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

n phát đa anten thu 
về năng lượng của hệ thống. Trong thực tế nên chi phí hệ thống sẽ rất cao và rất phức 
hệ thống LTE và các hệ thống khác thì tạp để tách tín hiệu ở đầu thu. Ngoài ra kết 
không thể thiếu những kỹ thuật tiên tiến quả nghiên cứu này sẽ giải quyết vấn đề sử 
như kỹ thuật lựa chọn các thiết bị thu phát, dụng hiệu quả phổ, xây dựng được công 
kỹ thuật lựa chọn trạm relay, kỹ thuật chọn thức tính xác suất dừng gần đúng nhất và 
mô hình.v.v. Vì vậy Nguyen và các cộng các công thức này được kiểm chứng bằng 
sự [4] đã thực hiện phân tích về phương phương pháp mô phỏng để xác định tính 
pháp chọn relay dựa trên NOMA kết quả chính xác của phân tích trong NOMA. Ưu 
cho thấy relay và NOMA cải thiện được điểm của sơ đồ D2D-NOMA là có thể tìm 
hiệu năng của hệ thống, kết quả đã xây được lựa chọn kênh truyền tốt nhất. 
dựng được phương trình toán học tính xác 2. Mô hình hệ thống 
suất dừng và đưa ra giải pháp bộ chuyển Mô hình cơ bản của đường xuống một 
tiếp giải mã Decode-and-Forward (DF) hệ thống NOMA bao gồm một thiết bị 
trong sơ đồ hai giai đoạn. Cũng liên quan (U0 ), nhiều thiết bị khác (U1 , U 2 ) được 
đến kỹ thuật lựa chọn relay T. L. Nguyen đặt cách ( ) một khoảng xa và N thiết bị 
và Dinh-Thuan Do [5] đã nghiên cứu và đặt ở trung gian giữa ( ) và ( , ) 
đưa ra phương trình tiệm cận và gần đúng 
 ( R,,...,RR với N 1 ), U muốn truyền 
của tổng tốc độ trung bình trong chế độ 12 N 0
Amplifying-and- Forward (AF). Nhóm dữ liệu của đến ( , ) sẽ được truyền 
S.Lee [6] đã nghiên cứu mô hình kết hợp đến một trong N bộ chuyển tiếp, nó không 
lựa chọn relay trong NOMA dựa trên các thể truyền ngay đến thiết bị U1 , U 2 và Ui 
yếu tố về tương quan kênh Fading sau đó bởi vì chúng có khoảng cách rất xa. Mỗi 
tính toán xác xuất dừng của mô hình dựa thiết bị chỉ có một anten nên sẽ hoạt động ở 
trên hai giai đoạn. chế độ bán song công. Trong kiến trúc của 
 Những kết quả của các tác giả trên cho NOMA nó bao gồm hai khe thời gian liên 
thấy hiệu suất của mô hình phụ thuộc vào tiếp. Vì vậy lựa chọn thiết bị chuyển tiếp 
phương pháp chọn relay. Sơ đồ đấu nối được dựa vào một số thông số để lựa chọn. 
Device To Device (D2D) được coi là một Trong bài báo này để đơn giản trong quá 
kỹ thuật tiên tiến giúp giảm lượng dữ liệu trình tính toán nên tác giả chọn hai thiết bị 
truyền trong mạng nhờ các thiết bị gần di động ở xa ( ) để tính toán đó là ( , 
nhau truyền không cần thông qua các bộ 
 ) không tính thiết bị Ui với ảnh hưởng 
điều khiển trạm gốc. 
 143 
SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 71 (05/2020) 
của kênh Fading, nhiễu trắng giữa U và i 1,2 là gCN  (0, ) và M  CNN0, (). 
 0 RURUNiNi RUNi 0
R là hCN  0, (  ) Fading 
 N URUR00NN U1 và U 2 kết hợp với nhau dựa vào 
M  CNN()0, , nhiễu trắng giữa R và U , NOMA. 
 RN 0 N i
 Hình 1. Mô hình hệ thống NOMA lựa chọn relay [8] 
 2 2
 Trong khe thời gian thứ nhất, U0 sẽ nhiên là Hh và Qg của 
 NUUR 00N iNURU 0 Ni
gửi dữ liệu của nó đến các R,,...,12RRN được 
 tín hiệu trên nhiễu cho UR0 N và 
thực hiện theo công thức sau: 
 RUNi . 
 xPxPx (1) Trong khe thời gian thứ hai SINR tại 
 UUUUU0001002 12
 R x
 N của đường liên kết chọn U01 được tính 
 Với và là các hệ số phân bố 
 1 2 như sau: 
công suất. 
 H
  1 N (3) 
 x x U U U0 RxNU,
 U01 và U02 là dữ liệu cho 1 và 2 . 01
 2 H N 1
 PU là công suất phát của U . 
 0 0 R x
 Tại N của đường liên kết U02 SINR 
 Dựa vào NOMA ta giả định với 
 12 được tính bằng cách triệt nhiễu liên tiếp và 
 1. 
 12 được tính như sau: 
 Tại RN tín hiệu nhận được là: 
 U RxN,2 H (4) 
 yhxM 0 NU02
 RUNNN R UR00
 hP xP xM (2) Với tín hiệu truyền tới từ U0 , bộ 
 U00 RUNN 010 UU12 02 UR 
 chuyển tiếp sẽ truyền xGy đến (U , 
 Giả định công suất truyền là như nhau, RNRNN 1
 U ), độ lợi của bộ chuyển tiếp tại khe thời 
PPPPP ... . Tín hiệu trên nhiễu 2
 RRRU1 2N 0
 gian thứ hai được tính như sau: 
 P
trung bình SNR , và biến ngẫu 
 U0
 N0
 144 
PHẠM MINH TRIẾT và cộng sự TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN 
 P
 2 RN 3.1. Xác suất dừng ở để lấy được 
 GN 2 (5) 
 PhN tín hiệu x 
 UUR00N 0 U01
 Đầu tiên ta tính được xác suất dừng ở 
 Thông tin tín hiệu được truyền đến U 
 1 R
 nút chuyển tiếp được chọn N* có liên quan 
và U 2 thông qua bộ chuyển tiếp bởi RN 
 đến tín hiệu x và x . 
như sau: U01 U02
 Các hàm phân phối tích lũy (CDFs) 
ygxM 
 RNNNN UR111 URR U
 của biến ngẫu nhiên H * và Q * theo công 
 GghPx N iN
 RNN UU10001 RUU 1 thức trên là: 
 GghPxGgMM (6) 
 RNNNNN UU1000211 RUUR URR2 U N
 
 th
ygxM FHth  1exp
 RNNNN UR222 URR U N 
 UR
 0*N
 GghPx
 RNN UU20001 RUU 1 n
 N N 
 GghPxGgMM n 1 th
 RNNNNN UU2000222 RUUR URR2 U 1() 1exp 
 n 1 n U R
 0*N 
 Theo khe thời gian thứ nhất SINR ở 
 th
U1 của đường truyền từ trạm chuyển tiếp 
 FQth  1 exp (9) 
 iN 
 R U
đến được tính như sau: N* i 
 HQ Trong đó UURR U và RURU U  
 11NN 0N* 0 0 N NN**ii0
 R U, x (7) 
 NU1 01 HQHQ 1
 2NNNN 1 1 đại diện giá trị trung bình SNRs của các 
 đường từ UR0 * và RU* i . 
 SINR ở U 2 của đường truyền từ trạm N N
 x Trong mô hình NOMA xác suất dừng 
chuyển tiếp đến để loại bỏ U01 , được 
 sẽ xảy ra nếu thực hiện chuyển tiếp không 
tính như sau: 
 thành công, vì vậy xác suất dừng được tính 
 12HQNN toán bằng công thức sau: 
 R U x 
 NU2, 01 02
 222HNNNN QHQ 1
 OP r  F (10) 
 1, RNUR U1, Uxthth x  
 011 NU01
 22HQNN
 R Ux , (8) 
 NU2 02 Trong đó 
 HQNN 2 1
 HQ**
 F  Pr 1 NN1 
 R U, x thth 
 3. Xác suất dừng hoạt động NU1 01 H QHQ 1 
 2 N*11 NNN ***
 Để đảm bảo được các yêu cầu về chất 
 Pr H QQ 12 ththth   th (11) 
lượng dịch vụ đòi hỏi phải xem xét đến yếu NNN 11 
tố xác suất dừng [8]. Vì vậy mỗi thiết bị Dựa vào công thức (11), nếu 
trong mô hình sẽ được cung cấp các Q 0 thì xác suất dừng sẽ 
 112Nthth 
ngưỡng SNR riêng  , i 1,2 . Bước kế 
 thi chắc chắn xảy ra, trong khi nếu 
tiếp sẽ phân tích xác suất dừng của hai thiết th
 Q1N 1 2 th th 0 hoặc Q  
 1N  th
bị được gửi dữ liệu đến là U1 và U 2 . Khi 12th
phân tích mô hình ta giả định các ngưỡng thì xác suất dừng chưa chắc xảy ra, có thể 
 có hoặc không. Nên xác suất dừng được 
SINR của (U1 , U 2 ) là như nhau 
   . tính như sau: 
 th12 th th 
 145 
SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 71 (05/2020) 
 và loại trừ đi tín hiệu của U1 , xác suất dừng 
 FF thQ th
 RN Ux1, 
 U01 1N 
 ở U 2 phụ thuộc vào xác suất dừng ở giai 
 zthth 
 FfHQ zdz đoạn đầu tiên và giai đoạn thứ hai. Vì vậy 
 NN 1
 z 12 thth 
  th
 xác suất dừng ở U 2 được tính như sau: 
 OPrPr   (15) 
 z 1 2 RNU Uxthth2, RU*2,xU
 01 02 02 
 N
 FFQHQ  th f zdz 
 11NNN I
 z 1 I2
  1
 th 
  th Khi có xác suất dừng ở U1 để tìm được 
 tín hiệu xU , thì xác suất dừng ở U 2 tìm 
  th z 1 01
 FFf  th zdz (12) 
 QHQ 
 11NNN được tín hiệu x theo công thức (16): 
 z  U02
  th th 
 Với f là hàm mật độ xác suất (PDF) IPr  
 1 RNU U2, x th 
 01 0 2
 x
 N
 1 N n 1
của kênh , f x e  . 11  ( )
  n 1 n
 Ta được: 
 n 1 (16) 
 exp th 22111N 
 UR R U
FF thQ th 0*NN*2
 RN U1, x 
 U01 1N 
 N N
 n 1 n  
 11  ( ) Trong đó  ththt h 
 n 1 n 1
  
 th URRU
 0**2NN
 n  th z 1 
 IF2  th 
 exp fQ zd z R*2 U, x
  1N N U02
 UR0* z 
 N th 
 HQ
 N N 1 2 NN**2
 n 1 Pr  th (17) 
 11 ( ) R*2 U, x
  N U02 HQ 1
 n 1 n RU NN**2
 N*1 
 n  th z 1 z Q * 1
 2N
 exp exp dz F th Pr H *
 R*2 U, x N
 N U02
 Q *
   2 2N
 UR0 * z  RU*1 1
  th N th N
 th
 N N 
 n 1 th z 1 
 11  ( )  
 n Fth F 2 f z dz
 n 1 QYQ * 
 22NNN 
 2  th
 z 
 2
 k 1 (13) 
 exp22 th N  
 1 th z 1
  N 
 U0 RR ** U 1  N n 
 N N F th 1 () 1n 1 exp 2 f z dz
 Q  Q 
 2 N n  th 2 N
 2 th n 1 UR
 0*N z 
 2 
 2 
 n    
 th th th th z 1
 Trong đó  N 
 N n 1 1 n 2 z
  1  ( 1 ) exp exp dz
 URRU0 * * 1 n    
 NN n 1 RUURRUth th
 N* 2 0N * z N*2
 2 2
 Kết quả xác suất dừng ở U để lấy 
 1 N N  n 1 (18) 
 n 1 th 
 1  ( 1) exp 222N 1 2 
 n 1 n 2 UR R U
được tín hiệu x được phân tích mô tả như 0NN * * 2 
 U01
sau: Trong đó 
 N N  
 n 1 n 1 (14) th th
ON11 1  () 1 exp th 2  2  n 1 
 n 1 n  
 UR0 *R *U 1 22
 NN 
 2 . OII2 1 2 (19) 
 URRU
 3.2. Xác suất dừng ở U 2 để lấy được 0NN * * 2
tín hiệu x 
 U02 3.3. Các tiêu chí để lựa chọn bộ relay 
 Để tách tín hiệu x tại U , trước tiên 
 Tại thiết bị U 2 đầu tiên sẽ yêu cầu nhận U02 2
 146 
PHẠM MINH TRIẾT và cộng sự TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN 
nó sẽ thu được tín hiệu của x sau đó sử dựa trên các công thức đã đưa ra sau đó so 
 U01
dụng bộ lọc SIC để tách tín hiệu của nó. Vì sánh với phương pháp mô phỏng Monte 
thế, xác suất dừng để thu được tín hiệu có Carlo. Phương pháp mô phỏng Monte 
 Carlo là phương pháp thử thống kê biểu 
liên quan đến U1 và U 2 nên được thực hiện 
 diễn nghiệm các bài toán dưới dạng các 
như sau: 
 tham số và sử dụng dãy số ngẫu nhiên để 
SOO , , (20) 
 112 RUxRU* 2*,,UNU 12, xR U x thth th
 NN0201 02 U01  xây dựng mẫu từ đó thu được ước lượng 
 Tiêu chí lựa chọn relay được xác định thống kê của các tham số. Nói cách khác, 
như sau: phương pháp Monte Carlo cung cấp những 
 * lời giải gần đúng cho các bài toán bằng 
 n argmax  HH* max
 UR0 N and n n (21) 
 n 1,2...,N cách thực hiện các thí nghiệm lấy mẫu 
 thống kê sử dụng số ngẫu nhiên và được 
 Trong đó  là SNR tại bộ chuyển 
 UR0 N thực hiện bằng các công cụ toán học. 
tiếp N . Trong bài báo này tất cả những kết quả 
 4. Kết quả mô phỏng mô phỏng đã được xử lý thông qua việc lấy 
 Trong phần này để mô tả xác suất trung bình của các thử nghiệm ngẫu nhiên 
dừng và phương thức lựa chọn relay trong trong khoảng 106 . Trong bài báo này những 
truyền thông D2D được thực hiện bằng kết quả của nhóm tác giả được dùng để 
phương pháp mô phỏng tiến hành tương đánh giá hiệu suất dừng của hai thiết bị 
ứng. Các tham số được xác định giá trị cụ cách xa trong mô hình NOMA với những 
thể để đưa ra các kết quả tương ứng để có kết quả có được theo phương pháp mô 
sự so sánh phù hợp. Những kết quả mô phỏng Monte Carlo. 
phỏng được xử lý bằng phần mềm Matlab 
 U 0.8  1,  10,  1
 Hình 2. Xác suất dừng tại 1 , 1 , U01 RNN R U th . 
 147 
SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 71 (05/2020) 
 Trong Hình 2 kết quả mô phỏng hiển thì khoảng cách hiệu suất sẽ tăng từ trong 
 Hình 2 ta thấy rằng xác suất dừng ở số 
thị xác suất dừng SNR U0 khi số lượng 
 lượng relay bằng hai hoặc ba gần như nhau 
các bộ chuyển tiếp thay đổi giúp chuyển 
 điều này có nghĩa là xác suất dừng chỉ xảy 
tiếp tín hiệu để truyền thông giữa thiết bị 
 ra ở số lượng chuyển tiếp ít. Trong Hình 2 
gần với thiết bị xa. Trong mô phỏng này 
 chứng tỏ rằng D2D-NOMA giúp tăng đáng 
tác giả phân bổ công suất trong mô hình 
 kể hiệu suất dừng ở thiết bị thứ nhất với 
NOMA cho các thiết bị ở xa và kết quả cho 
 SNR cao. Đặc biệt là các đường cong dựa 
thấy mô hình được đưa ra với nhiều trạm 
 theo phân tích hoàn toàn tương ứng với kết 
chuyển tiếp sẽ có nhiều ưu điểm so với mô 
 quả theo mô phỏng Monte-Carlo. 
hình chỉ dùng một nút relay. Khi SNR lớn 
 U 0.8  1,1,1
 Hình 3. Xác suất dừng tại 2 , 1 , U02 RRNN Uth . 
 Trong hình trên khi số lượng relay nghĩa là khi ta sử dụng nhiều trạm chuyển 
cao thì xác suất dừng để tách tín hiệu của tiếp sẽ đem lại nhiều lợi ích, giúp nâng 
 được cải thiện với tất cả các SNR có cao độ tin cậy trong mạng NOMA. 
 148 
PHẠM MINH TRIẾT và cộng sự TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN 
 O O 0 . 8  1,10,1
 Hình 4. So sánh xác suất dừng giữa 1 và 2 , 1 , URRURU012NNN . 
 Trong Hình 4 cho thấy số lượng nút nhau và chỉ khác khi SNR lớn và chúng ta 
chuyển tiếp trong mô hình sẽ ảnh hưởng thấy rằng việc thay đổi số lượng trạm 
nhiều đến xác suất dừng ở tất cả các SNR. chuyển tiếp trong mô hình D2D-NOMA 
Với số lượng trạm chuyển tiếp được chọn làm ảnh hưởng đến xác suất dừng của cả 
tại các giá trị SNR cụ thể của thiết bị phát, mô hình và xác suất dừng sẽ được cải thiện 
tại U1 và U 2 có xác xuất dừng là gần giống khi SNR tăng đáng kể. 
 Hình 5. So sánh xác suất dừng của hệ thống D2D-NOMA 
 149 
SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 71 (05/2020) 
 Trong Hình 5 mô phỏng xác suất dừng điều kiện kênh truyền tốt nhất cho các thiết 
của hệ thống D2D-NOMA trong trường hợp bị. Hiệu suất của mô hình đưa ra được 
dùng một bộ relay và dùng ba bộ relay. Kết đánh giá dựa vào việc phân tích xác suất 
quả trên cho thấy hệ thống D2D-NOMA khi dừng trong các phép toán, các hệ số phân 
sử dụng ba bộ relay thì xác suất dừng của hệ bố xác suất và xác suất dừng của mô hình. 
thống được cải thiện rất nhiều so với hệ Thông qua mô phỏng đã chứng minh rằng 
thống chỉ sử dụng một bộ relay. các kết quả của tác giả đưa ra là phù hợp. 
 5. Kết luận Kết quả mô phỏng có thể dễ dàng nhận ra 
 Trong bài báo này tác giả đã xây dựng rằng số lượng nút chuyển tiếp sẽ ảnh 
mô hình kết hợp D2D và NOMA để đạt hưởng lớn đến hiệu suất của mô hình. Mô 
được mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả hình tác giả đưa ra có thể làm tăng hiệu quả 
phổ của mô hình và đã xây dựng được sơ phổ của hệ thống dựa trên sơ đồ D2D-
đồ lựa chọn nút chuyển tiếp để có được NOMA. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[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”, International 
 conference on information and communication technology convergence (ICTC), 960–
 962, 2016. 
[2] J. Men, J. Ge, “Non-orthogonal multiple access for multiple-antenna relaying 
 networks”, IEEE Communications Letters, 19(10), 1686–1689, 2015. 
[3] Z. Ding, H. Dai, H. V. Poor, “Relay selection for cooperative NOMA”, IEEE 
 Communications Letters, 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”, 
 KSII Transactions on Internet and Information Systems, 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”, Annals of 
 Telecommunications, 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”, 2016 IEEE 27th Annual International 
 Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC), 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”, IEEE Communications Letters, 
 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”, Article in Physical 
 Communication, 1-7, 2019. 
Ngày nhận bài: 09/7/2019 Biên tập xong: 15/5/2020 Duyệt đăng: 20/5/2020 
 150