QUẢN LÝ NHIỄU TRUYỀN THÔNG D2D TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG …

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

HÀ THẾ LUÔN

QUẢN LÝ NHIỄU TRUYỀN THÔNG D2D

TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G

LUẬN VĂN THẠC SỸ

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2020

http://test.uet.vnu.vn/

GVHD: TS. Đinh Thị Thái Mai HVTH: Hà Thế Luôn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

HÀ THẾ LUÔN

QUẢN LÝ NHIỄU TRUYỀN THÔNG D2D

TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G

LUẬN VĂN THẠC SỸ

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Mã số: 8510302.02

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. ĐINH THỊ THÁI MAI

Hà Nội – 2020

http://test.uet.vnu.vn/


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi, dưới sự hướng

dẫn khoa học của Tiến sĩ Đinh Thị Thái Mai.

Các kết quả nêu trong Luận văn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào

khác. Các số liệu trong Luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn

đúng theo quy định.

Tôi xin chịu trách nhiệm về tính chính xác và trung thực của Luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2020.

Tác giả Luận văn

Hà Thế Luôn

ii


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong trường Đại

học Công Nghệ- Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung, các thầy cô trong khoa Điện tử-

Viễn thông nói riêng đã tận tâm dạy dỗ, truyền đạt cho tôi kiến thức về các môn học

giúp tôi tích lũy được những kiến thức quan trọng trong suốt quá trình học tập, rèn

luyện tại trường.

Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên Tiến sĩ Đinh Thị

Thái Mai, người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá

trình thực hiện Luận văn.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ

động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thành Luận văn. Dù đã cố gắng hết sức

để hoàn thành Luận văn, nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Kính

mong nhận được sự góp ý chân thành của quý thầy cô và bạn bè.

Luận văn này được hỗ trợ bởi Đại học Quốc gia Hà Nội, thông qua Đề tài

QG.18.35 "Nghiên cứu giải pháp loại bỏ nhiễu, nâng cao hiệu năng mạng và phát triển

phần mềm mạng truyền thông ánh sáng nhìn thấy sử dụng các chùm sáng định

hướng".

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Học viên

Hà Thế Luôn

iii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................ i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................. ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................................. v

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU .............................................................................. vii

MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG D2D ....................................................... 2

1.1 Giới thiệu ..................................................................................................................... 2

1.2 Những thách thức kỹ thuật của truyền thông D2D trong mạng tế bào ........................ 3

1.2.1 Phát hiện thiết bị ................................................................................................... 3

1.2.2 Lựa chọn chế độ giao tiếp ..................................................................................... 4

1.2.3 Bảo mật ................................................................................................................. 6

1.2.4 Quản lý nhiễu ....................................................................................................... 6

1.3 Quản lý nhiễu trong truyền thông D2D ....................................................................... 6

1.3.1 Các loại nhiễu trong kiến trúc mạng hai tầng............................................................ 7

1.3.2 Mức kiểm soát nhiễu ................................................................................................. 9

1.4 Tính toán ........................................................................................................................ 10

1.4.1 Hình học ngẫu nhiên ............................................................................................... 10

1.4.2 Lý thuyết đồ thị ....................................................................................................... 10

1.4.3 Lý thuyết tiến hóa .................................................................................................... 11

1.4.4 Lý thuyết hàng đợi .................................................................................................. 11

1.5 Các công nghệ tiên tiến trong quản lý nhiễu trong mạng di động hỗ trợ D2D .............. 11

1.5.1 Tách phổ .................................................................................................................. 12

1.5.2 Điều khiển công suất ............................................................................................... 13

1.5.3 Phân bổ tài nguyên vô tuyến ................................................................................... 14

1.6 Thách thức quản lý nhiễu trong mạng 5G hỗ trợ D2D .................................................. 17

1.6.1 D2D trong giao tiếp mmWave ................................................................................ 17

1.6.2 Mật độ cell và giảm tải ............................................................................................ 17

1.7 Kết luận .......................................................................................................................... 18

CHƯƠNG 2: QUẢN LÝ NHIỄU TRONG TRUYỀN THÔNG D2D ..................................... 19

2.1. Giới thiệu ....................................................................................................................... 19

2.2 Phương pháp quản lý nhiễu ISA cho truyền thông D2D Underlay ............................... 20

2.2.1 Mô hình hệ thống .................................................................................................... 20

2.2.2 Các công thức tính toán ........................................................................................... 21

2.2.3 Xây dựng khu vực ngăn chặn nhiễu (ISA) .............................................................. 24

2.2.4 Điều khiển công suất ............................................................................................... 25

iv


2.2.5 Phân bổ tài nguyên ................................................................................................ 26

2.3 Phương pháp vùng hạn chế nhiễu ILA cho truyền thông D2D ..................................... 27

2.3.1 Giới thiệu ................................................................................................................. 27

2.3.2 Mô hình hệ thống .................................................................................................... 28

2.3.3 Đánh giá hiệu năng hệ thống trong đường xuống ................................................... 29

2.3.4 Hạn chế nhiễu từ truyền thông D2D ....................................................................... 31

2.3.5 Hạn chế nhiễu từ truyền thông di động ................................................................... 32

2.3.6 Phân bổ tài nguyên .................................................................................................. 33

2.4 Kết luận .......................................................................................................................... 35

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ

NHIỄU DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH PHA ĐINH RAYLEIGH. ................................. 36

3.1. Ảnh hưởng của pha đinh trong quản lý nhiễu ................................................................ 36

3.2 Đánh giá hiệu năng của hệ thống dựa trên phương pháp ISA (khu vực ngăn chặn nhiễu)

.............................................................................................................................................. 38

3.2.1 Mô hình mô phỏng .................................................................................................. 38

3.2.2 Kết quả mô phỏng ................................................................................................... 40

3.3 Đánh giá hiệu năng của hệ thống dựa trên phương pháp ILA (vùng hạn chế nhiễu) .... 42

3.3.1 Mô hình mô phỏng .................................................................................................. 42

3.3.2 Kết quả mô phỏng ................................................................................................... 43

3.5 Kết luận .......................................................................................................................... 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 46

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 47

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

AP Access Point Điểm truy cập

BS Base Station Trạm cơ sở

CLPS Close Loop Power control

Scheme

Sơ đồ điều khiển công suất

vòng đóng

CSI Channel State Information Thông tin tình trạng kênh

CUE Cellular User Equipment Thiết bị người dùng di động

CU Cellular User Người dùng di động

D2D Device to Device Thiết bị - Thiết bị

DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động

DUE D2D User Equipment Thiết bị người dùng D2D

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Viện công nghệ Điện và Điện

tử

FFR Fractional Frequency Reuse Tái sử dụng tần số phân số

GSA Global mobile Suppliers

Association

Hiệp hội các nhà cung cấp di

động toàn cầu

ILA Interference Limited Area Vùng hạn chế nhiễu

IoT Internet of Things Internet vạn vật

ISA Interference Suppression Area Khu vực ngăn chặn nhiễu

LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn

LTE-A Long Term Evolution Advance Tiến hóa dài hạn phát triển

MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào- đa đầu ra

MNO Mobile Network Operator Nhà khai thác mạng di động

OFDMA Orthogonal Frequency-

Division Multiplexing Access

Đa truy nhập phân chia theo

tần số trực giao

OLPS Open Loop fraction Power

control Scheme

Sơ đồ điều khiển công suất

vòng mở

PC Power Control Điều khiển công suất

PFR Partial Frequency Reuse Tái sử dụng tần số một phần

vi


QoS Quality of Sevice Chất lượng dịch vụ

RRA Radio Resource Allocation Phân bổ tài nguyên vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

RUE Receiver User Equipment Thiết bị người nhận

SC - FDMA Single-Carrier Frequency

Division Multiplexing Access

Đơn sóng mang đa truy cập

phân chia theo tần số

SINR Signal to Interference-plus-

Noise Ratio

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cộng

tạp âm

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm

TUE Transmitter User Equipment Thiết bị người truyền

UE User Equipment Thiết bị người dùng

UL/DL Uplink/Downlink Đường lên/Đường xuống

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1. 1. Truyền thông D2D trong các multi-tier cells trong HetNets. .................................... 3

Hình 1. 2. Phân loại truyền thông D2D (theo phổ tần số). ......................................................... 5

Hình 1. 3. Sơ đồ phân loại chi tiết truyền thông D2D. ............................................................... 5

Hình 1. 4. Các loại nhiễu trong mạng di động D2D hai tầng ..................................................... 8

Hình 1. 5.Các kịch bản nhiễu cho tài nguyên tái sử dụng khác nhau. ........................................ 8

Hình 1.6. Mức độ kiểm soát nhiễu trong truyền thông D2D. ..................................................... 9

Hình 1. 7. Phân loại các kỹ thuật quản lý nhiễu trong D2D. .................................................... 12

Hình 1. 8. Chia phổ ................................................................................................................... 12

Hình 1. 9. Phân bổ băng tần dựa trên FFR. .............................................................................. 15

Hình 2. 1. Mô hình hệ thống của truyền thông D2D trong phương pháp ISA. ........................ 21

Hình 2. 2. Khu vực ngăn chặn nhiễu ........................................................................................ 25

Hình 2. 3. Mô hình hệ thống của truyền thông D2D trong phương pháp ILA ......................... 28

Hình 2.4. Kịch bản mô phỏng ILA. ......................................................................................... 29

Hình 3. 1. PDF của biến ngẫu nhiên Rayleigh. ........................................................................ 37

Hình 3. 2. Phân bố của các CUE và cặp D2D trong mạng. ...................................................... 39

Hình 3. 3. Các CUE nằm trong vùng gây nhiễu lên truyền thông D2D ................................... 40

Hình 3. 4 Dung lượng hệ thống thay đổi khi ngưỡng nhiễu thay đổi. ...................................... 41

Hình 3. 5 Phân bố của các CUE và cặp D2D trong mạng. ....................................................... 42

Hình 3. 6 Dung lượng hệ thống thay đổi khi ngưỡng nhiễu c thay đổi. ................................ 43

Hình 3. 7 Dung lượng hệ thống với trường hợp có một cặp và hai cặp D2D. ......................... 44

Bảng 3. 1. Tham số mô phỏng .................................................................................................. 38

1


MỞ ĐẦU

Truyền thông giữa thiết bị với thiết bị (D2D) cho phép tăng cường hiệu suất của

các thiết bị bằng cách cho phép truyền trực tiếp giữa các cặp thiết bị có vị trí gần nhau.

Các nghiên cứu ban đầu đã chứng minh rằng, giao tiếp trực tiếp sẽ cải thiện việc tái sử

dụng phổ, thông lượng, tiêu thụ năng lượng, vùng phủ sóng và giảm độ trễ đầu cuối

đến đầu cuối. Do đó, xu hướng nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng D2D sẽ là một trong

những công nghệ ứng dụng trong mạng di động thế hệ tiếp theo - tức mạng 5G. Tuy

nhiên, việc giới thiệu D2D cho mạng di động đặt ra những thách thức kỹ thuật khác

nhau. Quản lý nhiễu giữa người dùng di động và người dùng D2D được coi là một

trong những vấn đề quan trọng nhất khi D2D được đưa vào mạng di động vì người

dùng D2D chia sẻ cùng dải phổ được cấp phép với người dùng di động.

Từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Quản lý nhiễu truyền thông D2D trong mạng

thông tin di động 5G”.

Trong luận văn này, tôi hướng đến việc tìm hiểu một số nghiên cứu được tìm

thấy trong các khảo sát trước đó bằng cách tập trung vào các kỹ thuật quản lý nhiễu

được đề xuất trong những năm gần đây cho LTE/LTE-A HetNets. Trong đó, luận văn

tập trung đi sâu vào hai phương pháp quản lý nhiễu là ISA và ILA. Khác với các

nghiên cứu trước, luận văn đã tổng quát hóa và mô hình hóa một hệ thống mạng di

động có nhiều cặp D2D cùng thực hiện truyền thông và đánh giá xem xét hiệu năng

của hệ thống dưới ảnh hưởng của pha đinh.

Kết cấu luận văn được chia làm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về truyền thông D2D.

Chương 2: Quản lý nhiễu trong truyền thông D2D.

Chương 3: Mô phỏng, đánh giá hiệu năng của phương pháp quản lý nhiễu dưới

ảnh hưởng của kênh pha đinh Rayleigh.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG D2D

1.1 Giới thiệu

Sự phát triển liên tục của mạng di động từ 2G đến 3G và 4G đã thay đổi căn bản

thế giới. 2G đã giới thiệu một tiêu chuẩn kỹ thuật số hài hòa cho giọng nói và cho phép

chuyển vùng và tin nhắn SMS đã trở nên phổ biến sau đó. Cuộc cách mạng sang 3G

mang đến trải nghiệm đầu tiên về di động băng rộng và các cải tiến trong giai đoạn

này. 4G mở ra kỷ nguyên di động băng rộng cực nhanh thúc đẩy sự phát triển lớn của

người dùng điện thoại thông minh. Theo dự báo của Hiệp hội các nhà cung cấp di

động toàn cầu (GSA), vào năm 2020, khoảng 90% dân số thế giới sẽ được bao phủ bởi

các mạng di động băng rộng. Lưu lượng dữ liệu di động trong Q1 2015 cao hơn 55%

so với Q1 2014. Đến năm 2020, 80% lưu lượng dữ liệu di động sẽ đến từ điện thoại

thông minh với mức tiêu thụ nội dung dựa trên video, trình điều khiển chính. 5G sẽ trở

thành công nghệ truyền thông di động thống trị trong năm 2020 về số lượng thuê bao,

thu hút 3,6 tỷ người dùng tại thời điểm đó [6].

Giao tiếp D2D đại diện cho một loại công nghệ mô hình giao tiếp không dây

mới, cho phép giao tiếp trực tiếp giữa các thiết bị không dây gần đó trong khi vẫn

được điều khiển trong các trạm gốc macro [7]. Với giao tiếp D2D, dữ liệu giữa một

cặp UE không cần phải đi qua mạng lõi như các điểm truy cập (AP) hoặc trạm gốc

(BS) miễn là chúng ở gần nhau. Hình 1.1 minh họa giao tiếp D2D trong các mạng

small cell dày đặc trong tương lai với các macro-cells, micro-cells, pico-cells và

femto-cells. Đặc biệt, truyền thông của D2D gần đây đã thu hút sự quan tâm từ các học

viện và ngành công nghiệp do sự gần gũi, tái sử dụng và tăng số chặng [8].

Mặc dù giao tiếp D2D cung cấp nhiều lợi thế cho các hệ thống LTE/LTE-A

nhưng nó cũng gặp phải một số thách thức nảy sinh về vấn đề nhiễu, sự phát hiện và

đồng bộ hóa thiết bị, lựa chọn chế độ, bảo mật và QoS. Các thách thức này sẽ được

trình bày chi tiết trong các phần sau.

3


Hình 1.1. Truyền thông D2D trong các multi-tier cells trong HetNets [8].

1.2 Những thách thức kỹ thuật của truyền thông D2D trong mạng tế bào

Mặc dù giao tiếp D2D đang được nghiên cứu trong 3GPP- Dự án đối tác thế hệ thứ

3, nhưng D2D vẫn chưa hoàn thiện và phải đối mặt với nhiều thách thức và vấn đề kỹ

thuật liên quan đến các khía cạnh như phát hiện thiết bị, lựa chọn chế độ, bảo mật và

giảm thiểu nhiễu. Trọng tâm chính của chương này là quản lý nhiễu nhưng những

thách thức khác mà truyền thông D2D phải đối mặt cũng được thảo luận ngắn gọn.

1.2.1 Phát hiện thiết bị

Trước khi hai thiết bị có thể giao tiếp trực tiếp với nhau, trước tiên chúng phải biết

được rằng chúng ở gần nhau. Trong giai đoạn phát hiện thiết bị, các thiết bị tìm kiếm

sự hiện diện cùng cấp trong phạm vi của chúng để liên lạc với D2D [8]. Phát hiện này

được thực hiện bằng cách gửi tín hiệu khám phá để xác định sự hiện diện của các thiết

bị có thể ở gần nhau và sau đó nhận dạng của các thiết bị có thể được trao đổi giữa cặp

mới. Khi hai UE tìm thấy nhau trong giai đoạn phát hiện thiết bị, chúng được coi là

ứng viên của D2D. Cuối cùng, một loạt các thông báo về chất lượng liên kết được

truyền giữa các thiết bị và BS. Thông tin này đóng vai trò là đầu vào cơ bản cho lựa

chọn chế độ và các ứng viên D2D không thể giao tiếp trực tiếp cho đến khi tiêu chí lựa

chọn chế độ được thỏa mãn.

4


1.2.2 Lựa chọn chế độ giao tiếp

Truyền thông thiết bị - thiết bị (D2D) có thể sử dụng dải tần số được cấp phép

(Inband), hoặc không được cấp phép (Outband) để tạo liên kết trực tiếp. Có hai loại

chính trong truyền thông thiết bị - thiết bị (D2D). Đó là In-band và Out-band.

Truyền thông D2D ở chế độ Inband được định nghĩa là truyền thông D2D và

truyền thông di động thông thường sử dụng chung một dải tần số của truyền thông di

động, và mức độ ưu tiên cho truyền thông di động là cao hơn và nó được chia làm hai

loại chính: Underlay và Overlay.

Lựa chọn chế độ giao tiếp được thực hiện sau khi cặp ứng viên D2D tìm thấy nhau

để liên lạc trong tương lai. Mặc dù các ứng viên D2D nằm trong phạm vi giao tiếp trực

tiếp với nhau, nhưng có thể không tối ưu để chúng làm việc ở chế độ D2D từ góc độ

hiệu suất. Lựa chọn chế độ có nghĩa là mạng các ứng viên D2D quyết định liệu chúng

nên giao tiếp trực tiếp hoặc qua mạng như mạng di động thông thường. Chế độ giao

tiếp được phân loại thành các chế độ được mô tả như Hình 1.2 và Hình 1.3.

- Chế độ dành riêng (Dedicated mode)/Overlay mode: Trong chế độ này, mạng di

động có tài nguyên kênh phong phú để các DUE có thể sử dụng các tài nguyên

chuyên dụng trực giao với các thiết bị người dùng tế bào (CUE).

- Chế độ tái sử dụng (Reuse mode)/Underlay mode: Trong chế độ này, giao tiếp

D2D sẽ chia sẻ cùng một tài nguyên với các CUE hiện có và do đó có thể gây

nhiễu cho CUE.

- Chế độ di động (Cellular mode): Hai UE sẽ giao tiếp dưới dạng CUE truyền

thống, nghĩa là giao tiếp với nhau thông qua thiết bị trung gian BS.

Truyền thông D2D ở chế độ Outband được định nghĩa là truyền thông D2D sử

dụng dải tần số khác với truyền thông di động thông thường, có thể là dải tần số của

sóng vô tuyến, …

5


Hình 1.2. Phân loại truyền thông D2D (theo phổ tần số).

Hình 1.3 mô tả phân loại chi tiết truyền thông D2D theo phổ tần số.

Hình 1.3. Sơ đồ phân loại chi tiết truyền thông D2D.

Chế độ Tái sử dụng Reuse mode/Underlay đạt được hiệu quả phổ cao hơn so

với các chế độ giao tiếp khác, nhưng giao tiếp D2D trong chế độ chia sẻ tài nguyên

này có thể gây nhiễu cho các UE di động và các UE D2D khác sử dụng tài nguyên vô

tuyến di động. Mặt khác, chế độ Dedicated mode/Overlay mode hoàn toàn có thể tránh

nhiễu do một số tài nguyên được dành riêng cho truyền thông D2D. Tuy nhiên, việc sử

dụng phổ có thể rất kém trong chế độ chia sẻ tài nguyên này. Các chế độ giao tiếp của

D2D có tác động trực tiếp đến nhiễu trong mạng và do đó, nên lựa chọn chế độ giao

tiếp cẩn thận sau nhiều phân tích. Trong giới hạn của Luận văn, ở đây luận văn chỉ tập

trung nghiên cứu vấn đề nhiễu trong chế độ tái sử dụng của truyền thông D2D.

Underlay

D2D

Di động

Overlay

D2D D2D

Di động

In b

and

Truyền thông di động Truyền thông D2D

Phổ di động Phổ di động

Thời

gia

n

Phổ di động Phổ ISM

Out ban

d

Truyền thông D 2 D

Inband Outband

Underlay Overlay Controlled Autonomous

6


1.2.3 Bảo mật

Cung cấp bảo mật hiệu quả là một vấn đề lớn trong giao tiếp D2D. Mạng truyền

thông D2D có nhiều rủi ro bảo mật do việc định tuyến dữ liệu người dùng thông qua

các thiết bị khác của người dùng. Dữ liệu này có thể bị xâm nhập và đánh cắp, vi phạm

quyền riêng tư và bảo mật. Vì giao tiếp của D2D có thể dễ bị tấn công bởi các cuộc tấn

công độc hại (ví dụ: giả mạo, nghe lén, tấn công trung gian, v.v.), nên cần có các cơ

chế xác thực và thỏa thuận chính để tăng cường bảo mật thông tin liên lạc của D2D

trong các mạng di động. Bảo mật của thiết bị có thể được đảm bảo nếu truy cập đóng

được áp dụng cho các thiết bị. Khi truy cập gần, một thiết bị sẽ có một danh sách các

thiết bị đáng tin cậy nhất định như người dùng ở gần, nếu không, người dùng đã được

hợp pháp hóa thông qua một bên đáng tin cậy như một hiệp hội, có thể giao tiếp với

nhau một cách tình cờ khác, duy trì một mức độ tùy ý, trong khi các thiết bị không có

trong danh sách này cần sử dụng cấp độ macro cell để liên lạc với nó. Thay vì điều

này, trong truy cập mở, mỗi thiết bị có thể bật để chuyển tiếp cho các thiết bị khác bị

tước bỏ mọi giới hạn. Khai thác nhiễu có thể được sử dụng như một trợ giúp để cung

cấp thông tin liên lạc bí mật trong giao tiếp D2D, được giải thích trong [9].

1.2.4 Quản lý nhiễu

Quản lý nhiễu là một trong những thách thức quan trọng nhất đối với giao tiếp

D2D trong các mạng di động. Như được mô tả trước đây, các nhà khai thác thích chế

độ chia sẻ để tăng hiệu quả phổ, nhưng điều này gây ra vấn đề nhiễu. Vì nhiều người

dùng D2D và người dùng di động đang sử dụng cùng một phần phổ, những điều này

có thể gây ra sự gián đoạn cho nhau. Quản lý nhiễu trong giao tiếp D2D và các kỹ

thuật khác nhau được sử dụng để giảm nhiễu được giải thích chi tiết trong phần tiếp

theo.

1.3 Quản lý nhiễu trong truyền thông D2D

Do sự xuất hiện của truyền thông D2D vào mạng di động tế bào, kiến trúc tế bào

thay đổi và hiện bao gồm hai tầng [10]. Tầng thứ nhất là lớp macrocell thông thường,

liên quan đến giao tiếp giữa BS và thiết bị. Tầng mới, được gọi là tầng thiết bị liên

quan đến giao tiếp D2D. Hệ thống như vậy được gọi là kiến trúc hệ thống hai lớp hoặc

di động. Kiến trúc mới có sự cải thiện đáng kể về thông lượng, độ bao phủ, độ trễ end-

to-end nếu được thiết kế cẩn thận [11]. Tuy nhiên, sẽ nảy sinh ra một số thách thức và

vấn đề kỹ thuật cho cả thiết bị người dùng D2D (DUE) và thiết bị người dùng di động

(CUE). Trong số những thách thức này, việc quản lý nhiễu giữa CUE và DUE trở

7


thành một trong những vấn đề quan trọng nhất đối với giao tiếp của D2D trong chế độ

chia sẻ mà ở đó cùng một tài nguyên vô tuyến được sử dụng cho cả giao tiếp di động

và D2D. Nên ưu tiên triển khai giao tiếp D2D trong chế độ chia sẻ để nâng cao hiệu

quả phổ. Tuy nhiên, điều này đổi lại, dẫn đến những thách thức quản lý nhiễu nghiêm

trọng do liên quan đến các tình huống giao tiếp di động, hệ thống yêu cầu quản lý các

tình huống nhiễu mới. Nếu nhiễu được tạo ra không được kiểm soát tốt, nó sẽ làm

giảm lợi ích tiềm năng của truyền thông D2D do năng lực và hiệu quả chung của cell

bị suy giảm. Phần này của nghiên cứu giải thích việc quản lý nhiễu trong kiến trúc

mạng hai lớp về loại nhiễu, mức điều khiển nhiễu và kỹ thuật quản lý nhiễu.

1.3.1 Các loại nhiễu trong kiến trúc mạng hai tầng

Trong kiến trúc mạng hai tầng, hai loại nhiễu: co-tier và cross-tier được giới thiệu

như trong Hình 1.4. Tất cả các kịch bản nhiễu có thể có trong Hình 1.4 được giải thích

trong phần này và được minh họa trong Hình 1.5.

1.3.1.1 Nhiễu đồng tầng (Co-tier interference)

Kiểu nhiễu này được tạo ra giữa các thành phần mạng thuộc cùng một tầng trong

mạng. Trong trường hợp mạng di động được bật, nhiễu đồng tầng xảy ra giữa người

dùng D2D và người dùng D2D khác trong cùng tầng. Người dùng D2D gây nhiễu cho

nhau là người dùng D2D lân cận vì chúng nằm gần nhau. Để thiết lập một liên kết trực

tiếp giữa những người dùng D2D, giá trị tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SINR) phải cao

hơn tham số ngưỡng được xác định trước. Mặt khác, nếu DUE SINR giảm xuống dưới

tham số ngưỡng được xác định do nhiễu đồng tầng, liên kết truyền thông không thể

được thiết lập [8].

Trong các hệ thống OFDMA, nhiễu đồng tầng được tạo ra khi cùng một tập hợp

các khối tài nguyên được phân bổ cho nhiều DUE. Trong trường hợp này, nhiễu luôn

được tạo ra từ máy phát D2D đến máy thu D2D trong một cặp D2D được gán cùng

một tài nguyên di động bất kể hướng tái sử dụng tài nguyên (UL/DL). Hơn nữa, nhiễu

đồng tầng phát sinh tại máy thu D2D từ máy phát D2D lân cận có thể được giảm thiểu

thông qua các kỹ thuật ghép tần số phù hợp của người dùng.

8


Loại nhiễu

Nhiễu đồng tầng

(Co-tier)

Nhiễu chéo

(Cross-tier)

DUE-DUE Uplink Downlink

DUE-BS

CUE-DUE

BS-DUE

DUE-CUE

Hình 1.4. Các loại nhiễu trong mạng di động D2D hai tầng

Uplink Downlink

Liên kết D2D

Liên kết di động

Nhiễu đồng tầng

Nhiễu chéo

Hình 1.5. Các kịch bản nhiễu cho tài nguyên tái sử dụng khác nhau.

1.3.1.2 Nhiễu chéo (cross-tier interference)

Loại nhiễu này được tạo ra giữa các thành phần mạng thuộc các tầng khác nhau,

tức là nhiễu giữa DUE và CUE. Nhiễu giữa các lớp có thể nằm giữa (i) CUE với một

DUE và giữa (ii) CUE và nhiều DUE. Kịch bản nhiễu này xảy ra khi các khối tài

nguyên được phân bổ cho người dùng di động được sử dụng lại bởi một (hoặc nhiều)

9


người dùng D2D. Trong loại nhiễu này, nguồn gây nhiễu và nạn nhân của nhiễu là

khác nhau tùy thuộc vào hướng tái sử dụng tài nguyên (UL/DL).

Trường hợp 1: Nhiễu từ D2D sang mạng di động: Khi các liên kết D2D sử dụng

cùng một tài nguyên tần số như CUE theo hướng đường lên, máy phát D2D sẽ gây

nhiễu vào eNB và người sử dụng đường lên di động sẽ gây nhiễu vào máy thu D2D.

Trường hợp 2: Nhiễu từ mạng di động đến người dùng D2D: Mặt khác, khi tài

nguyên đường xuống của băng tần được cấp phép được sử dụng lại cho các liên kết

D2D, eNB sẽ gây nhiễu vào máy thu D2D và máy phát D2D sẽ gây nhiễu vào người

dùng đường xuống di động.

1.3.2 Mức kiểm soát nhiễu

Nói chung, các sơ đồ quản lý nhiễu có thể được phân loại thành các cách tiếp

cận tập trung, phân tán và bán phân tán tùy thuộc vào hoạt động của thuật toán như

trong Hình 1.6.

Tập trung

Bộ điều khiển

trung tâm

thực hiện

quản lý nhiễu

Phân tán

DUE

thực hiện

quản lý nhiễu

Bán phân tán

Có thể xác định

các mức độ

tham gia mạng

khác nhau

MỨC KIỂM SOÁT

Hình 1.6. Mức độ kiểm soát nhiễu trong truyền thông D2D.

1.3.2.1 Mức kiểm soát nhiễu tập trung

Theo cách tiếp cận tập trung, eNB quản lý hoàn toàn sự can nhiễu giữa người dùng

di động và người dùng D2D. Thực thể trung tâm này thu thập thông tin như thông tin

trạng thái kênh (CSI), chất lượng kênh, mức độ nhiễu cho từng người dùng trong

mạng, quyết định các kênh để gán cho từng người dùng với định dạng và mức công

suất phù hợp. Dựa trên thông tin thu được, thực thể trung tâm phân bổ tài nguyên cho

từng CUE hoặc DUE. Vấn đề chính với các sơ đồ tập trung là lượng tín hiệu quá lớn

cần thiết để trao đổi CSI và phản hồi. Hơn nữa, độ phức tạp quản lý nhiễu tăng theo

cấp số nhân với số lượng người dùng trong mạng do hoạt động được thực hiện bởi một

thực thể duy nhất, phải xử lý một lượng lớn dữ liệu. Do đó, các sơ đồ tập trung chỉ có

thể được áp dụng cho các mạng D2D cỡ nhỏ [8].

10


1.3.2.2 Mức kiểm soát nhiễu phân tán

Trong sơ đồ phân tán, hoạt động quản lý nhiễu không yêu cầu thực thể trung tâm

và được thực hiện tự động bởi chính DUEs. Sơ đồ phân tán làm giảm chi phí kiểm soát

và tính toán, do CSI và phản hồi hạn chế. Tuy nhiên, nhiễu rất khó phối hợp. Cách tiếp

cận này phù hợp hơn với các mạng D2D kích thước lớn [8].

1.3.2.3 Mức kiểm soát nhiễu bán phân tán

Mặc dù cả hai phương pháp tập trung và phân tán đều có những ưu điểm và nhược

điểm, nhưng sự đánh đổi có thể đạt được giữa chúng. Các chương trình quản lý nhiễu

như vậy được cho là của bán phân tán hoặc lai (hybrids). Trong các sơ đồ quản lý

nhiễu bán phân tán, các mức độ tham gia khác nhau có thể được xác định. Đề án như

vậy có thể phù hợp cho các mạng lớn vừa phải [8].

1.4 Tính toán

Để phân tích và thiết kế các sơ đồ quản lý nhiễu trong D2D, nghiên cứu mở rộng

mạng di động đã được thực hiện bằng các lý thuyết toán học bao gồm hình học ngẫu

nhiên, lý thuyết đồ thị, lý thuyết tiến hóa, lý thuyết hàng đợi và lý thuyết tối ưu hóa.

1.4.1 Hình học ngẫu nhiên

Hình học ngẫu nhiên là một nhánh của xác suất ứng dụng cho phép nghiên cứu các

hiện tượng ngẫu nhiên trên mặt phẳng. Về bản chất nó liên quan đến lý thuyết về các

quá trình điểm. Nó đã được sử dụng như một công cụ để mô tả nhiễu trong các mạng

không dây trong một thời gian dài. Các công cụ mạnh mẽ từ hình học ngẫu nhiên đã

được áp dụng thành công vào mô hình không gian và phân tích hiệu suất của cả mạng

không dây và mạng ad hoc và di động [12]. Gần đây, các công cụ này đã được sử dụng

để mô tả các khía cạnh khác nhau của mạng D2D, chẳng hạn như lựa chọn chế độ

trong giao tiếp D2D làm nền tảng cho các mạng di động [13], quản lý nhiễu của D2D

[14] truyền phát đa hướng [15] và bộ nhớ đệm phân tán trong các mạng D2D [30].

1.4.2 Lý thuyết đồ thị

Lý thuyết đồ thị là một công cụ hiệu quả để mô hình hóa và phân tích các loại

tương tác, quan hệ và động lực khác nhau trong các mạng khác nhau. Một biểu đồ có

thể được sử dụng để biểu diễn các mối quan hệ nhiễu giữa các liên kết truyền thông

D2D khác nhau và các liên kết giao tiếp di động, và vấn đề chia sẻ tài nguyên có thể

được giải quyết bằng lý thuyết biểu đồ. Lý thuyết đồ thị đã được sử dụng để quản lý

nhiễu trong lớp underlay D2D trong một số công trình gần đây [31], [32].

11


1.4.3 Lý thuyết tiến hóa

Trong [33] lý thuyết về trò chơi tiến hóa được áp dụng cho một mạng di động nhận

thức với truyền thông D2D. Một kế hoạch lựa chọn chế độ và phân bổ tài nguyên phân

tán được đề xuất cho người dùng thứ cấp để tối đa hóa tiện ích phổ. Người dùng có thể

chọn để hoạt động ở chế độ di động (chế độ BS) hoặc chế độ D2D. Các tác giả cố gắng

tối ưu hóa tiêu chí MS với một bộ tiện ích xem xét tốc độ dữ liệu, công suất truyền và

nhiễu chéo cho các chế độ được đề cập ở trên, sau đó sử dụng trò chơi tiến hóa để có

được MS. Thông qua mô phỏng, các tác giả cho thấy sơ đồ được đề xuất cải thiện hiệu

năng hệ thống so với giao tiếp lớp overlay D2D.

1.4.4 Lý thuyết hàng đợi

Lý thuyết hàng đợi là một công cụ phân tích hữu ích để mô hình hóa một loạt các

vấn đề và kịch bản trong các mạng truyền thông [34]. Theo truyền thống, các mô hình

dựa trên lý thuyết hàng đợi đã được sử dụng rộng rãi để dự đoán QoS của các mạng

truy cập. Trong các nghiên cứu trước đây, các mô hình xếp hàng được sử dụng để

đánh giá các tham số QoS như xác suất chặn gói, độ trễ và thông lượng gói trung bình.

Các tác giả của [35] xây dựng một khung phân bổ nguồn lực và phân bổ nguồn lực

nhận biết độ trễ tập trung bằng mô hình hàng đợi để tối ưu hóa hoạt động kiểm soát tài

nguyên.

1.5 Các công nghệ tiên tiến trong quản lý nhiễu trong mạng di động hỗ trợ D2D

Việc phân loại quản lý nhiễu trong mạng hai tầng do bổ sung tầng thiết bị mới đã

được giải thích từ các quan điểm khác nhau trong Phần 1.3. Công việc nghiên cứu về

quản lý nhiễu trong mạng di động cho phép D2D vẫn đang tiếp tục và nhiều đề án đã

được đề xuất. Trong phần này, các kế hoạch quản lý nhiễu chính sẽ được xem xét. Có

nhiều phương án khác nhau để quản lý nhiễu giữa các tầng và nhiễu giữa các tầng

được tạo ra bởi truyền thông D2D nhưng nguyên tắc làm việc hoặc công nghệ của

chúng rất khác nhau. Do đó, có thể phân loại sơ đồ quản lý nhiễu dựa trên các nguyên

tắc làm việc cơ bản hoặc các công nghệ cho phép chính được minh họa trong Hình 1.7

Trường quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) chỉ định kỹ thuật quản lý tài nguyên vô

tuyến mà phương pháp được đề cập xem xét xem đó là điều khiển công suất, lựa chọn

chế độ hoặc phân bổ tài nguyên. Trường độ phức tạp của mạng cho biết số lượng cell,

tức là một/nhiều cell, số cặp D2D và CUE, tức là một/nhiều cặp D2D, một/nhiều CUE.

12


1.5.1 Tách phổ

Cách dễ nhất để phối hợp nhiễu chéo giữa tầng di động và thiết bị là sử dụng phân

tách phổ, điều này sẽ đơn giản hóa nhiễu giữa DUE và CUE. Các tác giả của [36] sử

dụng phân tách phổ, trong đó đề xuất chia dải phổ thành hai phần, như đã chỉ ra trong

Hình 1.8. Một phần sẽ được dành riêng cho CUE và phần còn lại sẽ được chỉ định đến

các DUE. Điều này sẽ chỉ giải quyết nhiễu đồng tầng. Tuy nhiên, các kênh chuyên

dụng cho giao tiếp D2D sẽ dẫn đến việc sử dụng không hiệu quả các kênh khả dụng

tùy thuộc vào số lượng thiết bị đầu cuối D2D và tỷ lệ phổ có sẵn cho chúng. Điều đáng

chú ý là sơ đồ phân tách phổ chỉ nhằm mục đích giải quyết nhiễu giữa các lớp giữa

người dùng D2D và người dùng di động. Do đó, cần có một cơ chế bổ sung để giảm

thiểu nhiễu đồng tầng trong chiến lược phân tách phổ.

Hình 1.7. Phân loại các kỹ thuật quản lý nhiễu trong D2D.

Hình 1.8. Chia phổ

13


1.5.2 Điều khiển công suất

Mặc dù công suất phát cao hơn của người dùng D2D có thể cung cấp vùng phủ

sóng rộng hơn và chất lượng tín hiệu tốt hơn, nhưng đồng thời, nó có thể gây nhiễu rất

lớn đến mạng di động. Cơ chế điều khiển công suất thích hợp (PC) là một cách tiếp

cận để đối phó với nhiễu được tạo từ DUE đến mạng di động cho cả trường hợp UL và

DL, cũng như nhiễu đồng cấp giữa các DUE trong mạng di động lai với giao tiếp

D2D. Nó điều phối nhiễu do DUE áp đặt cho mạng di động và nhiễu từ DUE sang

DUE lân cận bằng cách kiểm soát mức công suất phát của DUE để cải thiện công suất

hệ thống, vùng phủ sóng và giảm mức tiêu thụ năng lượng. Để đáp ứng các mục tiêu

này, các sơ đồ của PC nhằm tối đa hóa công suất phát và đồng thời hạn chế nhiễu được

tạo ra. Lợi ích của các sơ đồ này nằm ở chỗ các DUE và CUE có thể khai thác toàn bộ

băng thông với sự phối hợp nhiễu. BS cũng có thể điều chỉnh công suất phát của mạng

di động để giảm nhiễu từ mạng di động (eNB và CUE) đến máy thu D2D.

Cài đặt nguồn có thể được thực hiện theo kiểu tĩnh hoặc động. Cài đặt tĩnh bao

gồm sơ đồ công suất cố định hoặc sơ đồ tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR), trong khi cài

đặt công suất động được ưu tiên và bao gồm sơ đồ điều khiển công suất vòng mở

(OLPS) hoặc sơ đồ điều khiển công suất vòng đóng (CLPS) [37]. Trong cài đặt OLPS,

người dùng D2D điều chỉnh công suất phát dựa trên kết quả đo hoặc các tham số hệ

thống được xác định trước. Trong cài đặt CLPS, người dùng D2D điều chỉnh công suất

phát của nó dựa trên sự phối hợp với eNB. Dựa trên các nghiên cứu được thực hiện

trong [37] kết luận rằng sơ đồ điều khiển công suất vòng đóng có thể là sơ đồ điều

khiển công suất phù hợp cho DUE.

Một số thuật toán điều khiển công suất đã được đề xuất cho truyền thông D2D

được trả phí qua mạng di động. Một cơ chế kiểm soát tập trung đơn giản đã được đề

xuất trong [38] trong kịch bản một cell với một cặp D2D và một CUE để hạn chế

nhiễu nội cell từ DUE đến mạng di động (cả BS và CUE). Điều này được thực hiện

bằng cách giảm mức công suất của các máy phát D2D khỏi công suất tối đa sao cho

SINR của liên kết di động không bị suy giảm dưới một mức nhất định. Để đạt được

điều này, trước tiên, tỷ số SINR của người dùng di động được thiết lập và sau đó điều

khiển công suất được áp dụng cho giao tiếp D2D để hạn chế quá nhiều nhiễu đối với

giao tiếp di động. Hiệu suất đã được thực hiện dựa trên các giá trị khác nhau của D

(khoảng cách của cặp D2D từ BS) và L (khoảng cách giữa các cặp D2D). Họ kết luận

rằng, tồn tại một giá trị ngưỡng D theo vị trí của cặp D2D để quyết định khi nào tài

14


nguyên UL hoặc DL nên được sử dụng lại cho giao tiếp D2D. Nếu D nhỏ hơn giá trị

ngưỡng, chia sẻ tài nguyên DL được ưu tiên cho giao tiếp D2D. Mặt khác, nếu D lớn

hơn giá trị ngưỡng, tài nguyên UL có lợi cho giao tiếp D2D. Tuy nhiên, hạn chế chính

của phương pháp kiểm soát như vậy là nó sẽ dẫn đến việc sử dụng tài nguyên không

hiệu quả do nó được thiết kế cho trường hợp xấu nhất.

Để đảm bảo độ tin cậy của người dùng di động, các tác giả của [39] đề xuất một

kế hoạch không gây ra sự cố ngừng hoạt động cho CUE. Họ tuyên bố rằng giả sử DUE

biết về vị trí và trạng thái kênh của CUE là không khả thi trong một hệ thống thực. Do

đó, họ thiết kế sơ đồ điều khiển công suất phân tán mà không có bất kỳ sự phối hợp

nào từ bộ điều khiển trung tâm sử dụng các ước tính thống kê về mức tăng kênh giữa

chính nó và eNB để tận dụng biên độ nhiễu được chỉ định của CUE. Ban đầu, các

DUE thiết lập mức công suất phát của chúng theo cách sao cho việc truyền của chúng

không vượt quá giới hạn nhiễu của CUE. Điều chỉnh công suất D2D có thể được thực

hiện nếu biên độ nhiễu và ước tính mức tăng kênh giữa DUE và BS được biết đến. Sau

đó, giao thức định tuyến nguồn động (DSR) được sử dụng giữa nguồn D2D và đích để

khám phá tuyến đường single hop hoặc multihop giữa chúng.

Bản thân PC (Power control) không phải là một phương án hiệu quả để xử lý

nhiễu áp đặt cho DUE và nó nên được xem xét cùng với lựa chọn chế độ, lập lịch tài

nguyên và điều chỉnh liên kết sẽ được giải thích trong các phần tiếp theo.

1.5.3 Phân bổ tài nguyên vô tuyến

Phân bổ tài nguyên vô tuyến (RRA- Radio resource allocation) chủ yếu giải

quyết các vấn đề nghiên cứu về cách phân bổ tối ưu tài nguyên tần số cho một nhóm

hoặc tất cả các cặp D2D để tối ưu hóa một số số liệu hiệu suất.

1.5.3.1 Tái sử dụng tần số phân số (FFR)

Tái sử dụng tần số phân số (FFR- Fractional frequency reuse) là một kỹ thuật

quản lý nhiễu chéo giữa các lớp để giảm thiểu nhiễu lẫn nhau giữa CUE và DUE trong

mạng di động hỗ trợ D2D. Ý tưởng cơ bản của sơ đồ này là phân các vùng cell thành

các vùng không gian và nó cũng phân chia toàn bộ phổ tần số thành một số dải con.

Do các dải tần cho phần bên trong cell không bị chồng lấn với các cell lân cận, nên có

thể giảm nhiễu từ các cell lân cận. Một cơ chế được đề xuất là chia sẻ tần số sử dụng

bốn nhóm tài nguyên (F1- F4) để giảm nhiễu giữa các lớp giữa CUE và DUE. Trong

sơ đồ này, mỗi cell được chia thành hai vùng: bên trong cell và bên ngoài cell. Các dải

tần số khác nhau được phân bổ cho CUE và DUE theo vị trí của chúng. Đầu tiên, vị trí

15


của DUE được xác định, nơi chúng nằm ở khu vực bên trong hoặc khu vực bên ngoài.

Sau đó, nếu các DUE nằm ở vùng bên trong của eNB, chúng có thể sử dụng các dải

tần mà các UE chuyển tiếp eNB không sử dụng trong cell hiện tại. Mặt khác, nếu các

DUE nằm ở vùng bên ngoài, chúng có thể sử dụng lại các dải tần trừ các dải con được

sử dụng bởi các UE chuyển tiếp eNB ở vùng ngoài cùng của cell.

Hình 1.9. Phân bổ băng tần dựa trên FFR.

Trong Mumtaz et al. (2014), một sơ đồ quản lý nhiễu khác cho mạng di động

hỗ trợ D2D được trình bày dựa trên FFR để tránh nhiễu chéo giữa người dùng di động

và người dùng D2D. Dải tần số khả dụng được phân bổ cho từng cell dựa trên FFR 3

thành phần được mô tả trong sơ đồ hình 1.9. Phạm vi bao phủ của cell được chia thành

khu vực trung tâm cell (tương ứng với 63% tổng diện tích bao phủ cell) và khu vực lân

cận cell, bao gồm ba vùng cho mỗi khu vực. Khu vực trung tâm cell có hệ số tái sử

dụng là một, trong khi vùng cạnh của cell sử dụng hệ số tái sử dụng là ba. Toàn bộ dải

tần được chia thành bốn phần và một trong số chúng được gán cho vùng trung tâm cell

và phần còn lại của dải được gán cho ba vùng cạnh. Hình 1.9 cho thấy sự phân bổ tần

số. Băng con X được sử dụng trong vùng trung tâm cell (C1, C2 và C3) và các băng

con Y, Z và D được sử dụng tương ứng ở vùng R1, R2 và R3. Để giảm nhiễu giữa

CUE và DUE, DUE chọn các băng con không được sử dụng trong khu vực phụ của

người dùng di động. Đối với CUE, các băng con khác nhau được phân bổ cho từng

khu vực phụ của cell LTE theo FFR. Ngoài ra, nếu DUE nằm trong khu vực trung tâm

cell thì nó sẽ loại trừ các băng con đã được CUE sử dụng trong trung tâm cell cũng

như băng tần được CUE sử dụng trong các khu vực phụ của khu vực hiện tại. Ý tưởng

của họ là cường độ tín hiệu của hai băng con liên quan cao đến mức có thể gây nhiễu

nghiêm trọng đến DUE ở khu vực phụ bên trong.

Do cả hai cách tiếp cận được đề cập ở trên đều khai thác một phần cố định, nên

chúng có khả năng làm thông lượng thấp đi do sử dụng tài nguyên băng thông không

16


hiệu quả. Để giảm nhiễu giữa các tầng phục vụ chia sẻ băng thông, có thể sử dụng

phương pháp chia phần tài nguyên động theo tần suất hoặc thời gian.

1.5.3.2 Lý thuyết đồ thị

Lý thuyết đồ thị đã được sử dụng để quản lý nhiễu trong lớp Underlay D2D

trong một số công trình gần đây [31]; [32]. Một sơ đồ chia sẻ tài nguyên dựa trên biểu

đồ nhận biết nhiễu đã được phát triển trong [32] để giảm nhiễu giữa các lớp trong DL.

Đề án bao gồm hai giai đoạn; trong giai đoạn đầu tiên, BS trước tiên xây dựng một

biểu đồ nhiễu tương ứng với cấu trúc liên kết mạng. Trong biểu đồ, mỗi đỉnh có ba

thuộc tính: thuộc tính liên kết, thuộc tính tài nguyên và thuộc tính cụm. Trọng số của

các cạnh của đồ thị (liên kết giữa hai đỉnh) được tính bằng tổng của nhiễu lẫn nhau

giữa hai đỉnh. Trong giai đoạn thứ hai, một thuật toán gán tài nguyên được áp dụng để

phân bổ RB cho các liên kết truyền thông di động và D2D khác nhau. Thuật toán hoạt

động thông qua một tìm kiếm toàn diện và do đó có độ phức tạp cao.

Trong [19] các tác giả đề xuất sử dụng phân bổ tài nguyên dựa trên biểu đồ màu

pproach để giảm nhiễu giữa các lớp giữa CUE và DUE trong UL và tăng mức độ sử

dụng phổ của hệ thống. Trong sơ đồ đề xuất, các chức năng bổ sung được thêm vào

cho các UE; trong đó các máy phát D2D sử dụng cơ chế thông tin nhiễu đơn giản để

phát hiện nhiễu do truyền dẫn di động đến truyền thông của D2D và gửi thông tin này

đến eNB để thông báo về nhiễu trong vùng lân cận. Sau đó, eNB sử dụng thông tin này

để xây dựng cấu trúc liên kết mạng bằng biểu đồ tranh chấp nút. Biểu đồ của cấu trúc

liên kết được vẽ như sau: các đỉnh biểu thị các UE có tài nguyên được phân bổ (các ô

UE) hoặc các cặp yêu cầu giao tiếp trong nội bộ, các cạnh thể hiện sự nhiễu giữa các

đỉnh ngụ ý rằng các đỉnh được kết nối không thể sử dụng cùng một tài nguyên và các

cạnh phụ kết nối các cell UE với nhau, trực quan hóa việc phân bổ tài nguyên chính.

Sau khi tạo biểu đồ nhiễu, vấn đề phân bổ tài nguyên giữa CUE và DUE được giải

quyết bằng cách thực hiện phân bổ tài nguyên thứ cấp không có nhiễu bằng cách sử

dụng màu biểu đồ để tối đa hóa việc sử dụng phổ.

1.5.3.3 Mạng vô tuyến nhận thức

Khai thác vô tuyến nhận thức dựa trên cảm biến kênh được cấp phép phân tán

và đưa ra quyết định nhận biết nhiễu có thể được sử dụng trong các mạng di động hỗ

trợ D2D để giảm thiểu nhiễu. Trong [42] một kế hoạch quản lý nhiễu chéo hiệu quả để

tránh cả nhiễu từ CUE sang DUE và nhiễu từ DUE đến CUE trong một kịch bản trong

đó một DUE chia sẻ tài nguyên với một CUE được đề xuất. DUE có khả năng cảm

17


nhận phổ vô tuyến và đo mức nhiễu của CUE trong quá trình truyền UL và truyền các

giá trị này cho BS. Sau đó, BS sử dụng thông tin này trong sơ đồ phân bổ tài nguyên

nhận biết nhiễu. Kết quả cho thấy hiệu suất cell tăng gấp ba lần.

Một thuật toán phân bổ tài nguyên dựa trên nhận thức tập trung giữa CUE và

nhiều DUE được trình bày trong [42] để giảm thiểu nhiễu xuyên cấp giữa CUE và

DUE. Trong giai đoạn đầu tiên, họ mở rộng thuật toán công bằng tối đa được đề xuất

để thực hiện phân bổ nguồn lực hợp lý cho các luồng di động UL và DL. Sau đó, trong

giai đoạn thứ hai, một cách tiếp cận phân bổ kênh con heuristic cho các luồng D2D đã

được tiến hành với bảo vệ tốc độ cho CUE.

1.6 Thách thức quản lý nhiễu trong mạng 5G hỗ trợ D2D

Có một số thách thức và vấn đề mở cần được xem xét trong D2D để nó trở

thành nhân tố hỗ trợ chính cho công nghệ 5G. Mặc dù đã có nhiều công việc được thực

hiện về quản lý nhiễu trong giao tiếp D2D dựa trên các mạng kế thừa trước đó

(WiMAX, LTE và LTE-A), quản lý nhiễu trong giao tiếp D2D trên mạng di động 5G

trong tương lai vẫn còn là một chủ đề lớn cho việc nghiên cứu.

1.6.1 D2D trong giao tiếp mmWave

Giao tiếp băng tần mmWave gần đây đã nhận được sự chú ý đáng kể vì là một

trong những tính năng thiết yếu của mạng di động 5G. Các mạng di động 5G trong

tương lai, dự kiến cơ sở hạ tầng sợi đồng truyền thống sẽ được thay thế bằng mạng

lưới mmWave để cho phép 5G cung cấp khả năng triển khai nhanh chóng và kết nối

giống như lưới. Giao tiếp mmWave hoạt động trên dải tần số lớn hơn (30 - 300 GHZ)

và do đó nó có khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu cực cao (hàng Gbps) cho các thiết bị

di động, có thể cung cấp dung lượng mạng vượt trội. Tuy nhiên, giao tiếp băng

mmWave có một số đặc tính lan truyền chính khác với băng tần vi sóng và dẫn đến

những thách thức về mặt quản lý nhiễu. Hầu hết các công việc trước đây nhằm quản lý

nhiễu bằng cách tối ưu hóa các thuật toán chia sẻ tài nguyên. Ngoài ra, dựa trên các

khảo sát gần đây, các nghiên cứu gần đây về quản lý nhiễu trong truyền thông D2D

xem xét sự nhiễu lẫn nhau của anten đa hướng.

1.6.2 Mật độ cell và giảm tải

Một công cụ đơn giản nhưng nổi bật để tăng dung lượng mạng trong mạng di

động 5G là mật độ mạng. Cách tiếp cận này nhằm tăng cường năng lực mạng đã được

chứng minh qua nhiều thế hệ di động. Nhìn chung, ý tưởng tăng cường mạng để tăng

cường hiệu suất cho thấy việc triển khai các cell phủ sóng nhỏ, ví dụ như picocells

18


(phạm vi dưới 100m) và femtocells (phạm vi như WiFi) gần với thiết bị đầu cuối dẫn

đến điều kiện kênh thuận lợi hơn giữa máy phát và máy thu. Do đó, một lượng công

suất truyền giảm có thể được sử dụng và dẫn đến việc giảm nhiễu đối với các thành

phần mạng cùng tồn tại khác. Tuy nhiên, quản lý nhiễu là một trong những vấn đề khi

tích hợp công nghệ D2D và các cell nhỏ trong lớp underlay trong giao tiếp D2D.

Trong mạng không đồng nhất nhiều tầng này, các vấn đề về quản lý nhiễu và phân bổ

tài nguyên cho việc chia sẻ phổ khó khăn hơn so với các vấn đề hiện có được đề xuất

trong tài liệu cho các hệ thống một tầng truyền thống, bởi vì công suất truyền của mỗi

BS là khác nhau. Ngoài ra, các mức độ nhiễu trong các tầng khác nhau là khác nhau do

các hạn chế truy cập khác nhau (công khai, riêng tư, kết hợp, v.v.). Ngoài ra, để cải

thiện hiệu quả phổ, sự nhiễu giữa các liên kết macro-cell, liên kết small-cell và liên kết

D2D đều cần được xem xét và quản lý hiệu quả.

1.7 Kết luận

Giao tiếp D2D có thể cung cấp nhiều lợi ích cho các mạng di động. Truyền

thông D2D có thể được xem là một mô hình đầy hứa hẹn cho các mạng 5G thế hệ tiếp

theo. Luận văn này đã cung cấp kiến thức về các kỹ thuật quản lý nhiễu hiện có có thể

được sử dụng để giảm thiểu nhiễu trong các mạng di động với giao tiếp D2D. Tuy

nhiên, các nghiên cứu hiện tại cũng chỉ ra những vấn đề mới cần được giải quyết để

kết hợp truyền thông D2D trong các mạng 5G trong tương lai. Hạn chế chính của các

nghiên cứu hiện tại là không xem xét việc quản lý nhiễu đối với truyền thông D2D

trong các kịch bản 5G tiềm năng, chẳng hạn như mmWave và mật độ cell.

19


CHƯƠNG 2: QUẢN LÝ NHIỄU TRONG TRUYỀN THÔNG D2D

2.1. Giới thiệu

Truyền thông di động ngày càng phát triển đòi hỏi các yêu cầu cao hơn rất nhiều

về tỷ lệ truyền dẫn, hiệu suất phổ và hiệu năng mạng. Trong khi các nguồn tài nguyên

tần số vô tuyến là hữu hạn đã dẫn đến các nhu cầu nghiên cứu nhằm tìm ra những

cách tận dụng tối đa các nguồn tài nguyên kênh một cách hiệu quả nhất. Truyền thông

thiết bị - thiết bị (D2D) được coi là một trong những dịch vụ truyền thông trong tương

lai để khắc phục các vấn đề hiện tại như quá tải trạm gốc [17]. Nhờ việc cải thiện hiệu

suất phổ một cách đáng kể, truyền thông D2D được xem là một giải pháp đầy hứa hẹn

để giải quyết những vấn đề này.

Trong chương này, luận văn sẽ xem xét truyền thông D2D ở chế độ underlay

dưới sự kiểm soát của trạm cơ sở. Truyền thông D2D ở chế độ underlay của các mạng

di động có thể sử dụng các nguồn tần số được yêu cầu và truyền tải năng lượng, chia

sẻ tài nguyên tần số với các thiết bị người dùng di động (CUEs) và giúp cải thiện hiệu

suất phổ. Ngoài ra, truyền thông D2D sẽ góp phần giảm tải cho mạng di động, tăng

thông lượng hệ thống, giảm mức tiêu thụ điện năng cho thiết bị đầu cuối di động và

tăng tốc độ dữ liệu [18] [24].

Tuy nhiên, trong quá trình dùng chung tài nguyên giữa truyền thông D2D và

mạng di động sẽ gây ra nhiễu. Phân bổ các nguồn tài nguyên ngẫu nhiên và nhiễu giữa

truyền thông D2D và mạng di động cũng là ngẫu nhiên là một cách đơn giản để hạn

chế nhiễu. Một phương pháp đơn giản khác là BS sẽ phân bổ tài nguyên và sau đó,

các cặp D2D sử dụng chung nguồn tài nguyên với các CUEs cách xa mình. Phương

pháp này có thể làm cho nhiễu giữa truyền thông D2D và mạng di động là nhỏ nhất có

thể [17].

Trong hệ thống tồn tại 2 loại nhiễu chính:

+ Trong đường xuống (Downlink): Nhiễu từ thiết bị người gửi sử dụng truyền

thông D2D (TUE - Transmitting User Equipment) tới các thiết bị người dùng di động

(CUEs - Cellular User Equipments) xung quanh nó. Ngoài ra, ta cũng xét đến nhiễu

gây ra bởi tín hiệu BS lên thiết bị người nhận của truyền thông D2D (RUE -

Receiving User Equipment).

+ Trong đường lên (Uplink): Nhiễu từ các thiết bị người dùng di động (CUEs)

xung quanh tới thiết bị người nhận sử dụng truyền thông D2D (RUE) và nhiễu từ TUE

gây ra tại BS.

20


Ở biên tế bào, nhiễu giữa BS và người sử dụng truyền thông D2D có thể được

coi là yếu.

Trong chương này, luận văn xem xét phương pháp quản lý nhiễu dựa trên khu

vực ngăn chặn nhiễu (ISA-Interference Suppression Area) được đề xuất để thực hiện

việc quản lý nhiễu giữa truyền thông D2D và mạng di động [17]. Trước tiên, toàn bộ

diện tích vùng phủ có thể được chia thành hai phần theo độ mạnh của nhiễu. Phần

diện tích có nhiễu mạnh vào đường xuống và đường lên được định nghĩa là khu vực

ngăn chặn nhiễu-ISA. Sau đó, quản lý năng lượng và phân bổ nguồn tài nguyên được

áp dụng để giảm sự tác động của nhiễu. Ngoài ra, việc tính toán bán kính của ISA

cũng được xem xét. Hiệu năng hệ thống tối ưu có thể đạt được bằng cách điều chỉnh

phạm vi của ISA. Tiếp theo, luận văn cũng đề cập một phương pháp quản lý nhiễu

khác để giảm nhiễu giữa truyền thông D2D và truyền thông di động thông thường đó

là phương pháp dựa trên vùng hạn chế nhiễu (ILA- Interference Limited Area) [29].

2.2 Phương pháp quản lý nhiễu ISA cho truyền thông D2D Underlay

2.2.1 Mô hình hệ thống

Mô hình hệ thống được sử dụng là một mạng di động với truyền thông D2D và

liên kết di động chia sẻ tài nguyên. Trong đó, có M CUEs và N cặp D2D được phân bố

một cách ngẫu nhiên. Trong đường xuống, BS truyền tín hiệu tới CUEs, TUE truyền

tín hiệu đến RUE. Trong đường lên, CUEs truyền tín hiệu tới BS, TUE vẫn truyền tín

hiệu đến RUE [17]. Khoảng cách tối đa giữa TUE và RUE được cho sẵn.

Hình 2.1 mô tả mô hình hệ thống của truyền thông D2D trong phương pháp ISA

(khu vực ngăn chặn nhiễu).

Trong mô hình, BS phân bổ kênh tài nguyên và điều khiển truyền tải năng lượng

cho các liên kết di động và liên kết D2D. Ta giả định rằng các kênh là trực giao, và

nhiễu chỉ tồn tại trong kênh nội bộ do chia sẻ kênh của truyền thông D2D và truyền

thông di động. Tất cả các kênh tài nguyên bao gồm M kênh đường lên và M kênh

đường xuống của người dùng di động (CUE) đều được phép chia sẻ cho người dùng

D2D.

21


BS

RUEN

TUEN

RUE1

TUE1

CUE1CUEM

Truyền dữ liệu

Nhiễu

Hình 2.1. Mô hình hệ thống của truyền thông D2D trong phương pháp ISA.

Trong đó:

BS: Trạm cơ sở.

CUEk: Thiết bị người sử dụng di động thứ k

TUEl: Thiết bị người gửi của cặp truyền thông D2D thứ l

RUEl: Thiết bị người nhận của cặp truyền thông D2D thứ l.

Hệ thống được khảo sát trên kênh chịu ảnh hưởng của suy hao trong không gian

tự do và kênh pha đinh Rayleigh. Bên cạnh đó, mô hình suy hao đường truyền phụ

thuộc vào khoảng cách được sử dụng để đo sự mất mát năng lượng của việc truyền tín

hiệu.

2.2.2 Các công thức tính toán

Truyền thông D2D bên cạnh sự phụ thuộc vào khoảng cách, mô hình suy hao

đường truyền cũng được xem xét để tính toán sự mất mát năng lượng truyền dẫn. Độ

lợi kênh bao gồm suy hao đường truyền và pha đinh được mô tả trong công thức dưới

đây [17].

22

𝐺𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘(𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙)= 𝑃𝐿𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘(𝑅𝑈𝐸𝑙) ℎ𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘(𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙)

𝐺𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆(𝑅𝑈𝐸𝑙)= 𝑃𝐿𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆(𝑅𝑈𝐸𝑙) ℎ𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆(𝑅𝑈𝐸𝑙)

𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙(𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘)= 𝑃𝐿𝑇𝑈𝐸,𝑅𝑈𝐸(𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘) ℎ𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,(𝑅𝑈𝐸𝑙(𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘)

(2.1)

Trong đó:

𝐺𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘(𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙): độ lợi kênh (gain) từ BS tới CUE thứ k (hoặc RUE thứ l ) trên

kênh tài nguyên thứ k.

𝐺𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆(𝑅𝑈𝐸𝑙): độ lợi kênh từ CUE thứ k tới BS (hoặc RUE thứ l).

𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙(𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘) : độ lợi kênh từ TUE thứ l tới RUE thứ l (hoặc BS, CUE thứ

k) trên kênh tài nguyên thứ k.

ℎ𝑖𝑗: là hệ số kênh pha đinh.

𝑃𝐿𝑖𝑗: là suy hao đường truyền từ i đến j .

l: số cặp D2D, chạy từ 1 đến N

Theo công thức tính suy hao đường truyền trong không gian tự do Friis, ta có:

(2.2)

Trong đó:

Pt: là công suất phát của thiết bị phát.

Pr: là công suất thu được tại thiết bị thu.

d: là khoảng cách từ i đến j.

𝜆: là độ dài bước sóng.

➢ Trong đường xuống (Downlink), BS truyền tín hiệu tới CUEs, TUE truyền tín

hiệu tới RUE. RUE bị gây nhiễu bởi BS và các CUE bị gây nhiễu bởi TUE.

Giả sử mảng rd( M, N) biểu diễn trạng thái chia sẻ kênh tài nguyên giữa các cặp

D2D và các liên kết di động ở đường xuống, rd(k,l) = 1 nghĩa là cặp D2D thứ l chia

sẻ cùng tài nguyên với liên kết di động thứ k và rd(k,l) = 0 nghĩa là chúng không chia

sẻ cùng kênh tài nguyên. Ở đây giả thiết các cặp truyền thông D2D sử dụng tài

nguyên phổ tần số khác nhau.

SINR của CUE thứ k được tính như sau:

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑈𝐸𝑘

𝐷𝐿 = 𝑃𝐵𝑆𝐺𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘

∑ ∑ 𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑈𝐸𝑘

𝑀𝑘=1

𝑁𝑙=1 + 𝜎2

(2.3)

Trong đó:

𝑃𝐵𝑆: là công suất phát của BS.

( )2

10 1010log 10log4

tij

r

PPL dB

P d

= = −

23


𝐺𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘: là độ lợi kênh từ BS tới CUE thứ k trên kênh tài nguyên thứ k.

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙: là công suất phát của TUE thứ l.

𝜎2: là công suất tạp âm Gaussian.

Từ công thức (2.2) và (2.3) ta có:

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑈𝐸𝑘

𝐷𝐿 =

𝑃𝐵𝑆𝑃𝐵𝑆

𝑃𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘

ℎ𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘

∑ ∑ 𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑈𝐸𝑘

𝑀𝑘=1

𝑁𝑙=1 + 𝜎2

(2.4)

Xem xét việc phân bổ tài nguyên, SINR của RUE trong kênh tài nguyên thứ k

được đưa ra trong công thức (2.4).

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸,𝑘𝑙

𝐷𝐿 = 𝑟𝑑(𝑘)

∑ 𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙

ℎ𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙

∑ 𝑃𝐵𝑆𝐺𝐵𝑆,𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙+ 𝜎2

(2.5)

Trong đó:

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙: là công suất phát của TUE thứ l.


𝑃𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘: là công suất thu của CUE thứ k.

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑙: là công suất thu của TUE thứ k.

➢ Trong đường lên, CUEs truyền tín hiệu tới BS và TUE truyền tín hiệu tới

RUE. Theo đó, RUE bị gây nhiễu bởi CUEs và BS bị gây nhiễu bởi TUE.

Mảng ru(M,N) biểu diễn trạng thái chia sẻ kênh tài nguyên giữa các cặp D2D và

liên kết di động, ru(k,l) = 1 nghĩa là cặp D2D thứ l chia sẻ cùng tài nguyên với liên

kết di động thứ k và ru(k,l) = 0 nghĩa là chúng không chia sẻ cùng tài nguyên.

SINR của BS được cho trong công thức (2.5):

𝑆𝐼𝑁𝑅𝐵𝑆𝑈𝐿 =

∑ 𝑃𝑈𝐸𝑘

𝑃𝑈𝐸𝑘

𝑃𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆

ℎ𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆

𝑀𝑘=1

∑ ∑ (𝑟𝑢(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝐵𝑆) + 𝜎2𝑀

𝑘=1𝑁𝑙=1

(2.6)

Trong đó:

𝑃𝑈𝐸𝑘,𝐵𝑆: là công suất thu của BS.

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙: là công suất phát của TUE thứ l tới BS trong kênh tài nguyên thứ k.

SINR của RUE thứ l trong kênh tài nguyên thứ k được cho bởi công thức:

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸,𝑘𝑙

𝑈𝐿 =



𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈E𝑙

ℎ𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈E𝑙

𝑟𝑢(𝑘, 𝑙)𝑃𝑈𝐸𝑘𝐺𝑈𝐸𝑘,𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙

+ 𝜎2

(2.7)

24


Khi đó, dung lượng của hệ thống được tính bởi công thức:

𝐶 = 𝐶𝑈𝐿 + 𝐶𝐷𝐿

𝐶𝐷𝐿 = ∑ log2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑈𝐸𝑘

𝐷𝐿 ) + ∑ log2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸,𝑘𝑙

𝐷𝐿 )𝑁𝑙=1

𝑀𝑘=1

𝐶𝑈𝐿 = log2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝐵𝑆𝑈𝐿) + ∑ ∑ log2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸,𝑘𝑙

𝑈𝐿 )𝑀𝑘=1

𝑁𝑙=1

(2.8)

Trong đó:

𝐶𝐷𝐿 : là dung lượng hệ thống trong đường xuống (Downlink).

𝐶𝑈𝐿 : là dung lượng hệ thống trong đường lên (Uplink).

Do đó, mục tiêu của quản lý nhiễu là tìm mảng rd(M,N) và ru(M,N) để tối đa hóa

dung lượng của hệ thống.

2.2.3 Xây dựng khu vực ngăn chặn nhiễu (ISA)

Đặc điểm của truyền thông D2D là khoảng cách truyền ngắn và công suất phát

thấp. Do đó, nhiễu tạo ra bởi truyền thông D2D là khá hạn chế. Nếu thiết lập quản lý

tài nguyên được xử lý ở khu vực có nhiễu nghiêm trọng, phân bổ nguồn tài nguyên

trực giao cho cặp D2D và CUEs bị nhiễu, nhiễu từ truyền thông D2D sang mạng di

động sẽ giảm [17].

Do đó, khu vực ngăn chặn nhiễu ISA được định nghĩa cho cặp D2D để chỉ ra

khu vực có nhiễu nghiêm trọng. CUEs và các cặp D2D trong cùng ISA sẽ gây nhiễu

nghiêm trọng cho nhau, và yêu cầu các nguồn tài nguyên trực giao.

Trong đường xuống, năng lượng nhiễu nhận được tại CUE thứ k là [5]:

𝜂𝑈𝐸𝑘(𝑑𝑇𝑈𝐸𝑙,𝑈𝐸𝑘

) = {𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑈𝐸𝑘

. (𝜆

4𝜋𝑑𝑇𝑈𝐸𝑙,𝑈𝐸𝑘

) 𝛼

0

𝑑𝑇𝑈𝐸,𝑈𝐸𝑘

> 𝑅𝐷𝐿

𝑑𝑇𝑈𝐸,𝑈𝐸𝑘≤ 𝑅𝐷𝐿

(2.9)

Trong đó:

𝑑𝑇𝑈𝐸𝑙,𝑈𝐸𝑘: là khoảng cách giữa TUE thứ l và CUE thứ k.

𝛼: là hệ số suy hao đường truyền.

𝜆: độ dài bước sóng của tần số phát.

𝑅𝐷𝐿: là bán kính của ISA trong đường xuống (𝐼𝑆𝐴𝐷𝐿).

𝑃𝐷𝐿: là mức năng lượng ngưỡng được xác định trước của tín hiệu nhận từ cặp

D2D đến CUEs.

Khi đó, khoảng cách tối thiểu giữa TUE và CUE để nhiễu gây ra bởi TUE đến

CUE có thể chấp nhận được là 𝑅𝐷𝐿, 𝑅𝐷𝐿 được tính bằng công thức:

25


𝑅𝐷𝐿 =

𝜆

4𝜋(𝑃𝐷𝐿

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑙)

1𝛼

(2.10)

Tương tự, bán kính của ISA trong đường lên ( ) được tính bằng công

thức sau [5]:

𝑅𝑈𝐿 =

𝜆

4𝜋(𝑃𝑈𝐿

𝑃𝑈𝐸𝑘)

1𝛼

(2.11)

Trong đó, là mức năng lượng ngưỡng được xác định trước của tín hiệu nhận

từ CUE tới RUE.

Số lượng kênh tài nguyên có thể được sử dụng cho truyền thông D2D phụ thuộc

vào bán kính của ISA. Vì và lần lượt phụ thuộc vào , và ,

cho nên BS có thể điều chỉnh bán kính của ISA bằng cách thiết lập các thông số liên

quan.

Hình 2.2 minh họa khu vực ngăn chặn nhiễu.

RUE

TUE

CUE

RDL

RUL

Khu vực

ngăn chặn nhiễu

RUE

TUE

CUE

RDL

RUL

TUE

Hình 2.2. Khu vực ngăn chặn nhiễu

Các người dùng di động CUE nằm trong khu vực ngăn chặn nhiễu (biểu diễn bởi

hai hình tròn màu xanh như trong hình vẽ) sẽ không được phân bổ tài nguyên cho cặp

truyền thông D2D.

2.2.4 Điều khiển công suất

Trong mô hình hệ thống được đề cập trên Hình 2.1, CUEs và cặp D2D cùng tồn

tại trong hệ thống và cùng chia sẻ kênh tài nguyên [17]. Để đảm bảo truyền thông

D2D, công suất phát của TUE ( ) nên được kiểm soát càng nhiều càng tốt. Mặt

ULISA ULR

ULP

DLR ULR DLP TUEP ULPkUEP

TUEP

26


khác, nếu công suất phát của TUE ( ) quá nhỏ thì truyền thông D2D sẽ bị gây

nhiễu bởi mạng di động, ngược lại, nếu công suất phát của TUE ( ) quá lớn sẽ gây

nhiễu nghiêm trọng cho truyền thông di động. Do đó, nên được kiểm soát ở một

mức hợp lý.

Trong luận văn này sẽ thiết lập thông số ở đường xuống. Một mặt, nhiễu từ

BS tới truyền thông D2D ở đường xuống có thể được bù lại hiệu quả bằng cách điều

khiển công suất. Mặt khác, nhiễu từ CUEs tới cặp D2D trong đường lên có liên quan

đến sự phân bố của CUEs, nó là hoàn toàn ngẫu nhiên và không dễ kiểm soát.

Để quyết định công suất truyền tải của TUE ( ), BS thiết lập một mức SINR

ngưỡng 𝜂 và công suất truyền tải tối đa của TUE ( ). Để đảm bảo chất lượng

của truyền thông D2D, nên đáp ứng mức SINR ngưỡng càng nhiều càng tốt

trên cơ sở không vượt quá mức công suất truyền tải tối đa của TUE.

SINR của RUE thứ l trong kênh tài nguyên thứ k phải thỏa mãn điều kiện:

SINR𝑅𝑈𝐸,𝑘𝑙 ≥ 𝜂 (2.12)

Trong đó, được định nghĩa là:

𝑃𝑚𝑖𝑛 = 𝜂∑ (𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝐵𝑆𝐺𝐵𝑆,𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙

) + 𝜎2𝑀𝑘=1

𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙,𝑅𝑈𝐸

(2.13)

Do đó, công suất phát 𝑃𝑇𝑈𝐸 là:

𝑃𝑇𝑈𝐸 = min(𝑃𝑚𝑖𝑛,𝑃𝑇𝑈𝐸𝑚𝑎𝑥) (2.14)

2.2.5 Phân bổ tài nguyên

Nhiễu giữa các CUE và cặp D2D là không thể tránh khỏi, các nguồn tài

nguyên được phân bổ cho chúng phải trực giao. Trong phần này, BS cung cấp các

kênh tài nguyên cấm của truyền thông D2D ở đường xuống, sau đó TUE xác định

thêm các nguồn kênh tài nguyên cuối cùng trong đường lên [17].

Trong đường xuống (Downlink), để giảm thiểu nhiễu gây ra bởi truyền

thông D2D, các nguồn tài nguyên của CUEs bên ngoài được phân bổ cho

cặp D2D. Do đó, một kênh độc quyền D2DCH được thiết lập cho truyền thông

D2D để ước lượng tính toán số CUEs dù cho nó có trong 𝐼𝑆𝐴𝐷𝐿 hay không. Trong

D2DCH, TUE truyền một định danh để cho biết cặp D2D đang giao tiếp. Tất cả

CUEs trong tế bào đều theo dõi kênh này. Khi công suất nhận lớn hơn , nó

TUEP

TUEP

TUEP

TUEP

TUEP

TUEMAXP

TUEP

minP

DLISA

DLP

,

27


cho biết CUE này sẽ bị ảnh hưởng bởi truyền thông D2D rất nhiều trong 𝐼𝑆𝐴𝐷𝐿.

Sau khi nhận được thông tin phản hồi của CUEs trong 𝐼𝑆𝐴𝐷𝐿, BS thông báo cho

TUE thông tin phân bổ nguồn tài nguyên của những CUEs này. Những nguồn tài

nguyên này là tài nguyên không cho phép sử dụng cho việc truyền thông D2D.

Tiếp đến, ta sẽ thiết lập 𝐼𝑆𝐴𝑈𝐿 để xác định thêm các nguồn tài nguyên được

sử dụng cuối cùng. RUE giám sát tất cả các kênh tài nguyên. Khi công suất nhận

tại kênh tài nguyên nhất định lớn hơn 𝑃𝑈𝐿 sẽ cho biết việc CUE truyền tải trên tài

nguyên này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến truyền thông D2D trong 𝐼𝑆𝐴𝑈𝐿. RUE

báo cáo các thông tin về tài nguyên này cho TUE. Theo thông tin phản hồi từ BS

và RUE, TUE thu thập thông tin về tất cả các tài nguyên bị cấm và xác định các

tài nguyên có sẵn. Nếu không có tài nguyên sẵn có, truyền thông D2D nên chờ

đợi để hạn chế nhiễu. Nhờ đó, BS có thể kiểm soát bán kính của ISA bằng cách

thiết lập các thông số liên quan, và thông qua phân bổ nguồn tài nguyên, nhiễu

giữa truyền D2D và mạng di động sẽ giảm và hiệu suất của hệ thống được cải

thiện [3].

2.3 Phương pháp vùng hạn chế nhiễu ILA cho truyền thông D2D

2.3.1 Giới thiệu

Phương pháp kiểm soát vùng hạn chế nhiễu- ILA và kế hoạch phân bổ nguồn tài

nguyên sẽ được xem xét. Trước tiên, vùng phủ của khu vực hạn chế nhiễu sẽ được

tính toán. Tiếp đến, dựa trên vùng hạn chế nhiễu, lược đồ phân bổ nguồn tài nguyên

cho truyền thông D2D được đề xuất [29].

Trong mô hình hệ thống Hình 2.3, truyền thông D2D và mạng di động cùng tồn

tại trong hệ thống và chia sẻ cùng nguồn tài nguyên. Giả sử, BS có thể xác định năng

lượng truyền tối đa cho truyền thông D2D và năng lượng truyền tối đa cho mỗi liên

kết D2D được giới hạn là .

Để tránh việc gây nhiễu nghiêm trọng, người sử dụng D2D và người dùng di

động sử dụng chung nguồn tài nguyên sẽ được đặt xa nhau nhất có thể. Mặc dù vậy,

độ lợi kênh của tất cả các liên kết trong tế bào không dễ đạt được. Do đó, một kế

hoạch phân bổ nguồn tài nguyên cho truyền thông D2D dựa trên vị trí thông tin của

người sử dụng để đạt được ba mục tiêu sau:

+ BS sẽ đặt quyền ưu tiên cho truyền thông di động cao hơn truyền thông D2D.

maxdP

28


+ SINR của các liên kết D2D sẽ phải lớn hơn mức SINR tối thiểu để đảm bảo độ

tin cậy của truyền thông D2D.

+ BS cần phân bổ hiệu quả các nguồn tài nguyên cho người sử dụng D2D mà

xung quanh đó không có người dùng di động sử dụng cùng một nguồn tài nguyên để

tối đa hóa tổng thông lượng của truyền thông di động và truyền thông D2D.

2.3.2 Mô hình hệ thống

Mô hình hệ thống gồm có M người sử dụng di động CUEs và N cặp D2D. Chúng

được phân bố một cách ngẫu nhiên trong tế bào và chịu sự quản lý của BS [29]. Như

trong Hình 2.3 bên dưới, người truyền D2D (TUE) truyền dữ liệu ở mức năng lượng

tới người nhận D2D (RUE). Khoảng cách từ BS đến TUE và RUE lần lượt là

và . Khoảng cách giữa TUE và RUE là L. Người phát D2D (TUE) được đặt trong

vùng phủ có bán kính , người nhận D2D (RUE) được đặt trong vùng phủ có

bán kính . Vùng phủ và chính là vùng hạn chế nhiễu.

Truyền dữ liệu

Nhiễu

Hình 2.3. Mô hình hệ thống của truyền thông D2D trong phương pháp ILA

dP 1d

2d

1Z 1r 2Z

2r 1Z 2Z

29


Trong quá trình sử dụng chung nguồn tài nguyên, truyền thông D2D sẽ gây nhiễu

cho người sử dụng di động CUE. Do đó, việc BS quản lý nhiễu giữa truyền thông D2D

và mạng di động là rất cần thiết. Quy trình để hạn chế nhiễu trong phương pháp này

được mô tả như sau:

Trước tiên, bằng cách sử dụng phương pháp vùng hạn chế nhiễu, BS sẽ hạn chế

nhiễu giữa truyền thông D2D và mạng di động. Không có CUEs nào sử dụng cùng tài

nguyên với người dùng D2D trong các khu vực và . Tiếp đến, BS sẽ quyết định

các nguồn tài nguyên thích hợp cho người dùng D2D, nhằm cải thiện thông lượng

mạng.

2.3.3 Đánh giá hiệu năng hệ thống trong đường xuống

Mô phỏng truyền thông D2D dưới kịch bản mạng tế bào gồm 3 trạm như Hình

2.4.

CU

CUE CUE

CUE

D2D

D2D

CU

CUE

CUE

CUE

D2D

D2D

CU

CUE

CUE

CUE

D2D

D2D

Kênh con

Kênh con

Kênh con

Hình 2.4. Kịch bản mô phỏng ILA.

Mạng di động sử dụng OFDMA kết hợp với công nghệ tái sử dụng tần số một

phần (PFR). PFR được nghiên cứu trong mạng dựa trên OFDMA để khắc phục các

1Z 2Z

30


vấn đề CCI. Trong PFR, vùng phủ của BS được phân chia thành vùng trung tâm và

các vùng biên, các tế bào sử dụng chung tần số cho vùng trung tâm và sử dụng các tần

số đôi một khác nhau cho vùng biên và khác với vùng trung tâm. Trong mỗi vùng phủ

của một trạm, người dùng ở trung tâm có thể sử dụng các kênh con trung tâm và biên,

trong khi người dùng biên chỉ có thể sử dụng các kênh con ứng với vùng biên. Do đó,

sự can thiệp giữa các tế bào đối với người dùng di động và người dùng D2D có thể

gần như được loại bỏ và thông lượng hệ thống được cải thiện [3].

+ Dựa theo mô hình hệ thống của truyền thông D2D trong Hình 2.3, SINR của

liên kết di động và liên kết D2D sử dụng tài nguyên đường xuống được tính như sau:

𝑆𝐼𝑁𝑅𝐶𝑈𝐸𝑘=

𝑃𝐵𝑆𝑃𝐵𝑆

𝑃𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘

ℎ𝐵𝑆,𝑈𝐸𝑘

𝑁0 + 𝐼0 + 𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑙𝑘𝐺𝑇𝑈𝐸𝑙,𝑈𝐸𝑘

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙=

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙

ℎ𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙

𝑁0 + ∑ ∑ 𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝐵𝑆𝐺𝐵𝑆,𝑅𝑈𝐸𝑘𝑙

𝑀𝑘=1

𝑁𝑙=1

(2.15)

Trong đó:

𝑆𝐼𝑁𝑅𝐶𝑈𝐸𝑘: là SINR của 𝐶𝑈𝐸𝑖 chia sẻ tài nguyên với người dùng D2D (Với

𝑟𝑑(𝑘) = 1).

𝑆𝐼𝑁𝑅𝐶𝑈𝐸𝑘: là SINR của 𝐶𝑈𝐸𝑗 không có nhiễu lẫn nhau với truyền thông D2D

(𝑉ớ𝑖 𝑟𝑑(𝑘) = 0).

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙 là SINR của liên kết D2D thứ l.


𝐼0: là nhiễu liên tế bào của các CUEs.

𝑁0: là nhiễu.

Với K là số người dùng chia sẻ kênh tài nguyên cho truyền thông D2D.

+ Tổng dung lượng trong truyền thông di động và dung lượng trong truyền thông

D2D được tính như sau:

𝐶𝑈𝐸𝑘= ∑ 𝑙𝑜𝑔2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝐶𝑈𝐸𝑘

)

𝑀

𝑘=1

(2.16)

𝐶𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙= 𝐾𝑙𝑜𝑔2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙

) (2.17)

31


+ Đối với một cặp D2D sử dụng lại các tài nguyên đường xuống, tổng dung

lượng hệ thống bao gồm dung lượng trong truyền thông di động và dung lượng trong

truyền thông D2D:

𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐶𝑈𝐸𝑘+ 𝐶𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙

(2.18)

Trong đó:

𝐶𝑈𝐸𝑘: là dung lượng trong truyền thông di động.

𝐶𝑅𝑈𝐸𝑙: là dung lượng trong truyền thông D2D.

2.3.4 Hạn chế nhiễu từ truyền thông D2D

Do truyền thông di động là dịch vụ chính trong tế bào, BS nên hạn chế nhiễu từ

truyền thông D2D để đảm bảo chất lượng của các liên kết di động. Để hạn chế nhiễu,

đầu tiên BS có thể ước tính trước nhiễu nhận được của CUEs. Tiếp đến, bất kỳ CUEs

nào có thể bị ảnh hưởng nhiều bởi người truyền D2D (TUE) cần được loại trừ. Vì

thế, nhiễu nhận được tại CUEs do người truyền D2D (TUE) gây ra có thể được hạn

chế. Vùng phủ của khu vực được dựa trên mức hạn chế nhiễu cho truyền thông

di động [29] và thỏa mãn điều kiện sau:

𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙

𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙,𝑈𝐸𝑘

𝑁0

≤ 𝜂𝑐 (2.18)

Giả sử rằng đang phải chịu nhiễu nghiêm trọng nhất, và người truyền D2D

(TUE) đang truyền dữ liệu với công suất lớn nhất là 𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙= 𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥. Nhiễu từ

người truyền D2D (TUE) tới :

𝑟𝑑(𝑘, 𝑙)𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙

= 𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥 . 𝑃𝐿0(𝑟1)−𝛼1 (2.20)

𝛼1: là hệ số suy hao đường truyền của liên kết giữa người truyền D2D (TUE) và

.

Thay thế công thức (2.19) vào (2.18) ở trên, có thể tính được bán kính vùng phủ

:

𝑟1 = (𝑃𝐿0𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥

𝜂𝑐 . 𝑁0

)

1𝛼1

(2.21)

Vùng phủ của khu vực chủ yếu liên quan đến công suất truyền tải tối đa của

truyền thông D2D (𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥 ). Ngoài ra, hệ số suy hao đường truyền cũng có thể

ảnh hưởng đến vùng phủ của khu vực . Do đó, BS cần quản lý các nguồn tài

1Z c

iCUE

iCUE

iCUE

1Z

1Z

1Z

32


nguyên được phân bổ cho người dùng D2D và hạn chế nhiễu nhận được của tất cả

CUEs để đáp ứng các ràng buộc . Do đó, không nên có CUEs sử dụng cùng một tài

nguyên với người dùng D2D trong khu vực .

2.3.5 Hạn chế nhiễu từ truyền thông di động

Người nhận D2D (RUE) bị nhiễu nặng từ các mạng di động nếu có CUEs sử

dụng cùng một nguồn tài nguyên gần nó. Để đảm bảo hiệu năng truyền thông D2D,

SINR nhận được của các liên kết D2D phải lớn hơn mức hạn chế tối thiểu

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑙𝑚𝑖𝑛. Công suất phát tối đa 𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘𝑙𝑚𝑎𝑥 được áp dụng, SINR của các liên kết

D2D chủ yếu phụ thuộc vào nhiễu từ mạng di động. Nhiễu nhận được của người nhận

D2D (RUE) nên được hạn chế nghiêm ngặt theo ràng buộc [29].

SINR nhận được của người nhận D2D (RUE) sẽ phải lớn hơn mức ngưỡng:

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙=

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙

𝑁0 + ∑ 𝑃𝐵𝑆𝐺𝐵𝑆,𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙

𝑘𝑙=1

≥ 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑖𝑛 (2.22)

Mức hạn chế nhiễu cho người nhận D2D (RUE):

𝜂𝑑 =𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙

𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑖𝑛𝑁0

− 1 (2.23)

Giả thiết người nhận D2D (RUE) đang gặp phải nhiễu nghiêm trọng nhất từ các

mạng di động để ước tính khu vực hạn chế nhiễu. Tất cả các CUEs sử dụng cùng một

tài nguyên với người dùng D2D đều nằm xung quanh người nhận D2D (RUE) tại

cùng một khoảng cách . Mức hạn chế nhiễu của người nhận D2D (RUE) phải thỏa

mãn mức 𝜂𝑑:

𝑃𝐵𝑆𝑚𝑎𝑥𝐺𝑈𝐸𝑘,𝑇𝑈𝐸𝑙𝑚𝑎𝑥

𝑁0

≤ 𝜂𝑑 (2.24)

Trong đó:

𝑃𝐵𝑆𝑚𝑎𝑥𝐺𝑈𝐸𝑘,𝑇𝑈𝐸𝑙𝑚𝑎𝑥 là nhiễu mạnh nhất từ mạng di động tới người nhận D2D

(RUE) và năng lượng truyền tối đa 𝑃𝐵𝑆𝑚𝑎𝑥 của liên kết di động được dùng tính

𝑃𝐵𝑆𝑚𝑎𝑥𝐺𝑈𝐸𝑘,𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥 như sau:

𝑃𝐵𝑆𝑚𝑎𝑥𝐺𝑈𝐸𝑘,𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥 = ∑ 𝑃𝐵𝑆𝑚𝑎𝑥 . 𝑃𝐿0(𝑟2)−𝛼2)𝑘

𝑖=1 (2.25)

Trong đó:

c

1Z

d

d

2r

33


𝛼2 là hệ số suy hao đường truyền của liên kết giữa BS và người nhận D2D

(RUE).

Từ công thức (2.22) và (2.24) ở trên thay vào (2.23), vùng phủ của được tính

như sau:

𝑟2 = (𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑖𝑛𝑃𝐿0. ∑ 𝑃𝐵𝑆𝑚𝑎𝑥

𝑘𝑖=1

𝑃𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑎𝑥𝐺𝑇𝑈𝐸𝑘,𝑙,𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙− 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑅𝑈𝐸𝑘,𝑙𝑚𝑖𝑛. 𝑁0

)

1𝛼2

(2.26)

Sau khi ước lượng vùng phủ 𝑍2, BS có thể quản lý nhiễu từ mạng di động đến

truyền thông D2D. Người dùng D2D chỉ có thể sử dụng lại các nguồn tài nguyên

tương tự với các CUEs không nằm trong khu vực 𝑍2. Do đó, nhiễu tác động đến người

nhận D2D (RUE) có thể được giới hạn để đáp ứng các ràng buộc 𝜂𝑑 và hiệu suất của

truyền thông D2D có thể được đảm bảo. Do đó, nhiễu từ mạng di động có thể được

kiểm soát thông qua khu vực hạn chế nhiễu cho người nhận D2D.

2.3.6 Phân bổ tài nguyên

Sau khi vùng hạn chế nhiễu 𝑍1 và 𝑍2 được xác định. Nguồn tài nguyên cho

truyền thông D2D sẽ được phân bổ theo vị trí của người dùng D2D. Các kênh con

hiện có cho truyền thông D2D sẽ được gộp lại với nhau dựa trên vùng phủ của khu

vực hạn chế nhiễu của người dùng D2D. Do nhiễu nhận được phải được giới hạn để

đáp ứng các ràng buộc 𝜂𝑐 và 𝜂𝑑, các nguồn tài nguyên được sử dụng cho truyền thông

D2D bị hạn chế. Các nguồn tài nguyên do CUEs sử dụng trong khu vực Z1 và 𝑍2 sẽ

không được phân bổ cho người dùng D2D [29].

Xác định các kênh con trung tâm đặt là 𝑆𝑐, các kênh con ở biên của tế bào được

đặt là 𝑆𝑒 và kênh con được phân bổ cho truyền thông D2D là 𝑆𝑑. Các tài nguyên được

gán cho người dùng D2D có thể được xác định theo các bước sau:

❖ Kênh con được lựa chọn theo vị trí của người dùng D2D

Người dùng D2D nằm ở biên tế bào chỉ có thể truy cập vào kênh con ở biên để

tránh nhiễu liên vùng. Mặt khác, khi người dùng D2D được đặt tại vùng trung tâm,

các kênh con ở biên tế bào có thể không được phân bổ cho người dùng D2D để đảm

bảo rằng các CUEs ở biên tế bào tránh khỏi nhiễu gây ra bởi truyền thông D2D.

Những kênh sẵn có cho truyền thông D2D có thể được biểu diễn bởi:

Khi ở trung tâm

Khi ở biên (2.27)

2Z

( )1

/

/

c e

e

s s S S

s s S

→ =

34


❖ Loại trừ người dùng di động (CUEs) khỏi vùng hạn chế nhiễu.

Để ngăn chặn nhiễu lẫn nhau, những người dùng di động (CUEs) có khả năng

gây nhiễu tới người nhận D2D (RUE) và những người dùng di động bị ảnh hưởng

nhiễu từ người truyền D2D (TUE) nên được loại trừ. Các kênh con được người dùng

di động sử dụng trong khu vực 𝑍1 và 𝑍2 lần lượt là 𝑆𝑧1 và 𝑆𝑧2

. Theo như khu vực hạn

chế nhiễu của người truyền và người nhận D2D được xác định ở trên, những kênh con

nằm trong 𝑆𝑧1 và 𝑆𝑧2

sẽ không được sử dụng cho người dùng D2D. Những kênh con

sẵn có cho truyền thông D2D:

(2.28)

❖ Phân bổ tài nguyên cho người dùng D2D:

Kênh con được sử dụng cho người dùng D2D có thể được chọn bằng giao

của và :

(2.29)

Sau đó, BS chọn K người dùng di động từ trên cơ sở tối đa hóa tổng dung

lượng của người dùng di động và người dùng D2D:

𝑆𝑑 = 𝑚𝑎𝑥𝑖⏟

𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑆𝑖), 𝑆𝑖 ∈ Ω𝑑 (2.30)

Một lược đồ phân bổ nguồn tài nguyên đơn giản cho truyền thông D2D dựa trên

chất lượng của liên kết di động được xây dựng. Người sử dụng D2D sẽ được chỉ định

để tái sử dụng các kênh con của người dùng di động CUEs có độ lợi kênh đạt được tốt

nhất cho BS [29]. Do đó, kênh con được phân bổ cho một cặp D2D là:

𝑆𝑑 = 𝑚𝑎𝑥𝑖⏟

𝐺𝐵,𝑐𝑖 , 𝑆𝑖 ∈ Ω𝑑 (2.31)

Nhờ phương pháp vùng hạn chế nhiễu, nhiễu từ truyền thông D2D có thể được

ngăn chặn hiệu quả trong mỗi tế bào. Các CUE được lựa chọn sử dụng cùng một

nguồn tài nguyên có chất lượng liên kết tốt và do đó không bị ảnh hưởng nhiều bởi

nhiễu từ truyền thông D2D. Hơn nữa, năng lượng truyền tải của BS cho CUEs đã

chọn có thể nhỏ hơn so với CUEs với chất lượng liên kết kém. Kết quả là nhiễu vào

người dùng D2D có thể được giảm thêm.

1 22 / , ,c Z Zs s S s S s S =

d

1 2

1 2d =

d

35


2.4 Kết luận

Trong chương 2 này đã trình bày hai phương pháp quản lý nhiễu là phương pháp

khu vực ngăn chặn nhiễu (ISA) và phương pháp khu vực hạn chế nhiễu (ILA). Với

mỗi phương pháp, tôi đã trình bày tương đối chi tiết mô hình hệ thống, tính toán các

tham số hiệu năng (độ lợi kênh- gain, tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm-SINR,

dung lượng của hệ thống- Capacity,…), tính toán khu vực ngăn chặn/hạn chế nhiễu để

xác định được tài nguyên nào có thể sử dụng cho truyền thông D2D. Với hai phương

pháp trên, ta có thể giải quyết hiệu quả vấn đề quản lý nhiễu giữa người dùng di động

thông thường (CUE) và người dùng D2D (DUE), cải thiện thông lượng của hệ thống.

36


CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA PHƯƠNG PHÁP

QUẢN LÝ NHIỄU DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH PHA ĐINH RAYLEIGH

3.1. Ảnh hưởng của pha đinh trong quản lý nhiễu

Pha đinh là hiện tượng sai khác tín hiệu thu một cách bất thường xảy ra đối với

các hệ thống vô tuyến do tác động của môi trường truyền dẫn.

Các yếu tố gây ra pha đinh đối với các hệ thống vô tuyến mặt đất như:

- Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí.

- Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn.

- Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù...sự hấp

thụ này phụ thuộc vào dải tần số cao (>10GHz).

- Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt trong trường hợp có bề mặt nước

và sự phản xạ sóng từ các bất đồng nhất trong khí quyển.

- Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lan sóng

điện từ, gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận

được là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường. Hiện tượng này đặc biệt

quan trọng trong thông tin di động [3].

Trong thực tế, giữa bộ phát và bộ thu có thể xuất hiện các loại kênh truyền: kênh

pha đinh Rayleigh, kênh pha đinh Shadowing , kênh pha đinh Nakagami-m, kênh pha

đinh Suzuki,...

Kênh được sử dụng trong mô phỏng là kênh chịu ảnh hưởng bởi suy hao trong

không gian tự do và pha đinh Rayleigh. Đây là loại kênh truyền thực tế của các thiết

bị di động.

Pha đinh Rayleigh là một mô hình thống kê ảnh hưởng của một môi trường lan

truyền trên một tín hiệu vô tuyến, như được sử dụng bởi các thiết bị không dây. Các

mô hình pha đinh Rayleigh giả sử rằng độ lớn của tín hiệu đã truyền qua một môi

trường truyền tải (hay còn gọi là kênh truyền thông) sẽ thay đổi ngẫu nhiên hoặc biến

mất theo phân bố Rayleigh. Pha đinh Rayleigh được xem là một mô hình hợp lý cho

việc truyền tín hiệu từ tầng đối lưu và tầng bầu khí quyển cũng như ảnh hưởng của các

môi trường đô thị được xây dựng lên trên các tín hiệu vô tuyến [3].

➢ Kênh Fading Rayleigh: Đáp ứng kênh h là biến Rayleigh – biến phức

ℎ = (ℎ𝐼 , ℎ𝑄) sao cho h = ℎ𝑄 + jℎ𝐼 = r ej thỏa mãn:

37


𝑟 = √ℎ𝐼2 + ℎ𝑄

2

𝜃 = 𝐴𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛ℎ𝐼

ℎ𝑄 (3.1)

Trong đó: ℎ𝐼 , ℎ𝑄 là các đại lượng ngẫu nhiên có phân bố Gauss

PDF của biến ngẫu nhiên Rayleigh được cho bởi công thức (3.2) và được biểu

diễn như trong Hình 3.1.

𝑝(ℎ) = {ℎ

𝜎2𝑒

−ℎ

2

2𝜎2

0

0x

giá trị khác (3.2)

Hình 3.1. PDF của biến ngẫu nhiên Rayleigh.

Vì ℎ𝐼, ℎ𝑄 ngẫu nhiên phân bố Rayleigh nên r, 𝜃 cũng là đại lượng ngẫu nhiên có

xác suất.

Vậy r là ngẫu nhiên phân bố Rayleigh.

𝜃 là ngẫu nhiên phân bố đều.

Phương sai và độ lệch chuẩn:

𝐸[𝑋] = ∫ 𝑋𝑃𝑟𝑋𝑑(𝑃𝑟𝑋)∞

0 (3.3)

𝜎2 = 𝐸[𝑋2] − 𝐸2[𝑋] (3.4)

Trong đó X là đại lượng ngẫu nhiên và 𝑃𝑟𝑥 là xác suất xảy ra đại lượng đó.

Phương sai của một biến ngẫu nhiên (𝜎2) là bình phương của độ lệch chuẩn.

CDF của biến ngẫu nhiên Rayleigh:

𝐹(ℎ) = {1 − 𝑒

−ℎ

2

2𝜎2

0

0x

giá trị khác (3.5)

38


3.2 Đánh giá hiệu năng của hệ thống dựa trên phương pháp ISA (khu vực ngăn

chặn nhiễu)

3.2.1 Mô hình mô phỏng

Mô hình mạng tế bào là một macro-cell có tâm là trạm gốc với bán kính là

200m. Hệ thống anten được giả định là vô hướng. Các tham số hệ thống được liệt kê

chi tiết trong Bảng 3.1.

Bảng 3. 1. Tham số mô phỏng

Tham số Giá trị

Bán kính cell 200 m

Số người dùng trong một cell 80 người

Số cặp D2D 2 cặp

Công suất phát của BS 46 dBm

Công suất phát của UE (bao gồm người dùng di động và người

dùng D2D). Đây là công suất phát tối đa và bằng nhau của các

UE ( maxdP )

15 dBm

Độ dài bước sóng (LTE 1900 MHz) 0,158 m

Khoảng cách giữa TUE và RUE 30 m

Hệ số suy hao đường truyền (𝛼) 4

Đầu tiên, một tế bào bao gồm M người dùng di động (CUEs) và hai cặp D2D

được phân bổ một cách ngẫu nhiên, khoảng cách giữa TUE và RUE trong mỗi cặp là

không đổi. Hình 3.2 mô tả phân bố của các CUE và hai cặp D2D trong mạng.

39


Hình 3.2. Phân bố của các CUE và cặp D2D trong mạng.

Trong Hình 3.2, điểm màu tím đại diện cho trạm cơ sở BS, dấu cộng màu xanh lá cây

và màu đỏ thể hiện cặp người dùng D2D, còn lại là số CUEs được phân bố ngẫu

nhiên.

Để đánh giá hiệu năng của hệ thống dựa trên phương pháp ISA, trong chương

trình mô phỏng xét đến sự thay đổi về mức công suất phát bao gồm đường lên ( ULP )

và đường xuống ( DLP ).

- Kênh sử dụng trong mô phỏng là kênh chịu ảnh hưởng bởi suy hao trong không

gian tự do và pha đinh Rayleigh.

- Các công thức dùng để mô phỏng gồm các đại lượng như: SINR, độ lợi kênh

(Gain), suy hao đường truyền (Pathloss).

- Đại lượng được đưa ra để đánh giá là dung lượng của hệ thống (Capacity).

Thực hiện mô phỏng với phân bổ tài nguyên dựa vào khu vực ngăn chặn nhiễu

và phân bổ tài nguyên ngẫu nhiên. Thông qua kết quả mô phỏng, trường hợp quản lý

nhiễu dựa trên khu vực ngăn chặn nhiễu chứng minh là giúp hệ thống đạt được dung

lượng tốt hơn.

Khi thay đổi DLP và ULP thì dẫn đến DLR và ULR cũng thay đổi, khi đó phạm vi

của khu vực ngăn chặn nhiễu ISA cũng thay đổi. Từ đó, xác định được kênh tài

40


nguyên mà cặp D2D sẽ sử dụng chung với người dùng di động bằng cách loại bỏ tất

cả các CUE nằm trong vùng có bán kính DLR và

ULR .

Hình 3.3 mô tả các người dùng di động CUEs (biểu diễn bởi hình sao màu xanh)

nằm trong khu vực ngăn chặn nhiễu, vùng này gồm hai đường tròn có tâm là TUE và

RUE (biểu diễn bởi dấu cộng màu xanh lá cây và màu đỏ) với bán kính tương ứng là

DLR và ULR . Tài nguyên tần số của các CUE này sẽ không được xem xét để cấp phát

cho cặp truyền thông D2D.

Hình 3.3. Các CUE nằm trong vùng gây nhiễu lên truyền thông D2D

3.2.2 Kết quả mô phỏng

Hình 3.4 biểu diễn sự thay đổi của dung lượng hệ thống khi thay đổi ngưỡng

nhiễu đường xuống DLP .

41


Hình 3.4. Dung lượng hệ thống thay đổi khi ngưỡng nhiễu thay đổi.

Từ kết quả mô phỏng Hình 3.4, chúng ta có thể thấy, nếu mức ngưỡng nhiễu

thấp hơn -150dBm, thì trường hợp phân bổ tài nguyên sử dụng ISA kém hơn trường

hợp phân bổ tài nguyên ngẫu nhiên. Tuy nhiên, khi mức ngưỡng đạt giá trị lớn hơn -

150dBm, thì dung lượng của hệ thống tăng lên và đạt trạng thái bão hòa tại mức năng

lượng ngưỡng 𝑃𝑈𝐿 = 𝑃𝐷𝐿 = −115dBm. Khi đó, dung lượng của hệ thống ổn định và

không có sự thay đổi hay chênh lệch quá lớn ở các mức năng lượng tiếp theo. Duy trì

ở mức năng lượng này giúp hệ thống đạt dung lượng cao và hiệu năng tốt nhất.

Dựa theo kết quả mô phỏng ở trên, có thể thấy rằng dung lượng hệ thống cải

thiện đáng kể khi sử dụng phương pháp quản lý nhiễu dựa trên khu vực ngăn chặn

nhiễu (ISA) so với khi không sử dụng. Khi sử dụng phương pháp này, bằng cách loại

bỏ tất cả các CUE nằm trong khu vực ngăn chặn nhiễu, chỉ sử dụng chung tài nguyên

với các CUE nằm ngoài vùng ULR và DLR , ngưỡng nhiễu tăng dần kéo theo bán kính

vùng phủ giảm dần, số CUE nằm ngoài vùng phủ tăng, SINR của hệ thống tăng lên và

do đó dung lượng của hệ thống ngày càng tăng đến một thời điểm đạt trạng thái bão

hòa.

42


3.3 Đánh giá hiệu năng của hệ thống dựa trên phương pháp ILA (vùng hạn chế

nhiễu)

3.3.1 Mô hình mô phỏng

Phương pháp ILA có xem xét đến trường hơp nhiễu liên tế bào. Giả sử mô hình

mạng gồm 3 tế bào là 3 macro-cell được mô tả như Hình 3.6. Ở đây, bán kính mỗi tế

bào là 300m, bán kính trung tâm tế bào là 150m, biên của tế bào là vùng giới hạn từ

150m-300m (thể hiện vùng giới hạn từ đường tròn nhỏ đến đường tròn to trong hình

vẽ). Hệ thống anten được giả định là vô hướng. Các tham số hệ thống có giá trị như

trong Bảng 3.1 ở trên. Người dùng được phân bổ một cách ngẫu nhiên vào các tế bào.

Trong Hình 3.5, giả sử tại trung tâm các tế bào người dùng sử dụng một tần số

(thể hiện bằng dấu cộng màu xanh lam); ở biên mỗi tế bào, người dùng sử dụng các

tần số khác nhau (thể hiện bằng các dấu cộng màu đỏ, màu hồng và màu đen).

Quá trình mô phỏng dựa trên phương pháp ILA dưới sự ảnh hưởng của người

dùng di động đến cặp D2D không chỉ từ nội cell mà cặp D2D thuộc về, mà còn bị

nhiễu từ các trạm BS lân cận ảnh hưởng đến.

Hình 3.5. Phân bố của các CUE và cặp D2D trong mạng.

Bài mô phỏng đánh giá hiệu năng của hệ thống dựa trên phương pháp ILA được

thực hiện bằng việc thay đổi mức ngưỡng nhiễu c cho truyền thông di động. Kênh sử

dụng trong mô phỏng là kênh chịu ảnh hưởng bởi suy hao trong không gian tự do và

kênh pha đinh Rayleigh. Đại lượng được đưa ra để đánh giá là dung lượng của hệ

43


thống. Thực hiện mô phỏng với phân bổ tài nguyên dựa vào vùng hạn chế nhiễu ILA

và phân bổ tài nguyên ngẫu nhiên. Thông qua kết quả mô phỏng, trường hợp quản lý

nhiễu dựa trên vùng hạn chế nhiễu chứng minh là giúp hệ thống đạt được dung lượng

tốt hơn.

c 1r 1Z

1Z

2Z

Khi thay đổi mức ngưỡng nhiễu , bán kính của vùng phủ cũng thay đổi.

Từ đó, xác định được kênh tài nguyên mà cặp D2D sẽ sử dụng chung với người dùng

di động bằng cách loại bỏ tất cả các CUE nằm trong vùng phủ . Tương tự, thì ta

cũng xác định được các kênh tài nguyên mà cặp D2D sẽ sử dụng chung với người

dùng di động bằng cách loại bỏ tất cả các CUE nằm trong vùng phủ . Phương pháp

ILA còn xem xét đến vị trí của người dùng D2D: khi người dùng D2D nằm ở biên tế

bào chỉ có thể truy cập vào kênh con ở biên để tránh nhiễu liên vùng, khi người dùng

D2D ở vùng trung tâm, các kênh con ở biên tế bào có thể không được phân bổ cho

người dùng D2D để đảm bảo các CUE ở biên tế bào tránh khỏi nhiễu gây ra bởi

truyền thông D2D.

3.3.2 Kết quả mô phỏng

Hình 3.6 biểu diễn sự thay đổi của dung lượng hệ thống khi thực hiện thay đổi

mức ngưỡng nhiễu c cho truyền thông di động.

Hình 3.6. Dung lượng hệ thống thay đổi khi ngưỡng nhiễu c thay đổi.

Từ Hình 3.6, chúng ta có thể thấy, nếu mức ngưỡng nhiễu thấp hơn -125dBm,

thì trường hợp phân bổ tài nguyên sử dụng ILA kém hơn trường hợp phân bổ tài

nguyên ngẫu nhiên. Tuy nhiên, khi mức ngưỡng đạt giá trị lớn hơn -125dBm, thì dung

lượng hệ thống tăng lên và đạt trạng thái bão hòa tại mức ngưỡng -60dBm. Khi đó,

44


dung lượng của hệ thống ổn định và không có sự thay đổi hay chênh lệch quá lớn ở

các mức năng lượng tiếp theo. Duy trì ở mức năng lượng này giúp hệ thống đạt dung

lượng cao và hiệu năng tốt nhất. Khi ngưỡng nhiễu tăng kéo theo bán kính vùng phủ

giảm dần, số CUE nằm ngoài vùng phủ tăng, SINR của hệ thống tăng lên và do đó

dung lượng của hệ thống ngày càng tăng đến một thời điểm đạt trạng thái bão hòa.

Hình 3.7 dưới đây biểu diễn sự thay đổi của dung lượng hệ thống khi thay đổi

mức ngưỡng nhiễu c cho truyền thông di động với trường hợp có một cặp và hai cặp

D2D.

Hình 3.7. Dung lượng hệ thống với trường hợp có một cặp và hai cặp D2D.

Từ Hình 3.7, chúng ta có thể thấy, trường hợp phân bổ tài nguyên sử dụng ILA

với một cặp D2D thì dung lượng hệ thống thấp hơn so với trường hợp sủ dụng 2 cặp

D2D. Tuy nhiên, khi mức ngưỡng đạt giá trị khoảng từ -80dBm trở lên, thì dung

lượng hệ thống bắt đầu đạt trạng thái bão hòa. Tại mức ngưỡng -80dBm, dung lượng

hệ thống đạt trạng thái bão hòa với dung lượng trường hợp một cặp D2D là 4700

bps/Hz và trường hợp hai cặp D2D là 9425 bps/Hz. Theo kết quả mô phỏng ở trên, có

thể thấy rằng dung lượng hệ thống cải thiện đáng kể khi sử dụng phương pháp quản lý

nhiễu dựa trên vùng hạn chế nhiễu so với khi không sử dụng; việc sử dụng càng nhiều

cặp D2D hơn cũng giúp tăng đáng kể dung lượng hệ thống.

45


3.5 Kết luận

Nội dung chương 3 tiến hành phân tích, đánh giá hiệu năng của hệ thống sử dụng

phần mềm Matlab mô phỏng dung lượng của hệ thống khi sử dụng hai phương pháp

quản lý nhiễu ISA và ILA. Dựa vào khu vực ngăn chặn/vùng hạn chế nhiễu đã xác

định được nguồn tài nguyên nào có thể sử dụng cho truyền thông D2D, từ đó giúp cải

thiện dung lượng của hệ thống. Đặc biệt, hệ thống được khảo sát trên kênh chịu ảnh

hưởng của suy hao trong không gian tự do và pha đinh Rayleigh, là những kênh thực

tế đối với các thiết bị di động trong hệ thống thông tin di động. Các kết quả thu được

cho thấy dung lượng của hệ thống được cải thiện đáng kể khi áp dụng hai phương

pháp quản lý nhiễu ISA và ILA.

46


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trong bài luận văn đã trình bày tổng quan về truyền thông D2D trong mạng

thông tin di động 5G. Truyền thông D2D cung cấp tốc độ dữ liệu cao và độ trễ thấp

cho người dùng đầu cuối trong mạng 5G và được kì vọng sẽ là công nghệ then chốt

trong các mạng thế hệ tiếp theo. Mặc dù vậy, vấn đề nhiễu gây ra bởi cặp truyền thông

D2D tới các thiết bị di động hay ngược lại là một trong những vấn đề quan trọng cần

được quan tâm. Trong luận văn đã trình bày hai phương pháp quản lý nhiễu ISA (khu

vực ngăn chặn nhiễu) và ILA (vùng hạn chế nhiễu); thực hiện chương trình mô phỏng

dựa trên hai phương pháp này qua phần mềm Matlab, trong đó có xét đến ảnh hưởng

của suy hao trong không giao tự do và pha đinh Rayleigh. Kết quả cho thấy, khi sử

dụng hai phương pháp này giúp quản lý hiệu quả vấn đề nhiễu giữa người dùng di

động thông thường và người dùng D2D, dung lượng của hệ thống được cải thiện đáng

kể so với khi không sử dụng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo của Luận văn là:

Thứ nhất, bài luận văn xét đến sự ảnh hưởng của kênh pha đinh Rayleigh với hai

phương pháp quản lý nhiễu là ISA và ILA, chúng ta có thể xem xét ảnh hưởng của các

loại kênh pha đinh khác như: kênh pha đinh Nakagami-m, kênh pha đinh Suzuki, kênh

pha đinh Lognormal, kênh pha đinh Rician,...

Thứ hai, trong Luận văn, mô hình hệ thống của hai phương pháp đang xét sự có

mặt của hai cặp D2D, chúng ta có thể xét trường hợp tổng quát với n cặp D2D cùng

tồn tại trong hệ thống.

Thứ ba, tiếp tục nghiên cứu, tìm hiểu những thuật toán, phương pháp khác giúp

quản lý nhiễu hiệu quả trong truyền thông D2D.

47


DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1]. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2003), CDMA one và CDMA 2000, Nhà xuất bản Bưu

Điện, Hà Nội.

[2]. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2008), Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G,

Nhà xuất bản Thông tin và truyền thông, Hà Nội.

[3]. Nguyễn Thị Yến (2019), Nghiên cứu phương pháp quản lý nhiễu trong truyền

thông D2D, Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn

thông.

[4]. Đào Xuân Hoàng (2015), Công nghệ D2D trong hệ thống LTE-A, Luận văn tốt

nghiệp Thạc sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

[5]. Dương Ngọc Sơn, Đinh Thị Thái Mai và Nguyễn Quốc Tuấn (2018), “Đánh giá

hiệu năng truyền thông D2D sử dụng vùng hạn chế nhiễu dưới ảnh hưởng của

pha-đinh Rayleigh,” Hội nghị Quốc gia lần thứ XXI về Điện tử, Truyền thông và

Công nghệ Thông tin, REV-ECIT.

Tiếng Anh

[6]. GSA,“LTE Subscriptions forecast (worldwide) to 2020,” ⟨http://

www.gsacom.com/news/gsa_434.php⟩, 2015.

[7]. Feng,D., Lu, L., Yi, Y.W., Li, G.Y., Li, S., Feng, G. (2014), “Device-to-device

communications in cellular networks no”. April. IEEE Commun. Mag. vol. 52,

49–55.

[8]. Mahda Noura, Rosdiadee Nordin, B. (2016), “A survey on interference

management for Device-to-Device (D2D) communication and its challenges in 5G

networks”.

[9]. Yue, J., Ma, C., Yu, H., Zhou, W. (2013), “Secrecy-based access control for

device-todevice communication underlaying cellular networks”. IEEE Commun.

Lett. 17 (11), 2068–2071.

[10]. Liu, J., Kato, N., Ma, J., Kadowaki, N. (2014), “Device-to-device communication

in lteadvanced networks: a survey”. IEEE Commun. Surv. Tutorials.

[11]. Tehrani, M., Uysal, M., Yanikomeroglu, H. (2014), “Device-to-device

communication in 5G cellular networks: challenges, solutions, and future

directions no”. May. IEEE Commun. Mag. 52, 86–92.

http://www.gsacom.com/news/gsa_43

48


[12]. Haenggi, M. (2012), “Stochastic geometry for wireless networks”. Cambridge

University Press.

[13]. Elsawy, H., Hossain, E. (2014), “Analytical modeling of mode selection and

power control for underlay D2D communication in cellular networks”. Commun.

IEEE Trans. 62 (11), 4147–4161.

[14]. Sun, H., Wildemeersch, M., Sheng, M., Quek, T.Q.S. (2015) “D2D enhanced

heterogeneous cellular networks with dynamic TDD”. IEEE Trans. Wirel.

Commun. 14, 4204–4218.

[15]. Lin, X., Jr, R.W. H., and Andrews, J.G. (2014) “The Interplay between Massive

MIMO and Underlaid D2D Networking”, pp. 1–35.

[16]. Arash Asadi, Qing Wang, and Vincenzo Mancuso, “A Survey on Device-to-

Device Communication in Cellular Networks”. IEEE Journal Communications

Surveys & Tutorials, Vol. 16, No.4, pp. 1801 - 1819.

[17]. Bin Guo, Shaohui Sun, Shaohui Sun, Qiubin Gao, “Interference Management for

D2D Communications Underlying Cellular Networks at Cell Edge”.

[18]. C.-H. Yu, K. Doppler, C. B. Ribeiro, and O. Tirkkonen, “Performance impact of

fading interference to device-to-device communication underlaying cellular

networks”.

[19]. D. Tsolkas, E. Liotou, N. Passas, L. Merakos. (Sept 2012), “A graph-coloring

secondary resource allocation for D2D communications in LTE networks”, In the

17th IEEE International Workshop on Computer-Aided Modeling Analysis and

Design of Communication Links and Networks (IEEE CAMAD 2012), Barcelona,

Spain.

[20]. E. Dahlman, S. Parkvall, and J. Skold. (2011), “4G: LTE/LTE-Advanced for

Mobile Broadband: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband”, Elsevier

Science.

[21]. Furqan Jameel, Zara Hamid, Farhana Jabeen, Sherali Zeadally and Muhammad

Awais Javed. (2018), “A Survey of Device-to-Device Communications: Research

Issues and Challenges”, IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 20, pp.

2133 - 2168.

49


[22]. G. Fodor, E. Dahlman, G. Mildh, S. Parkvall, N. Reider, G. Miklós, Z. Turányi.

(2012), “Design aspects of network assisted device-to-device communications”,

IEEE Commun. Mag, 50(3), pp. 170-177.

[23]. G. L. Stuber. (2001), “Principles of Mobile Communication”, Kluwer Academic.

[24]. J. Hong, S. Park, H. Kim, S. Choi, and K. B. Lee, “Analysis of Device-to-Device

discovery and link setup in LTE networks”.

[25]. N. P. Kuruvatti, A. Klein, L. Ji, C. Zhou, O. Bulakci, J. Eichinger, R. Sattiraju,

H. D. Schotten. (2015), “Robustness of location based D2D resource allocation

against positioning errors,” in Vehicular Technology Conference (VTC Spring),

IEEE 81st, pp. 1-6.

[26]. Pimmy Gandotra, Rakesh Kumar Jha. (June 2016), “Device-to-device

communication in cellular networks: A Survey”, Journal of Network and

Computer Applications. Vol. 71, pp. 99-117.

[27]. S.Andreev, A.Pyattaev, K.Johnsson, O.Galinina, Y.Koucheryavy. (2014),

“Cellular traffic offloading on to network-assisted device-to-device connections”,

IEEE Communications Magazine, vol. 52, no. 4, pp. 20 - 31.

[28]. X. Chen, B. Proulx, X. Gong, J. Zhang. (2015), “Exploiting social ties for

cooperative D2D communications: A mobile social networking case”, IEEE/ACM

Transactions on Networking, vol. 23, no. 5, pp. 1471-1484.

[29]. X. Chen, L. Chen, M. Zeng, X. Zhang, and D. Yang. (2012), “Downlink

Resource Allocation for Device-to-Device Communication Underlaying Cellular

Networks” IEEE 23rd International Symposium on Personal, Indoor and Mobile

Radio Communications - (PIMRC), Sydney, NSW, Australia.

[30]. Krishnan, S., Dhillon, H.S. (2015), “Distributed caching in device-todevice

networks: A stochastic geometry perspective, Proceedings Asilomar, Pacific

Grove, CA”.

[31]. Yang, L., Zhang, W., Jin, S. (2015), “Interference alignment in device-to-device

Lan underlaying cellular networks 1–1”. IEEE Trans. Wirel. Commun. 1276.

[32]. Zhang, R., Song, L., Han, Z., Cheng, X., and Jiao, B. (2013) “Distributed

Resource Allocation for Device-to-Device Communications Underlaying Cellular

Networks”. Commun. (ICC), 2013 IEEE International Conference, pp. 1889–

1893.

50


[33]. Cheng, P., Deng, L., Yu, H., Xu, Y., and Wang, H. (2012), “ Resource allocation

for cognitive networks with D2D communication: An evolutionary approach”.

IEEE Wireless Communication Networking Conference, pp. 2671–2676.

[34]. Giambene, G., (2005), “Queuing Theory And Telecommunications Networks

And Applications. Springer ScienceþBusiness Media.” Inc..

[35]. Lei, L., Shen, X.S., Dohler, M., Lin, C., Member, S., Zhong, Z. (2014),

“Queuing models with applications to mode selection in device-to-device

communications underlaying cellular networks”. IEEE Trans. Wirel. Commun. 13

(12), 6697–6715.

[36]. Cho, B., Koufos, K., Riku, J. (2014) “Spectrum allocation and mode selection

for overlay D2D using carrier sensing threshold. Cogn. Radio Oriented Wirel.

Networks Commun, 26–31.

[37]. Xing, H., Hakola, S. (2010) “The investigation of power control schemes for a

device -to-device communication integrated into OFDMA cellular system”. IEEE

Int. Symp. Pers. Indoor Mob. Radio Commun. PIMRC, 1775–1780.

[38]. Yu, C.H., Tirkkonen, O., Doppler, K., Ribeiro, C. (2009) “On the performance

of deviceto-device underlay communication with simple power control”. IEEE

Veh. Technol. Conf, 4–8

[39]. Kaufman, B., Member, S., Lilleberg, J., Member, S. (2013), “Spectrum sharing

scheme between cellular users and ad-hoc device-to-device users”. IEEE Trans.

Wirel. Commun. 12 (3), 1038–1049.

[40]. Mumtaz, S., Mohammed, K., Huq, S., Radwan, A. , Rodriguez, J., and Aguiar,

R.L. (2014), “Energy Efficient Interference-Aware Resource Allocation in LTE-

D2D Communication”. IEEE Int. Conf. Commun., pp. 282–287.

[41]. Jänis, P., Koivunen, V., Ribeiro, C.B., Doppler, K., Hugl, K. (2009),

“Interferenceavoiding MIMO schemes for device-to-device radio underlaying

cellular networks”. IEEE Int. Symp. Pers. Indoor Mob. Radio Commun. PIMRC,

2385–2389.

[42]. Le, L.B. (2012), “Fair resource allocation for device-to-device communications

in wireless cellular networks”. IEEE Global Communication Conference, pp.

5451–5456.

QUẢN LÝ NHIỄU TRUYỀN THÔNG D2D TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG …

Documents

Transcript of QUẢN LÝ NHIỄU TRUYỀN THÔNG D2D TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG …