Ứng dụng ông nghệ d2d trong hệ thống iov

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ứng dụng công nghệ D2D trong h ng IOVệthố NGUYỄN VĂN CẢNHCanh.NVCB180167@sis.hust.edu.vnNgành: Đi n t - Việửễn thôngGiảng viên ớ

TRƯỜNG ĐẠ I HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên ớ hư ng d n: TS Nguy n Ng ẫ ễ ọc Văn

Viện: Điện t - ử Viễn thông

HÀ NỘ I, 06/2020

TRƯỜNG ĐẠ I HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướ ng d n: TS Nguy n Ng ẫ ễ ọc Văn

HÀ NỘ I, 06/2020

Chữ ký củ a GVHD

CỘNG HÒA XÃ HỘI CH Ủ NGHĨA VIỆT NAM

Độ ậ – ự c l p T do H – ạnh phúc

H ọ và tên tác giả luận văn : Nguyễn Văn Cảnh

Đề tài luận văn: Ứng dụng công nghệ D2D trong h th ng IOV ệ ố

Chuyên ngành: K ỹthuậ ễn thông (KH) t vi

Mã số SV: CB180167

Tác giả, Người hướng d n khoa hẫ ọc và Hội đồng ch m luấ ận văn xác nhận tác giả đã sửa ch a, b sung luữ ổ ận văn theo biên bản h p Họ ội đồng ngày 06 tháng 07 năm 2020 với các nội dung sau:

- Thêm phần cam đoan

- Viế ạ ột l i m t phần chương 3, làm rõ IOV trong luận văn

- K t luế ận không phải một chương

Ngày 10 tháng 07 năm 2020 Giáo viên hướ ng d n ẫ Tác giả luận văn

CHỦ Ị T CH H ỘI ĐỒ NG

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Văn Cảnh, mã số ọc viên h CB180167, học viên lớp 18BKTVT.KH, khóa 2018B Người hướng dẫn là TS Nguyễn Ngọc Văn Tôi xin cam đoan toàn bộ ội dung được trình bày trong luận văn n Ứng dụng công

ngh D2D trong h ệ ệ thống IOV là kết qu ả quá trình tìm hiểu và nghiên cứu

của tôi Các dữ liệu được nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực M i ọthông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định v s hề ở ữu trí tuệ, các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm v i nh ng ớ ữ

n i duộ ng được vi t trong luế ận văn này

Hà Nội, ngày 10 tháng 07 năm 2020

Người cam đoan

Nguy ễn Văn Cả nh

L I C Ờ ẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh và trọn

vẹn, ngoài sự phấn đấu n l c c a bỗ ự ủ ản thân, là sự ả gi ng dạy, hướng d n nhiẫ ệt tình

của các Thầy, Cô, cộng vớ ủi ng h cộ ủa gia đình và bạn bè trong suốt th i gian ờ

h c tọ ập nghiên cứu và thực hi n luệ ận văn Xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn

đến TS Nguy n Ngễ ọc Văn, người đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn tôi một cách chi tiết và cẩn th n nhậ ất để có thể hoàn thành luận văn này Xin chân thành cảm

ơn toàn thể quý thầy cô trong Viện Điệ ửn t - Viễn thông - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trong những năm học vừa qua đã truyền đạt nh ng ki n thữ ế ức quý báu, kinh nghiệm th c t ự ế cũng như tạo mọi điều ki n thu n lệ ậ ợi để tôi và các học viên có thể hoàn thành tốt chương trình học của mình

Học viên

Nguyễn Văn Cảnh

TÓM TẮ T LU ẬN VĂN

Nội dung chính của luận văn được trình bày trong ba chương, giới thiệu

tổng quát về ệ h thống thông tin di động các công nghệ quan tr ng theo t ng th i ọ ừ ờ

kì phát triể Đặn c biệt đi sâu vào công nghệ D2D và giải quy t vế ấn đề tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng V2V, cụ thể:

Chương 1 luận văn đã giới thiệu một số công nghệ tiên tiến theo lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động Các công nghệ này ra đời ựth c hi n ệ

mục tiêu mở ộng dung lượ r ng h ng, tệ thố ối ưu hóa nguồn tài nguyên vô tuyến, tăng tốc độ truy n d li u, h n ch nhi u ề ữ ệ ạ ế ễ Trong đó, D2D được đề xuất như một công nghệ quan trọng được h tr bỗ ợ ởi các mạng di động th h ti p theo ế ệ ế

Chương 2 luận văn trình bày các kỹ thuật quan trong trong mạng D2D Phát

hi n thi t b gệ ế ị ần như là một chức năng cơ bản và cốt lõi trong hệ ống D2D, nó thcho phép một thi t b th ế ị ụ động liên tục tìm kiếm các thiết b ị người dùng khác trong m t khoộ ảng cách vật lý nhất định trước khi đưa ra cơ chế ự l a chọn và kết

n i ố Cơ chế lựa chọn sẽ quyết định các thiết bị khi nào giao tiếp trong phương thức truyền thống, khi nào giao tiếp trong phương thức trực tiếp phù hợp với yêu cầu người dùng Trong chương này vấn đề quản lý tài nguyên vô tuyến cũng được đưa ra thảo luận

Chương 3 đưa ra một số đề suất ảgi i quy t vế ấn đề tối ưu tài nguyên vô tuyến khi tăng cường D2D trong mạng V2V Trước tiên trình bày một phương pháp để chuy n ể đổi các yêu cầu v tr ề độ ễ và độ tin c y th c t c a truyậ ự ế ủ ền thông V2V thành các ràng buộ ối ưu hóa có thểc t được tính toán từ CSI Tuy nhiên, cần

phải đượ ửa đổi đểc s ph c v ụ ụ cho các yêu cầu c c a V-ụthể ủ UEs Hơn nữa, chúng tôi đề xu t thuấ ật toán SOLEN để ả gi i quy t vế ấn đề ối ưu hóa hiệ t u su t c a c V-ấ ủ ảUEs và C-Ues trong m ng Cuạ ối chương là kết qu ả mô phỏng đánh giá hiệu su t ấđạt đượ ở các trườc ng hợp khác nhau

HỌC VIÊN

Nguyễn Văn Cảnh

THESIS ABSTRACT

The main content of the thesis is presented in three chapters, giving an overview of the mobile information system of important technologies for each developing period; especially, going into D2D technology and solving the problem of optimizing radio resources when enhancing D2D in V2V network Details as below:

Chapter 1 introduced some advanced technologies according to the development history of mobile communication systems These technologies were introduced to expand system capacity, optimize radio resources, increase data transmission speed, limit interference In which, D2D is proposed as an important technology supported by the next generation mobile networks

Chapter 2 presented the key techniques in the D2D network Device detection is almost a basic and core function in a D2D system, it allows a passive device to search for other user devices over a certain physical distance constantly before giving the mechanism of choice and connection The choice mechanism will determine when devices communicate in traditional mode or in direct mode

is appropriate to user requirements In this chapter, radio resource management is also discussed

Chapter 3 offered some suggestions for radio resource optimization when enhancing D2D in a V2V network Firstly, it presented a method to convert the actual lags and reliability requirements of V2V communication into optimization constraints that can be calculated from CSI However, it needs to be modified to serve for the specific requirements of V-Ues Moreover, we have proposed a SOLEN algorithm to solve the problem of optimizing the performance of both V-Ues and C-Ues in the network At the end of this chapter is the result of simulation that evaluate the performance achieved in different cases

HỌC VIÊN

Nguy ễn Văn Cả nh

M C L CỤ Ụ

PH N M U 1

GI I THI U CHUNG 3

1.1 H th ng

1.2 trong m ng

1.2.1 AMPS trong th h th nh t (1G)

1.2.2 GSM trong th h th hai (2G) 6

1.2.3 MIMO-OFDM trong th h th ba (3G) 8

1.2.4 D2D trong th h th

1.3 N u

1.4 K t lu 21

C QUAN TR NG TRONG D2D 22

2.1 Gi i thi u chung 22

2.2 n thi t b 22

2.2.1 ch b n ng d ng 23

2.2.2 Ti n t 23

2.2.3 n thi t b 24 ng LTE-A 2.3 l a ch t n i D2D trong m ng

2.3.1 l a ch n 33

2.3.2 t n i D2D trong m ng 36

2.4 Qu

2.5 K t lu 39

N TRONG M NG V2V 40

3.1 Gi i thi u chung 40

3.2 th ng 44

3.2.1 th ng 44

3.2.2 .

3.3 u v V- -UE 47

3.3.1 u v V-UE 47

3.3.2 u v C-UE 50

3.4 c

3.5

3.5.1 Thu xu t SOLEN 53

3.5.2 ng [54] cho V2V d 59

3.6 u su t 59

3.6.1 K ch b 59

3.6.2 ng hi u su n

3.6.3 K t qu ng 62

3.7 K t lu 67

K T LU N 69

U THAM KH O 70

DANH MỤC HÌNH VẼ

: K t n c gi ng

D i t n h th ng GSM 8

4: truy nh n

ng h p s d ng c a D2D

Truy Th t c chuy

Minh h a v n thi t b c D2D tron Advanced 22

xu t

i, (a) G i (b) Gi n ra thi t b xu t

SINR truy SINR truy SINR truy SINR truy p D2D trong chu n 3GPP

u cho RRM

ng

CDF c a gi i h

ng t l C-UEs (b) CDF c c truy ng t l c a C-UEs so v i s ng c a V-UEs F=100, M^ ng t l c a C-t C-truy i UE so v m i V- t truy i C-UE

i V-UE so v i s .

t ng c a C-UEs so v i s i V-UE F=100

ng t l c a

C-DANH SÁCH CÁC TỪ VI T T TẾ Ắ1G One Generation Cellular

2G Two Generation Cellular

3G Third Generation Cellular

3GPP Third Generation Partnership Project

4G Four Generation Cellular

5G Five Generation Cellular

AMPS Advanced Mobile Phone System

BCH Broad Cast Channel

BS Base Station

BTS Base Tranceiver Station

CDF Cumulative Distribution Function

CDMA Code Division Multiple Access

CEPT European Conference of Postal and Telecommunications

administrations

CN Core network

CP Cyclic Prefix

CSI Channel State Information

CSMA Carrier sense multiple access

CUE Cellular User Equipment

DUE Device-To-Device User Equipment

ETSI European Telecommunication Standards Institute

E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network

FDD Frequency Division Duplex

FDM Frequency Division Multiple

FDMA Frequency Division Multiple Access

FSK Frequency-Shift Keying

GSM Groupe Special Mobile

ID Identification

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IMT-2000 International Mobile Telecommunication-2000

IOV Internet of Vehic le

IP Internet Protocol

ITU International Telecommunication Union

ITU-R ITU- Radiocommunication Sector

LOS Line of Sight

LTE-A Long Term Evolution Advanced

MAC Medium Access Control

METIS Mobile and wireless communications Enablers for

Twenty-twenty (2020) Information Society MIMO Multi-Input Multi-Output

MWM Maximum Weight Matching

NMT Nordic Mobile Telephone

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PACTG Peer Aware Communication Task Group

PAPR Peak- -Average Power Ratio to

PHY Physical Layer

PLMN Public Land Mobile Network

PRB Physical Resource Block

ProSe Proximity Service

PS Phase-Shift

QoS Quality of Service

RA Radio Access

RB Resource Block

RAN Radio Access Network

RPELPC Regular Pulse Excitation Linear Prediction Coding

RRM Radio Resource Management

RS Reference Signal

SIC Successive Interference Combining

SIMO Single Input /Multiple Output

SINR Signal- -Interference-plus-Noise Ratio to

SISO Single Input /Single Output

SMS Short Message Service

SOLEN Separate resOurce bLock and powEr allocatioN

TCH Traffic Channel

TDM Time Division Multiplexing

TDMA Time Division Multiple Access

TTI Transmission Time Interval

PHẦN M Ở ĐẦU

Ad-ng

M a lu c n m t s v trong vi c tringh D2D trong m ng, c th

i thi n hi u th ng trong m ng V2V

-V2V

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: GI I THI U CHUNG Ớ Ệ1.1 H ệ thống thông tin di dộng

oanh

(theo [PEE 00] )

(

,

IMT-2000 (International Mobile

Telecommunication

-

Hình 1 1 K: ế ối liên tụt n c giữa các mạng 1.2 Các công nghệ trong mạng thông tin di động

1.2.1 Công nghệ tương tự AMPS trong th h th ế ệ ứnhất (1G)

chu n n i tr[1]

1.2.2 Công nghệ GSM trong th h ế ệ thứ hai (2G)

Hình 1 2 D: ả ầi t n h thống GSM ệ1.2.3 Công nghệMIMO-OFDM trong thế ệ h thứ ba (3G)

t k thu i m i quan tr ng c a LTE-Advanced c s

d ng c i thi n hi u su t c a h th ng k thu i thi

Hình 1 Các chế độ MIMO chính trong LTEAdvanced3:

thAdvanced c a ITU- ho

(MU-ng (Cooperative MIMO) 3 ch [3]

Hình 1 Các chế độ4: truy nhập kênh vô tuyến

LTE-Advanced OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

mang con, chuy n v u g c, t ng h ng d

u K thu t OFDM truy

 symbol OFDM b nhi trong m t kho ng r t l

t s PAPR cao c a OFDM D u ch

K t n i D2D tr c tiế ố ự ếp: ng h p giao ti n nh t x y ra

i d li u tr c ti p vtrung gian

K t nế ối D2D chuy n tiể ếp: V i m t thi t b

truy

Hình 1 7: Th t c chuyủ ụ ển giao kênh Điều khiển công suất: Giao ti v

Tìm kiếm thiết bị: c khi giao ti p, UE ph t b xu

thi t l p giao ti n thi t b

d nh trong m ng D2D Kh n thi t b n c a

1.3 Nội dung nghiên cứu

u v tr tin c y c a giao ti

Chuy ra kh r ng m t s k thu t D2D hi

v cho giao ti p V2V Th hai, xu t m

CHƯƠNG 2 CÁC CÔNG NG ỆH QUAN TR NG TRONG Ọ D2D

2.1 Giới thi u chung ệ

thi t b ngu truy xu t ID c a thi t b

giao ti p t m ng c ch p nh

ng m ti p t c h i th o, h t u m

n LTE D2D trong cu c h 58 M ng truy c

[15] u v ProSe bao g m hai ph

c c bao g m trong IEEE 802.16n

2.2.3 Phát hiện thiết bị khi tăng cường D2D có mạng LTE-A hỗ ợ tr

cao, ph m vi n l n, s d ng can nhi u

ng b h tr Bluetooth Trong [34] t k m

n hi u qu ng d c l a ch

[37]

Các giả định và định nghĩa:

[38

N

Các vấn đề thực tế phát hiện thiết bị:

Tài nguyên đƣợc sử dụng để phát hiện thiết bị:

Hình 2 Cơ chế phân bổ2: tài nguyên đƣợc đề xuất

a Một sự phân bố nguồn liên tục

b Phân bố nguồn không liên tục: chiếm toàn bộ băng thông hệ thống

c Phân bố nguồn không liên tục: chiếm một phần băng thông hệ thống

Phát hiện các thiết bị gần đƣợc eNB hỗ trợ:

Hình 2 3: Giải pháp truyền sóng trong DDP mới, (a) Giải pháp truyền sóng

khi I≥J trong DDP mới (b) Giải pháp truyền sóng khi I≤J trong DDP mới

Hình 2 Phương pháp phát hiệ4: n ra thi t b xu t ế ị đề ấ

Quy t c 2: khi

tone

khi

2.3.2 Các cách kết nối D2D trong m ng ạ

y u bao g m hai ph n: P ph u khi t

Phân bổ ph : Trong k thuổ v i s

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN KHI TĂNG CƯỜNG

D2D TRONG M NG V2V Ạ3.1 Giới thi u chung ệ

t m tr vi c s d ng d li c t o b

xe c ng VANET (Vehicle Ad- t m ng ph c

p th i gian th c di n ra gi a hai ho c nhi u th c th , s d

nhi u gi a m th ng m ng v

t truynhi u n l RRM trong m t h th

c gi ], [47] -

c n vi y

n s ng th i gian nh nh [39].Quan tr , ph n l u cho r ng eNB nh n th

th i gian thi t l p s

-UE s d ng RB tr giao ti p v

u gi th ng truy

Hình 3 2 Giao thoa gi: ữa V2V và tế bào di động 3.2 minh h ng h p nhi u Gi s C-UE th -UE th

n truy

th -UE th ng bi u th m t c

nhi u t C-UE th -UE th i di n cho m

u t V-UE th th c hi n RRM, eNB c n CSI

tr , RB

h 3.1, trong tr ch p nh n t

c a giao ti p V2V theo s th i gian l

v th i gian l Vi trong (3 m

b o r s t RB cho V-UE th th i gian

ng, trong u ki tin c y, t c (3 3.11)

x nhi u RB cho m

ni m v t p h i s d p h i s d ng m r

o m t V-UE gi V-UE th v i s

-UE th n t V-UE sao

p con V-

nh sao cho - n t con V-UE k thu c

sao cho - n t con C-UE

a,

bi n nh ng 1 n u t p con V-UE th k (t p con C-UE th m

cho RB th f t truy n c a t p con V-UE th k (t p con C-UE th m (3.f 3.12c) bi u di

3.5 Các giải pháp quản lý tài nguyên vô tuyên

gi i quy 3.12) Ti p theo

r ng thu [54] cho ng d ng c i v i giao ti p V2V dD2D

3.5.1 Thuật toán đƣợc đề xu t SOLEN ấ

t trong thu Separate RpowEr allocatioN (SOLEN) Th nh t, b

RB cho c V-UEs gian b

-t th ng c c Xem [59 bi t n n tMWM Th hai, d t qu RB t

ch nh t t truy n cho t ng

t[60

tương đương sau (3.13)

Gi thi t

n t v i m i cho t t c m K

i

n i ti

i [54 m hi u su t do s

i v i truy

Hình 3 F=100, M^'=5, E_(m^')^'=20, K^'=10 và E_(k^' )=2 (a) tổ 5: ng t l c a ỷ ệ ủ

C-UEs (b) CDF c ủa các bits đƣợ c truy ền trong vòng 5 ms cho m i V-UE ỗ

3.5(b) hi n th CDF c c truy

- ng cho t t c

i v i V-UE Th t v y, th c t i- [54] th c hi m