất có thể đạt đƣợc hiệu suất phổ cao hơn. Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 14 CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HOÁ PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu sự phân bố năng lƣợng (PA) giữa trạm góc BS và máy phát D2D trong chuyển tiếp song công FD dựa trên đề xuất ở chƣơng trình truyền thông D2D. Chúng tôi cung cấp các ƣu tiên cho các UE di động bằng cách đáp ứng yêu cầu CBR ( của ngƣời dùng di động UE-C. Chúng tôi quan tâm đến các giới hạn về tỉ lệ thành công của liên kết D2D với một tập tin trao đổi VBR. Các vấn đề toán học đẻ tính toán các PA đƣợc xây dựng nhƣ: ̂ ̂ ̂ ̅ ̅ Ở đó đại diện cho sự tối ƣu PA ở BS-B và tại máy phát D2D của UE-R. Để giải quyết vấn đề trên đầu tiên chúng ta có: thức (15b) với ̅ ̅ từ công là hằng số. Tiếp tục thay thế (8) và (10) vào (12) ta có ̅ Khi đó hiệu suất tốc độ của UE-C đƣợc xác định có bƣớc nhảy yếu nhất. Bằng cách kiểm tra (16) chúng ta có thể phân tích vấn đề (15) vào 2 trƣờng hợp sau đây: Trường hợp 1: Nếu các yếu tố hạn chế đối với tỉ lệ đạt đƣợc của UE-C là bƣớc nhảy đầu tiên bị quá vòng lặp can thiệp LI tại UE-R thì chúng ta có: ̅ Sinh viên thực hiện ̅ ̅ HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 15 Để các yêu cầu CBR của UE-C đƣợc thỏa khi giải phƣơng trình : ̅ ̅ ̅ Và Chúng ta có đƣợc : ̅ ̂ ̅ ̅ Thay thế ̂ và ̂ vào ̅ Bằng cách kiểm tra ̅ ̅ ̅ ̂ và ̅ (17) ̅ ta đƣợc : ̂ ̂ ̂ ̂ ̂ ̂ ở (11) và (18) ở (14) rỏ ràng ta thấy giảm tịnh tiến khi  tăng lên, việc tối ƣu giá trị của  để tối đa hóa tỉ lệ thành công cho các liên kết D2D đƣợc cho bởi : ̂ ( ̂ ̂ ̂ ̂ ̂ ̂ ) (19) trả về giá trị tối thiểu giữa x và y khi đó ta có 0 ≤  ≤ 1. Khi Trường hợp 2 : Nếu các yếu tố giới hạn biểu thỉ cho tỉ lệ của UE-C ở bƣớc nhảy thứ 2 từ UE-R đến UE-C ( do việc can thiệp trong quá trình truyền D2D và truyền trực tiếp từ BS-B) , chúng ta có : ̅ ̅ ̅ . Nhƣ trong Trường hợp 1 để đáp ứng yêu cầu CBR của UE-C chúng ta cần giải phƣơng trình ̅ Sau đó chúng ta đƣợc các giải pháp tối ƣu cho ̂ Và Sinh viên thực hiện ̂ (̅ )̅ (̅ ) ̅ ̅ ̅ (̅ và ) ̅ ̅. và ta có : ̅ (20) ̅ ̅ (21) HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 16 Tuy nhiên trong công thức (20) và (21) giá trị của  vẫn chƣa đƣợc tìm thấy. Trƣớc khi tìm , chúng ta có điều kiện cho ̂ ≥ 0 và ̂ ≥0 diễn ra đồng thời. Với mục đích đó, đầu tiên chúng tôi kiểm tra các thay đổi của ̂ trong (21). Ta có tử số luôn lớn hơn 0 , để đảm bảo cho ̂ thì mẫu số phải lớn hơn 0. ( ̅ ) ̅ (22) Đồng thời ta có : ̅ (̅ (23) ) Ta có kết quả của phƣơng trình (23) dựa trên giả thuyết . Điều này hoàn toàn hợp lý trong đề xuất của mô hình truyền thông D2D, các liên kết D2D chỉ đƣợc kích hoạt khi UE-R có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu CBR của UE-C. Điều này là bắt buột , nếu không thì UE-C sẻ hoạt động ở theo mô hình di động truyền thống. Tiếp theo để đảm bảo cho ̂ ≥ 0 chúng ta cần tìm điểu kiện để tử số ở phƣơng trình (20) lớn hơn 0 tức là : ( ̅ )̅ (̅ ̅ ) (24) Điều kiện đƣợc tính là : ̅ ̅ (25) )̅ (̅ Cùng nhau xem xét (23) và (25), chúng ta có thể có đƣợc các điều kiện để đảm bảo cả hai ̂ ≥ 0 và ̂ ≥0 khi đó ta có ̅ ̅ (̅ Bởi vì Sinh viên thực hiện ̅ (̅ (26) )̅ (̅ ) )̅ (27) HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 17 Bây giờ chúng ta có thể tìm thấy các α tối ƣu (20) và (21). Đầu tiên, chúng tôi có đƣợc bất đẳng thức sau đây từ : ̅ Bằng cách thay thế ̂ ̅ ̂ ̂ ̂ ̂ ̂ ̂ và ̂ (28) trong (20) và (21) vào (28), chúng ta có thể chuyển đổi (28) vào các hình thức sau đây : (29a) ) (̅ ( ̅ ̅ )( ̅ ̅ (̅ ) (̅ ̅ ) (29b) ) ̅ ̅ (29c) (29d) Để giải quyết những bất bình đẳng bậc hai ở trên, chúng ta lƣu ý rằng : ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ (30) Kiểm tra các biểu thức hằng số A, B và C trong (29), chúng ta có thể thấy đƣợc A >0, B<0 và B2 - 4AC =B2 > 0 Giả sử f bậc hai (α) trong (29a) cắt trục x tại α = αl và α = αh Chúng ta có đƣợc giải pháp cho phƣơng trình (29) √ √ Sinh viên thực hiện (31) HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 18 Trong (31), ta có 0 = αl < αh = -B/A , nó làm rõ rằng giảm khi α tăng lên, bởi cùng xem xét những hạn chế trong (26), các giải pháp thực tế  ̂ tích cực để tối đa hóa tỷ lệ thành công cho các liên kết D2D thu đƣợc là (32). ̂ ( ( ̅ (̅ (̅ ) ̅ )̅ ̅ ̅ (̅ (̅ )(̅ ̅ ̅ ) ) )) (32) Đến đây, chúng tôi đã giải quyết đƣợc phân bố năng lƣợng truyền tối ƣu ở các BS và tại máy phát D2D cũng nhƣ các yếu tố phân bố năng lƣợng tối ƣu tại máy phát D2D. PA tối ƣu có thể đƣợc tìm thấy tại các BS một cách tập trung nhƣng các thông tin trạng thái kênh toàn cầu (CSI) là bắt buộc. Qua kênh thông tin phản hồi chuyên dụng, ví dụ, các kênh thí điểm về nhận thức (CCC) do tập đoàn E2R2 / E3 đề xuất trong [12], CSI và PA tối ƣu có thể đƣợc chuyển tải giữa các BS và các UE phân phối đáng tin cậy. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Phần này cho các kết quả mô phỏng để chứng minh sự phân bố năng lƣợng và sữ dụng phổ đạt hiệu quả cao trong các chƣơng trình truyền thông D2D đƣợc đề xuất. Đầu tiên chúng ta chọn chế độ truyền thông di DT dựa để so sánh tham khảo. Lƣu ý rằng băng thông tiêu thụ ở trong mạng di động bằng hai lần so với tiêu thụ trong các chƣơng trình truyền thông D2D đề xuất, Việc hai dải tần số trực giao là cần thiết cho việc truyền đƣờng xuống downlink đến UE-C và UE-D trong chế độ truyền thông di động. Chúng tôi giả định rằng yêu cầu CBR cho UE-C là = 20 Kbps tƣơng ứng với một đặc tính lƣu lƣợng thoại điển hình. Các thông số khác bao gồm ̅ =2 và W = 0.1 MHz Đầu tiên, để cho thấy tác động của LI tại UE-R vào tốc độ đạt tối đa của liên kết D2D, chúng tôi thiết lập = 5dB và Giả sử các phản ứng kênh của liên kết D2D từ UE-R đến UE-tồn tại fading Rayleigh, CNR của liên kết D2D, tức là rồi sau phân phối mũ. Trong mô phỏng, chúng tôi thay đổi CNR trung bình của từ 0 đến 20 dB Sau đó các kết quả thực nghiệm thu đƣợc bằng trung bình tỉ số tức thời của mỗi ̅ trên 104 kênh đƣợc thực hiện, trong khi các kết quả lý thuyết thu đƣợc bằng cách cố định CNR ở ̅ . Khi tỷ lệ cho UE-C luôn đƣợc duy trì ở mức 20 Kbps, chúng ta lấy tỷ lệ đạt đƣợc ở UE-D trong chế độ thông tin liên lạc di động làm cơ sở, ví dụ: =19.64 Kbps. Trong hình. 2, chúng tôi cho thấy sự tăng tốc độ tối đa Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 19 đạt đƣợc bằng UE-D trong chƣơng trình truyền thông D2D đề xuất. Khi thay ̅ , chúng ta có sự tối ƣu hoá về phân bố năng lƣợng cho đổi CNR bằng cách cho UE-R và các yếu tố tách ối ƣu năng lƣợng tại UE-R cũng đƣợc hiển thị trong hình. 3 và hình. 4, tƣơng ứng. Hình 5.1 Tỉ lệ truyền từ R đến D trong mô hình D2D Từ Hình 5.1, chúng ta thấy rằng các liên kết D2D có thể đạt đƣợc tăng tốc đáng kể trong các chƣơng trình truyền thông D2D dựa trên chuyển tiếp FD ngay cả khi xuất hiện của một vòng lặp can thiệp LI lớn (15 dB). Do quy mô nhỏ Rayleigh hành vi mờ dần ở các kênh không dây, khoảng cách thực hiện giữa các kết quả phân tích và kết quả mô phỏng vẫn tồn tại sau khi thực hiện thao tác lấy trung bình. Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn Báo Cáo Đồ Án Môn Học 2 Trang 20 Hình 5.2 Tối ưu năng lượng pR trong chế độ truyền D2D trong truyền mạng di động Hình 5.3 Tối ưu năng lượng phân chia theo α trong mô hình D2D trong truyền mạng di động Sinh viên thực hiện HuỳnhT rí Mẫn