Mạng chuyển tiếp hai chiều dạng nền sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

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

NGUYỄN VĂN HIỆP

MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU DẠNG NỀN
SỬ DỤNG KỸ THUẬT THU THẬP NĂNG LƯỢNG

Chuyên Ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã Số: 8520208

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2018


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo

Phản biện 1: …………………………………………

Phản biện 2: …………………………………………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ
tại Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
Vào lúc: ……giờ ……ngày ……tháng ……năm …….

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

-Thư viện của Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông


1

MỞ ĐẦU
Ngày nay, mạng truyền thông vô tuyến đang phát triển mạnh mẽ đặc biệt
trong công nghệ mạng di động tế bào và mạng cảm biến không dây với số
lượng người dùng ngày càng tăng. Các thiết bị phải đảm bảo chất lượng tín
hiệu xuyên suốt, sử dụng hiệu quả phổ tần đã được cấp phép, tiết kiệm năng
lượng, đó là các thách thức đang thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà
khoa học và giới công nghiệp trên thế giới.
Công nghệ mạng vô tuyến nhận thức đang thể hiện được những ưu điểm
vượt trội so với các công nghệ khác. Trong đó, mô hình vô tuyến nhận thức
dạng nền được đánh giá rất cao trong việc cải thiện hiệu quả hoạt động hệ
thống, đảm bảo sử dụng linh hoạt và khắc phục những hạn chế về chính sách
phân chia phổ tần hiện tại.
Cho đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu trên mô hình mạng vô
tuyến nhận thức dạng nền để tối ưu hóa hiệu năng hệ thống. Tuy nhiên, trong
thực tế hiệu năng hệ thống bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như năng lượng
tiêu thụ, tốc độ truyền dẫn, hiệu quả băng thông, chính sách sử dụng phổ tần
số…. Vì vậy đòi hỏi phải có sự kết hợp nhiều công nghệ, giải pháp với nhau
đảm bảo hiệu năng hệ thống hoạt động là tốt nhất.
Chính vì những yêu cầu cấp thiết nêu trên, trong luận văn này sẽ giới
thiệu đề tài nghiên cứu “Mạng chuyển tiếp hai chiều dạng nền sử dụng kỹ
thuật thu thập năng lượng” nhằm kết hợp ưu điểm của các công nghệ trên
mô hình mạng vô tuyến nhận thức dạng nền để giải quyết những hạn chế
trong sự phát triển của mạng thông tin vô tuyến hiện nay.
Dự kiến luận văn sẽ được cấu trúc với các chương như sau.
Chương 1 - Tổng quan về mạng chuyển tiếp hai chiều dạng nền sử

dụng kỹ thuật thu thập năng lượng


2

Trong chương 1, luận văn sẽ đưa ra cái nhìn tổng quan về công nghệ thu
thập năng lượng vô tuyến, công nghệ chuyển tiếp hai chiều và công nghệ
mạng vô tuyến nhận thức, giới thiệu hệ thống kênh truyền và các tham số
được áp dụng để đánh giá hiệu năng hệ thống.
Chương 2 - Mô hình mạng chuyển tiếp hai chiều dạng nền sử dụng
kỹ thuật thu thập năng lượng
Nội dung chương 2, sẽ đưa ra mô hình mạng cụ thể về “Mạng chuyển
tiếp hai chiều dạng nền sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng”, từ đó sẽ tiến
hành phân tích đánh giá hệ thống theo kênh truyền và các tham số cụ thể.
Chương 3 - Mô phỏng và kết quả
Chương 3 sử dụng mô phỏng Monte-Carlo và mô phỏng kết quả lý thuyết
trên phần mềm Matlab để kiểm chứng tính chính xác của mô hình hệ thống
dựa trên lưu đồ mô phỏng và công thức toán học đã đạt được.
Chương 4 – Kết luận và hướng phát triển
Chương này nêu các vấn đề luận văn đã làm được và đề xuất hướng phát
triển của luận văn.


3

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU
DẠNG NỀN SỬ DỤNG KỸ THUẬT THU THẬP NĂNG LƯỢNG
1.1 Giới thiệu chung
1.2 Tổng quan về mạng thu thập năng lượng vô tuyến
1.2.1 Các loại kỹ thuật thu thập năng lượng

Thu thập nhiệt năng: Khi những vật thể hoặc trong môi trường có sự
chênh lệch nhiệt độ sẽ tạo ra một nguồn năng lượng để thu thập qua truyền
nhiệt.
Thu thập động năng: Có hai giải pháp là sử dụng máy phát điện và máy
phát điện tử. Máy phát điện chuyển đổi sức căng cơ khí của các vật liệu hoạt
tính tạo thành điện tích trong vật dẫn, máy phát điện tử sử dụng sự chuyển
động tương đối của một dây dẫn trong môi trường từ trường tạo ra điện tích
trong dây dẫn.
Thu thập năng lượng tần số vô tuyến: Ngày nay, với sự phát triển công
nghệ mạnh mẽ, các thiết bị cung cấp sóng RF như BTS, AP, trạm phát sóng
truyền hình… ngày càng gia tăng nhanh chóng nên nguồn năng lượng vô
tuyến (RF) cũng rất phong phú, đảm bảo hệ thống mạng được hoạt động
xuyên suốt.
1.2.2 Các phương pháp thu thập năng lượng vô tuyến
1.2.2.1 Thu thập năng lượng phân chia theo thời gian (TSR)
1.2.2.2 Thu thập năng lượng phân chia theo công suất (PSR)
1.3 Các kỹ thuật của mạng chuyển tiếp hai chiều
1.3.1 Khái niệm
Truyền thông hai chiều được giới thiệu đầu tiên cho trường hợp điểm –
điểm. Việc sử dụng các nút chuyển tiếp hai chiều, mà trong đó hai nút trao
đổi thông tin qua một hay nhiều điểm chuyển tiếp. Chuyển tiếp hai chiều sẽ
đạt hiệu suất băng thông tốt hơn khi so sánh với chuyển tiếp một chiều.


4

1.3.1.1 Chuyển tiếp hai chiều ba pha (DNC).
1.3.1.2 Chuyển tiếp hai chiều hai pha (ANC).
1.3.2 Các kỹ thuật chuyển tiếp trong mạng hai chiều
1.3.2.1 Khuếch đại và chuyển tiếp (AF – Amplify and Forward)

1.3.2.2 Giải mã và chuyển tiếp (DF – Decode and Forward)
1.4 Công nghệ vô tuyến nhận thức
1.4.1 Nguyên nhân ra đời mạng vô tuyến nhận thức
1.4.2 Khái niệm mạng vô tuyến nhận thức
Hệ thống vô tuyến nhận thức là hệ thống mà các phần tử của mạng có
khả năng thay đổi các tham số (công suất, tần số) trên cở sở tương tác với
môi trường hoạt động. Mục đích của vô tuyến nhận thức là cho phép các thiết
bị vô tuyến khác hoạt động trên các dải tần còn trống tạm thời mà không gây
can nhiễu đến các hệ thống vô tuyến có quyền ưu tiên cao hơn hoạt động trên
dải tần đó. Để cho phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần vô tuyến.
1.4.3 Các kiểu mạng vô tuyến nhận thức
1.4.3.1 Mạng vô tuyến dạng nền
1.4.3.2 Mạng vô tuyến đan xen
1.4.3.3 Mạng vô tuyến lai ghép
1.4.4 Kênh truyền và tham số hệ thống
Luận văn sẽ khảo sát hệ thống trên kênh truyền fading Rayleigh với các
tham số hệ thống: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu, xác suất dừng, thông lượng, tổng
dung lượng kênh.
1.4.4.1 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR)
1.4.4.2 Xác suất dừng (OP)
1.4.4.3 Dung lượng kênh truyền Shannon trung bình hệ thống
(Capacity)
1.4.4.4 Thông lượng hệ thống (Thoughput)


5

Chương 2 – MÔ HÌNH MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU
DẠNG NỀN SỬ DỤNG KỸ THUẬT THU THẬP NĂNG LƯỢNG
2.1 Mô hình hệ thống

PT

PR

g

a

g

g
r

ha

Sa

b

hb

Sr

Sb

Hình 2.1: Mô hình chuyển tiếp hai chiều dạng nền sử dụng
kỹ thuật thu thập năng lượng
Trong Chương 2, chúng ta khảo sát mô hình mạng chuyển tiếp hai chiều
dạng nền thu thập năng lượng như Hình 2.1, trong đó có hai nút nguồn thứ
cấp Sa và S b truyền dữ liệu cho nhau. Nút Sr làm nhiệm vụ chuyển tiếp dữ

liệu cho cả hai nút bằng phương pháp khuếch đại và chuyển tiếp (AF) khi
đường truyền trực tiếp bị sự cố hoặc khoảng cách Sa và S b rất xa nhau. Hai
nút Sa và S b là có nguồn năng lượng cố định cung cấp, Sr là nút thực hiện
kỹ thuật thu thập năng lượng phân chia theo công suất để đảm bảo duy trì
hoạt động. Giả sử cả 3 nút mạng đều hoạt động trong môi trường vô tuyến
nhận thức dạng nền, với ha và hb là hệ số kênh truyền giữa các nút nguồn thứ
cấp Sa và S b đến nút chuyển tiếp thứ cấp Sr . Các tham số ga, gb và gr là hệ
số kênh truyền từ các nút mạng thứ cấp đến máy thu sơ cấp PR, PT là máy
phát sơ cấp.


6

Luận văn, sẽ tập trung nghiên cứu tối ưu tham số  của giới hạn nhiễu
(ITAP) tại mạng sơ cấp và tham số  của kỹ thuật thu thập năng lượng phân
chia theo công suất (PSR) để đảm bảo thông lượng và dung lượng kênh truyền
của hệ thống là tốt nhất.
2.2 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Tín hiệu nhận được tại máy thu sơ cấp PR gây ra bởi hai nguồn Sa và S b
là:

y  Pa g a xa  Pb gb xb ,

(2.1)

trong đó Pa là công suất phát của Sa và Pb là công suất phát của S b .
Trong mạng nhận thức dạng nền, công suất của Sa và S b gây ra tại máy
thu sơ cấp PR bị giới hạn bởi thành phần nhiễu I p , nên ta có:

Pa 

1    I p
ga

2

Pb 



I p  I p
ga

Ip
gb

2

2

,

,

(2.2)

(2.3)

với  là hệ số đảm bảo can nhiễu do Sa và S b gây ra tại máy thu sơ cấp PR
đồng thời không lớn hơn I p và Pa ga  Pb gb  1    I p   I p  I p .

2

2

Tín hiệu nhận được tại máy chuyển tiếp thứ cấp Sr có dạng:

yra  Pa ha xa  Pb hb xb  nra .



a
2
trong đó nr ~ CN 0,  a



(2.4)

là nhiễu trắng có phân bố Gauss phức với trung

bình bằng 0 và phương sai  2 tại anten của nút chuyển tiếp, trong quá trình
thu thập năng lượng và xử lí thông tin thì có thể bỏ qua. Để đảm bảo hệ thống


7

mạng làm việc ổn định và lâu dài tại nút chuyển tiếp phải tiến hành kỹ thuật
thu thập năng lượng.

Hình 2.3: Thu thập năng lượng phân chia theo công suất trong mạng thứ cấp

Năng lượng thu thập được của hệ thống là:

 1    I p ha 2  I p hb
ErH  

2
2

ga
gb

2

 T
  ,
2


(2.5)

với  là hệ số hiệu quả thu thập năng lượng (0 <  < 1).
Tín hiệu tại đầu ra của quá trình xử lý thông tin tại Sr được xác định
như sau.

yrc 




ha

h
xa   I p b xb   nrc .

1 4 4 4 4 4 g4a 2 4 4 4 4 4gb 4 3 

1     1    I p

(2.6)

yra

với  là tham số thành phần tín hiệu nhận được dùng để thu thập năng
lượng và xử lí thông tin trong kỹ thuật thu thập năng lượng và phân chia theo
công suất (PSR), nrc là nhiễu cộng tại kênh xử lí thông tin.

Sr sử dụng năng lượng thu thập được để chuyển tiếp thông tin yrc đến
đích. Khi đó ta có công suất để chuyển tiếp thông tin khi không có nhiễu ràng
buộc tại nút chuyển tiếp được xác định như công thức (2.7).


8
2
2
ha
hb 
ErH 
P 
 1    I p
Ip
 .

2
2
T
ga
gb 

2
H
r

(2.7)

Trong thực tế, tại nút chuyển tiếp tín hiệu yrc bị ràng buộc bởi nhiễu.
Công suất chuyển tiếp thông tin được xác định là:

 Ip

Pr  min  2 , PrH  .
 g

 r


(2.8)

Trong thực tế PrH thường có giá trị nhỏ và là yếu tố quyết định hiệu năng
hệ thống. Vì vậy, chúng ta giả định Pr  PrH . Lúc này hệ thống chuyển tiếp
sử dụng kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp (AF ) với hệ số khuếch đại G .

G

1

1   

Pa ha  Pb hb
2

2

,

(2.12)

khi đó tín hiệu nhận được tại Sa và S b sau khi khuếch đại lần lượt là:

ya  PrH Gyrc ha  na ,

(2.13)

yb  PrH Gyrc hb  nb ,

(2.14)

trong đó na và nb là nhiễu trắng có phân bố Gauss phức với trung bình bằng
0 và phương sai  2 , thay giá trị các công thức (2.6), (2.7), (2.12) vào công
thức (2.13). Từ khi Sa và S b nhận được thông tin của một đơn vị tín hiệu xi
và các tham số kênh truyền, hệ thống máy thu tại Sa sẽ loại bỏ phần tín hiệu
của mình truyền đi và nhận lại được từ Sr . Khi đó ya có thể viết lại như sau:


ya  PrH Gha 



1     I p


hb
xb   PrH Gha nrc  na ,
gb 

Ta có tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR tại Sa là:

(2.16)


9

a 

 Ip  2 2
h hb
2  a
 
.
2
2
gb  1    gb

 1     
 ha

2

(2.21)

Chứng minh tương tự, ta tìm được tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại điểm S b .
 Ip  2
2
h hb
2  a



.
2
 1    g a

 1   1    
b 

 hb

2

ga

2

(2.22)

2.3 Xác suất dừng của hệ thống tại các nút nguồn Sa và S b
Giả sử, Sa và S b truyền tín hiệu với tốc độ cố định R, xác suất dừng của

Sa có thể được viết như sau.
OPA  Pr  a   th 


 Ip  2
2
 1      2  ha hb

 



 Pr 
  th  .
2
2
2
  ha gb  1    gb






trong đó  th  2R  1 giả sử kí hiệu ha

2

là X, hb

2

là Y, g a

Z. OPA có thể được viết lại là:



 Ip 
 1      2  XY



 
OPA  Pr 
  th 
  XZ  1    Z










  X  (1   )  
Y
 Pr   th

 Z  (1   )  I p  X 
 2 

  


(2.23)

2

là U, gb

2

là


10





 th  x  (1   ) 


  FY
f x ( x)d x ,

I  
0 Z
  (1   )  p2  x 


  



(2.24)

trong đó f X ( x) là hàm mật độ xác suất (PDF) của X , FY (.) là hàm phân
Z

phối tích lũy (CDF) của

fY ( y ) 

1

hb

y

e hb , fU (u ) 

1

ga

Y
. Tương ứng ta có
Z

e

u
ga

, fZ ( z) 

1

gb

e

z
gb

f X ( x) 

và FY  c  
Z

x

1

e ha ,

ha

c
c

hb
gb

.

Ta có thể viết lại công thức (2.24) như sau:




  th  x  1     

 Ip  
  1      2  x 
x

1 ha
  
OPA   
e dx.


 ha
0


hb   th  x  1     

gb 
 Ip  
  1      2  x 
  


(2.25)


11

Áp dụng [34, (5.1.28)], ta thu được xác suất dừng tại S a là:

OPA 

I 
2
hb gb 1      p2   th
 

 th gb


2

 Ip 
  I p 


1








 2
hb
gb th
  2   1    hb  gb th   ha
 
   
 


 


 

 th gb 1   
 thgb 1   




.
 exp 
E1
 Ip 
    Ip 
 
   2   1    hb  gb th  ha     2   1    hb  gb th  ha 
  
 

     
 

(2.28)
với E1 . là hàm tích phân mũ. Chứng minh tương tự, ta cũng thu được xác
suất dừng tại S b .

OPB 

I 
2
ha ga 1     1     p2   th
 

 th ga


2

 Ip 
  I p 

1


1









 2
ha
ga th 
 2   1    1    ha  ga th  hb
 
   



 


 


 thga 1   
 thga 1   
 E 
.
 exp 
1
 Ip 
    Ip 
 
   2  1    1    ha  ga th  hb     2  1    1    ha  ga th  hb 
  
 

     
 


(2.29)
2.4 Thông lượng hệ thống
Thông lượng hệ thống được xác định như sau:

  (1  OPA )

R
R
 (1  OPB ) .
2
2

(2.30)

12

Áp dụng phương pháp xấp xỉ cho OPA và OPB , giả sử  I p /  2  /  th là
lớn. Vì khoảng cách từ S b đến máy thu sơ cấp PR lớn hơn khoảng cách từ S b
đến nút chuyển tiếp Sr nên hb  gb chúng ta có thể đạt được xấp xỉ cho OPA





bằng cách thay thế các biểu thức 2  I p /  2 hb  2gb th  2  I p /  2 hb và

exp(c)E1 (c)  ln(1  1/ c) theo tài liệu [34, (5.1.20)] vào công thức (2.28) và
(2.29), trong đó ta thay thế ln(1  1/ c)  ln(1/ c) . Ta có thể viết lại biểu thức
c 0

OPA như sau:
OPA 

 th gb
 Ip 
 2   1    hb
 

 
 Ip
  ha hb  2


 ln 

 th gb
 

 



gb th
 Ip 
 2  hbha
 





   ln   ln   .
   







Trong công thức (2.31), vì ha và hb  gb và

 2.31

I

p

/ 2 

 th

lớn, ta có thể

viết lại như sau:
OPA 

 th gb
 Ip 
 2   1    hb
 



 th gb

 ha hb I p
ln 
   2
 Ip 
 gb th
 2  hbha






 .


(2.32)

Chứng minh tương tự ta cũng có:
OPB 

 th ga
 Ip 
 2  1   1    ha
 



 th ga
 Ip 
 2  1    hahb
 

 ha hb I p
ln 
   2
 ga th



 .


(2.33)


13

2.4.1 Tối ưu tham số  của giới hạn nhiễu (ITAP)
Chúng ta có thể tối ưu tham số  để đạt được thông lượng  lớn nhất
bằng cách thực hiện đạo hàm  theo  , ta có

OPA OPB


0
 0 hay




. Ta có giá trị * tối ưu là:

 th ga


ha
*  1 

 th gb


hb



Vì ha  ga , hb  gb và

 1     ha hb I p
ln 
1 
2
 hb  ga  th
 1     ha hb I p
ln 
1 
2
 ha  gb th

I

p

/ 2 

 th

1

 
  

  
,
 
  
  

(2.37)

lớn, ta có thể viết lại biểu thức *

như sau:


   I

ga ln  ha hb 2p
   

 ga th
*  1 
   I

gb ln  ha hb 2p

   

 gb th


1


 
 .


 
 

(2.38)

Theo công thức (2.38) ta thấy tham số * và  là độc lập nhau. Trong
trường hợp đối xứng ( ha  hb và ga  gb ), giá trị *  1/ 2 .
2.4.2 Tối ưu tham số

 của kỹ thuật thu thập năng lượng phân chia

theo công suất (PSR)
Để tiến hành tối ưu tham số  , ta thực hiện bằng cách xấp xỉ OPA , OPB
trong (2.32) và (2.33), sau đó tiến hành lấy đạo hàm theo  .
OPA OPB

 0.




14

 th gb

 Ip
 2




2
  1    hb




 th gb

 ha hb I p
ln 
   2
 Ip 
2
 gb th



 2  hb
ha




 th ga

 Ip 
2
 2  1   1    ha










 th ga

 ha hb I p
ln 
   2
 Ip 
2
 ga th
 2  1    ha hb





  0,

(2.39)

Tiến hành tính toán, rút gọn (2.39), kết hợp với giá trị * tại công thức
(2.38). Ta thu được tham số * tối ưu là:







*  1 








1







 .




 ha hb I p 
 ha hb I p   
 th gb
 th ga

ln 

ln

 
    2   I p 
 I p  *
ga th 2   
gb th
*



  2   hbha

 2  1    hahb
   
 
 


  th gb
 I p  *
  2   hb

   



 th ga



 Ip 
*
 2  1    ha 

 

(2.42)
2.5 Tổng dung lượng hệ thống
Tổng dung lượng  của mạng chuyển tiếp hai chiều dạng nền thu thập
năng lượng có thể được viết như sau:

1

1

  E  log 2 (1   a )   E  log 2 (1   b )  .
2

2


(2.43)

Nhưng ở đây, ta không thể rút ra được biểu thức dạng tường minh cho
tổng dung lượng. Vì vậy, luận văn sử dụng phương pháp xấp xỉ. Giả sử


15

I

/  2   0 , sử dụng ln(1   a )  ln( a ) và ln(1   b )  ln( b ) vào công

p

thức (2.43), tổng dung lượng  có thể được xác định như sau:

  ha hb 2 
1 
2 2
2 2



ln    1     I p /    2  0.5772  ln 
 ga gb 
2ln 2 








 1 
 exp 
 ha

  1 
 E1 
  ha

2.5.1 Tối ưu tham số


 1     1   
  exp 
 E1 
 .

 hb   hb  

 2.52 

 của giới hạn nhiễu (ITAP)

Trong biểu thức (2.52), ta thấy chỉ có vế đầu tiên của  là phụ thuộc
vào

 . Việc tối ưu tham số  có thể thực hiện bằng cách thực hiện
2


I 
  2  2 1  2   p2 
1 
 

2
2 ln 2  2 2
 Ip 



(1


)
 2

 





  0.






0


(2.53)

Ta tiến hành rút gọn biểu thức, tham số * tối ưu là:

1  2
0
 (1   )

 * 

1
(0    1),
2

(2.54)

trong đó * là tham số đã được tối ưu. Vậy để  là lớn nhất thì *  1/ 2
và giá trị này độc lập với tham số  .


16

2.5.2 Tối ưu tham số  của kỹ thuật thu thập năng lượng phân chia
theo công suất (PSR)
Thực hiện xấp xỉ biểu thức  trong công thức (2.52), chúng ta sử dụng
1
giá trị *  1/ 2 và áp dụng công thức exp(c)E1 (c)  ln 1   trong [34.

 c

(5.1.20)], ta có:

    2

 I 
1    Ip 
ln    2    ln  1     p2    1.154  ln  ha hb


 gb ga
2 ln 2      
  



2 ln    2 ln 1     ln 1    hb   ln 1    ha   .








(2.55)
Gọi * là tham số  đã được tối ưu bằng cách lấy đạo hàm  theo 



0


2

1   
*




2



*




1  ha
1  hb

 0.
*
1    ha 1  *  * hb

(2.56)

Giá trị của * là nghiệm của phương trình (2.56), * có giá trị thực

trong khoảng từ 0 đến 1.


17

Chương 3 – MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
3.1 Lưu đồ mô phỏng
3.2 Kết quả mô phỏng và thảo luận
Luận văn sẽ tiến hành mô phỏng hệ thống với các tham số sau, d ga , d gb
, d gr là khoảng cách giữa Sa , S b , Sr đến PR. Chúng ta sẽ xem xét hệ thống
với các khoảng cách là d ga  4d ha , d gb  4d hb , d gr  5dhb , trong hai trường
hợp đối xứng d ha  d hb  1 và bất đối xứng d ha  1 , d hb  2 . Hệ số thu thập
năng lượng   0.6 với tốc độ truyền R  3 (bpcu).
3.2.1 Mối quan hệ giữa hiệu năng hệ thống với việc tối ưu  và  .

Hình 3.2: Thông lượng với sự thay đổi giá trị tham số  và 
Quan sát Hình 3.2 và Hình 3.3, ta thấy thông lượng và dung lượng hệ
thống có mối quan hệ mật thiết với giá trị  và  , chứng tỏ rằng khi thiết
kế hệ thống mạng chuyển tiếp hai chiều dạng nền sử dụng kỹ thuật thu thập
năng lượng cần phải tìm tham số  và  tối ưu để đảm bảo hiệu năng hệ


18

thống là tốt nhất. Hình 3.2 và Hình 3.3 còn cho thấy giá trị  và  là độc
lập nhau, khi  tăng thì giá trị  tối ưu vẫn không thay đổi.

Hình 3.3: Dung lượng với sự thay đổi giá trị tham số  và 
3.2.2 Thông lượng hệ thống

Hình 3.4: Thông lượng hệ thống với I p /  2 cho trường hợp bất đối xứng
tại   0.2 và   0.1


19

Quan sát hình 3.4 và hình 3.5 cho thấy thông lượng hệ thống có mối quan
hệ chặt chẽ với giới hạn can nhiễu chịu được của hệ thống sơ cấp, khi giới
hạn can nhiễu tăng thì thông lượng hệ thống cũng tăng. Kết quả mô phỏng
cũng cho thấy rằng khi tăng các giá trị khảo sát  và  thì thông lượng hệ
thống đạt giá trị tốt hơn nhưng vẫn nhỏ hơn khi sử dụng giá trị  và  tại
các trường hợp tối ưu đạt được bằng tính toán, sử dụng thuật toán Global
search và có nhiễu ràng buộc tại nút chuyển tiếp. Bên cạnh đó, khi giá trị
I p /  2 càng lớn thì thông lượng hệ thống sẽ hội tụ lại tại một điểm và sẽ rơi

vào trạng thái bão hòa.

Hình 3.5: Thông lượng hệ thống với I p /  2 cho trường hợp bất đối xứng
tại   0.9 và   0.9
3.2.3 Dung lượng hệ thống
Hình 3.6 và Hình 3.7 một lần nữa cho ta thấy khi tăng I p /  2 thì dung
lượng hệ thống sẽ tăng theo. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy rằng khi tăng
các giá trị khảo sát  và  thì dung lượng hệ thống đạt giá trị tốt hơn nhưng


20

vẫn nhỏ hơn khi sử dụng giá trị  và  tại các trường hợp tối ưu đạt được
bằng tính toán, sử dụng thuật toán Global search và có nhiễu ràng buộc tại
nút chuyển tiếp. Chứng tỏ dung lượng tối đa hệ thống đạt được tại các giá trị

 và  tối ưu và kết quả này cũng trùng với trường hợp có nhiễu tại nút
chuyển tiếp.

Hình 3.6: Dung lượng hệ thống với I p /  2 cho trường hợp đối xứng tại

  0.2 và   0.1

Hình 3.7: Dung lượng hệ thống với I p /  2 cho trường hợp đối xứng tại

  0.9 và   0.9


21

3.2.4 Xác suất dừng hệ thống
Hình 3.8 cho thấy chất lượng của hệ thống thứ cấp phụ thuộc chặt chẽ
vào giới hạn can nhiễu tối đa mà máy thu sơ cấp chịu được, cụ thể khi I p /  2
càng cao thì xác suất dừng của hệ thống thứ cấp càng thấp và ngược lại. Điều
này cũng chứng minh rằng nếu giới hạn can nhiễu mà hệ thống sơ cấp chịu
được càng lớn sẽ đảm bảo hệ thống thứ cấp hoạt động với công suất phát lớn
hơn, dẫn đến mở rộng phạm vi phủ sóng của hệ thống mạng.

Hình 3.8: Xác suất dừng hệ thống với I p /  2 cho trường hợp đối xứng và
bất đối xứng
Trong Hình 3.9 thể hiện mối quan hệ giữa xác suất dừng với giá trị 
của giới hạn nhiễu ITAP, ta thấy trong trường hợp đối xứng xác suất dừng
của OPA và OPB là đối xứng và có sự phụ thuộc giống nhau vào giá trị 
của giới hạn nhiễu, tại   0.5 là điểm giao nhau của hai đường xác suất
dừng, đây cũng là giá trị  tối ưu để hệ thống đạt dung lượng và thông lượng

tốt nhất. Trong trường hợp kênh bất đối xứng do ảnh hưởng của khoảng cách


22

từ nút chuyển tiếp đến nút nguồn và ảnh hưởng của các yếu tố hệ thống khác
dẫn đến giá trị xác suất dừng gây ra tại hai nút nguồn khác nhau.

Hình 3.9: Xác suất dừng hệ thống với  cho trường hợp đối xứng và bất
đối xứng
3.4 Đánh giá kết quả mô phỏng
Sau khi đã nghiên cứu và tối ưu các tham số  của giới hạn nhiễu ITAP
và tham số  của kỹ thuật thu thập năng lượng phân chia theo công suất PSR
lên hiệu năng của mô hình chuyển tiếp hai chiều dạng nền sử dụng kỹ thuật
thu thập năng lượng vô tuyến. Học viên đã phân tích được dung lượng và
thông lượng tối đa của hệ thống trên kênh fading Rayleigh. Kết quả chỉ ra
rằng các mô phỏng và kết quả lý thuyết là phù hợp.


23

Chương 4 – KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1 Kết luận
Luận văn đã hoàn thành các hạn mục và khối lượng nghiên cứu như đề
cương được duyệt, cụ thể:


Tìm hiểu về các công nghệ thu thập năng lượng, chuyển tiếp hai
chiều và mạng vô tuyến nhận thức dạng nền.



Đánh giá hiệu năng hệ thống qua các thông số như tỷ số tín hiệu trên
nhiễu (  a và  b ), xác suất dừng (OP), thông lượng   , tổng dung
lượng kênh truyền    .



Kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình hệ thống bằng cách sử dụng
các biểu thức toán học và phương pháp mô phỏng Monte Carlo trên
phần mềm Matlab.



Cung cấp thêm công cụ nghiên cứu cho các phát triển về sau.

4.2 Hướng phát triển
Luận văn có thể phát triển theo các hướng sau.


Xem xét hệ thống trên các kênh truyền tổng quát hơn như kênh
fading Nakagami-m hay kênh fading Rician, v.v.



Xem xét môi trường vô tuyến nhận thức dạng nền với nhiều nút nghe
lén xuất hiện trong mạng thứ cấp.