Khả năng tán xạ ngược của gói tin với chiều dài hữu hạn trong truyền thông UAV

Bài viết Khả năng tán xạ ngược của gói tin với chiều dài hữu hạn trong truyền thông UAV đưa ra biểu thức thông lượng và BLER của thiết bị bay không người lái (UAV) hỗ trợ hệ thống truyền thông tán xạ ngược dựa trên khối dữ liệu với chiều dài hữu hạn. Mô phỏng Monte carlo được sử dụng để kiểm chứng các kết quả phân tích đã trình bày và đánh giá phẩm chất hệ thống đề xuất. Mời các bạn cùng tham khảo!

Khả tán xạ ngược gói tin với chiều dài hữu hạn truyền thông UAV Chu Tiến Dũng, Trần Mạnh Hồng, Thiều Hữu Cường Trường Đại học Thơng tin Liên lạc Tóm tắt: Bài báo đưa biểu thức thông lượng BLER thiết bị bay không người lái (UAV) hỗ trợ hệ thống truyền thông tán xạ ngược dựa khối liệu với chiều dài hữu hạn Mô Monte carlo sử dụng để kiểm chứng kết phân tích trình bày đánh giá phẩm chất hệ thống đề xuất Từ khóa: Thiết bị khơng người lái (UAV), tán xạ ngược, chiều dài gói tin hữu hạn I GIỚI THIỆU Ngày nay, truyền thông chiều dài khối liệu hữu hạn, thiết bị không người lái (UAV) liên lạc tán xạ ngược kỹ thuật đầy hứa hẹn triển khai cho công nghệ không dây 5G 6G [1, 2] Do đó, nghiên cứu dựa kỹ thuật phát triển nhanh thời gian gần Tuy nhiên , hầu hết nghiên cứu xem xét liên lạc với khối liệu độ dài lớn phục vụ người dùng mặt đất hệ thống truyền thông không dây Trong , liên lạc tán xạ ngược hai vị trí phù hợp cho hệ thống truyền gói tin ngắn Kết nghiên cứu [3] khoảng cách truyền tán xạ ngược đạt 2.8 km Vì vậy, thiết bị tán xạ ngược sử dụng để thu thập liệu cho hệ thống điều khiển từ xa với hỗ trợ UAV hay hệ thống cảm biến Tuy nhiên, việc kết hợp liên lạc tán xạ ngược, gói tin ngắn UAV chưa khảo sát Từ vấn đề thúc đẩy chúng tơi xây dựng mơ hình truyền thơng dựa gói tin độ dài hữu hạn có hỗ trơ UAV với khả tán xạ ngược Bằng phân tích tốn học, chúng tơi đưa biểu thức tỉ lệ lỗi chiều dài gói tin trung bình (BLER) mơ hình đề xuất cho việc đánh giá chất lượng hệ thống II MƠ HÌNH HỆ THỐNG Hình Sơ đồ khối hệ thống Mơ hình hệ thống bao gồm: trạm điều khiển mặt đất, UAV người dùng BDn Cụ thể, tọa độ UAV bay thể tọa độ (r sin  , r cos  , H ) BDn hoạt động thiết bị tán xạ ngược bố trí ( xDn , yDn ,0) Q trình liên lạc chia làm giai đoạn: đầu tiên, UAV truyền tín hiệu vơ tuyến đến BDn Thứ hai, tín hiệu bị tán xạ ngược từ BDn đến UAV Thứ 3, tín hiệu truyền từ UAV đến GS Tín hiệu nhận BDn giai đoạn đầu là: yBDn  PV g n ,1 s1  z BDn , 133 (1) Trong n {1, theo tham chiếu , N} gn,1   hn,1 / dVUn hệ số kênh truyền từ UAV đến BDn tính từ cơng suất kênh truyền với khoảng cách m , hn,1 fading quy mô nhỏ có phân bố Nakagami dVU n  ( xDn  r sin  )  ( yDn  r cos  )  H khoảng cách UAV đến BDn ,  góc nâng UAV, S1 tín hiệu truyền UAV, z BDn ~ C (0,  n2 ) tạp âm Gauss BDn Trong giai đoạn 2, tín hiệu phản xạ với hệ số  B từ BDn đến UAV Vì vậy, tín hiệu nhận UAV thông qua đa truy cập phân chia theo thời gian xác định sau: yUAV   B PV g n ,1 g n ,2 s1 sn,2   B g n,2 z BDn  zUAV , (2) Trong gn,2   hn,2 / dVUn hệ số kênh truyền từ BDn đến UAV sn,2 tín hiệu truyền từ BDn zUAV ~ C (0,  n2 ) tạp âm Gauss UAV Xác suất xảy đường truyền thẳng (LOS) UAV BDn phụ thuộc vào môi trường  H 180o arcsin  PNLoS   PLoS a b số , n   dVU  a.exp  b(n  a)    n viết lại như: PLoS  n   B PV | g n,1 |2 | g n,2 |2 ,  B | g n,2 |2  U2AV   Từ (2), SNR UAV   (3) III PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ BLER Khi chiều dài gói liệu đủ lớn, ( m  100 ) , BLER UAV hệ thống xem xét cho từ Hàm Q phân bố Gauss [4] đó:  n  Q((C ( n )  Rn ) / V ( n ) / m ) (4) Trong C( n )  log2 (1   n ) dung lượng shanon V ( n )  (1  1/ (1   i )2 )(log e)2 phân tán kênh Rn tốc độ truyền hệ thống Sau số bước biến đổi, BLER trung bình tính tốn: n ( )   n  H L Trong F n | ( x | ) điều kiện hàm CDF F n | ( x |  )dx, (5)  n , n  [2 (22 Rn  1) / m]1/2 ,  n  2Rn  1, L   n  1/ (2n ) H   n  1/ (2n ) Chú ý rằng,  hệ số suy hao thêm kết nối LOS NLOS Cụ thể,   cho truyền lan LOS    cho truyền lan NLOS Sau đó, chúng tơi đưa BLER UAV hệ thống đề xuất là: n Trong n ,LoS ()  PLoS n,LoS  PNLoS n,NLoS , (2) n ,NLoS m1 1  1  n , LoS j 0 j m1  m2 n   m1   m2 n   exp       j !  1    2 B PV    2 B PV   j   m2 n       i  i   ( m1 )   B PV m1  j m1 1 n ,NLoS  1  j 0 K m1  j  i (7)  n m1m2  1 B PV j m1  m2 n   m1   m2 n   exp       j !  1    2 B PV    2 B PV   j   m2 n       i  i   ( m1 )   B PV m1  j m1  j  i m1  j  i K m1  j  i 134  n m1m2  12 B PV (8) Thay (7) (8) vào (6) đưa biểu thức BLER UAV Ngồi ra, thơng lượng liên lạc chiều dài gói tin hữu hạn hệ thống UAV tán xạ ngược tính tốn số lượng gói tin giải mã thành cơng Mơ hình tốn học thơng lượng tán xạ ngược UAV BDn cho bởi: N b (1  n ( )), n 1 Nm  (b)   (9) Trong m  mi  me , b  be  bi Trong đó, mi me kênh sử dụng cho huấn luyện truyền liệu be bi số lượng bit huấn luyện số bit truyền liệu IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Từ biểu thức toán học đưa từ phần trên, đánh giá BLER thông lượng chiều dài khối liệu hữu hạn hệ thống truyền thơng tán xạ ngược có hộ trợ UAV Mơ Monte Carlo chứng minh cho biểu thức đưa thông qua việc sử dụng MATLAB Các tham số sử dụng cho mô thiết lập sau: Số lượng bit truyền kiệu 128, r  50m, H  100m,   20 dB Hình BLER trung bình so với SNR UAV BDn Hình minh họa BLER BDn hệ thống tán xạ ngược với hỗ trợ UAV số kênh truyền thay đổi Các đường cong lý thuyết đưa theo công thức số Trong có biểu tượng minh họa cho kết mơ monte carlo Chúng ta quan sát BLER nhỏ tốc độ truyền b / m giảm Hơn nữa, tăng m cải thiện mã hóa đạt độ phân tán khơng cải thiện Do đó, tất đường cong dường song song toàn SNR Hình Thơng lượng so với số lượng gói tin truyền hệ thơng xem xét có hỗ trợ UAV 135 Hình thể thơng lượng hệ thống đề suất số lượng bit huấn luyện thay đổi tổng số bit truyền liệu cố định Hình minh họa số lượng bit huấn luyện lớn có thơng lượng nhỏ Ngun nhân điều có bit liệu truyền tăng bit huấn luyện Mặt khác, thông lượng đạt giá trị lớn sau giảm số lượng gói tin truyền dẫn tăng V KẾT LUẬN Bằng việc áp dụng phân tích tốn học, chúng tơi đưa biểu thức thông lượng BLER hệ thống liên lạc độ dài gói tin hữu hạn có hỗ trợ UAV tán xạ ngược Từ đó, ảnh hưởng số lượng gói tin truyền dẫn lên phẩm chất hệ thống khảo sát Hệ thống tìm thấy hệ thống điều khiển từ xa cảm biến TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Yang, Y Deng, X Tang, Y Ding, and J Zhou, "Energy Efficiency Optimization for UAV-assisted Backscatter Communications," IEEE Communications Letters, 2019 [2] N Agrawal, A Bansal, K Singh, C.-P Li, and S Mumtaz, "Finite Block Length Analysis of RIS-Assisted UAV-Based Multiuser IoT Communication System with Non-Linear EH," IEEE Transactions on Communications, 2022 [3] V Talla, M Hessar, B Kellogg, A Najafi, J R Smith, and S Gollakota, "Lora backscatter: Enabling the vision of ubiquitous connectivity," Proceedings of the ACM on interactive, mobile, wearable and ubiquitous technologies, vol 1, no 3, pp 1-24, 2017 [4] N H Tu and K Lee, "Performance analysis and optimization of multihop MIMO relay networks in short-packet communications," IEEE Transactions on Wireless Communications, 2021 136 ... thức BLER UAV Ngồi ra, thơng lượng liên lạc chiều dài gói tin hữu hạn hệ thống UAV tán xạ ngược tính tốn số lượng gói tin giải mã thành cơng Mơ hình tốn học thơng lượng tán xạ ngược UAV BDn cho... thông lượng BLER hệ thống liên lạc độ dài gói tin hữu hạn có hỗ trợ UAV tán xạ ngược Từ đó, ảnh hưởng số lượng gói tin truyền dẫn lên phẩm chất hệ thống khảo sát Hệ thống tìm thấy hệ thống điều... đưa từ phần trên, đánh giá BLER thông lượng chiều dài khối liệu hữu hạn hệ thống truyền thơng tán xạ ngược có hộ trợ UAV Mô Monte Carlo chứng minh cho biểu thức đưa thông qua việc sử dụng MATLAB