Đang tải... (xem toàn văn)
1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những thập niên trở lại đây, với phát triển mạnh của các dịch vụ số liệu, các nhu cầu truyền thông đa phương tiện với tốc độ cao, đã thúc đẩy việc nghiên cứu ra nhiều công nghệ mới với băng thông rộng hơn để đáp ứng lại sự phát triển này. Mạng vô tuyến băng rộng với các tiêu chuẩn mới như Wimax, LTE/LTE- Advanced, với các ưu điểm vượt trội về tốc độ truyền tải dữ liệu, hứa hẹn sẽ đem lại cho người sử dụng các dịch vụ truy cập số liệu tốc độ và chất lượng cao. Để đạt được nhưng yêu cầu về thông lượng, phạm vi phủ sóng rộng lớn, cũng như việc cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn, hệ thống vô tuyến băng rộng đã sử dụng kỹ thuật truyền thông đa chặng với các nút chuyển tiếp. Kỹ thuật truyền thông đa chặng sử dụng nút chuyển tiếp để chia đường truyền (vùng phủ sóng) ra thành nhiều chặng nhỏ. Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm như: giảm công suất phát, mở rộng vùng phủ sóng của mạng, tăng thông lượng hệ thống…Ngoài ra, việc tăng số chặng của hệ thống ảnh hưởng như thế nào đến hiệu năng của hệ thống cũng là vấn đề cấp thiết cần được nghiên cứu khi thiết kế mạng. Chính vì những vấn đề trên, mà việc nghiên cứu kỹ thuật truyền thông đa chặng trong thông tin vô tuyến băng rộng là cần thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu + Nghiên cứu các hệ thống truyền dẫn trong thông tin vô tuyến băng rộng làm cơ sở cho việc mở rộng mạng bằng kỹ thuật chuyển tiếp. + Nghiên cứu các kỹ thuật chuyển tiếp làm nền tảng cho việc nghiên cứu kỹ thuật truyền thông đa chặng. + Nguyên cứu đánh giá hiệu năng hệ thống đa chặng để làm cở sở cho việc qui hoạch, tối ưu mạng. + Xây dựng chương trình mô phỏng bằng phần mềm Matlab để kiểm chứng kết quả lý thuyết đã đề cập. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu + Các đặc tính của mạng thông tin vô tuyến băng rộng. + Các đặc tính, nguyên lý hoạt động của kỹ thuật chuyển tiếp, ưu nhược điểm kỹ thuật mạng đa chặng, kiến trúc mạng tế bào đa chặng. + Phân tích hiệu năng hệ thống hai chặng hợp tác, hệ thống đa chặng không hợp tác với nút chuyển tiếp cố định. + Ứng dụng Matlab để mô phỏng. 4. Phương pháp nghiên cứu + Thu thập tài liệu, chọn lọc và phân tích các thông tin liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài. + Nguyên cứu lý thuyết về kỹ thuật chuyển tiếp. + Xây dựng mô hình hệ thống hai chặng và đa chặng, đánh giá các tham số của hệ thống. + Sử dụng Matlab để mô phỏng đánh giá các thông số mạng đa chặng. 5. Bố cục đề tài Theo mục tiêu và đối tượng nghiên cứu đã trình bày ở phần trên, nội dung của đề tài sẽ bao gồm các phần sau: Chương 1 Giới thiệu hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng Giới thiệu tổng quan về hệ thông thống tin di động, hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng cố định và băng rộng di động. Tìm hiểu đặc tính kỹ thuật, ưu nhược điểm của kỹ thuật OFDM - kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong thông tin vô tuyến băng rộng. Chương 2 Kỹ thuật chuyển tiếp trong mạng đa chặng Giới thiệu về khái niệm kỹ thuật chuyển tiếp, các loại nút chuyển tiếp, các phương pháp chuyển tiếp tín hiệu, các cơ chế bắt cặp chọn nút chuyển tiếp. Chương 3 Kỹ thuật đa chặng trong mạng băng rộng Giới thiệu khái quát về kỹ thuật mạng đa chặng, phân tích ưu nhược điểm của mạng đa chặng. Trình bày và phân loại một số kiến trúc của mạng tế bào đa chặng dựa trên đặt tính của nút chuyển tiếp. Phân tích vấn đề tiêu thụ công suất phát trong hệ thống đa chặng. Chương 4 Phân tích hiệu năng hệ thống đa chặng với nút chuyển tiếp cố định Phân tích hiệu năng của mạng hai chặng hợp tác và mạng đa chặng với mô hình tuyến tính không hợp tác, sử dụng nút chuyển tiếp cố định. Đánh giá các tham số của hệ thống như SNR, tỉ lệ lỗi bít, xác suất rớt của hệ thống. Chương 5 Mô phỏng và kết quả Giới thiệu các lưu đồ mô phỏng và các kết quả mô phỏng thu được về đánh giá tỉ lệ lỗi bit của hệ thống hai chặng hợp tác, hệ thống N chặng với các kiểu điều chế BPSK, QPSK trên các kênh Rayleigh fading.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯƠNG NGỌC PHÚ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA CHẶNG TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯƠNG NGỌC PHÚ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA CHẶNG TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LÊ HÙNG Đà Nẵng - Năm 2013 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trương Ngọc Phú ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài Tổng quan tài liệu nghiên cứu CHƯƠNG GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN BĂNG RỘNG 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN DI ĐỘNG 1.3 MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG 1.3.1 Mạng vô tuyến băng rộng cố định 1.3.2 Mạng vô tuyến di động băng rộng 11 1.3.3 So sánh mạng vô tuyến băng rộng di động cố định 12 1.4 KỸ THUẬT OFDM 14 1.4.1 Giới thiệu 14 1.4.2 Nguyên lý kỹ thuật OFDM 15 1.4.3 Sự trực giao 17 1.4.4 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 19 1.4.5 Cấu trúc khung liệu OFDM 22 1.4.6 Ưu điểm nhược điểm kỹ thuật OFDM 24 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 25 CHƯƠNG KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP TRONG MẠNG ĐA CHẶNG 26 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 26 2.2 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP 26 2.3 CÁC LOẠI CHUYỂN TIẾP 28 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP TÍN HIỆU 29 iii 2.4.1 Khuếch đại chuyển tiếp (AF ) 29 2.4.2 Giải mã hóa chuyển tiếp (DF) 29 2.4.3 Giải điều chế chuyển tiếp (DMF) 29 2.5 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP 30 2.5.1 Chuyển tiếp chiều 31 2.5.2 Chuyển tiếp hai chiều 31 2.5.3 Chuyển tiếp chia sẻ 32 2.6 PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN NÚT CHUYỂN TIẾP 33 2.6.1 Phương pháp bắt cặp tập trung 33 2.6.2 Phương pháp bắt cặp phân phối 34 2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 35 CHƯƠNG KỸ THUẬT ĐA CHẶNG TRONG MẠNG BĂNG RỘNG 36 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 36 3.2 KHÁI NIỆM MẠNG ĐƠN CHẶNG VÀ ĐA CHẶNG 36 3.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠNG ĐA CHẶNG 38 3.3.1 Ưu điểm mạng đa chặng 38 3.3.2 Nhược điểm mạng đa chặng 41 3.4 KIẾN TRÚC MẠNG TẾ BÀO ĐA CHẶNG 42 3.4.1 Mạng đa chặng với nút chuyển tiếp cố định 42 3.4.2 Mạng đa chặng với nút chuyển tiếp di động 45 3.4.3 Mạng đa chặng với nút chuyển tiếp lai 48 3.5 VẤN ĐỀ TIÊU THỤ CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐA CHẶNG 49 3.5.1 Công suất phát hệ thống đơn chặng 50 3.5.2 Công suất phát hệ thống đa chặng 51 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 52 CHƯƠNG PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG ĐA CHẶNG VỚI NÚT CHUYỂN TIẾP CỐ ĐỊNH 53 4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 53 iv 4.2 HỆ THỐNG HAI CHẶNG 53 4.2.1 Mơ hình SNR hệ thống không hợp tác 54 4.2.2 Mơ hình hệ thống hai chặng hợp tác 56 4.2.3 Xác suất lỗi bít trung bình 57 4.2.4 Xác suất rớt mạng 63 4.3 HỆ THỐNG ĐA CHẶNG 65 4.3.1 Mô hình kênh SNR hệ thống 65 4.3.2 Xác suất rớt mạng 66 4.3.3 Xác suất lỗi bit trung bình 68 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 71 5.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 71 5.2 CÁC LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 71 5.2.1 Lưu đồ thuật toán đánh giá BER hệ thống hai chặng hợp tác 71 5.2.2 Lưu đồ thuật toán đánh giá xác suất rớt hệ thống hai chặng hợp tác 73 5.2.3 Lưu đồ mô đánh giá BER hệ thống đa chặng 74 5.3 CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 75 5.3.1 Đánh giá BER hệ thống hai chặng hợp tác 75 5.3.2 Đánh giá xác suất rớt hệ thống hai chặng hợp tác 76 5.3.3 Đánh giá BER hệ thống đa chặng 78 5.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAA AF AWGN BER BS CDF CDMA CFO cMCN CSI DF DFT DIP DMF DSSS FDM FDMA FFT GPRS GSM GTCF HMCN Authentication, Authorization, Accounting Amplify and Forward Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Base Station Cumulative Distribution Function Code Division Multiple Access Carrier frequency offset Clustered Multihop Cellular Networks Channel State Information Decode and Forward Discrete Fourier Transform Dedicated Information Port Demodulation and Forward Direct-Sequence Spread Spectrum Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiple Access Fast Fourier Transform General Packet Radio Service Global System for Mobile Communications Generalized Transformed Characteristic Function Hierarchical Multihop Cellular Network Xác thực, Ủy quyền, Kế toán Khuếch đại chuyển tiếp Nhiễu Gaussian trắng Tỉ số lỗi bit Trạm gốc Hàm phân phối tích lũy Đa truy cập phân chia theo mã Độ lệch tần số sóng mang Mạng đa chặng tế bào phân nhóm Thơng tin trạng thái kênh Giãi mã hóa chuyển tiếp Biến đổi Fourier rời rạc Cổng thông tin dành riêng Điều chế chuyển tiếp Trải phổ trực tiếp Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy cập phân chia theo tần số Biến đổi Fourier nhanh Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Hàm đặc tính biến đổi tổng quát Mạng tế bào đa chặng phân cấp vi HSCSD HSDPA HSPA HSUPA iCAR ISM LTE OFDM MADF MC MGF MH MIMO MANET MCN MRC MS PAPR PARCel S PDF PSK QAM High-Speed Circuit Switched Data High Speech Downlink Packet Access High Speed Packet Access High Speech Uplink Packet Access Integrated Cellular And Ad Hoc Relaying Industrial, Scientific and Medical Long Term Evolution Orthogonal Frequency Division Multiplexing Mobile-Assisted Data Forwarding Multi Carrier Moment Generating Function Multihop Network Multiple Input Multiple Output Mobile Ad Hoc Network Multihop Cellular Network Maximal Ratio Combining Mobile Station Peak-to-Average Power Ratio Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Chuyển tiếp Ad-hoc tế bào tích hợp Cơng nghiệp, khoa học, y tế Sự phát triển dài hạn Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Chuyển tiếp liệu hổ trợ di động Đa sóng mang Hàm sinh mơ men Mạng đa chặng Nhiều ngõ vào,nhiều ngõ Mạng Ad-hoc di động Mạng tế bào đa chặng Kết hợp tỷ số cực đại Trạm di động Tỉ lệ công suất đỉnh trung bình Pervasive Ad Hoc Relaying For Chuyển tiếp Adhoc lan tràn cho Cellular Systems hệ thống tế bào Probability Density Function Hàm mật độ xác suất Phase-Shift Keying Điều chế số theo pha Quadrature Amplitude Điều chế biên độ cầu phương Modulation vii QPSK RFID RN RS SC SCN SNR UCAN UCD UWB VCN WIMAX WMN Quadrature Phase-Shift Keying Radio Frequency Identification Relay Node Relay Station Single Carrier Single hop Cellular Network Signal to Noise Ratio Unified Cellular and Ad Hoc Network Uplink Channel Descriptor Ultra Wideband Virtual Cellular Network Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless Mesh Networks Khóa dịch pha cầu phương Nhận dạng sóng vơ tuyến Nút chuyển tiếp Trạm chuyển tiếp Đơn sóng mang Mạng tế bào đơn chặng Tỉ số tín hiệu nhiễu Mạng Adhoc tế bào hợp Mô tả kênh đường lên Băng tần siêu rộng Mạng tế bào ảo Khả tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba Mạng lưới vô tuyến viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Tỉ số tín hiệu nhiễu tức thời Tỉ số tín hiệu nhiễu trung bình SD SNR tức thời nguồn đích RD SNR tức thời nút chuyển tiếp đích SR SNR tức thời nguồn nút chuyển tiếp E () Tốn tử trung bình thống kê Es Cơng suất phát tín hiệu f X (x ) Hàm mật độ xác suất biến ngẫu nhiên X hi Biên độ fading chặng thứ i hSD Biên độ fading nút nguồn với nút đích hSR Biên độ fading nút nguồn với nút chuyển tiếp hRD Biên độ fading nút chuyển tiếp với nút đích x(t ) Tín hiệu phát nguồn ni Hệ số nhiễu trắng AWGN chặng thứ i Hệ số suy hao đường erfc() Hàm erfc M X (x ) Hàm sinh mô men biến ngẫu nhiên X P(e) Xác suất lỗi trung bình Pout Xác suất rớt min( x, y ) Giá trị nhỏ x y S Nút nguồn D Nút đích Ri Nút chuyển tiếp thứ i Gi Độ lợi nút chuyển tiếp thứ i No Mật độ phổ công suất nhiễu AWGN 73 5.2.2 Lưu đồ thuật toán đánh giá xác suất rớt hệ thống hai chặng hợp tác Bắt đầu Khởi tạo thông số ban đầu N, SNR, , , d SR,, d RD, dSD Tính SNR : SR , RD , SD , i ++ i< =length( ) Đúng j< =length( SD ) Sai Vẻ đồ thị Pout theo SNR Đúng Sai Tính Pout (theo eq 4.21) j ++ Kết thúc Hình 5.2 Thuật tốn mơ xác suất rớt cho hệ thống hai chặng hợp tác 74 5.2.3 Lưu đồ mô đánh giá BER hệ thống đa chặng Mơ hình mơ BER hệ thống đa chặng (mơ hình tuyến tính) sử dụng hình (4.4) Nút chuyển tiếp sử dụng nút AF Giả định terminal cố định, khoảng cách từ nguồn đến đích d Hệ thống đa chặng sử dụng ( N 1) nút chuyển tiếp chia hệ thống thành N chặng có khoảng cách ( d / N ) Tín hiệu phát Rayleigh fading, AWGN Rayleigh fading, AWGN Kênh chuyển tiếp h(S,R) Kênh trực tiếp h(S,D) Nút chuyển tiếp (N-1) nút Tín hiệu thu trực tiếp (direct link) Nút chuyển tiếp (N-1) Kênh truy nhập h(R,D) Rayleigh fading, AWGN Tín hiệu thu sau N hops Tính SNR, BER trực tiếp So sánh Tính SNR, BER N hops Hình 5.3 Sơ đồ mơ đánh giá BER cho hệ thống N chặng 75 Trong sơ đồ hình 5.3, ban đầu tín hiệu phát sau điều chế phát hai kênh truyền riêng biệt Các kênh truyền xem chịu ảnh hưởng fading nhiễu trắng cộng AWGN Kênh fading sử dụng mô Rayleigh fading Ở đường truyền trực tiếp với khoảng cách từ nguồn đến đích d, tín hiệu sau qua kênh truyền truyền trực tiếp đến đích, thu sau tính tốn SNR, tỉ số BER Với đường truyền qua nút chuyển tiếp, tín hiệu sau qua kênh truyền thu nút chuyển tiếp Tại nút chuyển tiếp, tín hiệu khuếch đại phát tiếp đến đích Tại đích, với tín hiệu thu được, ta tính SNR, BER cho hai chặng Tỉ số BER thu hai trường hợp so sánh đánh giá Với hệ thống N chặng, tín hiệu sau qua nút chuyển tiếp tiếp tục chuyển đến nút thứ 2, nút chuyển tiếp thứ N-1, hình thành hệ thống N chặng Sau nút chuyển tiếp, ta tính tốn SNR BER Sau tính tốn tỉ số BER sau chặng so sánh với đường trực tiếp 5.3 CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.3.1 Đánh giá BER hệ thống hai chặng hợp tác Kết mơ hình 5.4 cho thấy tỉ lệ lỗi bit với giá trị khác Kết cho thấy BER hệ thống hai chặng với nút chuyển tiếp hợp tác tốt so với đường truyền trực tiếp Khi mức ngưỡng tăng tỉ lệ lỗi bít cải thiện Sở dĩ có điều hệ thống đạt lợi ích từ chế phân tập hợp tác Ngoài ta, kết cho thấy SNR cao hiệu lỗi chế chuyển tiếp hợp tác có xu hướng song song với đường truyền trực tiếp, điều cho thấy hệ thống đạt độ lợi mảng ăng ten ảo khơng có độ lợi phân tập Ngun nhân SNR cao, đích cần đến hỗ trợ việc truyền tín hiệu từ nút chuyển tiếp 76 BER for dual hop with Cooperative Relay 10 -1 10 -2 10 -3 BER 10 -4 10 Direct Transmission Dual-hop g0=2.71 -5 10 Dual-hop g0=4.77 -6 Dual-hop g0=6.92 10 Dual-hop g0=9.09 -7 10 10 15 Es/No(dB) 20 25 30 Hình 5.4 BER cho hệ thống hai chặng hợp tác với nút chuyển tiếp AF 5.3.2 Đánh giá xác suất rớt hệ thống hai chặng hợp tác Pout Dual-hop Cooperative with Amplify and Forward Relay 10 -1 10 -2 Pout 10 -3 10 -4 gamma0=2.71 10 gamma0=4.77 -5 gamma0=6.92 10 gamma0=9.09 -6 10 10 15 Es/No(dB) 20 25 30 Hình 5.5 Xác suất rớt cho hệ thống hai chặng hợp tác với nút chuyển tiếp AF 77 Pout Dual-hop Cooperative with Decode and Forward Relay 10 -1 10 -2 Pout 10 -3 10 -4 gamma =2.71 10 gamma =4.77 -5 gamma =6.92 10 gamma =9.09 -6 10 10 15 Es/No(dB) 20 25 30 Hình 5.6 Xác suất rớt cho hệ thống hai chặng hợp tác với nút chuyển tiếp DF Pout Dual-hop Cooperative with AF and DF Relay 10 -1 10 = 6.92 -2 Pout 10 -3 10 = 2.71 -4 10 -5 10 AF Relay DF Relay -6 10 10 15 Es/No(dB) 20 25 30 Hình 5.7 Xác suất rớt cho hệ thống hai chặng hợp tác với nút AF DF 78 Kết hình (5.5), (5.6) biểu diễn xác suất rớt (outage) định nghĩa phần (4.2.3) Kết mô cho thấy tăng, xác suất rớt tăng Nguyên nhân tăng xác suất mà tổng SNR tín hiệu kết hợp nhỏ ngưỡng tăng, dẫn đến xác suất rớt tăng Ngoài ra, kết so sánh Pout nút chuyển tiếp AF DF hình (5.7), cho ta thấy hệ thống với nút chuyển tiếp AF vận hành tốt hệ thống với nút chuyển tiếp DF 5.3.3 Đánh giá BER hệ thống đa chặng Các kết mô thực với nguồn vào triệu bit ngẫu nhiên, sử dụng điều chế BPSK, QPSK cho kênh Rayleigh fading Nút chuyển tiếp sử dụng AF a Điều chế BPSK BER Performance of Two-Hop System over Rayleigh Fading Channel 10 BER 2-Hops BER Direct Transmission -1 Bit Error Rate 10 -2 10 -3 10 -4 10 10 15 20 25 Average SNR per hop 30 35 Hình 5.8 BER cho hệ thống hai chặng kênh Rayleigh fading 79 BER for BPSK - Multihop over Rayleigh channel 10 -1 Bit Error Rate 10 -2 10 Hops Hops Hops Hops Hops Direct Link -3 10 -4 10 10 15 20 SNR per Hop 25 30 35 Hình 5.9 BER cho hệ thống đa chặng kênh Rayleigh fading b Điều chế QPSK BER - QPSK for multihop over Rayleigh channel 10 -1 Bit Error Rate 10 -2 10 Hops Hops Hops Hops Hops Direct Link -3 10 -4 10 10 15 20 25 SNR per Hop 30 35 40 Hình 5.10 BER cho hệ thống đa chặng kênh Rayleigh fading 80 Nhận xét đánh giá kết - Với hệ thống hai chặng, sử dụng điều chế BPSK kênh Rayleigh fading, Hình 5.8 cho ta thấy tỉ lệ lỗi bit (BER) hệ thống có hỗ trợ nút chuyển tiếp (hai chặng) tốt so với đường truyền trực tiếp - Mô với việc bổ sung thêm nhiều chặng vào hệ thống, theo kết mơ hình (5.9) (5.10) ta thấy rằng, với hệ thống chặng với nút chuyển tiếp cho BER tốt đường truyền trực tiếp Ngoài ra, tỉ lệ BER sau chặng thêm vào tăng so với chặng trước tỉ lệ tăng khơng giống nhau, hay nói cách khác BER tăng sau chặng có hiệu ứng giảm dần Nguyên nhân tăng BER hệ thống sử dụng nút chuyển tiếp AF, nút chuyển tiếp khuếch đại tín hiệu nhiễu từ kênh 5.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày kết mô đánh giá hệ thống hai chặng hợp tác hệ thống đa chặng mơ hình tuyến tính sử dụng với nút chuyển tiếp AF Kết mô với cho thấy ảnh hưởng việc tăng số chặng lên tỉ lệ lỗi bit hệ thống Với hệ thống hai chặng hợp tác, xác suất lỗi bít cải thiện so với truyền dẫn trực tiếp, nhờ chế phân tập hợp tác đích nút chuyển tiếp Với hệ thống đa chặng không hợp tác, BER hệ thống đa chặng với nút chuyển tiếp tốt so với đường truyền trực tiếp Tuy nhiên, hiệu lỗi sau chặng thêm vào tăng lên ảnh hưởng fading nhiễu Với mơ hình BER khơng tăng mà có hiệu ứng giảm dần sau chặng thêm vào 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Tóm tắt kết nghiên cứu Trong thông tin vô tuyến băng rộng, kỹ thuật truyền thông đa chặng với nút chuyển tiếp công nghệ đem lại nhiều ưu điểm lợi ích cho ngành viễn thơng tương lai, cụ thể áp dụng hệ thống thông tin di động 4G LTE Tại khu vực rìa cell, nơi mà tín hiệu thu có SNR thấp, hệ thống mạng 4G LTE khơng đáp ứng nhu cầu truyền tải liệu tốc độ cao, việc sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp đáp ứng yêu cầu tốc độ truyền tải liệu cho thuê bao khu vực rìa cell, mở rộng vùng phủ sóng hệ thống mạng 4G LTE Luận văn phân tích khái quát ưu nhược điểm hệ thống đa chặng so với đơn chặng, với việc đưa số kiến trúc mạng tế bào đa chặng giúp cho nhà quản lý mạng sẽ lựa cho cho kiến trúc mạng hợp lý phù hợp với điều kiện thực tế Ngoài ra, ta thấy việc sử dụng kỹ thuật điều chế phức tạp tăng công suất máy phát để tăng vùng phủ sóng khơng phải lựa chọn tốt liên quan đến yếu tố giá thành làm cho hệ thống phức tạp Thay vào sử dụng kỹ thuật đa chặng dựa nút chuyển tiếp để giảm khoảng cách trạm thu trạm phát tăng hiệu hệ thống Để đánh giá hiệu mạng, luận văn phân tích mơ hình hệ thống mạng hai chặng hợp tác hệ thống đa chặng với nút chuyển tiếp cố định Qua đánh giá SNR hệ thống, tỉ lệ lỗi bit, xác suất rớt hệ thống Với hệ thống hai chặng hợp tác, xác suất lỗi bít cải thiện so với truyền dẫn trực tiếp, nhờ chế phân tập hợp tác đích nút chuyển tiếp Ngồi ra, với hệ thống đa chặng không hợp tác, BER tăng lên sau chặng ảnh hưởng fading nhiễu 82 Kết thực nghiệm cho thấy hệ thống đa chặng với hỗ trợ nút chuyển tiếp cần thiết để mở rộng vùng sóng, tăng cường chất lượng tín hiệu vùng rìa cell Tuy nhiên, luận văn cho thấy lúc việc mở rộng thêm nhiều chặng phù hợp Do cần phải cân việc mở rộng vùng phủ sóng với hiệu lỗi hệ thống Ngoài ra, hệ thống đa chặng với hợp tác nút chuyển tiếp cần thiết, giúp cải thiện hiệu lỗi hệ thống Hạn chế đề tài Nghiên cứu đem lại kết đóng góp định hệ thống truyền thông đa chặng Tuy nhiên, việc đánh giá hiệu hệ thống hai chặng thực với nút chuyển tiếp Ngoài ra, với hệ thống đa chặng, chưa đánh giá hiệu mạng đa chặng với hợp tác nhiều nút chuyển tiếp với máy thu, hệ thống đa chặng có nhiều nhánh, máy thu nhận tín hiệu từ nhiều nhánh Do chưa đánh giá hết ưu điểm mạng đa chặng Hướng nghiên cứu Để đánh giá ưu điểm mạng đa chặng, cần phát triển nghiên cứu thêm vấn đề sau: - Với hệ thống hai chặng, phân tích đánh giá hiệu mạng với hỗ trợ nhiều nút chuyển tiếp hay nhiều nhánh chuyển tiếp song song với nguồn đích - Với hệ thống đa chặng cần phân tích với mơ hình đa chặng có hợp tác nhiều nhánh, nhiều nút chuyển tiếp 83 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Papoulis and S.U Pillai, Probability (2002), Random Variables and Stochastic Process, Fourth ed., McGraw Hill, New York USA [2] A.Bendjaballah (2006), “Multihop Wireless Communications with non regenerative relays”, Proceedings of the 9th European Conference on Wireless Technology , pp 189-192 [3] Aimi S A.Ghafar,N.Satiman (2010), “Relay Architectures for LTEAdvanced Network”, Center of Excellence in Telecommunication Technology, Faculty of Electrical Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, Skudai, Johor, Malaysia [4] Aimi Syamimi Ab Ghafar, Nurulashikin Satiman, Norsheila Fisal, Siti Marwangi Mohamad Maharum (2011), "Techniques on Relaying for LTE-Advanced Network", Communications in Computer and Information Science, Vol 253, pp 624–638 [5] Anas F Bayan and Tat-Chee Wan (2011), “A Review on WiMAX Multihop Relay Technology for Practical Broadband Wireless Access Network Design”, Journal of Convergence Information Technology(JCIT), Vol (No 9), pp 363-372 [6] Augustine C Odinma, Lawrence I Oborkhale (2007), “The Trends in Broadband Wireless Networks Technologies”, The Pacific Journal of Science and Technology, Vol (No 1), pp 118-125 [7] David Soldani (2009), WIMAX New Developments, InTech, Croatia [8] Eduardo Morgado, Inmaculada Mora-Jiménez, Juan J Vinagre (2010), “End-to-End Average BER in Multihop Wireless Networks over Fading Channels”, IEEE Transactions communications, Vol (No 8), pp 2478-2487 on Wireless 84 [9] Gumbi L.n., Chatelain D (2006), “Power-Efficient Algorithm for IEEE 802.11b Multi-Hop Networks”, Proc of Southern African Telecommunication Networks & Applications Conference (SATNAC’06), held in South Africa on - September [10] I S Gradshteyn and I M Ryzhik (2007), Table of Integrals, Series, and Products, Seventh ed San Diego USA, Academic Press [11] M Abramowitz and I A Stegun (1969), Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th ed., Dover Publications, New York [12] M K Simon and M.-S Alouini (2000), Digital Communication over Fading Channels”, Kluwer Academic Publishers, New York, USA [13] Mazen Hasna (2003), “Average ber of multihop communication systems over fading channels”, ICECS 2003 Proceedings of the 2003 10th IEEE International Conference, Vol 2, pp 723-726 [14] Mazen O Hasna and Mohamed-Slim Alouini (2003), “End-to-End Performance of Transmission System With Relays Over RayleighFading Channels”, IEEE Transactions on Wireless communications, Vol (No 6), pp 1126-1131 [15] Mazen O.Hasna, Mohamed-SlimAlouini (2004), “A Performance Study of Dual-Hop Transmissions With Fixed Gain Relays”, IEEE Transactions on Wireless communications, Vol (No 6), pp 1963-1968 [16] Mohsen Guizani (2004), Wireless Communications Systems and Networks, Kluwer Academic Publishers, New York ,USA [17] Nguyen Le Hung (2010), Mobile Communications, Danang University of Technology, University of Danang 85 [18] P Herhold, E Zimmermann (2004), ”A Simple Cooperative Extension to Wireless Relaying,” International Zurich Seminar on Communications, Zurich, Switzerland, pp 36-39 [19] PatrickHerhold, Ernesto Zimmermann, Gerhard Fettweis (2005), “Cooperative multi-hop transmission in wireless networks”, Computer Networks 49, pp 299–324 [20] Peter H J chong (2010), “Multihop Cellular Networks: A review”, International Journal of Engineering Science and Technology, Vol (No.11), pp 6082-6091 [21] Salama Ikki, Mohamed H Ahmed (2008), “Performance Analysis of Incremental Relaying Cooperative Diversity Networks over Rayleigh Fading Channels”, Wireless Communications and Networking Conference, pp 1311-1315 [22] Salama Ikki, Mohamed H Ahmed (2009), “Performance Analysis of Decode-and-Forward Incremental Relaying Cooperative-Diversity Networks over Rayleigh Fading Channels”, Vehicular Technology Conference 2009 IEEE 69th, pp 1-6 [23] Xue Jun Li, Boon-Chong Seet, Peter Han Joo Chong (2008), “Multihop cellular networks: Technology and economics”, Computer Networks, Vol.52 (No 9), pp 1825-1837 [24] Yang Yang, Honglin Hu, Jing Xu, Guoqiang Mao (2009), "Relay technologies for WiMax and LTE-advanced mobile systems", Communications Magazine IEEE, Vol 47 (No 10), pp 100-105 [25] Yang Yang, Honglin Hu, Jing Xu, Guoqiang Mao (2009), “Relay Technologies for WiMAX and LTE-Advanced Mobile Systems”, IEEE Communications Magazine, Vol 47 (No.10), pp 100-105 PHỤ LỤC Tính SNR hệ thống đa chặng (cơng thức 4.34) 2 Ta có : Signal Power = h12 h22 hN G12 G22 G N 1 S N 2 Noise Power = N 0,1 G12 G22 G N 1 h22 h32 h N 2 2 N 0,2 G2 G32 G N 1 h3 h4 hN N 0, N N N eqN S N NN N 1 N n 1 n h G N h N n 1 N 1 N t n 1 t ,n n t n Gt2 n 1 Chia tử số mẫu số cho N 1 N N 0,n n1 Gn , ta n 1 N Tử số n , (trong i hn2 N 0,n SNR cho chặng) n 1 Mẫu số N N 1 N n 1 N 0,n t n1 ht2 t n Gt2 N 1 N N 0,n n1 Gn n 1 N n1 N 0,n N t n 1 n 1 t 1 ht2 N Gt2 t 1 N 0,t N t n1 N 0,n n1 t n1 n t 1 Gt2 t 1 N 0,t N N t n1 n1 t n1 n1 t 1 Gt2 t 1 N 0,t N Thay Gn2 N n 1 N E n1 vào ta có : Mẫu số t ( t 1) En hn N n 1 t n 1 t 1 Vậy SNR tương đương sau: eqN N N N N t ( t 1) n 1 n n 1 t n 1 n 1 n n 1 t 1 n 1 1 t 1 t 1 Khai triển biểu thức ta viết lại với biểu thức eqN với hình thức đơn giản hơn: eqN N 1 1 1 n n 1 1 Chứng minh công thức (4.10) f ( | SD SD 0 ) e e SD Ta có F SD ( | SD ) if , SD S ,D if , P ( SD ) ( SD ) P ( SD ) + Với ( ) : ta có ( SD ) ( SD ) F ( | SD ) SD + Với ( ) : ta có ( SD ) ( SD ) ( SD ) F ( | SD ) SD P ( SD ) F ( ) F ( ) P( SD ) F ( ) SD SD SD (1 e SD e SD e f ( | SD ) F' ( | SD ) SD SD SD e e SD S ,D ) (1 e e e ) SD SD SD SD ) ... ĐÀ NẴNG TRƯƠNG NGỌC PHÚ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA CHẶNG TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa... cần nghiên cứu thiết kế mạng Chính vấn đề trên, mà việc nghiên cứu kỹ thuật truyền thông đa chặng thông tin vô tuyến băng rộng cần thiết Mục tiêu nghiên cứu + Nghiên cứu hệ thống truyền dẫn thông. .. dẫn thông tin vô tuyến băng rộng làm sở cho việc mở rộng mạng kỹ thuật chuyển tiếp + Nghiên cứu kỹ thuật chuyển tiếp làm tảng cho việc nghiên cứu kỹ thuật truyền thông đa chặng + Nguyên cứu đánh