Thông tin về luận án tiến sĩ trước bảo vệ cấp Học viện của NCS.Nguyễn Anh Tuấn

Tên đề tài luận án tiến sĩ: Nghiên cứu giải pháp phân tích hiệu năng hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới sử dụng kỹ thuật thu thật năng lượng vô tuyến

Chuyên ngành:                    Kỹ Thuật Viễn Thông

Mã số:                                   62.52.02.08

Họ và tên NCS:                    Nguyễn Anh Tuấn

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo
2. TS. Trương Trung Kiên

Cơ sở đào tạo:                      Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

 NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN:

Trong luận án, ba mô hình tiêu biểu đã được nghiên cứu sinh phân tích và khảo sát đánh giá cũng như đã đề xuất được những kết quả nhằm năng cao hiệu năng hệ thống. Cụ thể như sau:

#Mô hình 1: Hệ thống chuyển tiếp gồm 03 nút, nút nguồn S có đa anten, nút chuyển tiếp R có đơn anten và nút đích  D có đa anten. Đối với mô hình này, nghiên cứu sinh đề xuất một phương pháp mới để phân tích xác suất dừng của hệ thống chuyển tiếp hai chặng với nút nguồn và nút đích được trang bị nhiều anten với nút chuyển tiếp sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến để chuyển tiếp dữ liệu nhận từ nút nguồn. Phương pháp phân tích mới cho phép xấp xỉ tốt hơn xác suất dừng hệ thống so với phương pháp phân tích xấp xỉ truyền thống, vốn chỉ phù hợp cho mạng với nút mạng đơn anten. Các kết quả phân tích đề xuất được kiểm chứng với kết quả mô phỏng. Đồng thời đặc tính của mô hình đề xuất cũng được nghiên cứu và kiểm chứng bằng mô phỏng Monte-Carlo.

# Mô hình 2. Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp gồm 3 nút, nút nguồn S, nút chuyển tiếp R và nút đích D. Các nút được cung cấp năng lượng từ nguồn ngoài PB. Nghiên cứu sinh đã nghiên cứu lần lượt mạng chuyển tiếp hai chiều với kênh truyền fading Rayleigh và kênh truyền Nakagami-m; Tiếp theo là khảo sát với hệ thống chuyển tiếp với nút chuyển tiếp truyền song công (FD:Full-Duplex).

Nghiên cứu hệ thống chuyển tiếp hai chiều sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng từ nguồn năng lượng độc lập. Các nút mạng không có năng lượng lưu trữ mà sử dụng năng lượng thu thập từ nguồn phát năng lượng để cung cấp cho các hoạt động truyền phát. Nghiên cứu sinh đã đề xuất phương pháp để phân tích xác suất dừng chính xác của hệ thống và biểu diễn dưới dạng tường minh. Kết quả mô phỏng đã xác nhận tính chính xác của kết quả phân tích và chỉ ra rằng vị trí của nguồn phát và nút chuyển tiếp ảnh hưởng rất lớn đến hiệu năng của hệ thống.

Đối với hệ thống chuyển tiếp với nút chuyển tiếp truyền song công FD, khác với những nghiên cứu trước đây, nghiên cứu sinh đã khảo sát trên trường hợp giảm nhiễu nội không hoàn hảo, đã đưa ra được dạng tường minh công thức tính xác suất dừng hệ thống với kênh truyền Nakagami-m. Đồng thời khảo sát và phân tích ảnh hưởng của tham số m của kênh truyền Nakagami-m, thời gian thu thập năng lượng và xem xét khả năng khắc phục nhiễu nội do hai anten của nút R gây nhiễu lẫn nhau. Kết quả mô phỏng sử dụng nguyên lý Monte-carlo để chứng minh tính đúng đắn của kết quả giải tích.

# Mô hình 3: Hệ thống vô tuyến nhận thức thu thập năng lượng vô tuyến từ nguồn ngoài PB và từ chính nguồn PT là máy phát của hệ thống sơ cấp với công suất lớn. Hệ thống vô tuyến nhận thức gồm nút nguồn S và nút đích D, sử dụng kênh tần số của hệ thống sơ cấp. Nút nguồn S thu thập năng lượng từ PT hoặc/và PB để phát thông tin tới nút D. Nghiên cứu được khảo sát ảnh hưởng can nhiễu của PT tới D và từ S tới PR (máy thu của mạng sơ cấp). Mức năng lượng thu thập tại S cũng có tính quyết định tới mức nhiễu tại PR và khoảng cách của D tới PT cũng quyết định mức nhiễu tại D. Nghiên cứu sinh đã đề xuất phương thức thu thập năng lượng mới tại S. Nút nguồn S có thể lựa chọn mức năng lượng cao nhất của PT và PB để thu thập và không làm ảnh hưởng nhiễu tới nút D và PR. Hơn nữa, phương thức thu thập năng lượng linh hoạt khi nút S có thể tổng hợp mức năng lượng của PT và PB để năng cao hiệu năng của hệ thống. Nghiên cứu đã xác định được công thức dạng đóng đối với xác suất dừng hệ thống OP và khảo sát các tham số liên quan ảnh hưởng tới xác suất dừng hệ thống, đồng thời đưa ra các khuyến nghị các giá trị tham số tối ưu cho hệ thống.

CÁC ỨNG DỤNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN HOẶC NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGỎ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU:

Các kết quả nghiên cứu bao gồm phương pháp phân tích và các mô hình đề xuất, có thể ứng dụng như sau:

• Đã đề xuất một số phương pháp giải tích mới để đánh giá hiệu năng của các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp sử dụng thu thập năng lượng. Các phương pháp này có ưu điểm là phù hợp cho cả vùng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu thấp và cao và áp dụng cho cả kênh truyền fading Rayleigh và Nakagami-m. Các biểu thức toán học dạng đóng của xác suất dừng hệ thống có thể sử dụng trong việc thiết kế và tối ưu hệ thống vô tuyến thế hệ mới sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng.
• Đã đề xuất 3 mô hình áp dụng các ưu điểm của kỹ thuật thu thập năng lượng, kỹ thuật chuyển tiếp cho phép tăng vùng phủ sóng cũng như nâng cao hiệu năng của hệ thống thu thập năng lượng vô tuyến; có thể ứng dụng cho các mạng cảm biến vô tuyến hay kết nối vạn vận IoT, ứng dụng cho quản lý năng lượng, nông nghiệp thông minh, thành phố thông minh.
• Tối ưu các tham số ảnh hưởng tới hiệu năng hệ thống vô tuyến chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng vô tuyến. Đưa ra các tham số tối ưu cho giao thức thu thập năng lượng vô tuyến nhằm nâng cao hiệu năng của hệ thống vô tuyến chuyển tiếp. Các mô hình đề xuất có thể tăng hiệu quả sử dụng phổ tần, kết hợp tận dụng nguồn năng lượng từ máy phát vô tuyến công suất lớn sẵn có cung cấp năng lượng vô tuyến cho các mạng vô tuyến cảm biến cũng như hệ thống thông tin di động thế hệ mới hạn chế nguồn cung cấp năng lượng.

Hướng nghiên cứu phát triển của luận án:

• Nghiên cứu mô hình mạng chuyển tiếp một chiều sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng tại nút chuyển tiếp và nút chuyển tiếp sử dụng đa ăng ten. Với mô hình này sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số và năng cao độ tin cậy khi truyền thông tin tới nút đích. Nhưng đổi lại việc xác định xác suất dừng hệ thống phức tạp hơn nhiều, đòi hỏi những đề xuất mới trong giải tích để tính toán xác suất dừng hệ thống.
• Nghiên cứu mô hình mạng chuyển tiếp hai chiều sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng tại tất cả các nút mạng, đồng thời sử dụng kỹ thuật truyền song công tại nút chuyển tiếp. Với mô hình mạng này sẽ thích hợp với mạng thông tin vô tuyến thế hệ mới nhưng việc xử lý nhiễu kênh truyền tại nút chuyển tiếp sẽ rất phức tạp. Với các nghiên cứu hiện nay chưa xác định được biểu thức tường minh của xác suất dừng hệ thống.

• Nghiên cứu mạng vô tuyến nhận thức có sử dụng kỹ thuật truyền năng lượng không dây và thu thập năng lượng vô tuyến. Đây là mô hình

phức tạp nhưng có tính ứng dụng thực tế cao trong tương lai. Tuy nhiêu, bài toán giải quyết nhiễu vô tuyến giữa các kênh truyền vô tuyến là tương đối phức tạp.

Trên đây là thông tin về những đóng góp khoa học của Luận án, những ứng dụng kết quả luận án và hướng nghiên cứu phát triển luận án.

Xác nhận của đại diện tập thể người hướng dẫn khoa học

PGS. TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo TS. Trương Trung Kiên

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Anh Tuấn

INFORMATION ON DOCTORAL DISSERTATION

 Title of the thesis: Study on solutions to analyze and evaluate the performance of next- generation radio communication systems using Energy Harvesting Techniques.

Specified field of study:      Telecommunications Engineering Code of specialty:                          9.52.02.08

Name of the candidate:       Nguyen Anh Tuan

Name of the research supervisors:

1. A/Prof. Vo Nguyen Quoc Bao
2. Dr. Truong Trung Kien

Academic Institution:          Posts and Telecommunications Institute of Technology

THE SCIENTIFIC CONTRIBUTIONS

 The contribution of the thesis has three folds listed as follows:

• Model #1: We have proposed energy harvesting based MIMO relay networks where the communication between the source and the destination is done via the help of a relay. The source and the destination are equipped with multi- antennas but the relay is with single antenna. For performance analysis, we have suggested a new analysis approach to derive the closed form expression for the system outage probability over Rayleigh fading, which are both valid for low and high SNRs. The new analysis approach provides a better approximation of the system outage probability as compared with the conventional approach, which is only suitable for high SNR regime. Numerical results via Monte-Carlo simulation confirmed the correctness of the suggested analysis approach and studied the system
• Model #2: An energy harvesting two-way relay network with power beacon has been proposed. All nodes are powered by the power beacon. The system performance in terms of outage probability over Nakagami-m has been studied for the  first    The  simulation  results  based  on  MALAB  confirmed the

accuracy of the analysis results and indicated that the location of the source and the relay node greatly influenced the system performance.

• Model #3: An energy harvesting based underlay relay networks has been proposed and investigated over Rayleigh fading channels. Both advantages offered from energy harvesting and cognitive radio has been exploited for relay networks making the proposed communication protocols can be applied in practice.

ON PRACTICAL APPLICABILITY AND FURTHER STUDIES

The research results including analytical methods and proposed models can be applied as follows:

• Novel derivation approaches have been proposed to evaluate the system performance of the proposed energy harvesting based networks. The obtained analysis results are valid not only at high SNRs but also low SNRs. In addition, the derivation approach can be applied for any wireless fading channels under consideration.
• Three energy harvesting based communication networks have been proposed, which takes advantages from advanced technologies at physical layers such as: half/full duplexing, MIMO and cognitive radio. Such proposed communication networks can be applied for wireless sensor networks or IoT
• The effect of channel and system parameter settings has been studied show us the way to optimize system performance of energy harvesting based communication

Supervisors                                                              

A/Prof. Vo Nguyen Quoc Bao

Dr. Truong Trung Kien                                            

PhD. Candidate
Nguyen Anh Tuan

 Luận án tiến sĩ

Tóm tắt Luận án tiến sĩ

Trang Thông tin Luận án tiếng việt 

Trang Thông tin Luận án Tiếng Anh