ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG SONG CÔNG

ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG SONG CÔNG ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG SONG CÔNG ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG SONG CÔNG ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG SONG CÔNG ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG SONG CÔNG ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG SONG CÔNG

ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG SONG CÔNG MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ V DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VI CHƯƠNG GIỚI THIỆU LỊCH SỬ MẠNG DI ĐỘNG .1 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC THẾ HỆ MẠNG DI ĐỘNG 1.1.1 Mạng 1G 1.1.2 Mạng 2G 1.1.3 Mạng 2.5G 1.1.4 Mạng 3G 1.1.5 Mạng 4G 1.1.6 Mạng 5G CHƯƠNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 2.1.1 Hệ thống song công 2.1.2 Hệ thống Relay 2.2 GIAO THỨC DF TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG 2.3 CÁC GIAI ĐOẠN VÀ CÔNG THỨC .7 2.3.1 Giai đoạn Relay thu thập lượng nhận tín hiệu từ Nguồn 2.3.2 Giai đoạn Relay xử lí tín hiệu nhận từ Nguồn truyền 2.3.3 Giai đoạn từ Relay tới Đích 2.3.4 Xác suất dừng 2.3.5 Thông lượng hệ thống .9 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 10 3.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .11 3.1.1 So sánh kết thông lượng xác suất ngõ dựa theo công suất đầu vào: .11 3.1.2 So sánh kết thông lượng xác suất ngõ dựa theo hệ số alpha: .12 3.1.3 So sánh kết thông lượng xác suất ngõ dựa theo tốc độ bit R (bps): 13 3.1.4 So sánh kết thông lượng xác suất ngõ dựa theo hệ số hiệu suất chuyển đổi lượng (theta): 14 CHƯƠNG KẾT LUẬN 15 4.1 KẾT LUẬN .15 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: So sánh hệ mạng di động .4 Hình 2-1: Mơ hình hệ thống Hình 2-2: Thời gian tương ứng cho trình Hình 3-1: Thơng lượng xác suất ngõ thay đổi 11 Hình 3-2: Thông lượng xác suất ngõ alpha thay đổi .12 Hình 3-3: Thơng lượng xác suất ngõ R thay đổi .13 Hình 3-4: Thơng lượng xác suất ngõ thay đổi 14 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DF Decode and Forward SNR Signal to Noise Ratio AWGN Additive white Gaussian Noise TDMA Time Division Multiplexing Access CDMA Code Division Multiplexing Access OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers LTE Long Term Evolution Trang 1/16 CHƯƠNG GIỚI THIỆU LỊCH SỬ MẠNG DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển hệ mạng di động Mạng di động đời mang đến nhiều giá trị tích cực cho đời sống người Nó khơng giúp giải cơng việc dễ dàng, phục vụ nhu cầu vui chơi giải trí, đồng thời giúp kết nối bạn bè, kết nối giới Hiện thị trường viễn thông 3G, 4G phủ sóng rộng rãi, gói cước 3G, 4G nhà mạng Mobifone, Viettel, Vinaphone nhiều người sử dụng theo dòng lịch sử mạng di động hình thành phát triển qua nhiều giai đoạn 1.1.1 Mạng 1G Được giới thiệu lần đầu vào thập niên 80 kỉ 20, 1G mạng thông tin di động không dây giới, hệ thống giao tiếp thơng tin qua kết nối tín hiệu analog Sử dụng antenna thu phát sóng gắn ngồi, kết nối tín hiệu tới trạm thu phát sóng nhận tín hiệu xử lí thoại thơng qua module máy di động Mặc dù hệ mạng di động với tần số 150Mhz mạng 1G phân nhiều chuẩn kết nối theo vùng giới như: NMT (Nordic Mobile Telephone), AMPS (Advanced Mobile Phone System), ACS (Total Access Communications System), JTAGS, -Netz, Radiocom2000 RTMI 1.1.2 Mạng 2G Là hệ kết nối thơng tin di động mang tính cải cách khác hoàn toàn so với hệ 2G sử dụng tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog hệ 1G áp dụng lần Phần Lan Radiolinja (hiện nhà cung cấp mạng tập đoàn Elisa Oyj) năm 1991 Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động lợi ích tiến suốt thời gian dài: mã hoá liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng 1G đặc biệt xuất tin nhắn dạng văn đơn giản – SMS Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song cơng Trang 2/16 Mạng 2G chia làm nhánh chính: TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị hạ tầng phân vùng quốc gia 1.1.3 Mạng 2.5G Là hệ kết nối thông tin di động 2G 3G Chữ số 2.5G biểu tượng cho việc mạng 2G trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch theo kênh truyền thống Nó khơng định nghĩa thức nhà mạng hay tổ chức mang mục đích tiếp thị công nghệ theo mạng 2G Mạng 2.5G cung cấp số lợi ích tương tự mạng 3G dùng sở hạ tầng có sẵn nhà mạng 2G mạng GSM CDMA Và tiến GPRS - công nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyển liệu dùng nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng GSM Bên cạnh đó, vài giao thức, chẳng hạn EDGE cho GSM CDMA2000 1x-RTT cho CDMA, đạt chất lượng gần dịch vụ 3G (bởi chúng dùng tốc độ truyền liệu chung 144 kbps), xem dịch vụ 2.5G (hoặc 2.75G) chậm vài lần so với dịch vụ 3G thực 1.1.4 Mạng 3G Là hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hẳn hệ trước Nó cho phép người dùng di động truyền tải liệu thoại liệu thoại (tải liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips ) Công nghệ 3G nhắc đến chuẩn IMT-2000 Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU) Ban đầu 3G dự kiến chuẩn thống giới, thực tế, giới 3G bị chia thành phần riêng biệt: UMTS (WCDMA), CDMA 2000, TD-SCDMA, Wideband CDMA 1.1.5 Mạng 4G Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 3/16 4G viết tắt Fourth Generation, công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải liệu với tốc độ tối đa điều kiện lý tưởng lên tới 11,5Gbps Tên gọi 4G IEEE đặt để diễn đạt ý nghĩa “3G nữa”.Mạng 4G với tốc độ cao hẳn giúp cho tốc độ truyền tải liệu hệ thống mạng cải thiện đáng kể đưa dịch vụ cao cấp sử dụng ứng dụng di động, video trực tiếp mạng, hội nghị truyền hình hay chơi game trực tuyến… Tuy nhiên, điểm “lợi hại” mạng 4G thay cách hồn hảo đường truyền Internet cố định (kể đường truyền cáp quang) với tốc độ khơng thua kém, vùng phủ sóng rộng lớn có tính di động cao 1.1.6 Mạng 5G 5G hệ thống mạng có tốc độ dung lượng cao hơn, độ trễ hệ thống di động Công nghệ dùng cho 5G định, có số điểm người đồng ý, 5G sử dụng kiểu giải mã OFDM, tương tự với LTE Giao diện thiết kế với độ trễ linh hoạt LTE Hệ thống chủ yếu sử dụng tần số cao để truyền lượng liệu lớn vài khối thời điểm Chuẩn hoạt động từ tần số thấp đến cao có nhiều lợi ích 4G tần số cao 5G truyền liệu qua tần số khơng có giấy phép sử dụng cho WiFi mà không xung đột với mạng Wi-Fi có Nó tương tự với cơng nghệ mà TMobile mắt năm LTE-U Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 4/16 Hình 1-1: So sánh hệ mạng di động Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 5/16 CHƯƠNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1.2 Giới thiệu hệ thống Hệ thống Full-Duplex hoạt động qua giai đoạn: Nguồn (Source) gửi tín hiệu tới Relay, Relay thu thập lượng từ nút nguồn, giải mã tín hiệu từ Nguồn sau mã hóa gửi tới Đích (Destination) Hình 2-2: Mơ hình hệ thống Gọi T tổng thời gian tín hiệu từ Nguồn tới Đích, khoảng thời gian thu thập lượng Relay, khoảng thời gian truyền tín hiệu Hình 2-3: Thời gian tương ứng cho q trình Đánh giá thơng lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 6/16 1.1.7 Hệ thống song công Là hệ thống giúp thiết bị kết nối với giao tiếp với theo chiều đồng thời Mạng điện thoại hữu tuyến hay điện thoại di động hệ thống song cơng tồn phần, cho phép hai người tham gia điện thoại nghe nói lúc Điện đài hai chiều thiết kế thành hệ thống song cơng tồn phần, gửi nhận hai tần số khác Song cơng sử dụng tần số khác máy khơng tín hiệu phát thu nhiễu lẫn Phần lớn hệ thống song công mang liệu không truyền nhận tín hiệu phản hồi từ bên lại nên độ tin cậy cao Trong hệ thống song cơng, có phương pháp sử dụng: chia theo thời gian (TDD) chia theo tần số (FDD) 1.1.8 Hệ thống Relay Là trạm dừng để giải mã tín hiệu lọc nhiễu tín hiệu nhận từ nguồn, ngồi đảm bảo cho hệ thống hoạt động ổn định 1.3 Giao thức DF hệ thống song công Giao thức DF ( Decode and Forward) có nghĩa giải mã chuyển tiếp, phương pháp dùng việc truyền tính hiệu số Tín hiệu nhận sau giải mã sau mã hóa, nhiễu khơng khuếch đại tín hiệu nhận 1.4 Các giai đoạn cơng thức 1.1.9 Giai đoạn Relay thu thập lượng nhận tín hiệu từ Nguồn Tín hiệu nhận Relay sau: = + + Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 7/16 Trong tín hiệu truyền thỏa mãn E{} = , hệ số nhiễu AWGN với phương sai , kí hiệu lượng với E{} = Năng lượng thu thập tính bằng: Trong đó: hiệu suất chuyển đổi lượng công suất nguồn thời gian thu thập lượng độ lợi Relay Cơng suất tính sau: Với 1.1.10 Giai đoạn Relay xử lí tín hiệu nhận từ Nguồn truyền Relay nhận tín hiệu từ Nguồn sau giải mã loại bỏ nhiễu mã hóa truyền Tín hiệu truyền từ Relay: Vậy hệ số nhiễu SNR Relay tính bằng: Giả sử suy ra: 1.1.11 Giai đoạn từ Relay tới Đích Tín hiệu nhận Đích sau: Trong đó: tín hiệu truyền thỏa mãn E{} = nhiễu AWGN Đích với phương sai Suy hệ số tín hiệu nhiễu SNR Đích tính sau: độ lợi Đích Từ ta có tỉ số tín hiệu nhiễu tồn hệ thống tính là: Đánh giá thơng lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 8/16 1.1.12 Xác suất dừng Trong giao thức DF, truyền liệu chia làm giai đoạn khơng phụ thuộc lẫn Ngồi ra, tất máy phát giả định cấu trúc phần cứng, tức hệ số suy giảm phần cứng nhau, hay : Nên hệ thống dừng SNR giai đoạn nhỏ giá trị ngưỡng cho trước (gọi ) Định luật Shannon định nghĩa thông lượng kênh (ký hiệu C) tốc độ bit (R) lớn mà thơng tin qua kênh mà thơng tin khơng bị méo Thông lượng kênh xác định: Với B băng thông kênh thông tin, đơn vị đo Hz, S cơng suất tín hiệu truyền đi, đơn vị W, N công suất nhiễu, đơn vị đo W C R bit/giây hay bps, R tốc độ bit Cho B = 1, từ công thức => SNR = 2R -1 =  = ( min() <  = ( min(,)) <   =(  , ) Thay công thức vào biểu thức ta được: Đặt , , thay vào ta có: Sử dụng độc lập biến ngẫy nhiên hàm mật độ xác suất (Probability density function (PDF) Cummulative distribution function (CDF)) dùng để biểu diễn phân bố xác suất theo tích phân Hàm mật độ xác suất giá trị lớn số âm từ −∞ tới +∞ có giá trị Vậy phương trình viết lại: Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 9/16 Trong đó: hàm Bessel of the second kind 1.1.13 Thông lượng hệ thống Thông lượng hệ thống tính sau: CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Trong mô xác suất ngõ thông lượng ngõ theo giá trị là: công suất, tốc độ bit, hệ số alpha, hệ số hiệu suất chuyển đổi lượng 1.5 Kết mô 1.1.14 So sánh kết thông lượng xác suất ngõ dựa theo công suất đầu vào: Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song cơng Trang 10/16 Hình 3-4: Thơng lượng xác suất ngõ thay đổi 1.1.15 So sánh kết thông lượng xác suất ngõ dựa theo hệ số alpha: Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song cơng Trang 11/16 Hình 3-5: Thông lượng xác suất ngõ alpha thay đổi 1.1.16 So sánh kết thông lượng xác suất ngõ dựa theo tốc độ bit R (bps): Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song cơng Trang 12/16 Hình 3-6: Thơng lượng xác suất ngõ R thay đổi 1.1.17 So sánh kết thông lượng xác suất ngõ dựa theo hệ số hiệu suất Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 13/16 chuyển đổi lượng (theta): Hình 3-7: Thơng lượng xác suất ngõ thay đổi CHƯƠNG KẾT LUẬN 1.6 Kết luận Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song cơng Trang 14/16 Trong suốt q trình chứng minh cơng thức lập trình code, em gặp nhiều khó khăn nhiều thời gian Nhưng với giúp đỡ nhiệt tình Thầy hướng dẫn cuối em hoàn thành mục tiêu đồ án đưa Kết lý thuyết mơ tương đối xác 1.7 Hướng phát triển Từ việc mô thành công giao thức DF phát triển thêm giao thức AF với việc có thêm nhiễu đích để thấy khác giao thức từ chọn phương thức phù hợp cho điều kiện sử dụng khác Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 15/16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: [1] Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing (Ali A Nasir, Xiang Zhou, Salman Durrani, Rodney A Kennedy) [2] Wireless Information and Power Transfer with Full Duplex Relaying (Caijun Zhong, Himal A Suraweera, Gan Zheng, Ionanis Krikidis, Zhaoyang Zhang) Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công ... với mạng Wi-Fi có Nó tương tự với cơng nghệ mà TMobile mắt năm LTE-U Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 4/16 Hình 1-1: So sánh hệ mạng di động Đánh giá thông lượng kênh truyền. .. Wideband CDMA 1.1.5 Mạng 4G Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 3/16 4G viết tắt Fourth Generation, công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải liệu với... suất giá trị lớn số âm từ −∞ tới +∞ có giá trị Vậy phương trình viết lại: Đánh giá thông lượng kênh truyền hệ thống song công Trang 9/16 Trong đó: hàm Bessel of the second kind 1.1.13 Thông lượng