(Luận văn thạc sĩ hcmute) phân tích hiệu năng mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập năng lượng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.87 MB, 83 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƠ TIẾN HĨA
PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG MẠNG VƠ TUYẾN NHẬN THỨC
HỖ TRỢ THU THẬP NĂNG LƯỢNG
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
SKC007509
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017
Luan van
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƠ TIẾN HĨA
PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG MẠNG VƠ TUYẾN NHẬN THỨC
HỖ TRỢ THU THẬP NĂNG LƯỢNG
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- 60520203
Hướng dẫn khoa học:
TS. ĐỖ ĐÌNH THUẤN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017
Luan van
1
Luan van
2
Luan van
3
Luan van
4
Luan van
5
Luan van
6
Luan van
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Ngơ Tiến Hóa
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 19/6/1982
Nơi sinh: Đồng Nai
Quê quán: Quảng Ngãi
Dân tộc: Kinh
Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Kỹ sư, Trung tâm kỹ
thuật truyền dẫn phát sóng – Đài truyền hình Việt Nam.
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Kha Vạn Cân, phường Hiệp Bình Chánh,
quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh.
Điện thoại: 0919921134
E-mail:
II. Q TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 9/2001 đến 9/ 2006
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Tơn Đức Thắng, Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện – Điện Tử
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Hệ Thống Truyền Thanh Không
Dây
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 7/2006, Đại học Tôn
Đức Thắng
Người hướng dẫn: Thầy Nguyễn Quang Vinh
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 10/2015 đến 10/ 2017
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí
Minh
Ngành học: Kỹ thuật điện tử
Tên luận văn: Phân tích hiệu năng mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập
năng lượng
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 22/10/2017, Đại học sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ
Chí Minh
Người hướng dẫn: TS. Đỗ Đình Thuấn
3. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh ngữ, B1 tương đương
i
Luan van
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
11/2006 – 02/2007
Nơi công tác
Công ty Five Star
Công việc đảm nhiệm
Nhân viên
03/2007 đến nay
Trung tâm kỹ thuật TDPS
Kỹ sư sửa chữa, bảo dưỡng máy
phát
ii
Luan van
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2017
Ngơ Tiến Hóa
iii
Luan van
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập tại trường, nhờ sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt
tình của quý thầy cơ, tơi đã tích lũy được cho bản thân một số kiến thức nền tảng.
Trong thời gian thực hiện đề tài, tơi đã trải qua khơng ít khó khăn, nhưng nhờ sự
giúp đỡ tận tình của Thầy Đỗ Đình Thuấn, cùng với thầy cô và các bạn học viên lớp
cao học 2015B, Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, tơi đã
hồn thành đề tài này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn Thầy Đỗ Đình
Thuấn đã tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình lựa chọn đề tài đến lúc thực hiện và
hồn thành đề tài này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2017
Học viên thực hiện
Ngô Tiến Hóa
iv
Luan van
TĨM TẮT
Trong những năm gần đây, mạng vơ tuyến nhận thức đã trở thành một đề tài
mới, nhận được nhiều sự quan tâm và chú ý của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực
truyền thông không dây. Công nghệ vô tuyến nhận thức được xem như là một giải
pháp để nâng cao chất lượng truyền tin, cũng như đáp ứng nhu cầu truyền thông tin
ngày càng cao của khoa học cộng nghệ kỹ thuật và giải quyết được vấn đề khan
hiếm phổ tần.
Trong đề tài này, người thực hiện nghiên cứu phân tích hiệu năng mạng vơ
tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập năng lượng. Trong đó, mơ hình nghiên cứu là một
mạng thứ cấp thu năng lượng và được chia sẽ phổ tần từ trạm phát sơ cấp. Trong
giao thức này, mạng thứ cấp tiến hành tách lấy và lưu trữ năng lượng từ tín hiệu thu
được của mạng sơ cấp và sử dụng năng lượng thu được đó để truyền tín hiệu đi tiếp.
Mạng thứ cấp nhận một phần năng lượng và tái tạo thông tin để loại bỏ nhiễu từ tín
hiệu sơ cấp. Chúng ta phân tích được biểu thức chính xác và mơ phỏng xác suất
dừng tại trạm sơ cấp và thứ cấp. Thông qua đại lượng xác suất dừng chúng ta phân
tích hiệu năng của mơ hình hệ thống, từ đó khảo sát đánh giá và rút ra kết luận sự
ảnh hưởng của các đại lượng đến hiệu năng mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu
thập năng lượng.
Cuối cùng là thực hiện mô phỏng để kiểm nghiệm lại các biểu thức đã phân
tích trước đó. Từ kết quả mơ phỏng, ta kiểm nghiệm, nhận xét và đánh giá các đại
lượng ảnh hưởng đến hiệu năng của mơ hình hệ thống, từ đó đưa ra kết luận phù
hợp, đồng thời là nền tản để so sánh, phát triển với các mơ hình vơ tuyến nhận thức
khác.
v
Luan van
ABSTRACT
Nowadays, the cognitive radio network has become attractive for researchers
especially the field of wireless communications. This technology is a solution to
enhance signal transfer quality for meeting the increasing information needs as well
as solving the problem of spectrum scarceness.
In this topic, the research analyzes cognitive radio network performance that
supports energy collection. In particular, the research model is a secondary network
that collects energy and allocates spectrum from the primary broadcast station. In
this protocol, the secondary network extracts and stores energy from the received
signal of the primary network. The received energy uses to forward the signal.
Secondary network takes some energy and reproduces information to eliminate
interference from the primary signal. This research analyzes the exact and simulates
the outage probability at the primary and secondary stations. Through the outage
probability quantum, analyzing the performance of the system model is used, after
that conclusions are made about the influence of quantities regarding to cognitive
radio network performance that supports the collection of energy.
From the theory, simulation is performed to test and evaluate the
performance of the system model. From simulation results, conclusions are made
which creates the foundation for comparison and development with other cognitive
radio models.
vi
Luan van
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv
TÓM TẮT ..................................................................................................................v
ABSTRACT ............................................................................................................. vi
MỤC LỤC ............................................................................................................... vii
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ...............................................................................x
DANH SÁCH CÁC HÌNH...................................................................................... xi
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC ....................................1
1.1 Giới thiệu ......................................................................................................................... 1
1.2 Mục đích của đề tài .......................................................................................................... 6
1.3 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 7
1.3.1 Nhiệm vụ .....................................................................................................7
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................7
1.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 8
1.5 Đóng góp chính của đề tài ............................................................................................... 8
1.6 Bố cục .............................................................................................................................. 9
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC HỖ TRỢ
THU THẬP NĂNG LƯỢNG .................................................................................10
2.1 Mạng vô tuyến nhận thức .............................................................................................. 10
2.1.1 Khái niệm vô tuyến nhận thức ...................................................................10
2.1.2 Kiến trúc vật lý của vô tuyến nhận thức ....................................................11
2.1.3 Chức năng vơ tuyến nhận thức ..................................................................12
2.1.4 Mơ hình mạng vô tuyến nhận thức ............................................................13
2.1.5 Cấu trúc mạng vô tuyến nhận thức ............................................................15
2.2 Kỹ thuật chuyển tiếp trong truyền thông ....................................................................... 18
2.2.1 Mạng truyền thông truyền thống ...............................................................18
2.2.2 Mạng truyền thông chuyển tiếp .................................................................19
2.3 Các giao thức chuyển tiếp .............................................................................................. 22
2.3.1 Khuếch đại và chuyển tiếp (AF) ................................................................22
2.3.2 Giải mã và chuyển tiếp (DF) .....................................................................25
2.4 Các kỹ thuật chuyển tiếp ................................................................................................ 26
2.4.1 Chuyển tiếp một chiều ...............................................................................26
vii
Luan van
2.4.2 Chuyển tiếp hai chiều ................................................................................26
2.5 Các kỹ thuật tại nút chuyển tiếp..................................................................................... 27
2.5.1 Chuyển tiếp bán song công ........................................................................27
2.5.2 Chuyển tiếp song công ..............................................................................28
2.6 Sơ đồ khối thu năng lượng từ nguồn bức xạ vô tuyến ................................................... 29
2.7 Các giao thức thu thập năng lượng trong mạng hợp tác ................................................ 31
2.7.1 Giao thức dựa trên chuyển đổi thời gian (TSR). .......................................31
2.7.2 Giao thức dựa trên phân chia công suất (PSR) ..........................................32
2.7.3 Giao thức dựa trên chuyển tiếp thời gian và cơng suất (TPSR) ................33
Chương 3 PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC HỖ
TRỢ THU THẬP NĂNG LƯỢNG........................................................................35
3.1 Mơ hình hệ thống ........................................................................................................... 35
3.2 Phân tích hiệu năng mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập năng lượng dựa trên giao
thức phân chia công suất PSR.............................................................................................. 36
3.2.1 Nguyên lý hoạt động .................................................................................36
3.2.2 Giao thức thu thập năng lượng và truyền thông tin dựa trên phương pháp
phân chia công suất PSR ....................................................................................38
3.2.3 Xác suất dừng ............................................................................................42
Chương 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT .........................................48
4.1 Giới thiệu chương trình mơ phỏng ................................................................................ 48
4.2 Kết quả mơ phỏng của mơ hình hệ thống ..................................................................... 49
4.2.1 Khảo sát sự thay đổi của xác suất dừng theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu .....49
4.2.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số phân chia công suất α đến xác suất dừng
tại nút D và C ......................................................................................................50
4.2.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số phân chia công suất 1 đến xác suất
dừng tại nút D và C .............................................................................................51
4.2.4 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số phân chia công suất 2 đến xác suất
dừng tại nút D và C .............................................................................................52
4.2.5 Khảo sát sự thay đổi của thông lượng tức thời tại nút D và C theo tỷ số tín
hiệu trên nhiễu ....................................................................................................53
4.2.6 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số phân chia công suất 2 đến năng lượng
thu thập trung bình tại nút C ...............................................................................54
4.2.7 Khảo sát sự ảnh hưởng của khoảng cách giữa nút nguồn S và nút Relay C
đến năng lượng thu thập trung bình ....................................................................55
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...........................................56
viii
Luan van
5.1 Kết luận .......................................................................................................................... 56
5.2 Hướng phát triển ............................................................................................................ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................59
ix
Luan van
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
AF
Amplify and Forward
Khuếch đại và chuyển tiếp
AWGN
Additive White Gaussian Noise
Nhiễu Gauss trắng
BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ bit lỗi
CDF
Cumulative Distribution Function
Hàm phân bố tích lũy
CR
Cognitive Radio
Vơ tuyến nhận thức
CRN
Cognitive Radio Network
Mạng vơ tuyến nhận thức
D
Destination
Đích
DF
Decode and Forward
Giải mã và chuyển tiếp.
FD
Full-Duplex
Song công
HD
Half-Duplex
Bán song công
LPF
Low Pass Filter
Lọc thông thấp
PU
Primary User
Người dùng thứ cấp
PSR
Power Splitting-based Relaying
Chuyển tiếp dựa vào phân chia
công suất.
TSR
Time Switching-based Relaying
Chuyển tiếp dựa vào chuyển
đổi thời gian.
Time Power Switching-based
Chuyển tiếp dựa vào chuyển
Relaying
đổi thời gian và công suất
R
Relay
Chuyển tiếp
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến.
S
Source
Nguồn
SINR
Signal to Interference plus Noise Rate Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
TPSR
và can nhiễu
SDR
Sotware Defined Radio
Phần mềm nhận dạng vô tuyến
SU
Secondary User
Người dùng thứ cấp
SWIPT
Simultaneous Wireless
Mạng truyền đồng thời
Information and Power Transfer
thông tin và năng lượng không dây
x
Luan van
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 1.1: Mật độ phổ cơng suất của tín hiệu vơ tuyến .............................................. 4
Hình 1.2: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần FM .......................... 4
Hình 1.3: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần DTV ........................ 5
Hình 1.4: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần GSM900 ................. 5
Hình 1.5: Mật độ phổ cơng suất băng tần GSM1800, 3G, WiFi ............................... 6
Hình 2.1: Sơ đồ khối phần vô tuyến của hệ thống vô tuyến nhận thức ...................11
Hình 2.2: Chia sẽ phổ tần trong mơ hình dạng nền ..................................................14
Hình 2.3: Chia sẽ phổ tần trong mơ hình dạng đan xen ...........................................15
Hình 2.4: Cấu trúc của mạng vơ tuyến nhận thức CRN ...........................................16
Hình 2.5: Mơ hình mạng truyền thơng truyền thống ................................................18
Hình 2.6: Mơ hình mạng truyền thơng chuyển tiếp .................................................19
Hình 2.7: Mơ hình chuyển tiếp đa chặng .................................................................20
Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống khuếch đại và chuyển tiếp ...............................................22
Hình 2.9: Sơ đồ khối kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp ........................................23
Hình 2. 10: Sơ đồ khối mạng khuếch đại chuyển tiếp AF cơ bản ..........................23
Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống giải mã và chuyển tiếp ..................................................25
Hình 2. 12: Sơ đồ khối kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp ..........................................25
Hình 2.13: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp một chiều ................................................26
Hình 2.14: Sơ đồ chuyển tiếp hai chiều ...................................................................27
Hình 2.15: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp bán song cơng một chiều ........................27
Hình 2.16: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp song cơng 1 chiều ...................................28
Hình 2.17: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp song cơng hai chiều ................................28
Hình 2.18: Sơ đồ thu năng lượng ở nút relay ...........................................................29
Hình 2.19: Cấu trúc giao thức TSR ..........................................................................32
Hình 2.20: Sơ đồ khối kỹ thuật TSR ........................................................................32
xi
Luan van
Hình 2.21: Cấu trúc giao thức PSR ..........................................................................33
Hình 2.22: Sơ đồ khối kỹ thuật PSR ........................................................................33
Hình 2.23: Cấu trúc giao thức TPSR ........................................................................34
Hình 2.24: Sơ đồ khối giao thức TPSR ....................................................................34
Hình 3.1: Mơ hình hệ thống mạng vơ tuyến nhận thức thu thập năng lượng và
truyền thơng tin ........................................................................................35
Hình 3.2: Mơ hình mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập năng lượng dựa trên
giao thức phân chia công suất PSR..........................................................37
Hình 4.1: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phỏng và phân tích tại nút C và D
với sự thay đổi của PS / 02 .....................................................................49
Hình 4.2: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phỏng và phân tích tại nút C và D
với sự thay đổi của hệ số phân chia cơng suất ....................................50
Hình 4.3: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phỏng và phân tích tại nút C và D
với sự thay đổi của hệ số phân chia cơng suất 1 ...................................51
Hình 4.4: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phỏng và phân tích tại nút C và D
với sự thay đổi của hệ số phân chia cơng suất 2 ...................................52
Hình 4.5: Thơng lượng tức thời RC, RD theo phương pháp mô phỏng tại nút C và D
với sự thay đổi của PS / 02 .....................................................................53
Hình 4. 6: Biễu diễn năng lượng thu thập trung bình tại nút C theo hệ số phân chia
cơng suất 2 ............................................................................................54
Hình 4.7: Biễu diễn năng lượng thu thập trung bình tại nút C theo khoảng cách giữa
nút nguồn S và nút Relay C ( d 3 ).............................................................55
xii
Luan van
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC
1.1 Giới thiệu
Trong những năm gần đây, công nghệ vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio
– CR) được xem như là một giải pháp tiềm năng để cải thiện độ chiếm dụng phổ
tần, bị giới hạn bởi chính sách phân bố phổ tần cố định. Ý tưởng cơ bản của vô
tuyến nhận thức là cho phép các người dùng không đăng ký sử dụng tần số (người
dùng thứ cấp - secondary user - SU) tận dụng các băng tần đã được cấp phép miễn
là nó khơng gây ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu của các người dùng đã đăng ký
tần số (người dùng sơ cấp - primary user - PU). Do đó, CR được xem là chìa khóa
để giải quyết vấn đề khan hiếm phổ tần.
Vô tuyến nhận thức là hệ thống mà các phần tử của nó có khả năng thay đổi
các tham số (công suất, tần số) trên cơ sở tương tác với môi trường hoạt động. Việc
ứng dụng của vô tuyến nhận thức sẽ tạo ra cơ hội khai thác hiệu quả các khoảng
trắng tần số.
Vô tuyến nhận thức không chỉ là cơng nghệ vơ tuyến mới mà cịn chứa
những thay đổi mang tính cách mạng trong việc quản lý phổ. Vô tuyến mới này
được thiết kế để sử dụng và chia sẻ phổ tần linh hoạt mà không ảnh hưởng đến các
hệ thống vô tuyến được cấp phép.
Khả năng thay đổi các tham số công suất, tần số,…dựa trên một cảm biến
thơng minh hoạt động xoay vịng (cycle): sensing-understandingaction trên cơ sở
tương tác với môi trường hoạt động. Theo đó, thiết bị vơ tuyến định nghĩa bằng
phần mềm SDR (Sotware Defined Radio) sẽ là phần tử quan trọng trong hệ thống
vơ tuyến nhận thức vì các tham số của thiết bị SDR được thay đổi một cách linh
động bằng phần mềm mà không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng.
Mục đích của vơ tuyến nhận thức là cho phép các thiết bị vô tuyến khác hoạt
động trên các dải tần cịn trống tạm thời mà khơng gây can nhiễu đến các hệ thống
vơ tuyến có quyền ưu tiên cao hơn hoạt động trên dải tần đó. Để cho phép tận dụng
1
Luan van
tối đa tài nguyên phổ tần như trên, vô tuyến nhận thức phải có những tính năng cơ
bản sau:
- Điều chỉnh tần số hoạt động của hệ thống một cách tức thời từ một băng tần
này đến một băng tần khác (còn trống) trên dải tần cho phép.
- Thiết lập mạng thông tin và hoạt động trên một phần hoặc toàn bộ băng tần
được cấp phát.
- Chia sẻ kênh tần số và điều khiển cơng suất thích ứng theo điều kiện cụ thể
của mơi trường vơ tuyến mà ở đó tồn tại nhiều loại hình dịch vụ vơ tuyến
cùng chiếm dụng.
- Thực hiện thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền và các sơ đồ mã hóa
sửa lỗi để cho phép đạt được thơng lượng tốt nhất có thể.
- Tạo búp sóng và điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tượng truyền thông
nhằm giảm thiểu nhiễu đồng kênh và tối đa cường độ tín hiệu thu.
Xét về khía cạnh hiệu suất sử dụng phổ, mơ hình dạng nền cho kết quả tốt
hơn so với mơ hình cịn lại vì đặc tính cho phép hai hệ thống hoạt động đồng thời
tại một thời điểm. Tuy nhiên, do tính chất của mơ hình dạng nền, cơng suất phát của
các thiết bị thuộc hệ thống thứ cấp bị giới hạn dưới một ngưỡng cho trước, dẫn đến
phạm vi vùng phủ sóng bị giới hạn. Để giải quyết bài toán mở rộng vùng phủ sóng
cho hệ thống PU, hướng nghiên cứu phối hợp công nghệ truyền thông chuyển tiếp
vào trong mạng CR đã và đang thu hút nhiều sự quan tâm của nhà nghiên cứu trong
những năm gần đây. Điểm chuyển tiếp sử dụng hoặc kỹ thuật Khuếch đại và chuyển
tiếp (AF) hoặc Giải mã và chuyển tiếp (DF) để chuyển dữ liệu.
Hiện nay, các thiết bị không dây được con người sử dụng ngày càng nhiều và
các thiết bị không dây này thường sử dụng pin để cung cấp nguồn cho thiết bị hoạt
động, vì sử dụng pin nên nó có một thời gian hoạt động nhất định vì vậy để duy trì
các kết nối một cách liên tục thì phải thực hiện thay thế nguồn pin hoặc nạp năng
lượng trong khi đang sử dụng bằng cách gắn vào bộ sạc là vấn đề bất tiện và đơi khi
khơng thể. Vì thế, người ta nghĩ đến một cách khác để cung cấp nguồn năng lượng
cho thiết bị hoạt động mà vẫn khác phục được mặc hạn chế trên. Đó là thu gom
2
Luan van
năng lượng cũng như sử dụng các nguồn năng lượng sạch có từ các nguồn tài
ngun thiên nhiên bên ngồi như năng lượng mặt trời, gió... để tái tạo và cung cấp
nguồn cho thiết bị hoạt động đã nhận được rất nhiều sự quan tâm. Vì nó cung cấp
một giải pháp hiệu quả để kéo dài hoạt động một cách liên tục cho các thiết bị
truyền thông không dây. Tuy nhiên, nguồn năng lượng thu được từ tài nguyên thiên
nhiên đó thì rất ngẫu nhiên và phụ thuộc vào nhiều yếu tố chưa thể kiểm soát được
như điều kiện thời tiết làm cho điều này chưa đạt được độ tin cậy cao. Một giải
pháp thú vị để khắc phục những hạn chế trên là thu năng lượng từ nguồn năng
lượng bức xạ tín hiệu vơ tuyến (RF) do con người tạo ra (gọi là chuyển giao năng
lượng không dây) [1], [2]. Qua đó, đã có một số cơng trình nghiên cứu về vô tuyến
chuyển tiếp như: [31] mô tả hệ thống bao gồm nút nguồn, nút chuyển tiếp và nút
đích qua đó thực hiện đánh giá hiệu năng mạng sử dụng giao thức thu năng lượng
phân chia thời gian tại nút chuyển tiếp với mơ hình AF, DF; [32] phân tích hiệu
năng của mạng thứ cấp với lựa chọn nút chuyển tiếp tốt nhất đồng thời phân tích sự
hưởng của mạng sơ cấp đến thứ cấp; [33] thực hiện phân tích đánh giá hiệu năng
mạng vơ tuyến chuyển tiếp đa chặng nhưng trong nghiên cứu này không hỗ trợ thu
thập năng lượng; [34] tác giả đã phân tích mơ hình hệ thống bao gồm mạng đa nút
chuyển tiếp với chế độ truyền song cơng có hỗ trợ thu thập năng lượng và từ đó
chọn ra nút chuyển tiếp tốt nhất. Các nghiên cứu trên chỉ phân tích hiệu năng của
mơ hình chuyển tiếp cho mạng sơ cấp hoặc thứ cấp có hỗ trợ thu thập năng lượng,
mà chưa phân tích được mạng chuyển tiếp bao gồm thông tin sơ cấp và thứ cấp hỗ
trợ thu thập năng lượng. Do đó, trong đề tài này sẽ phân tích hiệu năng mạng
chuyển tiếp bao gồm thông tin sơ cấp và thứ cấp hỗ trợ thu thập năng lượng.
Thực ra, ngồi tín hiệu vô tuyến của thiết bị mà ta đang sử dụng, xung
quanh ta cịn tồn tại nhiều tín hiệu vơ tuyến của các mơ hình dịch vụ khác nhau và
các nguồn năng lượng vô tuyến này rất dồi dào và ổn định. Qua đây, người thực
hiện đề tài đã tiến hành thực hiện đo phổ các tín hiệu vơ tuyến tại thị xã Thuận An,
tỉnh Bình Dương (tọa độ: 10057’15.862’’N, 106041’55.367’’E) với thiết bị đo là
máy đo Rohde & Schwarz EFL340.
3
Luan van
Hình 1.1: Mật độ phổ cơng suất của tín hiệu vơ tuyến
Hình 1.1 biễu diễn phổ cơng suất của các tín hiệu vơ tuyến RF từ
1Mhz 2.5Ghz bao gồm phổ của các tín hiệu FM quảng bá, truyền hình số DTV,
GSM900, GSM1800, 3G, WiFi. Tiếp theo ta lần lượt khảo sát mức cơng suất tín
hiệu ngõ vào của từng loại tín hiệu cụ thể.
Hình 1.2: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần FM
4
Luan van
Hình 1.2 biễu diễn mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần FM, ta
thấy mật độ phổ công suất với nhiều kênh tần số khác nhau với mức ngõ vào cao
nhất là 42 dBm 63.1 nW .
Hình 1.3: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần DTV
Hình 1.3 biễu diễn mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần DTV,
bao gồm các kênh tần số 25, 30, 33, 34, 50, 57, 58. Ta thấy mật độ phổ công suất
tín hiệu ngõ vào tại vị trí gần nguồn phát của kênh 25 công suất máy phát 5kW là
30 dBm 1000 nW .
Hình 1.4: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần GSM900
Hình 1.4 biễu diễn mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào của băng tần
GSM900 với mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào là 48 dBm 15.8 nW .
5
Luan van
