Tải bản đầy đủ (.pdf) (58 trang)

Thiết kế và tối ưu kỹ thuật truyền thích nghi trong mạng truyền thông hợp tác

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.62 MB, 58 trang )

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



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


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

SD

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

SD

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

bm

, mk = 1, 2
, mk ³ 3

ìï
2 mk
= ïí
ïï 3 2mk - 1


(

(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


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


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



gTk < T
gTk - 1 < T £ gTk

(12)

T < gTk - 1


(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

ùỹ
ùỡù


ỗỗ
ùù
ùù Q b g ỗ1 - e gZ ữ

ùù

k


ùùù
ùù

ỗố

ù
ù
= ak ớ
1

ựý
ùù



ửữỳùù
2 ổ1 ổb
bk ổ
bk
1 ử
1 ử



k
ùù - 1 ờ 1 Gỗỗ 1 , bk g ữ



ỳùù



gữ
Gỗ , ỗ +
ỗ +




ỳù
ùù 2 ờ p ỗố 2 2 ứ




ỗố 2


2
2
2

p
g
g
ố ố
Z ứ
Z ứ ứỳùù

ùùợ

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


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


×