Luận văn thạc sĩ VNU UET truyền thông chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhận thức luận văn ths kỹ thuật điện tử viễn thông 60 52 02 03

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN HỒNG NHẬT

TRUYỀN THÔNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU TRONG
MÔI TRƯỜNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2014

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN HỒNG NHẬT

TRUYỀN THÔNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU TRONG
MÔI TRƯỜNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kĩ thuật điện tử
Mã số: 60.52.02.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS.TS NGUYỄN LINH TRUNG

Hà Nội - 2014

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Linh Trung đã dành rất nhiều
thời gian và công sức để hướng dẫn nghiên cứu và giúp tơi hồn thành luận văn
tốt nghiệp.
Nhân đây, tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Công
nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội và các thầy cô đang công tác tại Khoa Điện Tử Viễn Thông của trường đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hồn thành
tốt khóa học.
Mặc dù tơi đã có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn, tuy nhiên khơng thể tránh
khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp q báu của q thầy
cơ và các bạn.
Tác giả luận văn
NGUYỄN HỒNG NHẬT

Luận văn này nằm trong khuôn khổ của Đề tài Nghị định thư mã số 39/2012/HĐ/NĐT.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


LỜI CAM ĐOAN
“Tơi cam đoan nội dung trình bày trong luận văn này là kết quả công việc

nghiên cứu của tôi và nội dung này chưa được đăng gửi hay trình bày ở luận
văn nào khác của tơi. Luận văn này không chứa đựng các tài liệu đã được
đăng hay viết trước đây bởi người nào khác ngoài việc sử dụng các tài liệu
dùng để tham khảo cho luận văn này.”

Ký tên:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Học viên: Nguyễn Hồng Nhật

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


3

Mục lục
Lời cảm ơn

1

Lời cam đoan

2

Mục lục

3

Danh sách hình vẽ

5

Danh mục các từ viết tắt

6

MỞ ĐẦU

7

Chương 1. MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU
1.1. Mạng chuyển tiếp hai chiều [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Mô hình hệ thống [10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9
9
11

Chương 2. MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU KẾT HỢP
2.1. Mơ hình hệ thống và cơ chế truyền dữ liệu [1] . . . . . . . . . .
2.2. Phân tích mơ hình [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1. Tính tốn dung năng truyền . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2. Thông lượng tổng và xác suất truyền hỏng [1] . . . . . .
2.3. Tóm tắt kết quả chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1. Mơ hình 2.1.1.a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2. Mơ hình 2.1.1.b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Mô phỏng và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1. Mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2. Thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13
13

15
15
19
23
23
24
24
24
26

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.

Chương 3. MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU CHỌN LỌC
3.1. Mơ hình hệ thống relay selection amplify-and-forward - khuếch đại
chuyển tiếp chọn lọc (RS-AF) [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Lựa chọn nút chuyển tiếp trong mạng RS-AF[6] . . . . . . . . . . .
3.2.1. Optimal relay selection amplify-and-forward - Lựa chọn chuyển
tiếp tối ưu (O-RS-AF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27
27
29
29

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


4

3.3.

3.4.
3.5.
3.6.

3.2.2. Sub-optimal relay selection amplify-and-forward - Lựa chọn
chuyển tiếp cận tối ưu (S-RS-AF) . . . . . . . . . . . . . . .
Phân tích hoạt động [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1. Phân tích cơ chế S-RS-AF . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2. So sánh Symbol error rate - tốc độ lỗi bit (SER) của cơ chế

S-RS-AF so với All-participate amplify-and-forward - cùng
khuếch đại chuyển tiếp (AP-AF) . . . . . . . . . . . . . . .
Cấp phát công suất [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tóm tắt kết quả chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mô phỏng và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1. Mô phỏng mạng chuyển tiếp hai chiều chọn lọc . . . . . . .
3.6.2. Thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30
30
30

34
36
37
38
38
42

Chương 4. ẢNH HƯỞNG SUY GIẢM CỦA PHẦN CỨNG TRONG
MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU
4.1. Mơ hình phân tích [7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Phân tích các biểu thức xác suất truyền hỏng và tỷ lệ lỗi bit . . . .
4.2.1. Phân tích xác suất truyền hỏng . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2. Phân tích về tỷ lệ lỗi bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Tóm tắt kết quả chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4. Mô phỏng về tác động suy giảm do phần cứng thu phát . . . . . . .
4.5. Thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

43
45
45
47
48
49
50

KẾT LUẬN

52

Tài liệu tham khảo

54

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


5

Danh sách hình vẽ
1.1.1.Mạng chuyển tiếp 2 chiều . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1.Mơ hình kênh truyền chuyển tiếp hai chiều . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1.Mơ hình mạng . Các ký hiệu chỉ số kênh và khe thời gian của cơ chế
truyền 3 khe thời gian (chỉ số phía trên) và cơ chế 2 khe thời gian
(chỉ số phía dưới). Hai mơ hình truyền (a) và (b) . . . . . . . . . .
2.4.1.Dung năng (dung lượng) trung bình của giữa 2 đầu cuối của mạng .
2.4.2.Thông lượng tổng của mạng theo tốc độ bit khi 2 đầu cuối cách ly
và đường truyền BS-RS lý tưởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.1.Sơ đồ khối mơ hình đề xuất RS-AF và cơ chế AP-AF . . . . . . . .
3.6.1.Mô phỏng giá trị SER giữa 2 cơ chế O-RS-AF và cơ chế S-RS-AF
(với ps = pr = 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.2.Mô phỏng SER giữa 2 cơ chế S-RS-AF và AP-AF . . . . . . . . . .
3.6.3.SER mô phỏng so với kết quả phân tích gần đúng biễu diễn dạng
công thức . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.4.So sánh SER sử dụng cấp phát công suất đồng đều và cấp phát công
suất tối ưu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.5.Mô phỏng SER của cơ chế S-RS-AF khi thay đổi tỉ lệ cấp phát công
suất với N = 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1.Sơ đồ khối phân tích tác động của phần cứng của mạng chuyển tiếp
hai chiều . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1.Xác suất truyền hỏng tại nút T1 theo công suất phát P1 . Các tham
số mô phỏng: x = 25 − 1, Ω1 = 2, Ω2 = 1, P1 = P2 = 2P3 . . . . . . .
4.4.2.SER tại nút T1 theo công suất phát P1 . Các tham số mô phỏng:
x = 25 − 1, Ω1 = Ω2 = 1, P1 = P2 = 2P3 . . . . . . . . . . . . . . . .

10
11

14
25
26
28
39
40
40
41
41
43

49
50

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


5

Các từ viết tắt
AF: Amplify-and-Forward - khuyếch đại và chuyển tiếp
AP-AF: All-participate amplify-and-forward - cùng khuếch đại chuyển tiếp
BS: Base Station - trạm cơ sở
CDF: Hàm phân phối xác suất tích lũy
CDR: Coordinated direct/relay - kết hợp trực tiếp và chuyển tiếp
DF: Decode-and-Forward - giải mã và chuyển tiếp
EPA: Equal power allocation - cấp phát công suất đồng đều
MGF: Moment-generating function - Hàm sinh mômen
ML: Maximum likelihood - xấp xỉ liền kề
OP: Outage probability - xác suất truyền hỏng
OPA: Optimal power allocation - cấp phát công suất tối ưu
O-RS-AF: Optimal relay selection amplify-and-forward - Lựa chọn chuyển tiếp tối
ưu
PDF: Hàm phân phối xác suất
RS-AF: relay selection amplify-and-forward - khuếch đại chuyển tiếp chọn lọc
SER: Symbol error rate - tốc độ lỗi bit
SNDR: Signal-to-noise-and-distortion ratio - tỷ số tín hiệu trên nhiễu và méo dạng
SNR: Signal noise ratio - tỷ số tín hiệu trên nhiễu
S-RS-AF: Sub-optimal relay selection amplify-and-forward - Lựa chọn chuyển tiếp
cận tối ưu

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


6

MỞ ĐẦU
Vô tuyến nhận thức (cognitive radio) là một khái niệm mới, được đề xuất bởi giáo
sư Mitola, cho phép các hệ thống vơ tuyến có thể cảm nhận mơi trường xung quanh
và tự điều chỉnh các tham số truyền phát của nó để đạt tối ưu. Vơ tuyến nhận
thức hiện nay có rất nhiều ứng dụng và một trong những ứng dụng quan trọng
nhất của nó là để cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần, một phần gây ra bởi chính
sách phân bố phổ tần cố định. Ý tưởng cơ bản các hệ thống vô tuyến sử dụng cơng
nghệ vơ tuyến nhận thức là có thể tiến hành hoạt động truyền phát mà không cần
phải đăng ký/mua trước tần số bằng cách truyền phát trong những băng tần trống
hoặc truyền song song với hệ thống sơ cấp (có bản quyền tần số) mà khơng gây
can nhiễu cho nó. So sánh hai phương pháp, thì phương pháp sau (cịn được gọi là
phương pháp truyền nền theo đề xuất của giáo sư Goldsmith) cho hiệu suất phổ
tần cao hơn và hệ thống dễ dàng đảm bảo chất lượng dịch vụ đặc biệt cho những
dịch vụ đòi hỏi thời gian thực. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là cơng suất phát
của hệ thống thứ cấp (hệ thống sử dụng công nghệ vô tuyến nhận thức) phải bị
giới hạn để không gây can nhiễu cho hệ thống sơ cấp dẫn đến kết quả là vùng phủ
sóng của hệ thống thứ cấp bị giới hạn.
Chuyển tiếp hai chiều (two way relaying) là một ứng dụng quan trọng của mã
mạng (network coding) ở lớp vật lý cho phép cải thiện đáng kể hiệu suất phổ tần
bằng cách tận dụng tính chất quảng bá của kênh truyền vô tuyến. Với hai nút
nguồn và một nút chuyển tiếp, hiệu suất phổ tần sẽ được cải thiện 100% và do đó
nó nhận được sự quan tâm mạnh mẽ của cộng đồng khoa học trên thế giới trong
những năm gần đây.
Có nhiều cơ chế được sử dụng cho mạng chuyển tiếp hai chiều. Việc lựa chọn
mơ hình và cơ chế phù hợp của mạng chuyển tiếp như thế nào cần dựa vào các

nghiên cứu và đánh giá về mặt lý thuyết dựa vào các tiêu chí đánh giá mạng như
độ phân tập, xác suất truyền hỏng, thông lượng mạng và dung năng của mạng.
Để giải quyết các vấn đề đó, luận văn này nghiên cứu và so sánh một số mơ
hình truyền chuyển tiếp hai chiều theo các tiêu chí như đã đề cập, cho chúng ta
cơ sở để hiểu rõ hơn về cách hoạt động của mạng chuyển tiếp và đồng thời đưa ra
các đánh giá các mơ hình mạng dựa theo các tiêu chuẩn kỹ thuật đặc trưng của
một mạng vơ tuyến.
Ngồi ra, luận văn cịn nghiên cứu về các mức độ ảnh hưởng của phần cứng đến
hoạt động của mạng chuyển tiếp hai chiều như thế nào, cụ thể là các tham số SER
và xác suất truyền hỏng của mạng.
Luận văn được chia làm các phần như sau:
- Phần mở đầu.
- Chương 1: trình bày các khái niệm cơ bản liên quan đến mạng chuyển tiếp hai

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


7

chiều.
- Chương 2: nghiên cứu về mơ hình truyền dữ liệu kết hợp kiểu trực tiếp và
chuyển tiếp.
- Chương 3: nghiên cứu về cơ chế chuyển tiếp chọn lọc trong mạng chuyển tiếp
hai chiều.
- Chương 4: đề cập về tác động suy giảm của phần cứng tại nút chuyển tiếp đến
các tham số hoạt động của mạng.
- Phần kết luận.
Các mơ hình về mạng chuyển tiếp hai chiều ở chương 2 và chương 3 được tham
khảo ở tài liệu [1, 6]. Nội dung của chương 4 được đề cập ở tài liệu [7].
Luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu các giao thức chuyển tiếp hai chiều hoạt

động hiệu quả trong môi trường vô tuyến nhận thức. Các tham số đánh giá hiệu
năng ở lớp vật lý như xác suất truyền hỏng (outage probability), tỷ lệ lỗi trung
bình (symbol error rate) ở kênh truyền fading cũng sẽ được khảo sát và tập trung
vào các nội dung nghiên cứu đề cập ở trên về mặt lý thuyết và đồng thời thực hiện
chứng minh chi tiết các kết quả, thực hiện mô phỏng và so sánh với các kết quả
mà các tác giả đã trình bày ở [1, 6, 7]. Phương pháp nghiên cứu là sự kết hợp giữa
mơ hình tốn xác suất và mô phỏng Monte-Carlo.
Các vấn đề đã đạt được trong luận văn này là nghiên cứu các mơ hình truyền
thông chuyển tiếp hai chiều sử dụng cơ chế Amplify-and-Forward - khuyếch đại và
chuyển tiếp (AF), chứng minh chi tiết các kết quả được nêu ở [1, 6, 7] và thực hiện
mơ phỏng chính xác các kết quả đó.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


8

CHƯƠNG 1: MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU
Xét một mạng khi mà điểm thu và phát không thể trao đổi hay kết nối trực tiếp
với nhau do khoảng cách giữa chúng xa nhau hoặc do các fading của kênh truyền.
Lúc đó chúng có thể trao đổi tín hiệu với nhau qua trung gian bởi một hoặc nhiều
điểm chuyển tiếp và do đó sẽ tạo ra một mạng chuyển tiếp. Việc chuyển tiếp làm
tăng khoảng cách truyền tín hiệu và đồng thời tiết kiệm được cơng suất phát và
vì vậy làm tăng thời gian sử dụng pin của thiết bị thu phát và giảm nhiễu.
Mạng chuyển tiếp sử dụng một số cơ chế chuyển tiếp nào đó đối với các tín hiệu
(mà nút chuyển tiếp nhận được) trước khi truyền lại tín hiệu đó. Một trong những
cơ chế đó là cơ chế Decode-and-Forward - giải mã và chuyển tiếp (DF). Với cơ chế
DF thì nút chuyển tiếp sẽ giải mã các tín hiệu nhận được trước khi truyền lại cho
các điểm khác. Bộ thu phải biết đặc điểm của kênh chuyển tiếp để có thể thu tốt.
Phương pháp này điều chỉnh các điều kiện kênh truyền, và nếu các tín hiệu truyền

khơng giải mã đúng thì việc kết hợp tín hiệu cần thu tại các điểm thu sẽ trở nên
khó khăn.
Cơ chế thứ hai được sử dụng trong mạng chuyển tiếp là cơ chế AF, ở đó mỗi
nút chuyển tiếp khuếch đại tín hiệu nhận được trước khi truyền đến điểm thu. Bởi
vì cách hoạt động đơn giản của nó nên phương pháp này cũng được sử dụng phổ
biến trong các hệ thống thơng tin kết hợp. Sự chuyển tiếp có thể thực hiện theo
một hướng, ở đó một hoặc nhiều điểm phát tín hiệu thơng qua một điểm chuyển
tiếp hoặc nhiều điểm chuyển tiếp trước khi tín hiệu đến điểm thu. Kiểu hoạt động
này thường xảy ra ở 2 khe thời gian. Ở khe thời gian đầu tiên, một nút hay điểm
mạng gửi tín hiệu của nó đến nút chuyển tiếp. Tại nút chuyển tiếp tín hiệu sẽ được
xử lý và truyền cho nút - điểm mạng kia ở khe thời gian thứ hai. Khi hai nút trao
đổi thông tin qua lại thơng qua một hoặc nhiều điểm chuyển tiếp thì mạng trở
thành một mạng chuyển tiếp 2 chiều mà ta sẽ xét ở sau.

1.1.

Mạng chuyển tiếp hai chiều [2]

Truyền thông hai chiều được giới thiệu đầu tiên cho trường hợp truyền thông điểm
- điểm. Việc sử dụng các nút chuyển tiếp cho truyền thông hai chiều được gọi là
chuyển tiếp hai chiều, mà trong đó hai điểm hay nút trao đổi thông tin thông qua
một hoặc nhiều điểm chuyển tiếp. Chuyển tiếp hai chiều sẽ đạt hiệu suất băng
thông tốt hơn khi so sánh với mạng chuyển tiếp một chiều.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


9

Hình 1.1.1: Mạng chuyển tiếp 2 chiều

Truyền thơng hai chiều được giới thiệu đầu tiên cho trường hợp truyền thông
điểm - điểm. Việc sử dụng các nút chuyển tiếp cho truyền thông hai chiều được gọi
là chuyển tiếp hai chiều, mà trong đó hai điểm hay nút trao đổi thơng tin thông
qua một hoặc nhiều điểm chuyển tiếp. Chuyển tiếp hai chiều sẽ đạt hiệu suất băng
thông tốt hơn khi so sánh với mạng chuyển tiếp một chiều.
Các kỹ thuật truyền thống sử dụng bốn khe thời gian để hoàn tất q trình trao
đổi thơng tin của hai điểm mạng như ở hình 1.1.1a. Mỗi nút mạng truyền dữ liệu
cho nút chuyển tiếp sử dụng một khe thời gian. Nút chuyển tiếp sau đó gửi thơng
tin xử lý cho hai nút mạng cũng sử dụng hai khe thời gian. Do đó q trình trao
đổi thơng tin cần đến bốn khe thời gian và không tiết kiệm băng thông.
Phương thức thứ hai trong chuyển tiếp hai chiều sử dụng ba khe thời gian, như
hình 1.1.1b. Cả hai nút mạng đều truyền thơng tin của nó cho nút chuyển tiếp tại
khe thời gian thứ nhất và khe thời gian thứ hai. Trong khe thời gian thứ ba nút
chuyển tiếp sử dụng thuật toán mã mạng (chẳng hạn như thuật toán XOR) để kết
hợp tín hiệu của 2 khe thời gian đầu mà nó nhận được và truyền quảng bá cho cả
hai nút mạng. Tại mỗi nút mạng sử dụng thuật toán giải mã tín hiệu (ví dụ XOR)
để tách ra tín hiệu của nút mạng kia truyền cho nó. Nói một cách khác thì trong

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


10

trường hợp này nút chuyển tiếp thực hiện công việc giải điều chế và giải mã lại hai
tín hiệu truyền của hai nút mạng và sau đó mã hóa và điều chế lại tín hiệu trước
khi truyền lại cho hai nút mạng ở khe thời gian thứ ba.
Phương thức thứ ba sử dụng hai khe thời gian như ở hình 1.1.1c. Trường hợp
này cả hai nút mạng đều cùng truyền tín hiệu đến nút chuyển tiếp trong khe thời
gian thứ nhất. Nút chuyển tiếp sau đó truyền tín hiệu đã được xử lý đến hai nút
mạng trong khe thời gian thứ hai. Sử dụng hai khe thời gian trong trao đổi dữ liệu

làm tăng hiệu suất sử dụng băng thông hơn nhiều.
Bản chất của truyền thông chuyển tiếp hai chiều là, để giải mã dữ liệu từ các
nút mạng khác, mỗi nút mạng loại bỏ tín hiệu của chính nó trong tín hiệu mà nó
nhận được từ nút chuyển tiếp.

1.2.

Mơ hình hệ thống [10]

Hình 1.2.1 biễu diễn mơ hình kênh chuyển tiếp hai chiều với các biến của kênh như
sau:
Wi ∈ {1, ..., 2nRi }: các bản tin của nút mạng i
Xi = [Xi1 , ..., Xin ]T : các từ mã của nút mạng i
YR = [YR1 , ..., YRn ]T : kênh lối ra của nút chuyển tiếp
XR = [XR1 , ..., XRn ]T : các từ mã của nút chuyển tiếp
Yi = [Yi1 , ..., Yin ]T : các kênh ra tại nút mạng i
ˆ i ∈ {1, ..., 2nRi }: các bản tin ước lượng được tại nút mạng i
W
với i = 1, 2 và Ri là tốc độ thông tin của nút mạng i, i=1,2. Nút mạng i truyền
ký hiệu của nó Xik đến nút chuyển tiếp qua kênh đường lên không nhớ xác định
bởi p(yR |x1 , x2 ).

Hình 1.2.1: Mơ hình kênh truyền chuyển tiếp hai chiều
Từ mã Xik là một hàm giữa bản tin Wi và các kênh ra quá khứ Yik−1 =
Yi1 , ..., Yik−1 , tức là Xik = fik (Wi , Yik−1 ). Tại cùng một thời điểm, nút chuyển
tiếp truyền ký tự XRk đến nút mạng 1 và 2 qua kênh đường xuống không nhớ xác
định bởi p(x1 , x2 |yR ) . Vì nút chuyển tiếp khơng có bản tin của nó, nên XRk là hàm
của các ngõ ra kênh trong quá khứ YRk−1 = YR1 , ..., YRk−1 , tức là XRk = fRk (YRk−1 ).

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

11

ˆ 2 có dạng W
ˆ 2 = g1 (W1 , Y1 ). Việc giải mã ở
Tại nút mạng 1, bản tin ước lượng W
nút mạng 2 xảy ra tương tự.
Ta thấy rằng, trong một mạng chuyển tiếp hai chiều, hai nút mạng trao đổi
thông tin cho nhau trên một kênh truyền qua trung gian một hoặc nhiều nút
chuyển tiếp. Điều này xảy ra trên thực tế như ở các trường hợp 2 nút đặt xa nhau
về khoảng cách và công suất hạn chế nên không thể trao đổi trực tiếp thơng tin với
nhau. Một ví dụ cụ thể là các máy trạm di động hoặc trong môi trường trao đổi
thông tin qua đường truyền vệ tinh. Mạng chuyển tiếp hai chiều được chia làm 2
loại là loại DF và loại AF. Việc hiểu các kỹ thuật của mạng chuyển tiếp hai chiều
đóng vai trị quan trọng trong nghiên cứu các kỹ thuật như mã mạng để tăng hiệu
suất sử dụng nhằm tiếp cận các giới hạn về dung lượng của mạng.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


12

CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU KẾT HỢP
Cơ chế truyền dữ liệu chuyển tiếp hai chiều trong mạng vơ tuyến có được lợi ích
về thơng lượng truyền thơng qua:
- Kết hợp hai luồng dữ liệu với nhau sử dụng mã mạng.
- Sử dụng thông tin đã biết để bỏ bớt tín hiệu dư và tách tín hiệu mong muốn.
Dựa trên nguyên tắc này, tác giả đã đề xuất các cơ chế khác nhằm cải thiện thêm
thông lượng trong mạng vơ tuyến, ở đó truyền dữ liệu chuyển tiếp hoặc trực tiếp

dưới dạng truyền kết hợp sẽ được xem xét. Kết quả phân tích sẽ cho thấy truyền
kiểu kết hợp sẽ cải thiện được thông lượng tương tự các cơ chế truyền chuyển tiếp.
Các nghiên cứu gần đây tập trung nhiều các vấn đề như mở rộng độ bao phủ và
tăng độ phân tập của mạng vô tuyến. Nhiều kỹ thuật truyền dữ liệu chuyển tiếp
được giới thiệu và phổ biến như AF và DF ở chương trước. Các kỹ thuật này được
áp dụng trong các kiểu truyền dữ liệu chuyển tiếp một chiều hoặc hai chiều.
Nghiên cứu này giới thiệu một số phương pháp chuyển tiếp hai chiều khác để
tăng thông lượng truyền. Các phương pháp này liên quan đến việc hệ thống vô
tuyến kết hợp cả việc truyền trực tiếp và chuyển tiếp theo chiều lên và xuống.
Nghiên cứu đưa ra hai cơ chế kết hợp truyền trực tiếp và chuyển tiếp để nút Base
Station - trạm cơ sở (BS) có thể sử dụng thơng tin biết được phục vụ cho việc hủy
nhiễu xen. Chúng ta gọi cơ chế này là cơ chế truyền coordinated direct/relay - kết
hợp trực tiếp và chuyển tiếp (CDR).
Chương này được trình bày như sau: Phần 2.1 sẽ mơ tả mơ hình hệ thống và
cơ chế truyền. Phần 2.2 phân tích so sánh giữa mơ hình 3 khe thời gian và mơ
hình 2 khe thời gian về hai yếu tố tốc độ tổng (sum-rate) và thơng lượng tổng
(sum-throughput). Phần 2.3 là tóm tắt các kết quả đạt được về mặt phân tích.
Phần mơ phỏng được trình bày ở 2.4.

2.1.

Mơ hình hệ thống và cơ chế truyền dữ liệu [1]

Cơ chế truyền CDR cơ bản bao gồm một trạm gốc BS, một nút chuyển tiếp (RS)
và hai nút đầu cuối U và V, như ở hình 2.1.1(a). Các nút có cơng suất phát 1 đơn
vị và băng thơng chuẩn hóa 1 Hz. Mỗi kênh truyền phức hi , i ∈ {1, 2, 3, 4, 5} có
tính đối xứng, được biết tại các đầu thu, có phân bố Rayleigh với E[|hi |2 ] = 1. Ký
hiệu xi là một gói hoặc ký tự. Trong mơ hình 2.1.1a, gói tin trạm phát BS muốn
gửi đến U là x1 , tuy nhiên tín hiệu nhận được sẽ có dạng y = hx1 + z, z chính là
nhiễu. Tương tự V muốn gửi gói tin x2 đến BS. Trong mơ hình 2.1.1b, U muốn gửi

gói tin x3 cho BS và BS muốn gửi gói tin x4 cho V.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


13

Hình 2.1.1: Mơ hình mạng . Các ký hiệu chỉ số kênh và khe thời gian của cơ chế
truyền 3 khe thời gian (chỉ số phía trên) và cơ chế 2 khe thời gian (chỉ số phía
dưới). Hai mơ hình truyền (a) và (b)
Tín hiệu thu và nhiễu Gauss tại BS,RS,U và V trong khe thời gian j ký hiệu là
yij và zik ∼ CN (0, N0 ), i = {B, R, U, V } j = {1, 2, 3}.Tỷ số Signal noise ratio - tỷ
số tín hiệu trên nhiễu (SNR) cho kênh truyền i được ký hiệu là γi = |hi |2 /N0 và
dung lượng kênh được ký hiệu là C(γi ) = log2 (1 + γi ). Kênh trực tiếp BS-U giả sử
là yếu và U chỉ nhận tín hiệu thơng qua nút chuyển tiếp RS để giải mã dữ liệu từ
trạm BS. Tại RS, tín hiệu nhận được điều chỉnh tỷ lệ để phù hợp điều kiện truyền.
• Trong cơ chế 3 khe thời gian ở mơ hình 2.1.1a (thứ tự các khe thời gian được
biểu thị bởi các nhãn màu đỏ hay nhãn phía trên ở hình 2.1.1a), trước hết, BS
gửi x1 đến RS, thứ hai, RS nhận và khuếch đại/chuyển tiếp ký tự vừa nhận
đến U, thứ ba, V gửi x2 đến BS.
• Trong cơ chế 3 khe thời gian ở mơ hình 2.1.1b (biểu thị bởi các nhãn màu đỏ
hay nhãn phía trên ở hình 2.1.1b), trước tiên U gửi x3 đến RS, thứ hai RS
chuyển ký tự nhận đến BS, thứ ba BS gửi x4 đến V.
Trong các cơ chế 2 khe thời gian, thông lượng mạng tăng lên khi việc truyền dữ
liệu sử dụng ít khe thời gian hơn. Thứ tự truyền của các cơ chế đề nghị được biểu
thị bởi các nhãn màu xanh hay nhãn phía dưới ở hình 2.1.1.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

14

• Mơ hình ở 2.1.1a, tại khe thời gian thứ nhất, BS gửi x1 đến RS. Khe thời gian
thứ 2, RS khuếch đại và chuyển tiếp ký tự nhận đến U, trong khi V gửi x2
đến BS. Việc nhận x2 tại BS sẽ bị xen bởi tín hiệu đã được khuếch đại x1 từ
RS, tuy nhiên BS đã biết được x1 nên nó có thể loại bỏ thành phần xen vào
đó để tách x2 .
• Mơ hình ở 2.1.1b, tại khe thời gian thứ nhất, U gửi x3 đến RS và BS gửi x4
đến V. RS nhận cả 2 tín hiệu xen nhau x3 và x4 , sẽ được khuếch đại và chuyển
tiếp trong khe thời gian thứ 2. BS đã biết được x4 nên nó có thể loại bỏ thành
phần x4 để tách x3 . V kết hợp các tín hiệu nhận trong hai khe thời gian để
giãi mã x4 .
Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ phân tích các mơ hình này.

2.2.

Phân tích mơ hình [1]

2.2.1.

Tính tốn dung năng truyền

Với mỗi cơ chế trong mỗi mơ hình trong phần này ta phân tích lại các kết quả mà
tác giả đã đưa ra về tốc độ tổng của chiều truyền xuống và lên trong điều kiện giả
sử tất cả các nút phát đều biết tỉ số SNR tức thời tại bộ thu.
2.2.1.1.

Mơ hình 1 (2.1.1a)

Cơ chế truyền 3 khe thời gian: RS, U và BS nhận các tín hiệu tương

ứng
yR1 = h1 x1 + zR1

√
yU 2 = h2 g1 yR1 + zU 2 , yB3 = h3 x2 + zB3

với g1 = 1/(|h1 |2 + N0 )

(2.2.1)

(2.2.2)

Dung năng truyền V-BS và từ BS-U: Cγ3 , CγE1U
- Tính γ3 : Từ yB3 = h3 x2 + zB3 ta có γ3 = |h3 |2 /N0 .
- Tính γE1U : Thay yR1 vào biểu thức yU 2 , ta được:
√
√
√
yU 2 = h2 g1 (h1 x1 + zR1 ) + zU 2 = h2 g1 h1 x1 + (h2 g1 zR1 + zU 2 )

(2.2.3)

√
Thành phần nhiễu của yU 2 có phân phối (h2 g1 zR1 + zU 2 ) ∼ CN (0, ((|h2 |2 g1 +
1)N0 ).
γE1U =

|h1 |2 |h2 |2 g1
|h1 |2 |h2 |2
=

(|h2 |2 g1 + 1)N0
(|h2 |2 + 1/g1 )N0

(2.2.4)

Từ γ1 = |h1 |2 /N0 , γ2 = |h2 |2 /N0 , g1 = 1/(|h1 |2 + N0 ),
suy ra: |h1 |2 = γ1 N0 , |h2 |2 = γ2 N0 , g1 = 1/[(1 + γ1 )N0 ]. Thay vào ta được:

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


15

γE1U =

γ1 N0 γ2 N0
γ1 γ2
=
(γ2 N0 + (1 + γ1 )N0 )N0
γ1 + γ2 + 1

(2.2.5)

Do mơ hình truyền 3 khe thời gian của cơ chế 1 cần 3 khe thời gian nên dung
lượng tổng sẽ là:
1
CE1 = [C(γE1U ) + C(γ3 )]
3

(2.2.6)

Cơ chế truyền 2 khe thời gian:
Trong mơ hình 2 khe thời gian, khe thời gian thứ 1 BS gửi gói tin đến RS:
yR1 = h1 x1 + zR1

(2.2.7)

Khe thời gian thứ hai, RS gửi gói tin đến U, V gửi gói tin đến BS. Do ảnh hưởng
kênh truyền nên tín hiệu nhận tại U và BS tương ứng là (chú ý lúc này nút chuyển
√
tiếp RS có điều chỉnh lại cơng suất phát với hệ số g1 với g1 = 1/(|h1 |2 + N0 ):
√
√
√
yU 2 = h2 g1 yR1 + h4 x2 + zU 2 = h2 g1 h1 x1 + h4 x2 + h2 g1 zR1 + zU 2
√
yB2 = h1 g1 yR1 + h3 x2 + zB2

(2.2.8)

(2.2.9)

Trạm BS đã biết thành phần x1 nên nó sẽ loại bỏ thành phần đó và được tín
hiệu:
√
yB2 = h3 x2 + h1 g1 zR1 + zB2

(2.2.10)

SNR của yU 2 và yB2 ký hiệu là: γP 1U và γP 1V

Tính γP 1U (chú ý tín hiệu thu mong muốn của U là x1 chứ không phải x2 ):
γP 1U

|h2 |2 g1 |h1 |2
=
|h4 |2 + (|h2 |2 g1 + 1)N0

(2.2.11)

Thay |h1 |2 = γ1 N0 , |h2 |2 = γ2 N0 , |h4 |2 = γ4 N0 , g1 = 1/[(1 + γ1 )N0 ] ta được:

γP 1U =
=

γ4 N0 +

γ 1 N0 γ 2 N0
(1+γ1 )N0
γ 1 N0
( (1+γ
1 )N0

+ 1)N0

=

γ1 γ2
γ4 (1 + γ1 ) + γ2 + (1 + γ1 )

γ1 γ2

γ1 + γ2 + γ4 + γ1 γ4 + 1

Tính γP 1V :
√
Thành phần nhiễu của yB2 có phân bố (h1 g1 zR1 + zB2 ) ∼ CN (0, ((|h1 |2 g1 +
1)N0 ).

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


16

γP 1V =

|h3 |2
(|h1 |2 g1 + 1)N0

(2.2.12)

Từ γ1 = |h1 |2 /N0 , γ3 = |h3 |2 /N0 , g1 = 1/(|h1 |2 +N0 ), suy ra: |h1 |2 = γ1 N0 , |h3 |2 =
γ3 N0 , g1 = 1/[(1 + γ1 )N0 ]. Thay vào ta được:
γP 1V =

γ3 N0
γ1 N
( (1+γ1 )N +

1)N0

=

γ3 (γ1 + 1)
γ3 N0 (1 + γ1 )N0
=
(2γ1 N0 + N0 )N0
2γ1 + 1

(2.2.13)

Quá trình truyền dữ liệu xảy ra ở 2 khe thời gian nên dung lượng tổng là:
1
CP 1 = [C(γP 1U ) + C(γP 1V )]
2
2.2.1.2.

(2.2.14)

Mơ hình 2(2.1.1b)

Cơ chế truyền 3 khe thời gian:
Khe thời gian thứ nhất, U gửi dữ liệu đến RS, tín hiệu RS thu được:
yR1 = h2 x3 + zR1

(2.2.15)

Khe thời gian thứ hai, RS gửi dữ liệu đến BS (RS có điều chỉnh hệ số công suất
phát g2 = 1/(|h2 |2 + N0 ):
√
√
√

yB2 = h1 g2 yR1 + zB2 = h1 g2 h2 x3 + (h1 g2 zR1 + zB2 )

(2.2.16)

Khe thời gian thứ 3, BS gửi dữ liệu đến V:
yV 3 = h3 x4 + zV 3

(2.2.17)

SNR của yB2 , yV 3 là γE2U , γ3 (γ3 = |h3 |2 /N0 ):
Hoàn toàn tương tự, ta được:
γE2U =

γ1 γ2
γ1 + γ2 + 1

(2.2.18)

Dung năng truyền tổng:
1
CE2 = [C(γE2U ) + C(γ3 )]
3

(2.2.19)

CE2 = CE1

(2.2.20)

Để ý ta có

Cơ chế truyền 2 khe thời gian:
Trong mơ hình này, ở khe thời gian thứ nhất, U truyền dữ liệu đến RS, BS
truyền đến V. Tín hiệu nhận tại RS và V tương ứng là:
yR1 = h2 x3 + (h1 x4 + zR1 ),

yV 1 = h3 x4 + (h4 x3 + zV 1 )

(2.2.21)

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


17

Khe thời gian thứ hai: RS phát dữ liệu cho BS,V (RS điều chỉnh công suất phát
g3 = 1/(|h1 |2 + |h2 |2 + N0 ). Tín hiệu thu tại BS và V:
√
yB2 = h1 g3 yR1 + zB2 ,

√
yV 2 = h5 g3 yR1 + zV 2

(2.2.22)

√
√
√
yV 2 = h5 g3 h2 x3 + h5 g3 h1 x4 + h5 g3 zR1 + zV 2

(2.2.23)

BS đã biết x4 , do đó nó sẽ loại bỏ thành phần x4 của yB2 và được tín hiệu:
√
√
y˜B2 = h1 g3 h2 x3 + (h1 g3 zR1 + zB2 )

(2.2.24)

SNR của y˜B2 là γP 2U :
γ 1 N0 γ 2 N0

γP 2U

γ1 γ2
|h1 |2 g3 |h2 |2
γ1 N0 +γ2 N0 +N0
=
=
=
γ
N
(|h1 |2 g3 + 1)N0
2γ1 + γ2 + 1
( γ1 N0 +γ1 2 N0 0 +N0 + 1)N0

(2.2.25)

Nút V có thể chọn lựa tách x4 từ yV 1 hoặc yV 2 tùy theo gieo giá trị SNR của 2
tín hiệu đó:

SNR của yV 1 và yV 2 tương ứng là γV 1 và γV 2 .
Ta có:
|h3 |2
γ3 N0
γ3
γV 1 =
=
=
(2.2.26)
2
|h4 | + N0
γ4 N0 + N0
γ4 + 1

γV 2

|h5 |2 g3 |h1 |2
=
=
|h5 |2 g3 |h2 |2 + |h5 |2 g3 N0 + N0
γ5 γ1
=
γ5 γ2 + γ5 + γ1 + γ2 + 1

γ5 N0 γ1 N0
γ1 N0 +γ2 N0 +N0
γ 5 N0 γ 2 N0
γ5 N0 N0
γ1 N0 +γ2 N0 +N0 + γ1 N0 +γ2 N0 +N0

+ N0

Đặt γP 2V = max(γV 1 , γV 2 ), ta có dung năng tổng của quá trình truyền qua 2
khe thời gian:
1
CP 2 = [C(γP 2U ) + C(γP 2V )]
2

(2.2.27)

Chú ý là dung năng kênh truyền trong khe thời gian thứ hai CP 2U không phụ
thuộc vào kênh truyền giữa 2 đầu cuối U và V.
Một số trường hợp:
- Nếu bỏ qua kênh truyền U-V và V chỉ nhận dữ liệu từ trạm BS trong khe thời
gian thứ nhất, lúc đó:
1
CP 2 = [C(γP 2U ) + C(γ3 )]
2

(2.2.28)

- Nếu kênh truyền BS-RS là lý tưởng, tức γ1 → ∞, lúc đó γV 2 = γ5 , do đó:

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


18

1
γ2

γ3
CP 2 = [C( ) + C(max(
, γ5 ))]
2
2
γ4 + 1
2.2.2.

(2.2.29)

Thông lượng tổng và xác suất truyền hỏng [1]

Trong phần này ta giả sử bộ phát không biết được SNR tại bộ thu và tốc độ truyền
dữ liệu trên mỗi kênh là R . Thơng lượng được tính trên mỗi kênh sẽ là R(1 − Pout ),
trong đó Pout là xác suất truyền hỏng. Thông lượng truyền tổng sẽ là:
R
(1 − Pout1 + 1 − Pout2 )
2

(2.2.30)

với Pout1 và Pout2 là xác suất truyền hỏng tại hai đầu thu U,V.
2.2.2.1.

Mô hình 1(2.1.1a)

Cơ chế truyền 3 khe thời gian: Xác suất truyền hỏng đến U là
PE1U = P [C(γE1U ) < R]

(2.2.31)

.
Ta biết |h1 |2 ∼ exp(1),

|h2 |2 ∼ exp(1), hàm mật độ xác suất của |h1 |2 và |h2 |2

là:
f (x) =

e−x

x≥0

0

x<0

(2.2.32)

Do γ1 = |h1 |2 /N0 , γ2 = |h2 |2 /N0 nên γ1 , γ2 có hàm mật độ xác suất
f (x) =

C(γE1U ) < R ⇔ log2 (

N0 e−xN0

x≥0

0

x<0

γ1 γ2
γ1 γ2
+ 1) < R ⇔
< 2R − 1
γ1 + γ2 + 1
γ1 + γ2 + 1

PE1U = P [

γ1 γ2
< a],
γ1 + γ2 + 1

với a = 2R − 1

γ1 γ2
< a ⇔ γ1 (γ2 − a) < a(γ2 + 1)
γ1 + γ2 + 1

(2.2.33)

(2.2.34)

(2.2.35)
(2.2.36)

Khi γ2 ≤ a, ta có biểu thức trên ln đúng.
γ1 γ2

2 +1)
Khi γ2 > a, γ1 +γ
< a ⇔ γ1 < a(γ
γ2 −a
2 +1
Do đó:
PE1U = P [γ2 ≤ a] + P [

γ1 γ2
< a|γ2 > a]
γ1 + γ2 + 1

(2.2.37)

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


19

ˆ

a

N0 e−N0 γ2 dγ2

P [γ2 ≤ a] =

(2.2.38)

0

γ1 γ2
P[
< a|γ2 > a] = N02
γ1 + γ2 + 1

ˆ

ˆ

∞

a(γ2 +1)
γ2 −a

e−N0 γ2
a

e−N γ1 dγ1 dγ2

(2.2.39)

e−N0 γ1 dγ1 dγ2

(2.2.40)

a

Suy ra
ˆ

ˆ

a

PE1U =

N0 e

−N0 γ2

dγ2 +

ˆ

∞

N02

e

0

−N0 γ2

a(γ2 +1)
γ2 −a

a

a

ˆ

a

PE1V = P [C(γ3 ) < R] = P [γ3 < a =

N0 e−N0 γ3 dγ3 = 1 − e−aN0

(2.2.41)

N0 e−N0 γ2 dγ2 = 1 − e−aN0

(2.2.42)

0

Khi γ1 → ∞ thì

γ1 γ2
γ1 +γ2 +1

→ γ2 , do đó:
ˆ

PE1U = P [C(γ2 ) < R] = P [γ2 < a] =

a

0

Thông lượng tổng của cơ chế 3 khe thời gian khi đó là:
TE1 =

R
R
R
(1 − PE1U + 1 − PE1V ) = e−aN = eN0 (1−2 )
2
2

(2.2.43)

Cơ chế truyền 2 khe thời gian: Từ γP 1U ở trên, ta có:
γ1 γ2
+ 1 < 2R
γ1 + γ2 + γ4 + γ1 γ4 + 1
γ1 γ2
⇔
< a, với a = 2R − 1
γ1 + γ2 + γ4 + γ1 γ4 + 1

C(γP 1U ) < R ⇔

C(γP 1U ) < R ⇔

γ1 γ2 − a(γ1 + γ2 + 1)
< γ4
a(1 + γ1 )

(2.2.44)

γ1 γ2
Khi γ1 γ2 − a(γ1 + γ2 + 1) ⇔ γ1 +γ
< a, biểu thức trên luôn đúng.
2 +1
γ1 γ2
(Chú ý P [ γ1 +γ
< a] = PE1U )
2 +1
1 +γ2 +1)
Đặt γ1 γ2 −a(γ
=b
a(1+γ1 )
Do đó xác suất truyền hỏng tại U:

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


20

PP 1U = P [C(γP 1U ) < R]
γ1 γ2 − a(γ1 + γ2 + 1)
γ1 γ2
= PE1U + P [γ4 >
|
≥ a]
a(1 + γ1 )
γ1 + γ2 + 1

Ta xét điều kiện

P [γ4 >

γ1 γ2
γ1 +γ2 +1

≥ a ⇔ γ1 (γ2 − a) ≥ a(1 + γ2 ) ⇔

γ1 ≥

a(1+γ2 )
γ2 −a

γ1 γ2
γ1 γ2 − a(γ1 + γ2 + 1)
|
≥ a]
a(1 + γ1 )
γ1 + γ2 + 1
ˆ ∞
ˆ ∞
ˆ ∞
3
−N0 γ2
−N0 γ1
= N0
e
e
e−N0 γ4 dγ4 dγ1 dγ2

a(1+γ2 )
γ2 −a

0

ˆ
PP 1U = PE1U +

γ2 ≥ 0

N03

ˆ

∞

e

ˆ

∞

−N0 γ2

0

b

∞

−N0 γ1

a(1+γ2 )
γ2 −a

e−N0 γ4 dγ4 dγ1 dγ2

e

(2.2.45)

b

Xác suất truyền hỏng tại V:

PP 1V = P [C(γP 1V )] < R] = P [

PP 1V

a(2γ1 + 1)
= P [γ3 <
] = N02
γ1 + 1

ˆ

γ3 (γ1 + 1)
< a]
2γ1 + 1
ˆ

∞

e−N0 γ1
0

Trong trường hợp γ1 → ∞, ta có: γP 1U =
γ3 (γ1 +1)
2γ1 +1

PP 1U

→

a(2γ1 +1)
γ1 +1

với a = 2R − 1

e−N0 γ3 dγ3 dγ1

(2.2.46)

0
γ1 γ2
γ1 +γ2 +γ4 +γ1 γ4 +1

→

γ2

1+γ4 ,

γP 1V =

γ3
2

ˆ ∞
ˆ a(1+γ4 )
γ2
2
−N0 γ4
= P[
< a] = N0
e
e−N0 γ2 dγ2 dγ4
1 + γ4
0
0
ˆ ∞
ˆ ∞
−N0 γ4
−N0 γ2 a(1+γ4 )
= N0
e
[−e
|0
]dγ4 = N0
e−N0 γ4 (1 − e−N0 a(1+γ4 ) )dγ4
0

0

R

PP 1U =

−e−N0 γ4 |∞
0

1 −N0 a −N0 γ4 (1+a) ∞
1 −N0 a
eN0 (1−2 )
−
e
e
|0 = 1 −
e
=1−
1+a
1+a
2R
(2.2.47)

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


21

PP 1V

γ3
= P [ < a] = N0
2

ˆ

2a

R

−2N0 a
e−N0 γ3 dγ3 = −e−N0 γ3 |2a
= 1 − e2N0 (1−2
0 = 1−e

)

0

(2.2.48)
Lúc này thông lượng tổng là:
R

TP 1
2.2.2.2.

R 2N0 (1−2R ) eN0 (1−2 )
R
+

)
= [1 − PP 1U + 1 − PP 1V ] = (e
2
2
2R

(2.2.49)

Mơ hình 2(2.1.1b)

Cơ chế truyền 3 khe thời gian: Do CE2 = CE1 nên thông lượng tổng của cơ
chế 3 khe thời gian trong mơ hình 2:
TE2 = TE1

(2.2.50)

Cơ chế truyền 2 khe thời gian: Ta xét nếu kênh truyền BS-RS là lý tưởng,
tức γ1 → ∞ ⇒ γP 2U = γ22 , theo trên:
γ2
γ3
1
, γ5 ))]
CP 2 = [C( ) + C(max(
2
2
γ4 + 1

(2.2.51)

Xác suất truyền hỏng tại U:

PP 2U = P [C(PP 2U ) < R] = P [C(

γ2
γ2
) < R] = P [ < a]
2
2
R

PP 2U = PP 1V = 1 − e2N0 (1−2

(với a = 2R − 1)

)

(2.2.52)

Xác suất truyền hỏng tại V:
PP 2V = P [C(γP 2V ) < R] = P [C(max(
= P [max(

γ3
, γ5 ) < a]
γ4 + 1

γ3
, γ5 )) < R]
γ4 + 1

R

PP 2V

eN0 (1−2 )
γ3
N0 (1−2R )
= P[
< a].P [γ5 < a] = (1 −
)(1
−
e
)
γ4 + 1
2R

(2.2.53)

Thông lượng tổng:

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


22

R
(1 − PP 2U + 1 − PP 2V )
2
R
R
e2N0 (1−2 )

R 2N0 (1−2R ) eN0 (1−2 )
N0 (1−2R )
[e
+
+e
−
]
=
2
2R
2R

TP 2 =

TP 2 =

2.3.

R
R N0 (1−2R )
1
1
e
[1 + R − eN0 (1−2 ) (1 − R )]
2
2
2

(2.2.54)

Tóm tắt kết quả chương

Các kết quả đạt được trong chương này là tìm ra các công thức về dung năng
truyền và thông lượng truyền của hai mơ hình minh họa ở hình vẽ 2.1.1. Với mỗi
mơ hình ta có 2 cơ chế truyền (cơ chế 3 khe thời gian và cơ chế 2 khe thời gian
như trong hình 2.1.1). Các cơng thức về dung năng truyền và thông lượng truyền
từ các kết quả ở (2.2.6), (2.2.14), (2.2.20), (2.2.27), (2.2.43), (2.2.49), (2.2.50) và
(2.2.54).
Sau đây là tóm tắt các kết quả của chương này:
2.3.1.

Mơ hình 2.1.1a

Dung năng truyền của mạng:
• Cơ chế 3 khe thời gian:
1
CE1 = [C(γE1U ) + C(γ3 )],
3

với γE1U =

γ1 γ2
,
γ1 + γ2 + 1

(2.3.1)

γi = |hi |2 /N0 là tỷ số SNR cho kênh truyền i, N0 là công suất nhiễu Gauss và
C(x) = log2 (1 + x).
• Cơ chế 2 khe thời gian:

1
CP 1 = [C(γP 1U ) + C(γP 1V )],
2

(2.3.2)

với
γP 1U =

γ1 γ2
γ3 (γ1 + 1)
, γP 1V =
.
γ1 + γ2 + γ4 + γ1 γ4 + 1
2γ1 + 1

Thơng lượng mạng:
• Cơ chế 3 khe thời gian:
TE1 =

R N0 (1−2R )
e
,
2

(2.3.3)

R là tốc độ truyền (số bit/ký tự).

LUAN VAN CHAT LUONG download : add