TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR

TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR

TÌM HIỂU MƠ HÌNH SỬ DỤNG NÚT CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG BÁN SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AF Amplify And Forward R Relay Station S Source D Destination SNR Signal To Noise Ratio RF Radio Frequency TSR Time Switching Base Relaying Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Việc kéo dài thời gian hoạt động mạng không dây thông qua việc thu hoạch lượng đề tài nhận nhiều quan tâm Mặc dù, ta thay sạc lại pin cho hệ thống phải chịu chi phí cao việc thay phức tạp Cho nên cách tận dụng tín hiệu tần số vô tuyến (RF) giải pháp tốt Ưu điểm giải pháp tín hiệu RF mang lượng thông tin lúc Do note relay vừa thu hoạch lượng, vừa xử lý thơng tin Mặc khác để giảm thiểu ảnh hưởng nhiễu đồng kênh lên chất lượng hệ thống, hạn chế anten thu việc sử dụng nút relay để chuyển tiếp thơng tin xem giải pháp hiệu Đối với việc thu thập lượng khơng dây tín hiệu RF, tiến hệ thống điểm tới điểm phân thành hai cách Cách xem xét thiết kế thu lý tưởng đồng thời thu thập thơng tin thu lượng tín hiệu nhận Tuy nhiên mạch thực thu hoạch lượng từ tín hiệu RF chưa thể giải mã trực tiếp thông tin Cách thứ hai xem xét thiết kế thu thực tế với thu thập thông tin riêng biệt thu lượng riêng cho thông tin 1.2 Lý chọn đề tài Để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày lớn với lượng liệu ngày tăng hệ thống cần thiết kế lại để đáp ứng nhu cầu người dùng tốc độ độ an tồn thơng tin Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang Trong đồ án em xin đề cập đến phương thức khuếch đại chuyển tiếp (AF) theo giao thức chuyển tiếp phân chia theo thời gian (TSR) Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang CHƯƠNG LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 2.1 Mơ hình chuyển tiếp đơn chặng Hình 2-1: Mơ hình hệ thống đơn chặng[1] Trong mơ hình nút R lắp S D, nhiệm vụ R truyền tải thơng tin từ sang D Ở mơ hình bán song cơng theo giao thức TSR R thực hai trình: +Quá trình thứ nhất: R thu lượng từ S +Q trình thứ hai: R khuếch đại tín hiệu nhận từ S chuyển tiếp sang D Hình 2-2: Cơ cấu khối thời gian truyền TSR[1] Theo giao thức TSR thời gian truyền chia làm ba khe thời gian: +Khe thứ nhất: dùng cho việc thu hoạch lượng R +Khe thời gian thứ hai, thứ ba: Dùng cho việc chuyển tiếp thơng tin Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang Ưu điểm việc sử dụng nút chuyển tiếp: +Mở rộng vùng phủ sóng +Nâng cao chất lượng hệ thống +Giảm chi phí lắp đặt +Tối ưu cơng suất hệ thống 2.2 Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp (AF) Với mạng truyền thông, việc tăng cường dung lượng, mở rộng phạm vi phủ sóng giảm chi phí vận hành ln vấn đề hàng đầu nhà quản lý viễn thơng Có nhiều kỹ thuật đưa kỹ thuật chuyển tiếp xem kỹ thuật tiên tiến đáp ứng nhu cầu nhà quản lý viễn thông Một số loại kỹ thuật chuyển tiếp đề cập DF, AF Trong đề tài kỹ thuật AF nhắc đến Kỹ thuật sử dụng tính tốn thời gian cơng suất vốn có trạm chuyển tiếp nơi mà lượng phát bị suy hao Tại R tiếp nhận tín hiệu suy hao từ S sau khuếch đại tín hiệu chuyển tiếp đến D Hình 2-3: Phương pháp chuyển tiếp AF[3] Tuy AF phương thức đơn giản mơ hình chịu nhiều ảnh hưởng ngồi khuếch đại tín hiệu nhiễu khuếch đại theo Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 2.3 Nhiễu đồng kênh Nhiễu đồng kênh [2] nhiễu xảy hai máy phát phát chung tần số Nhiễu đồng kênh thường xảy hệ thống vô tuyến số cellular tái sử dụng tần số Đặc trưng cho nhiễu đồng kênh tỉ số sóng mang nhiễu Nguyên lý tái sử dụng tần số: Tổng băng thông phân chia tế bào cụm Cụm sử dụng để xác định số gọi hỗ trợ tế bào Tuy nhiên hệ thống dễ gây giao thoa giảm kích thước cụm Nhiễu đồng kênh toán hay gặp quy hoạch lại tần số việc sử dụng nút chuyển tiếp giúp hệ thống tránh khỏi ảnh hưởng nhiễu đồng kênh đồng thời tăng diện tích phủ sóng cho mạng tổ ong Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 10 CHƯƠNG PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 3.1 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) thông lượng (Thoughput) PS thay đổi Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 11 Với , R=3, =0.7, =0.6, , N=1 Hình 3-4: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo PS Hình 3-5: Biểu đồ thơng lượng (Thoughput) biểu diễn theo PS Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 12 Kết luận: Theo Hình 3-1, 3-2 cho ta thấy S không cấp lượng cho R tức P S điểm thơng lượng hệ thống đồng thời xác suất dừng hệ thống Khi công suất phát tăng lên R bắt đầu thu hoạch hoạch lượng kéo theo thông lượng tăng lên xác suất dừng giảm Vậy để hệ thống đạt thông lượng lớn đồng thời xác suất dừng bé ta chon P S 30dB thơng lượng lớn xác suất dừng thấp 3.2 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) thông lượng Alpha thay đổi Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 13 Với , R=3, =0.7, =0.6, , N=1 Hình 3-6: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo Alpha Hình 3-7: Biểu đồ thơng lượng (Thoughput) biểu diễn theo Alpha Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 14 Kết luận: Nhìn vào hình 3-3 3-4 cho ta thấy alpha xác xuất dừng lớn hệ thống chưa hoạt động chưa đủ thời gian để R thu đủ lượng Khi alpha tăng xác suất dừng hệ thống giảm xuống Nhưng theo hình 3-4 thông lượng hệ thống không lớn xác suất dừng đạt cực tiểu Vậy nhìn vào biểu đồ cho thấy để hệ thống đạt thông lượng lớn xác suất dừng hệ thống đủ nhỏ để hệ thống hoạt động alpha = 0.35 3.3 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) thông lượng (Thoughput) tốc độ bit (R) thay đổi Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 15 Với , =0.4, =0.7, =0.6, , N=1 Hình 3-8: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo tốc độ bit (R) Hình 3-9: Biểu đồ thông lượng (Thoughput) biểu diễn theo tốc độ bit (R) Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 16 Kết luận: Nhìn vào hai biểu đồ 3-5, 3-6 cho thấy tốc độ bit thay đổi để đạt thơng lượng lớn tốc độ bit đạt R=3 Khi R lớn xác suất dừng lớn đồng nghĩa thông lượng đạt cực tiểu Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 17 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Nhận xét Với hệ thống sử dụng nút chuyển tiếp giúp giảm công suất tiêu thụ Tuy nhiên hạn chế kỹ thuật AF khuếch đại tín hiệu nhận từ S khuếch đại ln tín hiệu nhiễu vấn đề kỹ thuật này, nhiên ưu điểm hệ thống đơn giản dễ dàng lắp đặt Thông qua mô cho thấy độ lợi công suất hệ thống hoạt động tốt Nhưng với alpha tốc độ bit hệ thống chưa đạt tối ưu đạt tối ưu khoảng định 4.2 Hướng phát triển Tuy kỹ thuật AF chưa đạt tối ưu qua cho thấy nhiều mặt lợi ích kỹ thuật chuyển tiếp tốc độ, dung lượng, cơng suất… Có nhiều hướng phát triển kỹ thuật chuyển tiếp tập trung phát triển kỹ thuật AF mục tiêu khắc phục tín hiệu nhiễu khuếch đại R áp dụng nhiều kỹ thuật mục đích phát triển ưu điểm kỹ thuật hạn chế khuyết điểm Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing [2] Đánh giá hiệu mạng truyền thông cộng tác tác động suy hao phần cứng nhiễu đồng kênh-Nguyễn Quốc Điền [3] Kỹ thuật chuyển tiếp hệ thống truyền thông đa chặng- Đỗ Thị Minh Quế [4] I S Gradshteyn and I M Ryzhik, Table of integrals, series, and products, 4, Ed Academic Press, Inc., 1980 Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 19 PHỤ LỤC Thu thập lượng Theo hình 2.3 nút R thu hoạch lượng từ S với thời gian αT Sau R nhận thơng tin từ S với thời gian 1- αT Bỏ qua ảnh hưởng khoảng cách d ta có tín hiệu thu R D : Tại độ lợi kênh, tín hiệu phát từ S, nhiễu Gaussian anten thu R D Năng lượng thu R khe thời gian thứ (hình 2.2) định nghĩa [1] là: Tại công suất phát, hiệu suất chuyển đổi lượng , thời gian thu thập lượng Hệ số khuếch đại: Tại phương sai nhiễu Từ (4) ta thay vào (2) ta có: Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 20 Phân tích thơng lượng Từ (5) ta xây dựng SNR toàn chặng: SNR (6) Đặt , = N chia tử, mẫu cho Năng lượng truyền nút R định nghĩa: = = Đặt K = PR = K (9) Thay PR vào (8) ta có: = (10) Trong thành phần mẫu N2 bé khơng đáng kể so với thành phần lại nên ta có cơng thức gần SNR là: (11) Tính xác suất dừng thông lượng hệ thống Theo định lý Shannon ta có: C=log2(1+SNR) Hệ thống dừng hoạt động tốc độ bit bé dung lượng hệ thống nên xác suất dừng định nghĩa [1],[4]: Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 21 Với Thay vào (11) ta có: Đặt thay vào (13) ta có: Xét trường hợp xác xuất xảy ta có: Vì bất phương trình đổi chiều nên nên xác ln suy ra: Vậy cơng thức xác xây dựng là: Ta tiếp tục xây dựng cơng thức gần Vì d/c = nên Thay vào (15): Đặt Đổi cận: Thay vào (16) ta có: Tra bảng hàm Bessel [4] ta có: Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 22 Với Vậy cơng thức gần có dạng: Với Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR  ... nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 22 Với Vậy cơng thức gần có dạng: Với Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR ... đến phương thức khuếch đại chuyển tiếp (AF) theo giao thức chuyển tiếp phân chia theo thời gian (TSR) Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang... đạt cực tiểu Tìm hiểu mơ hình sử dụng nút chuyển tiếp hệ thống bán song công theo giao thức TSR Trang 17 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Nhận xét Với hệ thống sử dụng nút chuyển tiếp giúp giảm công suất tiêu