Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.

Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.Phân tích hiệu năng mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng nguồn năng lượng sóng vô tuyến và kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường trên mỗi chặng.

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN VĂN HIỀN PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG SĨNG VƠ TUYẾN VÀ KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG CỘNG TÁC TĂNG CƯỜNG TRÊN MỖI CHẶNG CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – 2021 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN TRUNG DUY Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Vào lúc: …… giờ……ngày…….tháng……năm……… Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chuyển tiếp kỹ thuật hiệu sử dụng mạng truyền thơng vơ tuyến nhằm mở rộng vùng phủ sóng cho mạng, nâng cao độ tin cậy việc truyền liệu (khi so sánh với việc truyền trực tiếp khoảng cách xa), giảm công suất phát nút phát (do truyền liệu khoảng cách ngắn), chống lại fading kênh truyền suy hao đường truyền, … Đặc biệt hệ thống mạng khơng có sở hạ tầng phục vụ (non-infrastructure networks) mạng cảm biến không dây (Wireless sensor networks), mạng adhoc di động (Mobile adhoc networks),… nút mạng bị giới hạn lượng, kích thước, khả lưu trữ tính tốn Do đó, chuyển tiếp dường phương tiện khơng thể thiếu loại hình mạng Năng lượng vấn đề then chốt cho mạng khơng có sở hạ tầng phục vụ số lượng nút mạng ngày lớn thiết bị lại bị giới hạn lượng Hơn nữa, số lượng nút mạng lớn, việc cung cấp lượng theo phương pháp truyền thống thay pin, dùng nguồn điện cố định để sạc pin, v.v không hiệu Gần đây, thu thập lượng sóng vơ tuyến (Radio Frequency Energy Harvesting (RF-EH)) nhận quan tâm đặc biệt nhà nghiên cứu nước Khác với phương pháp thu thập lượng khác, kỹ thuật RF-EH vượt qua số điều kiện khách quan môi trường ngày đêm, điều kiện thời tiết Hơn nữa, kỹ thuật RF-EH cần yêu cầu nhiều nguồn phát sóng vơ tuyến ổn định Việc tích hợp truyền thơng tin thu thập lượng thực đồng thời qua việc phát sóng vơ tuyến ưu điểm kỹ thuật RF-EH Trong luận văn này, học viên nghiên cứu mạng chuyển tiếp đa chặng sử dụng kỹ thuật RF-EH từ trạm phát sóng vơ tuyến mạng Hơn nữa, mơ hình chuyển tiếp đa chặng sử dụng truyền thông cộng tác tăng cường (incremental cooperative communication) chặng áp dụng để nâng cao hiệu truyền liệu từ nguồn đến đích 2 Mục tiêu nghiên cứu - Đề xuất mô hình chuyển tiếp đa chặng sử dụng RF-EH từ trạm phát sóng vơ tuyến để chuyển tiếp liệu Hơn nữa, truyền thông cộng tác tăng cường áp dụng chặng để nâng cao hiệu mạng - Đánh giá xác suất dừng tồn trình và/hoặc thơng lượng tồn trình mơ hình đề xuất kênh fading Rayleigh để thấy ưu điểm bật mơ hình đề xuất - Mơ hình đề xuất đạt hiệu xác suất dừng (OP) tốt mơ hình chuyển tiếp đa chặng thơng thường Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng 1: Mạng chuyển tiếp đa chặng Từ mơ tả mơ hình hệ thống trên, đối tượng mà đề tài nghiên cứu mạng chuyển tiếp đa chặng Mạng chuyển tiếp đa chặng mơ hình mạng phổ biến tương lai gần (ví dụ mạng cảm biến, mạng IoT, mạng ad-hoc, v.v.), đó, nút mạng bị giới hạn kích thước, lượng, khả lưu trữ tính tốn Do đó, để truyền thơng khoảng cách xa, chuyển tiếp hay chuyển tiếp đa chặng giải pháp hiệu đầy tiềm Đối tượng 2: Thu thập lượng sóng vơ tuyến Do nút mạng giới hạn mặt lượng, hệ thống triển khai trạm phát vô tuyến B mạng để cung cấp lượng vô tuyến cho nút mạng Để tránh nhiễu đồng kênh việc truyền liệu truyền lượng, tần số sử dụng cho việc thu thập lượng sóng vơ tuyến khác với tần số truyền liệu sử dụng hệ thống Đối tượng 3: Truyền thông cộng tác tăng cường chặng Để nâng cao độ tin cậy cho việc truyền liệu chặng, truyền thông cộng tác tăng cường sử dụng chặng 3 Đối tượng 4: So sánh hiệu với mơ hình chuyển tiếp thơng thường Mục tiêu đề tài nâng cao độ tin cậy việc truyền liệu so sánh với mơ hình chuyển tiếp đa chặng truyền thống b) Phạm vi nghiên cứu: Các phạm vi nghiên cứu đề tài là: - Nghiên cứu mạng chuyển tiếp đa chặng giải mã chuyển tiếp (DF: Decode and Forward) hoạt động kênh fading Rayleigh - Nghiên cứu kỹ thuật thu thập lượng sóng vơ tuyến: nút mạng thu thập lượng từ trạm phát sóng vơ tuyến để truyền liệu - Nghiên cứu kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường áp dụng chặng - Đánh giá hiệu xác suất dừng thơng lượng tồn trình mơ hình đề xuất Phương pháp nghiên cứu: - Khảo sát nghiên cứu liên quan đánh giá ưu nhược điểm phương pháp - Dựa mơ hình tốn để đánh giá hiệu mơ hình đề xuất - Sử dụng mơ Monte Carlo để kiểm chứng tính xác biểu thức toán học Cấu trúc nội dung luận văn CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN Tóm tắt: Chương giới thiệu kiến thức liên quan đến luận văn khái niệm mạng vô tuyến chuyển tiếp, truyền thông cộng tác, chuyển tiếp đa chặng thu thập lượng sóng vơ tuyến 1.1 Giới thiệu mạng vô tuyến chuyển tiếp 1.1.1 Khái niệm mạng chuyển tiếp Mạng chuyển tiếp kết hợp liên kết ngắn với để phủ sóng khu vực rộng lớn cách sử dụng thiết bị chuyển tiếp trung gian (Relay) trạm gốc (Base Station: BS) máy thu (Mobile Station: MS) Một mạng chuyển tiếp thường bao gồm ba thành phần chính, nút nguồn (Source), nút chuyển tiếp (Relay) nút đích (Destination) Nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp (Amplify-and-Forward - AF) kỹ thuật giải mã chuyển tiếp (Decode-and-Forward - DF) 1.1.2 Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp R D S Hình 1: Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp AF Khuếch đại chuyển tiếp hay gọi chuyển tiếp tương tự (analog relaying) phương thức chuyển tiếp tín hiệu đơn giản Như tên gọi, nút chuyển tiếp phương thức khuếch đại chuyển tiếp đơn giản khuếch đại tín hiệu mà nhận trước chuyển tiếp nút 5 1.1.3 Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp DF gọi chuyển tiếp số (Digital Relaying) Thuật tốn giải mã chuyển tiếp mơ tả ngắn gọn sau: khoảng thời gian thứ nhất, nút nguồn phát tín hiệu đến nút đích nút chuyển tiếp Trong khoảng thời gian thứ hai, nút chuyển tiếp thực giải điều chế giải mã tín hiệu nhận từ nút nguồn, sau mã hóa lại phát lại tín hiệu tới nút đích R D S Hình 2: Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp DF 1.2 Giới thiệu truyền thông cộng tác Mơ hình truyền thơng cộng tác (cooperative communication) thơng thường có ba nút: nút nguồn, nút chuyển tiếp nút đích Điểm khác biệt mơ hình truyền thơng cộng tác mơ hình chuyển tiếp thơng thường chỗ: mơ hình truyền thông cộng tác khai thác đường liên kết trực tiếp nguồn đích R S D Hình 3: Mơ hình truyền thơng cơng tác 6 Để nâng cao hiệu phổ cho việc triển khai mơ hình truyền thông cộng tác, giao thức truyền thông cộng tác tăng cường (incremental relaying protocol) đề xuất R ACK S D ACK Hình 4: Mơ hình truyền thơng cộng tác tăng cường: đích giải mã thành cơng liệu khe thời gian phản hồi thông điệp ACK 1.3 Chuyển tiếp đa chặng 1.3.1 Giới thiệu kỹ thuật chuyển tiếp đa chặng Dựa vào số chặng (Hop) nút nguồn nút đích ta phân loại kỹ thuật chuyển tiếp: chuyển tiếp hai chặng (Two-hop relaying hay dual-hop relaying), chuyển tiếp đa chặng (Multi-hop relaying) Ngồi ra, ta phân loại mạng chuyển tiếp thành: chuyển tiếp đơn hướng (one – way relay) chuyển tiếp song hướng (two – way relay) Cuối cùng, dựa vào kỹ thuật xử lý nút chuyển tiếp mà ta phân loại mạng giải mã chuyển tiếp (DF: Decode and Forward) hay khuếch đại chuyển tiếp (AF: Amplify and Forward) 1.3.2 Mạng chuyển tiếp đa chặng Mở rộng chuyển tiếp hai chặng với nhiều nút chuyển tiếp, ta có mơ hình chuyển tiếp đa chặng Hình 1.6 7 S R R R D Hình 5: Mạng chuyển tiếp đa chặng: sử dụng nhiều nút chuyển tiếp trung gian 1.4 Giới thiệu kỹ thuật thu thập lượng sóng vơ tuyến Khác với nguồn lượng từ mặt trời, gió phụ thuộc nhiều vào mơi trường, thu thập lượng tần số vơ tuyến (RF) đạt ổn định cao (không phụ thuộc nhiều vào môi trường xung quanh) Thật vậy, thu thập lượng sóng vơ tuyến u cầu nhiều nguồn phát sóng vơ tuyến ổn định Hơn nữa, việc tích hợp truyền thơng tin thu thập lượng thực đồng thời qua việc phát sóng vơ tuyến Đây ưu điểm thu thập lượng sóng vơ tuyến cho thiết bị truyền thơng vơ tuyến Hình 6: Thu thập lượng sóng vơ tuyến 8 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG Tóm tắt: Chương giới thiệu ba mơ hình chuyển tiếp đa chặng Mơ hình chuyển tiếp đa chặng thơng thường (MH-DT), Mơ hình chuyển tiếp đa chặng sử dụng truyền thông cộng tác (MH-CC) Mơ hình chuyển tiếp đa chặng sử dụng truyền thơng cộng tác tăng cường (MH-IR) 2.1 Mơ hình chuyển tiếp đa chặng thông thường (MH-DT) B T0 T2 T1 TK −1 TK Hình 1: Mơ hình chuyển tiếp đa chặng thơng thường sử dụng nguồn lượng sóng vơ tuyến Hình 2.1 mơ tả mơ hình chuyển tiếp đa chặng thông thường (MH-DT: MultiHop scheme using Direct Transmission), nguồn T0 gửi liệu đến đích TK thơng qua giúp đỡ nút chuyển tiếp trung gian, ký hiệu: T1 , T2 , …, TK −1 Bởi nút mạng bị giới hạn mặt lượng, hệ thống triển khai trạm phát vô tuyến B mạng để cung cấp lượng vô tuyến cho nút mạng Để tránh nhiễu đồng kênh việc truyền liệu truyền lượng, tần số sử dụng cho việc thu thập lượng sóng vơ tuyến khác với tần số truyền liệu sử dụng hệ thống 9 2.2 Mơ hình chuyển tiếp đa chặng sử dụng truyền thông cộng tác (MHCC) R1 T0 MRC RK R2 T1 MRC T2 TK −1 MRC TK B Hình 2: Mơ hình MH-CC Để nâng cao hiệu chuyển tiếp liệu chặng, truyền thông cộng tác sử dụng chặng Mơ hình có tên MH-CC (Multi-Hop relaying using Cooperative Communication) Hình 2.4 vẽ mơ hình MH-CC, nguồn T0 muốn gửi liệu đến đích TK sử dụng tuyến thiết lập, với (K-1) nút trung gian T1 , T2 , …, TK −1 Mơ hình MH-CC sử dụng nút chuyển tiếp bên tuyến nguồn đích để nâng cao độ tin cậy việc chuyển tiếp liệu chặng Giả sử mật độ nút mạng lớn (như mạng cảm biến vô tuyến, mạng adhoc, ) để chặng tuyến nguồn đích ln có nút chuyển tiếp sẵn sàng hỗ trợ việc truyền liệu Mơ hình MH-CC sử dụng truyền thông cộng tác để nâng cao độ tin cậy việc chuyển tiếp liệu chặng Tuy nhiên, việc thực mơ hình MH-CC phức tạp nhiều so với mơ hình MH-DT kỹ thuật truyền thơng cộng tác u cầu đồng cao nút, cần nhiều thời gian lượng cho việc thiết lập đồng 10 2.3 Mơ hình chuyển tiếp đa chặng sử dụng truyền thông cộng tác tăng cường (MH-IR) Luận văn đề xuất áp dụng kỹ thuật truyền thông cộng tác tăng cường chặng để làm giảm độ phức tạp Mơ hình đề xuất đặt tên MH-IR (Multi-hop relaying using Incremental Cooperation) R1 T0 RK R2 T1 T2 TK −1 TK B Hình 3: Mơ hình MH-IR Hình 2.7 mơ tả mơ hình MH-IR, ta thấy mơ hình MH-IR giống mơ hình MH-CC sử dụng nút chuyển tiếp R để thực kỹ thuật truyền thông cộng tác chặng Điểm khác biệt MH-IR MH-CC chất lượng kênh hai nút Tk−1 Tk tốt nút R k khơng cần phải chuyển tiếp liệu nút R k Trong Hình 2.7, đường đứt nét sử dụng để diễn đạt ý nút chuyển tiếp R sử dụng khơng Mơ hình MH-IR đạt độ lợi phân tập từ việc thực kỹ thuật truyền thông cộng tác chặng Tuy nhiên, mơ hình MH-IR đơn giản mơ hình MHCC Hơn nữa, truyền thông cộng tác tăng cường tiết kiệm công suất phát cho nút chuyển tiếp, giảm độ phức tạp sử dụng kỹ thuật kết hợp MRC MH-CC 11 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG Tóm tắt: Chương đánh giá hiệu xác suất dừng OP (Outage Probability) mô hình nghiên cứu MH-DT, MH-IR MH-CC mơ hình kênh truyền fading Rayleigh 3.1 Mơ hình kênh truyền Giả sử rằng, kênh truyền hai nút kênh fading Rayleigh nên độ lợi kênh truyền UV có phân phối mũ (exponential distribution), với U,V  Tk , R k ,B ( k = 0,1, , K ) Do đó, hàm CDF (Cummulative Distribution Function) UV viết sau: FUV ( x ) = − exp ( − UV x ) , x  (3.1) với  UV thông số đặc trưng UV Từ công thức (3.1), hàm PDF (Probability Density Function) đưa công thức (3.3): fUV ( x ) =  UV exp ( − UV x ) 3.2 (3.3) Định nghĩa xác suất dừng Xác suất dừng định nghĩa xác suất mà dung lượng kênh tức thời đạt nút phát U nút thu V nhỏ ngưỡng xác định trước, cụ thể: CUV  Cth , với Cth  ngưỡng dừng, U,V  Tk , R k ,B Ngược lại, CUV  Cth , ta giả sử nút thu V giải mã thành cơng liệu nhận từ nút phát U Tiếp theo, xác suất mà truyền liệu mơ hình MH-Z thành cơng đưa công thức sau: K MH-Z Success P MH-Z =  PSuccess, k, k=1 (3.4) 12 MH-Z với Z  DT,IR,CC , PSuccess,k xác suất mà truyền liệu chặng thứ k thành cơng Cơng thức (3.4) có nghĩa để liệu nút nguồn đến đích thành cơng truyền tất chặng phải thành công Do đó, xác suất dừng MH-Z đưa công thức sau: K MH-Z MH-Z OPMH-Z = − PSuccess = −  PSuccess, k k =1 (3.5) = −  (1 − OPkMH-Z ), K k =1 với OPkMH-Z xác suất dừng chặng thứ k mơ hình MH-Z 3.3 OP mơ hình MH-DT Cơng thức tính xác xác suất dừng mơ hình MH-DT sau: ( K ) OPMH-DT = −   BTk −1 Tk −1Tk 1,th K1 BTk −1 Tk −1Tk 1,th    k =1 3.4 (3.13) OP mơ hình MH-IR Xác suất dừng chặng thứ k MH-IR đưa sau: ( OPkMH-IR = Pr CTIRk −1Tk  Cth , CTIRk −1R k  Cth ( P1,MH-IR k ) ) + Pr CTIRk −1Tk  Cth , CTIRk −1R k  Cth , CRIRk Tk  Cth , (3.14) P2,MH-IR k với P1,kMH-IR xác suất mà hai nút Tk R k giải mã thành công MH-IR liệu nhận từ nút Tk−1 nên truyền liệu bị dừng, P2,k xác suất mà nút Tk giải mã thành công liệu nhận từ nút Tk−1 nút chuyển tiếp R k lại giải mã thành công, truyền liệu từ R k Tk lại không thành công nên truyền liệu trường hợp bị dừng 13 Đầu tiên, ta xét xác suất P1,kMH-IR , sử dụng công thức (2.27) (2.28), ta viết lại P1,kMH-IR dạng sau: ( ) P1,MH-IR = Pr BTk −1Tk −1Tk  3,th ,BTk −1Tk −1R k  3,th , k (3.15) với (3.16) Tiếp tục thực biến đổi công thức (3.15), ta có: + P1,MH-IR =  FT k k −1Tk  3,th   3,th   FTk −1Rk   fBT ( x ) dx,  x   x  k −1 (3.17) Sử dụng hàm CDF PDF đưa công thức (3.1) (3.3), hàm CDF PDF công thức (3.17) đưa sau: FT  3,th   x 3,th     = − exp  −Tk −1Tk , x    (3.18) FT 3,th   3,th     = − exp  −Tk −1R k , x   x   (3.19) k −1Tk k −1R k fBT k −1 ( x ) = BT k −1 ( ) exp − BTk −1 x , Thay công thức (3.18)-(3.20) vào công thức (3.17), ta đạt được: (3.20) 14 P1,MH-IR k  3,th  3,th   1 − exp  −Tk −1Tk  − exp  −Tk −1R k x  x +   =       + exp  − Tk −1Tk + Tk −1R k 3,th  x    ( )     exp − BTk −1 x dx  BTk −1   ( ) +    = −  exp  −Tk −1Tk 3,th  BTk −1 exp − BTk −1 x dx x   +    −  exp  −Tk −1R k 3,th  BTk −1 exp − BTk −1 x dx x   +    +  exp  − Tk −1Tk + Tk −1R k 3,th  BTk −1 exp − BTk −1 x dx x   ( ( ) ( ) ) ( (3.21) ) Sử dụng công thức (3.324.1) tài liệu [27] để tính tích phân cơng thức (3.21), ta đạt công thức (3.22) sau: ( K (2 P1,MH-IR = − Tk −1Tk BTk −1 3,th K1 Tk −1Tk  BTk −1 3,th k − Tk −1R k BTk −1 3,th +2 ( Tk −1Tk ) ) Tk −1R k BTk −1 3,th ( ) + Tk −1R k BTk −1 3,th K1 ( Tk −1Tk (3.22) ) ) + Tk −1R k BTk −1 3,th MH-IR Tiếp theo, ta xét xác suất P2,k , sử dụng công thức (2.27), (2.28) MH-IR (2.30), ta viết lại P2,k dạng sau: ( = Pr ( ) ( ) )  Pr ( P2,MH-IR = Pr CTIRk −1Tk  Cth , CTIRk −1R k  Cth  Pr CRIRk Tk  Cth k T BTk −1 k −1Tk  3,th ,BTk −1Tk −1R k  3,th BR  R T   4,th ) , k (3.23) k k với Cth 4,th = (1− − ) 4  −1 Tương tự phép biến đổi công thức (3.17), ta viết: (3.24) 15 + P2,MH-IR =  FT k k −1Tk  3,th    3,th     1 − FTk −1R k    fBTk −1 ( x ) dx x x     +    FR T  4,th  fBR ( x ) dx k k  x  k +        =  exp  −Tk −1R k 3,th  − exp  − Tk −1Tk + Tk −1R k 3,th   BTk −1 exp − BTk −1 x dx x  x     ( ) ( +      1 − exp  − R k Tk 4,th   BR k exp − BR k x dx x     T R  BT 3,th K1 T R  BT 3,th k −1 k k −1 k −1 k k −1  =  −2 Tk −1Tk + Tk −1R k  BTk −1 3,th K1 Tk −1Tk + Tk −1R k  BTk −1 3,th  1 −  R k Tk  BR k  4,th K1  R k Tk  BR k  4,th    ( ( ( ) ) ( ) ) ( ( ) ) )     (3.25) Thay công thức (3.22) (3.25) vào (3.14), ta cơng thức tính xác xác suất OPkMH-IR , sau đó, thay OPkMH-IR vào cơng thức (3.5), ta biểu thức tính xác xác suất dừng mơ hình MH-IR 3.5 OP mơ hình MH-CC ( )  Cth sau: Cơng thức tính xác Pr CTMRC k −1R k Tk ( ) Pr CTMRC  Cth = k −1R k Tk ) ( 2   BTk −1 Tk −1Tk (  2,th − x ) K1  BTk −1  Tk −1Tk (  2,th − x )   2,th   −    BR k  R k Tk K  BR k  R k Tk x + K 2  BR k  R k Tk x    − BR k  R k Tk K   x BR k R k Tk   x ( ( ) ( ( ) ))      (3.36)      Bởi tích phân cơng thức (3.36) khơng tìm dạng tường minh nên luận văn sử dụng phần mềm MATLAB để tính tốn số học tích phân 16 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ LÝ THUYẾT Tóm tắt: Chương thực kết mô Monte Carlo để kiểm chứng kết phân tích đưa Chương 3, so sánh hiệu xác suất dừng mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC Các kết mơ (ký hiệu Sim) kết lý thuyết (ký hiệu Theory) thực phần mềm MATLAB Hình 1: Xác suất dừng vẽ theo  (dB) K =  = 0.2 Hình 4.1 biểu diễn xác suất dừng OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC theo tỷ số SNR phát  (dB) số chặng nguồn đích ( K = ) hệ số phân chia thời gian cho pha thu thập lượng 0.2 (  = 0.2 ) Nhận xét: Hình 4.1 cho thấy OP mơ hình MH-IR MH-CC cao mơ hình MHDT giá trị  thấp Điều cho thấy việc sử dụng kỹ thuật truyền thông cộng tác không hiệu  thấp Khi giá trị  đủ lớn, mơ hình MH-IR MHCC đạt giá trị OP thấp mô hình MH-DT Ta thấy OP mơ hình MHIR MH-CC giảm nhanh mơ hình MH-DT  tăng Điều chứng tỏ mơ hình MH-IR MH-CC đạt độ lợi phân tập cao sử dụng truyền 17 thông cộng tác chặng Hình 4.1 cho ta thấy giá trị hệ số  MH-IR ảnh hưởng đáng kể lên giá trị OP Khi  = 0.4 = (1 −  ) / , tức hai mơ hình MH-CC MH-IR phân bổ thời gian cho hai pha truyền liệu, nên MH-CC đạt giá trị OP thấp mơ hình MH-IR kỹ thuật MRC sử dụng chặng Tuy nhiên, chêch lệch giá trị OP trường hợp không đáng kể Trong trường hợp  = 0.6 , ta quan sát mơ hình MH-IR đạt giá trị OP thấp mơ hình MH-CC  lớn 27 dB Cuối cùng, ta quan sát kết mô (Sim) lý thuyết (Theory) trùng với nhau, điều kiểm chứng xác cơng thức tính xác suất dừng đưa Chương Hình 2: Xác suất dừng vẽ theo  (dB) K =  = 0.1 Hình 4.2 vẽ xác suất dừng OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC theo tỷ số SNR phát  (dB) số chặng nguồn đích ( K = ) hệ số phân chia thời gian cho pha thu thập lượng 0.1 (  = 0.1 ) Nhận xét: 18 Tương tự Hình 4.1, ta thấy mơ hình sử dụng truyền thơng cộng tác đạt hiệu xác suất dừng tốt mơ hình MH-DT  đủ lớn Trong Hình 4.2, OP mơ hình MH-IR MH-CC thấp mơ hình MH-DT giá trị  vào khoảng 20 dB với  = 0.45 = (1 −  ) / Khi giá trị  = 0.55 , ta quan sát OP mơ hình MH-IR thấp MH-CC Điều cho thấy việc thiết kế giá trị  phù hợp nâng cao đáng kể hiệu mơ hình MH-IR Một lần nữa, Hình 4.2 cho thấy kết mơ lý thuyết kiểm chứng lẫn Hình 3: Xác suất dừng vẽ theo K  = 25 dB  = 0.15 Hình 4.3 vẽ xác suất dừng OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC theo số chặng (K) nguồn đích  = 25 dB  = 0.15 Nhận xét: Quan sát từ Hình 4.3, ta thấy giá trị OP tất mơ hình cao số chặng lớn Nguyên nhân số chặng lớn thời gian truyền khe thời gian giảm, dẫn đến xác suất dừng chặng tăng, làm tăng xác suất dừng mơ hình Hình 4.3 cho thấy mơ hình MH-IR MH- 19 CC trường hợp  = (1 −  ) / = 0.425 đạt giá trị OP thấp mô hình MH-DT số chặng K có giá trị từ đến Điều giải thích sau: số chặng lớn thời gian truyền pha chặng mơ hình MH-IR MH-CC thấp Do đó, truyền thơng cộng tác chặng khơng hiệu Trong Hình 4.3, giá trị  lớn (  = 0.8 ), ta thấy OP mơ hình MH-IR cao, chí cao mơ hình MH-DT với tất giá trị số chặng Đó  = 0.8 thời gian truyền cho pha chặng mơ hình MH-IR thấp (1 −  −  = 0.05 ) , khơng phát huy lợi việc truyền lại liệu từ nút chuyển tiếp R Hình 4: Xác suất dừng vẽ theo K  = 25 dB  = 0.5 Hình 4.4 vẽ xác suất dừng OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC theo số chặng (K)  = 25 dB  = 0.5 Nhận xét: Tương tự Hình 4.3, xác suất dừng tất mơ hình tăng nhanh số chặng tăng Ta thấy  = 0.05 , OP tất mơ hình lớn 20 so sánh với trường hợp  = 0.25 Nguyên nhân giá trị  nhỏ lượng thu thập nút phát bị hạn chế, điều dẫn đến xác suất dừng mơ hình tăng Trong Hình 4.4, hệ số  cố định 0.5, ta thấy mơ hình MH-IR đạt giá trị OP thấp mơ hình MH-CC Hình 5: Xác suất dừng vẽ theo   = 20 dB, K =  = (1 −  ) / Hình 4.5 vẽ xác suất dừng OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC theo giá trị   = 20 dB K = Hơn nữa, hệ số  mơ hình MH-IR thiết kế  = (1 −  ) / Nhận xét: Quan sát từ Hình 4.5, ta thấy hệ số  có tác động đáng kể lên giá trị OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC Thật vậy, giá trị  nhỏ lượng thu thập nút phát thấp, dẫn đến công suất phát nút thấp xác suất dừng mơ hình lớn Tuy nhiên, giá trị  lớn thời gian dành cho việc truyền liệu thấp, dẫn đến xác suất dừng mơ hình lớn Như quan sát Hình 4.5, ta thấy tồn giá trị  để 21 OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC đạt giá trị thấp Cụ thể, OP mơ hình MH-DT nhỏ  = 0.35 , OP mơ hình MH-IR nhỏ  = 0.2 OP mơ hình MH-CC nhỏ  = 0.2 Ta thấy mơ hình MH-CC MH-IR đạt giá trị OP thấp MH-DT giá trị  nhỏ 0.35 Cuối cùng, đề cập hình vẽ bên trên,  = (1 −  ) / 2, OP MH-CC thấp OP mơ hình MH-DT Hình 6: Xác suất dừng vẽ theo   = 25 dB K = Hình 4.6 vẽ xác suất dừng OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC theo giá trị   = 25 dB K = Nhận xét: Tương tự Hình 4.5, ta thấy tồn giá trị  để xác suất dừng mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC đạt giá trị nhỏ Trong Hình 4.6, giá trị  mơ hình MH-IR cố định 0.4 0.5 Một lần nữa, ta thấy việc thiết kế giá trị  quan trọng Thật vậy,  = 0.4 , OP MH-IR lớn lớn OP MH-DT Ngược lại,  = 0.5 , OP MH-IR thấp 22 tất mơ hình Hơn nữa, thay đổi giá trị  , ta thấy giá trị tối ưu  để OP mơ hình MH-IR thay đổi Điều có nghĩa ta cần thiết kế đồng thời giá trị   để mơ hình MH-IR đạt hiệu tốt Hình 7: Xác suất dừng vẽ theo   = 25 dB, K =  = 0.1 Hình 4.7 vẽ xác suất dừng OP mơ hình MH-DT, MH-IR MH-CC theo giá trị   = 25 dB, K =  = 0.1 Nhận xét: Bởi OP mơ hình MH-DT MH-CC khơng phụ thuộc vào giá trị  nên ta quan sát hình vẽ OP mơ hình đường thẳng Quan sát OP mơ hình MH-IR, ta thấy việc thiết kế giá trị  phù hợp giúp mơ hình MH-IR đạt giá trị xác suất dừng tối ưu Thật vậy, Hình 4.7,  = 0.6 OP mơ hình MH-IR đạt giá trị thấp 23 KẾT LUẬN Các kết đạt Các kết thu luận văn đề xuất thiết kế mạng tóm tắt sau: - Trong điều kiện giới hạn thời gian trễ, mơ hình chuyển tiếp đa chặng hoạt động tốt số chặng không q lớn Hơn nữa, mơ hình MH-IR MH-CC đạt hiệu OP tốt mơ hình MH-DT với số chặng nhỏ công suất phát đủ lớn - Khi thời gian phân bổ pha chặng giống nhau, mơ hình MH-CC đạt giá trị OP thấp mơ hình MH-IR Tuy nhiên, độ chênh lệch giá trị OP hai mơ hình không lớn Hơn nữa, hệ số  thiết kế phù hợp, mơ hình MH-IR đạt giá trị OP thấp mơ hình MH-CC - Hệ số phân chia thời gian cho pha thu thập lượng  ảnh hưởng đáng kể đến hiệu xác suất dừng Các kết cho thấy giá trị  cần thiết kế cách tối ưu để đạt hiệu OP thấp cho mơ hình MH-DT, MH-CC MH-IR - Trong mơ hình MH-IR, hệ số phân chia thời gian   cần thiết kế đồng thời để tối ưu hiệu xác suất dừng cho mơ hình Hướng phát triển đề tài Luận văn phát triển theo hướng sau: - Xem xét kênh truyền tổng quát kênh fading Nakagami-m hay kênh fading Rician, v.v - Xem xét môi trường vô tuyến nhận thức, cơng suất phát nút phát bị ràng buộc theo mức giao thoa tối đa quy định nút sơ cấp - Xem xét mơ hình chuyển tiếp đa chặng với nút chuyển tiếp có nhiều anten, sử dụng kỹ thuật phân tập phát thu