Hcmute đánh giá ảnh hưởng của nhiễu phần cứng đến hiệu năng mạng vô tuyến hợp tác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HẢI

ÐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU PHẦN CỨNG
ÐẾN HIỆU NĂNG MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC

NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ - 60520203

S K C0 0 5 0 5 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

--------------------

NGUYỄN HẢI

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU PHẦN CỨNG
ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số: 60520203

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2016

1

Luan van


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Đỗ Đình Thuấn
(Ghi rõ họ, tên, chứcdanh khoa học, học vị và chữ kí)
Cán bộ hướng chấm nhận xét 1: .......................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ kí)
Cán bộ hướng chấm nhận xét 2: .......................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ kí)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ trước
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT
Ngày 23 tháng 4 năm 2016

2

Luan van

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. 6
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................. 8
CHƯƠNG 1 .................................................................................................................... 9
TỔNG QUAN ................................................................................................................ 9
1.1.

GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY.............................................................9

1.2.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI................................................................................................9

1.3.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN........................................................................10

1.4.

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU......................................................................................................10

1.5.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU...........................................................................10

1.6.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..............................................................................................11

1.7.

BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN......................................................................................................11

CHƯƠNG 2 .................................................................................................................. 13
TỔNG QUAN LÍ THUYẾT ....................................................................................... 13
2.1.

GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT MẠNG HỢP TÁC.......................................................................13

Hình 2.1. Mạng hợp tác............................................................................................... 13
2.2.

TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC...................................................................................................14

2.2.1. Phân bổ nguồn và lựa chọn chuyển tiếp.................................................... 14
Hình 2.2: Truyền dẫn chuyển tiếp theo hai hướng giai đoạn 1 ............................... 16
Hình 2.3:Truyền dẫn chuyển tiếp theo hai hướng giai đoạn 2 ................................ 16
2.2.2. Giao thức chuyển tiếp năng lượng ............................................................ 17
2.3.

TRUYỀN THÔNG TRONG NHIỄU........................................................................................18

Hình 2.4: Nhiễu trong mạng khơng dây .................................................................... 18
Hình 2.5: Mạng chuyển tiếp hai chặng trong sự hiện diện của nhiễu với sự đa
dạng liên kết ................................................................................................................. 20
2.4.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2...........................................................................................................21

CHƯƠNG 3 .................................................................................................................. 23
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG HỢP TÁC CĨ ẢNH HƯỞNG NHIỄU PHẦN
CỨNG ........................................................................................................................... 23
3.1.

MƠ HÌNH HỆ THỐNG.............................................................................................................23

Hình 3.1: Mơ hình hệ thống cho bộ chuyển tiếp bị hạn chế năng lượng hỗ trợ
thông tin liên lạc giữa một nguồn và một nút đích ................................................... 23
Hình 3.2: Minh họa các thông số quan trọng trong giao thức TSR cho thu
nhậpnăng lượng và xử lý thông tin tại các relay ...................................................... 23
3

Luan van


Hình 3.3. Sơ đồ khối của các máy thu chuyển tiếp trong giao thức TSR ............... 24
3.2.

NHIỄU DO KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG VƠ, TUYẾN HỢP TÁC................................24

3.2.1. Suy hao ..................................................................................................... 24
Hình 3.4. Biểu đồ suy hao tín hiệu do mơi trường truyền dẫn ................................ 25
3.2.2. Nhiễu trắng (White noise) ...................................................................... 25
Hình 3.5. Nhiễu trắng .................................................................................................. 26
3.2.3. Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference) .................................. 26
3.2.4. Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference) ................................. 26
Hình 3.6. Nhiễu xun kênh giữa hai sóng mang kề nhau ....................................... 26
3.2.5. Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference) ....................................... 27
3.2.6. Nhiễu đa truy nhập (Multiple Access Interference)............................. 27

3.2.7. Hiện tượng fading đa đường (Multipath-Fading) ................................ 28
Hình 3.7. Các hiện tượng xảy r trong q trình truyền sóng .................................. 28
Hình 3.8. Tín hiệu tới phía thu theo L đường ........................................................... 29
Hình 3.9. Sơ đồ khối của nút chuyển tiếp trong pha đầu tiên ................................. 29
3.3.

NHIỄU DO PHẦN CỨNG........................................................................................................30

3.3.1. Nhiễu do chất lượng thiết kế bo mạch in .............................................. 30
3.3.2. Nhiễu do nguồn cung cấp ....................................................................... 30
3.3.3. Nhiễu do chuyển mạch ............................................................................ 30
3.3.4. Nhiễu do điều chế .................................................................................... 30
Hình 3.10. IQI tại Relay trong chuyển tiếp AF........................................................ 31
3.4.

MẠNG THU THẬP NĂNG LƯỢNG.......................................................................................32

3.4.1. Thu thập năng lượng ................................................................................. 32
3.4.2. Truyền dẫn năng lượng ............................................................................. 33
3.4.3. Phân tích thơng lượng ............................................................................... 35
3.5.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3...........................................................................................................42

CHƯƠNG 4 .................................................................................................................. 43
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ............................................................................................. 43
Hình 4.1. Lưu đồ thuật tốn trường hợp xét khơng nhiễu phần cứng (t=0) và có
nhiễu phần cứng (t=0.05 và t=0.1).............................................................................. 43
Hình 4.2: Thơng lượng nhận được theo α với trường hợp:Không nhiễu phần
cứng ( τ =0), Ps=1dB/10dB/20dB,R=3,l1=l2=1).......................................................... 44

4

Luan van


Hình 4.3: Thơng lượng nhận được theo α với trường hợp:Khơng nhiễu phần
cứng ( τ =0) và Có nhiễu phần cứng( τ =0.05 và τ =0.1) ,Ps=1dB,R=3,l1=l2=1) ...... 45
CHƯƠNG 5 .................................................................................................................. 46
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................. 46
5.1.

KẾT LUẬN................................................................................................................................46

5.2.

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................................................................................................46

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 47

5

Luan van


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT


Từ viết tắt

Giải thích

AF

Amplify and forward

Khuếch đại và chuyển tiếp

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Nhiễu Gauss trắng cộng

BEP

Bit error probability

Xác suất lỗi bít

CDF

Cumulative distribution function

Hàm phân phối tích lũy

CF

Compress and forward

Giải mã và chuyển tiếp

CSI

Channel state information

Thơng tin trạng thái kênh

DF

Decode and forward

Giải mã và chuyển tiếp

DMT

Diversity multiplexing tradeoff

Ghép kênh đa dạng cân băng

i.n.i.d
IEEE

Independent and non identically
distributed
Institute of electrical and
electronics engineers

Phân bố độc lập và giống nhau
Viện cơng nghệ điện và điện tử

LAN

Local Area Network

Mạng máy tính cục bộ

MGF

Moment generating function

Hàm khởi tạo Moment

MIMO

Multiple input multiple output

Đa ngõ vào đa ngõ ra

MRC

Maximal ratio combining

Tỷ số kết hợp cực đại

OP

Outage probability

Xác suất dừng

PDF

Probability density function

Hàm mật độ xác suất

PSR

Power splitting-based relaying

QoS

Quality of service

Chất lượng dịch vụ

RCEE

Random coding error exponent

Lũy thừa lỗi mã hóa ngẫu nhiên

R-D

Relay to destination link

SEP

Symbol error probability

Xác suất lỗi kí tự

Signal to interference plus noise

Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu + tạp âm

ratio

gauss

Signal to noise ratio

Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu

SINR
SNR

6

Luan van

Chuyển tiếp dựa trên phân chia
cơng suất

Đường truyền bộ chuyển tiếp đến
đích


Đường truyền từ nguồn đến bộ

S-R

Source to relay link

STBC

Space- time block code

TSR

Time switching-based relaying

ULSI

Ultra-large-scale integration

Tích hợp quy mơ siêu lớn

VLSI

Very Large Scale Integrated

Tích hợp quy mơ cực lớn

WLAN

Wireless local area network

Mạng cụ bộ khơng dây

chuyển tiếp

7

Luan van

Mã hóa khơng gian thời gian
Chuyển tiếp dựa trên chuyển
mạch theo thời gian


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Mạng hợp tác ................................................................................................. 13
Hình 2.2: Truyền dẫn chuyển tiếp theo hai hướng giai đoạn 1 ..................................... 16
Hình 2.3:Truyền dẫn chuyển tiếp theo hai hướng giai đoạn 2 ...................................... 16
Hình 2.4: Nhiễu trong mạng khơng dây ........................................................................ 18
Hình 2.5: Mạng chuyển tiếp hai chặng trong sự hiện diện của nhiễu với sự đa dạng liên
kết .................................................................................................................................. 20
Hình 3.1: Mơ hình hệ thống cho bộ chuyển tiếp bị hạn chế năng lượng hỗ trợ thông tin
liên lạc giữa một nguồn và một nút đích ....................................................................... 23
Hình 3.2: Minh họa các thông số quan trọng trong giao thức TSR cho thu nhậpnăng
lượng và xử lý thông tin tại các relay ............................................................................ 23
Hình 3.3. Sơ đồ khối của các máy thu chuyển tiếp trong giao thức TSR ..................... 24
Hình 3.4. Biểu đồ suy hao tín hiệu do mơi trường truyền dẫn ...................................... 25
Hình 3.5. Nhiễu trắng .................................................................................................... 26
Hình 3.6. Nhiễu xuyên kênh giữa hai sóng mang kề nhau ............................................ 26
Hình 3.7. Các hiện tượng xảy r trong quá trình truyền sóng ......................................... 28
Hình 3.8. Tín hiệu tới phía thu theo L đường ................................................................ 29
Hình 3.9. Sơ đồ khối của nút chuyển tiếp trong pha đầu tiên ....................................... 29

Hình 3.10. IQI tại Relay trong chuyển tiếp AF ............................................................ 31
Hình 4.1. Lưu đồ thuật tốn trường hợp xét có nhiễu phần cứng (t=0) và khơng có
nhiễu phần cứng (t=0.05 và t=0.1) ................................................................................ 43
Hình 4.2: Thơng lượng nhận được theo α với trường hợp:Không nhiễu phần cứng ( τ
=0), Ps=1dB/10dB/20dB,R=3,l1=l2=1) ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.3: Thơng lượng nhận được theo α với trường hợp:Không nhiễu phần cứng ( τ
=0) và Có nhiễu phần cứng( τ =0.05 và τ =0.1) ,Ps=1dB,R=3,l1=l2=1)...................... 44

8

Luan van


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY
Từ những năm đầu thế kỷ 20, sự phát triển ấn tượng trong công nghệ truyền
thông không dây đã thay đổi đáng kể cách thức chúng ta sống và giao tiếp. Sự tiến bộ
này sẽ tiếp tục trong nhiều năm nữa trong tương lai khi nhu cầu về kết nối không dây
với các hệ thống và các thiết bị đang tăng lên từng ngày. Tuy nhiên với sự phát triển
mạnh mẽ của các thiết bị không dây ngày nay, từ mạng 2G lên 3G hay hạ tầng mạng
4G đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng của nó. Một trong những hạn chế của
hạ tầng mạng hiện nay chính là dung lượng và vùng phủ sóng. Để hạn chế nhược điểm
đó, tăng khoảng cách vùng phủ sóng với một chi phí hợp lý và ứng dụng các cơng
nghệ mới vào mạng viễn thông người ta sử dụng mạng truyền thông hợp tác. Trong
những năm gần đây, truyền thông hợp tác đang là một trong những chủ đề nóng trong
các hội nghị và nghiên cứu về hạ tầng mạng viễn thơng, mỗi tháng có hơn 3000 bài
báo nghiên cứu về mạng truyền thông hợp tác trên thế giới và vấn đề về nhiễu phát
sinh do phần cứng khơng hồn hảo cũng đã được nhắc đến trong nhiều nghiên cứu
trước đó.

1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong thập kỷ qua, sự phát triển của nhiều hệ thống ănten có lẽ là thành quả
nghiên cứu quan trọng nhất để đáp ứng những thách thức tốc độ dữ liệu trong tương
lai. Những công nghệ được giới thiệu ở phần trước đáp ứng phần nào nhu cầu kết nối
dữ liệu của con người. Nhưng xã hội ngày càng phát triển địi hỏi phải có những công
nghệ đáp ứng nhu cầu sử dụng dung lượng của con người truyền thông hợp tác là một
trong những cơng nghệ đó. Hệ thống MIMO được thực hiện đầu tiên trong các mạng
cục bộ không dây (WLAN) trong tiêu chuẩn IEEE 802.11n và sau đó trong các mạng
di động 4G. Tuy nhiên, việc thực hiện hệ thống MIMO trong các thiết bị di động nhỏ
gọn là không dễ dàng. Đặc biệt, một nửa bước sóng tối thiểu của ănten tách được yêu
cầu (tùy thuộc vào kế hoạch thực hiện) để thực hiện đầy đủ những lợi ích của MIMO.
Để giải quyết vấn đề này, một kỹ thuật khác đã phát triển, trong đó một mảng anten ảo
được tạo ra trong khơng gian thay vì với các thiết bị chính nó. Kênh khơng dây được
phát sóng trong tự nhiên, ví dụ như các thiết bị khơng dây phát sóng thơng tin của họ
để người lân cận sử dụng. Bằng cách sử dụng hiện tượng phát sóng này, một kế hoạch
9

Luan van


truyền thơng hợp tác được giới thiệu mà có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ cao hơn
(thông lượng cao hơn, lỗi thấp hoặc bị xác suất dừng) trong các mạng không dây.
Trong mạng lưới hợp tác, các thiết bị có thể giúp đỡ lẫn nhau bằng cách khuếch đại và
phát lại tín hiệu. Mạng khơng dây độc lập, chẳng hạn như ad-hoc và mạng cảm biến
khơng dây cũng có thể sử dụng chiến lược hợp tác sử dụng để tăng độ tin cậy của việc
truyền dữ liệu. Ngoài hợp tác của các thiết bị, các nút chuyển tiếp chuyên dụng có thể
được sử dụng để chuyển tiếp dữ liệu tốt.
Đó là vấn đề của mạng vơ tuyến hợp tác nói chung, ở đây sẽ có một điểm mới
nữa là nhiễu do phần cứng khơng hồn hảo. Trong đó, ảnh hưởng của hiện tượng tranh
chấp kênh và tác động nhiễu giữa các truyền dẫn đồng thời tới chất lượng liên kết là

một trong các nguyên nhân chính gây ra sự suy giảm hiệu năng. Tiếp cận phân tích
hiệu năng bằng mơ hình giải tích cho thấy tính khả thi cao và thông dụng do khả năng
phản ánh tốt các thông số vật lý và độ phức tạp tính tốn thấp. Vì vậy, nghiên cứu này
phát triển một mơ hình giải tích mới phản ánh chất lượng liên kết nhằm cải thiện thông
số hiệu năng.
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Nêu ra và hiểu được về mạng vô tuyến hợp tác, giao thức chuyển đổi thời gian
TSR (Time switching-based relaying) cũng như mơ phỏng được, phân tích được ảnh
hưởng của nhiễu phần cứng đối với mạng vô tuyến hợp tác nhằm cải thiện các thơng
số hiệu năng chính của mạng cụ thể như: thông lượng, độ trễ và tỷ lệ tổn thất gói tin.
Tính đúng đắn và hiệu quả của đề xuất được xác định qua các phân tích lý thuyết, tính
tốn số học và mơ phỏng để chứng minh.
1.4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Để đạt được mục tiêu và đối tượng nghiên cứu đã nêu ở trên, nhiệm vụ nghiên
cứu được tập trung vào các vấn đề sau: Các đặc tính cơ bản ảnh hưởng tới hiệu năng
mạng vơ tuyến hợp tác; phân tích, tính tốn bài tốn phức tạp khi có tác động của
nhiễu để suy ra các cơng thức đơn giản; mơ phỏng được bài tốn vừa tính để suy ra
tính đúng đắn và hiệu quả.
1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Mạng vô tuyến hợp tác (mạng không dây), truyền thông đa chặng, truyền
thông trong môi trường có nhiễu.

10

Luan van


- Giao thức chuyển tiếp năng lượng (có hai giao thức là TSR và PSR nhưng chỉ
dừng lại ở nghiên cứu giao thức TSR với trường hợp trậm trễ có giới hạn).
- Vẽ lưu đồ thuật toán và sử dụng ứng dụng Matlab để mô phỏng.

1.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở các nhiệm vụ nghiên cứu đã nêu ở trên, học viên dựa trên các cơng
cụ tốn học như lý thuyết xác suất, nhiễu, các phương pháp tính để xác minh tính đúng
đắn về mặt lý thuyết. Cơng cụ mô phỏng sự kiện rời rạc được sử dụng trong luận án
nhằm để kiểm chứng tính hợp lý của đề xuất:
- Thu thập tài liệu, chọn lọc và phân tích các thông tin liên quan đến nội
dung nghiên cứu của đề tài.
- Nguyên cứu lý thuyết về kỹ thuật chuyển tiếp.
- Sử dụng Matlab để mô phỏng đánh giá các thơng số mạng chuyển tiếp hợp tác
có nhiễu phần cứng và khơng có nhiễu phần cứng.
1.7. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Các kết quả nghiên cứu và đóng góp mới của luận văn sẽ được trình bày trong
các chương, mục theo cấu trúc sau:
Chương 1: Tổng quan. Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về tình hình
nghiêncứu hiện nay, tính cấp thiết của đề tài: mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng và phạm
vi, phương ph́ áp nghiên cứu, bố cục của đồ án.
Chương 2: Tổng quan lý thuyết. Nội dung chương này sẽ trình bày về truyền
thơng hợp tác, bao gồm: truyền thơng chuyển tiếp dịng đa chặng, truyền thơng chuyển
tiếp đa nhánh đa chặng và cơ hội chuyển tiếp trong truyền thông chuyển tiếp đa bước
.Giới thiệu về truyền thơng trong mơi trường có nhiễu.
Chương 3: Giới thiệu mạng chuyển tiếp hợp tác. Trong chương này giới thiệu
một mạng hợp tác cơ bản là mạng hợp tác hai chặng, cho biết các cấu trúc cơ bản nhất
của các mạng hợp tác được giới thiệu. Tập trung nghiên cứu về mã hóa ngẫu nhiên lũy
thừa lỗi (RCEE). Kết quả cơ bản về xác suất lỗi và xác suất dừng cho mạng hợp tác
tương tự như mạng chuyển tiếp hai chặng cũng sẽ được trình bày. Cuối cùng, chúng ta
có thể lấy được kết quả công suất ergodic của một mạng sử dụng các biểu thức lũy
thừa lỗi để thiết lập công thức về thông lượng thu được của mạng vô tuyến hợp tác sự
dụng giao thức TSR.
Chương 4: Giới thiệu về sơ đồ khối và tính tốn cơng thức.
11

Luan van


Chương 5: Lưu đồ thuật tốn và kết quả mơ phỏng.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

12

Luan van


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN LÍ THUYẾT
2.1. GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT MẠNG HỢP TÁC
Kỹ thuật chuyển tiếp đã được sử dụng trong các hệ thống khơng dây sóng cực
ngắn để truyền tín hiệu vô tuyến trên một khoảng cách dài từ giữa thế kỷ 20. Tuy
nhiên,nghiên cứu gần đây cho thấy rằng việc chuyển tiếp strategies, khi được sử dụng
theo một cách hồn tồn khác trong việc chuyển tiếp sóng truyền thống, có thể cải
thiện độ tin cậy của khơng dây hệ thống đang bị nhiễu loạn bởi tác động fading đa
đường và nhiễu trên kênh truyền thơng. Nó đã được chứng minh rằng một kỹ thuật
truyền thơng hợp tác có thể giảm thiểu tác động hiệu ứng fading đáng kể trong giao
tiếp kênh. Trong truyền thông hợp tác, sử dụng các nút chuyển tiếp chuyên dụng thu
thập các tín hiệu khác và sau đó cố gắng truyền lại các tín hiệu đến nơi nhận bằng cách
sử dụng một chiến lược chuyển tiếp. Hình. 2.1 cho thấy một chiến lược hợp tác như
vậy, nơi hai người dùng U1 và U2 đang cố gắng liên lạc với các địa chỉ thu D1 và D2
tương ứng.Do tính chất sóng của mạng khơng dây trung bình, người dùng 2, U2 đã
nhận được tín hiệu truyền từ U1, sau đó sử dụng một giao thức chuyển tiếp được xác
định trước U2 sẽ truyền lại tín hiệu về U1.

U1

D1

Hình 2.1. Mạng hợp
tác
Sự hợp tác này
giữa người sử dụng

D2
D1

U1

(hoặc

bằng

cách

chuyển tiếp) tạo ra
nhiều nguồn ảo độc
lập truyền các thông tin tương tự như nút nguồn, do đó làm giảm xác suất lỗi khi thực
hiện giải quyết về các bit thơng tin ở người nhận. Trong luận án này, nó được giả định
rằng tất cả các nút hợp tác là các nút chuyển tiếp chuyên dụng theo mặc định.
Tùy thuộc vào cấu hình mạng và các nguồn lực sẵn có, ba phương pháp chuyển
tiếp chính đã được đề xuất trong các mạng hợp tác: khuếch đại và chuyển tiếp (AF),
giải mã và chuyển tiếp (DF), nén và chuyển tiếp (CF) [6,7]. Tuy nhiên, khuếch đại và
13

Luan van


chuyển tiếp và giải mã và chuyển tiếp là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất trong
thực tế.
2.2. TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC
Các kênh chuyển tiếp cổ điển đầu tiên được giới thiệu bởi Van der Meulen
trong luận án tiến sĩ của ông vào năm 1971 [8,9]. Cover và Gamal mở rộng thêm ba
mơ hình thiết bị đầu cuối của Van der Meulen cho bộ nhớ rời rạc và các kênh chuyển
tiếp Gaussian suy thoái giả định [18]. Mạng chuyển tiếp hai chặng là cấu trúc cơ bản
trong việc chuyển tiếp kỹ thuật, có thể được xem như là một thông tin liên lạc vệ tinh
cong giữa hai nút.
2.2.1.

Phân bổ nguồn và lựa chọn chuyển tiếp
Giao thức phân bổ nguồn đã được nghiên cứu và thể hiện là một công cụ rất

hiệu quả để tối ưu hóa hiệu suất mạng và chất lượng dịch vụ (QOS) trong mạng hợp
tác. Nó có thể đảm bảo tuổi thọ mạng lâu hơn và giữ được mức nhiễu thấp trong mạng.
Tuy nhiên, theo đuổi một giao thức tối ưu hóa khơng phải là cách duy nhất để tối ưu
hóa hiệu suất mạng; chiến lược khác như chọn nút chuyển tiếp tốt nhất và việc sử dụng
các kỹ thuật tạo chùm sóng có thể giúp mạng hoạt động với hiệu suất tối ưu. Tùy thuộc
vào CSI có sẵn tại nút chuyển tiếp, hoặc bằng cách sử dụng một nút tập trung phối hợp
với mạng lưới tổng CSI, đề án lựa chọn bộ chuyển tiếp có thể thực hiện tốt hơn trên
các mạng sử dụng một chương trình tối ưu hóa tài ngun. Tuy nhiên, hai chiến lược
này khơng loại trừ lẫn nhau và có thể được sử dụng cùng nhau trong một mạng. Những
phương án lựa chọn chuyển tiếp được quan tâm .Một trong những lựa chọ được quan
tâm nhất sẽ được thảo luận, Bletsas đề xuất ý tưởng lựa chọn chuyển tiếp phân bố
hoàn tồn, tức là mạng khơng địi hỏi phải tập trung CSI để chọn bộ chuyển tiếp tốt
nhất. Bộ chuyển tiếp chỉ cần để ước lượng kênh trước và sau của chúng. Ý tưởng này

là thực tế hơn so phân bổ nguồn và phương án tạo chùm sóng nơi một CSI đầy đủ của
các tổng mạng là điều cần thiết để thực hiện các giao thức. Trong công việc sau này,
Bletsas cho thấy một cơ hội chuyển tiếp như vậy (lựa chọn bộ chuyển tiếp tốt nhất).
Đề án có thể cung cấp hiệu suất dừng tối ưu trên nhiều chương trình hoạt động chuyển
tiếp. Trong một nghiên cứu so sánh lựa chọn chuyển tiếp với chiến lược phân bổ
nguồn, các tác giả đã chỉ ra rằng lựa chọn chuyển tiếp đề án tốt hơn chiến lược phân
bổ công suất tối ưu về thông lượng hệ thống và xác suất dừng. Giả sử rằng các thông
tin trạng thái kênh chuyển tiếp về phía trước khơng có sẵn tại các nút chuyển tiếp, một
14

Luan van


đề án lựa chọn tiếp một phần được đề xuất, nơi bộ chuyển tiếp tốt nhất được lựa chọn
tùy thuộc vào các kênh chuyển tiếp sau của mạng. CSI hỗ trợ chuyển tiếp giả định
được sử dụng với kênh fading Rayleigh, trong khi [8] và [9] sử dụng bộ chuyển tiếp
AF bán mù giả định kênh fading Rayleigh và Nakagami-m tương ứng. Trong [14], tác
giả lấy được xấp xỉ SNR cao cho xác suất lỗi của một mạng hợp tác chuyển tiếp AF
hai chặng cho lựa chọn bộ chuyển tiếp tốt nhất và phương án lựa chọn chuyển tiếp một
phần trong sự hiện diện của tiếng ồn và nhiễu. Tất cả các kênh trong mạng (chính và
các kênh nhiễu) được giả định là độc lập và phân bố kênh fading Rayleigh khơng
giống nhau. Một thuật tốn phân bổ cơng suất tối ưu cũng đề xuất giảm thiểu tiệm cận
xác suất lỗi dưới tổng công suất hạn chế. Một chiến lược lựa chọn tập hợp con bộ
chuyển tiếp cũng được thảo luận cho thấy rằng lựa chọn tập con bộ chuyển tiếp cho
phép giảm đáng kể trong phản hồi tín hiệu trên khơng với một chi phí hoạt động ít. Kết
quả thu được cho thấy những lợi ích đa dạng của các lựa chọn bộchuyển tiếp tốt nhất
và lựa chọn chuyển tiếp một phần độc lập với các loại nhiễu nhưng mức tăng SNR của
chúng phụ thuộc vào loại tiếng ồn. So với lựa chọn chuyển tiếp và phân bổ nguồn,
chiến lược tạo chùm sóng nghiên cứu có những đặc điểm và chức năng khá khác nhau.
Beamforming cho phép truyền tải đồng thời ở nhiều mạng chuyển tiếp mà không tạo

ra nhiễu và do đó có thể giảm tổng cơng suất sử dụng trong mạng. Trong thực tế, nếu
các thông tin trạng thái kênh của các kênh phía trước đã được biết đến, đề án
beamforming có thể được thực hiện cùng với việc phân bổ nguồn hoặc chiến lược lựa
chọn chuyển tiếp để tiếp tục tối ưu hóa mạng [12]. Đề án Beamforming thường yêu
cầu ngay lập tức biết kênh phía trước để áp dụng các trọng số beamforming tại các nút
truyền, và trong thực tế, các mạng với nhiều nút ăng-ten có thể rất hiệu quả nếu họ
thực hiện một chiến lược beamforming [13,15]. Trong một số nghiên cứu khác một
vector beamforming được áp dụng tại nút nguồn duy nhất trong một hệ thống ănten
nhiều nguồn-đích với một bộ chuyển tiếp ănten đơn. Các máy thu kết hợp các tín hiệu
sử dụng thông số MRC ở người nhận. Biểu thức thức đóng cho xác suất dừng, MGF
và những trường hợp tổng quát của SNR end-to-end được lấy. Các biểu thức chỉ được
áp dụng cho tình huống tổng quát với các thơng số Nakagami-mfading khác nhau và
SNRs trung bình giữa các chặng. Trong [13], các tác giả đã nghiên cứu một nguồn
nhiều ănten, máy thu và hệ thống chuyển tiếp AF sử dụng một vector beamforming
Grassmannian. Nguồn và vectơ beamforming chuyển tiếp tối ưu được lấy tối đa hóa bộ
15

Luan van


nhận SNR. Trong [15], các tác giả đã sử dụng một nguồn nhiều ănten với nhiều bộ
chuyển tiếp AF đa ănten và một máy thu có1anten duy nhất. NT (số anten truyền)
vector beamforming nguồn không gian vàma trận beamforming giúp tối ưucho từng bộ
chuyển tiếp Afcó cơng suất hạn chế. Về vấn đề làm thế nào để tối ưu hóa sự thông
lượng và đa dạng bộ chuyển tiếp, một số nhà nghiên cứu đã áp dụng ý tưởng của khối
mã hóa khơng - thời gian (STBC) trong hệ thống phân phối. Mã STBC đầu tiên được
giới thiệu bởi Alamouti trong một máy phát đa ănten đơn chặngvà hệ thống thu có duy
nhất 1 ănten. Ý tưởng khá tốt và đạt được truyền đa dạng trong một hệ thống mà
khơng địi hỏi kiến thức về CSI ở phía máy phát. Các máy phát, trong thực tế, truyền
một mã được thiết kế đặc biệt được tách trực giao trong không gian và thời gian. Một

máy thu với đầy đủ hiểu biết về CSI có thể kết hợp tín hiệu này và đạt được bằng sự đa
dạng số anten phát, mặc dù hệ thống sẽ mất hiệu quả quang phổ do việc sử dụng nhiều
khe thời gian để truyền các ma trận mã. Trong một mạng hợp tác, nơi bộ chuyển tiếp
thực hiện nhiều hệ thống ănten trong kiểu phân bố, có một số thách thức đáng kể trong
việc thực hiện.
Thứ nhất, một STBC đòi hỏi một bộ ănten truyền để truyền cột mã của nó vào
chỉ số thời gian khác nhau. Vì vậy, các hệ thống phân bố sẽ cần phải đảm bảo rằng một
số cố định của các nút truyền sẽ tham gia trong việc chuyển tiếp.

R

h

h

1

2
D

S

Hình 2.1: Truyền dẫn chuyển tiếp theo hai hướng giai đoạn 1
R

h

h

3

4
D

S

Hình 2.2:Truyền dẫn chuyển tiếp theo hai hướng giai đoạn 2
16

Luan van


Thứ hai, vấn đề đồng bộ hóa tại máy thu; như các nút chuyển tiếp không nằm
trong khu vực duy nhất, đồng bộ hóa các tín hiệu nhận được từ khối mã tương tự là
một vấn đề thách thức. Trong một số bài viết các tác giả sử dụng mã khơng gian - thời
gian phân bố tuyến tính tại các nút chuyển tiếp để đạt được sự đa dạng đầy đủ trong
kênh fading Rayleigh. Một giao thức chuyển tiếp rất hấp dẫn "chuyển tiếp hai chiều"
bằng cách sử dụng giao tiếp song công một nửa đã được nghiên cứu và được sự hỗ trợ
đáng kể trong cộng đồng nghiên cứu. Ý tưởng về giao tiếp hai chiều lần đầu tiên được
giới thiệu bởi Shannon. Bằng cách khai thác tính chất sóng của các mạng khơng dây
và cách truyền tin của thiết bị đầu cuối, sự trao đổi thông tin giữa các giai đoạn chuyển
tiếp và các nút nguồn có thể được giảm một nửa. Hình 2.2 và 2.3 cho thấy các kỹ thuật
chuyển tiếp hai chiều. Trong giai đoạn truyền 1, cả hai nguồn và đích truyền tải thơng
tin của họ đồng thời để chuyển tiếp, và trong giai đoạn 2 bộ chuyển tiếp khuếch đại
các tín hiệu nhận được và phát thông tin.
2.2.2.

Giao thức chuyển tiếp năng lượng
Một giải pháp mới nổi để kéo dài thời gian tồn tại của năng lượng tại các nút

chuyển tiếp trong các mạng không dây là tận dụng các môi trường xung quanh có tín
hiệu tần số vơ tuyến (RF) và thu nhập năng lượng đồng thời xử lí thơng tin. Trong
luận văn này, bộ khuếch đại và bộ chuyển tiếp mạng (AF) được coi là nơi một nút
chuyển tiếp năng lượng thu nhập năng lượng từ tín hiệu RF nhận được và sử dụng
năng lượng thu được để chuyển tiếp các thông tin nguồn đến đích. Căn cứ vào thời
gian chuyển đổi và cấu trúc phân chia năng lượng nhận được, hai giao thức chuyển
tiếp cụ thể là:
- Giao thức chuyển tiếp dựa trên chuyển đổi thời gian (TSR) : time switchingbased relaying (TSR) protocol.
- Giao thức chuyển tiếp dựa trên phân chia năng lượng (PSR) : power splittingbased relaying (PSR) protocol
Hai giao thức chuyển tiếp được đề xuất để cho phép thu năng lượng và xử lý
thông tin tại bộ chuyển tiếp. Để xác định ta thông qua biểu thức giải tíchxác suất dừng
và cơng suất ergodic được bắt nguồn cho các phương thức truyền dẫn chậm trễ giới
hạn và chậm trễ có thể chấp nhận được tương ứng. Ở đây ta chỉ đi sâu tìm hiểu
phương thức TSR sẽ được trình bày ở chương 3.

17

Luan van


2.3. TRUYỀN THƠNG TRONG NHIỄU
Các mạng khơng dây với bản chất của chúng sẽ sinh ra nhiễu do truyền đa
đường. Như vậy sẽ tạo ra nhiều bản sao của cùng một tín hiệu tại máy thu, và một máy
thu cũng được thiết kế có thể thu tất cả các tín hiệu đa đường. Tuy nhiên, thuật ngữ
nhiễu thường được sử dụng cho các tín hiệu đáng lo ngại được tạo ra bởi thiết bị khác
hoạt động tại các kênh truyền thông tương tự. Trong thực tế, thiết bị trong mạng đa
thiết bị khá thường xuyên chia sẻ cùng một kênh với những thiết bị khác và máy thu
thông minh phân tách các tín hiệu. Ngồi ra, các mạng như WiFi và Bluetooth có thể
đưa ra nhiễu với nhau cũng như các mạng trong các hệ thống truyền thông băng rộng
hoạt động trong cùng khu vực. Xem xét các tác động thực tế, mơ hình nhiễu trong các

đồng kênh, phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố vật lý, chẳng hạn như sự phân bố không
gian của các nhiễu, nhiễu kênh fading và cơng suất của các nhiễu.
Một khn khổ tốn học nói chung đã được phát triển trong đó xem xét một
mạng mà trong đó các nút nhiễu nằm rải rác theo một q trình Poisson và hoạt động
khơng đồng bộ trong mơi trường khơng dây (hình.2.8). Một đặc tính xác suất của
nhiễu trong một mạng được tạo ra bởi các nút khác đã được phát triển. Ở đó cũng
nghiên cứu các mơ hình nhiễu cho các mạng vơ tuyến nhận thức, đặc trưng phân bố
thống kê của nhiễu mạng được tạo ra bởi thiết bị thứ cấp và phân tích tác động của các
đặc tính truyền sóng khơng dây trên phân bố như thế.

Tx

Rx

Hình 2.4: Nhiễu trong mạng khơng dây
Tx và Rx là máy phát và máy thu tương ứng và tất cả các nút khác trên mặt
phẳng là các nút nhiễu. Các nhiễu bên trong vòng tròn chỉ là các nhiễu hoạt động với
công suất truyền đủ lớn để góp phần nhiễu tới máy thu Rx.
18

Luan van


Cuối cùng phân bố thống kê của nhiễu băng tần siêu rộng tổng hợp tại vị trí bất
kỳ trong mặt phẳng hai chiều được đầu tư để phân tích xác suất lỗi trên một hệ thống
băng hẹp chịu nhiễu UWB (công nghệ mạng không dây siêu băng rộng) tổng hợp. Các
mơ hình thống kê được phát triển cho mạng một nguồn - đích. Một mơ hình hiệu quả
cho một mạng lưới đơn chặng tương tự như trong hình.2.4 đã được phát triển trong sự
hiện diện của nhiễu. Tác giả trình bày một khn khổ tốn học, nơi các nhiễu nằm rải
rác ngẫu nhiên theo một q trình Poisson theo khơng gian. Xác suất lỗi và xác suất

dừngđã được đưa ra để nhiễu được tổng hợp như là một hàm của máy thu SNR và tỉ lệ
nhiễu trên tiếng ồn (INR), suy hao đường số mũ, và mật độ không gian của nhiễu.
Trong [16], các tác giả trình bày về phân tích cơng suất của các đối tượng mạng bao
gồm cả nhiễu và tiếng ồn. Mật độ phổ công suất của nhiễu tổng hợp của mạng cũng
được trình bày. Mơ hình thống kê cho mạng nhiễu đã được thực hiện cho mơ hình
kênh SIMO.Các mơ hình thống kê cho máy thu cuối SNR hoặc SINR đã được phát
triển cho các hệ thống sử dụng một máy thu kết hợp tỷ số cực đại(MRC) . Những mơ
hình tốn học cho hệ thống thu đa anten có thể cung cấp một hàm phân tích cơ bản áp
dụng cho các mạng hợp tác. Tuy nhiên, không giống như mạng SIMO, mạng hợp tác
cố gắng tránh các vấn đề nhiễu bằng cách giả định phân bổ kênh trực giao với các nút
hợp tác. Mạng hợp tác bị nhiễu sóng đã được nghiên cứu rộng rãi.
Máy thu kết hợp tỷ số cực đại thường thực hiện tốt nhất trong AWGN hoặc
kênh fading, tuy nhiên, trong các mạng nhiễu hiệu suất tối ưu thu được so với máy thu
kết hợp tối ưu. Trong khi thực hiện kết hợp tối ưu địi hỏi phải có kiến thức CSI của
nhiễu, MRC có thể được sử dụng bởi đơn giản chỉ là ước lượng kênh tín hiệu. Trong
một nghiên cứu, các tác giả đã lấy được PDF và CDF của tín hiệu nhận để tỷ lệ nhiễu
(SIR) của một hệ thống hạn chế nhiễu cho MRC với kênh fading Rayleigh và Rician
phân bố độc lập và giống nhau (iid). Kết quả sau đó so với trường hợp kết hợp tối ưu.
Xác suất dừng được bắt nguồn khi hệ thống nhiễu dưới mối tương quan giữa kênh
fading Rayleigh giả định cân bằng và công suất nhiễu không cân bằng tương ứng trong
hệ thống nhiễu hạn chế. Fading ảnh hưởng đến mỗi thiết bị được giả định là có tương
quan với ma trận hệ số tương quan giống hệt nhau. Việc thực xác suất hiện lỗi và xác
suất dừng trong mạng lưới công suất nhiễu cân bằng trên các kênh fading Nakagami m được nghiên cứu. Hệ thống sử dụng một sự kết hợp tối ưu thu đã được nghiên cứu.
Winters et. al. nghiên cứu việc thực hiện xác suất lỗi trong kênh fading Rayleigh bằng
19

Luan van


cách sử dụng tối ưu máy thu kết hợp, các tác giả cho rằng một hệ thống hạn chế nhiễu

nơi mà lượng công suất nhiễu bằng nhau là lớn hơn so với lượng anten thu là chấp
nhận được và nguồn gốc các xác suất lỗi bit (BEP) của các mạng. Một kết quả SEP
chính xác là đưa ra một số bất kỳ ănten thu và nhiễu trong kênh fading Rayleigh, nhiễu
giả định có cơng suất bằng nhau.
….X …..
I

R

S

D

Hình 2.5: Mạng chuyển tiếp hai chặng trong sự hiện diện của nhiễu
với sự đa dạng liên kết
Trong một nghiên cứu khác, các tác giả đã phân tích một mạng lưới hợp tác
trong nhiễu cho một mạng ănten có nguồn - đích duy nhất chuyển tiếp thông qua bộ
chuyển tiếp DF. Tất cả các kênh fading (SR và RD và các kênh nhiễu) là độc lập và
phân bố giống nhau (iid). Các CDF của tín hiệu nhận được đến tỷ lệ nhiễu (SIR) được
bắt nguồn từ giả định một mạng hạn chế nhiễu. Các tác giả đã kết luận nghiên cứu của
họ với các đánh giá bằng số của hiệu ứng nhiễu trên mạng chuyển tiếp. Một phân tích
hiệu suất thực nghiệm tương tự đã được thực hiện tại .Tỷ lệ lỗi bit (BER) thực hiện đã
được nghiên cứu cho một mạng truy cập chuyển tiếp nhiều nơi mà tất cả các nút được
trang bị với nhiều ănten. Một STBC đã được sử dụng tại các nút chuyển tiếp để
chuyển tiếp các tín hiệu. Hơn nữa, một chiến lược truyền dẫn khác có tên là "ICRelay-TDMA" đã được đề xuất để loại bỏ nhiễu tại nút chuyển tiếp. Nghiên cứu tác
động của sự hợp tác trong một hệ thống nhiễu hạn chế sử dụng các giao thức chuyển
tiếp DF trong kênh fading Rayleigh. Nó chia các nút hợp tác sang các khu vực hợp tác
khác nhau và định lượng mối quan hệ giữa bán kính khu vực hợp tác và mức độ nhiễu.
Chiến lược lựa chọn chuyển tiếp đã được thảo luận cho các mạng nhiễu hợp tác. Khi
một mạng lưới hợp tác có CSI có sẵn tại nguồn và tại các nút chuyển tiếp, một chiến

20

Luan van


lược beamforming có thể được thực hiện. Beamforming cơ bảngiảm sự cần thiết của
trực giao các kênh chuyển tiếp và do đó cải thiện hiệu quả quang phổ của mạng. Hơn
nữa, truyền hợp tác có thể được tránh nhiễu có hại.
Mơ hình lớp vật lý cho các mạng chuyển tiếp hợp tác trong nhiễu đã được
nghiên cứu rộng. Sau đó trường hợp mà chỉ có các nút chuyển tiếp trải qua nhiễu trong
mạng nhiễu hạn chế và nút thu còn lại nhiễu tự do được xem xét. Các nút chuyển tiếp
ở đây có thể ước tính CSI tức thời của kênh nhiễu với quy mô đạt được. Bộ chuyển
tiếp AF có độ lợi cố định với nhiễu hạn chế được xem xét cho kênh fading Nakagamim. Xác suất dừng và BER trung bình cho cả hai trường hợp nhiễutự do và nhiễu giới
hạn tại điểm đến được nghiên cứu. Cuối cùng một kết quả gần với xác suất dừng cũng
được trình bày.
Tuy nhiên, giả định rằng các thơng số độ lợi của bộ chuyển tiếp AF bao gồm
các kênh thông tin tức thời hoặc trung bình của nhiễu kênh địi hỏi khả năng tính tốn
bổ sung tại các nút chuyển tiếp, và trong một số trường hợp các tín hiệu nhiễu không
biết đến sự chuyển tiếp ưu tiên, kỹ thuật này không thể được áp dụng. Hơn nữa, trong
nhiều kết quả trước đó tác giả xem xét mạng hợp tác có nhiễu hạn chế. Hiệu suất dừng
của một mạng hai chặng đã được nghiên cứu sử dụng một bộ chuyển tiếp cố định đạt
được và độ lợi bộ chuyển tiếp AF giả định với một số tùy ý của nhiễu.
Hệ thống này được giả định là một mạng mà nhiễu chi phối với công suất tiếng
ồn là không đáng kể so với nhiễu tín hiệu. Dạng kín PDF và CDF của tỉ lệ tín hiệu trên
nhiễu (SIR) được trình bày. Tránh tiếng ồn trong hệ thống nhận thường cung cấp một
cơ hội để biểu diễn một số các tích phân được sử dụng để có được những CDF và PDF
ở định dạng chuẩn. Xác suất dừng sử dụng chuyển tiếp DF trong kênh fading
Nakagami-m được nghiên cứu. Các tác giả cho rằng đích đến phải đối mặt với một số
lượng đáng kể của nhiễu, nhưng tiếng ồn không đáng kể. Các biểu thức thống kê, PDF
và CDF của bộ nhận SNR tương ứng được bắt nguồn.

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương này kết quả đã thảo luận ở trên cho thấy rằng các mạng hợp tác
trong sự hiện diện của sự nhiễu tới nay được xem xét chủ yếu trong hệ thống hai chặng
với trường hợp nhiễu hạn chế. Trong nhiều kết quả mạng chuyển tiếp có độ lợi cố định
hoặc một bộ chuyển tiếp có hỗ trợ CSI với thông tin của các kênh nhiễu cũng như các
kênh nguồn-bộ chuyển tiếp đã được xem xét. Sử dụng được giả thuyết bộ chuyển tiếp
21

Luan van


AF và lấy được dạng kín xác suất dừng cho bộ chuyển tiếp DF và AF trong kênh
fading Rayleigh. Nhiễu đã được xem xét trên cả hai bộ chuyển tiếp và điểm nút với
công suất phát tùy ý.

22

Luan van


CHƯƠNG 3
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG HỢP TÁC CÓ ẢNH HƯỞNG NHIỄU
PHẦN CỨNG
3.1. MƠ HÌNH HỆ THỐNG

Hình 3.1: Mơ hình hệ thống cho bộ chuyển tiếp bị hạn chế năng lượng hỗ trợ
thông tin liên lạc giữa một nguồn và một nút đích
Một hệ thống truyền thơng khơng dây được coi là nơi thông tin được chuyển từ
nút nguồn S tới nút đích D, thơng qua một nút chuyển tiếp năng lượng hạn chế trung
gian R. Hình 1 cho thấy các mơ hình hệ thống cho các hệ thống xem xét. Các độ lợi

kênh fading tĩnhtừ nguồn đến các chuyển tiếp và từ chuyển tiếp đến các nút đích được
biểu hiện bởi h và g tương ứng. Khoảng cách từ nguồn đến các relay và từ relay đến
các nút đích được biểu thị bởi l1 và l2 tương ứng. Trong suốt bài này, các thiết lập sau
đây của giả định này được xem xét.
T

Thu nhập
lượng tại R
αT

Truyền thông tin
S->R
(1-α)T/2

Truyền thông tin
R->D

(a)

1-α)T/2

Hình 3.2: Minh họa các thơng số quan trọng trong giao thức TSR cho thu
nhậpnăng lượng và xử lý thông tin tại các relay

23

Luan van


Hình 3.3. Sơ đồ khối của các máy thu chuyển tiếp trong giao thức TSR

Giới thiệu giao thức
Giao thức chuyển tiếp dựa trên chuyển đổi thời gian (TSR) : time switchingbased relaying protocol bị ảnh hưởng của nhiễu do phần cứng khơng hồn hảo.
Hình 3.2 mơ tả thơng số chính trong giao thức TSR cho thu thập năng lượng và
xử lý thơng tin ở bộ chuyển tiếp. Ở hình 3.2, T là thời gian khối, trong đó một khối
nhất định của thông tin được truyền từ nút nguồn đến nút đích và α là các phần của
thời gian khối trong đó thu thập năng lượng chuyển tiếp từ tín hiệu nguồn, với
0≤ α ≤ 1. Khối thời gian còn lại, (1 - α)T được dùng truyền thông tin, như vậy một
phần hai của chúng, (1 − α ) T / 2 , được dùng cho nguồn để truyền thông tin chuyển tiếp
và một nửa còn lại, (1 − α ) T / 2 , được dùng chuyển tiếp để truyền tải thơng tin đến
đích. Tất cả năng lượng được thu thập trong giai đoạn thu thập năng lượng được tiêu
thụ bởi các bộ chuyển tiếp trong khi chuyển tiếp các tín hiệu nguồn đến đích. Sự lựa
chọn của từng phần thời gian, α được sử dụng cho năng lượng thu thu thập tại các nút
chuyển tiếp, ảnh hưởng đến thông lượng đạt được ở các điểm đến. Các phần dưới đây
sẽ phân tích thu thập năng lượng và xử lý thông tin tại nút chuyển tiếp.
3.2. NHIỄU DO KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG VƠ, TUYẾN HỢP TÁC
3.2.1.

Suy hao
Cường độ của tín hiệu trên bất cứ một môi trường truyền nào đều bị suy giảm

theo khoảng cách. Sự suy giảm này thường theo quy luật hàm logarit trong các đường
truyền có định tuyến, hay theo một hàm phức tạp trong các môi trường không định

24

Luan van