Mạng chuyển tiếp hai chiều [2]
Truyền thông hai chiều được giới thiệu đầu tiên cho trường hợp truyền thông điểm
Chuyển tiếp hai chiều là quá trình sử dụng các nút chuyển tiếp để cho phép truyền thông hai chiều, trong đó hai điểm hoặc nút có thể trao đổi thông tin qua một hoặc nhiều điểm chuyển tiếp So với mạng chuyển tiếp một chiều, chuyển tiếp hai chiều mang lại hiệu suất băng thông tốt hơn.
Hình 1.1.1: Mạng chuyển tiếp 2 chiều
Truyền thông hai chiều, lần đầu tiên được áp dụng trong truyền thông điểm - điểm, cho phép hai điểm hoặc nút trao đổi thông tin qua một hoặc nhiều điểm chuyển tiếp Việc sử dụng các nút chuyển tiếp này, được gọi là chuyển tiếp hai chiều, mang lại hiệu suất băng thông tốt hơn so với mạng chuyển tiếp một chiều.
Các kỹ thuật truyền thống sử dụng bốn khe thời gian để hoàn tất quá trình trao đổi thông tin giữa hai điểm mạng Mỗi nút mạng gửi dữ liệu cho nút chuyển tiếp qua một khe thời gian, sau đó nút chuyển tiếp gửi thông tin đến hai nút mạng khác cũng sử dụng hai khe thời gian Do đó, quá trình này cần đến bốn khe thời gian, dẫn đến việc không tiết kiệm băng thông.
Phương thức chuyển tiếp hai chiều thứ hai sử dụng ba khe thời gian, cho phép cả hai nút mạng truyền thông tin tới nút chuyển tiếp trong hai khe thời gian đầu Trong khe thời gian thứ ba, nút chuyển tiếp áp dụng thuật toán mã mạng như XOR để kết hợp tín hiệu từ hai khe trước đó và phát lại cho cả hai nút mạng Mỗi nút mạng sau đó sử dụng thuật toán giải mã tương ứng để tách tín hiệu của nút kia, đảm bảo thông tin được truyền đạt chính xác.
Trong nghiên cứu về truyền thông vô tuyến, luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử viễn thông 60.52.02.03 phân tích quá trình truyền dẫn hai chiều Cụ thể, nút chuyển tiếp thực hiện nhiệm vụ giải điều chế và giải mã hai tín hiệu từ hai nút mạng Sau đó, tín hiệu được mã hóa và điều chế lại trước khi được truyền tiếp cho hai nút mạng trong khe thời gian thứ ba.
Phương thức thứ ba áp dụng hai khe thời gian, như minh họa trong hình 1.1.1c Trong trường hợp này, cả hai nút mạng đồng thời truyền tín hiệu đến nút chuyển tiếp trong khe thời gian đầu tiên Sau đó, nút chuyển tiếp sẽ gửi tín hiệu đã được xử lý đến hai nút mạng trong khe thời gian thứ hai Việc sử dụng hai khe thời gian trong quá trình trao đổi dữ liệu giúp tăng cường hiệu suất sử dụng băng thông đáng kể.
Truyền thông chuyển tiếp hai chiều cho phép các nút mạng giải mã dữ liệu từ các nút khác bằng cách loại bỏ tín hiệu của chính nó trong tín hiệu nhận được từ nút chuyển tiếp.
Mô hình hệ thống [10]
Hình 1.2.1 biễu diễn mô hình kênh chuyển tiếp hai chiều với các biến của kênh như sau:
W i ∈ {1, , 2 nR i }: các bản tin của nút mạng i
X i = [X i1 , , X in ] T : các từ mã của nút mạng i
Y R = [Y R1 , , Y Rn ] T : kênh lối ra của nút chuyển tiếp
X R = [X R1 , , X Rn ] T : các từ mã của nút chuyển tiếp
Y i = [Y i1 , , Y in ] T : các kênh ra tại nút mạng i
Các bản tin ước lượng tại nút mạng i, với i = 1, 2, được xác định bởi W ˆ i ∈ {1, , 2 nR i }, trong đó R i là tốc độ thông tin của nút mạng i Nút mạng i truyền ký hiệu X ik đến nút chuyển tiếp qua kênh đường lên không nhớ, được mô tả bởi xác suất p(y R |x 1 , x 2 ).
Hình 1.2.1: Mô hình kênh truyền chuyển tiếp hai chiều
Từ mã X ik là một hàm giữa bản tin W i và các kênh ra quá khứ Y i k−1 =
Tại thời điểm hiện tại, nút chuyển tiếp truyền ký tự X Rk đến hai nút mạng 1 và 2 qua kênh đường xuống không nhớ, được xác định bởi p(x 1 , x 2 |y R ) Do nút chuyển tiếp không có bản tin riêng, nên X Rk phụ thuộc vào các ngõ ra kênh trong quá khứ, cụ thể là Y R k−1 = Y R1 , , Y Rk−1, với công thức X Rk = f Rk (Y R k−1 ).
Tại nút mạng 1, bản tin ước lượng W ˆ 2 có dạng W ˆ 2 = g 1 (W 1 , Y 1 ) Việc giải mã ở nút mạng 2 xảy ra tương tự.
Trong mạng chuyển tiếp hai chiều, hai nút mạng trao đổi thông tin qua một hoặc nhiều nút chuyển tiếp do khoảng cách và công suất hạn chế Ví dụ điển hình là các máy trạm di động hoặc truyền thông qua vệ tinh Mạng này được phân loại thành hai loại: DF (Decode-and-Forward) và AF (Amplify-and-Forward) Hiểu biết về các kỹ thuật trong mạng chuyển tiếp hai chiều là rất quan trọng, đặc biệt trong nghiên cứu mã mạng nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đạt được giới hạn dung lượng của mạng.
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhận thức, thuộc lĩnh vực kỹ thuật điện tử viễn thông, mã số 60.52.02.03, nghiên cứu cách thức cải thiện hiệu quả truyền thông trong các hệ thống vô tuyến Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp truyền tải dữ liệu, nhằm nâng cao khả năng giao tiếp giữa các thiết bị trong mạng vô tuyến Thông qua việc áp dụng các kỹ thuật tiên tiến, luận văn sẽ đóng góp vào việc phát triển các giải pháp viễn thông hiện đại, thích ứng với nhu cầu ngày càng cao trong xã hội số.
MÔ HÌNH CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU KẾT HỢP 13 2.1 Mô hình hệ thống và cơ chế truyền dữ liệu [1]
Phân tích mô hình [1]
2.2.1 Tính toán dung năng truyền
Trong phần này, chúng ta sẽ phân tích lại các kết quả mà tác giả đã trình bày về tốc độ tổng của chiều truyền xuống và lên Điều này được thực hiện với giả định rằng tất cả các nút phát đều nắm rõ tỉ số SNR tức thời tại bộ thu.
Cơ chế truyền 3 khe thời gian: RS, U và BS nhận các tín hiệu tương ứng y R1 = h 1 x 1 + z R1 (2.2.1) y U2 = h 2 √ g 1 y R1 + z U 2 , y B3 = h 3 x 2 + z B3 với g 1 = 1/(|h 1 | 2 + N 0 ) (2.2.2)
Dung năng truyền V-BS và từ BS-U: C γ3 , C γE1U
- Tính γ E1U : Thay y R1 vào biểu thức y U 2 , ta được: y U 2 = h 2 √ g 1 (h 1 x 1 + z R1 ) + z U 2 = h 2 √ g 1 h 1 x 1 + (h 2 √ g 1 z R1 + z U 2 ) (2.2.3)
Thành phần nhiễu của y U 2 có phân phối (h 2 √ g 1 z R1 + z U2 ) ∼ CN (0, ((|h 2 | 2 g 1 + 1)N 0 ). γ E1U = |h 1 | 2 |h 2 | 2 g 1
Từ γ 1 = |h 1 | 2 /N 0 , γ 2 = |h 2 | 2 /N 0 , g 1 = 1/(|h 1 | 2 + N 0 ),suy ra: |h 1 | 2 = γ 1 N 0 , |h 2 | 2 = γ 2 N 0 , g 1 = 1/[(1 + γ 1 )N 0 ] Thay vào ta được: γ E1U = γ 1 N 0 γ 2 N 0
Do mô hình truyền 3 khe thời gian của cơ chế 1 cần 3 khe thời gian nên dung lượng tổng sẽ là:
Cơ chế truyền 2 khe thời gian:
Trong mô hình 2 khe thời gian, khe thời gian thứ 1 BS gửi gói tin đến RS: y R1 = h 1 x 1 + z R1 (2.2.7)
Trong quá trình truyền tín hiệu, tại thời điểm thứ hai, nút RS gửi gói tin đến U, trong khi V gửi gói tin đến BS Do ảnh hưởng của kênh truyền, tín hiệu nhận tại U và BS sẽ được điều chỉnh Cụ thể, nút chuyển tiếp RS điều chỉnh công suất phát với hệ số √g1, trong đó g1 được tính bằng 1/(|h1|² + N0) Tín hiệu nhận tại U được biểu diễn bằng công thức: yU2 = h2√g1yR1 + h4x2 + zU2, trong khi tín hiệu tại BS được mô tả bằng: yB2 = h1√g1yR1 + h3x2 + zB2.
Trạm BS đã biết thành phần x 1 nên nó sẽ loại bỏ thành phần đó và được tín hiệu: y e B2 = h 3 x 2 + h 1 √ g 1 z R1 + z B2 (2.2.10)
SNR của y U 2 và y e B2 ký hiệu là: γ P 1U và γ P 1V Tính γ P 1U (chú ý tín hiệu thu mong muốn của U là x 1 chứ không phải x 2 ): γ P 1U = |h 2 | 2 g 1 |h 1 | 2
Tính γ P 1V : Thành phần nhiễu của e y B2 có phân bố (h 1 √ g 1 z R1 + z B2 ) ∼ CN (0, ((|h 1 | 2 g 1 +1)N 0 ).
Trong môi trường vô tuyến, việc truyền thông hai chiều là một yếu tố quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử và viễn thông Luận văn thạc sĩ này sẽ phân tích và nghiên cứu những khía cạnh của truyền thông hai chiều, bao gồm các phương pháp và công nghệ hiện đại Bên cạnh đó, nó cũng sẽ đề cập đến các ứng dụng thực tiễn và thách thức trong việc triển khai các hệ thống truyền thông này Đặc biệt, công thức γ P 1V = |h 3 | 2 sẽ được sử dụng để minh họa cho các nguyên lý cơ bản trong quá trình truyền dẫn tín hiệu.
Từ γ 1 = |h 1 | 2 /N 0 , γ 3 = |h 3 | 2 /N 0 , g 1 = 1/(|h 1 | 2 +N 0 ), suy ra: |h 1 | 2 = γ 1 N 0 , |h 3 | 2 = γ 3 N 0 , g 1 = 1/[(1 + γ 1 )N 0 ] Thay vào ta được: γ P 1V = γ 3 N 0
2γ 1 + 1 (2.2.13) Quá trình truyền dữ liệu xảy ra ở 2 khe thời gian nên dung lượng tổng là:
Cơ chế truyền 3 khe thời gian:
Khe thời gian thứ nhất, U gửi dữ liệu đến RS, tín hiệu RS thu được: y R1 = h 2 x 3 + z R1 (2.2.15)
Khe thời gian thứ hai, RS gửi dữ liệu đến BS (RS có điều chỉnh hệ số công suất phát g 2 = 1/(|h 2 | 2 + N 0 ): y B2 = h 1 √ g 2 y R1 + z B2 = h 1 √ g 2 h 2 x 3 + (h 1 √ g 2 z R1 + z B2 ) (2.2.16) Khe thời gian thứ 3, BS gửi dữ liệu đến V: y V 3 = h 3 x 4 + z V 3 (2.2.17)
Hoàn toàn tương tự, ta được: γ E2U = γ 1 γ 2 γ 1 + γ 2 + 1 (2.2.18)
Cơ chế truyền 2 khe thời gian:
Trong mô hình này, ở khe thời gian thứ nhất, U truyền dữ liệu đến RS, BS truyền đến V Tín hiệu nhận tại RS và V tương ứng là: y R1 = h 2 x 3 + (h 1 x 4 + z R1 ), y V 1 = h 3 x 4 + (h 4 x 3 + z V 1 ) (2.2.21)
Khe thời gian thứ hai: RS phát dữ liệu cho BS,V (RS điều chỉnh công suất phát g 3 = 1/(|h 1 | 2 + |h 2 | 2 + N 0 ) Tín hiệu thu tại BS và V: y B2 = h 1 √ g 3 y R1 + z B2 , y V 2 = h 5 √ g 3 y R1 + z V 2 (2.2.22) y V 2 = h 5 √ g 3 h 2 x 3 + h 5 √ g 3 h 1 x 4 + h 5 √ g 3 z R1 + z V 2 (2.2.23)
BS đã biết x 4 , do đó nó sẽ loại bỏ thành phần x 4 của y B2 và được tín hiệu: ˜ y B2 = h 1 √ g 3 h 2 x 3 + (h 1 √ g 3 z R1 + z B2 ) (2.2.24) SNR của y ˜ B2 là γ P 2U : γ P 2U = |h 1 | 2 g 3 |h 2 | 2
Nút V có thể chọn lựa tách x 4 từ y V 1 hoặc y V 2 tùy theo gieo giá trị SNR của 2 tín hiệu đó:
SNR của y V 1 và y V 2 tương ứng là γ V 1 và γ V 2
= γ 5 γ 1 γ 5 γ 2 + γ 5 + γ 1 + γ 2 + 1 Đặt γ P 2V = max(γ V 1 , γ V 2 ), ta có dung năng tổng của quá trình truyền qua 2 khe thời gian:
Chú ý là dung năng kênh truyền trong khe thời gian thứ hai C P 2U không phụ thuộc vào kênh truyền giữa 2 đầu cuối U và V.
- Nếu bỏ qua kênh truyền U-V và V chỉ nhận dữ liệu từ trạm BS trong khe thời gian thứ nhất, lúc đó:
- Nếu kênh truyền BS-RS là lý tưởng, tức γ 1 → ∞, lúc đó γ V 2 = γ 5 , do đó:
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhấn mạnh tầm quan trọng của kỹ thuật điện tử viễn thông Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền thông, đồng thời phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền tải thông tin Bài viết cung cấp cái nhìn sâu sắc về các công nghệ hiện đại và ứng dụng của chúng trong lĩnh vực viễn thông, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu cho các thách thức hiện tại.
2.2.2 Thông lượng tổng và xác suất truyền hỏng [1]
Trong phần này, chúng ta giả định rằng bộ phát không biết được tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) tại bộ thu, và tốc độ truyền dữ liệu trên mỗi kênh là R Thông lượng trên mỗi kênh được tính bằng công thức R(1 − P out), trong đó P out là xác suất truyền hỏng Tổng thông lượng truyền sẽ được xác định dựa trên các yếu tố này.
2 (1 − P out1 + 1 − P out2 ) (2.2.30) với P out1 và P out2 là xác suất truyền hỏng tại hai đầu thu U,V.
Cơ chế truyền 3 khe thời gian: Xác suất truyền hỏng đến U là
Ta biết |h 1 | 2 ∼ exp(1), |h 2 | 2 ∼ exp(1), hàm mật độ xác suất của |h 1 | 2 và |h 2 | 2 là: f (x) =
Do γ 1 = |h 1 | 2 /N 0 , γ 2 = |h 2 | 2 /N 0 nên γ 1 , γ 2 có hàm mật độ xác suất f (x) =
Khi γ 2 ≤ a, ta có biểu thức trên luôn đúng.
N 0 e −N 0 γ 2 dγ 2 = 1 − e −aN 0 (2.2.42) Thông lượng tổng của cơ chế 3 khe thời gian khi đó là:
Cơ chế truyền 2 khe thời gian: Từ γ P 1U ở trên, ta có:
1 +γ 2 +1 < a, biểu thức trên luôn đúng.
Do đó xác suất truyền hỏng tại U:
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhận thức, thuộc chuyên ngành kỹ thuật điện tử viễn thông, mã số 60.52.02.03, tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp tối ưu cho việc truyền tải thông tin hiệu quả trong các hệ thống vô tuyến hiện đại Nội dung luận văn sẽ phân tích các kỹ thuật tiên tiến trong lĩnh vực truyền thông vô tuyến, đồng thời đề xuất các phương pháp cải thiện khả năng kết nối và giảm thiểu độ trễ trong quá trình truyền tải dữ liệu.
P P 1U = P E1U + N 0 3 ˆ ∞ 0 e −N 0 γ 2 ˆ ∞ a(1+γ 2) γ 2 −a e −N 0 γ 1 ˆ ∞ b e −N 0 γ 4 dγ 4 dγ 1 dγ 2 (2.2.45) Xác suất truyền hỏng tại V:
Trong trường hợp γ 1 → ∞, ta có: γ P 1U = γ 1 γ 2 γ 1 +γ 2 +γ 4 +γ 1 γ 4 +1 → γ 2
(2.2.48) Lúc này thông lượng tổng là:
Cơ chế truyền 3 khe thời gian: Do C E2 = C E1 nên thông lượng tổng của cơ chế 3 khe thời gian trong mô hình 2:
Cơ chế truyền 2 khe thời gian: Ta xét nếu kênh truyền BS-RS là lý tưởng, tức γ 1 → ∞ ⇒ γ P 2U = γ 2 2 , theo trên:
2 ) + C(max( γ 3 γ 4 + 1 , γ 5 ))] (2.2.51) Xác suất truyền hỏng tại U:
P P 2U = P P 1V = 1 − e 2N 0 (1−2 R ) (2.2.52) Xác suất truyền hỏng tại V:
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhận thức tập trung vào kỹ thuật điện tử viễn thông Nghiên cứu này nhằm khám phá các phương pháp và ứng dụng của truyền thông hai chiều trong các hệ thống vô tuyến, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các mạng viễn thông Thông qua việc phân tích các yếu tố kỹ thuật và môi trường, luận văn cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức tối ưu hóa quá trình truyền tải thông tin trong các hệ thống truyền thông hiện đại.
Tóm tắt kết quả chương
Trong chương này, chúng tôi đã xác định các công thức liên quan đến dung năng truyền và thông lượng truyền cho hai mô hình được minh họa trong hình 2.1.1 Mỗi mô hình bao gồm hai cơ chế truyền: cơ chế 3 khe thời gian và cơ chế 2 khe thời gian Các công thức này được rút ra từ các kết quả ở các phương trình (2.2.6), (2.2.14), (2.2.20), (2.2.27), (2.2.43), (2.2.49), (2.2.50) và (2.2.54).
Sau đây là tóm tắt các kết quả của chương này:
2.3.1 Mô hình 2.1.1a Dung năng truyền của mạng:
• Cơ chế 3 khe thời gian:
3 [C(γ E1U ) + C (γ 3 )], với γ E1U = γ 1 γ 2 γ 1 + γ 2 + 1 , (2.3.1) γ i = |h i | 2 /N 0 là tỷ số SNR cho kênh truyền i, N 0 là công suất nhiễu Gauss và C(x) = log 2 (1 + x).
• Cơ chế 2 khe thời gian:
• Cơ chế 3 khe thời gian:
R là tốc độ truyền (số bit/ký tự).
• Cơ chế 2 khe thời gian:
2.3.2 Mô hình 2.1.1b Dung năng truyền của mạng:
• Cơ chế 3 khe thời gian:
• Cơ chế 2 khe thời gian:
• Cơ chế 3 khe thời gian:
• Cơ chế 2 khe thời gian:
Dựa trên các kết quả phân tích, tác giả đã đề xuất cơ chế mới cho từng mô hình truyền chuyển tiếp nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động của mạng Việc xác minh các kết quả này sẽ được thực hiện trong phần 2.4 tiếp theo.
Mô phỏng và thảo luận
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhận thức, thuộc chuyên ngành kỹ thuật điện tử viễn thông, mã số 60.52.02.03, nghiên cứu các khía cạnh của truyền thông không dây và khả năng tương tác giữa các thiết bị Nghiên cứu này nhằm mục đích cải thiện hiệu suất và độ tin cậy trong truyền thông vô tuyến, đồng thời khám phá các ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực viễn thông hiện đại.
Khi kênh truyền BS-RS là lý tưởng γ 1 → ∞ và hai đầu cuối cách ly γ 4 = 0:
Hình 2.4.1 trình bày kết quả mô phỏng về dung năng trung bình giữa hai đầu cuối của mạng, với các kênh Rayleigh và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) trung bình là 13dB Ký hiệu γ i = 13dB, với i thuộc tập hợp {1; 2; 3}.
Hình 2.4.2: Thông lượng tổng của mạng theo tốc độ bit khi 2 đầu cuối cách ly và đường truyền BS-RS lý tưởng
Hình 2.4.2 mô phỏng thông lượng của mạng trong điều kiện kênh truyền BS-RS là lý tưởng và hai đầu cuối cách ly.
Kết quả so sánh về dung năng truyền của mạng ở hình 2.4.1 cho thấy các cơ chế
Trong các hệ thống truyền thông, cơ chế 2 khe thời gian cho hiệu suất truyền tốt hơn so với cơ chế 3 khe thời gian khi giá trị SNR thấp (dưới 5dB) Tuy nhiên, khi SNR cao, cơ chế 3 khe thời gian lại cho kết quả tốt hơn.
3 khe thời gian có dung năng truyền của mạng lớn hơn.
Khi phân tích thông lượng mạng, cơ chế 2 khe thời gian chỉ vượt trội hơn cơ chế 3 khe thời gian khi tốc độ truyền bit thấp hơn 3 bit Nghiên cứu cho thấy rằng với tốc độ truyền bit cao, cơ chế 3 khe thời gian mang lại hiệu quả tốt hơn.
Luận văn thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhấn mạnh tầm quan trọng của công nghệ điện tử viễn thông Nghiên cứu này tập trung vào các ứng dụng và thách thức của truyền thông không dây, đồng thời phân tích các phương pháp cải thiện hiệu suất trong các hệ thống truyền thông hiện đại Bài viết cũng đề cập đến các tiêu chuẩn kỹ thuật và xu hướng phát triển trong lĩnh vực điện tử viễn thông, cung cấp cái nhìn sâu sắc về tương lai của truyền thông vô tuyến.
MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU CHỌN LỌC 27 3.1 Mô hình hệ thống relay selection amplify-and-forward - khuếch đại chuyển tiếp chọn lọc (RS-AF) [6]
Lựa chọn nút chuyển tiếp trong mạng RS-AF[6]
Trong cơ chế đề xuất RS-AF, chỉ một nút chuyển tiếp tốt nhất được chọn từ N nút chuyển tiếp để phát dữ liệu cho hai nút nguồn ở giai đoạn hai Khi bắt đầu giai đoạn truyền, hai nguồn phát một nhóm ký tự dẫn đường (pilot) nhằm hỗ trợ quá trình lựa chọn nút chuyển tiếp Mỗi nút nguồn (S1 hoặc S2) đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất truyền dữ liệu.
S 2) sẽ xác định nút chuyển tiếp tốt nhất dựa trên các tiêu chí đã được thiết lập và quảng bá chỉ số định danh của nút đó đến tất cả các nút chuyển tiếp Chỉ có nút chuyển tiếp được xác định bởi 2 nút nguồn sẽ hoạt động trong giai đoạn 2 của quá trình truyền, trong khi các nút chuyển tiếp khác sẽ ở trạng thái nghỉ Phần này sẽ phân tích 2 phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp.
Trong cơ chế này, nút chuyển tiếp được chọn (ký hiệu R), là nút có tỉ số SER nhỏ nhất như sau:
R = min k {SER 1,r k (γ 1,r k |h 1,r k , h 2,r k ) + SER 2,r k (γ 2,r k |h 1,r k , h 2,r k )} (3.2.1)SER 1,r k (γ 1,r k |h 1,r k , h 2,r k ), i = 1, 2 là SER tại nút nguồn S i từ nút chuyển tiếp thứ k với đặc tính kênh truyền h 1,r k v` a h 2,r k
Chú ý là SER có thể viết dưới dạng (theo tài liệu [5]):
Hàm Q-Gauss được định nghĩa bởi biểu thức 2π ´ ∞ x exp(−t 2 /2)dt, trong đó c là hằng số phụ thuộc vào phương thức điều chế, ví dụ như với BPSK thì c = 2 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) được ký hiệu là γ i,r k và được tính bằng công thức γ i,r k = |α k | 2.
Cơ chế lựa chọn chuyển tiếp tối ưu rất khó phân tích, vì vậy chúng ta áp dụng cơ chế cận tối ưu Thay vì tìm giá trị nhỏ nhất của tổng hai tỉ số SER từ hai nguồn, chúng ta tìm giá trị nhỏ nhất của giá trị lớn nhất trong hai tỉ số SER Tiêu chuẩn này được gọi là tiêu chuẩn Min-Max, và nút chuyển tiếp sẽ lựa chọn theo công thức này.
Do tỉ số SER là một hàm giảm theo tỉ số SNR nên công thức trên cũng tương đương với việc xét tiêu chuẩn theo công thức: γ R = max
Phân tích hoạt động [6]
3.3.1 Phân tích cơ chế S-RS-AF
Hàm phân phối xác suất (PDF) cho γ R ở (3.2.5) được tính toán, trong đó γ 1,r k và γ 2,r k có cùng tính chất, với PDF và hàm phân phối xác suất tích lũy (CDF) được ký hiệu lần lượt là f γ k (x) và F γ k (x) Để đơn giản hóa, chúng ta chỉ xem xét các giá trị tại nút nguồn 1, với ω r được đặt là p r.
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhận thức, thuộc chuyên ngành kỹ thuật điện tử viễn thông, mã số 60.52.02.03, nghiên cứu các phương pháp tối ưu hóa truyền thông trong các mạng không dây Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện hiệu suất truyền tải dữ liệu và giảm thiểu nhiễu trong quá trình truyền thông Các kết quả đạt được có thể ứng dụng trong việc phát triển các hệ thống viễn thông hiện đại, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ và khả năng kết nối trong môi trường truyền thông không dây.
= ω s ω r |h 1,r k | 2 |h 2,r k | 2 ω r |h 1,r k | 2 + ω s |h 2,r k | 2 + λ+1 1 γ 1,r k = ω s ω r |h 1,r k | 2 |h 2,r k | 2 ω r |h 1,r k | 2 + ω s |h 2,r k | 2 + λ+1 1 ≈ ω r ω s |h 1,r k | 2 |h 2,r k | 2 ω r |h 1,r k | 2 + ω s |h 2,r k | 2 (3.3.2) Định nghĩa γ k min = 4 min{γ 1,r k , γ 2,r k } và f γ min k (x) và F γ min k (x) là hàm PDF và CDF tương ứng Theo lý thuyết của xác suất thứ tự ở [3], ta có: f γ R (x) = N f γ min k (x)F N−1 γ k min (x), (3.3.3)
(x) (3.3.4) cũng theo lý thuyết về xác suất thứ tự, ta có: f γ min k (x) = 2f γ k (x)(1 − F γ k (x)), F γ min k (x) = 1 − (1 − F γ k (x)) 2 (3.3.5)
Từ công thức (3.3.3),(3.3.5) ta được: f γ R (x) = 2N f γ k (x)(1 − F γ k (x))[1 − (1 − F γ k (x)) 2 ] N−1 (3.3.6)
2 là trung bình hài (Harmonic mean) của 2 biến ngẫu nhiên X 1 , X 2 X 1 , X 2 có phân phối mũ dạng: p X i (x) = β i e −β i x U (x) (3.3.8) với β 1 = 1/w s , β 2 = 1/w r U (x) là hàm nhảy bậc đơn vị:
2 có hàm mật độ phân bố PDF : f X (x) = 1
√ β 1 β 2 )×K 1 (x p β 1 β 2 )+2K 0 (x p β 1 β 2 )]U (x), (3.3.10) với K 0 (.), K 1 (.) là hàm sửa đổi Bessel bậc 0 và bậc 1. Ở đõy ta xột hàm X 0 = 1 2 à H (X 1 , X 2 ) = 1 2 X Thay x = 2x 0 vào (3.3.10) , ta cú
X 0 có phân phối (để ý dx = 2dx 0 ): f γ k (x) = 2β 1 β 2 xe −x(β 1 +β 2 ) × [( β 1 + β 2
Ta có K 1 (z ) → 1/z khi z → 0, K 0 (z) có giá trị rất nhỏ khi z → 0 Do đó khi các giá trị SNR cao thì: f γ k = 2x ω r ω s e −x(ω −1 r +ω s −1 ) × ω r + ω s
Hàm phân bố mũ trên tương ứng với hàm CDF :
Trong môi trường vô tuyến, việc truyền thông và chuyển tiếp hai chiều đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử viễn thông Luận văn Thạc sĩ này tập trung vào các khía cạnh của truyền thông không dây, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng kết nối Đặc biệt, công thức f γ R (x) = 2N ω được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa tần số và các tham số kỹ thuật, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự phát triển của công nghệ viễn thông hiện đại.
Chú ý rằng (1 − e −x ) ≈ x khi x → 0 theo khai triển Taylor, nên từ (3.3.15) (3.3.4), khi SNR cao:
(3.3.18) Giá trị trung bình SER có thể tính toán theo công thức:
Giả sử X là một biến ngẫu nhiên có phân phối chuẩn X ∼ N (0, 1), giá trị trung bình SER có thể viết lại:
2 dx (3.3.21) Áp dụng kết quả từ tài liệu [4]: ˆ ∞ 0 t 2n e −kt 2 dt = (2n − 1)!!
(2k − 1) = (2n − 1)! n!2 n , (3.3.22) thay k = 1/2 ta có kết quả:
2 ( ω c ) N (3.3.23) Để ý ω = 2(ω r −1 + ω s −1 ) < 1 nên công thức trên cho thấy cơ chế đề xuất RS-AF có bậc phân tập là N khi sử dụng N nút chuyển tiếp.
3.3.2 So sánh SER của cơ chế S-RS-AF so với AP-AF
Trong cơ chế AP-AF, tất cả các nút chuyển tiếp đều tham gia vào quá trình truyền dữ liệu ở bước 2, với giả định rằng các nút này truyền tín hiệu qua các kênh trực giao Để phân biệt với cơ chế S-RS-AF, chúng ta thêm ký hiệu (0).
Tín hiệu thu tại mỗi nút nguồn thứ nhất: y 0 1,r k = α 0 k s 2 + ω 1,r 0 k (3.3.24)
V ar{ω 0 1 ,rk } có công suất trung bình bằng 1. γ AP,1 =
0 r ω s 0 |h 1 ,rk | 2 |h 2 ,rk | 2 ω r 0 |h 1 ,rk | 2 +ω s 0 |h 2 ,rk | 2 như ở (3.3.2) Tương tự: γ AP,2 =
Hay một cách tổng quát, SNR tại mỗi nút nguồn là: γ AP,i =
Các nút chuyển tiếp N, với i = 1, 2, được xem là có công suất phát bằng nhau, trong đó công suất phát của mỗi nút chuyển tiếp được tính bằng p 0 r = p r /N Biến ngẫu nhiên γ AP,i là một phần của tổng N biến ngẫu nhiên, và f γ AP,i, F γ AP,i lần lượt là hàm mật độ xác suất (PDF) và hàm phân phối tích lũy (CDF) của γ AP,i.
Luận văn thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhận thức, chuyên ngành kỹ thuật điện tử viễn thông, mã số 60.52.02.03, tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp truyền thông hiệu quả Bài viết này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng truyền tải thông tin trong các hệ thống vô tuyến, đồng thời đề xuất các giải pháp tối ưu để cải thiện hiệu suất truyền thông trong bối cảnh công nghệ hiện đại.
Theo công thức (9) của tài liệu [9], với t + 1 = N:
2N !c N δ N f γ AP,i δ N γ AP,i (0) (3.3.31) Cũng theo công thức (27) của tài liệu [9], vi phân bậc N của f γ AP,i là: δ N f γ AP,i δ N γ AP,i (0) = N N
Khi N > 1, tỉ số giữa hai cơ chế RS-AF và AP-AF luôn nhỏ hơn 1, cho thấy cơ chế RS-AF có hiệu suất SER tốt hơn Điểm khác biệt quan trọng là trong cơ chế RS-AF, toàn bộ công suất phát được tập trung vào một nút chuyển tiếp, trong khi cơ chế AP-AF phân chia công suất phát đều cho mỗi nút chuyển tiếp.
Cấp phát công suất [6]
Giả sử tổng công suất của hai nút nguồn và các nút chuyển tiếp là không đổi, chúng ta sẽ tính toán cách phân bổ công suất phát tại các nút nguồn và nút chuyển tiếp đã chọn để đạt được tỉ số SER nhỏ nhất theo điều kiện (3.3.23).
2p s + p r = p (hằng số), 0 < p s < p, 0 < p r < p Tìm p s , p r để tỉ số ở (3.3.23) là bé nhất. Để giải bài toán trên, ta sử dụng bài toán tối ưu hệ số nhân Lagrange (Lagrange multiplier).
Luận văn thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu và ứng dụng các kỹ thuật điện tử viễn thông hiện đại Đặc biệt, phương trình δ ∧ (p s , p e , ξ) δξ = δSER RS δξ + 2p s + p r − p = 0 cho thấy mối liên hệ giữa các tham số p s, p e và p r trong hệ thống truyền thông Kết quả cho thấy rằng để đảm bảo hiệu suất tối ưu, cần phải cân bằng các yếu tố này, dẫn đến phương trình 2p s + p r − p = 0 Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về lý thuyết mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực viễn thông.
Từ (3.4.4),(3.4.5), suy ra δSER δp RS s = 2 δSER δp RS r hay δSERRS δps δSERRS δpr
Từ (3.4.2) dễ thấy δSER RS δp s δSER RS δp r
Ta có điều kiện (3.4.6): 2p s + p r − p = 0, chú ý ở đây p s = λp r = 1 2 p r nên: p s = p
2 (3.4.8) Đó chính là điều kiện tối ưu của cấp phát công suất.
N!2c N N 0 N ( 8 p ) N (3.4.10) Trong trường hợp cấp phát công suất đều:
Tỉ số trên chứng tỏ việc cấp phát băng thông tối ưu cải thiện được SER theo hàm mũ của số lượng nút chuyển tiếp.
Tóm tắt kết quả chương
Chương này nghiên cứu mô hình chuyển tiếp chọn lọc do tác giả đề xuất, cho thấy cơ chế chọn lọc Min-Max đơn giản nhưng hiệu quả tương đương với cơ chế tối ưu Phân tích lý thuyết chứng minh rằng cơ chế truyền RS-AF đạt tối đa bậc phân tập N với N nút chuyển tiếp, mang lại hiệu suất vượt trội so với cơ chế AP-AF Hơn nữa, hiệu suất mạng được cải thiện nhờ vào việc phân bổ công suất tối ưu giữa các nguồn phát và điểm chuyển tiếp dựa trên kết quả SER.
Sau đây là các kết quả thu được về SER.
Cơ chế lựa chọn chuyển tiếp S-RS-AF:
2 ( ω c ) N , (3.5.1) với ký hiệu (2N − 1)!! = 4 (2N−1)! N!2 N , N là số nút chuyển tiếp, ω r = N p r
N 0 (1+λ) với p r , p s , N 0 là công suất nguồn chuyển tiếp, nguồn phát và nguồn nhiễu tương ứng.
Cơ chế lựa chọn chuyển tiếp AP-AF
Tỷ số SER giữa 2 cơ chế S-RS-AF và AP-AF
(1 + 2N λ) ) N < 1 (3.5.3) Điều kiện cấp phát công suất tối ưu: p s = p
2 , (3.5.4) với 2p s + p r = p là tổng công suất phát của 2 nguồn phát và nguồn chuyển tiếp Giá trị SER khi sử dụng cấp phát công suất tối ưu:
So sánh với giá trị SER khi cấp phát công suất đồng đều giữa nguồn phát và nguồn chuyển tiếp:
Mô phỏng và thảo luận
3.6.1 Mô phỏng mạng chuyển tiếp hai chiều chọn lọc
Các mô phỏng trong phần này ta chọn công suất toàn bộ là p = 3, các nút nguồn
S 1 , S 2 và các nút chuyển tiếp R i , i = 1, , N có cùng công suất nhiễu N 0 SNR của nút nguồn SN R = p s /N 0 , N 0 /p s = 1/SN R, N 0 /p r = λ/SN R, ψ =
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến, thuộc chuyên ngành kỹ thuật điện tử viễn thông, mã số 60.52.02.03, tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp truyền thông hiệu quả Nghiên cứu này nhằm cải thiện khả năng truyền tải thông tin trong các hệ thống vô tuyến, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của công nghệ thông tin hiện đại Các kết quả đạt được sẽ góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống truyền thông trong môi trường không dây.
SN R N (3.6.1) Điều chế theo phương thức BPSK (c = 2).
Với cơ chế chuyển tiếp chọn lọc RS-AF, các mô phỏng cho thấy p s = p r = 1 Trong khi đó, với cơ chế AP-AF, giá trị công suất tương ứng là p s = 1 và p 0 r = 1/N, trong đó N là số nút chuyển tiếp.
- Mô phỏng SER cho cơ chế O-RS-AF và cơ chế S-RS-AF
Hình 3.6.1: Mô phỏng giá trị SER giữa 2 cơ chế O-RS-AF và cơ chế S-RS-AF (với p s = p r = 1)
- Mô phỏng SER cho cơ chế S-RS-AF và cơ chế AP-AF
Hình 3.6.2: Mô phỏng SER giữa 2 cơ chế S-RS-AF và AP-AF
- So sánh kết quả mô phỏng và kết quả phân tích SER của cơ chế RS-AF
Hình 3.6.3: SER mô phỏng so với kết quả phân tích gần đúng biễu diễn dạng công thức
- Mô phỏng SER của cơ chế S-RS-AF khi sử dụng thuật toán cấp phát công suất tối ưu
Trong môi trường vô tuyến, truyền thông và chuyển tiếp hai chiều đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao nhận thức về luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử viễn thông Các nghiên cứu liên quan đến chủ đề này giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền tải thông tin và cải thiện khả năng kết nối trong các hệ thống viễn thông hiện đại Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong truyền thông vô tuyến sẽ góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.
Hình 3.6.4: So sánh SER sử dụng cấp phát công suất đồng đều và cấp phát công suất tối ưu
- Mô phỏng SER của cơ chế S-RS-AF theo sự thay đổi của tỉ số λ = p s /p r khi
Hình 3.6.5: Mô phỏng SER của cơ chế S-RS-AF khi thay đổi tỉ lệ cấp phát công suất với N = 2
Hình 3.6.1 so sánh giữa 2 phương thức lựa chọn nút chuyển tiếp với p s = p r = 1.
Kết quả cho thấy hai phương thức O-RS-AF và S-RS-AF có hiệu quả tương đương, vì vậy nên chọn phương thức S-RS-AF để công thức hóa SER Ngoài ra, SER cũng được cải thiện đáng kể khi số nút chuyển tiếp tăng lên.
Cơ chế chuyển tiếp chọn lọc S-RS-AF cho thấy ưu điểm vượt trội so với cơ chế thông thường AP-AF trong việc truyền tín hiệu Cụ thể, trong S-RS-AF, cả hai nút nguồn đều tham gia truyền tín hiệu với xác suất p s = p r = 1, trong khi đó ở AP-AF, xác suất p s = 1 và p r = 1/N Kết quả phân tích cho thấy tỉ số SER của cơ chế S-RS-AF cao hơn đáng kể so với AP-AF.
Hình 3.6.3 so sánh lý thuyết phân tích về SER với kết quả mô phỏng của cơ chế S-RS-AF Kết quả cho thấy rằng ở mức SNR cao, lý thuyết và thực nghiệm cho ra kết quả tương đương.
Hình 3.6.4 so sánh SER của cơ chế S-RS-AF với hai chế độ cấp phát công suất: đồng đều (p s = p r = p/3) và tối ưu (p s = p/4, p r = p/2) Kết quả cho thấy việc sử dụng công suất cấp phát tối ưu mang lại hiệu suất tốt hơn so với việc cấp phát công suất đồng đều.
Hình 3.6.5 minh họa sự thay đổi của tỉ số SER theo tỉ lệ cấp phát công suất λ = p s /p r với các mức công suất nhiễu khác nhau Kết quả cho thấy rằng tỉ số λ = 0.5 mang lại SER tốt nhất, phù hợp với lý thuyết về cấp phát công suất tối ưu đã được trình bày trước đó.
Kết quả mô phỏng khớp với nghiên cứu của tác giả trong tài liệu [6], điều này không chỉ xác nhận các vấn đề mà tác giả đã đề cập mà còn cho thấy chương này đã thực hiện chính xác các nghiên cứu của tác giả.
Dựa trên kết quả của chương, chúng ta có thể xác định các điều kiện cần thiết để một mạng hoạt động chuyển tiếp đạt hiệu suất tối ưu về SER khi sử dụng nhiều nút chuyển tiếp.
- Sử dụng cơ chế chuyển tiếp chọn lọc, có nghĩa là tại mỗi thời điểm chuyển tiếp, mạng chọn ra nút chuyển tiếp thỏa mãn công thức (3.2.4).
- Sử dụng cấp phát công suất nguồn tối ưu thỏa mãn điều kiện (3.5.4).
Luận văn thạc sĩ về truyền thông chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhận thức là một nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử viễn thông Nghiên cứu này tập trung vào cách thức mà các hệ thống truyền thông có thể tương tác hiệu quả trong các môi trường không dây, sử dụng các công nghệ tiên tiến để cải thiện độ tin cậy và hiệu suất Mục tiêu của luận văn là phát triển các phương pháp mới nhằm tối ưu hóa quá trình truyền tải thông tin, đồng thời khai thác tối đa khả năng của các thiết bị vô tuyến trong bối cảnh ngày càng phức tạp của mạng lưới truyền thông hiện đại.
ẢNH HƯỞNG SUY GIẢM CỦA PHẦN CỨNG TRONG MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU 43 4.1 Mô hình phân tích [7]
Phân tích các biểu thức xác suất truyền hỏng và tỷ lệ lỗi bit
4.2.1 Phân tích xác suất truyền hỏng 4.2.1.1 Biểu thức chính xác
Xác suất truyền hỏng tại T i được ký hiệu là P out,i (x) là xác suất của kênh truyền fading với SNDR như ở công thức 4.1.9
Ta có định lý sau: Định lý 4.1 [7]Xác suất truyền hỏng tại T i được tính bởi công thức P out,i (x) = 1 khi x ≥ 1 c và
K 1 là hàm Bessel bậc 1 sửa đổi loại 2.
Chứng minh [7] Công thức (4.2.1) có thể biến đổi như sau:
P r(SN DR i > x|ρ i )f ρ i (ρ i )dρ i , (4.2.3) sau một vài biến đổi ta có
Sử dụng (4.1.4),(4.1.5), đổi biến z = ρ i − (1−cx) b i và sử dụng kết quả công thức (3.324) ở tài liệu tham khảo [4] ta được công thức 4.2.2
4.2.1.2 Dạng gần đúng Để đơn giản biểu thức (4.2.2), trong phần này ta đưa ra dạng gần đúng của nó trong trường hợp công suất của các nút thu phát là lớn.
Không mất tính tổng quát ta giả sử P 1 = P 2 = τ P 3 , (τ > 0) Giá trị G ở (4.1.7) trở thành
G ∞ = s 1 τ (ρ 1 + ρ 2 )(1 + κ 2 3r ) (4.2.5)SNDR ở (4.1.9) có thể đưa về dạng gần đúng
Luận văn thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến, tập trung vào lĩnh vực kỹ thuật điện tử viễn thông, mang mã số 60.52.02.03, nghiên cứu cách thức truyền tải thông tin hiệu quả và ứng dụng của nó trong các hệ thống viễn thông hiện đại Nội dung luận văn sẽ phân tích các phương pháp truyền thông hai chiều, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, và những thách thức trong việc triển khai công nghệ này trong môi trường không dây.
Từ đó ta có định lý tiếp theo Định lý 4.2 [7] Trong trường hợp công thu phát suất lớn P 1 = P 2 = τ P 3 →
∞ v` a τ > 0 , xác suất truyền hỏng được xác định gần đúng như sau
Chứng minh [7] Việc chứng minh định lý trên tương tự như chứng minh định lý 4.1, sử dụng biểu thức SNDR ở (4.2.6) thay vì biểu thức (4.1.9).
Ta rút ra hai kết quả quan trọng có thể rút ra từ định lý 4.2:
Giới hạn trên của SNDR là 1/c khi x ≥ 1, cho phép truyền dữ liệu với công suất thu phát lớn Giá trị c, κ2 3t + κ2 3r + κ2 3t κ2 3r phản ánh mức suy giảm do phần cứng thu phát Lưu ý rằng giới hạn này sẽ không còn khi sử dụng phần cứng lý tưởng, khi đó c = 0 và 1/c = ∞.
• Khi 0 < x < 1 c thì có giới hạn dưới khác 0 của xác suất truyền hỏng Giá trị này dựa vào mức suy giảm của phần cứng và phương sai của kênh truyền
Giá trị Ω 1, Ω 2 và x là duy nhất cho mỗi kênh truyền hai chiều và ảnh hưởng đến suy giảm của phần cứng Trong điều kiện lý tưởng, khi phần cứng hoạt động tối ưu, giới hạn công suất lớn này sẽ bằng 0.
4.2.2 Phân tích về tỷ lệ lỗi bit Trước hết ta để ý lại công thức tỷ lệ lỗi bit được cho bởi
0 e −t 2 /2 dt là hàm Gauss Q và α, β là các hằng số phụ thuộc phương pháp điều chế Sử dụng tích phân từng phần, công thức (4.2.8) có thể biến đổi thành
√ x F SN DR i (x)dx (4.2.9) với F SN DR i (x) là hàm phân phối tích luỹ của SN DR i , F SN DR i (x) = P out,i (x) theo định nghĩa.
Việc tính toán trực tiếp SER theo biểu thức (4.2.9) gặp nhiều khó khăn, do đó, trong mục này, chúng tôi sẽ tìm ra công thức gần đúng trong trường hợp công suất thu phát cao Theo Định lý 4.3, nếu các điều kiện P1 = P2 = τ P3 → ∞, v` a τ > 0 và Ω1 = Ω2, thì tỷ lệ lỗi bit tại T1 và T2 có thể được xác định như sau:
0 t p−1 e −t dt có tên là hàm gamma chưa hoàn thành dưới , erf c(x) = √ 2 π ´ ∞ x e −t 2 dt được gọi là hàm lỗi
Việc chứng minh công thức (4.2.10) được thực hiện thông qua công thức (4.2.9) và (4.2.7) với điều kiện Ω 1 = Ω 2 Định lý này luôn cho ra giá trị dương, trừ trường hợp phần cứng là lý tưởng.
Tóm tắt kết quả chương
Chương này phân tích tác động của suy giảm phần cứng nút chuyển tiếp lên mạng chuyển tiếp, dựa trên tài liệu [7] Nghiên cứu tập trung vào tỷ số SER và xác suất truyền hỏng của mạng, từ đó đưa ra các công thức gần đúng đơn giản để biểu diễn các giá trị này trong điều kiện công suất thu phát lớn.
Sau đây là các kết quả đã đạt được trong chương này.
Trong trường hợp công thu phát suất lớn P 1 = P 2 = τ P 3 → ∞ v` a τ > 0 , xác suất truyền hỏng được xác định gần đúng như sau:
Giá trị SER tại 2 nguồn ở trường hợp công suất thu phát lớn:
Trong môi trường vô tuyến, truyền thông chuyển tiếp hai chiều đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống Luận văn Thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện tử viễn thông phân tích các phương pháp truyền thông này, đồng thời đề xuất các giải pháp cải tiến nhằm tối ưu hóa quá trình truyền nhận dữ liệu Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về công nghệ hiện tại mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong tương lai.
Mô phỏng về tác động suy giảm do phần cứng thu phát
Các mô phỏng này được thực hiện với các điều kiện về các tín hiệu và các công suất là đối xứng, cụ thể:
P 1 = P 2 = 2P 3 , N i = 1 với i=1,2,3 (4.4.1) Phương thức điều chế sử dụng trong mô phỏng ở chương này là BPSK
Hình 4.4.1: Xác suất truyền hỏng tại nút T 1 theo công suất phát P 1 Các tham số mô phỏng: x = 2 5 − 1, Ω 1 = 2, Ω 2 = 1, P 1 = P 2 = 2P 3
Hình 4.4.1 so sánh mô phỏng xác suất truyền hỏng tại nút T1 với kết quả từ biểu thức phân tích chính xác theo định lý 4.1 và công thức gần đúng của hệ quả 4.2.
Giá trị x được chọn cho hệ thống tốc độ cao là x = 2^5 - 1 (5 bit trên mỗi kênh truyền) với các mức suy giảm phần cứng khác nhau được thiết lập là κ 3t = κ 3r = κ Sự suy giảm phần cứng thu phát có tác động đáng kể đến hiệu suất của hệ thống chuyển tiếp tốc độ cao, từ đó cho thấy một số kết quả quan trọng có thể rút ra từ nghiên cứu này.
Với mức suy giảm cao κ = 0.2, hệ thống duy trì trạng thái truyền hỏng, dẫn đến việc không thể thực hiện truyền tín hiệu, bất kể điều kiện công suất truyền như thế nào.
• Ở mức suy giảm vừa phải, xác suất truyền hỏng đạt ngưỡng bão hoà lớn hơn
0 khi công suất thu phát tăng cao Kết quả mô phỏng này chính xác như kết quả phát biểu ở hệ quả 4.2
• Ngược lại với điều kiện phần cứng lý tưởng κ = 0 thì khi công suất thu phát lớn xác suất truyền hỏng tiệm cận về 0.
Định lý 4.1 cung cấp biểu thức lý thuyết cho xác suất truyền hỏng, cho thấy kết quả này hoàn toàn khớp với xác suất truyền hỏng thực tế thông qua mô phỏng Monte-Carlo.
Hình 4.4.2: SER tại nút T 1 theo công suất phát P 1 Các tham số mô phỏng: x = 2 5 − 1, Ω 1 = Ω 2 = 1, P 1 = P 2 = 2P 3
Hình 4.4.2 trình bày kết quả mô phỏng tỷ lệ lỗi bit với điều chế BPSK, trong đó α = β = 1 Mô phỏng này xem xét các trường hợp thỏa mãn κ 3t + κ 3r = 0.2 và giới hạn trong điều kiện công suất phát cao, như đã nêu trong hệ quả 4.3, đồng thời được xác thực qua kết quả mô phỏng thực tế.
Kết quả mô phỏng cho thấy để giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit, cần chọn phần cứng thu và phát của nút chuyển tiếp có chất lượng đồng nhất (κ 3t = κ 3r = 0.1) Nếu một nút chuyển tiếp có chất lượng phần cứng thấp ở một phía (thu hoặc phát) và cao ở phía còn lại, tỷ lệ lỗi bit sẽ tăng cao, dẫn đến hiệu suất hoạt động kém.
Thảo luận
Kết quả nghiên cứu của nhóm Debbah [7] rất quan trọng, vì đây là lần đầu tiên vấn đề tác động suy giảm của phần cứng được đề cập đến trong mạng chuyển tiếp hai chiều Do đó, việc nghiên cứu và xác minh lại các kết quả này là cần thiết để làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về chủ đề này.
Kết quả mô phỏng trong chương này hoàn toàn khớp với các kết quả mà tác giả đã trình bày trong tài liệu [7], khẳng định tính chính xác của phương pháp được áp dụng trong luận văn để thực hiện và xác minh các kết quả.
Phân tích cho thấy rằng có thể xây dựng công thức chính xác để tính toán xác suất truyền hỏng và giá trị SER Đặc biệt, trong điều kiện công suất thu phát lớn, các biểu thức chính xác sẽ tiệm cận với dạng đơn giản của các công thức gần đúng đã được đề cập.
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhấn mạnh tầm quan trọng của kỹ thuật điện tử viễn thông Nghiên cứu này tập trung vào các phương pháp và ứng dụng của truyền thông không dây, cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức giao tiếp hiệu quả trong không gian mạng Thông qua việc phân tích các kỹ thuật hiện có, luận văn cũng đề xuất những cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền thông hai chiều.
Các công thức 4.3.1 và 4.3.2 đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập tiêu chuẩn cho thiết kế và lựa chọn phần cứng của nút chuyển tiếp, nhờ vào tính toán đơn giản và dễ hiểu của chúng.
Luận văn này đã đạt được những kết quả sau:
Chương 2 của luận văn đưa ra hai cơ chế chuyển tiếp kết hợp hai chiều kết hợp trong mạng vô tuyến Các cơ chế này sử dụng dựa trên việc đã biết các tín hiệu xen nhiễu và vì vậy có thể được loại bỏ để tách tín hiệu mong muốn Chương này đã phân tích về dung lượng và xác suất truyền hỏng của cơ chế 2 khe thời gian Các kỹ thuật truyền được giới thiệu ở đây có thể áp dụng vào các thuật toán lập lịch trong các mạng chuyển tiếp để các nút mạng và nút chuyển tiếp đề được phục vụ trực tiếp từ trạm cơ sở.
Chương 3 giới thiệu mô hình mạng chuyển tiếp hai chiều chọn lọc, sử dụng nhiều nút chuyển tiếp nhưng chỉ chọn một nút tại mỗi thời điểm để đạt kết quả tương tự như mô hình với một nút duy nhất Các công thức gần đúng cho cơ chế hoạt động của mạng này đã được phân tích và kiểm chứng qua mô phỏng Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy cơ chế chuyển tiếp chọn lọc đạt độ phân tập bậc N với hệ thống N nút, đồng thời hoạt động hiệu quả hơn so với mô hình mà tất cả các nút trung gian đều tham gia Để nâng cao hiệu suất mạng, chương này còn đề xuất cơ chế cấp phát công suất truyền tối ưu (OPA), với thực nghiệm cho thấy OPA mang lại kết quả tốt hơn so với cơ chế cấp phát công suất đồng đều.
Chương 4 nghiên cứu một vấn đề khác, đó là sự tác động suy giảm do phần cứng trong mạng chuyển tiếp hai chiều Nghiên cứu tập trung vào sự ảnh hưởng phần cứng của nút chuyển tiếp Kết quả đã đạt được đó là đưa ra các công thức gần đúng của xác suất truyền hỏng và SER là các hàm phụ thuộc vào các tham số suy giảm của phần cứng Kết quả phân tích cho ta thấy chất lượng phần cứng bộ thu và phát của nút chuyển tiếp cần giống nhau để đạt được hiệu quả cao Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, khi mức suy giảm phần cứng lớn và mạng chuyển tiếp tốc độ cao thì hệ thống luôn ở tình trạng truyền hỏng (tức không truyền được tín hiệu) Hơn nữa, kết quả cũng chứng minh là không thể có được xác suất truyền hỏng hoặc tỷ lệ lỗi bit bằng 0, thậm chí khi sử dụng công suất phát lớn Các công thức gần đúng trong chương 4 có thể dùng để tham khảo khi lựa chọn và thiết kế phần cứng trong thực tế do dạng biểu thức đơn giản và tính chính xác của nó.
- Nghiên cứu tiếp các cơ chế mã mạng và mô hình sử dụng hiệu quả trong mạng chuyển tiếp.
Luận văn Thạc sĩ về truyền thông và chuyển tiếp hai chiều trong môi trường vô tuyến nhấn mạnh tầm quan trọng của kỹ thuật điện tử viễn thông Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng các công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu suất truyền tải thông tin Bên cạnh đó, nó cũng khám phá các thách thức và giải pháp trong việc tối ưu hóa hệ thống truyền thông không dây Thông qua việc phân tích các mô hình và phương pháp, luận văn cung cấp cái nhìn sâu sắc về tương lai của ngành viễn thông.
- Nghiên cứu về cơ chế DF và mạng chuyển tiếp kết hợp giữa AF và DF.