TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP

TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP

TÌM HIỂU MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG SỬ DỤNG THUẬT TỐN KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AF Amplify-and- forward TSR Time -switching relaying FD Full- duplex RF Radio frequency SNR Signal-to-Noise Ratio LTE Long Term Evolution IEEE Institude of Electrical and Electronics Engineers Trang 6/22 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG SỬ DỤNG THUẬT TỐN KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP 1.1 Mục đích đề tài Ngày nay, nguồn lượng lượng gió, lượng mặt trời…là mục tiêu phát triển công nghệ bền vững thân thiện với môi trường để kéo dài thời gian hoạt động hệ thống truyền thông không dây cách hiệu thiết thực phần lớn hệ thống truyền thơng có tuổi thọ hạn chế để trì kết nối mạng phải cung cấp lượng theo định kỳ Điều tốn kém, khơng đạt hiệu cao chí điều khơng thể Tuy nhiên, vấn đề đặt lượng ngẫu nhiên phụ thuộc nhiều vào mơi trường Và mục đích việc thực đề tài đồ án 1.2 Tính thiết yếu đề tài Chuyển tiếp cách hiệu để hạn chế giảm hiệu suất fading, đường truyền Trong này, ta tập trung vào việc thực thông qua thông tin không thuật toán khuếch đại chuyển tiếp (AF) giao thức chuyển thời gian (TSR) Bằng cách nay, ta tạo hệ thống chuyển tiếp trang bị ăng-ten hai riêng biệt, cho truyền tải thông tin cho tiếp nhận thơng tin.Từ ta xem xét hiệu suất lượng thu hoạch hệ thống với toán học phân tích mơ • 1.3 u cầu đề tài Tìm hiểu mơ hình chuyển tiếp AF • Tìm hiểu Wireless Information and Power Transfer with Full Duplex Relaying • Tìm hiểu mơ hình song cơng xây dựng cơng thức • Hồn thiện cơng thức mơ matlab MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG Trang 7/22 CHƯƠNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1.4 Kỹ thuật chuyển tiếp mạng truyền thông 1.1.1 Giới thiệu: Một thành phần quan trọng mạng truyền thông nút chuyển tiếp (Relay) đầu-cuối Để tìm hiểu thêm về kỹ thuật chuyển tiếp nhằm tạo tiền đề cho việc phân tích hoạt động nút chuyển tiếp 1.1.2 Kỹ thuật chuyển tiếp Trong mạng truyền thông, việc tăng cường dung lượng, mở rộng phạm vi phủ sóng giảm chi phí vận hành mục tiêu nhà quản lý mạng viễn thơng Đồng thời, nhằm giảm suy yếu tín hiệu suy giảm kênh truyền fading… Kỹ thuật chuyển tiếp AF công nghệ đại đáp ứng u cầu đặt Hình 2- Mơ hình chuyển tiếp [3] 1.1.3 Các loại chuyển tiếp Có hai loại chuyển tiếp định nghĩa tiêu chuẩn 3GPP LTE-Advanced chuyển tiếp loại (Type-I) loại (Type-II) MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG Trang 8/22 Hình 2- Chuyển tiếp loại I II [2] - 1.1.4 Phương pháp chuyển tiếp tín hiệu Khuếch đại chuyển tiếp (Amplify and Forward - AF) Hình 2- Chuyển tiếp AF [3] Phương pháp AF: Trạm chuyển tiếp (Relay) nhận tín hiệu từ nguồn ( Source) bị suy hao cần phải khuếch đại lên trước truyền tiếp đến đích ( Destination) - Giải mã chuyển tiếp (Decode and Forward - DF) MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG Trang 9/22 Hình 2- Chuyển tiếp DF [3] Phương pháp DF: Phương pháp dùng việc truyền tín hiệu số Tín hiệu nhận từ nguồn ( Source) được giải mã sau mã hóa truyền đến đích (Destination), nhiễu khơng khuếch đại tín hiệu nhận 1.5 Mơ hình hệ thống song cơng 1.1.5 Hệ thống Hình 2- Mơ hình hệ thống song cơng Mơ hình hệ thống chuyển tiếp song công: Nguồn (Source) gửi thông tin đến đích (Destination) thơng qua Relay để khuếch đại chuyển tiếp Các relay trang bị với an-ten truyền an-ten thu Ngoài ra, relay giả định có nguồn cung cấp lượng khác lượng thu hoạch từ nguồn  Từ mơ hình hệ thống: MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG Trang 10/22 Trong giai đoạn thu hoạch lượng, tín hiệu nhận nút chuyển tiếp biểu thị dạng: yR = h.xe + nR (2.1) Tín hiệu nhận relay vào giai đoạn truyền tải thơng tin, tín hiệu nhận relay biểu thị dạng yR = h.xs + f xR + nR (2.2) Tín hiệu nhận đích: yD = g xR + nD Trong đó: yR , yD : tín hiệu nhận relay đích xs : tín hiệu phát nguồn xR : tín hiệu phát relay xe : tín hiệu lượng h,g : hệ số kênh truyền f : hệ số nhiễu relay nR , nD : nhiễu tạp âm Gaussian (AWGN) relay đích với phương sai N 1.1.6 Truyền thơng tin Hình 2- Truyền thơng tin hệ thống song cơng Q trình truyền thơng chia thành giai đoạn: • Giai đoạn 1: Relay thu hoạch lượng từ nguồn αT MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG (2.3) Trang 12/22 Phần chứng minh (2.10) Phụ lục A  Xác suất dừng xác suất mà tỉ số SNR bé ngưỡng cho trước Pout AF = Pr ( SNR < γ ) (2.11) R Giá trị ngưỡng γ = − , với R (bps/Hz) tốc độ truyền tín hiệu Ta cơng thức:     N N y γ + γ y.N ÷  γ + γ y.N ÷  − λR k k ÷K1  ÷ .e dy = 1− ∫  λ λ ( P − k P y γ ) λ λ ( P − k P y γ )  ÷  ÷ λR s D s s s D s s  ÷  ÷     γk Pout AF (2.12) Phần chứng minh (2.12) Phụ lục A Trong đó: λR , λS , λD : giá trị trung bình biến ngẫu nhiên f, h, g  Thơng lượng: tính tính qua đánh giá xác suất dừng hệ thống tốc độ không đổi RAF FD = (1 − Pout AF ) R(1 − α ) MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG (2.13) Trang 13/22 CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 1.6 Kết mơ theo Ps Bảng 3- Thông sô mô theo Ps Thông số R α Ps η λf λg λh Ý nghĩa Giá trị Tốc độ truyền dẫn tín hiệu Hệ số thời gian chuyển đổi 0.4 Công suất phát nguồn 0:2:30 dB Hiệu suất 0.8 Giá trị trung bình biến ngẫu 0.05 nhiên f Giá trị trung bình biến ngẫu 0.5 nhiên g Giá trị trung bình biến ngẫu 0.5 nhiên h Hình 3- Đồ thị xác suất dừng theo Ps MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG Trang 14/22 Hình 3- Thông lượng theo Ps  Nhận xét: Ta nhận Ps tăng Pout giảm ngược lại thông lượng hệ thống tăng Khi Ps nằm khoảng từ đến 10 dB Pout xấp xỉ 1, thơng lượng xấp xỉ bps/Hz công suất nguồn phát bị ảnh hưởng nhiễu hiệu thời điểm thấp Ngược lại, Ps tăng dần lớn 10 dB, Pout bắt đầu giảm dần thông lượng tăng dần 1.7 Kết mơ theo alpha MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG Trang 15/22 Bảng 3- Thơng số công suất theo alpha Thông số R α Ps η λf λg λh Ý nghĩa Giá trị Tốc độ truyền dẫn tín hiệu Hệ số thời gian chuyển đổi 0.01:0.05:0.95 Công suất phát nguồn 15 dB Hiệu suất 0.9 Giá trị trung bình biến ngẫu 0.02 nhiên f Giá trị trung bình biến ngẫu 0.5 nhiên g Giá trị trung bình biến ngẫu 0.5 nhiên h Hình 3- Đồ thị xác suất dừng theo alpha MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG Trang 16/22 Hình 3- Đồ thị thơng lượng theo alpha  Nhận xét: Theo hình 3-3 hình 3-4 công suất giảm dần alpha tăng dần Khi alpha đạt 0.6 Pout 0.6 Khi alpha lớn khoảng thời gian thu hoạch lượng relay lớn tiệm cận thơng lượng giảm 1.8 Kết mô theo R Bảng 3- Thông số công suất theo R Thông số R α Ps η λf λg λh Ý nghĩa Giá trị Tốc độ truyền dẫn tín hiệu 3:0.1:7 Hệ số thời gian chuyển đổi 0.4 Công suất phát nguồn 15 dB Hiệu suất 0.9 Giá trị trung bình biến ngẫu 0.02 nhiên f Giá trị trung bình biến ngẫu 0.5 nhiên g Giá trị trung bình biến ngẫu 0.5 nhiên h MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG Trang 17/22 Hình 3- Đồ thị xác suất dừng theo R MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG Trang 18/22 Hình 3- Đồ thị thơng lượng theo R  Nhận xét: Theo hình 3-5 hình 3-6 cơng suất tăng dần R tăng dần Khi R đạt 5.5 Pout tiệm cận Ngược lại thơng lượng giảm dần R đạt 5.5 thơng lượng MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG Trang 19/22 CHƯƠNG NHẬN XÉT Dựa kết mô ta kết luận hệ thống đáp ứng yêu cầu đặt hai đường mơ theo đường Simulation trùng khớp với đường Analytical cho thấy việc xây dựng cơng thức mơ xác Mặt khác, nhận thấy giao thức AF xử lý tốt, tiết kiệm thời gian tính tốn, song giao thức khuếch đại nhiễu nên dùng để truyền khoảng cách ngắn nên cần phát triển MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG Trang 20/22 CHƯƠNG - KẾT LUẬN 1.9 KẾT LUẬN Trong ta sử dụng RF lượng thu hoạch với sử dụng giao thức chuyển đổi theo thời gian (TSR) Dựa giả định lỗi kênh Gaussian zero-có nghĩa phân phối, xây dựng cơng thức phân tích xác suất - Bessel phép thử Monte Carlo hệ thống song cơng Tìm hiểu, xây dựng cơng thức mơ xác giao thức AF hệ - thống song công Mô xác suất dừng thông lượng theo Ps, alpha R 1.10 HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Ưu điểm - Hiểu chuyển tiếp AF hệ thống song công nhiễu - Hiểu hệ thông song công xây dựng công thức  Nhược điểm - Chưa tìm hiểu chuyển tiếp DF hệ thống song công nên không đánh giá ưu nhược điểm hai giao thức - Đánh giá dựa nhiễu đường truyền - Đồng thời đánh giá chuyển thời gian TSR  Hướng phát triển - Tìm hiểu DF hệ thống song cơng - Tìm hiểu AF DF hệ thống bán song công - Tìm hiểu hệ thống song cơng bán song cơng dựa PSR MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG Trang 21/22 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Các trang web [1] http://baigiang.co/bai-giang/cac-phuong-phap-truyen-dan-song-cong-622/ [2] http://dlib.ptit.edu.vn Tiếng Anh: [3] C.Zhong, H A Suraweera, G Zheng, I Krikidis, Wireless Information and Power Transfer With Full Duplex Relaying, IEEE Transactions on Communications [4] http://ieeexplore.ieee.org/document/7511169/ MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CƠNG Trang 22/22 PHỤ LỤC A Chứng minh cơng thức 2.10:  yR = h.xe + nR   yD = g xR + nD  yR = h.xs + f xR + nR   yD = g xR + nD xR = G yR Ta có: G = (1) { } E{ y } E xR 2 R Mà G2 =  PR | h | Ps + | f |2 PR + N yD = g.G (h.xs + f xR + nR ) + nD = g G.h.xs + g G f xR + g G.nR + nD Performance Analysis ( ) E ( | g | G | h | xs ) E ( signal ) SNR = = E (noise ) E ( | g | G | f | xR + | g | G.nR + nD ) ( = = ) | g |2 G | h |2 PS | g |2 G | f |2 PR + | g |2 G N + N g PR | h |2 Ps | g |2 PR | f |2 + | g |2 PR N + N (| h |2 Ps + | f |2 PR + N ) = g PR | h |2 Ps | g |2 PR | f |2 + | g |2 PR N + N | h |2 Ps + N | f |2 PR + N g PR | h |2 Ps PR | f |2 = | g |2 PR N N | h |2 Ps N02 | g |2 PR + + + N + PR | f |2 PR | f |2 PR | f |2 MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG Trang 23/22 Mà N0 SNR  N0   PR + ÷ : PR | f |2   Ps | h |2 2 PR | g | PR | f | = N PS | h |2 2 + PR | g | + N PR | f | Chứng minh cơng thức 2.12: Pout AF Ta có:   Ps | h |2  ÷ PR | g | PR | f | ÷ = Pr  < γ  N PS | h |2 ÷  ÷ + PR | g | + N  PR | f |  PR = k Ps | h |2 Pout AF    Ps | h |2  ÷ | g | |f|  = Pr