Báo Cáo Nghiên Cứu Phương Pháp Tối Ưu Hóa Truyền Dẫn Trong Mạng Vô Tuyến Hợp Tác MIMO

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
BÁO CÁO
DỰ ĐỊNH NGHIÊN CỨU CỦA NGHIÊN CỨU SINH

Đề tài (hướng nghiên cứu)

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA TRUYỀN DẪN
TRONG MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC MIMO
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 62.52.70.01
Nghiên cứu sinh: Thiếu tá, Th.S Vũ Đức Hiệp – Trường sĩ quan CHKT Thông Tin
Cán bộ hướng dẫn: Thượng tá, PGS - TS Trần Xuân Nam – Học viện KTQS
Hà Nội, tháng 8 năm 2011

1


NỘI DUNG BÁO CÁO GỒM 3 PHẦN:

PHẦN 1. TỔNG QUAN CHUNG
PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
PHẦN 3: KẾT LUẬN

2


PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG
 Phân tập phát thông thường yêu cầu máy phát có nhiều hơn
một antenna, rất nhiều thiết bị vô tuyến lại bị giới hạn bởi kích
thước hoặc độ phức tạp của cấu trúc phần cứng nên chỉ có
một antenna, một phương pháp mới được gọi là truyền dẫn

hợp tác đã được đề xuất.

3


PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG

 Ưu điểm của hệ thống đa đầu vào đa đầu ra MIMO đã được
biết đến một cách rộng rãi (ví dụ như phương pháp phân tập
phát Alamouti) và đã được chấp nhận thành các tiêu chuẩn vô
tuyến.

4


PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG

 Truyền dẫn hợp tác cho phép các máy di động antenna đơn có
thể có được những lợi ích của hệ thống MIMO. Ý tưởng cơ bản
là một máy di động loại đơn antenna trong môi trường đa
người sử dụng có thể “chia sẻ” antenna của chúng theo một
cách nào đó để tạo thành hệ thống MIMO ảo.

5


TRUYỀN DẪN HỢP TÁC TRONG
THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Hình 1: mô tả hai máy di
động liên lạc có cùng một

đích đến.
- Mỗi điện thoại di động có
một antenna và không thể
tạo ra sự phân tập không
gian một cách độc lập.
- Tuy nhiên một máy di động
có thể nhận tín hiệu từ máy
kia còn lại, và có thể chuyển
tiếp thông tin này cùng với
dữ liệu của chúng tạo nên
Hình 1: Truyền dẫn hợp tác trong thông tin vô tuyến
phân tập không gian.
6


TRUYỀN DẪN HỢP TÁC TRONG
THÔNG TIN VÔ TUYẾN
- Trong truyền dẫn hợp tác
chúng ta tập trung vào mạng
vô tuyến (mạng tế bào hay Ad
hoc).

- Trong hệ thống truyền dẫn
hợp tác mỗi user được giả
định là có khả năng truyền dữ
liệu và hợp tác đối với các
user khác (Hình 2)

Hình 2: Truyền dẫn hợp tác giữa hai người sử dụng
7

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP
1. Phương pháp dò tìm và chuyển tiếp:
-Trong phương pháp này một
user dò tìm các bit của đối tác và
sau đó phát lại các bit này (Hình
3).
- Mục đích của phương pháp này
là chúng ta coi hai user kết nối
với nhau, nhưng trên thực tế
nhân tố quan trọng nhất chính là
mỗi người dùng sẽ có một đối tác
có vai trò cung cấp đường dữ
liệu thứ hai (phân tập).
Hình 3. Phương pháp dò tìm và chuyển tiếp
8


CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP
2. Phương pháp khuếch đại và chuyển tiếp:
- Mỗi user nhận 1 phiên bản có
lẫn tạp âm của tín hiệu phát đi
của user kia. Sau khi nhận các
user khuếch đại và lại phát đi
phiên bản có tạp âm này (Hình
4).

- Trạm gốc kết hợp thông tin của
user và đối tác của nó, sau đó

thực hiện quyết định cuối cùng
đối với bit phát đi.
Hình 4. Phương pháp khuếch đại và chuyển
tiếp
9


CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP
3. Phương pháp hợp tác nhờ mã hóa:
- Hợp tác nhờ mã hóa là phương

pháp tích hợp hợp tác với mã hóa
kênh.
- Điểm nổi bật dẫn đến hiệu quả
của phương pháp này chính là
việc điều khiển tự động thông qua
thiết kế mã, không cần có phản
hồi giữa những người dùng.

Hình 5. Phương pháp hợp tác nhờ mã hóa
10


CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỞ TRONG
MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC
 Trong khi có nhiều kết quả quan trọng trong truyền dẫn hợp tác
đã được công nhận, vẫn có rất nhiều vấn đề cần phải lưu tâm.
 Một câu hỏi quan trọng là trong mạng đa người sử dụng việc
gán và quản lý thông tin chuyển tiếp cho các thành viên diễn ra
như thế nào. Nói cách khác, làm sao chúng có thể quyết định

user này hợp tác với các user khác, và tần suất để các user lại
được sử dụng để gán lại là như thế nào ?.

11


CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỞ TRONG
MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC
 Với hệ thống tế bào thì các user thông tin với các trạm gốc
trung tâm. Tuy nhiên, đối với các hệ thống như mạng vô tuyến
Ad hoc và mạng cảm biến vô tuyến, thông thường không có sự
quản lý trung tâm vì vậy yêu cầu một giao thức hợp tác phân
tán mà tại đó các user có thể độc lập quyết định hợp tác với ai
tại bất cứ thời điểm nào.

12


CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỞ TRONG
MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC
 Một vấn đề liên quan là việc mở rộng các phương pháp hợp tác
để cho phép một user hợp tác với nhiều đối tác. Thách thức ở
đây là kỹ thuật đó các user phải tương tác công bằng với các
đối tác nhưng lại không được yêu cầu thêm tài nguyên hệ
thống, và có thể thực hiện dễ dàng với các giao thức đa truy
nhập của hệ thống.

13

CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỞ TRONG
MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC
 Một vấn đề quan trọng khác là cơ cấu điều khiển công suất
trong truyền dẫn hợp tác. Khi làm việc với khoảng cách xa các
user cần tăng công suất phát lên mức tương ứng. Do vậy hiệu
quả của điều khiển công suất trong truyền dẫn hợp tác đóng vai
trò to lớn khi triển khai trong thực tế.
 Đối với phương pháp hợp tác nhờ mã hóa, một vấn đề cơ bản
là đưa ra được một kỹ thuật mã hóa tốt hơn.

14


CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỞ TRONG
MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC
 Đối với truyền dẫn hợp tác MIMO, tất cả các người dùng hợp
tác đều dùng phương pháp truyền dẫn MIMO, vì vậy bài toán tối
ưu máy thu, máy phát cần được quan tâm.

15


ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu các hệ thống truyền dẫn hợp tác MIMO và bài toán
tối ưu hóa máy phát, máy thu và kết hợp tối ưu máy thu – phát.
 Các mục tiêu cụ thể:
+ Các kỹ thuật tối ưu máy phát
+ Các kỹ thuật tối ưu máy thu
+ Kết hợp tối ưu máy phát và máy thu.

16


PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG
1. Lý
Lý do
dolự
lựaa
1.
chọ
chọnnđề
đề
tà
tàii
2. Lý do
chọn cơ
sở đào
tạo
3. Mục tiêu
và mong
muốn đạt
được
4. Dự kiến
làm việc
sau khi
tốt
nghiệp

1. Lý do lựa chọn đề tài:

Trong
vô tuyến
hợp mô
tác,hình
các mới
thiếtbắt
bị
Truyềnmạng
dẫn hợp
tác là một
đầu
cuối
dụng
tánbáthuộc
các
nguồn
từ sử
ý niệm
vềcác
việcantenna
tính chấtphân
quảng
tự nhiên
người
dùng
nên
kênh
dẫnnode
độc
của kênh

vô khác
tuyếntạo
thiết
lậpcác
thông
tintruyền
giữa các
lập
gốc. Mô
hình
hợp
táctrình
này truyền
tạo ra một
trợ với
giúptrạm
lẫn nhau,
thực
hiện
quá
dẫn
phương
pháp
phânlưới
tập phân
khá mới
trong có
mạng
vô
trong một

mạng
tánmẻ
nhưng
được
tuyến.
Chính
vì vậynhư
tôi trong
chọn hệ
đềthống
tài “Nghiên
những ích
lợi giống
MIMO. cứu
phương pháp tối ưu hóa truyền dẫn trong mạng vô
Công
truyền
MIMO
đang
rất được
tuyến hợp
tácnghệ
MIMO”.
Đây dẫn
là vấn
đề có
ý nghĩa
thực
thế
quan

tâm
vì khả
tiễn giới
và cấp
bách
hiện
nay.năng cải thiện chất lượng
đường truyền vô tuyến và cho phép tăng tốc độ
truyền dẫn vượt quá giới hạn dung lượng Shannon.
Đặc biệt trong những năm gần đây vấn đề về truyền
thông MIMO trong môi trường mạng thực tế với đa
người dùng, còn gọi là mạng vô tuyến hợp tác, đã
thu hút sự tập trung nghiên cứu của nhiều nhà khoa
học.
17


PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG
1. Lý do lựa
chọn đề
tài

2.
Lýdo
do
2. Lý
lựa chọ
chọn
cơ n
sở

cơ đào
sở
tạo
đào tạo
3. Mục tiêu
và mong
muốn đạt
được
4. Dự kiến
làm việc
sau khi
tốt
nghiệp

2. Lý do chọn cơ sở đào tạo:
Họcnăm
viện2004
kỹ thuật
sự là tôi
trung
đào
tạođại
cánhọc
bộ
Từ
đến quân
năm 2009
đã tâm
được
học

có uybằng
tín hàng
đầu của
đội vàtửcủa
hiện nay
(văn
2) ngành
điquân
ện - điện
và Nhà
cao nước,
học ngành
Kỹ
được điện
xác định
là Học
trường
trọng
gia.
Họcvới
việnmôi
kỹ
thuật
tử tại
viện.
Bảnđiểm
thânquốc
tôi đã
quen
thuật quân

hiện
có hơn
800chính
giảng quy
viên,hiện
trong
đó kỷ
có luật
gần
trường
họcsự
tập,
nghiên
cứu
đại,
100 giáotúc
sư,của
phómột
giáo
sư,trường
gần 300
tiếnđội,
sỹ. được
Nhiều học
giáo tập,
sư,
nghiên
nhà
quân
tiến sỹ là

chuyên
đầu
ngành
nghiên
cứu
khoagia
học
dưới
sự trên
giúpcác
đỡlĩnh
tận vực
tìnhkhoa
của học
các
kỹ thuật,
kỹ thuật
quân
sự của quân đội và quốc gia.
thầy,
cô trong
Học
viện.
Những năm qua, Học viện đã được đầu tư cơ sở vật

Tôi nhận thấy Học viện là một cơ sở đào tạo uy tín,
chất đồng bộ, hệ thống giảng đường, thư viện, phòng thí
là môi trường lý tưởng để tôi thực hiện nguyện vọng và
nghiệm, xưởng thực nghiệm, trung tâm nghiên cứu hiện đại
hoài bão của mình. Chính vì vậy tôi đã đăng ký dự tuyển

đáp ứng yêu cầu giảng dạy, nghiên cứu khoa học của cán
và mong muốn được đào tạo nghiên cứu sinh tại Học
bộ, giảng viên, sinh viên và nghiên cứu sinh.
viện Kỹ thuật quân sự.

Trải qua 45 năm hình thành và phát triển, Học viện đã
đào tạo được hàng vạn cán bộ khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
quân sự có trình độ cao cho quân đội, quốc gia và quốc tế.
Đến nay Học viện đã đào tạo được 30 khóa nghiên cứu sinh
18
với hàng trăm tiến sỹ khoa học kỹ thuật, kỹ thuật quân sự.


PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG
1. Lý do lựa
chọn đề
tài
2. Lý do
chọn cơ
sở đào
tạo

3. Mục tiêu và mong muốn đạt được:
Mục tiêu khi đăng ký đi học nghiên cứu sinh là
được học tập nâng cao trình độ chuyên môn. Thực hiện
đề tài nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu cấp bách của
thực tiễn đang đặt ra đó là: Nghiên cứu phương pháp

tối ưu hóa truyền dẫn trong mạng vô tuyến hợp tác
MIMO.

3.
Mục
tiêu
3. Mục tiêu
Mong muốn đạt được là đáp ứng đủ điều kiện và
và mong
mong
và
muốn đạt được tuyển chọn vào đào tạo nghiên cứu sinh, hoàn
muốn
được
đạt được thành chương trình đào tạo và bảo vệ thành công luận
4. Dự kiến
làm việc
sau khi
tốt
nghiệp

án tiến sỹ tại Học viện.

19


PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG
1. Lý do lựa
chọn đề
tài

4. Dự kiến làm việc sau khi tốt nghiệp:

Sau khi tốt nghiệp, nguyện vọng của tôi là
được trở về Trường sĩ quan Chỉ huy - Kỹ thuật
2. Lý do
Thông tin công tác. Bằng những kiến thức đã học
chọn cơ
được, tôi sẽ đóng góp vào công tác đào tạo cán bộ
sở đào
tạo
kỹ thuật thông tin và nhân viên chuyên môn kỹ thuật
thông tin của Nhà trường, góp phần nâng cao chất
3. Mục tiêu
lượng đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật thông tin,
và mong
muốn đạt nguồn nhân lực phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại
được
hoá đất nước. Đồng thời tiếp tục nghiên cứu sâu
4.
4. Dự
Dựkiến
kiến hơn về mạng vô tuyến hợp tác.
làm
làm việc
việc
sau khi
sau khi
tốt
tốt
nghiệp
nghiệp
20

PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1.
Họcbổ
bổ
1. Học
sung
sung kiến
kiến thức
thức
2. Học phần
đào tạo
trình độ
tiến sỹ
3. Chuyên
đề tiến sỹ

1. Học bổ sung kiến thức:
Học bổ sung kiến thức về công nghệ truyền
dẫn MIMO; Nguyên lý truyền dẫn OFDM; Mô phỏng
các hệ thống thông tin bằng Matlab. Tự học bổ sung
nâng cao trình độ ngoại ngữ để đủ điều kiện về
ngoại ngữ trước khi bảo vệ luận án theo quy chế
của Bộ Giáo dục & đào tạo.

4. Nghiên
cứu khoa
học
5. Phần thực

hiện luận
án
21


PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. Học bổ
sung kiến
thức

2. Học phần đào tạo trình độ tiến sỹ:

Tham gia học tập đầy đủ các học phần, tín chỉ
bắt buộc thuộc chương trình đào tạo tiến sỹ của
2.
Họcphần
phần khoa Vô tuyến điện tử. Lựa chọn và học tập các học
2. Học
đào
tạo
đào tạo
phần tự chọn thuộc chương trình đào tạo tiến sỹ có
trình
độ
trình độ
nội dung chuyên sâu và phù hợp với nội dung
tiến
sỹ
tiến sỹ
nghiên cứu của đề tài. Với các học phần sau: Vô

tuyến thống kê; Lý thuyết xử lý tín hiệu; Nguyên lý
3. Chuyên
đề tiến sỹ truyền dẫn OFDM; Mô phỏng các hệ thống thông tin
bằng Matlab.
4. Nghiên
cứu khoa
học

Cập nhật các kiến thức mới về vô tuyến hợp
tác. Học tập nâng cao trình độ lý thuyết, phương
5. Phần thực pháp luận nghiên cứu khoa học để nâng cao khả
hiện luận năng ứng dụng các phương pháp nghiên cứu khoa
án
học quan trọng và thiết yếu phục vụ quá trình
nghiên cứu luận án.
22


PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. Học bổ
sung kiến
thức
2. Học phần
đào tạo
trình độ
tiến sỹ
3. Chuyên
đề tiến sỹ

3. Chuyên đề tiến sỹ:

Tự học tập, nghiên cứu và cập nhật các kiến thức
mới liên quan trực tiếp đến nội dung đề tài như:

* Tổng quan truyền dẫn hợp tác
* Các phương pháp truyền dẫn hợp tác
* Các phương pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn hợp tác

4. Nghiên
cứu khoa
học
5. Phần thực
hiện luận
án
23


PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. Học bổ
sung kiến
thức
2. Học phần
đào tạo
trình độ
tiến sỹ
3. Chuyên
đề tiến sỹ

4. Nghiên cứu khoa học:
Tham gia nghiên cứu khoa học các chuyên đề
thuộc nội dung nghiên cứu của luận án. Tập trung

nghiên cứu, cập nhật các kiến thức mới liên quan trực
tiếp đến đề tài nghiên cứu như: Vô tuyến thống kê; Lý
thuyết xử lý tín hiệu; Mô phỏng các hệ thống thông tin
bằng Matlab; Nguyên lý truyền dẫn OFDM; Tổng quan
truyền dẫn hợp tác; Các phương pháp truyền dẫn hợp
tác; Các phương pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn
hợp tác.…
Dự kiến thực hiện và hoàn thành 3 chuyên đề
nghiên cứu khoa học sau:

4. Nghiên
Nghiên
cứu
cứu khoa
khoa
học
học
* Tổng quan truyền dẫn hợp tác

5. Phần thực
hiện luận * Các phương pháp truyền dẫn hợp tác
án

* Các phương pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn hợp tác
24


PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. Học bổ
sung kiến

thức

5. Phần thực hiện luận án:
T
T
T
T

2. Học phần
đào tạo
trình độ
tiến sỹ

10
6

3. Chuyên
đề tiến sỹ

11
73

4. Nghiên
cứu khoa
học

1
2

Thời

Thời
gian
Thờigian
gian
Kết
quả
Kết
quả
Kết quả (bắt
đầu,
kết
(bắt
đầu,
kết
(bắt
đầu,
Phải
đạt
Phải
đạt
Phải đạt thúc)
thúc)
kết
thúc)
Thu thập,
nghiên
Đủ tài
NCKH,
chương
2, hộiBản nhận 3-5/2011

Gửi xin viết
ý kiến
chuyên
Nội
dung 9-10/2013
đánh
cứu
liệu
thảo
nội liệu
dung chương 2 xét
5-9/2012
gia tài
chương
2
giá
cấp
mônđề cương Đề cương 5-6/2011
Xâybộdựng
Hội thảo
khoa
học
kết học Báo cáo
Công
bố
bài
báo
khoa
11/2013
Thông

quacứu
đề cương
Đềkhoa
cương
1 bàihọc
báo 6/2011
9/2012
quả
nghiên
luận
án
về nội dung chương 2
Nội
việc
Nội
dung
công
việc
Nộidung
dungcông
công
việc
chủ
thực
hiện
chủ
yếu
cần
thực
hiện

chủyếu
yếucần
cần
thực
hiện

Nộp
và
bảoluận
vệ đề
Hoàn
chỉnh
án, bảo ĐềNội
dung 7-8/2011
12/20134 NCKH, viết chương
cương
3,
hội
12
cương
Nội dung
10/2012vệ cấp cơ sở
Luận
án
3/2014

8 thảo nội dung chương 3
chương 3
7/2013
NCKH,

viết
chương
cấp bộ môn
Theo kế
Hoàn chỉnh luận án, bảo Nội dung
10/20115. Phần thực 13 1, hội thảo nội dung Nội dung
hoạch
của
bàiviện
báo khoa học luận án
5. Phần thực 5 Công
vệ cấpbố
học
9 chương 1 cấp bộ
2 bài báo Học
8/2013
hiện luận
viện
4/2012
về nội dung chương 3 chương 1
hiện luận
án
án

môn

25

Ghi
Ghi

chú
chú