TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ vô TUYẾN từ THIẾT bị đến THIẾT bị d2d ỨNG DỤNG TRONG MẠNG 5g (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN TỪ
THIẾT BỊ ĐẾN THIẾT BỊ D2D ỨNG
DỤNG TRONG MẠNG 5G


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................................V
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.........................................................................................VI
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................VII
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.....................................................................................1
1.1 GIỚI THIỆU...................................................................................................................1
1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU...............................................................................................1
1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.............................................................................................1
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU...............................................................................................2
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCE...................................4
2.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCED....................................................................4
2.1.1

Truyền dẫn băng thông rộng và chia sẻ phổ tần................................................5

2.1.2

Giải pháp đa anten mở rộng..............................................................................5

2.1.3

Truyền dẫn đa điểm phối hợp............................................................................6

2.1.4

Các bộ lặp và các bộ lặp chuyển tiếp................................................................6

2.1.5

Hướng truyền Uplink.........................................................................................7

2.2 SO SÁNH LTE VÀ LTE-A..........................................................................................11
CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN TỪ THIẾT BỊ ĐẾN THIẾT BỊ (DEVICETO-DEVICE)..........................................................................................................................12
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG....................................................................................................12
3.2 KỊCH BẢN HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH SINR..................................................................15
3.2.1

Giả sử...............................................................................................................15

3.2.2

Mô hình SINR...................................................................................................16

3.3 KỸ THUẬT UNDERLAY MODE VÀ CELLULAR MODE...................................................17
3.3.1

Kỹ thuật underlay mode...................................................................................17

3.3.2

Kỹ thuật cellular mode.....................................................................................18

3.4 KỸ THUẬT CẤP PHÁT NĂNG LƯỢNG...........................................................................20

3.5 HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN.............................................................................21
CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT....................................................................23
4.1 MÔ PHỎNG MULTI-CELLS...........................................................................................23
4.1.1

Thiết lập mô phỏng multi-cells........................................................................23

4.1.2

Kết quả mô phỏng............................................................................................28

4.2 MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN....................................................................................28
4.2.1 Thiết lập mô phỏng............................................................................................28
4.2.2

Kết quả mô phỏng............................................................................................31

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN...................................................................................................36
5.1 KẾT LUẬN.................................................................................................................36
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................................37
PHỤ LỤC................................................................................................................................40


DANH MỤC CÁC HÌNH
HÌNH 2-1: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MẠNG LTE-A [21]...............................................4
HÌNH 2-2: VÍ DỤ VỀ KHỐI KẾT TẬP SÓNG MANG [21].............................................5
HÌNH 2-3: TRUYỀN DẪN ĐA ĐIỂM PHỐI HỢP [22].....................................................6

HÌNH 2-4: CHUYỂN TIẾP TRONG LTE-ADVANCED [21]...........................................7
HÌNH 2-5: SƠ ĐỒ KHỐI BỘ PHÁT VÀ BỘ THU CỦA SC-FDMA [21].......................7
HÌNH 2-6: KHỐI TÀI NGUYÊN HƯỚNG LÊN [21]........................................................9
HÌNH 2-7: LƯỢC ĐỒ LTE-A UPLINK [20]..................................................................10Y
HÌNH 3-1: MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG D2D CHIA SẺ TÀI NGUYÊN
UL CỦA CÁC HỆ THỐNG DI ĐỘNG [7].........................................................................14
HÌNH 3-2: MÔ HÌNH NHIỄU CHO CHẾ ĐỘ LỚP PHỦ D2D [17].............................17
HÌNH 3-3: MÔ HÌNH NHIỄU CHO CHẾ ĐỘ DI ĐỘNG D2D [17].............................19
HÌNH 3-4: PHÂN BỔ NĂNG LƯỢNG TỐI ƯU CHO NGƯỜI DÙNG D2D [7]

2

HÌNH 4-1: VÍ DỤ VỀ CÁC ĐIỂM ĐƯỢC PHÂN BỐ ĐỒNG ĐỀU BÊN TRONG
MỘT CELL LỤC GIÁC.......................................................................................................26
HÌNH 4-2: THIẾT KẾ CELL HÌNH LỤC GIÁC VÀ PHÂN BỐ CÁC USER TRONG
CELL.......................................................................................................................................28
HÌNH 4-3: LƯU LƯỢNG D2D CHO CÁC MỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG D2D
KHÁC NHAU.........................................................................................................................31
HÌNH 4-4: LƯU LƯỢNG CUE CHO CÁC MỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG D2D
KHÁC NHAU.........................................................................................................................31
HÌNH 4-5: XÁC SUẤT DỪNG D2D CHO CÁC MỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG
D2D KHÁC NHAU................................................................................................................32
HÌNH 4-6: XÁC SUẤT DỪNG CUE CHO CÁC MỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG
D2D KHÁC NHAU................................................................................................................32
HÌNH 4-7: LƯU LƯỢNG D2D CHO CÁC MỨC KHOẢNG CÁCH KHÁC NHAU.33
HÌNH 4-8: LƯU LƯỢNG CUE CHO CÁC MỨC KHOẢNG CÁCH KHÁC NHAU 33


DANH MỤC CÁC BẢNG BI
BẢNG 2-1: SO SÁNH CÁC ĐẶC TÍNH GIỮA LTE VÀ LTE-ADVANCED............11Y

BẢNG 4-1: THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN......................................................30


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

3G

Third Genration

3GPP

3rd Genertion PartnerhipProject

DTX

Discontinous Transission

DRX

Discontinuous Reception

D2D

Device to Device

eNB

eNodeB

E-UTRA

Evolved Univrsal Terrestrial Radio Access

E-UTRAN

Evolved UniversalTerrstrial Radio Access
Network

FDD

Frequency Deision Dupplexing

FDMA

Freqency Deviion Multiple Access

IMT

International Moile Telecommunications

DL

Donlink

UL

Ulink

EPC

EvolvedPacket Core

LTE

Long Trm Evolution

LTE-A

Long Tem Evolution – Advanced

MAC

Media Acess Layer

MIMO

Multiple-Iput Multiple-Output


OFDM

Orthogonal Fequency Division

PAPR

Peak to Averae Power Ratio

QoS

Quality of Servic

SIRN

Signal to Interference plus Noise Rati

TTI

Transmission Time Interva

UE

User Equipmen


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/47

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu
Trong nhiều năm trở lại đây, thông tin di động là một trong những lĩnh vực phát
triển nhanh nhất của tùy theo ngành viễn thông. Nhu cầu sử dụng của con người
ngày càng tăng cao về cả số lượng lẫn chất lượng, các dịch vụ đa phương tiện ngày
càng phổ biến và đa dạng chẳng tùy theo hạn như: thoại, tin nhắn, video, hình ảnh
và dữ liệu. Để đáp ứng tùy theo các nhu cầu ngày càng cao đó, các hệ thống thông
tin di động đã không ngừng được nâng cấp cải tiến chất lượng dịch vụ cũng như đa
dạng hóa sản phẩm và được chuẩn hóa bởi các tổ chức trên thế giới. Với tùy theo
việc gần đây là hệ thống thông tin di động đã đột phá lên công nghệ mạng 5G với
những ưu điểm vượt trội hơn so với các thế hệ mạng di động trước đó. Với mạng di
động 5G, các mục tiêu tùy theo như tăng dung lượng truyền dẫn, cải thiện chất
lượng dịch vụ, giảm giá thành dịch vụ cũng như các thiết bị đầu cuối đang có những

bước tiến đáng kể giúp nâng cao chất lượng hệ thống.
Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình là “Tìm
hiểu công nghệ vô tuyến từ thiết bị đến thiết bị ứng dụng trong mạng 5G” làm
chủ đề nghiên cứu.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Đề tài tiến hành tìm hiểu nguyên lý hoạt động và nghiên cứu các phương pháp tối
ưu hóa hiệu quả cho công nghệ truyền dẫ vô tuyến từ thiết bị đến thiết bị ứng dụng
trong mạng 5G. Trong đó gồm có các kỹ thuật cấp pháp năng lượng, kỹ thuật về
underlay mode và cellular mode trong Device-to-Device. So sánh các thuật toán
trong cấp phát tài nguyên và cấp phát năng lượng trong công nghệ truyền dẫn
Device-to-Device (D2D).

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/47

1.3 Đối tượng nghiên cứu
-

Tìm hiểu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTE-Advanced.
Tìm hiểu về công nghệ vô tuyến từ thiết bị đến thiết bị (Device-to-Device).
Thuật toán Round Robin.
Kỹ thuật cấp phát năng lượng và kỹ thuật cấp phát tài nguyên
Kỹ thuật underlay mode và cellular mode.
Hướng lên (Uplink) trong mạng LTE-A.

1.4 Nội dung nghiên cứu

Là một trong những hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo, 3GPP LTE-A cam
kết cung cấp các công nghệ để tăng tốc độ tùy theo dữ liệu và dung lượng hệ thống.
Hơn nữa LTE-A được định nghĩa để hỗ trợ các thành phần cho mạng LTE-A để đáp
ứng các yêu cầu giao tiếp cao hơn tùy theo. Các dịch vụ cục bộ là những vấn đề
được ưu tiên xem xét để cải thiện. Việc sử dụng lại các tài nguyên không đăng ký
làm cho các nhà cung cấp dịch vụ gặp khó khăn tùy theo trong việc đảm bảo một
môi trường điều khiển ổn định ví dụ như mạng ad-hoc, vì không được điều khiển
tập trung tại các nốt mạng. Vì vậy sử dụng các băng tần đăng ký có sức hấp dẫn hơn
tùy theo rất nhiều.
Công nghệ truyền thông D2D (Device To Device) là một thành phần của hệ thống
sẽ được ap dụng trong mạng 5G. Các nghiên cứu đã chỉ ra D2D làm tăng hiệu quả
sử dụng phổ. Trong D2D, các thiết bị tùy theo người dùng (UE) gửi trực tiếp tín
hiệu cho nhau thông qua một kênh trực tiếp thay vì phải đi qua các trạm thu phát
gốc. Các UE D2D giao tiếp dữ liệu trực tiếp tùy theo với nhau với sự điều khiển của
trạm gốc (BS – Base Station) vì thế hiệu năng tái sử dụng phổ cải thiện đáng kể
bằng cách tái sử dụng tài nguyên trong Cell. Mặc dù D2D mang lại nhiều lợi ích, nó
gây ra nhiễu trong Cell với việc tùy theo dùng chung tài nguyên tần số. Vì vậy đặt
ra yêu cầu kỹ thuật hạn chế nhiễu trong Cell có D2D để đảm bảo tùy theo các mục
tiêu hiệu năng của hệ thống. Để làm được điều này, kỹ thuật điều khiển công suất và
cấp phát tài nguyên là hai kỹ thuật chủ đạo để giảm nhiễu và tăng tùy theo hiệu quả
sử dụng phổ tài nguyên qua đó nâng cao dung lượng và hiệu quả của hệ thống.
Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/47

Luận văn sẽ nghiên cứu về công nghệ D2D trong hệ thống mạng di động viễn thông
tương lai, phân tích những thay đổi thiết kế của hệ thống mạng di động tùy theo để

hỗ trợ giao tiếp D2D, nêu ra và cập nhật các chuẩn của 3GPP cho công nghệ D2D.

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/47

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCE
2.1 Giới thiệu công nghệ LTE-Advanced
LTE-Advanced được viết tắt của “Long Term Evolution – Advanced” là một chuẩn
truyền thông di động, LTE-A chính thức trở thành ứng cử tùy theo viên sáng giá cho
hệ thống di động 4G vào năm 2009, đã được phê duyệt bởi ITU và chuẩn hóa bởi
3GPP. Như tên gọi của nó, thì đây là tùy theo một bản nâng cấp của LTE mục đích
nhằm đáp ứng các yêu cầu của IMT – Advanced. LTE-A vẫn gồm đầy đủ những đặc
điểm tính năng của LTE cũng như ứng dụng trong hệ thống di động 4G. LTE-A có
một số nâng cấp để giúp phát huy tùy theo tối đa hiệu quả như: MIMO tăng cường
với cấu hình được nâng cấp cao hơn, nó còn ứng dụng thêm vào các kỹ thuật mới
như:
1.
2.
3.
4.
5.

Carrier Aggregation (tổng hợp sóng mang).
Multi – antenna Enhancements (đa ăng – ten cải tiến).
Relays (trạm chuyển tiếp).
Heterogeneous Network (mạng không đồng nhất).

Coordinated Multipoint – CoMp (phối hợp đa điểm).

LTE-A được thiết kế để hỗ trợ tùy theo nhiều dịch vụ như chuyển mạch gói, cung
cấp kết nối IP giữa các CUE và PDN. Giải pháp chuyển mạch gói cho phép sự hỗ
trợ các dịch vụ thông qua các liên kết gói sẵn có.

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/47

Hình 2- 1: Kiến trúc hệ thống mạng LTE-A [21]

Hình trên mô tả về kiến trúc và tùy theo các thành phần mạng có trong cấu hình
tổng quát mạng di động 4G LTE-A dựa trên cơ sở mạng truy nhập E-UTRAN. Được
phân chia thành 4 phân vùng chính: thiết bị người sử dụng (UE), tùy theo mạng EUTRAN, mạng lõi EPC và các vùng dịch vụ khác.
2.1.1 Truyền dẫn băng thông rộng và chia sẻ phổ tần
Mục tiêu tốc độ số liệu đỉnh của LTE-A rất cao và chỉ có thể được thỏa mãn bằng
cách tăng độ rộng của băng truyền tùy theo dẫn hơn so với tốc độ truyền dẫn mà
phiên bản đầu tiên của LTE được cung cấp. Độ rộng băng truyền dẫn có thể lên đến
100 MHz được thảo luận ở nội dung của LTE-A. Việc mở rộng tùy theo độ rộng của
băng truyền dẫn sẽ được thực hiện ngay cả trong lúc vẫn duy trì được tính tương
thích phổ. Điều này đạt được bằng giải phép sử dụng khối kết hợp sóng mang trong
đó có rất nhiều sóng mang thành phần LTE được kết tùy theo hợp ở lớp vật lý để
cung cấp độ rộng băng truyền cần thiết. Như vậy, thiết bị đầu cuối, mỗi sóng mang
thành phần sẽ xuất hiện như là một sóng mang LTE trong khi chỉ với một thiết bị
đầu cuối LTE-A có thể khai thác được toàn bộ độ rộng băng khối tùy theo kết tập.
Hình dưới đây là 5 sóng mang con thành phần kết hợp thành độ rộng băng truyền

tổng cộng là 100 MHz.

Hình 2-2: Ví dụ về khối kết tập sóng mang [21]

2.1.2 Giải pháp đa anten mở rộng
Các công nghệ đa anten hiện nay, bao gồm cả định dạng chùm và giải pháp ghép
kênh theo không gian là các thành phần công nghệ then chốt tùy theo của LTE và
vẫn luôn tiếp tục là một vai trò quan trọng trong LTE-A. Thiết kế số cổng trong đa
Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/47

anten LTE hiện nay đã lên tới bốn cổng anten với tùy theo những tín hiệu tham
chiếu ô cụ thể tương ứng ở đường xuống. Cấu trúc này đã cung cấp cả sự ghép kênh
theo không gian lên tới 4 lớp, nâng tốc độ bit đỉnh lên đến 300 Mbit/s cũng như là
định dạng chùm.
2.1.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp
Phối hợp đa điểm đã cho phép tùy theo một thiết bị di động cùng một lúc trao đổi
dữ liệu với nhiều trạm thu phát BTS hay eNodeB. Kỹ thuật này sẽ giúp hệ thống
được cải thiện hơn tín hiệu và tăng tốc độ dữ liệu tại rìa cell, tùy theo nơi kết nối
không được ổn định. Chẳng hạn như hai trạm thu phát liền kề nhau có thể cùng lúc
gửi dữ liệu giống nhau tới cùng một thiết bị, do đó tăng khả năng nhận được tín
hiệu tốt tùy theo của thiết bị đó. Tương tự vậy, một thiết bị cũng có thể cùng một lúc
truyền tải dữ liệu nào đó lên cả hai trạm thu phát tại đó, tùy theo các trạm đó sẽ làm
nhiệm vụ như một chùm anten ảo sẽ cùng nhau xử lý tín hiệu thu được để loại bỏ
lỗi. Hoặc thiết bị có thể tải dữ liệu lên qua cell nhỏ ở kề bên, giúp giảm năng lượng
phát trong khi vẫn nhận tín hiệu tải xuống tốt từ một trạm thu phát lớn hơn tùy theo

gần đó.

Hình 2-3: Truyền dẫn đa điểm phối hợp [22]

2.1.4 Các bộ lặp và các bộ lặp chuyển tiếp
Dùng để mở rộng vùng phủ sóng tới những nơi tín hiệu yếu bằng giải pháp sử dụng
sự chuyển tiếp để làm giảm khoảng cách tùy theo giữa các máy thu và phát.
Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/47

Các trạm chuyển tiếp RS giải mã tín hiệu nhận được sau đó chỉ chuyền dữ liệu có
đích đến là các thiết bị di động UE ở xung quanh.

Hình 2-4: Chuyển tiếp trong LTE-Advanced [21]

2.1.5 Hướng truyền Uplink
Ở đây, chúng tôi giới thiệu về phương pháp SC-FDMA trong truyền dẫn vô tuyến
hướng lên đã được của hệ thống mạng LTE-A. Ở hình 2-5 cho thấy sơ đồ khối
truyền và nhận của SC-FDMA. Sơ đồ này tương tự như sơ đồ khối của OFDMA
ngoại trừ với hai khối màu vàng. Bộ phát SC-FDMA đã được sẽ chuyển đổi dữ liệu
nhị phân thành một chuỗi các sóng mang phụ được điều chế truyền qua kênh tần số.
Để thực hiên được rất nhiều thao tác đã được xử lý tín hiệu được yêu cầu.

Hình 2-5: Sơ đồ khối bộ phát và bộ thu của SC-FDMA [21]

Việc truyền với đã được kỹ thuật OFDMA phải chịu một tỷ lệ công suất đỉnh đến

trung bình (PAPR) cao, điều này có thể sẽ dẫn tới các hệ quả tiêu cực với việc thiết
Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/47

lập một bộ phát sóng nhúng tại UE. Khi đã được truyền dữ liệu từ UE đến mạng, ta
cần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu từ UE đến lên một mức tối
thiểu đủ cao để mạng có thể thu được tín hiệu. Bộ khuếch đại đã được công suất là
một trong các thành phần chính tiêu thụ năng lượng lớn nhất, do đó dẫn tới hiệu quả
công suất càng cao càng tốt sẽ làm cho tuổi thọ pin của máy tăng lên. Tổ chức 3GPP
đã tìm đã được một phương pháp truyền dẫn khác cho hướng lên LTE. Đó là
phương pháp kỹ thuật SC-FDMA, do nó có sự kết hợp các kỹ thuật với PAPR thấp
của những hệ thống truyền dẫn đã được đơn sóng mang, như GSM và CDMA, với
khả năng chống được đa đường và cấp phát tần số một cách linh hoạt trong
OFDMA.
Uplink là để chỉ hướng truyền dẫn đường lên tín hiệu từ thiết bị đầu cuối di động tới
trạm gốc BTS.
Tần số tín hiệu có sự đã được ảnh hưởng trực tiếp tới độ suy giảm tín hiệu. Khi tần
số tín hiệu càng cao thì sẽ dẫn tới độ suy hao càng lớn và yêu cầu một mức công
suất cao hơn.
Chính vì vậy dẫn đến trong thông tin vô tuyến các thiết bị đầu cuối trong mạng di
động thường đường được xem xét đã được một cách ưu tiên hơn so với các trạm
gốc, tín hiệu đường lên đi từ thiết bị đầu cuối di động lên tới trạm gốc BTS sẽ được
sử dụng dải tần thấp hơn so với tín hiệu đường xuống đi từ BTS xuống.
Trạm chuyển tiếp tại cell là đã được một phương pháp kỹ thuật có nhiều cải tiến
hiệu quả hiệu suất đường lên trong LTE-A. Kỹ thuật này đã giúp người sử dụng Cell
Edge (CEUs) có thể sử dụng các Resource Balls (RBs). Điều này đã trực tiếp đã

được cải thiện rất nhiều hiệu suất của người dùng Cell Center (CCUs) và cũng sẽ
đem tới sự cải thiện tổng thông lượng của cell và dung lượng.
Trong mạng di động với Single-Input-Single-Output (SISO) có đã được dung lượng
của các kênh nhỏ. Dung lượng kênh được tăng lên bằng cách sử dụng kỹ thuật
Multi Input Multi Output (MIMO), trong đó sử dụng nhiều ăng-ten được sử dụng ở
máy phát và phía nhận sẽ tạo ra Spatial Diversity và Multiplexing.
Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/47

Kế hoạch truyền dẫn đã được có tên là Synchronous Direct và Multi-hop
Transmission (SDMT) để có thể cải tiến hiệu năng mạng Uplink của LTE-A, và để
so sánh với những kết quả truyền dẫn Multi-hop với tiêu chuẩn và sự truyền dẫn mà
không có trạm Relay (RS). Tiếp đó là nghiên cứu sự đã được ảnh hưởng của RS với
vị trí của nó đối với hoạt động của hệ thống LTE-A đường lên. Cuối cùng là nghiên
cứu sự ảnh hưởng của việc sử dụng hệ thống 2x4 MIMO bậc cao lên hoạt động cho
đường lên trong mạng LTE-A.
Trong hệ thống LTE-A phổ tần số vô tuyến sẽ được phân phối cho nhiều người dùng
sử dụng kỹ thuật SC-FDMA trong đã được hướng truyền đường lên. Khối tài
nguyên Resource Block (RB) được hiểu là để gồm giao điểm của cả 12 sóng mang
phụ SC-FDMA với mỗi kênh song mang đã được có băng thông là 180 kHz, mỗi
sóng mang phụ gồm có 7 ký hiệu SC-FDMA với tổng thời gian là 0,5ms cho băng
thông 10 MHz và 50RB sẽ được cung cấp như trong hình.

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/47

Hình 2- 6: Khối tài nguyên hướng lên [21]

Hướng truyền LTE-A uplink đã được sử dụng dùng các khối tài nguyên (RBs) sao
cho để có thể tối đa hóa hiệu suất quang phổ, tổng dung lượng và dung lượng mạng
đều được tối ưu. đã được Có nhiều thuật toán lập được chương trình cho RB khác
nhau được trình bày bởi các nhà cung cấp. Trong đó, thuật toán đơn giản đã được
nhất là kỹ thuật Round Robin chẳng hạn như FFA và Fair Work Conserving (FWC).
Một thuật toán khác nữa là nhận biết kênh Maximum Added Value (MAV) sẽ cung
cấp số lượng RBs cho người dùng đã được theo điều kiện kênh phụ của nó.

Hình 2-7: Lược đồ LTE-A Uplink [20]

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/47

Hình 2-7 đã được minh họa ba loại thuật toán được lập trình ở trên, trong đó FFA
và FWC là hai thuật toán lập trình resource-fair, và MAV là thuật toán lập trình
resource-unfair.
2.2 So sánh LTE và LTE-A
Bảng 2-1: So sánh các đặc tính giữa LTE và LTE-Advanced

LTE-A thực sự là đã được một công nghệ mạng di động 4G, còn LTE chỉ được xem

như là công nghệ 3.9G. LTE-A là một bản nâng cấp của LTE nhằm thỏa mãn các
yêu cầu đã được của IMT-Advanced.

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/47

CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN TỪ THIẾT BỊ ĐẾN
THIẾT BỊ (DEVICE-TO-DEVICE)
3.1 Giới thiệu chung
Công nghệ vô tuyến từ thiết bị đến thiết bị D2D (Device-to-Device) trong hệ thống
LTE và đã được ứng dụng trong công nghệ 5G là giao tiếp trực tiếp của những thiết
bị đầu cuối có khoảng cách gần nhau trong mạng đã được mà không cần thông qua
một nút trung gian nào. Truyền thông D2D đã được cho phép truyền dữ liệu trực
tiếp giữa các thiết bị người dùng di động (CUes) mà không cần truyền dữ liệu qua
eNB, nhưng có thể sử dụng các tài nguyên băng tần tương tự đã được như các CUE
dùng để liên lạc với eNB. Sự sẵn có của truyền thông D2D đã được mang lại rất
nhiều lợi ích cho người sử dụng, chẳng hạn như đã được tốc độ truyền cao, độ trễ và
tiêu hao năng lượng thấp, tăng dung lượng hệ thống. Truyền thông D2D cũng đã
được có thể được sử dụng để giảm tải lưu lượng của eNB, do đó đã được cải thiện
hiệu suất của các hệ thống di động. Truyền thông D2D đã được coi là một mô hình
mới trong hệ thống 3GPP LTE-A kể từ phiên bản 12 và được công nhận có thể là
một tính năng quan trọng cho các mạng 5G trong tương lai. Trên thế giới có thể đã
có nhiều nghiên cứu về mô hình kiến trúc hệ thống D2D và các đặc tính ưu việt của
hệ thống này.
Giao tiếp D2D có thể rất hữu ích trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như: dịch vụ dựa
trên khoảng cách, truyễn thông giữa xe và xe thông minh, phân phối có thể nội

dung, multicasting, truyển thông có thể ngang bằng, an toàn công cộng (quản lý
thiên tai và các hoạt động cứu hộ)…
Tuy nhiên, truyền thông D2D có thể tạo ra nhiễu cho các mạng di động hiện tại nếu
không được thiết kế đúng cách (có nghĩa là có cả nhiễu liên vùng và trong cell). Do
đó, quản lý nhiễu là một trong những có thể vấn đề quan trọng nhất cho lớp phủ
D2D mạng di động, nơi D2D và mạng di động cùng tồn tại được trong mạng. Để có
Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/47

thể hạn chế nhiễu cho người dùng di động hiện tại (CUs), có thể hạn chế năng
lượng truyền tải của các liên kết D2D. Hơn nữa, một yếu tố khuếch đại cố định và
có thể một yếu tố dự phòng đã được đề xuất để kiểm soát năng lượng D2D và hạn
chế nhiễu ở D2D. Dựa trên tỷ số tín hiệu nhiễu (ISR), có thể một khu vực giới hạn
nhiễu (ILA) đã được đề xuất trong [5], nơi người dùng D2D được phép chia sẻ tài
nguyên với một CU có thể bên ngoài ILA.
Về cơ bản có thể có ba chế độ giao tiếp khác nhau cho D2Ds, chẳng hạn như [5,6]:
cellular mode, overlay mode và underlay mode. Trong cellular mode, cặp D2D
truyền thông qua eNB (một liên kết từ D2D Transmitter, D2D Tx, tới eNB và một
liên kết khác từ eNB đến D2D Receiver, D2D Rx) có thể sử dụng các tài nguyên
giống như các CUE truyền thống. Tuy nhiên, việc sử dụng phổ tần mạng chỉ có thể
được tăng cường nếu có thể truyền thông trực tiếp được phép giữa D2D Tx và D2D
Rx sử dụng một phần riêng biệt của dải phổ (over lay mode) hoặc có thể thậm chí
tốt hơn cùng một phổ (underlay mode) như đối với CUE.
Quản lý tài nguyên cho các giao tiếp D2D trong LTE-A gần đây có thể đã thu hút sự
chú ý trong các tài liệu. Chúng ta giả định rằng có thể mỗi CUE có một phân kênh
phụ đã được phân bổ trước và công việc này nhằm tối đa hóa dung lượng tế bào khi

phân bổ tài nguyên cho các cặp D2D. Một lựa chọn chế độ có thể kết hợp và khung
phân bổ tài nguyên, trong đó mỗi cặp D2D có thể được quản lý trong cellular mode
hoặc một underlay (tùy thuộc vào khoảng cách D2D) tùy theo điều kiện nào thuận
tiện hơn có thể về mặt dung lượng. Trong một phân bổ tài nguyên hai bước được đề
xuất, trong đó phân bổ năng lượng được thực hiện trong bước đầu tiên và có thể
một phân kênh phụ tham lam được thực hiện trong bước thứ hai. Các tác giả trong
đề xuất hai phương pháp lựa chọn phương pháp mới và thuật toán heuristic để phân
bổ tài nguyên và tối ưu hóa. Cuối cùng, các tác giả của đề xuất hai đề án tối ưu hóa
để nâng cao năng lượng tổng thể cell. Giới hạn của các giấy tờ này là họ có thể
không giải quyết các vấn đề xác suất dừng, nhưng chỉ tập trung vào tối ưu hóa năng
lượng cell đơn.

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/47

Các nghiên cứu nói trên đã hoặc nhằm tăng mạng lưới công suất hoặc đảm bảo độ
tin cậy của truyền thông D2D. Các nghiên cứu được xem xét cả hai số liệu cùng
một lúc. Công suất đã được tối đa hóa cho một mạng với một cặp D2D đơn và một
CU duy nhất trong khi QoS của CU được xem xét. Đối với kịch bản với nhiều
người dùng D2D và CU, yêu cầu QoS cho cả CUs và người dùng D2D đã được
nghiên cứu. Đặc biệt, một kế hoạch giới hạn công suất cố định đã được gợi ý để
phối hợp nhiễu giữa người sử dụng D2D và CUs bình thường trong khi một thuật
toán heuristic đã được đề xuất để giải quyết chương trình phi tuyến tính phối hợp
(MINLP) vấn đề phân bố tài nguyên. Các thuật toán này không nhất thiết phải tối
ưu ngay cả khi bỏ lỡ một số khu vực có tính khả thi. Đối với các thuật toán, có thể
có một năng lượng thích hợp giới hạn là không đáng kể để tìm ra. Ít CUs hơn sẽ cho

phép truy cập D2D với biên độ cao hơn trong khi giới hạn thấp hơn sẽ có thể làm
giảm xác suất rằng các yêu cầu QoS của người dùng D2D có thể được thỏa mãn.
Hơn nữa, có thể chỉ có sự tăng cường độ nhiễu kênh đã được sử dụng để ghép cặp
CUs và D2D thông thường, đôi khi sẽ rất xa so với mức tối ưu mong muốn.
Trong bài báo này, chúng tôi có thể đề cập đến kỹ thuật underlay mode D2D và
chúng tôi nghiên cứu trường hợp uplink (UL), bởi vì nó có thể đại diện cho một
trường hợp quan trọng hơn downlink (DL) cho quan điểm về Signal-toInterference-plus-Noise-Ratio (SINR). Đồ án này đề xuất một kế hoạch quản lý tài
nguyên được biểu thị cho cả CUE và D2Ds, có thể đạt được kết quả tốt về công suất
cell và xác suất bị gián đoạn do sự góp phần của nhiễu đến từ các cell liền kề.

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/47

Hình 3-1: Mô hình hệ thống truyền thông D2D chia sẻ tài nguyên UL của các hệ thống di
động [7]

3.2 Kịch bản hệ thống và mô hình SINR
3.2.1 Giả sử
Giả thiết đưa ra ở đây có thể bao gồm một mạng đa cell, nơi eNB được đặt có thể tại
các trung tâm của mỗi cell và người dùng được phân bổ xung quanh các cell đó.
Việc bố trí các cell là theo những hình lục giác đều. Sẽ có hai loại người dùng trong
mạng đó là CUE và D2D (gồm D2D Tx và D2D Rx). Các CUE là những người
dùng chính cho các tài nguyên vô tuyến di động.
Phổ có sẵn được chia thành các kênh phụ trực giao. Mỗi kênh phụ trực giao sẽ có
thể được sử dụng bởi cả CUE hay cặp D2D. Cụ thể hơn, ta xem xét rằng mỗi kênh
phụ trực giao được có thể phân bổ cho CUE có thể được chia sẻ với tối đa một cặp

D2D trong cùng 1 cell tại underlay mode. Ta xem xét eNB trung tâm có thể được
biểu thị bằng chữ cái c chứa M CUEs và K cặp D2D phân phối ngẫu nhiên, và C’
các eNB xung quanh (cell), mỗi với M’ CUEs và K’ cặp D2D. Tập hợp các cặp
CUE và D2D trong cell trung tâm được có thể biểu thị bằng ={1,...,M} và
={1,...,K} tương ứng. Tập hợp các cặp CUE và D2D trong mỗi cell liền kề có thể
được biểu thị bằng M’={1,...,M’} và K’={1,...,K’}, tương ứng. Gọi p m,n; pk,n; và pc,n
biểu thị quá trình truyền năng lượng của CUE m, D2D Tx k, và eNB c trên kênh
phụ n, tương ứng. Hơn nữa, p m’,n và pk’,n là sự truyền năng lượng của CUE m’ và
D2D Tx k’ sử dụng kênh phụ n trong cell liền kề c’. N0 và B có thể mật độ công
suất nhiễu và băng thông kênh phụ, tương ứng.
Không có nhiễu đồng kênh giữa các CUE trong một ô nhưng có thể có sự can thiệp
đồng kênh giữa CUE và một cặp D2D chia sẻ các tài nguyên radio tương tự trong
một ô. Hơn nữa, có thể có nhiễu đồng kênh đến từ các cặp CUE và D2D của các tế
bào lân cận; Điều này có thể phụ thuộc vào chương trình tái sử dụng tần số được
thông qua theo một yếu tố F. Chúng ta nghiên cứu hệ thống trong 'điều kiện bão

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/47

hòa' để cả hai M ≥ N và K ≥ N (M’≥ N và K’≥N) có thể đánh giá sự phân bổ
nguồn lực và khả năng tương ứng trong một điều kiện mà mỗi tiểu -carrier được sử
dụng bởi cả CUE và một D2D (underlay mode) trong mỗi chu kỳ có thể phân bổ.
Đây là dĩ nhiên là kịch bản có thể quan trọng nhất từ quan điểm can thiệp.
Vị trí CUE được chọn ngẫu nhiên có thể trong một cell theo phân bố đều. Ngoài ra
các vị trí D2D Tx được chọn trong một cell có thể theo phân bố đều. Sau đó, có thể
đối với mỗi D2D Tx, chúng ta phải xác định vị trí của D2D Rx tương ứng theo sơ

đồ sau: D2D Rx được phân bố đều quanh D2D Tx trong khoảng cách từ tối thiểu
đến tối đa.
Đường dẫn Mô hình tổn thất tạm thời của Đại học Stanford (SUI) (trường hợp
'trung gian' với chiều cao ăng ten eNB là 40 m và chiều cao ăng ten CUE là 1,5 m)
có thể được sử dụng cho các liên kết giữa CUE và eNB và giữa CUE và D2D. Thay
vào đó, mô hình tổn thất đường dẫn WINNER II (trường hợp A1 NLOS) được sử
dụng theo như cho các liên kết giữa D2D Tx và D2D Rx. Độ lợi của các kênh có thể
khác nhau được xác định dựa trên cơ sở các mô hình tổn thất đường dẫn và có thể
được sử dụng để xác định SINR như được mô tả trong phần phụ tiếp theo. Chúng
tôi cho rằng khi SINR dưới SINRmin nhất định, không có khả năng giao tiếp giữa
người gửi và người nhận (điều kiện ngừng hoạt động).
3.2.2 Mô hình SINR
Theo tài liệu thì các mô tả dưới đây đã được các công thức SINR cho CUE và D2D
cặp trong truyền dẫn UL. Tại hình 3-2, chúng ta biểu thị sự tăng công suất kênh
phân biệt bằng cách ba trường hợp dưới đây:
Các tín hiệu hữu ích (useful signals): |h m,n |2 và |hk,n|2 là sự biểu thị đã được cho sự
tăng công suất sử dụng được kênh phụ n từ CUE m tới eNB c và sự tăng công suất
của cặp D2D sử dụng kênh phụ được theo các mô hình tổn hao đường truyền tương
ứng.

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/47

Các tín hiệu nhiễu tại eNB (Interfering signals at the eNB): ký hiệu |h Dk,n |2, |hDk’,n,c’|2
và |hC m’,n,c’|2 là biểu thị đã được các mức công suất của trong một cell D2D Tx k, cell
liền kề CUE m' với eNB trung tâm sử dụng được kênh phụ n.

Tín hiệu nhiễu tại D2D Rx (Interfering signals at the eNB): |h Cm,n |2, |hDm’,n,k,c’ |2 và |
hDk’,n,k,c’|2 là thể hiện cho các công suất đã được tăng của tín hiệu nhiễu từ CUE m,
CUE m' (trong các cell từ lân cận), và D2D Tx k' (trong các cell lân cận luôn)
hướng tới D2D Rx k bằng cách sử dụng của kênh phụ n.
3.3 Kỹ thuật underlay mode và cellular mode
3.3.1 Kỹ thuật underlay mode
Trong underlay mode, hai người dùng trong cùng 1 cell thì khi sử dụng công nghệ
D2D giao tiếp trực tiếp với chế độ có thể sử dụng lại được kênh phụ của truyền
CUE hiện có. Do đó, sẽ xảy ra có nhiễu ngay trong cell đồng kênh đó giữa cặp D2D
và truyền của cặp CUE.

Hình 3-2: Mô hình nhiễu cho chế độ lớp phủ D2D [17]

SINR của CUE m tại trạm thu phát eNB trên kênh phụ n là:

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/47

Trong đó, C’ là số các cell liền kề (nhiễu) mà ta thiết lập, M’ là số lượng những
CUE trong mỗi cell liền kề lân cận với cell trung tâm, K’ là số lượng của những
D2D trong mỗi cell liền kề, = {0,1} biểu thị cho cặp D2D k truyền dẫn dùng kênh
phụ n tại trạm thu phát eNB trung tâm c hoặc không, ≤ 1, với mọi n, biểu thị CUE
m’ sử dụng kênh phụ n hoặc không trong các cell liền kề mà ta có, và là sự biểu thị
nơi cặp D2D k’ dùng kênh phụ n hay không trong cell liền kề đó.
SINR tại D2D Rx trên kênh phụ n cho kết quả theo biểu thức sau:

Trong đó,

n,m

= {0,1} biểu thị cho CUE m được sử dụng kênh phụ n tại cell trung

tâm hoặc không, ≤ 1 mọi n, là sự biểu thị CUE m’ sẽ sử dụng kênh phụ n hay
không trong cell liền kề, và là sự biểu thị cho cặp D2D k’ sử dụng trong kênh phụ n
hay không trong cell liền kề c’.
Chúng ta cũng cần lưu ý rằng ma trận và phụ thuộc vào sự thiết lập lập trình mô
phỏng và ghép các chương trình đó lại để có thể quyết định các CUE và các cặp
D2D để có thể được phục vụ trên mỗi khoảng thời gian TTI và gán được kênh phụ n
cho nó. Những ma trận được thiết lập và cập nhật trên những cơ sở dữ liệu của các
dự án quản lý tài nguyên đã có.
Nếu SINR>SINRmin, thì lưu lượng của một kênh phụ n sẽ có thể được xác định được
theo giá trị SINR với biểu thức Shannon như [12]:

Tìm Hiểu Công Nghệ Vô Tuyến Từ Thiết Bị
Đến Thiết Bị D2D Ứng Dụng Trong Mạng 5G