Phân bổ tài nguyên vô tuyến trong mạng di động với MIMO OFDMA RELAY

Trang 1

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG

MẠNG DI ĐỘNG VỚI MIMO-OFDMA RELAY

Giảng viên hướng dẫn : TS PHẠM DOÃN TĨNH

Sinh viên thực hiện : DƯƠNG THÁI HỌC

Trang 2

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG

MẠNG DI ĐỘNG VỚI MIMO-OFDMA RELAY

HÀ NỘI 1-2016

Giảng viên hướng dẫn : TS PHẠM DOÃN TĨNH

Sinh viên thực hiện : DƯƠNG THÁI HỌC

Trang 3

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

ĐỀ TÀI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: DƯƠNG THÁI HỌC

Ngành đào tạo: Hệ đào tạo: ĐHCQ

1/ Tên đồ án tốt nghiệp:

Phân bổ tài nguyên vô tuyến trong mạng di động với mimo-ofdma relay

2/ Nội dung chính của đồ án:

TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

Báo cáo thực tập tốt nghiệp đại học

GVHD: TS Phãm Doãn Tĩnh 1 SVTH: Dương Thái Học

MỞ ĐẦU

Đối với sinh viên hiện nay, thực tập là một hoạt động có vai trò quan trọng không chỉ đối với quá trình học tập, mà còn quan trọng đối với cả công việc của sinh viên sau này Là sinh viên năm cuối của Khoa Điện tử - Thông tin, Viện Đại học Mở Hà Nội, có định hướng rõ ràng hơn về ngành học của mình, thì học phần “Thực tập tốt nghiệp Đại học” thực sự rất có ích cho em cũng như các bạn sinh viên khác trong Khoa, là cơ hội để chúng em có thể tích lũy học vấn, kinh nghiệm, áp dụng các kiến thức đã được học vào thực tế, có thể nhìn nhận, đánh giá một cách tổng quát về môi trường làm việc của nơi mình thực tập Cũng nhờ đợt thực tập này, chúng em đã được rèn luyện những kiến thức thực tế như: biết chủ đô ̣ng liên hê ̣ và tìm kiếm các doanh nghiê ̣p, cơ sở nghiên cứu để đăng kí thực tâ ̣p, có cơ hô ̣i được tham gia Ngày hội hướng nghiệp và tuyển dụng (Open Door Day) của FPT Software…

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp

đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trường đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy

Cô, gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Điện tử - Thông tin, Viện Đại học Mở Hà Nội đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, trong đợt thực tập này Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của các thầy cô thì em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Bài báo cáo thực tập thực hiện trong khoảng thời gian gần 1 tháng Bước đầu đi vào thực tế của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Em xin gởi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô Viện Đại học Mở Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô Khoa Điện tử - Thông tin của trường đã tạo điều kiện cho em để em có thể hoàn thành tốt bài báo cáo thực tập này Và em cũng xin chân thành cám

ơn thầy Phạm Doãn Tĩnh đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành tốt khóa thực tập

Trong quá trình thực tập, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo thực tập, khó tránh khỏi sai sót, rất mong các Thầy, Cô bỏ qua Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp Thầy, Cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn bài luận văn tốt nghiệp sắp tới

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 6

GVHD: TS Phãm Doãn Tĩnh 3 SVTH: Dương Thái Học NHẬN XÉT (Của cơ quan thực tập, nếu có) ………

………

Trang 7

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: Chọn đề tài thực tập 7

1.1 Công việc được giao trong thời gian thực tập 7

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG thực tập 8

2.1 Giới thiệu 8

2.2 Mô hình hệ thống 8

2.3 Phương pháp phân bố tần số dựa trên việc tái sử dụng từng phần 12

2.3.1 Equal bandwidth per link (EBPL) 13

2.3.2 Equal bandwidth per mobile station (EBPM) 13

2.3.3 Equal Bandwidth Per Access-Link (EBPA) 14

2.4 Mô phỏng 16

KẾT LUẬN 20

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

Trang 8

GVHD: TS Phãm Doãn Tĩnh 5 SVTH: Dương Thái Học DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH Hình 2.1: Cấu trúc relay trong mạng di động 9

Hình 2.2: Tái sử dụng cứng nhắc và mềm dẻo 10

Hình 2.3: Phân bổ phổ tần trong 19 cell dưới đề xuất tái sử dụng cứng nhắc 12

Hình 2.4: Phân bổ phổ tần trong 19 cell dưới đề xuất tái sử dụng mềm dẻo 15

Hình 2.5: Các tham số đầu vào 17

Hình 2.6: Dung lượng trong các cell với tái sử dụng cứng nhắc 17

Hình 2.7: Dung lượng trong các cell với tái sử dụng mềm dẻo 18

Hình 2.8: Mô tả tác động lên SINR 18

Hình 2.9: So sánh dung lượng đối với hai phương pháo tái sử dụng phổ 19

Trang 9

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplex Access

BS: Base Station

MS: Mobile Station

SINR: Singal to Interference plus Noise Ratio

EBPL: Equal Bandwidth Per Link

EBPM: Equal Bandwidth Per Mobile Station

EBPA: Equal Bandwidth Per Access-Link

Trang 10

Báo cáo thực tập tốt nghiệp đại học Chương 1: Chọn đề tài thực tập

CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỀ TÀI THỰC TẬP

1.1 Công việc được giao trong thời gian thực tập

Trong thời gian 1 tháng thực tập, em đã chọn tìm hiểu đề tài “Phân bố tài nguyên vô tuyến trong mạng di động với MIMO-OFDMA relay” Dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Doãn Tĩnh Đây là mô ̣t đề tài nghiên cứu khoa ho ̣c còn mới, đã có một

số kết quả thực nghiệm và đang trong quá trình phát triển

Với đề tài này, em đã hoàn thành đề tài trong thời gian thực tập Sau đây là các

nô ̣i dung mà em đã làm được trong thời gian thực tập

Trang 11

Báo cáo thực tập tốt nghiệp đại học Chương 2: Nội dung thực tập

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC TẬP

2.1 Giới thiệu

Sự phát triển nhanh của truyền thông di động dẫn đến nhu cầu của người sử dụng dịch vụ trong tương lai gần Với nhưng yêu cầu khắt khe trong các tiêu chí của mạng 4G [1-3] đã thúc đẩy sự nghiên cứu giúp tăng thông lượng và vùng phủ Một trong những giải pháp hứa hẹn nhất đó chính là công nghệ relay mà có thể nâng cao hiệu suất của mạng di động

Với giải pháp tăng cường relay có thể đem lại hai lợi thế: Thứ nhất, thay vì triển khai thêm nhiều trạm BS ta có thể thêm vào các RSs mà có thể gia tăng vùng phủ của

BS và đem lại dịch vụ với giá thành thấp hơn [4-5] Thứ hai, việc thêm vào các RSs có thể gia tăng thông lượng nhờ việc sử dụng lại tài nguyên vô tuyến Tuy nhiên, tăng cường relay cũng gặp phải một số vấn đề nhất định Thêm vào các RSs đồng nghĩa với thông tin được liên lạc qua nhiều chặng Do đó cần có một cơ chế quản lý tài nguyên

vô tuyến sao cho có thể khai thác được các lợi ích từ tăng cường relay

Orthogonal frequency division multiplex access (OFDMA) đã được đề xuất như

là một công nghệ hứa hẹn cho hệ thống không dây băng rộng trong tương lai Nhưng hiện tại, nó không thể giảm thiểu nhiễu được như code division multiplex access (CDMA) có thể làm Do đó việc phân bổ tài nguyên vô tuyến là một điều hết sức quan trọng đối với việc thiết kế hệ thống Hệ thống MIMO với nhiều anten tại cả điểm phát

và điểm thu có thể gia tăng đáng kể dung lượng của kênh truyền không dây Sự kết hợp của relay OFDMA và MIMO được gọi là MIMO-OFDMA relay là một giải pháp hấp dẫn trong việc tăng hiệu suất hệ thống

Mặc dù một số nghiên cứu đã hoàn thành đối với mạng MIMO-OFDMA truyền thống, nhưng chúng không thể áp dụng cho MIMO-OFDMA relay Bởi vì việc phân

bổ tài nguyên trong các chặng khác nhau cần phải cùng phối hợp để tránh tình trạng thiếu dữ liệu hay tràn dữ liệu tại các node relay Một số lợi ích từ việc tái sử dụng phổ được trình bày trong [8] và [9] Bài báo này, tác giả tập trung phân tích phương pháp phân bổ tài nguyên dựa trên tái sử dụng từng phần phổ

Trang 12

Hình 2.1: Cấu trúc relay trong mạng di động

Trong bài báo này, tác giả chỉ tập trung quan tâm đến đương downlink Nguyên tắc của phổ vô tuyến dựa trên cơ chế tái sử dụng từng phần mềm hoặc cứng được minh họa trong hình 2.2

Trang 13

Hình 2.2: Tái sử dụng cứng nhắc và mềm dẻo

Đối với tái sử dụng cứng, phổ tần được chia thành nhiều phổ con cố định mà được phân bổ tới cell theo một mẫu định trước Đối với tái sử dụng mềm dẻo thì phổ tần được chia thành nhiều phổ con cố định tuy nhiên trong một cell thì một trong các phổ tần con được phân cho các người dùng ở xa và phần còn lại được phân cho các người dùng ở gần trạm BS hơn

Trong hình 2.2, với tái sử dụng cứng ta có tần số FBM và FBF là cố định và được dùng lần lượt cho BS-MSs và BS-FRNs Đối với vùng ngoài, FFMA, FFMB và FFMC lần lượt là tần số được sử dụng cho đường FRN-MSs trong cell A, B và C Với tái sử dụng mềm dẻo thì trong cell A: Trong vùng trong, tần số F1 được sử dụng cho FRN-MSs và với vùng ngoài F2 và F3 lần lướt được sử dụng cho BS-FRN và BS-MS Tương tự đối với các cell B và C

Đối với tăng cường MIMO-OFDMA relay cho mạng di động, thì đường liên kết BS-FRN được coi là line of sight (LOS) với điều kiện kênh truyền tốt và giả thiết các

Trang 14

 Hiệu ứng fading bị bỏ qua

 Suy hao, ký hiệu là PL được cho bởi công thức:

𝑃𝐿 = (4𝜋𝑘

𝐿 2 ) 𝑑𝑦,𝑚,𝑥𝛾 10𝜉/10 (1) Với 𝑓𝑐 là phổ trung tâm của người dùng thứ y, C là tốc độ ánh sáng, 𝑑𝑦,𝑚,𝑥 là khoảng cách giữa người dùng y và BS, 𝛾 là hệ số suy hao

Theo [9] tỷ số SINR nhận được tại MS thứ o liên kết với BS thứ s trên sóng mang con thứ m là:

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑜,𝑚,𝑠𝑛 = 𝑃𝑜,𝑚,𝑠𝑛 𝐺𝑜,𝑚,𝑠𝑛 /(𝑃0+ 𝐼𝑜,𝑚,𝑞)

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑜,𝑚,𝑠𝑛 = (𝑃𝑜,𝑚,𝑠𝑛 |𝑔𝑜,𝑚,𝑠𝑛 ℎ𝑜,𝑚,𝑠𝑛 |2) (𝑃0+ ∑ ∑𝑁𝑡 (𝑃𝑜,𝑚,𝑞𝑛′ |𝑔𝑜,𝑚,𝑞𝑛′ ℎ𝑜,𝑚,𝑞𝑛′ |2 +

𝑛=1

19 𝑞=1 𝑞≠𝑠

Trang 15

Từ công thức (8) ta thấy băng thông và dung lượng là có liên hệ Trong phần tiếp theo, dựa vào cơ chế tái sử dụng từng phần chúng ta sẽ giải quyết vấn đề tối ưu hóa dung lượng

2.3 Phương pháp phân bố tần số dựa trên việc tái sử dụng từng phần

Để xem xét hiệu suất của hệ thống, tác giả định nghĩa hệ số tái sử dụng phổ 𝑅𝑒𝑓𝑓:

Trang 16

Ta có thể thấy rằng băng thông liên kết phụ thuộc về đề án phân bổ liên kết và người sử dụng trong một chặng và hai chặng Trong phần kế tiếp, tác giả đề xuất ba phương pháp

2.3.1 Equal bandwidth per link (EBPL)

Trong phần này, tác giả đề xuất băng thông trên tất cả đường dẫn là bằng nhau

2.3.2 Equal bandwidth per mobile station (EBPM)

Trong phương pháp này băng thông được thiết kế như sau:

Băng thông của đương dẫn và dung lượng của cell được biểu diễn như sau:

Trang 17

2.3.3 Equal Bandwidth Per Access-Link (EBPA)

Trong đề xuất này, băng thông được thiết kế sẽ là:

Tương tự, ta có thể xác định được băng thông và dung lượng của cell như sau

Với đề xuất sử dụng lại từng phần một cách mềm dẻo như trong hình 2.4 B1,

B2, B3 lần lượt biểu thị băng thông của F1, F2, F3 do đó:

Với:

Trang 18

Hình 2.4: Phân bổ phổ tần trong 19 cell dưới đề xuất tái sử dụng mềm dẻo

Từ hình 2.4 chúng ta thấy rằng phân bổ phổ tần trong đề xuất tái sử dụng phổ tần mềm dẻo phức tạp hơn so với đề xuất tái sử dụng cứng rắn Để giảm bớt phức tạp, chúng ta cho rằng F1 cho FRNs-MSs, F2 cho BS-FRNs và F3 cho BS-MSs Sử dụng công thức [2-5] dung lượng của cell được tính như sau:

Tương tự cho cả ba đề xuất đều được dùng để phân bổ phổ tài nguyên Trong EBPL do băng thông được thiết kế bằng nhau trong các cell nên ta có thể xác định được băng thông như sau:

Tương tự cho EBPM:

Đối với EBPA:

Trang 19

Dung lượng của cell trong đượng dẫn trực tiếp hoặc qua hai chặng là:

Từ đó, ta có thể thấy rằng tốc độ của người dùng trong các cell không chỉ phụ thuộc vào đường dẫn trực tiếp hay qua hai chặng mà còn phụ thuộc vào cơ chế định tuyến của người dùng Tập hợp X={x1, x2, … xNtotal} với:

Trang 20

Hình 2.5: Các tham số đầu vào

Hình 2.6: Dung lượng trong các cell với tái sử dụng cứng nhắc

Hình 2.6 mô tả dung lượng của cell trong các băng thông đường dẫn khác nhau với đề xuất tái sử dụng từng phần cứng nhắc Chúng ta có thể thấy được dung lượng tối đa của EBPL EBPA và EBPM là khác nhau Với EBPL đạt dung lượng lớn nhất khi 𝑅𝑒𝑓𝑓 là 1.6 thì EBPA và EBPM đạt dung lượng lớn nhất lần lượt với 𝑅𝑒𝑓𝑓 là 1.8 và 2.0

Trang 21

Hình 2.7: Dung lượng trong các cell với tái sử dụng mềm dẻo

Hình 2.7 mô tả dung lượng của cell trong các băng thông đường dẫn khác nhau với đề xuất tái sử dụng từng phần mềm dẻo Chúng ta có thể thấy EBPA đạt được dung lượng cao nhất, sau đó lần lượt là EBPM và EBPL

Hình 2.8: Mô tả tác động lên SINR

Hình 2.8 mô tả tác động lên SINR Với các phương pháp truyền thống SINR tại rìa của cell là rất thấp Tuy nhiên SINR được cải thiện một cách rõ rệt đối với cả hai phương pháp tái sử dụng cứng nhắc và tái sử dụng mềm dẻo Và qua so sánh ta có thể

dễ dàng thấy được phương pháp tái sử dụng từng phần mềm dẻo là tốt hơn so với

Trang 22

Hình 2.9: So sánh dung lượng đối với hai phương pháo tái sử dụng phổ

Hình 2.9 mô tả dung lượng đối với hai phương pháp tái sử dụng phổ trên Từ đó

ta thấy phương pháp tái sử dụng phổ một cách mềm dẻo là tốt hơn đối với phương pháp còn lại

Trang 23

KẾT LUẬN

Tuy thời gian thực hiện học phần “Thực tập tốt nghiệp” là không dài, nhưng đó lại là một khoảng thời gian rất có ý nghĩa đối với những sinh viên năm cuối Qua thời gian thực tập, em đã có một cái nhìn cụ thể, rõ ràng hơn về các công việc liên quan đến ngành học của mình sau khi ra trường Kỳ thực tập tốt nghiệp giúp em nắm rõ hơn yêu cầu của công việc để từ đó tự trang bị thêm kiến thức cho mình phù hợp với công việc Việc thực tập cũng là một bài kiểm tra thực tế nhỏ để em có dịp xem xét một cách chính xác nhất khả năng, năng lực và kiến thức của mình Tuy nhiên, bản báo cáo của em còn nhiều thiếu sót do hiểu biết còn hạn chế, rất mong sự đóng góp của thầy cô

để kiến thức của em được hoàn thiện hơn

Một lần nữa, em xin cảm ơn Khoa Điện tử - Thông tin, Viện Đại học Mở Hà Nội

và đặc biệt là thầy TS Phạm Doãn Tĩnh đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành báo cáo này

Em xin chân thành cảm ơn!

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	1,39 MB