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 PHẦN 1. TỔNG QUAN CHUNG PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN PHẦN 3: KẾT LUẬN NỘI DUNG BÁO CÁO GỒM 3 PHẦN: 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. 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. 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. TRUYỀN DẪN HỢP TÁC TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Hình 1: 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 phân tập không gian. TRUYỀN DẪN HỢP TÁC TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Hình 2: Truyền dẫn hợp tác giữa hai người sử dụng 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) CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP Phương pháp dò tìm và chuyển tiếp: Hình 3. 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). CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP 2. Phương pháp khuếch đại và chuyển tiếp: Hình 4. 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. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP 3. Phương pháp hợp tác nhờ mã hóa: Hình 5. 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. 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 ?. 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. 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. 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. 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. CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỞ TRONG MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC 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. ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG Lý do lựa chọn đề tài Lý do chọn cơ sở đào tạo Mục tiêu và mong muốn đạt được Dự kiến làm việc sau khi tốt nghiệp Lý do lựa chọn đề tài: Lý do lựa chọn đề tài Công nghệ truyền dẫn MIMO đang rất được thế giới quan tâm vì khả 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. Truyền dẫn hợp tác là một mô hình mới bắt nguồn từ ý niệm về việc tính chất quảng bá tự nhiên của kênh vô tuyến thiết lập thông tin giữa các node trợ giúp lẫn nhau, thực hiện quá trình truyền dẫn trong một mạng lưới phân tán nhưng có được những ích lợi giống như trong hệ thống MIMO. Trong mạng vô tuyến hợp tác, các thiết bị đầu cuối sử dụng các antenna phân tán thuộc các người dùng khác tạo nên các kênh truyền dẫn độc lập với trạm gốc. Mô hình hợp tác này tạo ra một phương pháp phân tập khá mới mẻ trong mạng vô tuyến. Chính vì vậy tôi chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa truyền dẫn trong mạng vô tuyến hợp tác MIMO”. Đây là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn và cấp bách hiện nay. PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG Lý do lựa chọn đề tài Lý do chọn cơ sở đào tạo Mục tiêu và mong muốn đạt được Dự kiến làm việc sau khi tốt nghiệp 2. Lý do chọn cơ sở đào tạo: Học viện kỹ thuật quân sự là trung tâm đào tạo cán bộ có uy tín hàng đầu của quân đội và của Nhà nước, hiện nay được xác định là trường trọng điểm quốc gia. Học viện kỹ thuật quân sự hiện có hơn 800 giảng viên, trong đó có gần 100 giáo sư, phó giáo sư, gần 300 tiến sỹ. Nhiều giáo sư, tiến sỹ là chuyên gia đầu ngành trên các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, kỹ thuật quân sự của quân đội và quốc gia. Những năm qua, Học viện đã được đầu tư cơ sở vật chất đồng bộ, hệ thống giảng đường, thư viện, phòng thí nghiệm, xưởng thực nghiệm, trung tâm nghiên cứu hiện đại đáp ứng yêu cầu giảng dạy, nghiên cứu khoa học của cán bộ, giảng viên, sinh viên và nghiên cứu sinh. 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 với hàng trăm tiến sỹ khoa học kỹ thuật, kỹ thuật quân sự. 2. Lý do lựa chọn cơ sở đào tạo Từ năm 2004 đến năm 2009 tôi đã được học đại học (văn bằng 2) ngành điện - điện tử và cao học ngành Kỹ thuật điện tử tại Học viện. Bản thân tôi đã quen với môi trường học tập, nghiên cứu chính quy hiện đại, kỷ luật nghiên túc của một nhà trường quân đội, được học tập, nghiên cứu khoa học dưới sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô trong Học viện. Tôi nhận thấy Học viện là một cơ sở đào tạo uy tín, là môi trường lý tưởng để tôi thực hiện nguyện vọng và hoài bão của mình. Chính vì vậy tôi đã đăng ký dự tuyển và mong muốn được đào tạo nghiên cứu sinh tại Học viện Kỹ thuật quân sự. PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG Lý do lựa chọn đề tài Lý do chọn cơ sở đào tạo Mục tiêu và mong muốn đạt được Dự kiến làm việc sau khi tốt nghiệp 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. Mong muốn đạt được là đáp ứng đủ điều kiện và được tuyển chọn vào đào tạo nghiên cứu sinh, hoàn thành chương trình đào tạo và bảo vệ thành công luận án tiến sỹ tại Học viện. 3. Mục tiêu và mong muốn đạt được PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG Lý do lựa chọn đề tài Lý do chọn cơ sở đào tạo Mục tiêu và mong muốn đạt được Dự kiến làm việc sau khi tốt nghiệp 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 Thông tin công tác. Bằng những kiến thức đã học được, tôi sẽ đóng góp vào công tác đào tạo cán bộ kỹ thuật thông tin và nhân viên chuyên môn kỹ thuật thông tin của Nhà trường, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật thông tin, nguồn nhân lực phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đồng thời tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về mạng vô tuyến hợp tác. 4. Dự kiến làm việc sau khi tốt nghiệp PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Học bổ sung kiến thức Học phần đào tạo trình độ tiến sỹ Chuyên đề tiến sỹ Nghiên cứu khoa học Phần thực hiện luận án 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. 1. Học bổ sung kiến thức PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 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 khoa Vô tuyến điện tử. Lựa chọn và học tập các học phần tự chọn thuộc chương trình đào tạo tiến sỹ có nội dung chuyên sâu và phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài. Với các học phần sau: Vô tuyến thống kê; Lý thuyết xử lý tín hiệu; Nguyên lý truyền dẫn OFDM; Mô phỏng các hệ thống thông tin bằng Matlab. Học bổ sung kiến thức Học phần đào tạo trình độ tiến sỹ Chuyên đề tiến sỹ Nghiên cứu khoa học Phần thực hiện luận án 2. Học phần đào tạo trình độ tiến sỹ Cập nhật các kiến thức mới về vô tuyến hợp tác. Học tập nâng cao trình độ lý thuyết, phương pháp luận nghiên cứu khoa học để nâng cao khả năng ứng dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học quan trọng và thiết yếu phục vụ quá trình nghiên cứu luận án. PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 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 Học bổ sung kiến thức Học phần đào tạo trình độ tiến sỹ Chuyên đề tiến sỹ Nghiên cứu khoa học Phần thực hiện luận án 3. Chuyên đề tiến sỹ PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 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.… * 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: Học bổ sung kiến thức Học phần đào tạo trình độ tiến sỹ Chuyên đề tiến sỹ Nghiên cứu khoa học Phần thực hiện luận án 4. Nghiên cứu khoa học PHẦN 2: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 5. Phần thực hiện luận án: Học bổ sung kiến thức Học phần đào tạo trình độ tiến sỹ Chuyên đề tiến sỹ Nghiên cứu khoa học Phần thực hiện luận án 5. Phần thực hiện luận án PHẦN 3: KẾT LUẬN - Là một cán bộ được đào tạo cơ bản tại Trường sĩ quan chỉ huy - kỹ thuật Thông tin 5 năm (1994 – 1999). Tốt nghiệp hệ đào tạo kỹ sư (văn bằng 2 khoá 2004 - 2006) và cao học kỹ thuật điện tử (khoá 2007 – 2009) tại Học viện Kỹ thuật quân sự. Bản thân tôi đã được trang bị những kiến thức cơ bản về chuyên ngành Vô tuyến điện và thông tin liên lạc; kiến thức chuyên ngành điện tử viễn thông; kiến thức chuyên ngành kỹ thuật điện tử. Kính thưa Tiểu ban xét tuyển nghiên cứu sinh! - Nắm chắc cơ sở lý luận về nghiên cứu khoa học; có khả năng nghiên cứu độc lập và khả năng làm việc theo nhóm. Đã thực hiện nghiên cứu khoa học thông qua các đề tài luận văn tốt nghiệp đại học, cao học và đăng 01 bài báo khoa học trên tạp chí Khoa học và công nghệ của Đại học Thái Nguyên. PHẦN 3: KẾT LUẬN - Có trình độ Tiếng Anh đủ khả năng tiếp cận và nghiên cứu tài liệu nước ngoài. - Đã có thời gian tìm hiểu về mạng vô tuyến hợp tác và các nội dung liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài. - Đã liên hệ và nhận được sự định hướng, hướng dẫn về đề tài nghiên cứu của phó giáo sư, tiến sỹ đang nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử: PGS - TS Trần Xuân Nam - HVKTQS - Với định hướng đề tài nghiên cứu cũng như dự kiến kế hoạch thực hiện nội dung học tập, nghiên cứu khoa học và thực hiện nội dung luận án như trên, tôi xin nhận được sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của Tiểu ban xét tuyển nghiên cứu sinh để hướng nghiên cứu của tôi được hoàn thiện và có tính khả thi hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn. KÍNH CHÚC CÁC THẦY GIÁO TRONG TIỂU BAN MẠNH KHỎE, HẠNH PHÚC ! 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