Tải bản đầy đủ (.pdf) (9 trang)

Phương thức lựa chọn relay trong truyền thông D2D với đa truy nhập phi trực giao

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (727.08 KB, 9 trang )

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>ĐẠI HỌC SÀI GÒN </b> <b>OF SAIGON UNIVERSITY </b>


Số 71 (05/2020) No. 71 (05/2020)


<i>Email: ; Website: />


<b>PHƯƠNG THỨC LỰA CHỌN RELAY TRONG TRUYỀN THÔNG D2D </b>
<b>VỚI ĐA TRUY NHẬP PHI TRỰC GIAO </b>


<i><b>Relay selection method in D2D communications with </b></i>
<i><b>non-orthogonal multiple access </b></i>


ThS. Phạm Minh Triết(1), ThS. Đặng Hữu Phúc(2), ThS. Kim Anh Tuấn(3)


(1),(2),(3)<sub>Trường Đại học Trà Vinh</sub>


<b>TĨM TẮT </b>


Truyền thơng trực tiếp giữa các thiết bị với phương thức đa truy nhập phi trực giao (NOMA) thu hút rất
nhiều sự quan tâm và là ứng cử viên cho mạng thế hệ thứ 5 (5G). Trong nghiên cứu này chúng tôi muốn
đưa ra phương pháp để chọn được kênh truyền tốt nhất giữa các thiết bị người dùng thông qua các bộ
chuyển tiếp khuếch đại (AF) dựa trên mơ hình NOMA. Nghiên cứu cũng phân tích đánh giá hiệu suất
của sơ đồ NOMA với các thông số của kênh truyền gần như hồn hảo, phân tích xác suất dừng và các
yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống để xây dựng các mơ hình tốn học dựa trên mơ hình hệ
thống theo phương pháp xác suất, sau đó thực hiện so sánh mơ phỏng Monte-Carlo để cho ra kết quả
phù hợp.


<i><b>Từ khóa: 5G, D2D, NOMA, relay, xác suất dừng </b></i>
<b>ABSTRACT </b>


Direct communication between the device to device with the non-orthogonal multi-access method
(NOMA) has attracted a lot of interest and is a candidate for the 5th generation network (5G). This


study had proviedea method to select the best transmission channel between user devices through
amplifying and forward (AF) based on the NOMA scheme. The study also analyzed the performance
evaluation of the NOMA diagram assuming perfect transmission channel estimation, calculated the
probability of stopping the device and the factors affecting the performance of the magnetic system.
Therefore, building a mathematical models based on the system model by probability method and
compared to Monte-Carlo simulation.


<i><b>Keywords: 5G, D2D, NOMA, relay, outage probability </b></i>


<b>1. Giới thiệu</b>


Đa truy nhập không phụ thuộc vào yếu
tố trực giao và truyền thông giữa các thiết
bị đã thu hút nhiều sự chú ý trên thế giới là
một trong những công nghệ quan trọng
trong mạng thế hệ mới. Đây được coi là
một trong những công nghệ hiện đại được
áp dụng trong các mạng di động với mục


</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

thiết bị có thể truy cập vào mạng cùng lúc.
Để cải thiện hiệu suất của hệ thống các tác
giả trong [1] đã nghiên cứu giải pháp sử
dụng NOMA kết hợp với mạng đa anten. J.
Men và J. Ge đã đề xuất sơ đồ mới đó là
C-NOMA nhằm tối ưu tham số phân chia
công suất phát [2].


Nghiên cứu về cải thiện công suất
truyền trong mơ hình các mạng chuyển tiếp
[3] được mơ tả bởi nhóm Ding giúp tối ưu


về năng lượng của hệ thống. Trong thực tế
hệ thống LTE và các hệ thống khác thì
khơng thể thiếu những kỹ thuật tiên tiến
như kỹ thuật lựa chọn các thiết bị thu phát,
kỹ thuật lựa chọn trạm relay, kỹ thuật chọn
mơ hình.v.v. Vì vậy Nguyen và các cộng
sự [4] đã thực hiện phân tích về phương
pháp chọn relay dựa trên NOMA kết quả
cho thấy relay và NOMA cải thiện được
hiệu năng của hệ thống, kết quả đã xây
dựng được phương trình tốn học tính xác
suất dừng và đưa ra giải pháp bộ chuyển
tiếp giải mã Decode-and-Forward (DF)
trong sơ đồ hai giai đoạn. Cũng liên quan
đến kỹ thuật lựa chọn relay T. L. Nguyen
và Dinh-Thuan Do [5] đã nghiên cứu và
đưa ra phương trình tiệm cận và gần đúng
của tổng tốc độ trung bình trong chế độ
Amplifying-and- Forward (AF). Nhóm
S.Lee [6] đã nghiên cứu mơ hình kết hợp
lựa chọn relay trong NOMA dựa trên các
yếu tố về tương quan kênh Fading sau đó
tính tốn xác xuất dừng của mơ hình dựa
trên hai giai đoạn.


Những kết quả của các tác giả trên cho
thấy hiệu suất của mô hình phụ thuộc vào
phương pháp chọn relay. Sơ đồ đấu nối
Device To Device (D2D) được coi là một
kỹ thuật tiên tiến giúp giảm lượng dữ liệu


truyền trong mạng nhờ các thiết bị gần
nhau truyền không cần thông qua các bộ
điều khiển trạm gốc.


Tận dụng ưu điểm của D2D và NOMA
[7]. Trong nghiên cứu này chúng tôi cung
cấp một sơ đồ D2D-NOMA với phương
thức là tín hiệu truyền từ thiết bị phát đến
các thiết bị thu thông qua các trạm relay và
đưa ra phương pháp lựa chọn phù hợp với
ảnh hương của kênh Fading Rayleigh xác
định. Với sơ đồ này chúng tôi đã khắc phục
được hạn chế của Men và Ge [2] vì mơ
hình này dùng đa anten phát đa anten thu
nên chi phí hệ thống sẽ rất cao và rất phức
tạp để tách tín hiệu ở đầu thu. Ngoài ra kết
quả nghiên cứu này sẽ giải quyết vấn đề sử
dụng hiệu quả phổ, xây dựng được công
thức tính xác suất dừng gần đúng nhất và
các công thức này được kiểm chứng bằng
phương pháp mô phỏng để xác định tính
chính xác của phân tích trong NOMA. Ưu
điểm của sơ đồ D2D-NOMA là có thể tìm
được lựa chọn kênh truyền tốt nhất.


<b>2. Mơ hình hệ thống </b>


Mơ hình cơ bản của đường xuống một
hệ thống NOMA bao gồm một thiết bị
(<i>U</i><sub>0</sub>), nhiều thiết bị khác (<i>U</i>1, <i>U</i>2…) được



đặt cách (<i>U</i><sub>0</sub>) một khoảng xa và <i>N</i> thiết bị


đặt ở trung gian giữa (<i>U</i>0) và (<i>U</i>1, <i>U</i>2…)


(R ,1 <i>R</i>2,...,<i>RN</i> với <i>N</i> 1), <i>U</i>0 muốn truyền


dữ liệu của đến (<i>U</i><sub>1</sub>, <i>U</i><sub>2</sub>…) sẽ được truyền


đến một trong <i>N</i> bộ chuyển tiếp, nó khơng


thể truyền ngay đến thiết bị <i>U</i>1, <i>U</i>2và <i>Ui</i>


bởi vì chúng có khoảng cách rất xa. Mỗi
thiết bị chỉ có một anten nên sẽ hoạt động ở
chế độ bán song công. Trong kiến trúc của
NOMA nó bao gồm hai khe thời gian liên
tiếp. Vì vậy lựa chọn thiết bị chuyển tiếp
được dựa vào một số thông số để lựa chọn.
Trong bài báo này để đơn giản trong q
trình tính tốn nên tác giả chọn hai thiết bị
di động ở xa (<i>U</i>0) để tính tốn đó là (<i>U</i>1,


2


</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

của kênh Fading, nhiễu trắng giữa <i>U</i>0 và


<i>N</i>


<i>R</i> là <sub>0</sub> (0, <sub>0</sub> )



<i>N</i> <i>N</i>


<i>U R</i> <i>U R</i>


<i>h</i>  <i>CN</i>  Fading


0


(0, )


<i>N</i>


<i>R</i> <i>CN</i> <i>N</i>


<i>M</i>  , nhiễu trắng giữa <i>RN</i> và <i>Ui</i>,


1,2


<i>i</i> là (0, )


<i>N</i> <i>i</i> <i>N</i> <i>i</i>


<i>R U</i> <i>R U</i>


<i>g</i>  <i>CN</i>  và (0, <sub>0</sub>)


<i>N</i> <i>i</i>


<i>R U</i> <i>CN</i> <i>N</i>



<i>M</i>  .


1


<i>U</i> và <i>U</i><sub>2</sub> kết hợp với nhau dựa vào


NOMA.


<b>Hình 1.</b> Mơ hình hệ thống NOMA lựa chọn relay [8]


Trong khe thời gian thứ nhất, <i>U</i>0 sẽ


gửi dữ liệu của nó đến các R ,1 <i>R</i>2,...,<i>RN</i> được
thực hiện theo công thức sau:


0 1 0 01 2 0 02


<i>U</i> <i>U</i> <i>U</i> <i>U</i> <i>U</i>


<i>x</i>  <i>P x</i>   <i>P x</i> (1)


Với 1 và 2 là các hệ số phân bố


công suất.


01
<i>U</i>


<i>x</i> và <i>xU</i>02 là dữ liệu cho <i>U</i>1 và <i>U</i>2.



0
<i>U</i>


<i>P</i> là công suất phát của <i>U</i>0.


Dựa vào NOMA ta giả định   1 2 với


1 2 1
    .


Tại<i>R<sub>N</sub></i> tín hiệu nhận được là:




0 0


0 1 0 01 2 0 02


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>N</i> <i>N</i>


<i>R</i> <i>U R</i> <i>U</i> <i>R</i>


<i>U R</i> <i>U</i> <i>U</i> <i>U</i> <i>U</i> <i>R</i>


<i>y</i> <i>h</i> <i>x</i> <i>M</i>


<i>h</i> <i>P x</i> <i>P x</i> <i>M</i>



 


     (2)


Giả định công suất truyền là như nhau,


1 2 ... <i>N</i> 0


<i>R</i> <i>R</i> <i>R</i> <i>U</i>


<i>P</i> <i>P</i>  <i>P</i> <i>P</i> <i>P</i>. Tín hiệu trên nhiễu


trung bình SNR


0


0


<i>U</i>
<i>P</i>
<i>N</i>


  , và biến ngẫu


nhiên là


0 0


2



<i>N</i>


<i>N</i> <i>U</i> <i>U R</i>


<i>H</i>  <i>h</i> và


0


2
<i>N</i> <i>i</i>


<i>iN</i> <i>U</i> <i>R U</i>


<i>Q</i>  <i>g</i> của


tín hiệu trên nhiễu cho <i>U</i>0<i>RN</i> và


<i>N</i> <i>i</i>


<i>R</i> <i>U</i> .


Trong khe thời gian thứ hai SINR tại
<i>N</i>


<i>R</i> của đường liên kết chọn <i>xU</i>01 được tính


như sau:


0 01


1
,


2 1


<i>N</i> <i>U</i>


<i>N</i>
<i>U R</i> <i>x</i>


<i>N</i>


<i>H</i>
<i>H</i>


  


  (3)


Tại <i>RN</i> của đường liên kết <i>xU</i>02 SINR


được tính bằng cách triệt nhiễu liên tiếp và
được tính như sau:


0 <i>N</i>,<i>U</i>02 2


<i>U R</i> <i>x</i> <i>HN</i>


  <sub> (4) </sub>



Với tín hiệu truyền tới từ <i>U</i>0, bộ


chuyển tiếp sẽ truyền


<i>N</i> <i>N</i>


<i>R</i> <i>N</i> <i>R</i>


<i>x</i> <i>G y</i> đến (<i>U</i><sub>1</sub>,


2


<i>U</i> ), độ lợi của bộ chuyển tiếp tại khe thời


</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

0 0
2
2
0
<i>N</i>
<i>N</i>
<i>R</i>
<i>N</i>


<i>U</i> <i>U R</i>


<i>P</i>
<i>G</i>


<i>P</i> <i>h</i> <i>N</i>





 (5)


Thơng tin tín hiệu được truyền đến <i>U</i>1


và <i>U</i><sub>2</sub> thông qua bộ chuyển tiếp bởi <i>R<sub>N</sub></i>


như sau:


1 1 1


1 0 0 01


1 0 0 02 1 1


1


2


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>N</i> <i>N</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>R U</i> <i>R U</i> <i>R</i> <i>R U</i>


<i>R U</i> <i>U R</i> <i>U</i> <i>U</i>



<i>R U</i> <i>U R</i> <i>U</i> <i>U</i> <i>R U</i> <i>R</i> <i>R U</i>


<i>y</i> <i>g</i> <i>x</i> <i>M</i>


<i>Gg</i> <i>h</i> <i>P x</i>


<i>Gg</i> <i>h</i> <i>P x</i> <i>Gg</i> <i>M</i> <i>M</i>


 


 


    (6)


2 2 2


2 0 0 01


2 0 0 02 2 2


1


2


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>N</i> <i>N</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>



<i>R U</i> <i>R U</i> <i>R</i> <i>R U</i>


<i>R U</i> <i>U R</i> <i>U</i> <i>U</i>


<i>R U</i> <i>U R</i> <i>U</i> <i>U</i> <i>R U</i> <i>R</i> <i>R U</i>


<i>y</i> <i>g</i> <i>x</i> <i>M</i>


<i>Gg</i> <i>h</i> <i>P x</i>


<i>Gg</i> <i>h</i> <i>P x</i> <i>Gg</i> <i>M</i> <i>M</i>


 


 


   


Theo khe thời gian thứ nhất SINR ở


1


<i>U</i> của đường truyền từ trạm chuyển tiếp


đến <i>U</i><sub>1</sub> được tính như sau:


1 01


1 1
,



2 1 1 1


<i>N</i> <i>U</i>


<i>N</i> <i>N</i>


<i>R U x</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>H Q</i>


<i>H Q</i> <i>H</i> <i>Q</i>


  


    (7)


SINR ở <i>U</i>2 của đường truyền từ trạm


chuyển tiếp đến <i>U</i>2 để loại bỏ <i>xU</i>01, được


tính như sau:


2, 01 02


1 2


2 2 2 1



<i>N</i> <i>U</i>


<i>N</i> <i>N</i>


<i>R U x</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>H Q</i>


<i>H Q</i> <i>H</i> <i>Q</i>






   
2 02
2 2
,


2 1


<i>N</i> <i>U</i>


<i>N</i> <i>N</i>
<i>R U</i> <i>x</i>


<i>N</i> <i>N</i>



<i>H Q</i>


<i>H</i> <i>Q</i>


  


  (8)


<b>3. Xác suất dừng hoạt động </b>


Để đảm bảo được các yêu cầu về chất
lượng dịch vụ đòi hỏi phải xem xét đến yếu
tố xác suất dừng [8]. Vì vậy mỗi thiết bị
trong mơ hình sẽ được cung cấp các
ngưỡng SNR riêng


<i>i</i>
<i>th</i>


 ,<i>i</i>1, 2. Bước kế


tiếp sẽ phân tích xác suất dừng của hai thiết


bị được gửi dữ liệu đến là <i>U</i>1 và <i>U</i>2. Khi


phân tích mơ hình ta giả định các ngưỡng


SINR của (<i>U</i>1, <i>U</i>2) là như nhau



1 2


<i>th</i> <i>th</i> <i>th</i>


   .


<i><b>3.1. Xác suất dừng ở </b>U</i>1<i><b> để lấy được </b></i>


<i><b>tín hiệu </b>xU</i><sub>01</sub>


Đầu tiên ta tính được xác suất dừng ở


nút chuyển tiếp được chọn <i>R<sub>N</sub></i>*có liên quan


đến tín hiệu <i>xU</i><sub>01</sub>và <i>xU</i>02.


Các hàm phân phối tích lũy (CDFs)


của biến ngẫu nhiên *


<i>N</i>


<i>H</i> và *


<i>iN</i>


<i>Q</i> theo công


thức trên là:

 



0 *
0 *
1
1
1 exp
1 exp


1 ( )


<i>N</i>
<i>N</i>
<i>N</i>
<i>th</i>
<i>H</i> <i>th</i>
<i>n</i>
<i>n</i>
<i>N</i>
<i>U R</i>
<i>N</i>
<i>n</i> <i>U</i>
<i>th</i>
<i>R</i>
<i>F</i>
<i>N</i>
<i>n</i>









  
  
  
 <sub></sub> <sub></sub>
 
 
    
 

 
  <sub></sub>


 
*
exp
1
<i>i</i>
<i>iN</i>
<i>N</i>
<i>t</i>
<i>R</i>
<i>Q</i> <i>th</i>
<i>U</i>
<i>h</i>


<i>F</i>  





 
<sub></sub> 
 




 (9)


Trong đó


*


0<i>R<sub>N</sub></i> 0 <i>U</i>0<i><sub>N</sub></i>


<i>U</i>  <i>U</i> <i>R</i>


  <sub></sub>và <sub>*</sub><i><sub>i</sub></i> <sub>0</sub> <sub>*</sub><i><sub>i</sub></i>


<i>N</i> <i>N</i>


<i>R U</i> <i>U</i> <i>R U</i>


  


đại diện giá trị trung bình SNRs của các
đường từ <i>U</i>0<i>RN</i>*và<i>RN</i>* <i>Ui</i>.



Trong mơ hình NOMA xác suất dừng
sẽ xảy ra nếu thực hiện chuyển tiếp khơng
thành cơng, vì vậy xác suất dừng được tính
tốn bằng cơng thức sau:


<sub>1</sub>

<sub>,</sub>  


01 1 01


1 <i>R U xN</i> ,<i>U</i> <i>th</i> <i>R U xN</i> <i>U</i> <i>th</i>


<i>O</i>  <i>Pr</i>    <i>F</i>  (10)


Trong đó
 
 



* *
,
1 01
* * * *
1 1


2 1 1


1 2
1 1
Pr
P


1
r


<i>R U xN</i> <i>U</i>


<i>N</i> <i>N</i>


<i>th</i> <i>th</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>th</i> <i>th</i> <i>th</i> <i>th</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>H Q</i>


<i>H Q</i> <i>H</i> <i>Q</i>


<i>H</i> <i>Q</i> <i>Q</i>


<i>F</i> 


  


  
 
 <sub></sub>   
   


   
 




 (11)


Dựa vào công thức (11), nếu


 


1<i>N</i> 1 2 <i>th</i> <i>th</i> 0


<i>Q</i> <sub></sub>       thì xác suất dừng sẽ
chắc chắn xảy ra, trong khi nếu


 


1<i>N</i> 1 2 <i>th</i> <i>th</i> 0


<i>Q</i> <sub></sub>      hoặc <sub>1</sub>


1 2


<i>th</i>


<i>th</i>
<i>N</i>



<i>th</i>


<i>Q</i>  




    


</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

 


   


 


  <sub> </sub>


,


1 01 1


1
1 1
1 1
1 2
1
1
1


<i>R U xN</i> <i>U</i> <i>N</i>



<i>N</i> <i>N</i>


<i>th</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>th</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>th</i>
<i>th</i>
<i>th</i> <i>Q</i>
<i>th</i> <i>th</i>
<i>H</i> <i>Q</i>
<i>th</i> <i>th</i>
<i>th</i>


<i>Q</i> <i>H</i> <i>Q</i>


<i>th</i>


<i>th</i>
<i>th</i>


<i>Q</i> <i>H</i> <i>Q</i>


<i>th</i>
<i>F</i> <i>F</i>
<i>z</i>


<i>F</i> <i>f</i>
<i>z</i>
<i>z</i>
<i>F</i> <i>F</i>
<i>z dz</i>
<i>z dz</i>
<i>z dz</i>
<i>f</i>
<i>z</i>
<i>z</i>


<i>F</i> <i>F</i> <i>f</i>


<i>z</i>




 
 
 






 
  
  





 
 <sub></sub> <sub></sub>
 
  
 <sub></sub> <sub></sub>
   
 
 
 

 
 <sub> </sub>
   
  <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
 
 
 <sub></sub> 
 <sub></sub>  
  <sub></sub> <sub></sub>
   <sub></sub> 








(12)


Với <i>f</i> là hàm mật độ xác suất (PDF)


của kênh ,   1 <i>x</i>


<i>f</i> <i>x</i> <i>e</i> 




 .
Ta được:
 
  <sub> </sub>
 
0 *
*1
0
,


1 01 1


1
*
1
1
1
1
1 1
1


exp
1
1 1
1
ex
(
)
p
)
(
<i>R U xN</i> <i>N</i>


<i>N</i>
<i>N</i>
<i>U</i>
<i>th</i>
<i>N</i>
<i>N</i>
<i>th</i>
<i>th</i> <i>Q</i>
<i>n</i>
<i>th</i>
<i>Q</i>
<i>th</i>
<i>n</i>
<i>th</i>
<i>t</i>
<i>N</i>
<i>n</i>
<i>h</i>


<i>U R</i>
<i>N</i>


<i>n</i> <i>R U</i>


<i>U R</i>
<i>N</i>
<i>n</i>
<i>z d</i>
<i>F</i> <i>F</i>
<i>z</i>
<i>n</i>
<i>f</i> <i>z</i>
<i>N</i>
<i>z</i>
<i>n</i>
<i>z</i>
<i>n</i>
<i>z</i>


 




 <sub></sub>









 
 <sub></sub> <sub></sub>
 

  <sub></sub> 

  
 
  
 

 <sub></sub> <sub></sub>
 <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub><sub></sub>
 
 
  <sub></sub> 
  
 <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub><sub></sub>
 
 

 
 <sub> </sub>

 

 <sub></sub>  <sub></sub>
 




 


*1


0 * *1


1
1


1
exp


1 ( 1
1


exp 2 2


)
<i>N</i>
<i>t</i> <i>N</i>
<i>N</i>
<i>h</i>
<i>n</i>
<i>t</i>
<i>R U</i>


<i>N</i>
<i>n</i>


<i>U R</i> <i>R U</i>


<i>h</i>
<i>z</i>
<i>d</i>
<i>k</i>
<i>N</i>
<i>N</i>
<i>n</i>
<i>z</i>

 

  



 
 
 
 
  
  
  
  
 <sub></sub> 
 


 
 

 


(13)
Trong đó


0 <i>N</i>* <i>N</i>* 1


<i>th</i> <i>th</i> <i>th</i>


<i>U R</i> <i>R</i> <i>U</i>


<i>n</i>


 


  


  


Kết quả xác suất dừng ở <i>U</i>1 để lấy


được tín hiệu


01


<i>U</i>



<i>x</i> được phân tích mơ tả như


sau:


 



0 * * 1


1


1 1


1


1
( )


1 1 exp 2 2


<i>N</i> <i>N</i>


<i>n</i>
<i>N</i>


<i>n</i> <i>U R</i>


<i>t</i>
<i>U</i>
<i>h</i>


<i>R</i>
<i>N</i>
<i>n</i>
<i>n</i>
<i>O</i> <i>N</i>
 
  

 <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub><sub></sub>
     
  
 
 
  <sub></sub> <sub></sub>
 


 (14)


<i><b>3.2. Xác suất dừng ở </b>U</i>2<i><b> để lấy được </b></i>


<i><b>tín hiệu </b></i>


02


<i>U</i>
<i>x</i>


Tại thiết bị <i>U</i>2 đầu tiên sẽ yêu cầu nhận


và loại trừ đi tín hiệu của <i>U</i>1, xác suất dừng



ở <i>U</i>2 phụ thuộc vào xác suất dừng ở giai


đoạn đầu tiên và giai đoạn thứ hai. Vì vậy


xác suất dừng ở <i>U</i>2được tính như sau:


2, 01 02



1 2


* 2, 02


2 <i>R U xN</i> <i>U</i> <i>th</i> <i>RNU</i> <i>U</i> <i>th</i>


<i>I</i> <i>I</i>


<i>x</i>


<i>O</i> <i>Pr</i>   <i>Pr</i>  




   (15)


Khi có xác suất dừng ở <i>U</i>1 để tìm được


tín hiệu <i>xU</i><sub>01</sub>, thì xác suất dừng ở <i>U</i>2 tìm


được tín hiệu



02


<i>U</i>


<i>x</i> theo công thức (16):



 


2,
0 *
0
* 2
012
1
1


1 1 1
1
1 1
1
ex
(
2 2
)
p
<i>N</i> <i>U</i>
<i>N</i> <i>N</i>


<i>R U x</i>


<i>N</i>
<i>n</i>
<i>U R</i>
<i>h</i>
<i>R</i>
<i>t</i>
<i>U</i>
<i>th</i>
<i>n</i>
<i>N</i>
<i>n</i>
<i>I</i> <i>Pr</i>
<i>n</i>
<i>N</i>
 
  
 



 
  
  
  
 
 

  
 <sub></sub> <sub></sub>


 


(16)
Trong đó


0 * * 2
1


<i>N</i> <i>N</i>


<i>th</i> <i>th</i> <i>t</i>


<i>U R</i> <i>R</i> <i>U</i>


<i>h</i>


<i>n</i>  


 


  


 


,
* 2 <sub>02</sub>


* *



,
* 2 <sub>02</sub>


* *
2 2
2
2
Pr
1


<i>R</i> <i>U</i> <i>x<sub>U</sub></i>
<i>N</i>


<i>R</i> <i>U</i> <i>x<sub>U</sub></i>
<i>N</i>
<i>th</i>
<i>N</i> <i>N</i>
<i>th</i>
<i>N</i> <i>N</i>
<i>H Q</i>
<i>H</i> <i>Q</i>


<i>I</i> <i>F</i>





  

 


 <sub></sub>  <sub></sub>


    (17)


 
 
 
 
*
*
,


* 2 02 *


*
0 *
2 2
2
2
2 2
2
2
2
1 2
2
2
1
1
Pr
1


1
1
1 (1) exp


<i>RNUxU</i>


<i>N</i> <i>N</i> <i>N</i>


<i>N</i>
<i>N</i>
<i>N</i>
<i>th</i> <i>N</i>
<i>N</i>
<i>th</i>
<i>th</i>
<i>th</i>


<i>Q</i> <i>Y</i> <i>Q</i>


<i>th</i>
<i>th</i>
<i>n</i>
<i>th</i>
<i>Q</i>
<i>t</i>
<i>N</i>


<i>n</i> <i>U R</i> <i>h</i>


<i>Q</i>


<i>H</i>


<i>Q</i>


<i>z</i>


<i>F</i> <i>F</i> <i>f</i> <i>z dz</i>


<i>z</i>
<i>z</i>
<i>n</i>
<i>F</i>
<i>F</i>
<i>n</i>
<i>z</i>
<i>N</i>











 






 
 <sub></sub> 
 
 
  

 
 
 <sub></sub> 
 
  <sub></sub> <sub></sub>
 <sub></sub>  <sub></sub> <sub></sub>
  <sub></sub>  <sub></sub>

 
  <sub></sub> 
  
  <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
 <sub></sub>      <sub></sub> <sub></sub>
  
  <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>

 



 
 


*2 0 *


2
2


*2


0 * *2
2
1 2
2
1
2
1
1


( ) ex


1
1


1 1 exp


1
1 1) exp


p
(
<i>N</i>


<i>N</i>
<i>t</i>
<i>t</i> <i>N</i>
<i>N</i> <i>N</i>
<i>h</i>
<i>N</i>
<i>h</i>
<i>N</i>


<i>n</i> <i>R U</i> <i>U R</i> <i>R U</i>


<i>N</i>


<i>n</i> <i>U R</i>


<i>Q</i>
<i>th</i>
<i>n</i>
<i>th</i>
<i>n</i>
<i>U</i>
<i>h</i>
<i>R</i>
<i>t</i>
<i>N</i> <i>z</i>
<i>n</i>


<i>f</i> <i>z dz</i>


<i>z</i>


<i>n</i>
<i>dz</i>
<i>n</i>
<i>N</i>
<i>z</i>
<i>n</i>



  
 











 
 
  
 
 

 
  <sub></sub> 

 <sub></sub> 
  
    <sub></sub> <sub></sub>
 <sub></sub> 
 <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
 
  <sub></sub><sub></sub> <sub></sub>
  <sub></sub> <sub></sub>
  <sub></sub> <sub></sub>
 
 
 


     
 <sub></sub>
 




 


2 1 2


2 <i>N</i> 2 


 
 
  <sub></sub>


 
(18)
Trong đó


0 * * 2


2 2


2


1


<i>N</i> <i>N</i>


<i>th</i> <i>th</i>


<i>U R</i> <i>R U</i>


<i>n</i> 





 

 
 <sub></sub>  <sub></sub>


 .<i>O</i>2 <i>I</i>1 <i>I</i>2 (19)



<i><b>3.3. Các tiêu chí để lựa chọn bộ relay </b></i>
Để tách tín hiệu


02


<i>U</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

nó sẽ thu được tín hiệu của


01


<i>U</i>


<i>x</i> sau đó sử


dụng bộ lọc SIC để tách tín hiệu của nó. Vì
thế, xác suất dừng để thu được tín hiệu có


liên quan đến <i>U</i>1 và <i>U</i>2 nên được thực hiện


như sau:


* 2 02 * 1 01 2, 01 02


1 <i>R U xN</i> ,<i>U</i> <i>th</i>, <i>R U xN</i> ,<i>U</i> <i>th</i>, <i>R U xN</i> <i>U</i> <i>th</i> 1 2


<i>S</i>       <i>O O</i>




      (20)



Tiêu chí lựa chọn relay được xác định
như sau:


0


*


arg max


<i>N</i>


<i>U R</i>


<i>n</i>   and *


1,2...,N
max <i><sub>n</sub></i>
<i>n</i>


<i>n</i>


<i>H</i> <i>H</i>




 (21)


Trong đó



0 <i>N</i>
<i>U R</i>


 là SNR tại bộ chuyển


tiếp <i>N. </i>


<b>4. Kết quả mô phỏng </b>


Trong phần này để mô tả xác suất
dừng và phương thức lựa chọn relay trong
truyền thông D2D được thực hiện bằng
phương pháp mô phỏng tiến hành tương
ứng. Các tham số được xác định giá trị cụ
thể để đưa ra các kết quả tương ứng để có
sự so sánh phù hợp. Những kết quả mô
phỏng được xử lý bằng phần mềm Matlab


dựa trên các công thức đã đưa ra sau đó so
sánh với phương pháp mô phỏng Monte
Carlo. Phương pháp mô phỏng Monte
Carlo là phương pháp thử thống kê biểu
diễn nghiệm các bài toán dưới dạng các
tham số và sử dụng dãy số ngẫu nhiên để
xây dựng mẫu từ đó thu được ước lượng
thống kê của các tham số. Nói cách khác,
phương pháp Monte Carlo cung cấp những
lời giải gần đúng cho các bài toán bằng
cách thực hiện các thí nghiệm lấy mẫu
thống kê sử dụng số ngẫu nhiên và được


thực hiện bằng các cơng cụ tốn học.


Trong bài báo này tất cả những kết quả
mô phỏng đã được xử lý thơng qua việc lấy
trung bình của các thử nghiệm ngẫu nhiên


trong khoảng 6


10 . Trong bài báo này những


kết quả của nhóm tác giả được dùng để
đánh giá hiệu suất dừng của hai thiết bị
cách xa trong mơ hình NOMA với những
kết quả có được theo phương pháp mô
phỏng Monte Carlo.


</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Trong Hình 2 kết quả mô phỏng hiển


thị xác suất dừng SNR <i>U</i><sub>0</sub> khi số lượng


các bộ chuyển tiếp thay đổi giúp chuyển
tiếp tín hiệu để truyền thông giữa thiết bị
gần với thiết bị xa. Trong mô phỏng này
tác giả phân bổ công suất trong mơ hình
NOMA cho các thiết bị ở xa và kết quả cho
thấy mơ hình được đưa ra với nhiều trạm
chuyển tiếp sẽ có nhiều ưu điểm so với mơ
hình chỉ dùng một nút relay. Khi SNR lớn


thì khoảng cách hiệu suất sẽ tăng từ trong


Hình 2 ta thấy rằng xác suất dừng ở số
lượng relay bằng hai hoặc ba gần như nhau
điều này có nghĩa là xác suất dừng chỉ xảy
ra ở số lượng chuyển tiếp ít. Trong Hình 2
chứng tỏ rằng D2D-NOMA giúp tăng đáng
kể hiệu suất dừng ở thiết bị thứ nhất với
SNR cao. Đặc biệt là các đường cong dựa
theo phân tích hồn tồn tương ứng với kết
quả theo mơ phỏng Monte-Carlo.


<b>Hình 3.</b> Xác suất dừng tại <i>U</i>2,  1 0.8, <i>U R</i>0 <i>N</i> 1,<i>R UN</i> 2 1,<i>th</i>1.


Trong hình trên khi số lượng relay
cao thì xác suất dừng để tách tín hiệu của


2


<i>U</i> được cải thiện với tất cả các SNR có


</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

<b>Hình 4.</b> So sánh xác suất dừng giữa <i>O</i>1 và <i>O</i>2,  1 0.8, <i>U R</i>0 <i>N</i> 1,<i>R UN</i> 1 10,<i>R UN</i> 2 1.


Trong Hình 4 cho thấy số lượng nút
chuyển tiếp trong mơ hình sẽ ảnh hưởng
nhiều đến xác suất dừng ở tất cả các SNR.
Với số lượng trạm chuyển tiếp được chọn
tại các giá trị SNR cụ thể của thiết bị phát,


tại <i>U</i>1 và <i>U</i>2có xác xuất dừng là gần giống


nhau và chỉ khác khi SNR lớn và chúng ta


thấy rằng việc thay đổi số lượng trạm
chuyển tiếp trong mơ hình D2D-NOMA
làm ảnh hưởng đến xác suất dừng của cả
mơ hình và xác suất dừng sẽ được cải thiện
khi SNR tăng đáng kể.


</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Trong Hình 5 mô phỏng xác suất dừng
của hệ thống D2D-NOMA trong trường hợp
dùng một bộ relay và dùng ba bộ relay. Kết
quả trên cho thấy hệ thống D2D-NOMA khi
sử dụng ba bộ relay thì xác suất dừng của hệ
thống được cải thiện rất nhiều so với hệ
thống chỉ sử dụng một bộ relay.


<b>5. Kết luận </b>


Trong bài báo này tác giả đã xây dựng
mô hình kết hợp D2D và NOMA để đạt
được mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả
phổ của mô hình và đã xây dựng được sơ
đồ lựa chọn nút chuyển tiếp để có được


điều kiện kênh truyền tốt nhất cho các thiết
bị. Hiệu suất của mơ hình đưa ra được
đánh giá dựa vào việc phân tích xác suất
dừng trong các phép toán, các hệ số phân
bố xác suất và xác suất dừng của mơ hình.
Thơng qua mơ phỏng đã chứng minh rằng
các kết quả của tác giả đưa ra là phù hợp.
Kết quả mơ phỏng có thể dễ dàng nhận ra


rằng số lượng nút chuyển tiếp sẽ ảnh
hưởng lớn đến hiệu suất của mơ hình. Mơ
hình tác giả đưa ra có thể làm tăng hiệu quả
phổ của hệ thống dựa trên sơ đồ
D2D-NOMA.


<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO </b>


[1] J. B. Kim, M. S. Song, I-H Lee, “Achievable rate of best relay selection for


non-orthogonal multiple access-based cooperative relaying systems”, <i>International </i>


<i>conference on information and communication technology convergence (ICTC), </i>960–
962, 2016.


[2] J. Men, J. Ge, “Non-orthogonal multiple access for multiple-antenna relaying


networks”, <i>IEEE Communications Letters, </i>19(10), 1686–1689, 2015.


[3] Z. Ding, H. Dai, H. V. Poor, “Relay selection for cooperative NOMA”, <i>IEEE </i>


<i>Communications Letters, </i>5(4), 416–419, 2016.


[4] Tan. N. Nguyen, Dinh-Thuan Do, P. T. Tran and M. Voznak, “Time Switching for


Wireless Communications with Full-Duplex Relaying in Imperfect CSI Condition”,


<i>KSII Transactions on Internet and Information Systems, </i>10(9), 4223-4239, 2016.


[5] T. L. Nguyen, Dinh-Thuan Do, “A new look at AF two-way relaying networks: energy



harvesting architecture and impact of co-channel interference”, <i>Annals of </i>


<i>Telecommunications, </i>72(11), 669-678, 2017.


[6] S. Lee, D. B. da Costa, T. Q. Duong, “Outage probability of Non-Orthogonal Multiple


Access Schemes with partial Relay Selection”, <i>2016 IEEE 27th Annual International </i>


<i>Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC)</i>, 1–6,
2016.


[7] M. Xu, F. Ji, M. W. Wen, W. Duan, “Novel receiver design for the cooperative


relaying system with non-orthogonal multiple access”, <i>IEEE Communications Letters, </i>


20(8), 1679–1682, 2016.


[8] Deyue Zou, Dan Deng, Yanyi Rao, Xingwang Li, Kai Yu, “Relay selection for


cooperative NOMA system over correlated fading channel”, <i>Article in Physical </i>


<i>Communication, </i>1-7, 2019.


</div>

<!--links-->

×