i H c Qu c Gia Tp. H Chí Minh
TR
NG
I H C BÁCH KHOA
--------------------
TR N THIÊN THANH
THI T K VÀ T I U K THU T TRUY N THÍCH NGHI
TRONG M NG TRUY N THÔNG H P TÁC
Chuyên ngành : K THU T I N T
LU N V N TH C S
TP. H CHÍ MINH, tháng 12 n m 2010
CỌNGăTRÌNHă
CăHỒNăTHÀNHăT I
TR
NGă IăH CăBÁCHăKHOA
IăH CăQU CăGIAăTP. H ăCHÍăMINH
Cánăb ăh ngăd năkhoaăh c :.TSă ăH ngăTu n .............................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
(Ghiărõăh ,ătên,ăh căhƠm,ăh căv ăvƠăch ăký)
Cánăb ăch mănh năxétă1ă:TS.ăPh măH ngăLiên ................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
(Ghiărõăh ,ătên,ăh căhƠm,ăh căv ăvƠăch ăký)
Cánăb ăch mănh năxétă2ă: TS.ă ngăThƠnhăTín ................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
(Ghiărõăh ,ătên,ăh căhƠm,ăh căv ăvƠăch ăký)
Lu năv năth căs ăđ căb oăv ăt iăTr ngă iăh căBáchăKhoa,ă HQGăTP. HCM
ngày 04 tháng 01 n mă 2011
ThƠnhăph năH iăđ ngăđánhăgiáălu n v năth căs ăg m:ă
(Ghiărõăh ,ătên,ăh căhƠm,ăh căv ăc aăH iăđ ngăch măb oăv ălu năv năth căs )
1 PGS.TSăPh măH ngăLiên. .............................................................................................
2 TS. ăH ngăTu n ..........................................................................................................
3 TS. Lê Chí Thơng ...........................................................................................................
4 TS.ăNguy năMinhăHoƠng ...............................................................................................
5 TS.ăL uăThanhăTrƠ .........................................................................................................
Xácănh năc aăCh ăt chăH iăđ ngăđánhăgiáăLVăvƠăB ămơnăqu nălýăchunăngƠnhăsau
khiălu năv năđƣăđ căs aăch aă(n uăcó).ă
Ch ăt chăH iăđ ngăđánhăgiáăLVă
B ămônăqu nălỦăchuyênăngành
TR
NGă IăH C BÁCH KHOA
PHÒNGă ÀOăT OăS H
C NGăHÒAăXÃăH IăCH ăNGH AăVI TăNAM
căl pă- T ădoă- H nhăphúc
Tp. HCM, ngày tháng n m
NHI MăV ăLU NăV NăTH CăS
H ătênăh căviên:ăTR NăTHIÊNăTHANH
Phái: N
NgƠy,ătháng,ăn măsinh:ă24/09/1980
N iăsinh:ăTP. HCM
Chuyên ngành: K ăThu tă i năT ă
MSHV: 09140025
I- TÊNă
ăTÀI:ă
Thi tăk ăvƠăt iă uăk ăthu tătruy năthíchănghiătrongăm ngătruy năthongăh pătác.
II- NHI MăV ăVÀăN IăDUNG:
1. Tìmăhi uăv ăh ăth ngătruy năthơngăh pătác
2. Thi tăk ăvƠăphơnătíchăm ngătruy năthơngăh pătácă ngăd ngăk ăthu tătruy năgiaăt ngă
vƠăđi uăch ăthíchă ng
3. Thi tăk ăvƠăphơnătíchăm ngătruy năthơngăh pătácăd ngăSSCăvƠăđi uăch ăthíchă ngă
4. Xơyăd ngăch
ngătrìnhămơăph ngădùngăMatlabă ăkênhătruy năfadingăRayleighăvƠă
đi uăch ăthíchă ngăchoăhaiăh ăth ngătruy năh pătácă ngăd ngăk ăthu tătruy năgiaăt ngă
vƠăm ngătruy năthôngăh pătácăd ngăSSC
5. Soăsánhăhaiăh ăth ngăthôngăquaăcácăthôngăs ăđánhăgiá:ăxácăsu tăd ngăh ăth ng,ăt ăl ă
l iăbit,ăhi uăsu tăs ăd ngăph ăt năvƠăth iăgianăkíchăho tănútăchuy năti pătrungăbình.
III- NGÀYăGIAOăNHI MăV : 05-07-2010
IV- NGÀYăHỒNăTHÀNHăNHI MăV : 06-12-2010
V- CÁNăB ăH
NGăD Nă(Ghiărõăh căhƠm,ăh căv ,ăh ,ătên):TS.ă
ăH NGăTU N
CÁNăB ăH
NGăD Năăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăă CNăB ăMỌN
(H căhƠm,ăh căv ,ăh ătênăvƠăch ăký)ăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăă
QL CHUYÊN NGÀNH
TS.ă
ăH NGăTU N
TS.ă
ăH NGăTU N
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
L IăCÁMă N
Tr c h t, tôi xin chân thành c m n đ n quí Th y Cơ tr ng
i
h c Bách Khoa H Chí Minh, đ c bi t là nh ng Th y Cô đã t n tình d y
b o cho tơi su t th i gian h c t p t i tr ng.
Tôi xin g i l i bi t n sâu s c đ n Ti n s
H ng Tu n đã dành
r t nhi u công s c và tâm huy t h ng d n nghiên c u và giúp tơi hồn
thành lu n v n t t nghi p.
Và cu i cùng nh ng không kém ph n quan tr ng, tôi g i l i cám n
đ n t t c nh ng h tr mà tôi nh n đ c t gia đình.
TP. H Chí Minh, tháng 12 n m 2010
H c viên
Tr n Thiên Thanh
tài đ c th c hi n d i s b o tr c a Qu Nghiên C u và Khoa H c Qu c Gia (Nafosted).
Mã s đ tài : 102.99-2010.10
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 1
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
TĨM T T LU NăV N
Ngày nay, cơng ngh khôngădơyăđ
căcoiănh ălƠăcôngăngh n n t ng cho
các m ng truy nă thôngă choă phépă ng i và thi t b truy n d li u b t c th i
đi m và b t k v trí nào trong h th ng m ng. Nhi u ngă d ngă côngă ngh ă vô
tuy nănh ăcácăm ngăcungăc păd chăv ădiăđ ng,ăm ngăn iăb ăkhôngădơyă(WLAN),ă
cácăthi tăb ăthôngăminhăt iănhƠ,ăđ ngăcaoăt căt ăđ ng,ăđƠoăt oăt ăxa,ăh iăngh ă
truy năhìnhăv.vầăngƠyăcƠngăđ cădùngăr ngărƣi.ăTuyănhiên,ămơiătr ngăvơătuy nă
b ă nhăh
ngătínhăch tătinăc yăvƠă năđ nhăc aăcơngăngh ănƠyăv năđangăđ
căti pă
t cănghiênăc uăvƠăc iăthi n.
Nh ngă n mă g nă đơy,ă k ă thu tă đaă ng-tenă (MIMO)ă đ
că xemă nh ă lƠă k
thu tă ti mă n ngă trongă vi că t ngă dungă l ngă kênhă truy n.ă V iă cùngă thơngă s ă
SNR,ăcácăh ăth ngăMIMOăcóăth ăcóăđ ătinăc yăcaoăh năr tănhi uăsoăv iăcácăh ă
th ngăđ năngõăvƠoăậ đ năngõăraă(SISO)ăc ngănh ăc năítăn ngăl ngătruy năh nă
v iăcùngăthơngăs ăl iăbită(BER).ăTuyănhiên,ăvi cătri năkhaiăápăd ngăk ăthu tănƠyă
vƠoătrongăth căt ,ăđ tăbi tălƠătrongăh ăth ngăm ngăc măbi năvôătuy n,ăth ngăg pă
nhi uătr ăng i.ăCh ngăh n,ăkho ngăcáchăgi aăcácăph năt ăthi tăb ăph năc ngăđòiă
h iăph iăl năh năho căb ngăn aăb căsóngăđ ă đ măb oăcácătínăhi uănh năđ că
khơngăt
ngăquanăv iănhau.ăTrongăkhiăđó,ăng
vơătuy năc năđ
căl i,ăcácăthi tăb ăđ uăcu iăm ngă
căthi tăk ănh ăg năvƠănh ăđápă ngănhuăc uăs ăd ngăc aăng
dùng.ă Yêuă c uă v ă kíchă th
iă
că nh ă s ă gi iă h nă dungă n ngă cơngă su tă vƠă các k ă
thu tăx ălýătínăhi uămƠăthi tăb ăđ uăcu iăh ătr .
ăgi iăquy tăbƠiătoánătrên,ăm ngătruy năthôngăh pătácăđ
vƠăm ăraănhi uăh
cănghiênăc uă
ngăphátătri n.ăTuyănhiên,ăbênăc nhăcácă uăđi m,ătruy năthôngă
h pătácăv năcònăm tăs ănh
căđi măc ăh uălƠăhi uăsu tăs ăd ngăph ăt n (ASE)
th pădoăvi căs ăd ngănhi uăkheăth iăgianăđ ătruy năm tăkhungăd ăli uăvƠăđ ăph că
t păt iănodeăđíchăcaoădoăvi căs ăd ngăb ăphơnăt păk tăh p.ăChínhăvìăth ,ăm cătiêuă
đ ătƠiălƠăgi iăquy tăv năđ ătrênăb ngăcáchăthi tăk ăm tăm ngătruy năthơngăh pătácă
cóăhi uăsu tăs ăd ngăph ăt năcaoăc ngănh ăgi măđ ăph căt păvƠăgi măchiăphíăch
t oăt iămáyăthuăc aănút đíchăvƠăc iăthi năh năn aăhi uăsu tăs ăd ngăph ăt năc aă
m ngăb ngăcáchăápăd ngăk ăthu tătruy năthíchă ngă(AdaptiveăModulation).
Trongălu năv nănƠy,ătơiăđƣăđ ăxu tăh ăth ngătruy năthôngăh pătácăs ăd ngă
k ăthu tătruy năgiaăt ngăvƠăđi uăch ă đi uăch ăthíchă ngăđ ngăth iăphơnătíchăch tă
l
ngă h ă th ngă trênă kênhă truy nă fadingă Rayleigh. D aă trênă cácă phơnă tíchă lýă
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 2
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
thuy tăvƠămô ph ng,ăh ăth ngătruy năthôngăh pătácăs ăd ngăk ăthu tătruy năgiaă
t ngăkhôngăhi uăqu ă ăvùngăt ăs ătínăhi uătrênănhi uăth p.ăDoăđó,ătơiăkh oăsátăh ă
th ngătruy năthơngăh pătácăd ngăDSSC vƠăđi uăch ăđi uăch ăthíchă ngăvà nh nă
th yă h ă th ngă nƠyă ho tă đ ngă hi uă qu h nă ă vùngă t ă l ă nhi uă th p soă v iă h ă
th ngăIR,ăthíchăh păchoăh ăth ngăadăhocăvƠăc măbi năkhơngădơy mangătínhă ngă
d ngăth căti năcao. K tăqu ătínhătốnălýăthuy t vƠămơăph ngăđ căki măch ngăvƠă
soăsánhăthơngăquaăcácăthơngăs ăxácăsu tăd ngăh ăth ng,ăt ăl l iăbit,ăvƠăhi uăsu tă
s ăd ngăph ăt năđ căphơnătíchăvƠăth iăgianăkíchăho tănútăchuy năti pătrungăbình.
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 3
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
DANH M C HÌNH V
Hình 1 ậ Mơăhìnhăc ăb n c a h th ng truy n thông h p tác.......................................... 7
Hình 2 ậ H th ng truy n thông h p tác m t nút chuy n ti p s d ng k thu t truy n
giaăt ng ............................................................................................................................ 12
Hình 3 ậ Mơ hình h th ng truy n thông h p tác d ng SSC. ........................................ 26
Hình 4 ậ i u ch thích ng 5 m c: không truy n, BPSK, QPSK, 16-QAM và 64QAM ............................................................................................................................... 39
Hình 5 ậ Xác su t x y ra cho t ng ch đ truy n c a m ng IR. .................................. 39
Hình 6 ậ Xác su t d ng h th ng c a m ng IR. ............................................................ 40
Hình 7 ậ Hi u su t ph t n c a m ng IR. ...................................................................... 40
Hình 8 ậ T l l i bit cho m ng IR. ............................................................................... 41
Hình 9 ậ Xác su t x y ra cho t ng ch đ truy n c a m ng DSSC. ........................... 41
Hình 10 ậ Xác su t d ng h th ng c a m ng DSSC. ................................................... 42
Hình 11 ậ T l l i bit trung bình c a m ng DSSC....................................................... 42
Hình 12 ậ Hi u su t ph t n c a m ng DSSC. .............................................................. 43
Hình 13 ậ So sánh xác su t d ng h th ng c a hai m ng ............................................. 45
Hình 14 ậ So sánh t l l i bit c a hai m ng. ................................................................ 46
Hình 15 ậ So sánh hi u su t ph t n c a hai m ng. ..................................................... 46
Hình 16 ậ So sánh t l th i gian kích ho t nút chuy n ti p trung bình c a hai m ng. 47
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 4
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
M CL C
TÓM T T LU NăV N ............................................................................................................... 2
M C L C .................................................................................................................................... 5
CH
NGă1:ăGI I THI U ........................................................................................................... 6
1.
Lý do th c hi năđ tài........................................................................................................ 6
2.
Nh ngăđóngăgópăc a lu năv n .......................................................................................... 9
3.
C u trúc c a lu năv n ........................................................................................................ 9
CH NGă2:ăTHI T K VÀă ÁNHăGIÁăH TH NG TRUY N THÔNG H P TÁC NG
D NG K THU T TRUY NăGIAăT NGăVÀă I U CH THÍCH NG ............................. 10
1.
Gi i thi u ........................................................................................................................ 10
2.
Mơ hình h th ng ............................................................................................................ 12
3.
ánhăgiáăch tăl
ng h th ng ......................................................................................... 17
CH NGă3:ăTHI T K VÀă ÁNHăGIÁăCH TăL NG H TH NG TRUY N THÔNG
H P TÁC D NG DISTRUBTED SWITCH AND STAY COMBINING NG D NGă I U
CH THÍCH NG...................................................................................................................... 22
1.
Gi i thi u ........................................................................................................................ 22
2.
Các nghiên c u liên quan ................................................................................................ 23
3.
Mơ hình h th ng ............................................................................................................ 25
4.
ánhăgiáăch tăl
ng h th ng ......................................................................................... 29
5.
Th i gian kích ho t nút chuy n ti p trung bình .............................................................. 33
6.
T iă uăhóaăhi u su t ph t n ........................................................................................... 34
CH NGă4:ă ÁNHăGIÁăVÀăSOăSÁNHăH TH NG QUA K T QU LÝ THUY T VÀ
K T QU MÔ PH NG ............................................................................................................. 36
1.
Gi i thi u ........................................................................................................................ 36
2.
Thông s mô ph ng......................................................................................................... 36
3.
K t qu và th o lu n........................................................................................................ 39
Ch
ngăă5:ăăK T LU NăVÀăH
NG PHÁT TRI N .............................................................. 49
1.
K t lu n ........................................................................................................................... 49
2.
H
ng phát tri n ............................................................................................................. 49
TÀI LI U THAM KH O........................................................................................................... 51
LÝ L CH TRÍCH NGANG......................................................................................................... 55
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 5
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
CH
NGă1: GI I THI U
1. Lý do th c hi năđ tài
Truy n thông h p tác là m t trong nh ng k thu t ti mă n ngă đ c i thi n ch t
l
ng h th ng vô tuy n trong kênh truy nă fading.ă ụă t
ngă c ă b n c a truy n
thông h pătácălƠăt ngăđ l i phân t p t iănodeăđíchă(destination)ăb ng kênh truy n
chuy n ti p l i d ng tính ch t qu ng bá c a kênh truy n vô tuy n [1]. M t cách
c th d li u truy n gi a node ngu nă(source)ăvƠănodeăđíchă(destination)ăđ
c
th c hi năđ ng th i qua hai kênh tr c ti p gi a node ngu n ậ nodeăđíchăvƠăgián
ti p gi a node ngu n ậ node chuy n ti p ậ nodeăđích.ăTruy n thơng h p tác cho
phép các máy thu không th cƠiăđ t nhi u anten (do b gi i h n v kíchăth
n ngăl
ng) có th t ngăđ
h p tác có th đ
c và
căđ l i phân t p. Nói m t cách khác truy n thông
căxemănh ălƠăm t h th ng MIMO o (Virtual MIMO) [2].
Mơăhìnhăc ăb n c a h th ng truy n thơng h pătácăđ
c mơ t nh ăHìnhă1ăbaoă
g m node ngu n (source), m t node chuy n ti p (relay) vƠă nodeă đíchă
(destination). Vi c truy n d li u gi a node ngu năvƠănodeăđíchăđ
c th c hi n
qua hai kênh tr căgiaoă(TDMA,ăFDMAăhayăCDMA).ă
đ năgi n hóa vi c mơ
t , gi s TDMA v i hai khung th i gian (time-slot)ăđ
c th c thi. Trong khung
th i gian th nh t, node ngu n qu ng bá tín hi u c a nó và tín hi uă nƠyă đ
c
nh n b iănodeăđíchăvƠănodeăchuy n ti p (do b n ch t c a kênh truy n vô tuy n).
Trong khung th i gian th hai, node chuy n ti p s chuy n ti p tín hi u mà nó
nh năđ
căchoănodeăđích.ăT i cu i khung th i gian th hai,ănodeăđíchăs k t h p
tín hi u mà nó nh năđ
c trong hai khung th i gian dùng k thu t k t h p phân
t pă(diversityăcombining)ănh ămaximalăratioăcombining.ă
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 6
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
T i node chuy n ti p,ă choă đ n nay, có hai k thu tă c ă b nă đ chuy n ti p tín
hi u,ăđóălƠ:ăkhu chăđ i và chuy n ti p (amplify-and-forward - AF) và gi i mã-và
-chuy n ti p (decode-and-forward ậ DF). V i k
thu t amplify-and-forward,
node chuy n ti p ch đ năgi n khu chăđ iăvƠăsauăđóăchuy n ti p tín hi u mà nó
nh năđ
c t node ngu n v nodeăđích.ăV i k thu t decode-and-forward, node
chuy n ti p th c hi nă quiă trìnhă nh ă sau:ă gi iă đi u ch ,ă đi u ch l i, và chuy n
ti p tín hi u ngu n v nodeă đích.ă Soă sánhă gi a hai k thu t chuy n ti p thì k
thu tăAFăđ năgi năh n, tuy nhiên k thu t này đòi h i nhi u b nh đ l uătr
các m u; trongăkhiăđóă k thu t DF m cădùăcóăđ ph c t p cao nh ngăr t thích
h p cho các ng d ng có s d ng mã hóa.
Nodeăchuy năti p
Nodeăngu n
Nodeăđích
Pha 1
Pha 2
Hình 1 ậ Mơăhìnhăc ăb n c a h th ng truy n thơng h p tác.
Choăđ n nay, có r t nhi u mơ hình m ng truy n thơng h pătácăđ
căđ xu t ví d
nh ă truy n thơng h p tác ng d ng mã không gian th i gian (space-time-code
based cooperative networks) [3], truy n thông h p tác d ng l p l i (Repeatatition
based coooperative networks) [4-6] và truy n thông h p tác d ngă c ă h i
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 7
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
(Opportunistic cooperative networks) [7-9]. Ch tăl
t
ngă ng c a các m ngăđƣăđ
ngăc ngănh ă u-nh
căđi m
c nhi u nhà nghiên c uăphơnătíchăvƠăđ c p, ví
d nh ătrongă[10].
Bên c nhă cácă uă đi m c a truy n thông h pă tácă nh ă t ngă đ l i phân t p, m
r ng vùng ph sóng. Truy n thơng h p tác v n cịn m t s nh
căđi m c h u
nh :
Hi u su t s d ng ph t n (spectral efficiency) th p do vi c s
d ng nhi u khe th iăgianăđ truy n m t khung d li u.
ph c t p t iă nodeă đíchă caoă doă vi c s d ng b phân t p k t
h p.
Doăđó,ăd a trên các kh o sát nói trên, trong lu năv nănày, tôi t p trung gi i quy t
hai v năđ c a m ng truy n thông h pătácănh ăsau:
Thi t k m t m ng truy n thông h p tác có hi u su t s d ng ph
t n cao c ngă nh ă gi mă đ ph c t p và gi m chi phí ch t o t i
máy thu c aănodeăđích.ă
C i thi năh năn a hi u su t s d ng ph t n c a m ng b ng cách
áp d ng k thu t truy n thích ng (Adaptiveă Modulation).ă
đánhă giáă uă đi m c a k thu t truy n thích ng, các thơng s
ch tăl
ng h th ngănh :ăxácăsu t d ng h th ng, t l l i bit, và
hi u su t s d ng ph t nă đ
thuy t đ
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
c phân tích. K t qu phân tích lý
c so sánh v i k t qu mô ph ng.
Trang 8
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
2. Nh ngăđóngăgópăc a lu năv n
Trong lu năánănƠy,ătơiăđƣăth c hi năđ
c
-
Tìm hi u v h th ng truy n thông h p tác
-
Thi t k và phân tích m ng truy n h p tác
ng d ng k thu t
truy năgiaăt ngăvƠăđi u ch thích ng
-
Thi t k và phân tích m ng truy n thơng h p tác d ngăSSCăvƠăđi u
ch thích ng
3. C u trúc c a lu năv n
Lu n án bao g mă 5ă ch
ngă cóă c u trúc c th nh ă sau: Ch
ngă 2 đ xu t h
th ng truy n thông h p tác s d ng k thu t truy nă giaă t ngă vƠă đi u ch thích
ngăđ ng th i phân tích ch tăl
ng h th ng trên kênh truy n fading Rayleigh.
Các phân tích ch ra r ng, h th ng truy n thông h p tác s d ng k thu t truy n
giaăt ng khơng hi u qu
vùng t s tín hi u trên nhi u th p.ăDoăđó,ăch
ngă3
trình bày h th ng truy n thơng h p tác d ng SSC có hi u su t ph t n cao
vùng t l tín hi u trên nhi u th p, thích h p cho h th ng ad hoc và c m bi n
không dây. Trongăch
đ
ngă4,ăk t qu tính tốn lý thuy t
ch
ngă2ăvƠăch
ngă3ă
c ki m ch ng b ng và so sánh v i k t qu mô ph ng. Các nh năxétăvƠăh
phát tri n s đ
căđ c pătrongăch
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
ng
ngă5.ă
Trang 9
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
CH
NGă 2: THI T K VÀă ÁNHă GIÁă H TH NG TRUY N
THÔNG H P TÁC NG D NG K THU T TRUY N GIAăT NGă
VÀă I U CH THÍCH NG
1. Gi i thi u
Bên c nhă uăđi m cho phép c i thi n ch tăl
ng h th ngăđ
c th hi n
t l
l iăbit,ăđ l i phân t p và vùng ph sóng, truy n thơng h p tác v n t n t i nh
đi măđóălƠăhi u su t ph t n th p so v i ki u truy n thơng truy n th ng.ă
c
có
th chuy n ti p d li u t nút ngu n v nútăđích,ăh th ng truy n thơng h p tác
c n ít nh t 2 khung th i gian tr că giaoă trongă đóă khung th nh t dùng cho giai
đo n qu ng bá và khung th 2ădùngăđ nút chuy n ti p chuy n ti p d li u v nút
đíchă[1, 2].
Tuy nhiên, có th nh n th y r ng vi c s d ng 2 khung th i gian c a truy n
thông h p tác trong m t s tr
ng h p là không hi u qu . C th là khi t l tín
hi u trên nhi u l n,ănútăđíchăcóăth gi iăđi u ch thành cơng ch d a vào tín hi u
t nút ngu n và do đóăkhơngăc n tín hi u t nút chuy n ti p.ă
nƠy,ănútăđíchăsauăkhiăđánhăgiáăch tăl
ng c a tín hi u đ
th c hi năđi u
c g i tr c ti p t nút
ngu n ph i g i tín hi u h i ti p báo cho nút ngu n (đ truy n tín hi u ti p theo)
và nút chuy n ti p (ti p t c gi im l ng và không chuy n ti p).
ph
uă đi m c a
ngăphápănƠyănh ăsau:
-
C i thi năđángăk hi u su t ph t n c a h th ng.
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 10
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
-
Gi m t i cho nút chuy n ti p.ăHayănóiăcáchăkhác,ănútăđíchăch u c u
s giúpăđ c a nút chuy n ti p khi ch tăl
ng c a tín hi u g i tr c ti p
t nút ngu n là không t t.
Choăđ n nay, h th ng truy n thông h p tác ng d ng k thu t truy năgiaăt ngăđƣă
đ
c nghiên c u và kh o sát trong r t nhi uătr
ng h p c a kênh truy n, b k t
h p t iămáyăthu,ăđi u ch . C th , trong [1],ăLanemanăđƣăl năđ uătiênăđ xu t mơ
hình truy n thơng h p tác ng d ng k thu t truy nă giaă t ng,ă tuyă nhiên,ă ch t
l
ng c a h th ng đ xu t ch gi i h n phân tích
xác su t d ng h th ng
(outageăprobablity).ăSauăđó,ăt l l i bit c a h th ngăđƣăđ
cho ki uăđi u ch BPSK.ă
căđ xu t trong [11]
t ngăđ l i phân t p cho h th ng, h th ng truy n
thông h p tác ng d ng k thu t truy năgiaăt ngăth
ng k t h p v i k thu t l a
ch n relay. Trong [12], Bao và Kong đƣăđ xu t k thu t truy năgiaăt ngăk t h p
v i k thu t l a ch n relay t ng ph n (partial relay selection). Và trong [13], d a
vào k thu t x p x c a kênh truy n chuy n ti p hai ch ng,ă Ikkiă đƣă đ xu t
ph
ngă phápă phơn đ nh ch tă l
thu t l a ch nărelayăc ăh i.ă
ng h th ng truy n thông h p tác k t h p k
gi măđ ph c t p ph n c ng t i máy thu, thay vì
dùng b k t h p theo t l l n nh t (maximal ratio combining), b k t h p l a
ch n l n nh tă(selectionăcombining)ăđ
Tuy nhiên, t t c các bƠiăbáoăđ t p
và công su t phát c đ nh.ă
tuy n th
h
m i th
c ng d ng trong [14].
trên ch xem xét h th ng có ki uăđi u ch
ch ng nhi uăfadingăđ
ng áp d ng k
ng truy n, các h th ng vơ
thu tă đi u ch
thích
ng (adaptive
modulation) [15-21]. Trong k thu tăđi u ch thích ng, máy thu s đi u ch nh
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 11
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
công su t phát, ho c t l symbol ho c k t h p c hai theo s thayă đ i ng u
nhiên c a kênh truy n và k t qu là hi u su t ph t năđ
v năđ m b oăđ
Trongăch
c ch tăl
c c i thi năđángăk mà
ng d ch v h th ng (t l l i bit).
ngănƠy,ătôi đ xu t k thu tăđi u ch thích ng cho h th ng truy n
thông h p tác ng d ng k thu t truy nă giaă t ng.ă
đánhă giáă ch tă l
ng h
th ng, các thông s nh :ăxácăsu t d ng h th ng, t l l i bit, hi u su t ph t n
đ
căphơnătíchăvƠăđánhăgiá.ă
2. Mơ hình h th ng
Xem xét h th ng bao g m 3 nút m ng: nút ngu n, nút chuy n ti păvƠănútăđích
đ
c mơ t nh ătrongăhìnhă2 .ăCácănútăđ u ch có m t anten và không th phát và
nh năđ ng th i. H th ng s d ng kênh truy n tr c giao (th i gian ho c t n s
ho cămƣ)ăđ h n ch s can nhi u khi truy n d li u gi a các nút m ng. Trong
ch
ngănƠy,ăđ d dàng theo dõi, gi s r ng h th ng s d ng kênh truy n tr c
giao theo th i gian.
(b)
R
D
S
T?
Kênhătruy năh iăti p
Hình 2 ậ H th ng truy n thông h p tác m t nút chuy n ti p s d ng k thu t truy năgiaăt ng
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 12
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
Trong khung th i gian th nh t, nút m ng qu ng bá thông tin cho nút chuy n
ti păvƠănútăđích.ăK t thúc khung th i gian th nh t,ănútăđíchăki m tra ch tăl
ng
tín hi uă thuă đ
c. N u t s tín hi u trên nhi u SNR c a tín hi u này l nă h nă
m t giá tr ng
ng choătr
c (T) thì tín hi u báo hi uăắnh n t t”ăs h i ti p cho
máy phát và máy phát ti p t c truy n v i d li u ti p theo trong khi nút chuy n
ti p s ti p t c gi im l ng.ăTrongătr
ng h păng
c l i, SNR c a tín hi u thu
nh h nă T , tín hi u báo hi uăắnh năsai”ăs g i h i ti p v yêu c u s giúpăđ
c a nút chuy n ti p. Khi nh năđ
c tín hi u này, nút ngu n s gi im l ng trong
khi nút chuy n ti p chuy n ti p tín hi u mà nó nh năđ
c t nút ngu n cho nút
đíchătrongăkhungăth i gian th hai. Choăđ n nay, có hai k thu tăc ăb năđ nút
chuy n ti p chuy n ti p thông tin v nút ngu n [2] đóălƠ:ăkhuy chăđ i và chuy n
ti p (amplify-and-forward - AF) và gi i mã và chuy n ti p (decode-and-forward
- DF). Trong k thu t khuy chăđ i và chuy n ti p, nút chuy n ti p s đóngăvaiă
trịă nh ă m t b l p l i d ngă t
khu chă đ iă tr
t
că khiă đ
ngă t , c th là tín hi u nh nă đ
c s đ
c
c chuy n ti p.ă Trongă khiă đó,ă DF s d ng quy trình
ng t nh ătrongăb l p l i s , t i nút chuy n ti p tín hi u nh năđ
gi iăăđi u ch hoƠnătoƠnăvƠăđi u ch l iătr
cs đ
c
c khi chuy n ti p v nútăđíchătrongă
k thu t gi i mã và chuy n ti p. Ph thu c vào k thu t x lý tín hi u t i nút
chuy n ti p, t s tín hi u trên nhi uăt
ngăđ
ngăc a kênh chuy n ti p s khác
nhau. Bên c nhăđó,ăh th ng s d ngăđi u ch nh t quán (coherent modulation),
nên gi s r ng máy thu t i các nút chuy n ti păvƠănútăđíchăcóăđ yăđ thơng tin
kênh truy n cho vi c gi iăđi u ch .
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 13
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
G i hSD , hSR và hRD l năl
t là h s kênh truy năt
ngă ng c a kênh truy n
gi a nút ngu n-nútăđích,ănútăngu n-nút chuy n ti p và nút chuy n ti p-nútăđích.ă
2
Trong kênh truy n fading Rayleigh, đ l i công su t kênh truy n hSD , hSR
2
và hRD có phân b hƠmă m ă v i tham s l nă l
2
t là SD , SR và RD . Công
su t phát trung bình c a nút ngu n và nút chuy n ti păđ
c ký hi u l năl
t là
Ps và Pr . D a vào các thông s trên, t s tín hi u trên nhi u t c th i cho các
kênh truy n S D, S R, và R D là D Ps hSD
và RD Pr hSD
2
2
N0 , SR Ps hSR
2
N0
N0 . Khi s d ng k thu t AF, t s tín hi u c a kênh chuy n
ti pănh ăsau [22]:
R
SR RD
SR RD 1
Khi s d ng k thu tăDF,ăchoăđ n nay v năch aăđ
th c c a t s tín hi uăt
ngăđ
căxácăđ nh chính xác cơng
ngăc a kênh chuy n ti p d ng DF. Tuy nhiên,
theo [23], t s tín hi u trên nhi uă t
SNR cao có th đ
(1)
ngă đ
ngă c a kênh chuy n ti p
vùng
c x p x nh ăsau
R min( SR , RD )
(2)
V i d ng c a công th c (1), chúng ta khơng d dàng tìm ra phân b xác su t c a
R
có th d dàng phân tích lý thuy t h th ng, chúng ta c n ph i tìm cách
x p x (1). May m n thay, theo [24-26], cơng th c (2) có th đ
că dùngănh ălƠă
m t ch n trên c a (1), c th là
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 14
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
R
Doă đó,ă trongă ch
SR RD
min( SR , RD )
SR RD 1
ngă nƠyă t
đơyă tr
v
(3)
sau, chúng ta s
dùng
R min( SR , RD ) đ phơnătíchăvƠăđánhăgiáăh th ng. Khi SR và RD là bi n
ng u nhiên có phân b hƠmăm ,ăthìă R c ngătheoăphơnăb hƠmăm ăv i tham s là
gR =
g SR g R D
g SR + g R D
[27].
Khi áp d ngăđi u ch thích ng (ki u r i r c) vào h th ng, cóă haiătr
ng h p
x y ra t iănútăđích:
Tr
ng h p 1: T l tín hi u trên nhi u c a kênh tr c ti p
h nă m că ng
ngă choă tr
c, nútă đíchă
SD
l n
că l
ng và quy tă đ nh m c
đi u ch thích h p ch d a vào tín hi uă đ
c g i tr c ti p t nút
ngu n.
Tr
ng h p 2: T l tín hi u trên nhi u c a kênh tr c ti p
h năm căng
ti p
S R Ds
Trong c haiătr
đ uă đ
ngăchoătr
nh
c, t s tín hi u trên nhi u c a kênh chuy n
quy tăđ nh m căđi u ch .
ng h p, thông tin v m că đi u ch thích h p v i kênh truy n
c h i ti p v nút ngu n. Vi că
trong h th ng đ
SD
că l
ng và quy tă đ nh m că đi u ch
c th c hi n c th nh ăsau.ăG i là t s tín hi u trên nhi u
t c th i t iănútăđíchă( có th là D ho c là R ). Chúng ta chia ra thành K
vùng không ch ng l n lên nhau đ
0 T0 T1
Tk
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
c xácă đ nh b iă cácă ng
ng
TK v i m i vùng s t ngă ng v i m t ch
Trang 15
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
đ truy n (m căđi u ch )ăkhácănhau.ăThôngăth
ng thì h th ng s d ng truy n
khi mà quá nh khôngăđ m b o t l l i bit yêu c u, c th là T1 .
Trong các h th ng s d ngăđi u ch thích ng,ăchúngătaăth
ng có t l l i bit
mong mu n, BER T .ăNgh aălƠăph thu c vào tình tr ng kênh truy n, h th ng s
c g ng truy n v i t căđ càng cao càng t t (s bit trên symbol l n)ănh ngăt l
l i bit trung bình c a h th ng ph i luôn luôn nh h nă BER T .ăTrongătr
ng h p
khơng có m căđi u ch nào th a mãn, h th ng ph i d ng truy n và s truy n l i
khi kênh truy n t tăh n.ă
Gi s r ng h th ng dùng ki uăđi u ch MQAM có s d ng mã Gray, t l l i
bit c a h th ng trên kênh nhi u tr ngăđ
căxácăđ nh b ng công th c sau [21]
PbQAM (k, ) kQ( k )
(4a)
v i
ïì 1
a k = ïí
ïï 4 mk
ỵ
bm
, mk = 1, 2
, mk ³ 3
ìï
2 mk
= ïí
ïï 3 2mk - 1
ỵ
(
(4b)
, mk = 1, 2
)
, mk ³ 3
(4c)
T công th c (4a) và ch đ ho tăđ ng c aăđi u ch thích ng, chúng ta d dàng
xácăđ nhăđ
c K 1 giá tr
Tk
còn l iănh ăsau:
2
1 BER T
Tk Q 1
, k 1,..., K 1
k k
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
(5)
Trang 16
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
Tuy nhiên, d dàng nh n th y vi c l a ch n giá tr
Tk nh ătrênălnălnăđ m
b o t l l i bit trung bình nh h nă BER T và là không t iă u.ă
Tk
đòiăh i chúng ta ph i gi i bài tốn t iă uăcóărƠngăbu c. Chi ti t c a bài toán
này s đ
3.
l a ch n t iă uă
căđ c pătrongăch
ánhăgiáăch tăl
ngăti p theo.
ng h th ng
Trong ph n này, chúng ta t pătrungăđánhăgiáăch tăl
ng h th ng truy n thông
h p tác ng d ng k thu t truy năgiaăt ngăvƠăđi u ch thích ng. V i h th ng
ng d ngă đi u ch thích ng, các thông s chúng ta c n kh o sát là: xác su t
trung bình c a t ng ch đ truy n (m căđi u ch ), xác su t d ng h th ng, t l
l i bit và hi u su t ph t n c a h th ng.
a. Xác su t trung bình c a ch đ truy n (Occurrence Probability)
Xác su t trung bình c a ch đ truy n có th đ
ch đ truy năđóăđ
căxemănh ălƠăt l th i gian mà
c s d ng, c th là
p k = Pr(g D £ T ) Pr( g Tk- 1 < g R £ g Tk )
(6)
+ Pr(g D > T ) Pr(g Tk- 1 < g D £ g Tk | (g D > T ))
V i giá tr T b t k , đ xácăđ nh p k , chúngătaăchiaăraălƠmă3ătr
ìï p (1) ,
ïï k
ï
pk = í p k(2) ,
ïï
ïï pk(3) ,
ïỵ
Trong m iătr
ng h p c th , p k đ
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
ng h pănh ăsau
gTk < T
gTk - 1 < T £ gTk
T < gTk - 1
(7)
căxácăđ nhănh ăsau
Trang 17
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
pk(1) = P r( g D £ T ) P r( gTk- 1 < g R £ gTk )
(8a)
pk(2) = P r( g D £ T ) P r( gTk - 1 < g R £ gTk ) +
(8b)
P r(T < g D £ gTk )
pk(3) = P r( g D £ T ) P r( gTk - 1 < g R £ gTk )
+
P r( gTk - 1
< gD £
gTk
(8c)
)
trongăđóă
P r( gZ £ T ) = 1 - P r( gZ > T ) = Fg (T ) v i Z Ỵ {R, D }
Z
và
k- 1
P r(x < gZ £ gTk ) = Fg ( gTk ) - Fg (x ) , x Ỵ {T , gT } .
Z
Z
b. Xác su t d ng h th ng (Outage Probability)
D dàng th y r ng, xác su t d ng h th ng b ng v i xác su t x y ra c a ch đ
truy năđ u tiên, nên ta có
OP = p1
Do T ph i ln ln l năh nă0ănênăch có hai kh n ngăx y ra, 1 đ
(9)
c vi t l i
nh ăsau:
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 18
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
ìï
ï
OP = í
ïï
ïỵ
ìï
ïï
= íï
ïï
ïï
ỵ
p1(1) ,
gT1 < T
p1( 2) , gT0 < T £ gT1
gT1 < T
P r( g D £ T ) P r( gT0 < g R £ gT1 ) ,
0
1 ù
é
êP r( g D £ T ) P r( gT < g R £ gT ) ú, g 0 < T £ g 1
T
ê+ P r(T < g £ g 1 )
ú T
ú
T
D
ëê
û
(10)
c. T l l i bit (Bit Error Rate)
Ta có K ch đ truy n, m i ch đ truy n x y ra v i xác su t k và t l l i bit
t
ngă ng là
BER k . Áp d ngă đ nh lu t xác su t toàn ph n [27], t l l i bit
trung bình c a h th ngăđ
cătínhănh ăsau
BER =
å
K
k= 2
K
å
mk BER k
k= 2
(11)
mk pk
v i
(1)
ìï
ïï BER k ,
ïï
(2)
BER k = ïí BER k ,
ïï
ïï BER (3) ,
k
ïï
ỵ
gTk < T
gTk - 1 < T £ gTk
(12)
T < gTk - 1
và
(1)
BER k = Pr( g D £ T ) I Rk ( gTk- 1, gTk )
(2)
BER k = P r( g D £ T ) I Rk ( gTk- 1, gTk ) + I Dk (T , gTk )
(13)
(3)
BE R k = P r( g D £ T ) I Rk ( gTk- 1, gTk ) + I Dk ( gTk - 1, gTk )
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 19
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
Trong công th c (13), I Zk (x, gTk ) là m t hàm t đ nhăngh aănh ăsau:
I Zk (x, gTk ) =
gTk
òx
gTk
=
ò a kQ (
x
PbQAM (k, g ) fZ ( g )d g
1 bk g
e
gZ
)
g
gZ
dg
k
gT
g ử
ổ
ùỹ
ùỡù
ữ
ỗỗ
ùù
ùù Q b g ỗ1 - e gZ ữ
ữ
ùù
ữ
k
ỗ
ữ
ùùù
ùù
ữ
ỗố
ứ
ù
ù
= ak ớ
1
ộ
ựý
ùù
ờ
ổ
ử
ửữỳùù
2 ổ1 ổb
bk ổ
bk
1 ử
1 ử
ữ
ữ
k
ùù - 1 ờ 1 Gỗỗ 1 , bk g ữ
ỗ
ỗ
ỗ
ỳùù
ữ
ữ
ữ
gữ
Gỗ , ỗ +
ỗ +
ữ
ữ
ữ
ữ
ỳù
ùù 2 ờ p ỗố 2 2 ứ
ữ
ữ
ữ
ữ
ỗố 2
ỗ
ỗ
2
2
2
p
g
g
ố ố
Z ứ
Z ứ ứỳùù
ờ
ùùợ
ở
ỷùỵ
(
)
x
(14)
Ơ
v i G(a , x ) =
ũ t a - 1e - tdt
lƠăhƠmăGammaăch aăhoƠnăch nh [28].
x
d. Hi u su t ph t n c a h th ng (Achivable Spectral Efficiency)
Hi u su t ph t n c a h th ng ng d ngăđi u ch thích ngătheoăđ nhăngh aălƠă
t ng các tr ng s t căđ truy n c a các mode. Tuy nhiên v i h th ngăđangăxemă
xét, do kênh truy n chuy n ti p c n hai khung th i gian cho m tăđ năv d li u,
nên t căđ truy n c a kênh truy n tr c ti p (S ® D) là log2 (Mk )và c a kênh
ỉM ư
.ăDoăđó,ătaăcó hi u su t ph t n
truy n chuy n ti p (S đ R đ D)l log2 ỗỗ k ữ
2ữ
ố
ứ
c a h th ngănh ăsau
K
ASE =
å
(15)
hk
k= 2
Trongăđó
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 20
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
ìï h(1) ,
ïï k
ï
hk = í hk(2) ,
ïï
ïï hk(3) ,
ïỵ
gTk < T
gTk - 1 < T £ gTk
(16)
T < gTk - 1
v i
hk(1) = Pr( g D £ T ) Pr( gTk- 1 < g R £ gTk ) mk 2
(17a)
hk(2) = P r( g D £ T ) P r( gTk- 1 < g R £ gTk ) mk 2
(17b)
+ P r(T < g D £ gTk )mk
hk(3) = P r( g D £ T ) P r( gTk- 1 < g R £ gTk ) mk 2
(17c)
+ P r( gTk - 1 < g D £ gTk )mk
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
Trang 21
Thi t k và t i u k thu t truy n thích nghi trong m ng truy n thơng h p tác
CH
NGă3: THI T K VÀă ÁNHăGIÁăCH TăL
NG H
TH NG TRUY N THÔNG H P TÁC D NG DISTRUBTED
SWITCH AND STAY COMBINING NG D NGă I U CH
THÍCH NG
1. Gi i thi u
H th ng truy n thông h p tác ng d ng k thu t truy nă giaă t ngă vƠă đi u ch
thích ng cho phép c i thi năđángăk hi u su t ph t n c a h th ng,ăđ c bi t là
t s tín hi u trên cao. Tuy nhiên
vùng có t s tín hi u trên nhi u th p, h
th ng t ra khơng h u hi u, vì h u h t th iăgianănútăđíchăyêuăc u s giúpăđ t
nút chuy n ti p làm gi m hi u su t ph t nă đángă k . Bên c nhă đóă h th ng
truy nă giaă t ngă ch cho phép chuy nă đ i k t n i m t chi u t kênh tr c ti p
(S ® D)sang kênh chuy n ti p 2 ch ng (S ® R ® D)mà khơng c n bi t ch t
l
ng c a kênh chuy n ti p (S ® R ® D). Vi c chuy n kênh s th c s không
hi u qu khi ch tăl
ng t c th i c a kênh (S ® R ® D) kémăh năkênhătr c ti p
(S ® D).
c i thi n hi u su t ph t n
vùng t s tín hi u trên nhi u th p,ătrongăch
ngă
nƠy,ătôiăđ xu t h th ng truy n thông h p tác d ng distributed switch-and-stay
(SSC) k t h pă đi u ch thích ng. ụă t
ngă c ă b n là áp d ng ý ni m c a k
thu t phân t p SSC vào h th ng truy n thông k t h p. V iăýăt
ngănƠy,ănútăđíchă
có th chuy năđ i k t n i hai chi u (t k t n i tr c ti p sang k t n i chuy n ti p
và t k t n i chuy n ti p sang k t n i tr c ti p) ph thu c vào ch tă l
GVHD TS Đ H ng Tu n
HVTH: Tr n Thiên Thanh
ng t c
Trang 22