HỆ THỐNG TSR ENERGY HARVESTING bán SONG CÔNG THEO DELAY TOLERANT

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 3

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH
HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ RELAY TRONG
HỆ THỐNG TSR ENERGY
HARVESTING BÁN SONG CÔNG THEO
DELAY-TOLERANT

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................

1


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

2


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

RF

Ratio Frequency

AWGN

Additive White Gaussian Noise

MIMO

Multiple Input Mutiple Output

TS

Time Switching

PS

Power Splitting

TSR

Time Switching – Based Relaying

PSR

Power Splitting – Based Relaying

SNR

Signal to Noise Ratio

PHY

Physical Layer

3

ĐỒ ÁN 3
Trang 4/16

CHƯƠNG 1: MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
1 Mục đích nghiên cứu
Ngày nay trong bối cảnh toàn cầu hóa với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật, có
nhiều dịch vụ công nghệ truyền thông ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của
con người. Một trong những dịch vụ hàng đầu hiện nay đó là công nghệ truyền thông di
động. Nhu cầu truyền tải dữ liệu nhanh chóng, dung lượng truyền tải lớn và ít tiêu tốn
năng lượng là một nhu cầu bức thiết. Từ việc nghe nhạc, xem video, cho tới chia sẻ thông
tin hay cập nhật các mạng xã hội như Facebook, Twitter,… đều cần phải kết nối liên tục,
kết nối với nhiều người.
2

Lí do chọn đề tài

Các thế hệ hệ thống di động như 1G, 2G, 3G, 4G phát triển từ thấp lên cao, đáp ứng được
nhu cầu ngày càng lớn của người sử dụng nhưng với lượng dữ liệu ngày một nhiều, hệ
thống cần được phát triển tiếp, mạnh mẽ hơn nhằm đáp ứng kịp với nhu cầu sử dụng.
Tuy có nhiều phương hướng phát triển thế hệ di động tiếp theo, nhưng hệ thống thông tin
hợp tác là hệ thống đáp ứng được một số nhu cầu tối thiểu của thế hệ tiếp theo như tiết
kiệm năng lượng, tốc độ truyền tải nhanh… Là tiền đề để phát triển 5G.

4

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 5/16

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN HỢP TÁC
2.1 Giới thiệu hệ thống thông tin hợp tác
Các đại diện điển hình của một mạng lưới thông tin liên lạc là một đồ thị, với một tập hợp
các nút và các cạnh. Các nút thường đại diện cho các thiết bị như một bộ định tuyến,
điểm truy cập không dây, hoặc điện thoại di động. Các cạnh thường đại diện cho liên kết
truyền thông hoặc các kênh, ví dụ một sợi cáp quang hoặc kết nối không dây. Các thiết bị
và các kênh có thể có những hạn chế về hoạt động của nó. Ví dụ, một router có thể có sức
mạnh xử lý hạn chế nhưng có lẽ nó có thể chấp nhận dữ liệu từ một vài cổng trong số các
cổng của nó cùng một lúc. Một sợi quang liên kết có băng thông hạn chế. Các thiết bị
truyền thông sử dụng năng lượng đã hạn chế nguồn pin và khả năng mong muốn để bảo
tồn năng lượng. Một liên kết không dây có thể có các biến thể thời gian nhanh chóng phát
sinh từ tính di động và đa đường truyền tín hiệu.
Mục đích của một mạng lưới thông tin liên lạc là để cho phép việc trao đổi thông điệp
giữa các nút của nó. Các thông điệp này, như được tạo ra bởi một ứng dụng, được tổ chức
thành các gói dữ liệu. Trong mô hình truyền thống của một mạng, các nút hoạt động như
các bộ định tuyến có chức năng lưu trữ và chuyển tiếp gói tin, truyền tải các gói trên các
liên kết điểm-điểm. Tuy nhiên, mô hình này bị hạn chế vì nó bỏ qua hai khả năng quan
trọng:

• Node Coding: Các nút có thể kết hợp, hoặc mã hóa.
• Phát sóng: Các nút nghe lỏm các truyền của các nút khác mà từ đó không được
yêu cầu để nhận tin nhắn.
Node mã hóa có thể có trong bất kỳ mạng nào, trong khi khả năng nghe lỏm được truyền
đi là một tài sản của các kênh truyền thông vật lý. Đặc biệt, các thiết bị không dây truyền
tín hiệu từ một nút đến một nút nhận cụ thể có thể được nghe lỏm bởi các nút khác.
Thông thường, các nút không dây can thiệp và giải mã những tín hiệu nghe được, tuy
nhiên hệ thống cung cấp cơ chế để giảm thiểu sự can thiệp này. Ví dụ, nhiều thế hệ thứ
hai điện thoại di động sử dụng đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) để cho phép tín
hiệu giải mã trong sự hiện diện của sự can thiệp. Ví dụ thứ hai, mạng LAN (802,11)

không dây sử dụng một giao thức điều khiển truy cập media (MAC) cho phép chia sẻ các
kênh phát sóng bằng cách lấy lượt truyền. Mục tiêu của các chiến lược truy cập nhiều là
để đảm bảo truyền thông qua một liên kết là đáng tin cậy. Một hệ quả là các mô hình của
một mạng như là một tập hợp các liên kết truyền thông điểm-tới-điểm được tăng cường.

5

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 6/16
Mặt khác, nó đã được hiểu trong cộng đồng lý thuyết thông tin trong hơn ba thập kỷ rằng
giao tiếp không dây từ một nguồn đến đích có thể được hưởng lợi từ sự hợp tác của các
nút nghe lỏm được việc truyền tải. Như các nút trung gian có thể tạo ra đường truyền dựa
trên chế biến của các tín hiệu nghe được, truyền tín hiệu đi xa hơn đòi hỏi phải có sự hợp
tác của các nút hoạt động như các bộ định tuyến gói dữ liệu, lưu trữ và chuyển tiếp.
Các mô hình về kênh: Chiến lược mã hóa cơ bản cho các kênh đã được phát triển. Ý
tưởng chính là có thể sử dụng tải điện trên không từ nguồn để hình thành đường truyền
riêng của mình nhằm hỗ trợ việc giải mã ở người nhận. Những nỗ lực tiên phong tập
trung vào các trường hợp đơn giản nhất của một nguồn, một điểm đến, và một relay.
Những tiến bộ trong giao tiếp hợp tác xã đã tập trung vào hai mục tiêu:

• Làm tăng tỉ lệ truyền qua mạng.
• Tăng độ tin cậy thông tin liên lạc trong mạng với các kênh truyền hình thời gian
khác nhau.
Những tiến bộ thường được chứng minh bằng toán học (lý thuyết thông tin) phân tích các
tín hiệu chiến lược trên mô hình của các kênh truyền thông. Các chiến lược thường liên
quan đến truyền phối hợp của nhiều nút mạng, nhưng bất chấp những tiến bộ gần đây,
vẫn còn những rào cản lớn đối với việc áp dụng những kết quả vào sự phát triển của giao

thức mạng thực tế.
Ví dụ, nhiều kết quả thông tin lý thuyết dựa trên độ dài khối tiệm lớn và thường bỏ qua
các chi phí cần thiết để thiết lập và duy trì truyền phối hợp. Trong thực tế, đặc biệt là các
mạng di động không dây, các biến thể thời gian trong các kênh truyền thông đòi hỏi sự
thay đổi trong chiến lược truyền tín hiệu. Do đó, các thiết lập và duy trì tín hiệu trở thành
một chi phí định kỳ. Chúng tôi sử dụng giao thức mạng hạn cho một tập hợp các thuật
toán phân phối thực hiện bởi các nút mạng có cấu hình, thực thi và cấu hình tín hiệu
chiến lược để đáp ứng với sự thay đổi theo thời gian. Một giao thức mạng hợp tác phải
kết hợp các phương pháp để định kỳ chi phí thiết lập không thống trị hiệu quả đạt được
của một chiến lược tín hiệu hợp tác.

2.2 Các vấn đề hợp tác vô tuyến
Mạng truyền thống xác định trình tự của các nút trung gian truyền đi như một tuyến
truyền hoặc đường truyền. Một cách để hiểu về hệ thống thông tin hợp tác là xem một bộ
n nút tham gia trong việc cung cấp các gói dữ liệu từ một nguồn đến đích như là một thiết

6

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 7/16
bị đầu cuối đa liên kết. Chúng ta đề cập đến khái quát này như là một liên kết hợp tác,
hoặc chỉ đơn giản là một liên kết. Liên kết L là một tập hợp các nút sử dụng phối hợp
hoạt động của mình để cung cấp tin đáng tin cậy từ một nguồn đến một tập hợp của một
hoặc nhiều hơn các điểm đến. Giả sử rằng một nút đích d là nơi nhận cuối cùng của các
gói dữ liệu. Nếu nút d là một rơle chuyển tiếp cho một đường liên kết khác, chúng ta giả
định rằng việc giao một gói tin cho liên kết thứ hai này đến nút d đại diện cho một điểm
nối trong quá trình chuyển mạch gói. Đó là nút d có thể là nguồn của một liên kết hợp tác

L0 để cung cấp các gói tin để có điểm đến d0 khác. Tuy nhiên, việc phân phối các gói tin
đến nút d0 vào liên kết L0 có thể không sử dụng trong truyền dẫn liên quan đến liên kết
L. Trong trường hợp này, một đường truyền trở thành một chuỗi gồm một hoặc nhiều liên
kết (đó là sự hợp tác).
Sự hợp tác thông qua các liên kết hoặc các lớp mạng khác nhau về kiến trúc mạng để
thực hiện các nhiệm vụ sau đây:
• Giải mã tin nhắn: sử dụng tất cả các gói tin nhận được để giải mã.
• Thiết lập liên kết hợp tác: chỉ định một phương thức để phối hợp truyền của nhiều nút
với mục tiêu của tin đáng tin cậy giải mã tại nơi đến (s).
• Định tuyến hợp tác: cấu hình một chuỗi các liên kết hợp tác như một tuyến truyền.
2.3 Giao thức chuyển tiếp cho mạng không dây lưu trữ năng lượng và xử lý
thông tin
Kéo dài tuổi thọ của một mạng không dây thông qua lưu trữ năng lượng đã nhận được sự
chú ý đáng kể gần đây. Tuy có thể thay thế cho sạc hoặc pin lưu trữ năng lượng nhưng nó
phải có một chi phí cao và có thể là bất tiện, nguy hiểm hoặc không mong muốn, ví dụ
như hoạt động trong một môi trường độc hại, ảnh hưởng đến cơ thể con người. Ngoài các
phương pháp thu năng lượng thông thường, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, gió, độ
rung, hiệu ứng nhiệt điện hay các hiện tượng vật lý khác thì một giải pháp mới đang nổi
lên là để tận dụng tín hiệu vô tuyến (RF). Ưu điểm của giải pháp này là các tín hiệu RF
có thể mang năng lượng và các thông tin cùng một lúc. Như vậy, các hạch năng lượng có
thể thu lại các năng lượng và xử lý các thông tin cùng một lúc. Thu năng lượng không
dây bằng cách sử dụng tín hiệu RF, mới nhất gần đây trong hệ thống kết nối điểm điểm
có thể tiếp cận bằng hai cách chính. Phương pháp thứ nhất xem xét một thiết kế nhận mà
có thể đồng thời quan sát và trích xuất năng lượng từ tín hiệu nhận được. Tuy nhiên, như
đã thảo luận giả thiết này không đúng trong thực tế, các mạch thực tế về năng lượng thu
hoạch từ các tín hiệu RF chưa thể giải mã các thông tin thực trực tiếp. Cách tiếp cận thứ
hai xem xét một thiết kế máy thu thực tế có thể thực hiện với giải mã thông tin riêng biệt
7

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP

ĐỒ ÁN 3
Trang 8/16
và năng lượng thu nhận thông tin chuyển giao năng lượng và bây giờ được áp dụng rộng
rãi. Đối với các lớp đầu tiên của máy thu, ý tưởng truyền tải thông tin và năng lượng
đồng thời lần đầu tiên được đề xuất, nơi mà các tác giả sử dụng một chức năng nâng cao
năng lượng để nghiên cứu sự cân bằng hiệu suất cơ bản đối với thông tin đồng thời và
chuyển giao năng lượng. Công trình đã được mở rộng để lựa chọn tần số kênh với
AWGN. Đối với lớp thứ hai của máy thu, các giới hạn hiệu suất của một trong ba nút
MIMO hệ thống phát thanh truyền hình, với mức lưu trữ năng lượng riêng biệt và thông
tin giải mã nhận cũng đã được nghiên cứu. Việc áp dụng thu năng lượng không dây với
mạng vô tuyến đã được xem xét, nơi mà thông lượng của mạng thứ cấp được tối đa dưới
một chế độ cho các mạng tiểu và trung. Phần lớn các nghiên cứu gần đây trong việc thu
năng lượng không dây và xử lý thông tin đã xem xét các hệ thống truyền thông điểm
điểm. Trong mạng lưới hợp tác hoặc cảm biến không dây, các relay hoặc các nút cảm
biến có thể có trữ lượng pin hạn chế và cần phải dựa trên một số cơ chế sạc bên ngoài để
duy trì hoạt động trong mạng. Vì vậy, thu năng lượng trong các mạng như vậy là đặc biệt
quan trọng vì nó có thể kích hoạt thông tin chuyển tiếp.
Xem xét các kịch bản nơi mà năng lượng được hạn relay tại các nút thu năng lượng từ tín
hiệu RF phát ra bởi một nút nguồn và sử dụng năng lượng thu được để chuyển tiếp các
tín hiệu nguồn đến một nút đích. Chúng tôi áp dụng thời gian chuyển đổi TS và tách năng
lượng PS, hệ thống máy thu đã được đề xuất. Dựa trên hệ thống nhận và giao thức
chuyển tiếp. Chúng tôi đề xuất hai giao thức chuyển tiếp là giao thức chuyển tiếp thời
gian TSR và giao thức chuyển tiếp phân chia năng lượng PSR để xử lý thông tin riêng
biệt và thu năng lượng tại các nút chuyển tiếp năng lượng. Trong giao thức TRS sẽ dành
một chút thời gian để thu năng lượng và thời gian còn lại để xử lý thông tin. Trong giao
thức PSR sẽ sử dụng một phần năng lượng nhận được để thu năng lượng và năng lượng
còn lại để xử lý thông tin. Những số liệu đó đã được thông qua, được định nghĩa là số bit
được giải mã thành công cho mỗi đơn vị thời gian trên một đơn vị băng thông tại các nút

đích . Chúng tôi xây dựng và nghiên cứu cho TSR và PSR với phương thức truyền tải
chậm trễ giới hạn (Delay-Limited ) và phương thức truyền tải chịu sự chậm trễ (DelayTolerant) tương ứng.
2.4 Kết luận
Chúng tôi đã quan sát thấy rằng hệ thống thông tin hợp tác chứa đựng nhiều triển
vọng đáng kể. Một số triển vọng này được minh chứng trong các đề xuất kiểm tra
trong chương này. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều việc phải làm. Ví dụ, các đề nghị
không kết hợp nhiều ý tưởng. Việc hợp tác đòi hỏi một sự thiết kế lại hoàn chỉnh
của giao thức mạng Stack. Một nghiên cứu mang tính trừu tượng cho thấy lợi ích
đáng kể sẽ được thu được bằng cách tích hợp chặt chẽ của lớp mạng với lớp
8

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 9/16
MAC, liên kết, và các layer PHY. Đặc biệt, một cách tiếp cận như vậy có khả
năng mang lại sự linh hoạt lớn nhất trong tối ưu hóa việc sử dụng toàn cầu của
các tài nguyên mạng vô tuyến. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi một sự mở
rộng đáng kể trong chức năng của các lớp mạng và các giao diện tốc độ cao phức
tạp hơn giữa thiết bị lớp PHY và phần mềm lớp mạng. Đòi hỏi một cấu hình lại
cũng có thể ngăn cản việc thực hiện thực tế của kỹ thuật hợp tác. Đó là, đòi hỏi
phải có một mạng lưới phức tạp hơn lớp layer, đại diện cho một rào cản đối với
việc thông qua giao thức hợp tác vô tuyến. Giá trị thực tế của hệ thống thông tin
hợp tác là khả năng phụ thuộc vào việc chúng ta có thể đạt được những lợi ích
gắn liền với hợp tác mà không đòi hỏi nhiều hơn từ các lớp mạng.

9

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP

ĐỒ ÁN 3
Trang 10/16

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG TSR
3.1 Giới thiệu mô hình hệ thống

S

g

h
RD

d1

Thu năng lượng tại R

d2

Truyền tín hiệu từ S => R

Truyền tín hiệu từ R => D

αT

Hình 3.1.1 Sơ đồ tổng quát của giao thức TSR [1]
Một hệ thống giao tiếp không dây đã được xem xét, nơi mà thông tin được truyền từ nút
nguồn S đến nút đích D thông qua năng lượng hạn chế trung gian nút relay R.

10

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 11/16

Nhận năng lượng thu hoạch

(t)

RF chuyển đổi
băng tần cơ sở

Chế biến băng tần gốc

Khối nhận thông tin
Hình 3.1.2 Sơ đồ năng lượng thu hoạch và xử lí thông tin của giao thức TSR [1]
Mô hình mô tả các tham số quan trọng trong giao thức TSR năng lượng thu hoạch và xử
lý tại chuyển tiếp thông tin. Trong hình: T là khối thời gian, trong đó một khối nhất
định của thông tin được truyền từ nút nguồn đến nút đích và α là phần nhỏ khối thời gian
trong đó thu được tiếp năng lượng từ các nguồn tín hiệu nơi 0 ≤ α ≤ 1. Thời gian còn lại
của khối (1 − α) T được sử dụng cho truyền tải thông tin, như vậy một nửa số đó (1 − α)
T/2 được sử dụng cho nguồn để chuyển tiếp thông tin truyền tải và một nửa còn lại ( 1 α) T/2 được sử dụng để tiếp sức để truyền tải thông tin điểm đến. Tất cả các năng lượng
thu được trong giai đoạn thu hoạch năng lượng được tiêu thụ bởi các relay trong
khi chuyển tiếp các tín hiệu nguồn đến đích. Sự lựa chọn của các phần thời gian α được
sử dụng để thu hoạch năng lượng tại các chuyển tiếp nút ảnh hưởng đến thông lượng đạt
được tại các điểm đến. Các phần dưới đây sẽ phân tích thu hoạch năng lượng và xử lý

thông tin tại nút relay.
3.2 Năng lượng thu hoạch (t)
Sơ đồ khối cho máy thu chuyển tiếp trong giao thức TSR được hiển thị trong sơ đồ
khối. Các tín hiệu RF, y (t) nhận được tại các nút chuyển tiếp đầu tiên được gửi đến máy
thu thu hoạch năng lượng ( thời gian αT) và sau đó đến máy thu thông tin (thời gian (1-α)
T/2 ). Theo sơ đồ khối, tín hiệu nhận được lúc các nút chuyển tiếp được cho bởi công
thức:
(1)

11

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 12/16
Trong đó :







h là nguồn để chuyển tiếp kênh đạt được.
d1 là nguồn khoảng cách chuyển tiếp.
Ps là năng lượng được truyền từ nguồn.
m là số mũ suy hao đường truyền.
s(t) là các thông tin bình thường tín hiệu từ nguồn.

Sử dụng (1), năng lượng thu hoạch khi thu hoạch năng lượng thời gian αT được cho bởi:
(2)
Trong trường hợp 0 < η < 1 là hiệu quả chuyển đổi năng lượng mà phụ thuộc vào quá
trình phân đoạn và thu hoạch năng lượng.
3.3 Năng lượng hạn chế chuyển tiếp với sự hỗ trợ đường truyền
Theo sơ đồ, hệ thống chuyển đổi RF tín hiệu băng tần cơ sở và xử lý tín hiệu băng tần cơ
sở, là nhiễu bổ sung do RF để tín hiệu băng tần cơ sở chuyển đổi. Sau khi xuống chuyển
đổi băng tần cơ sở lấy mẫu tín hiệu tại nút chuyển tiếp được cho bởi :

(3)

Trong đó :

 k là chỉ số biểu tượng.
 s (k) là lấy mẫu và thông tin tín hiệu bình thường từ các nguồn.
 là băng tần cơ sở bổ sung nhiễu màu trắng Gaussian do các Anten nhận tại nút
chuyển tiếp 2.
 là các mẫu AWGN do băng tần RF để chuyển đổi tín hiệu băng tần cơ sở.
 là nhiễu tương đương băng gốc của nhiễu thông dải .
Các rơle khuếch đại tín hiệu nhận được và các tín hiệu truyền từ relay được cho bởi
công thức:

(4)

12

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3

Trang 13/16
Các yếu tố tại mẫu số , là hệ số công suất hạn chế tại các relay, và là phương sai của
AWGNs và tương ứng và Pr là năng lượng truyền từ nút chuyển tiếp mà phụ thuộc vào
lượng năng lượng thu hoạch trong thời gian thu hoạch năng lượng. Lưu ý rằng các nút
chuyển tiếp relay có thể có được hệ số công suất chế từ năng lượng của tín hiệu nhận
được. Việc lấy mẫu tín hiệu nhận được tại điểm đến được cho bởi:
(5)
Tại và thì các ăng-ten và chuyển đổi AWGNs tại nút đích tương ứng và g là chuyển tiếp
để trở lại kênh đích. Thay (4) vào (5), ta có :
(6)
Cuối cùng thay từ (3) vào (6) ta được :
(7)
Trong đó và là các tổng thể nhiễu AWGNs tại chuyển tiếp và đích các nút tương ứng và
. Sử dụng trong (2) năng lượng truyền từ nút relay, Pr được cho bởi:
(8)
-Từ (8) theo từ thực tế là relay giao tiếp với các node đích với thời gian (1-α) T/2 như thể
hiện trong hình 2 (a). Thay thế các giá trị của Pr từ (8) vào (7), các tín hiệu nhận được tại
điểm đến yd (k) các điều kiện của Ps, η, α, d1 và d2 được cho bởi : (9)

3.4 Thông lượng
Sử dụng (9), SNR tại nút đích, = , được cho bởi (10), tại . Trong phần tiếp theo, thông
lượng τ được xác định tại các node đích do đã nhận SNR, γD trong (10) cho cả 2 chế độ
truyền tải chậm trễ giới hạn (Delay-Limited) và truyền tải chịu sự chậm trễ (DelayTolerant) .

(10)
Chế độ truyền tải chịu sự chậm trễ (Delay-Tolerant): Thông lượng được xác định bằng
cách đánh giá công suất C tại đích. Khác với chế độ Delay-Limited, nơi mà các nguồn
phát cố định tỉ lệ với R, để đáp ứng một số tiêu chí khi bị gián đoạn, nguồn có thể truyền
13

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 14/16
dữ liệu ở mức nào ít hơn hoặc bằng so với những đánh giá về công suất C ban đầu. Mặt
khác, chế độ truyền tải chịu sự chậm trễ giả định rằng chiều dài mã là rất lớn so với các
khối thời gian vì vậy chiều dài mã phải phù hợp với dung lượng có thể có của các kênh
trong một mã từ truyền tải và kênh ở điều kiện trung bình. Chính vì thế, chế độ này có thể
để đạt được công suất bằng với công suất khi đang truyền mà không cần bất kì tỉ lệ hoặc
yêu cầu thích ứng nào về các kênh thông tin tại nút nguồn và nút chuyển tiếp. Bằng cách
sử dụng SNR tại điểm đến, C được cho bởi công thức:
C = {log2(1+ )}

(11)

Tại :
(12a)
(12b)
(12c)
(12d)
(12e)
Công suất tại các điểm đích khi năng lượng thu hoạch chuyển tiếp từ các nguồn tín hiệu
và sử dụng năng lượng thu hoạch để chuyển tiếp tín hiệu nguồn đến đích. Công suất
trong (11) là một chức năng của α thời gian thu hoạch năng lượng và tăng như α tăng từ 0
đến 1. Điều này là bởi vì kết quả α lớn hơn trong truyền tải năng lượng nhiều hơn tại
relay , do đó làm giảm cơ hội của công suất. Khoảng thời gian giao tiếp giữa nút nguồn
và nút đích là (1-α) T/2, sẽ giảm khi α tang; còn thông lượng thì không phụ thuộc vào
chức năng của α. Thông lượng τ tại điểm đến được cho bởi công thức:
(13)

Thông lượng τ trong (13) phụ thuộc vào Ps, η, α, d1, d2, R , và .

14

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 15/16

CHƯƠNG 4 : MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ RELAY
TRONG HỆ THỐNG TSR ENERGY HARVESTING BÁN SONG CÔNG THEO
DELAY-TOLERANT
4.1 Khảo sát các giá trị
Kết quả phân tích dựa vào việc thiết kế các thông số sao cho phù hợp. Các đại lượng có
thể ảnh hưởng tới giá trị tối ưu của thông lượng τ tại node đích, ta khảo sát cho các giá trị
khác nhau của phương sai nhiễu, khoảng cách từ nguồn đến relay và từ relay đến đích d1
và d2 tương ứng, tốc độ truyền dẫn nguồn R và hiệu suất năng lượng thu hoạch η .
Chúng ta thiết lập tốc độ truyền dẫn nguồn R = 3bits/s/Hz ở chế độ truyền tải chịu sự
chậm trễ, hiệu quả thu hoạch năng lượng η = 1, công suất truyền tải nguồn Ps = 1 và mất
quãng đường với số mũ m = 2,7 ( tương ứng với một môi trường mạng di động đô thị ).
Khoảng cách d1 và d2 là các giá trị để ta đánh giá ảnh hưởng của vị trí Relay so với
thông lượng, nên ta khảo sát d1 trong khoảng từ 0 đến 1.8. Để đơn giản, tiếng ồn tương
tự như phương sai tại các relay và các nút đích được giả định, ví dụ phương sai nhiễu
Anten và phương sai nhiễu chuyển đổi . Giá trị trung bình các giá trịvà tương ứng được
thiết lập đến 1,

15

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP

ĐỒ ÁN 3
Trang 16/16
4.2 Kết quả mô phỏng và đánh giá

Hình 4.2.1 Ảnh hưởng của vị trí Relay so với xác suất dừng của hệ thống

Hình 4.2.2 Ảnh hưởng của vị trí Relay so với thông lượng của hệ thống
16

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 17/16

 Đánh giá ảnh hưởng của vị trí Relay trong hệ thống TSR theo Delay-Tolerant
thông qua 2 đồ thị ta vừa mô phỏng được:
• Xác suất dừng tỉ lệ thuận với d1: Xác suất dừng tăng khi d1 tăng (tức là vị trí
Relay xa nút nguồn), xác suất dừng giảm khi d1 giảm (tức là vị trí Relay gần nút
nguồn).
• Thông lượng tỉ lệ nghịch với d1: Thông lượng giảm khi d1 tăng (tức là vị trí Relay
xa nút nguồn), thông lượng tăng khi d1 giảm (tức là vị trí Relay gần nút nguồn).
Nhưng vấn đề chính mà chúng ta quan tâm là làm thế nào để giá trị xác suất dừng càng
nhỏ và giá trị thông lượng càng cao để hệ thống đạt tối ưu. Do đó, để hệ thống đạt được
hiệu quả cao nhất cần chú ý tới vị trí Relay, nên đặt Relay ở vị trí gần nút nguồn để giá trị
thông lượng tăng và giá trị xác suất dừng giảm, đảm bảo hệ thống làm việc hiệu quả nhất
trong quá trình truyền thông tin.
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

5.1 Ưu điểm
Qua quá trình mô phỏng và đánh giá ta thấy rằng đây là một hệ thống khá hoàn thiện, vừa
thực hiện truyền thông tin và vừa thu nhận năng lượng. Qua đó sẽ giúp tiết kiệm năng
lượng, tiết kiệm thời gian và quá trình truyền thông tin mang năng lượng sẽ diễn ra với
tốc độ nhanh, lượng tin truyền đi lớn.
5.2 Nhược điểm
Quá trình truyền thông tin tốc độ cao được dễ dàng thiết lập trong phạm vi hẹp (gia đình,
tổ chức..), tuy nhiên khi vấn đề này được đưa lên tầm vĩ mô thì sẽ gặp những rào cản về
chi phí, độ ổn định, và có thể nguy cơ tắc nghẽn…
5.3 Hướng phát triển
Hệ thống thông tin hợp tác cùng với những giao thức chuyển tiếp cho mạng không dây
thu nhận năng lượng và xử lí thông tin là tiền đề để phát triển mạng di động thế hệ thứ 5.
Sự tiến bộ đó là một nền tảng hoàn hảo để biến trái đất thành World Wide Wireless Web
(WWWW) – Một thế giới kết nối không dây thực sự, nơi chúng ta có thể truy cập
internet xuyên suốt mà không phải gặp những rắc rối về giới hạn không gian và thời
gian.

17

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP


ĐỒ ÁN 3
Trang 18/16

18

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP

ĐỒ ÁN 3
Trang 19/16

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] J.Xu and R.Zhang,“Throughput optimal policies for energy harvesting
Wireless transmitters with non-ideal circuit power,” accpepted in IEEE
J. Sel. Area. Commun., 2013. Available: />[2] C .K. Ho and R.Zhang, “Optimal energy allocation for wireless
Communications with energy harvesting constraints, ” IEEETrans. Signal
Process.,vol.60,no.9,pp.4808–4818,Sept.2012.
[3] S .Luo, R.Zhang, and T. J. Lim,“Optimal save-then-transmit protocol
Fo renergy harvesting wireless transmitters,”accpetedin IEEETrans.
Wireless Commun., 2013. Available: />[4] L. R. Varshney,“Transporting information and energy simultaneously,”
in Proc. 2008IEEEISIT.
19.35%

19

SVTH: NGUYỄN VĂN GIÁP