Phân tích hiệu năng mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập năng lượng

TĨM TẮT Trong năm gần đây, mạng vơ tuyến nhận thức trở thành đề tài mới, nhận nhiều quan tâm ý nhà nghiên cứu lĩnh vực truyền thông không dây Công nghệ vô tuyến nhận thức xem giải pháp để nâng cao chất lượng truyền tin, đáp ứng nhu cầu truyền thông tin ngày cao khoa học cộng nghệ kỹ thuật giải vấn đề khan phổ tần Trong đề tài này, người thực nghiên cứu phân tích hiệu mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng Trong đó, mơ hình nghiên cứu mạng thứ cấp thu lượng chia phổ tần từ trạm phát sơ cấp Trong giao thức này, mạng thứ cấp tiến hành tách lấy lưu trữ lượng từ tín hiệu thu mạng sơ cấp sử dụng lượng thu để truyền tín hiệu tiếp Mạng thứ cấp nhận phần lượng tái tạo thông tin để loại bỏ nhiễu từ tín hiệu sơ cấp Chúng ta phân tích biểu thức xác mơ xác suất dừng trạm sơ cấp thứ cấp Thông qua đại lượng xác suất dừng phân tích hiệu mơ hình hệ thống, từ khảo sát đánh giá rút kết luận ảnh hưởng đại lượng đến hiệu mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng Cuối thực mô để kiểm nghiệm lại biểu thức phân tích trước Từ kết mô phỏng, ta kiểm nghiệm, nhận xét đánh giá đại lượng ảnh hưởng đến hiệu mơ hình hệ thống, từ đưa kết luận phù hợp, đồng thời tản để so sánh, phát triển với mơ hình vơ tuyến nhận thức khác v ABSTRACT Nowadays, the cognitive radio network has become attractive for researchers especially the field of wireless communications This technology is a solution to enhance signal transfer quality for meeting the increasing information needs as well as solving the problem of spectrum scarceness In this topic, the research analyzes cognitive radio network performance that supports energy collection In particular, the research model is a secondary network that collects energy and allocates spectrum from the primary broadcast station In this protocol, the secondary network extracts and stores energy from the received signal of the primary network The received energy uses to forward the signal Secondary network takes some energy and reproduces information to eliminate interference from the primary signal This research analyzes the exact and simulates the outage probability at the primary and secondary stations Through the outage probability quantum, analyzing the performance of the system model is used, after that conclusions are made about the influence of quantities regarding to cognitive radio network performance that supports the collection of energy From the theory, simulation is performed to test and evaluate the performance of the system model From simulation results, conclusions are made which creates the foundation for comparison and development with other cognitive radio models vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT .x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi Chương TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Nhiệm vụ .7 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu .7 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Đóng góp đề tài 1.6 Bố cục Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC HỖ TRỢ THU THẬP NĂNG LƯỢNG 10 2.1 Mạng vô tuyến nhận thức 10 2.1.1 Khái niệm vô tuyến nhận thức 10 2.1.2 Kiến trúc vật lý vô tuyến nhận thức 11 2.1.3 Chức vô tuyến nhận thức 12 2.1.4 Mơ hình mạng vơ tuyến nhận thức 13 2.1.5 Cấu trúc mạng vô tuyến nhận thức 15 2.2 Kỹ thuật chuyển tiếp truyền thông 18 2.2.1 Mạng truyền thông truyền thống .18 2.2.2 Mạng truyền thông chuyển tiếp 19 2.3 Các giao thức chuyển tiếp 22 2.3.1 Khuếch đại chuyển tiếp (AF) 22 2.3.2 Giải mã chuyển tiếp (DF) .25 2.4 Các kỹ thuật chuyển tiếp 26 2.4.1 Chuyển tiếp chiều .26 vii 2.4.2 Chuyển tiếp hai chiều 26 2.5 Các kỹ thuật nút chuyển tiếp 27 2.5.1 Chuyển tiếp bán song công 27 2.5.2 Chuyển tiếp song công 28 2.6 Sơ đồ khối thu lượng từ nguồn xạ vô tuyến 29 2.7 Các giao thức thu thập lượng mạng hợp tác 31 2.7.1 Giao thức dựa chuyển đổi thời gian (TSR) 31 2.7.2 Giao thức dựa phân chia công suất (PSR) 32 2.7.3 Giao thức dựa chuyển tiếp thời gian công suất (TPSR) 33 Chương PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC HỖ TRỢ THU THẬP NĂNG LƯỢNG 35 3.1 Mơ hình hệ thống 35 3.2 Phân tích hiệu mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng dựa giao thức phân chia công suất PSR 36 3.2.1 Nguyên lý hoạt động 36 3.2.2 Giao thức thu thập lượng truyền thông tin dựa phương pháp phân chia công suất PSR 38 3.2.3 Xác suất dừng 42 Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 48 4.1 Giới thiệu chương trình mô 48 4.2 Kết mô mô hình hệ thống 49 4.2.1 Khảo sát thay đổi xác suất dừng theo tỷ số tín hiệu nhiễu .49 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất α đến xác suất dừng nút D C 50 4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất 1 đến xác suất dừng nút D C .51 4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất  đến xác suất dừng nút D C .52 4.2.5 Khảo sát thay đổi thông lượng tức thời nút D C theo tỷ số tín hiệu nhiễu 53 4.2.6 Khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất  đến lượng thu thập trung bình nút C .54 4.2.7 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách nút nguồn S nút Relay C đến lượng thu thập trung bình 55 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56 viii 5.1 Kết luận 56 5.2 Hướng phát triển 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 ix DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT AF Amplify and Forward Khuếch đại chuyển tiếp AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy CR Cognitive Radio Vô tuyến nhận thức CRN Cognitive Radio Network Mạng vơ tuyến nhận thức D Destination Đích DF Decode and Forward Giải mã chuyển tiếp FD Full-Duplex Song công HD Half-Duplex Bán song công LPF Low Pass Filter Lọc thông thấp PU Primary User Người dùng thứ cấp PSR Power Splitting-based Relaying Chuyển tiếp dựa vào phân chia công suất TSR Time Switching-based Relaying Chuyển tiếp dựa vào chuyển đổi thời gian Time Power Switching-based Chuyển tiếp dựa vào chuyển Relaying đổi thời gian công suất R Relay Chuyển tiếp RF Radio Frequency Tần số vô tuyến S Source Nguồn SINR Signal to Interference plus Noise Rate Tỉ số tín hiệu nhiễu TPSR can nhiễu SDR Sotware Defined Radio Phần mềm nhận dạng vô tuyến SU Secondary User Người dùng thứ cấp SWIPT Simultaneous Wireless Mạng truyền đồng thời Information and Power Transfer thông tin lượng khơng dây x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu vơ tuyến Hình 1.2: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào băng tần FM Hình 1.3: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào băng tần DTV Hình 1.4: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ngõ vào băng tần GSM900 Hình 1.5: Mật độ phổ công suất băng tần GSM1800, 3G, WiFi Hình 2.1: Sơ đồ khối phần vô tuyến hệ thống vô tuyến nhận thức 11 Hình 2.2: Chia phổ tần mơ hình dạng 14 Hình 2.3: Chia phổ tần mơ hình dạng đan xen 15 Hình 2.4: Cấu trúc mạng vô tuyến nhận thức CRN 16 Hình 2.5: Mơ hình mạng truyền thông truyền thống 18 Hình 2.6: Mơ hình mạng truyền thơng chuyển tiếp 19 Hình 2.7: Mơ hình chuyển tiếp đa chặng 20 Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống khuếch đại chuyển tiếp .22 Hình 2.9: Sơ đồ khối kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp 23 Hình 10: Sơ đồ khối mạng khuếch đại chuyển tiếp AF 23 Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống giải mã chuyển tiếp 25 Hình 12: Sơ đồ khối kỹ thuật giải mã chuyển tiếp 25 Hình 2.13: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp chiều 26 Hình 2.14: Sơ đồ chuyển tiếp hai chiều 27 Hình 2.15: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp bán song công chiều 27 Hình 2.16: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp song công chiều 28 Hình 2.17: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp song công hai chiều 28 Hình 2.18: Sơ đồ thu lượng nút relay 29 Hình 2.19: Cấu trúc giao thức TSR 32 Hình 2.20: Sơ đồ khối kỹ thuật TSR 32 xi Hình 2.21: Cấu trúc giao thức PSR 33 Hình 2.22: Sơ đồ khối kỹ thuật PSR 33 Hình 2.23: Cấu trúc giao thức TPSR 34 Hình 2.24: Sơ đồ khối giao thức TPSR 34 Hình 3.1: Mơ hình hệ thống mạng vô tuyến nhận thức thu thập lượng truyền thông tin 35 Hình 3.2: Mơ hình mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng dựa giao thức phân chia công suất PSR 37 Hình 4.1: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phân tích nút C D với thay đổi PS /  02 .49 Hình 4.2: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phân tích nút C D với thay đổi hệ số phân chia công suất  50 Hình 4.3: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phân tích nút C D với thay đổi hệ số phân chia công suất 1 51 Hình 4.4: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phân tích nút C D với thay đổi hệ số phân chia công suất  52 Hình 4.5: Thông lượng tức thời RC, RD theo phương pháp mô nút C D với thay đổi PS /  02 .53 Hình 6: Biễu diễn lượng thu thập trung bình nút C theo hệ số phân chia công suất  54 Hình 4.7: Biễu diễn lượng thu thập trung bình nút C theo khoảng cách nút nguồn S nút Relay C ( d ) 55 xii Chương TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 1.1 Giới thiệu Trong năm gần đây, công nghệ vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio – CR) xem giải pháp tiềm để cải thiện độ chiếm dụng phổ tần, bị giới hạn sách phân bố phổ tần cố định Ý tưởng vô tuyến nhận thức cho phép người dùng không đăng ký sử dụng tần số (người dùng thứ cấp - secondary user - SU) tận dụng băng tần cấp phép miễn khơng gây ảnh hưởng đến việc truyền liệu người dùng đăng ký tần số (người dùng sơ cấp - primary user - PU) Do đó, CR xem chìa khóa để giải vấn đề khan phổ tần Vô tuyến nhận thức hệ thống mà phần tử có khả thay đổi tham số (công suất, tần số) sở tương tác với môi trường hoạt động Việc ứng dụng vô tuyến nhận thức tạo hội khai thác hiệu khoảng trắng tần số Vô tuyến nhận thức khơng cơng nghệ vơ tuyến mà cịn chứa thay đổi mang tính cách mạng việc quản lý phổ Vô tuyến thiết kế để sử dụng chia sẻ phổ tần linh hoạt mà không ảnh hưởng đến hệ thống vô tuyến cấp phép Khả thay đổi tham số công suất, tần số,…dựa cảm biến thông minh hoạt động xoay vòng (cycle): sensing-understandingaction sở tương tác với mơi trường hoạt động Theo đó, thiết bị vô tuyến định nghĩa phần mềm SDR (Sotware Defined Radio) phần tử quan trọng hệ thống vơ tuyến nhận thức tham số thiết bị SDR thay đổi cách linh động phần mềm mà không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng Mục đích vơ tuyến nhận thức cho phép thiết bị vô tuyến khác hoạt động dải tần cịn trống tạm thời mà khơng gây can nhiễu đến hệ thống vơ tuyến có quyền ưu tiên cao hoạt động dải tần Để cho phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần trên, vô tuyến nhận thức phải có tính sau: - Điều chỉnh tần số hoạt động hệ thống cách tức thời từ băng tần đến băng tần khác (còn trống) dải tần cho phép - Thiết lập mạng thông tin hoạt động phần toàn băng tần cấp phát - Chia sẻ kênh tần số điều khiển cơng suất thích ứng theo điều kiện cụ thể môi trường vô tuyến mà tồn nhiều loại hình dịch vụ vơ tuyến chiếm dụng - Thực thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền sơ đồ mã hóa sửa lỗi phép đạt thơng lượng tốt - Tạo búp sóng điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tượng truyền thông nhằm giảm thiểu nhiễu đồng kênh tối đa cường độ tín hiệu thu Xét khía cạnh hiệu suất sử dụng phổ, mơ hình dạng cho kết tốt so với mơ hình cịn lại đặc tính cho phép hai hệ thống hoạt động đồng thời thời điểm Tuy nhiên, tính chất mơ hình dạng nền, cơng suất phát thiết bị thuộc hệ thống thứ cấp bị giới hạn ngưỡng cho trước, dẫn đến phạm vi vùng phủ sóng bị giới hạn Để giải tốn mở rộng vùng phủ sóng cho hệ thống PU, hướng nghiên cứu phối hợp công nghệ truyền thông chuyển tiếp vào mạng CR thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu năm gần Điểm chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật Khuếch đại chuyển tiếp (AF) Giải mã chuyển tiếp (DF) để chuyển liệu Hiện nay, thiết bị không dây người sử dụng ngày nhiều thiết bị không dây thường sử dụng pin để cung cấp nguồn cho thiết bị hoạt động, sử dụng pin nên có thời gian hoạt động định để trì kết nối cách liên tục phải thực thay nguồn pin nạp lượng sử dụng cách gắn vào sạc vấn đề bất tiện khơng thể Vì thế, người ta nghĩ đến cách khác để cung cấp nguồn lượng cho thiết bị hoạt động mà khác phục mặc hạn chế Đó thu gom Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT Trong chương này, thực đánh giá phân tích hiệu năng, thơng lượng tức thời lượng thu thập trung bình mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng mơ hình hệ thống thơng qua việc mơ để kiểm nghiệm lại lý thuyết nêu chương Từ kết mô phỏng, ta kiểm nghiệm, nhận xét đánh giá đại lượng ảnh hưởng đến hiệu năng, thông lượng tức thời lượng thu thập trung bình mơ hình hệ thống, từ đưa kết luận phù hợp cho mơ hình hệ thống 4.1 Giới thiệu chương trình mơ Để kiểm chứng kết theo lý thuyết trình bày trên, tiến hành mô công thức tính tốn phần mềm Matlab Thông qua đại lượng xác suất dừng để đánh giá hiệu mạng mơ hình hệ thống theo công suất phát, hệ số  , 1 ,  , đánh giá thông lượng tức thời lượng thu thập trung bình mơ hình hệ thống Để cho q trình mơ đơn giản hơn, luận văn chuẩn hóa cho số thơng số cố định:  TC = bps/Hz suy t C  21    TD = bps/Hz suy t D  21    Hiệu suất thu lượng cho η = 0.9   32   42   b21   b22   02   d1  , d   d1 , d  d  d  d  Hệ số suy hao đường truyền m=3  Giá trị trung bình kênh truyền 1  1/ d13 ,   1/ d 23 ,   1/ d 33   1/ d 43 48  Các kênh truyền kênh Rayleigh fading 4.2 Kết mơ mơ hình hệ thống 4.2.1 Khảo sát thay đổi xác suất dừng theo tỷ số tín hiệu nhiễu Trong phần này, ta khảo sát ảnh hưởng tỷ số tín hiệu nhiễu đến xác suất dừng nút D C theo công thức mô phân tích xác mơ hình hệ thống với hệ số phân chia công suất 1  0.6 ,   0.8 ,   0.8 10 -1 Xac suat dung 10 PC Mo phong out -2 10 PC Phan tich chinh xac out PD Mo phong out PD Phan tich chinh xac out -3 10 10 15 20 25 30 35 Ty so tin hieu tren nhieu Ps/  20 (dB) Hình 4.1: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phân tích nút C D với thay đổi PS /  02 Trong Hình 4.1 ta nhận thấy xác xuất dừng nút D C giảm dần tỷ số tín hiệu nhiễu tăng Khi tỷ số tín hiệu nhiễu khoảng  SNR  (dB) tượng dừng xảy ra, nút D C thu tốt tỷ số tín hiệu nhiễu SNR  (dB) Ngoài ra, phần lý thuyết nêu kiểm nghiệm kết mô nút D theo công thức (3.14), (3.19) 49 nút C theo công thức (3.15), (3.22) Tiếp đến ta đánh giá xác suất dừng hệ thống theo hệ số phân chia công suất  trình bày phần 4.2.2 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất α đến xác suất dừng nút D C Trong phần này, khảo sát xác suất dừng hệ thống theo thay đổi hệ số phân chia công suất nút R truyền cho nút D C Với kết này, đánh giá chất lượng hệ thống với giá trị  khác đưa giá trị phân chia công suất tốt Chúng ta tiến hành khảo sát với thống số đầu vào: tỷ lệ tín hiệu nhiễu SNR hệ thống 35dB ( PS /  02  35 dB) ; tốc độ mục tiêu TC  TD  bps/Hz có t C  t D  21   , 1  0.6 ,   0.8 10 PC Mo phong out PC Phan tich chinh xac out -1 10 PD Mo phong out Xac suat dung PD Phan tich chinh xac out -2 10 -3 10 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 He so phan chia cong suat truyen thong tin  0.95 Hình 4.2: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phân tích nút C D với thay đổi hệ số phân chia cơng suất  Hình 4.2 biểu diễn xác suất dừng hệ thống theo thay đổi hệ số phân chia cơng suất  Khi  tăng xác suất dừng nút D giảm 50 xác suất dừng nút C tăng ngược lại  giảm xác suất dừng nút D tăng xác suất dừng nút C giảm Ngồi ra,   0.74 xác suất dừng nút D 1, điều phù hợp với lý thuyết nêu Từ kết mô ta chọn hệ số phân chia cơng suất  cho tối ưu nhất, điều phụ thuộc vào thông tin x1, x mô hình hệ thống 4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất 1 đến xác suất dừng nút D C Trong phần này, khảo sát xác suất dừng nút D C hệ thống thay đổi hệ số phân chia công suất cho việc thu thập lượng truyền thông tin 1 nguồn S truyền đến nút R Với thống số đầu vào: tỷ lệ tín hiệu nhiễu SNR hệ thống 35dB ( PS /  02  35 dB) ; tốc độ mục tiêu TC  TD  bps/Hz có t C  t D  21   ; hệ số phân chia công suất   0.8 ;   0.8 -1 10 PC Mo phong out PC Phan tich chinh xac out Xac suat dung PD Mo phong out PD Phan tich chinh xac out -2 10 -3 10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 He so phan chia cong suat thu nang luong 1 0.9 Hình 4.3: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phân tích nút C D với thay đổi hệ số phân chia công suất 1 51 Hình 4.3 biểu diễn xác suất dừng nút C D theo thay đổi hệ số phân chia công suất 1 Khi 0.05  1  0.95 hệ thống hoạt động tốt xác suất dừng nút C D thay đổi không nhiều hệ số phân chia công suất thay đổi Qua đó, ta thấy xác suất dừng thấp 1  0.5 , hệ thống hoạt động hệ số phân chia công suất nằm khoảng 0.05  1  0.95 4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất  đến xác suất dừng nút D C Trong phần này, khảo sát xác suất dừng nút D C hệ thống thay đổi hệ số phân chia công suất  nguồn S truyền đến nút C Với thơng số đầu vào: tỷ lệ tín hiệu nhiễu SNR hệ thống 35dB ( PS /  02  35 dB) ; tốc độ truyền cố định TC  TD  bps/Hz có t C  t D  21   ; hệ số phân chia công suất   0.8 ; 1  0.6 10 PC Mo phong out PC Phan tich chinh xac out PD Mo phong out -1 10 Xac suat dung PD Phan tich chinh xac out -2 10 -3 10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 He so phan chia cong suat thu nang luong 2 0.9 Hình 4.4: Xác suất dừng theo phương pháp mơ phân tích nút C D với thay đổi hệ số phân chia công suất  52 Hình 4.4 biểu diễn xác suất dừng nút C D theo thay đổi hệ số phân chia công suất  Qua đó, ta thấy xác suất dừng nút D không thay đổi  thay đổi, điều phù hợp với lý thuyết nêu nút D không phụ thuộc vào hệ số phân chia công suất  , xác suất dừng nút C tăng dần hệ số phân chia công suất  thay đổi khoảng    4.2.5 Khảo sát thay đổi thông lượng tức thời nút D C theo tỷ số tín hiệu nhiễu Trong phần này, ta khảo sát ảnh hưởng tỷ số tín hiệu nhiễu đến thông lượng tức thời nút D C theo cơng thức mơ mơ hình hệ thống với hệ số phân chia công suất 1  0.6 ,   0.8 ,   0.9 RC Thong luong tuc thoi RD Thong luong tuc thoi Thong luong tuc thoi (bit/s/Hz) 2.5 1.5 0.5 0 10 15 20 25 30 35 Ty so tin hieu tren nhieu Ps/  20 Hình 4.5: Thơng lượng tức thời RC, RD theo phương pháp mô nút C D với thay đổi PS /  02 Theo kết mơ Hình 4.5 ta thấy tỷ số tín hiệu nhiễu PS /  02 tăng thơng lượng tức thời nút C D tăng theo ngược lại 53 4.2.6 Khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất  đến lượng thu thập trung bình nút C Trong phần này, ta khảo sát ảnh hưởng hệ số phân chia công suất  đến lượng thu thập trung bình nút C pha với công suất phát PS  10dBW , hiệu suất   0.9 Nang luong thu thap trung binh E C 10 10 10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 He so phan chia cong suat thu nang luong 2 0.9 Hình 6: Biễu diễn lượng thu thập trung bình nút C theo hệ số phân chia cơng suất  Hình 4.6 biễu diễn lượng thu thập trung bình nút C pha theo hệ số phân chia công suất thu thập lượng  Qua đó, ta thấy lượng thu thập trung bình nút C phụ thuộc vào hệ số phân chia công suất thu lương  , lương thu thập thay đổi tỷ lệ thuận với hệ số phân chia cơng suất  , có nghĩa  tăng lượng thu thập lớn Vì môi trường vô tuyến nút C, lượng thu thập trung bình nút D pha phụ thuộc vào hệ số phân chia cơng suất thu lượng 1 , ngồi lượng 54 thu thập cịn phụ thuộc vào cơng suất nguồn PS , hiệu suất  khoảng cách hệ số suy hao đường truyền mà ta khảo sát phần 4.2.7 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách nút nguồn S nút Relay C đến lượng thu thập trung bình Trong phần này, ta khảo sát ảnh hưởng khoảng cách nút nguồn S nút Relay C đến lượng thu thập trung bình nút C pha với công suất phát PS  10dBW , hiệu suất   0.9 , hệ số phân chia công suất   0.8 Nang luong thu thap trung binh E C 10 10 10 10 -1 10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Khoang cach tu nut S den nut C d3 0.8 0.9 Hình 4.7: Biễu diễn lượng thu thập trung bình nút C theo khoảng cách nút nguồn S nút Relay C ( d ) Hình 4.7 biễu diễn lượng thu thập trung bình nút C pha theo khoảng cách nút nguồn S nút Relay C đến lượng thu thập trung bình nút C pha Qua đó, ta thấy lượng thu thập trung bình nút C giảm khoảng cách d3 tăng ngược lại 55 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau khoảng thời gian dài tìm hiểu nghiên cứu đề tài “phân tích hiệu mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng”, người thực đề tài tìm hiểu thực số nội dung sau:  Lý thuyết tổng quan mạng truyền vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng Đây hướng phát triển cơng nghệ viễn thơng tương lai, giúp tiết kiệm lượng, tăng hiệu suất cho tín hiệu  Trình bày kỹ thuật sử dụng mạng hợp tác: Các kỹ thuật chuyển tiếp nút chuyển tiếp, chế độ truyền nút chuyển tiếp giao thức thu lượng mạng hợp tác…  Đề xuất mơ hình hệ thống để phân tích hiệu mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng  Luận văn trình bày phân tích, tính tốn cơng thức mơ xác liên quan đến xác suất dừng, thông lượng tức thời lượng thu thập trung bình mơ hình hệ thống  Ngồi kết mơ tương tự [28,fig.3] [28,fig.4], cịn thực mơ ảnh hưởng hệ số phân chia công suất, khoảng cách… đến xác suất dừng, thông lượng tức thời mơ hình hệ thống  Thực chương trình mơ dựa cơng thức tính xác suất dừng, thông lượng tức thời lượng thu thập trung bình theo lý thuyết nêu mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng, đồng thời xác định số yếu tố đại lượng ảnh hưởng đến hiệu mơ hình hệ thống, từ nhận xét đánh giá rút kết luận để lựa chọn thông số cho phù hợp với nhu cầu thực tế 56 Qua nghiên cứu mơ hình hệ thống đề xuất, người thực nhận thấy mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng giải pháp tối ưu nhờ chia sẻ phổ tần trạm sơ cấp cho trạm thứ cấp, đồng thời mạng thứ cấp loại bỏ nhiễu khơng mong muốn Vì vậy, mơ hình mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng đề xuất luận văn công nghệ mang lại nhiều hứa hẹn lợi ích cho mơ hình hệ thống mạng khơng dây tương lai 5.2 Hướng phát triển Trong luận văn phân tích, tính tốn mơ xác suất dừng, thơng lượng tức thời lượng thu thập trung bình mạng vô tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lương theo giao thức phân chia cơng suất Vì người thực đề tài muốn mở rộng cách tính tốn mơ xác suất dừng, thơng lượng hệ thống với giao thức thu lượng dựa phân chia thời gian (TSR) giao thức kết hợp thời gian công suất (TPSR) với chế độ truyền song công chiều, song công hai chiều, để từ rút kết luận phù hợp cho nhu cầu truyền dẫn vô tuyến khác đưa giao thức thu thập lượng chế độ truyền cho hợp lý Ví dụ: mạng SFN truyền hình số mặt đất để phủ sóng vùng lỏm cần dùng chuyển tiếp chế song công chiều, hay nhu cầu truyền dẫn vơ tuyến cho tín hiệu thoại, tín hiệu video, thơng tin cơng cộng phải sử dụng giao thức chế độ truyền dẫn cho thích hợp Ngồi ra, luận văn khảo sát với mơ hình nút nguồn, đích, nút chuyển tiếp nút relay Do đó, ta cần mở rộng nghiên cứu trường hợp có nhiều nút chuyển tiếp, relay theo giao thức AF hay DF, qua ta so sánh hiệu mạng chúng với Tiếp đến ta cần khảo sát thêm đáp ứng hệ thống độ trễ nghiên cứu trường hợp khoảng cách nút nguồn, đích nút chuyển tiếp khác nhau, hệ số suy hao đường truyền thay đổi tùy theo môi trường cụ thể 57 Tiếp đến, người thực đề tài mong muốn phát triển đề tài cách đưa phương pháp phân tích hiệu mạng vô tuyến nhận thức nhiều giao thức chế độ truyền dẫn khác đồng thời kết hợp với nhiều nút chuyển tiếp relay khác Để từ kết hợp so sánh hiệu phương pháp để tìm phương pháp tối ưu Cuối cùng, hệ thống thông tin vơ tuyến ngồi hiệu mạng, cịn số thông số khác để đánh giá chất lượng hệ thống dung lượng, xác suất lỗi bit (BER)… tương lai việc xác định thơng số cho mơ hình đề xuất hướng cho phát triển đề tài 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W Lumpkins, “Nikola Tesla’s dream realized: Wireless power energy harvesting,” IEEE Consum Electron Mag., vol 3, no 1, pp 39–42,Jan, 2014 [2] M Pinuela, P Mitcheson, and S Lucyszyn, “Ambient RF energy harvesting in urban and semi-urban environments,” IEEE Trans M icrow Theory Tech , vol 61, no 7, pp 2715–2726, Jul 2013 [3] I F Akyildiz, W.-Y Lee, M C Vuran, and S Mohanty, “Next generation/ dynamic spectrum access/cognitive radio wireless networks: A survey,” Comput Netw., vol 50, no 13, pp 2127–2159, Sep 2006 [4] S Roy and S Kundu, “On the coexistence of cognitive radio and cellular networks: An outage analysis,” in Proc ICCIA, Kolkata, India, 2011 [5] V Gardellin, S Das, and L Lenzini, “Self-coexistence in cellular cognitive radio networks based on the IEEE 802.22 standard,” IEEE Wireless Commun, Apr 2013 [6] I F Akyildiz, W.-Y Lee, and K R Chowdhury, “CRAHNs: Cognitive radio ad hoc networks,” Ad Hoc Netw,Jul 2009 [7] D Li, “Performance analysis of uplink cognitive cellular networks with opportunistic scheduling,” IEEE Commun Lett, Sep 2010 [8] J Xiang, Y Zhang, T Skeie, and L Xie, “Downlink spectrum sharing for cognitive radio femtocell networks,” IEEE Syst, Dec 2010 [9] N Tadayon and S Aissa, “Modeling and analysis of cognitive radio based IEEE 802.22 wireless regional area networks,” IEEE Trans Wireless Commun, Sep 2013 [10] A Sahai, N Hoven, R Tandra, “Some fundamental limits in cognitive radio,” in Proc Of Allerton Conf Commun Control Comput, Sept 2004 [11] O Simeone, I Stanojev, S Savazzi, Y Bar-Ness, U Spagnolini, and R Pickholtz, “Spectrum leasing to cooperating secondary ad hoc networks,” IEEE Journal on Selected Areas in Communication, 2008 59 [12] Y Han and S H Ting, “Cooperative Decode-and-Forward Relaying for Secondary Spectrum Access,” IEEE Trans on Wirel Commun, 2009 [13] Y Han, S H Ting, A Pandharipande, “Cooperative Spectrum Sharing Protocol with Secondary User Selection”, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2010 [14] T T Duy, H Y Kong, "Performance Analysis of Two-Way Hybrid Decodeand-Amplify Relaying Scheme with Relay Selection for Secondary Spectrum Access", Wireless Personal Communications (WPC), 2013 [15] Y Guo, G Kang, N Zhang, W Zhou, and P Zhang, “Outage performance of relay-assisted cognitive-radio system under spectrum-sharing constraints,” Electron Lett, 2010 [16] J Nicholas Laneman, David N C Tse, and Gregory W Wornell,”Cooperative diversity in wireless networks:Efficient protocols and outage behavior”, IEEE Trans On Information., vol 50, no 12, Dec 2004 [17] A A Nasir, X Zhou, S Durrani, and R A Kennedy, “Relaying protocolsfor wireless energy harvesting and information processing,” IEEE Trans.Wireless Commun., vol 12, no 7, pp 3622-3636, July 2013 [18] X Zhou, R Zhang, and C Keong Ho, “Wireless information and power transfer: Architecture design and rate-energy tradeoff,” IEEE Trans.Commun., vol 61, no 11, pp 4754-4767, Nov 2013 [19] B Xia and J Wang, “Effect of channel-estimation error on QAM systems with antenna diversity,” IEEE Trans Commun., vol 53, no 3, pp 481–488, Mar 2005 [20] Q Li, S H Ting, A Pandharipande, and Y Han, “Cognitive Spectrum Sharing with Two-way Relaying Systems,” IEEE Trans Veh Technol, Mar 2011 [21] L Liu, R Zhang, and K Chua, “Wireless Information and Power Transfer: A Dynamic Power Splitting Approach,” IEEE Trans Commun., vol 61, no 4, 60 pp 3990–4001, Sept 2013 [22] H Zhu and J Wang, “Chunk-based resource allocation in OFDMA systemspart I: chunk allocation,” IEEETrans Commun, sept 2009 [23] I S Gradshteyn and I M Ryzhik, Table of Integrals, Series, and Products, 7th ed New York: Academic Press, 2007 [24] T Yucek and H Arslan, "A survey of spectrum sensing algorithms for cognitive radio applications," Communications Surveys & Tutorials, IEEE, vol 11, pp 116-130, 2009 [25] S Haykin, "Cognitive radio: brain-empowered wireless communications," Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol 23, pp 201-220, 2005 [26] A Goldsmith, S A Jafar, I Maric, and S Srinivasa, "Breaking Spectrum Gridlock With Cognitive Radios: An Information Theoretic Perspective," Proceedings of the IEEE, vol 97, pp 894-914, 2009 [27] V N Q Bao, T Q Duong, and C Tellambura, "On the Performance of Cognitive Underlay Multihop Networks with Imperfect Channel State Information," Communications, IEEE Transactions on, vol 61, pp 48644873, 2013 [28] Zihao Wang, Zhiyong Chen, Ling Luoy, Zixia Huz, Bin Xia and Hui Liu, “Outage Analysis of Cognitive Relay Networks with Energy Harvesting and Information Transfer,” Signal Processing for Communications Symbosium, IEEE ICC, 2014 [29] Nguyễn Văn Chính “Truyền Thơng Kết Hợp Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức: Cải Thiện Đánh Giá Hiệu Năng Mạng Thứ Cấp,” Luận án tiến sĩ, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2017 [30] Zihao Wang, Zhiyong Chen, Bin Xia, Ling Luo, and Jian Zhou, “Cognitive Relay Networks With Energy Harvesting and Information Transfer: Design, Analysis, and Optimization,” IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol 15, No.4, April 2016 61 [31] Caijun Zhong, Himal A Suraweera, Gan Zheng, Loannis Krikidis and Zhaoyang Zhang, “Wireless Information and Power Transfer with Full Duplex Relaying,” IEEE Transactions on Communications, Sep 2014 [32] Xing Zhang, Zhi Yan, Yue Gao, and Wenbo Wang, “On the Study of Outage Performance for Cognitive Relay Networks (CRN) with the Nth Best-Relay Selection in Rayleigh-fading Channels,” IEEE Wireless communications letters, Feb 2013 [33] Trần Văn Hiếu “Đánh Giá Hiệu Năng Của Giao Thức Truyền Đa Chặng Cộng Tác Trong Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền,” Luận văn thạc sĩ, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2017 [34] Phạm Thị Mỹ Linh “Mạng Truyền Đồng Thời Thông Tin Và Năng Lượng Chế Độ Song Công,” Luận văn thạc sĩ, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hố Chí Minh, 2016 62 ... mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng  Phân tích mơ hình mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng phân chia cơng suất  Phân tích hiệu năng, thơng lượng tức thời, lượng thu thập trung... bình mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập lượng phân chia công suất  Mô đánh giá rút kết luận hiệu năng, thông lượng tức thời, lượng thu thập trung bình mạng vơ tuyến nhận thức hỗ trợ thu thập. .. thu thập lượng giao thức thu thập lượng mạng vô tuyến nhận thức 2.1 Mạng vô tuyến nhận thức 2.1.1 Khái niệm vô tuyến nhận thức Vô tuyến nhận thức mơ hình mà có khả tự nhận thức thực thể, nhạy