ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG VÀ ERGODIC CAPACITY THÔNG QUA GIAO THỨC KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG VÀ
ERGODIC CAPACITY THÔNG QUA
GIAO THỨC KHUẾCH ĐẠI VÀ
CHUYỂN TIẾP


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ....................................................................................................VII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.......................................................................................IX
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.....................................................................................X
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.......................1
1.1

GIỚI THIỆU..................................................................................................................1

1.2

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1G, 2G, 3G, 4G.............................................................1

1.2.1

Mạng không dây thế hệ đầu tiên.........................................................................1

1.2.2

Mạng 2G.............................................................................................................1

1.2.3

Mạng 3G.............................................................................................................2

1.2.4

Mạng 4G.............................................................................................................2

1.3

TÓM TẮT.....................................................................................................................3

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI............................................................................4
2.1

MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG..........................................................4

2.1.1

Cấu trúc..............................................................................................................4

2.1.2

Sự hoạt động của mô hình..................................................................................4

2.1.3

Bán song công (Half duplex)..............................................................................5

2.1.4

Giao thức khuếch đại và chuyển tiếp..................................................................5

2.2

ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG VÀ ERGODIC CAPACITY....................................................5

2.2.1

Mạng di động thế hệ kế tiếp................................................................................5

2.2.2

Xây dựng công thức theo giao thức TSR............................................................6

2.2.3

Xây dựng công thức theo giao thức PSR..........................................................10

2.2.4

Xây dựng công thức theo giao thức HPTSR.....................................................12

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.............................................................................15
3.1

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG GIAO THỨC TSR.....................................................................15

3.2

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA GIAO THỨC PSR..............................................................19

3.3

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA GIAO THỨC HPSR...........................................................22


3.4

SO SÁNH THROUGHPUT VÀ XÁC SUẤT DỪNG CỦA TOÀN HỆ THỐNG........................26

CHƯƠNG 4. NHẬN XÉT..................................................................................................32
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN..................................................................................................33
5.1

KẾT LUẬN.................................................................................................................33

5.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................................33

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................34
PHỤ LỤC A..35


DANH MỤC HÌNH VẼ
HÌNH 2-1: MÔ.HÌNH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG.....................................................4
HÌNH 2-2: MÔ.HÌNH CHUYỂN TIẾP PHÂN CHIA THEO TSR................................6
HÌNH 2-3: MÔ HÌNH CHUYỂN TIẾP PHÂN CHIA THEO PSR................................9
HÌNH 2-4: MÔ HÌNH CHUYỂN TIẾP PHÂN CHIA THEO HPTSR........................12
HÌNH 3-1: XÁC SUẤT DỪNG THEO  CHO GIAO THỨC TSR............................16
HÌNH 3-2: THROUGHPUT THEO  CỦA GIÁO THỨC TSR.................................16

HÌNH 3-3: XÁC SUẤT DỪNG THEO PS CỦA GIAO THỨC TSR...........................17
HÌNH 3-4: THROUGHPUT THEO PS CỦA GIAO THỨC TSR...............................17
HÌNH 3-5: XÁC SUẤT DỪNG THEO R CỦA GIAO THỨC TSR............................18
HÌNH 3-6: THROUGHPUT THEO R CỦA GIAO THỨC TSR..................................18
HÌNH 3-7: XÁC SUẤT DỪNG THEO Ρ CỦA GIAO THỨC PSR..............................19
HÌNH 3-8: THROUGHPUT THEO Ρ CỦA GIAO THỨC PSR.................................19
HÌNH 3-9: XÁC SUẤT DỪNG THEO PS CỦA GIAO THỨC PSR...........................20
HÌNH 3-10: THROUGHPUT THEO PS CỦA GIAO THỨC PSR.............................21
HÌNH 3-11: XÁC SUẤT DỪNG THEO R CỦA GIAO THỨC PSR...........................21
HÌNH 3-12: THROUGHPUT THEO R CỦA GIAO THỨC PSR................................22
HÌNH 3-13: XÁC SUẤT DỪNG THEO PS CỦA GIAO THỨC HPTSR...................22
HÌNH 3-14: THROUGHPUT THEO PS CỦA GIAO THỨC HPTSR.......................23
HÌNH 3-15: XÁC SUẤT DỪNG THEO PS CỦA GIAO THỨC HPTSR...................23
HÌNH 3-16: THROUGHPUT THEO PS CỦA GIAO THỨC HPTSR.......................24
HÌNH 3-17: XÁC SUẤT DỪNG THEO  CỦA GIAO THỨC HPTSR.....................24
HÌNH 3-18: THROUGHPUT THEO  CỦA GIAO THỨC HPTSR.........................25
HÌNH 3-19: XÁC SUẤT DỪNG THEO Ρ CỦA GIAO THỨC HPTSR......................25


HÌNH 3-20: THROUGHPUT THEO Ρ CỦA GIAO THỨC HPTSR.........................26
HÌNH 3-21: XÁC SUẤT DỪNG THEO PS CỦA PST, TSR, HPTSR.........................26
HÌNH 3-22: THROUGHPUT THEO PS CỦA PSR, TSR, HPTSR............................27
HÌNH 3-23: THROUGHPUT DL THEO  HOẶC Ρ CỦA PSR, TSR, HPTSR........27
HÌNH 3-24: XÁC SUẤT DỪNG THEO  HOẶC Ρ CỦA PSR, TSR, HPTSR..........28
HÌNH 3-25: DUNG LƯỢNG THEO PS CỦA PSR, TSR, HPTSR.............................28
HÌNH 3-26: THROUGHPUT DT THEO PS CỦA PSR, TSR, HPTSR.....................29
HÌNH 3-27: DUNG LƯỢNG THEO  HOẶC Ρ PSR, TSR, HPTSR........................29
HÌNH 3-28: THROUGHPUT DT THEO  HOẶC Ρ CỦA PSR, TSR, HPTSR........30
HÌNH 3-29: THROUGHPUT THEO  HOẶC Ρ CỦA PSR, TSR, HPTSR..............30
HÌNH 3-30: THROUGHPUT THEO PS CỦA PSR, TSR, HPTSR.............................31

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 1-1: CÁC ĐẶC TÍNH CỦA 1G, 2G, 3G, 4G.........................................................3
BẢNG 3-1: THÔNG SỐ MÔ PHỎNG.............................................................................14


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1G

.First.Generation

2G

.Second.Generation

3G

.Third Generation

3GPP

.3rd Generation Partnership Project

4G

.Fourth.Generation

5G

.Fifth Generation

AF

.Amplify-and-Forward

AMPS

.Advanced.Mobile Phone Services

CDMA

.Code Division Multiple Access

CDF

.Cumulative.distribution function

DF

.Decode-and-Forward

DL

.Delay limited

DT

.Delay tolerant

FD

.Full-duplex

FDMA

.Frequency Division Multiple Access

GPRS

.General Packet Radio Service

GSM

.Global System for Mobile

HD

.Half-duplex

IP

.Internet Protocol

LTE

.Long Term Evolution

OFDMA

.Orthogonal.Frequency Division Multiple Access

PDF

.Probability density function

TACS

.Total Access Communication Systems

TDMA

.Time Division Multiple Access

WCDMA

.Wideband.Code Division Multiple Access


Trang 1/43

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Giới thiệu
Thông.tin di động là một trong những lĩnh vực được quan tâm hiện nay.nó không
ngừng.được cải tiến qua từng giai đoạn nhằm đáp ứng nhu cầu tương tác, làm việc,
giải trí,... ngày càng.cao của người dùng. Qua các thế hệ.từ 1G, 2G, 3G đến nay Việt

Nam đã triển khai 4G và trên thế giới đang nghiên cứu 5G, điều này cho thấy tầm
quan trọng.của mạng thông tin di động.
1.2 Mạng.thông tin di động 1G, 2G, 3G, 4G
1.1.1 Mạng.không dây thế hệ đầu tiên
1G.là mạng không dây cơ bản đầu tiên,.được giới thiệu vào những năm 1980 và chủ
yếu phục vụ cho thoại, mạng.di động thế hệ thứ nhất sử dụng công.nghệ tương tự và
đa truy.cập phân chia theo tần số FDMA .(Frequency Division Multile Access). Các
điện.thoại di động đầu tiên có kích thước khá to, thô và cồng kềnh.
Mạng.1G chia khá nhiều chuẩn: AMPS, TACS, NMT,..
Ưu-nhược điểm:.Dịch vụ đơn thuần chỉ là thoại.với chất lượng thấp, bảo mật kém
dễ bị nhiễu, vùng phủ sóng hẹp.
1.1.2 Mạng.2G
2G là.thế hệ kết nối thông tin di động mang tính.cải tiến cũng như khác hoàn toàn
so với thế.hệ đầu tiên..Nó sử dụng các tín hiệu.kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog
của thế hệ 1G. Mạng.2G mang tới cho người sử dụng 3 lợi ích:.Mã hóa dữ liệu theo
dạng kỹ thuật số,.phạm vi kết nối rộng hơn 1G và.đặt biệt là sự xuất hiện tin nhắn
dạng văn bản đơn giản-.SMS (Short Message Sevices).
Mạng.2G chia thành hai nhánh:.Nền TDMA (Time Division Multiple Access) và
nền.CDMA (Code Division Multiple Access) cùng nhiều dạng kết nối mạng tùy
theo.yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng.như hạ tầng từng vùng quốc gia.
Ưu điểm:.Chất lượng thoại được cải tiến,.dung lượng tăng, bảo.mật và chống nhiễu
tốt hơn so với 1G.

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 2/43

Nhược điểm: Tuy.đã hỗ trợ dịch vụ số liệu nhưng.vẫn còn rất hạn chế, không thể xử
lý các dữ liệu phức tạp.

1.1.3 Mạng 3G
3G.là thế hệ truyền thông thứ ba, tiên.tiến hơn hẳn các thế hệ trước đó..Nó cho phép
người dùng di động.truyền tải tất cả dữ liệu thoại.và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu,
gửi.email, tin nhắn.nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips,..)
Công.nghệ 3G cũng được nhắc đến như.một chuẩn IMT-2000 của tổ chức viễn
thông thế giới (ITU).
Ưu.điểm:.Bảo mật tốt, dung lượng lớn, hỗ trợ.thoại và dữ liệu tốt hơn, dịch vụ đa
phương.tiện được mở rộng.
Nhược.điểm:.Đòi hỏi băng tần rộng, chi phí cao.
3G.hứa hẹn có tốc độ lên đến 2 Mbps trong điều.kiện lý tưởng, tuy nhiên trong thực
tế tốc độ này chỉ đạt được 348Kbps. .Do vậy HSDPA và HSUPA ra đời nhằm tăng
tốc độ 3G, bước đệm tiến đến 4G.
1.1.4 M.ạng 4G
4G.là công nghệ truyền thông không.dây thế hệ thứ tư,.cho phép truyền tải dữ liệu
với tốc độ tối đa.trong điều kiện lý tưởng lên tới 1-1.5 Gbit/s.
Công.nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây..Các nghiên
cứu đầu tiên của.NTT DoCoMo cho biết,.điện thoai 4G có thể nhận dữ liệu với tốc
độ 100 Mbit/s khi di chuyển.và tới 1 Gbit/s khi đứng yên,.cũng như cho phép người
dùng có thể.tải và truyền lên các hình ảnh,.video clips chất lượng cao.
Mục tiêu của 4G:


Tốc.độ 100 Mbit/s cho vùng rộng và 1Gbit/s cho vùng hẹp.



Kết.nối mạng hoàn toàn là IP.



Thông.tin rộng lớn và liên tục ngay cả khi di chuyển.



Độ.trễ thấp hơn 3G.



Trễ.kết nối thấp hơn 500 ms.



Trễ.truyền dẫn thấp hơn 5ms.

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 3/43



Giá.thành thấp hơn thế hệ trước.

Ưu.điểm:.Dung lượng lớn,.tốc độ cao hơn nhiều so với 3G, phục.vụ mọi lúc mọi
nơi.
Nhược.điểm:.Tiêu hao pin của thiết bị nhanh, đòi hỏi thiết bị hiện đại.
1.3 Tó.m tắt
Bảng 1-1: Các đặc tính của 1G, 2G, 3G, 4G

Tên

Thời gian ra đời
Hệ thống
Truy cập vô
tuyến
Loại chuyển
mạch
Tốc độ dữ liệu
Đặc tính

1G
First

2G
Second

3G
Third

Generation
1980s
AMPS, NMT,

Generation
1993

Generation
2001
UMTS,

TACS

FDMA

GSM, IS-95
TDMA,
CDMA

CDMA 2000

4G

Fourth
Generation
2009
LTE, WiMAX

W-CDMA

OFDMA

Kênh

Kênh+gói

Gói

Gói

2.4 Kbps
Giao tiếp

14.4 Kbps

2 Mbps

100 Mbps

Tăng tốc độ

Tăng tốc độ

không dây
đầu tiên

Công nghệ
số

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 4/43

CHƯƠNG 2.

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

1.4 Mô.hình hệ thống chuyển tiếp hai chặng
d1, g1

A

AF
Relay
R

d2, g2

B

Hình 2-1: Mô.hình chuyển tiếp hai chặng

Chặng 1:.Từ các node đến Relay
Chặng 2:.Từ Relay đến các node
1.1.5 Cấu.trúc
Xét.một mạng lưới truyền thông hợp tác bao gồm.cả hai node A, B và 1 node relay
R..A và B là 2 node truyền nhận dữ liệu..Giả sử không có sự liên.kết nào giữa node
A và B..Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR thấp hơn mức tối thiểu so với ngưỡng cho
phép để truyền hiệu quả..Node chuyển tiếp trung gian R hỗ trợ truyền giữa các
node. Node.relay R có nhiệm vụ thu hoạch năng.lượng từ các node để khuếch đại và
chuyển tiếp các tín hiệu nhận được tới các đích. Trong.mô hình chuyển tiếp hai
chặng.thì d1 , g1 và d 2 , g 2 lần lượt là khoảng cách.và độ lợi kênh giữa node A và
node chuyển tiếp R, và là khoảng cách,.độ lợi kênh giữa node B và node chuyển
tiếp R.
1.1.6 Sự.hoạt động của mô hình
Toàn.bộ quá trình chuyển tiếp thông tin và.thu hoạch năng lượng được chia thành
hai bước chính.
Bước 1: Node.A và node B truyền tín hiệu đến node chuyển tiếp R.
Bước 2: Sau.khi thu hoạch năng lượng từ các tín hiệu thu được,.node chuyển tiếp R
khuếch đại và phát tín hiệu đến các node đích tương ứng..Điện năng yêu cầu ở
mạch thu phát của node chuyển tiếp.R không đáng kể so với công suất truyền dẫn
của nó.

1.1.7 Bán.song công (Half duplex)

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 5/43

Trong.hệ thống bán song công.thông tin có thể được truyền theo hai hướng nhưng
không đồng thời..Các hệ thống bán song công còn được gọi là hệ thống truyền
thông.tin theo hai hướng thay đổi luân phiên nhau..Ở một trạm truyền tin có cả máy
phát và máy thu nhưng nó không làm việc cùng thời gian.
1.1.8 Giao.thức khuếch đại và chuyển tiếp
Giao.thức khuếch đại và chuyển tiếp AF:.Tín hiệu phát tại node nguồn bị suy yếu
đến.node chuyển tiếp được khuếch đại lên bao gồm phần nhiễu và tín hiệu..Sau đó
node.chuyển tiếp truyền tín hiệu vừa khuếch đại đến node đích.
1.5 Đánh.giá thông lượng và Ergodic Capacity
1.1.9 Mạng.di động thế hệ kế tiếp
Mạng.5G là thế hệ di động kế tiếp sau.4G..5G cũng sẽ có.những tính năng vượt trội
hơn nhằm.đáp ứng nhu cầu về tốc độ dữ liệu, dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ
tiện ích thông.minh trong nhiều lĩnh vực khác nhau,...
Mục.tiêu chính của 5G là cung cấp kết nối mọi lúc,.mọi nơi, mọi thời điểm mà
không có sự cản trở nào.nên mong muốn sẽ có các đặc tính sau:


Tốc.độ truyền tải lớn hàng Gbps, việc.lướt web hay tải một bộ phim hầu như
lập tức,.người sử dụng không phải dùng hàng giờ để chờ tải một bộ phim
hay.



Phủ.sóng tốt hơn.



Sẽ là.mạng di động.“Internet of Things”, đòi.hỏi liên kết truyền thông phải
đáng tin cậy, độ.trễ thấp để cho việc điều khiển từ xa.



Cung.cấp các dịch vụ hiện đại ứng dụng trong cuộc.sống (nhà thông minh,
xe thông minh,..), công việc (giám sát từ xa, điều khiển từ xa,..), ứng dụng
trong y tế (theo dõi nhịp tim, huyết áp,...).



Các.dịch vụ giải trí đa phương tiện:.Video 3D chất lượng, chat video sẽ cho
hình ảnh.mượt mà mang đến cảm giá.c thực tế hơn,...



Có.thể phục vụ cho điều khiển giao thông, theo.dõi tình trạng ô nhiễm,...



Bảo mật tốt.

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 6/43

1.1.1 Xây.dựng công thức theo giao thức TSR

Hình 2-2: Mô.hình chuyển tiếp phân chia theo TSR
Quá trình truyền thông tin trong hệ thống chia thành hai gia đoạn.
Giai.đoạn 1: Relay.thu năng lượng từ nguồn trong thời gian T.
Giai.đoạn 2: Truyền.thông tin trong khoảng thời gian (1-)T..Do trong hệ thống bán
song.công không thể truyển nhận đồng thời nên giai đoạn truyền thông tin được
chia ra (1-)T/2 dùng truyền thông.tin từ nguồn đến relay và (1-)T/2 dùng để
truyền thông tin từ relay đến đích.
1.1.1.1

Thu hoạch năng lượng

Tín.hiệu thu tại nút chuyển tiếp:
11Equation Section (Next)

yR  Ps s  t  g1  Ps d  t  g 2  nR

212\*

MERGEFORMAT (.)
Năng.lượng thu được tại relay:
2
2
E  �
 P g   Ps g 2 �
T
� s 1
�

301\* MERGEFORMAT

(.)
42Equation Section (Next)Khi.đó công suất tại relay:

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 7/43

2
2
2 Ps �g1  g 2 �

�
�
PR 

T
1
1 
2

E

502\*

MERGEFORMAT (.)
Ta đặt

63Equation Section (Next)

k

2
1

703\*

MERGEFORMAT (.)
Suy ra
2
2
PR  kPs �g1  g 2 �
�
�
84Equation Section (Next)

904\*

MERGEFORMAT (.)
105Equation Section (Next)Tín.hiệu thu tại đích
y B  xR g1  nB

1105\* MERGEFORMAT (.)

Trong.đó:

  P

E xi

2

i

yR , yB : Tín.hiệu nhận tại relay và đích.
, : Tín.hiệu phát đi tại nguồn và tại relay.
g1 ,g 2 : Hệ số kênh truyền.
, :.Nhiễu tạp âm Gaussian (AWGN) ở relay và.đích với trung bình bằng 0.
: Hệ.số chuyển đổi thời gian, 0<<1
T : Thời.gian của một khung tín hiệu truyền từ A đến B.

: Hiệu.suất chuyển đổi năng lượng, 0<≤1
PS : Công.suất của nguồn.
1.1.1.2 Quá trình truyền thông tin
Hệ.số khuếch đại:

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 8/43

Relay.nhận tín hiệu từ yR và dùng năng lượng thu.hoạch được truyền xR đến đích.
Hệ số.khuếch đại G được xác định như sau:
G

G 
2

136Equation Section (Next)

xR
yR

1205\* MERGEFORMAT (.)

E  xR2 

E  yR2 



PR
2

2

Ps g1  Ps g 2  N 0

1406\*

MERGEFORMAT (.)
Tỉ.số SNR
SNR.là tỉ số của bình phương tín hiệu trên bình phương nhiễu. Từ.tín hiệu nhận
được tại đích yB , ta.thay xR  GyR và tách yR thành hai.phần tín hiệu và nhiễu. Từ
đó.xây dựng SNR của hệ thống bán song.công với chuyển tiếp AF và rút gọn.
2
�
yB  GyR g1  n A  G �

� Ps s (t) g1  Ps d(t) g1 g 2  g1nR � n A

1506\*

MERGEFORMAT (.)
Tỉ.số SNR của hệ thống bán song công
167Equation
2

SNR 



2



2

Ps2 g1 g 2 2 g1  g 2
2

Ps g1  g 2

2

g
�
�

1

2

Section
2

(Next)



2 N 0  N 0  1    � N 02  1   
�

1707\*

MERGEFORMAT (.)
Hay
2

SNR 
188Equation Section (Next)

2

Ps g1 g 2 2

g1 2 N 0  N 0  1   
2

1908\*

MERGEFORMAT (.)
Phần rút gọn (2.10) trình bày trong phụ lục A mục 1 trong phần xây dựng công thức
TSR.
Xác.suất dừng
Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 9/43

R
Xác suất.dừng là xác suất mà tỉ số SNR bé hơn ngưỡng   2  1 cho trước

209Equation Section (Next)

Pout  Pr  SNR   

2109\*

MERGEFORMAT (.)
Công.thức Pout cuối cùng sau chứng minh và rút gọn

Pout  1  e
2210Equation

Section



c
bg2

(Next)

� 4a
4a
K1 �
bg1 g2 �
�bg1 g2

�
�
�
�

23010\* MERGEFORMAT (.)
2411Equation Section (Next)Phần chứng mình (2.12) được trình bày trong phụ lục
A mục 2 trong phần xây dựng công thức TSR
Thông.lượng của hệ thống là lượng dữ liệu được truyền.thông suốt trong một đơn vị
thời gian (đơn vị: bps/Hz)
Thông lượng DL
Throughput   1  Pout 

R
1 
2

25011\*

MERGEFORMAT (.)
Dung lượng Ergodic
�

2612Equation Section (Next)

C�
f    log 2  1    d
0

27012\*

MERGEFORMAT (.)
2813Equation

�

 N0


N
P
C  � 0 e s g2
P
0 s g2
�   N0
Ps g2

e
�

0

4 N 0  1    �4 N 0  1   
K1 �
� bg g
bg1 g 2
�
1
2

�
�4 N 0  1   
�N 0  1   
K
�
0�
� bg g

P


s
g
g
1
2
1
2
�
�

Section

(Next)

�
log  d  
�
� 2 
�

�
�
�
�
�log 2  1    d 
�
�
�

29013\*

MERGEFORMAT (.)

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 10/43

Phần chứng mình (2.15) được trình bày trong phụ lục A mục 3 trong phần xây dựng

công thức TSR.
Thông lượng DT
3014Equation Section (Next)

Throughput  (1   )

C
2

31014\*

MERGEFORMAT (.)
1.1.2 Xây dựng công thức theo giao thức PSR

Hình 2-3: Mô hình chuyển tiếp phân chia theo PSR

1.1.2.1 Thu hoạch năng lượng
Tín.hiệu nhận được tại R
3215Equation Section (Next)  yR  g1  x A  g 2  xB  nR

33015\*

MERGEFORMAT (.)
Năng.lượng thu được tại relay
2

3416Equation Section (Next)

2

EH R  ( PS g1   PS g 2 )

T
2

35016\*

MERGEFORMAT (.)
Công.suất phát tại node chuyển tiếp

PR 
3617Equation Section (Next)

EH R
2
2
  PS g1   PS g 2
T
2

37017\*

MERGEFORMAT (.)
Tín hiệu.được khuếch đại và truyền từ node chuyển tiếp

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 11/43

3818Equation Section (Next) yR  g1 1   x A  g 2 1   xB  nR

39018\*

MERGEFORMAT (.)
Trong đó:
yR : Tín.hiệu nhận tại node relay
g1 , g 2 : Hệ.số kênh truyền

 : Hệ.số biến đổi công suất
nR : Là.nhiễu AWGN

1.1.2.2
Hệ.số khuếch đại

Truyền thông tin

G

E  xR 2 

4019Equation Section (Next)

E  yR2 

41019\*

MERGEFORMAT (.)
G

4220Equation

Section

(Next)

PR
2

2

(1   ) PS g1  (1   ) PS g 2  n0

43020\* MERGEFORMAT (.)
Tỉ.số SNR được tính bằng công thức

SNR 
4421Equation

Section

(Next)

Signal

2

Noise

2

2



2

g1 g 2 G 2 (1   ) PS
2

g1 G 2 N 0  N 0

45021\* MERGEFORMAT (.)
Hay
2

SNR 
4622Equation Section (Next)

 (1   ) PS g1 g 2

2

2

N 0 g1  N 0 (1   )

47022\*

MERGEFORMAT (.)

Phần rút gọn (2.24) được trình bày trong phụ lục A mục 1 trong phần xây dựng công
thức PSR.

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 12/43

Xác.suất dừng của hệ thống là sự gián.đoạn của một node xuất hiện khi SNR của
R
node đang nhận thấp hơn ngưỡng cho trước   2  1 . Xác suất dừng của hệ thống

được xác định
4823Equation Section (Next) Pout  P ( SNR   )

49023\*

MERGEFORMAT (.)

Pout  1  e
5024Equation

Section



c
bg2

� 4a

4a
K1 �
bg1 g2 �
�bg1 g2

(Next)

�
�
�
�

51024\* MERGEFORMAT (.)
Phân chứng minh (2.26) được trình bày trong phụ lục A mục 2 trong phần xây dựng
công thức PSR.
Thông lượng DL
5225Equation Section (Next)

Throughput 

R (1  Pout )
2

53025\*

MERGEFORMAT (.)
Dung lượng Ergodic của hệ thống được xác định như sau
�

5426Equation Section (Next)

C�
f    log 2  1    d 
0

55026\*

MERGEFORMAT (.)
5627Equation

Section

 N0
� 4 N
N0
4 N 0

0
 1   Ps g2
C�
K
1�
e
�
1    Ps g2
 Ps g1 g 2 �  Ps g1 g 2
0 
�

�

�
 N0
� 4 N

� 2N0
0
 1   Ps g2 �
�
K
0�
e
�
 P  
0
�
�  Psg1 g2
� s g1 g2

(Next)

�
�
log  1    d 
� 2
�

�
�
�
�

�log 2  1    d 
�
�
�

57027\*

MERGEFORMAT (.)

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 13/43

Phần chứng minh (2.29) được trình bày trong phụ lục A mục 3 trong phần xây dựng
công thức PSR.
Thông lượng DT
5828Equation Section (Next)

Throughput 

C
2

59028\*

MERGEFORMAT (.)
1.1.3 Xây dựng công thức theo giao thức HPTSR

Hình 2-4: Mô hình chuyển tiếp phân chia theo HPTSR

1.1.3.1 Thu hoạch năng lượng
Năng lượng thu được tại node chuyển tiếp là
2

6029Equation Section (Next)

2

EH R  ( PS g1   PS g 2 ) T

61029\*

MERGEFORMAT (.)
Công suất phát của hệ thống
6230Equation Section (Next)

PR 

 Ps
EH R
2
2

( g1  g 2 )
(1   ) T 1  
63030\*

MERGEFORMAT (.)
Tín hiệu thu được tại relay
6431Equation

Section

(Next)

yR  g1 (1   ) Ps x A  g 2 (1   ) Ps xB  nR

65031\* MERGEFORMAT (.)
1.1.3.2 Truyền thông tin
Hệ số khuếch đại được xác định bằng công thức

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 14/43

G

6632Equation Section (Next)

PR
2

2

(1   ) PS ( g1  g 2 )  nR2

67032\*

MERGEFORMAT (.)

Tỉ số SNR của hệ thống được xác định như sau
6833Equation
2

Section
2

(Next)

2

 (1   ) Ps2 g1 ( g1  g 2 )
SNR 
2
2
2
Ps ( g1  g 2 ) �
 N R2 g1  (1   )(1   ) N 2A � (1   ) N 2R N 2A
�
�

69033\*

MERGEFORMAT (.)
Hay
2

SNR 
7034Equation

Section

(Next)

 (1   ) Ps g1 g 2

2

2

 g1 N 02  (1   )(1   ) N 02

71034\* MERGEFORMAT (.)
Phần rút gọn công thức (2.36) được trình bày trong phụ lục A mục 1 trong phần xây
dựng công thức HPTSR.
Xác suất dừng của hệ thống
7235Equation Section (Next) Pout  Pr ( SNR   )

73035\*

MERGEFORMAT (.)

7436Equation Section (Next)

Pout  1  e



c
bg 2

4a
bg1 g2

K1



4a
bg1 g2



75036\*

MERGEFORMAT (.)
Phần chứng minh công thức (2.38) được trình hày trong phụ lục A mục 2 trong phần
xây dựng công thức HPTSR.
Thông lượng DL
7637Equation Section (Next)

Throughput 

R(T  T )
(1  Pout )
T

77037\*

MERGEFORMAT (.)

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 15/43

Dung lượng Ergodic của hệ thống được xác định như sau
�

7838Equation Section (Next)

C�
f    log 2  1    d
0

79038\*

MERGEFORMAT (.)
8039Equation

2

 N0
2

� 4 N 2  1   
N 02
 1   Ps g2 4 N 0  1   
0
C�
e

K1 �
1    Ps g 2
 Ps g1 g2 �  Ps  g1  g 2
0 
�
2
 N0
� 
� 2
�
� 4 N 2  1    �
�
 1   Ps g2 �N 0 2  1   
0
�
�
e
K
�
�log 2  1    d 
0
�
�
�
 Ps g1 g2
 Ps g1 g2 �
0
�
�
�

�
�

Section

(Next)

�
�
log    d  
� 2
�

81039\*

MERGEFORMAT (.)
Phần chứng minh công thức (2.41) được trình bày trong phụ lục A mục 3 trong phần
xây dựng công thức HPTSR.
Thông lượng DT
8240Equation Section (Next) Throughput  (1   ) C

83040\*

MERGEFORMAT (.)

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 16/43

CHƯƠNG 2.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

2.1 Kết quả mô phỏng giao thức TSR
Bảng 3-1: Thông số mô phỏng
Thông số

ρ
Ps

R

g1

g 2

Ý nghĩa
Hệ số chuyển đổi thời gian
Hệ số chuyển đổi công suất
Công suất phát tại nguồn
Hiệu suất
Tốc độ truyền dẫn tín hiệu
Ngưỡng
Giá trị trung bình của biến
ngẫu nhiên
Giá trị trung bình của biến
ngẫu nhiên
Giá trị trung bình của biến
ngẫu nhiên

Giá trị
0.5
0.5
0:2:30
0.8
3
7
0.5
0.5
0.5

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 17/43

Hình 3-1: Xác suất dừng theo  cho giao thức TSR

Hình 3-2: Throughput theo  của giáo thức TSR

Nhận xét: Các kết quả từ hình 3-1 cho thấy giá trị  càng tăng thì xác suất dừng
càng giảm ứng 3 giá trị của Ps. Trong hình 3-2 khi Ps=10 dB throughput đạt giá trị
cao nhất tại =0.6, Ps=20 dB throughput đạt giá trị cao nhất tại =0.55, Ps=20 dB
throughput đạt giá trị cao nhất tại =0.5

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp


Trang 18/43

Hình 3-3: Xác suất dừng theo Ps của giao thức TSR

Hình 3-4: Throughput theo Ps của giao thức TSR

Nhận xét: Từ hình 3-3 ta thấy xác suất dừng càng giảm khi Ps càng tăng ứng với 3
giá trị . Trong hình 3-4 ta thấy throughput tăng khi giá trị Ps tăng. Từ kết quả mô
phỏng cho ta thấy hệ thống hoạt động tốt.
Kết quả mô phỏng rất gần với các kết quả khảo nghiệm.

Đánh giá thông lượng và Ergodic Capacity thông qua giao thức khuếch đại và chuyển tiếp