Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (tt)

Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)Kỹ thuật truyền song công trong mạng DSSC thu thập năng lượng (Luận văn thạc sĩ)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG TỐNG HỒ PHÚ THUẬN KỸ THUẬT TRUYỀN SONG CÔNG TRONG MẠNG DSSC THU THẬP NĂNG LƯỢNG CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THƠNG MÃ SỐ: 8520208 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HCM - 2018 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Tuấn Đức Phản biện 1: TS Phạm Ngọc Sơn Phản biện 2: TS Bùi Trọng Tú Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Vào lúc: 09 15 ngày 06 tháng 01 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Lý chọn đề tài Truyền lượng khơng dây thơng qua tín hiệu vơ tuyến (RF) gần lên giải pháp đầy hứa hẹn hiệu để cung cấp lượng kéo dài thời gian hoạt động mạng khơng dây có nguồn cung cấp lượng hạn chế Khi cho phép tín hiệu RF mang thông tin lượng, công nghệ thu thập lượng qua tín hiệu vơ tuyến thu hút nhiều nghiên cứu, đặc biệt khảo sát truyền không dây cách đồng thời thông tin lượng Trong [1], lượng bị hạn chế nút chuyển tiếp sử dụng giao thức khuếch đại chuyển tiếp (AF) dựa thời gian chuyển tiếp phân chia lượng nhận Cụ thể, tác giả nghiên cứu giới hạn truyền có độ trễ khơng có độ trễ, đề xuất phương pháp tính tốn biểu thức xác suất dừng dung lượng ergodic tương ứng Sau đó, tác giả mở rộng phân tích cho thơng lượng dung lượng ergodic giao thức giải mã chuyển tiếp (DF) [2] Dựa cấu trúc thời gian chuyển đổi, tác giả [3] đề xuất giao thức thời gian chuyển tiếp thích nghi cho việc thu thập lượng truyền tải thông tin qua tần số vô tuyến cho hai giao thức AF, DF phân tích biểu thức giải tích thơng lượng cho hai giao thức chuyển tiếp Trong nghiên cứu nêu có điểm chung xem xét chế truyền bán song công, nơi nút chuyển tiếp nhận truyền liệu đồng thời băng tần Với tiến cơng nghệ ăng-ten xử lý tín hiệu, truyền song công (full-duplex - FD) công nghệ mà nút chuyển tiếp nhận truyền thơng tin đồng thời băng tần Truyền song công cho phép cải thiện gấp đôi hiệu suất phổ tần so với truyền đơn công Trong [4], tác giả nghiên cứu hệ thống chuyển tiếp thu thập lượng sử dụng (harvest-use - HU) với chế độ hoạt động bán song công (half-duplex – HD) song công (FD) Kết luận [4] là: FD cơng nghệ hấp dẫn đầy hứa hẹn cho mạng truyền thông cộng tác HU-based Trong [5], tác giả xem xét thời gian chuyển tiếp chế độ song công hệ thống truyền lượng không dây, mà nút chuyển tiếp hoạt động chế độ FD với việc nhận truyền thông tin cách đồng thời Cụ thể, báo cung cấp đặc tính phân tích thơng lượng ba chế độ truyền khác nhau, cụ thể là: truyền tức thời, truyền có độ trễ cưỡng (delayconstrained) truyền có độ trễ giới hạn cách tối ưu tỷ lệ phân chia thời gian Hơn nữa, chế độ truyền song công hệ thống truyền lượng không dây với việc nhận thông tin truyền lượng đồng thời nghiên cứu [6] Trong [7], tác giả đề xuất giao thức hai pha cho giao thức khuếch đại chuyển tiếp (AF) để kích hoạt truyền song cơng Đặc biệt, họ coi lượng từ kênh nhiễu lặp lượng hữu ích tích hợp lượng vào trình truyền lượng không dây tối ưu phân bổ lượng thiết kế beamforming nút chuyển tiếp lập Tuy nhiên, hiệu suất phân tập chuyển tiếp song công với mạng WIPT cải thiện Thuật ngữ "switch and - stay combining (SSC)" kỹ thuật chuyển mạch tín hiệu từ nhánh dựa SNR tức thời SSC nhận ý đáng kể có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm thực kỹ thuật Trong [8] [9], tác giả đề xuất kỹ thuật DSSC áp dụng cho hai chặng chuyển tiếp với kỹ thuật giải mã chuyển tiếp (DF) Hiệu hệ thống suy từ xác suất dừng xác suất lỗi kênh Rayleigh fading Sự kết hợp phân bố SSC lựa chọn chuyển tiếp đề xuất nghiên cứu tỷ lệ lỗi bit [10] Trong [11], hiệu suất phân bố SSC lựa chọn chuyển tiếp điều kiện xác suất dừng xem xét Kết phân tích báo DSSC có khả cải thiện hiệu hệ thống nút đích khơng cần phải sử dụng kỹ thuật kết hợp, điều làm giảm mức độ phức tạp phần cứng nút đích Trong luận văn này, sử dụng kỹ thuật truyền song công kết hợp chuyển tiếp giữ phân tán (DSSC) điểm đích để cải thiện hiệu suất phổ tần mạng WIPT giảm phức tạp phần cứng nút đích 1.1.2 Mục đích nghiên cứu Trong luận văn này, áp dụng kỹ thuật truyền song cơng nút chuyển tiếp, nút chuyển tiếp có sử dụng kỹ thuật thu thập lượng, nút đích sử dụng kỹ thuật DSSC để cải thiện hiệu giảm độ phức tạp phần cứng nút đích hệ thống truyền tín hiệu lượng khơng dây - WIPT (wireless information and power transfer), với nội dung sau:  Đề xuất khảo sát kỹ thuật truyền song công mạng DSSC với nút chuyển tiếp Hệ thống bao gồm: nút nguồn S, nút đích D hai nút chuyển tiếp R1 R2 Nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật DF AF, nguồn hoạt động nút chuyển tiếp chủ yếu dựa vào việc thu hoạch lượng từ nút nguồn S Nút đích D sử dụng kỹ thuật DSSC  Xây dựng mơ hình tốn cho mơ hình nghiên cứu Đánh giá hiệu hệ thống kênh truyền Rayleigh fading Đánh giá hiệu suất hệ thống thông qua xác suất dừng (OP) kênh Rayleigh fading cho hai giao thức chuyển tiếp khuếch đại chuyển tiếp (AF) giải mã chuyển tiếp (DF) Thông qua mô để so sánh xác suất dừng hệ thống chuyển tiếp song công DSSC với hệ thống chuyển tiếp song công quy ước, để đưa kết luận mơ hình hệ thống chúng tơi đề xuất có hiệu suất tốt so với quy ước 1.1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Hình 1.1 Mơ hình hệ thống Xét mơ hình truyền song công bao gồm nút nguồn S, nút đích D hai nút chuyển tiếp R1 R2 Giả định liên kết truyền tải trực tiếp nguồn đích đến khơng có sẵn thơng tin từ nguồn đến đích thực thơng qua hai nút chuyển tiếp Các nguồn đích trang bị ăng-ten nút chuyển tiếp trang bị với hai ăng-ten, cho truyền cho nhận thơng tin Các nguồn đích có lượng riêng, hai nút chuyển tiếp cung cấp lượng hạn chế lượng hoạt động chủ yếu thu thập từ nguồn 1.1.4 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu tốn truyền song công nút chuyển tiếp sử dụng giao thức DF AF, nút chuyển tiếp có sử dụng kỹ thuật thu thập lượng Tính tốn xác suất dừng hệ thống (OP) kênh Rayleigh fading cho hai giao thức chuyển tiếp DF AF Thông qua mô để so sánh xác suất dừng hệ thống chuyển tiếp song công mạng DSSC với hệ thống chuyển tiếp song công quy ước, từ đưa kết luận mơ hình hệ thống chúng tơi đề xuất có hiệu suất tốt so với quy ước 1.2 Tổng quan kỹ thuật truyền song công mạng DSSC với hệ thống WIPT 1.2.1 Tổng quan kỹ thuật truyền song công Trong [12] yếu tố quan trọng hệ thống thông tin làm để vừa cung cấp cho người sử dụng dịch vụ chất lượng tốt vừa sử dụng băng thơng cách tối ưu Chính mà nhiều kỹ thuật truyền đưa truyền đơn công, truyền bán song công truyền song cơng Mỗi kỹ thuật có đặc tính khác nên ứng dụng cho mục đích khác tùy theo nhà cung cấp dịch vụ a Kỹ thuật truyền đơn cơng Hình 1.2 Hệ thống truyền đơn cơng Truyền đơn cơng kỹ thuật mà tín hiệu truyền chiều từ nguồn tới đích, hay kỹ thuật truyền đơn công thực việc thu phát tín hiệu cách đồng thời Trong hệ thống truyền đơn cơng có máy phát làm nhiệm vụ phát tín hiệu máy thu làm nhiệm vụ thu tín hiệu Ví dụ hệ thống thu phát truyền hình, radio… hệ thống truyền đơn cơng có hiệu suất phổ tần thấp b Kỹ thuật truyền bán song cơng Hình 1.3 Hệ thống truyền bán song cơng Truyền bán song cơng có hiệu suất phổ tần cao truyền đơn cơng tín hiệu truyền chiều từ nguồn tới đích ngược lại Trong hệ thống truyền bán song công, máy phát vừa thực việc phát tín hiệu vừa thực việc thu tín hiệu phía máy thu vậy, việc thu - phát tín hiệu diễn khơng đồng thời Ví dụ hệ thống liên lạc máy đàm… c Kỹ thuật truyền song cơng Hình 1.4 Hệ thống truyền song cơng Truyền song cơng kiểu truyền mà tín hiệu truyền theo hai hướng thời điểm, ví dụ hệ thống điện thoại, internet… Vì vậy, truyền song cơng có hiệu suất phổ tần gấp lần so với truyền đơn công Tuy nhiên, để làm điều hệ thống cần phải hoạt động theo cách đặc biệt để nhận phát tín hiệu lúc Có hai kỹ thuật thường sử dụng phân chia theo tần số (Frequency Division Duplex) phân chia theo thời gian (Time Division Duplex)  Kỹ thuật phân chia theo tần số Theo [12] kỹ thuật phân chia theo tần số hiểu tín hiệu truyền nhận cách sử dụng hai khoảng tần số khác Một tần số dùng cho việc phát tần số dùng cho việc thu tín hiệu Nhưng hai tần số cần phải có khoảng tần số bảo vệ để tránh trường hợp hai kênh tần số gây nhiễu cho Hình 1.5 Mơ hình truyền song công phân chia theo tần số  Kỹ thuật phân chia theo thời gian Theo [12] hệ thống sử dụng tần số tần số chia làm nhiều khe thời gian khác nhau, khe thời gian đảm nhận việc thu phát Giữa hai khe thời gian cần khoảng thời gian bảo vệ điều tạo độ trễ hệ thống Hình 1.6 Mơ hình truyền song cơng phân chia theo thời gian 1.2.2 Tìm hiểu hai kỹ thuật chuyển tiếp AF DF nút chuyển tiếp có sử dụng kỹ thuật thu hoạch lượng a Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp - AF Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp [13] (Amplify-and-Forward – AF) gọi kỹ thuật chuyển tiếp tương tự hay kỹ thuật chuyển tiếp khơng tái tạo Kỹ thuật có ưu điểm đơn giản, hoạt động lặp tương tự Nguyên tắc hoạt động kỹ thuật khuếch đại tín hiệu nhận sau chuyển tín hiệu khuếch đại Tín hiệu nhận sau trình chuyển tiếp tín hiệu khuếch đại tín hiệu nguồn cộng với nhiễu Kỹ thuật AF có hạn chế yêu cầu cấu trúc phần cứng phức tạp, dẫn đến chi phí cao Hơn nữa, kỹ thuật AF cần nút chuyển tiếp phải có đệm lớn để lưu trữ tín hiệu đến Tuy nhiên, đặc tính đơn giản đạt độ phân tập đầy đủ, nên kỹ thuật AF hứa hẹn giải pháp tối ưu cho công nghệ truyền thông vô tuyến tương lai Xét hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hai chặng, nút nguồn S chuyển liệu x1 đến nút đích D với hỗ trợ nút chuyển tiếp R Hình 1.7 Hệ thống chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật AF Nút nguồn S phát tín hiệu x1 với công suất PS , hệ số kênh truyền từ S đến R h1 , v1 nhiễu đường truyền từ S đến R Nút chuyển tiếp R nhận tín hiệu y1 từ S khuếch đại với độ lợi G , phát tín hiệu x2 với công suất PR , hệ số kênh truyền từ R đến D h2 , v2 nhiễu đường truyền từ R đến D Công thức tính SNR tồn chặng: 2 PS PR h1 h2  PS h1  N PR h2 2 PS h1  N   N0  N0 PS h1 PR h2 N0 N0 2 PS PR h1 h2 2 ( PS h1  PR h2  N ) N , (1.9) 2 PS h1 P h  R 1 N0 N0   1 1   1 Dựa vào công thức  tính cơng thức (1.9), ta tính thông số đánh giá hiệu hệ thống thông qua hàm CDF PDF  b Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp - DF Một kỹ thuật khác sử dụng nút chuyển tiếp giải mã chuyển tiếp (Decodeand-forward – DF) [15] hay gọi kỹ thuật chuyển tiếp số, nghĩa sau nhận tín hiệu từ nguồn, nút chuyển tiếp tiến hành giải điều chế trước chuyển tiếp tín hiệu cho nút đích Mặc dù kỹ thuật DF có ưu điểm kỹ thuật AF khơng khuếch đại tín hiệu nhiễu truyền cho nút đích, có tiềm giải sai mã tín hiệu dẫn đến giảm hiệu hệ thống Nguyên nhân nút chuyển tiếp giải mã tín hiệu có hai trường hợp xảy giải mã giải mã sai Nếu nút chuyển tiếp chuyển tín hiệu giải mã tới nút đích khơng cần biết giải mã hay sai gọi kỹ thuật chuyển tiếp cố định Còn nút chuyển tiếp chuyển tiếp tín hiệu giải mã gọi chuyển tiếp lựa chọn Trong kỹ thuật DF, tín hiệu phát nút chuyển tiếp kỳ vọng giống với tín hiệu phát nguồn Tín hiệu phát nút chuyển tiếp giống với tín hiệu nguồn nút chuyển tiếp phải giải mã tín hiệu thu Do tỉ số tín hiệu nhiễu hệ thống giá trị nhỏ hai giá trị chặng S → R R → D Ta xét mơ hình hệ thống chuyển tiếp DF sau: Hình 1.8 Hệ thống chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật DF Giả sử ta biết thông số h1 h2 , gọi  e 2e tỉ số tín hiệu nhiễu thấp hệ thống chuyển tiếp DF, ta có:  e 2e  Ps h1 PR h2      ,   ,    N0 N   (1.10) Hàm phân bố xác suất CDF  e 2e tính sau: F e e     Pr min   ,       Pr      Pr(   )  Pr      Pr       Pr      Pr(   )  [1  Pr     ]Pr      (1.11)  Pr      F     [1  Pr     ]F      F1    F1       f    d   1  F1    f    d   F      f e e     dF e e    d (1.12) 1.2.3 Tìm hiểu kỹ thuật DSSC Hình 1.9 Mơ hình hệ thống DSSC Kỹ thuật DSSC (Distributed Switch and Stay Combining - Kết hợp chuyển tiếp giữ phân tán) kỹ thuật lựa chọn tín hiệu thu dựa thơng số SNR tín hiệu Gọi hSR , hR D , hSR , hR D , f R f R hệ số kênh truyền từ nguồn đến nút chuyển tiếp R1, 1 2 từ nút chuyển tiếp R1 đến đích, nguồn đến nút chuyển tiếp R2, từ nút chuyển tiếp R2 đến đích, kênh nhiễu lặp (nhiễu ảnh hưởng qua lại ăng-ten phát ăng-ten thu nút chuyển tiếp) nút chuyển tiếp R1 R2 Công suất kênh truyền Rayleigh 2 fading, ký hiệu hSR , hR D , hSR 1 2 2 hR2 D , f R1 f R độc lập với biến ngẫu nhiên có phân phối mũ SR , R D , SR , R D ,  fR  fR Hơn nữa, tỷ lệ tín 1 2 hiệu nhiễu (SNR) hai nhánh S → R1 → D S → R2 → D đại diện  R xR1   R1 y R1 (2.5)  Trong trường hợp sử dụng R1, với giao thức DF, R1 giải mã tín hiệu đầu vào sau chuyển tín hiệu đến nút đích, tín hiệu truyền R1 xác định sau: xR1  R1 S (2.6) xS Tín hiệu nhận nút đích yR1D  hR1D d Rm1D xR1  nD , (2.7)     ,  công suất truyền R , d x R tín hiệu truyền từ R1, với E xR1 R1 R1 R1 D khoảng cách từ R1 đến nút đích D, ݊஽ nhiễu trắng Gaussian (AWGN) với phương sai ܰ଴ Do đó, SNR tức thời liên kết R1 → D xác định hR1D R1 RD  N d Rm1D (2.8)  Trong trường hợp sử dụng R2, với giao thức AF, R2 khuếch đại tín hiệu nhận với hệ số  R xác định công thức  R2  R2 m hR2 D S / d SR  N0 , (2.9) với R công suất phát nút chuyển tiếp R2 Do tín hiệu phát R2 xác định bởi: xR2   R2 y R2 (2.10)  Trong trường hợp sử dụng R2, với giao thức DF, R2 giải mã tín hiệu đầu vào sau chuyển tín hiệu đến nút đích xR2  R2 S xS (2.11) Tín hiệu nhận nút đích yR2 D  hR2 D d Rm2 D xR2  nD , (2.12)   ,  x R tín hiệu truyền từ R2, với E xR2 2 R2 R2 công suất truyền R2, d R D khoảng cách từ R2 đến nút đích D, ݊஽ nhiễu trắng Gaussian (AWGN) với phương sai ܰ଴ Do đó, SNR tức thời liên kết R2 → D xác định R D  hR2 D R2 N d Rm2 D (2.13) Song song với việc chuyển tiếp thơng tin đến nút đích pha thứ hai, nút chuyển tiếp thực việc thu thập lượng từ tín hiệu lượng truyền từ nguồn thu thập lượng từ kênh nhiễu lặp Trong trường hợp sử dụng R1, tín hiệu nhận ăng-ten nhận R1 xác định y R1  hSR1 m d SR (2.14) xE  f R1 xR1  nR1 , với f R kênh nhiễu lặp gây ăng-ten phát ăng-ten thu nút chuyển tiếp R1, xE tín hiệu lượng từ nguồn Công suất truyền R1 xác định bởi: R1   2 (T / 2) hSR1 S  f R1 R1 m (T / 2) d SR   hSR S m  f R1 d SR (2.15) , ߟ số biểu thị hiệu suất chuyển đổi lượng Lưu ý, bỏ qua lượng không đáng kể thu từ nhiễu lượng thu từ nguồn lớn nhiều so với nhiễu máy thu Trong trường hợp sử dụng R2, tín hiệu nhận ăng-ten nhận R2 xác định y R2  hSR2 m d SR (2.16) xE  f R2 xR2  nR2 , với f R kênh nhiễu lặp gây ăng-ten phát ăng-ten thu nút chuyển tiếp R2, xE tín hiệu lượng từ nguồn Cơng suất truyền R2 xác định bởi: R2   2 (T / 2) hSR2 S  f R2 R2 2.3 Phương thức hoạt động d m SR2 (T / 2)   ( h SR2 S ) m d SR  f R2 2 (2.17) Vào đầu khối thời gian truyền T , liên kết cần kích hoạt Giả sử liên kết S → R1 → D sử dụng khối truyền tại, nút đích so sánh SNR  R với ngưỡng cho trước  Sự chuyển đổi nhánh xảy  eDF e , R    SR ,  R D    , 1 (2.18) cho trường hợp R1 sử dụng giao thức DF  eAF2e, R   SR  R D  ,  SR   R D  1 1 (2.19) cho trường hợp R1 sử dụng giao thức AF Nếu không, S → R1 → D tiếp tục hoạt động để thực truyền thông tin khối thời gian T Tương tự, S → R2 → D sử dụng khối truyền tại, chuyển đổi nhánh xảy  eDF e , R    SR ,  R D    , 2 (2.20) cho trường hợp R2 sử dụng giao thức DF  eAF 2e, R   SR  R D  ,  SR   R D  2 (2.21) cho trường hợp R2 sử dụng giao thức AF Quá trình chuyển đổi thực tín hiệu hồi báo gởi từ nút đích D tới nút nguồn S, để báo hiệu có chuyển đổi đường truyền 2.4 Phân tích hiệu suất 2.4.1 Hai nút chuyển tiếp sử dụng giao thức DF Đầu tiên, chúng tơi tính xác suất dừng hệ thống hai nút chuyển tiếp hoạt động chế độ DF Với giao thức DF sử dụng nút chuyển tiếp, tín hiệu đến đích phải giải điều chế hai lần, nút chuyển tiếp hai nút đích Để xác định xác suất dừng hệ thống, cần phải đánh giá xác suất lựa chọn trạng thái ổn định để kích hoạt liên kết, xác định tỷ lệ thời gian liên kết sử dụng làm liên kết để truyền tín hiệu từ nguồn đến đích Chúng ta biểu thị xác suất lựa chọn trạng thái ổn định liên kết S → R1 → D S → R2 → D PrR PrR công thức (6), (7) [16] sau: PrR1  F DF e e , R2 F DF e e , R1 PrR2  e e , R1 e e , R1 với F DF e e , R1      F F DF F DF   DF e e , R2   , (2.22)   , (2.23)      F DF e e , R2   hàm CDF tương ứng  eDF2 e , R  eDF2 e , R với ngưỡng  F DF e e , R2 DF Để tính tốn (2.22) (2.23), cần tính hàm CDF  eDF e , R  e e , R với ngưỡng  Ta có: F DF e e , R1    Pr  eDF2e, R     Pr   SR , R D     , 1  2  hR1D  hSR1    hSR1   Pr   m , m  d SR1 d Rm1D d SR   f R1                  (2.24) Thực phép biến đổi ta được: F DF e e , R1     e  SR1 m   d SR  SR   d RmD Γ  0, m  d SR 1   m  d SR1   f R1   R D SR Tương tự ta có F F DF e e , R2 DF e e , R2 e e , R1  th  F DF e e , R2 (2.34)   xác định bởi:     e  d m  d SR SR2  m R2 D m   d SR Γ  0,  SR   m  d SR2   f R2    R D SR F DF  (2.35)  th  tính cách  (2.34) (2.35)  th   F  F  F  F    eDF2 e , R1    eDF2 e , R2    eDF2 e , R1  th   eDF2 e , R2  th   th   ,  F DF    F DF   e e , R1 e e , R2    F DF   F eDF2 e , R   F eDF2 e , R   th   F eDF2 e , R   th   DF 2 Pout   th     e e , R1  F DF    F DF   e e , R1 e e , R2   F DF   th  F DF    F DF   th  F DF    e e , R2  e e , R2  e e , R1    e e , R1 ,  th    F DF    F DF   e e , R1 e e , R2    (2.38) Từ (2.38), ta thấy việc lựa chọn ngưỡng  trước ảnh hưởng đến xác suất dừng hệ thống Lưu ý xác suất dừng hệ thống (2.38) nhỏ  th   Điều chứng minh kết mơ Chương Do đó, Pout   th  trường hợp biểu diễn DF Pout   th   F DF e e , R1  th  F DF e e , R2  th  (2.39) Chúng ta thấy xác suất dừng nhỏ (2.39) với xác suất dừng hệ thống lựa chọn liên kết tốt S → R1 → D S → R2 → D để truyền thông tin từ nguồn 2.4.2 Hai nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF Bây xem xét trường hợp hai nút chuyển tiếp sử dụng giao thức khuếch đại chuyển tiếp (AF) để chuyển tiếp thơng tin từ nguồn đến đích SNR nhánh R1 xác định sau:  eAF 2e, R   SR  R D ,  SR   R D  1 1   m hSR1  d Rm1D d SR   f R1   hSR hR1D 2  m m m d Rm1D d SR  hR1D  hSR1  d SR  d SR   f R1 1  (2.40) Tương tự, SNR nhánh R2 xác định sau:  eAF 2e, R   SR  R D ,  SR   R D  2  2  m hSR2  d Rm2 D d SR   f R2 2   hSR 2 hR2 D  m m m d Rm2 D d SR  hR2 D  hSR2  d SR  d SR   f R2 2 2  (2.41) Lưu ý, trái với trường hợp DF,  M đại diện cho nhánh M so sánh với  , SNR liên quan đến hiệu suất tương ứng với nhánh Tiếp theo, cần tính hàm CDF  eAF2 e , R  eAF2 e , R ngưỡng dừng  cho trước Hàm F AF e e , R1   biểu diễn sau: F AF e e , R1      Pr  m m  hSR1  d R1D d SR1   f R1    hSR  h 2 R1 D hR1D 2  m m m  d SR  f R  hSR  d SR d Rm D d SR 1 1 1         (2.42) Thực phép biến đổi ta được:  F AF e e , R1     e m  d SR SR1 SR   1 e  2  m  m    d R1D  d SR1  f R1   v      vR1D SR1      e  m 4 d Rm1D d SR   f R1 m  d SR SR1 dx, SR R D   K  1  m 4 d Rm1D d SR   f R1 SR R D     ,   (2.50) K . hàm Bessel biến đổi loại hai bậc nhất, xác định từ công thức (8.432.1) [16] công thức cuối thu cách sử dụng công thức (3.324.1) [16] Tiếp theo, thay U  f R điều kiện U từ (2.50), có: F AF e e ,R1     e  m  d SR SR1    m 4 d Rm1D d SR u SR R D   K    u m 4 d Rm1D d SR  u    fR  e du    f SR1 R1D   R1 (2.51) Tương tự, có F F AF e e , R2     e  m  d SR SR2   AF e e , R2   xác định sau:  m 4 d Rm2 D d SR u SR R D 2   K    u m 4 d Rm2 D d SR  u    fR  e du    f SR2 R2 D   R2 (2.52) Tương tự trường hợp DF, xác suất dừng hệ thống với chế độ AF thu trực tiếp từ phương trình (2.38) cách (2.51) (2.52) vào (2.38)   F  F  F  F    eAF2 e , R1    eAF2 e , R2    eAF2 e , R1  th   eAF2 e , R2  th  ,  th    F AF    F AF   e e , R1 e e , R2    F AF   F eAF2 e , R   F eAF2 e , R   th   F eAF2 e , R   th   2 PoutAF   th     e e , R1  F AF    F AF   e e , R1 e e , R2   F AF   th  F AF    F AF   th  F AF    e e , R2  e e , R2  e e , R1   e e , R1 ,  th    F AF    F AF   e e , R1 e e , R2    Lưu ý F AF e e , R1  th  F AF e e , R2 (2.53)  th  tính cách thay ߢ (2.51) (2.52)  th Trong trường hợp  th   xác suất dừng hệ thống nhỏ tính (2.54), xác định sau (Điều xác nhận kết mô Chương 3): PoutAF   th   F AF e e , R1  th  F AF e e , R2  th  (2.54) Chúng ta thấy xác suất dừng nhỏ (2.54) với xác suất dừng hệ thống lựa chọn liên kết tốt S → R1 → D S → R2 → D để truyền thơng tin từ nguồn CHƯƠNG – KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 3.1 Mơ hình hóa hệ thống Để thực việc mơ phỏng, ta mơ hình hóa hệ thống trục tọa độ ox, khoảng cách từ nút nguồn S đến nút đích D có độ dài 1, khoảng cách từ nút nguồn S đến nút chuyển tiếp R1, R2 lần lược d SR d SR , khoảng cách từ nút chuyển tiếp R1, R2 đến nút đích D lần lược d R D   d SR d R D   d SR 1 2 Hình 3.1 Mơ hình hóa hệ thống 3.2 Mô kiểm chứng Để thực việc mô ta cài đặt thông số sau: m  ,  th  m   23   ,   0.4 , SR  , R D  , SR  , R D  1   30(dB) , d R D  0.5 , d R D  0.5 2 f R1  0.1 , f R2  0.1 Chúng khảo sát trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức chuyển tiếp AF DF Đầu tiên ta khảo sát trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức khuếch đại chuyển tiếp – AF Hình 3.2 Ảnh hưởng ngưỡng κ đến OP trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF DF Trong Hình 3.2, chúng tơi khảo sát ảnh hưởng ngưỡng  cho trước xác suất dừng hệ thống truyền song công DSSC nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF DF Rõ ràng mô kết tính tốn chúng tơi phù hợp với nhau, chứng tỏ xác phân tích chúng tơi Chương Chúng ta quan sát từ Hình 3.2 xác suất dừng hệ thống giảm đáng kể ngưỡng  tăng đạt giá trị thấp  =  th  , nhiên, xác suất dừng hệ thống tăng lên  tiếp tục tăng Cụ thể xét trường hợp: Bảng 3.1: Các giá trị đặc biệt κ OP trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF, DF STT Các giá trị   0   (0,  th )    th Xác suất dừng (OP) Xác suất dừng không xác định Xác suất dừng đạt giá trị lớn nhất, giảm nhanh dần giá trị nhỏ Pout  (OPmax ,OPmin ) Xác suất dừng đạt giá trị nhỏ Pout = OPmin STT Các giá trị    ( th , )   Xác suất dừng (OP) Xác suất dừng từ giá trị nhỏ tăng chậm dần giá trị lớn Pout  (OPmin ,OPmax ) Xác suất dừng đạt giá trị lớn PoutAF = OPmax Với OPmin ,OPmax giá trị xác suất dừng nhỏ lớn Hình 3.3 Ảnh hưởng SNR đến OP với κ = 3, 7, 13 trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF DF Trong Hình 3.3, chúng tơi khảo sát xác suất dừng truyền song công DSSC với trường hợp  = 3,7,13 hệ thống truyền song công thông thường nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF DF, kết mô phù hợp với kết phân tích, chứng minh xác phân tích chúng tơi Có thể dễ dàng nhận thấy xác suất dừng hệ thống song công DSSC với trường hợp  th   (tương ứng   ) trường hợp  th   (tương ứng   13 ) nhỏ so với hệ thống song công thông thường, xác suất dừng hệ thống song công DSSC nhỏ  =  th (tương ứng   ), kết khẳng định hiệu tối ưu kỹ thuật DSSC việc cải tiến hệ thống chuyển tiếp truyền song công Khi SNR tăng, xác suất dừng hai hệ thống giảm Điều tất yếu, SNR tăng, có nghĩa nút đích nhận tín hiệu tốt nên giải mã tín hiệu nguồn xác hơn, giảm cố dừng đích Hình 3.4 Ảnh hưởng  đến OP với κ = 3, 7, 9,13 trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF DF Trong Hình 3.4, khảo sát ảnh hưởng hiệu xuất chuyển đổi lượng  trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF cho hệ thống song công DSSC hệ thống song công thông thường Ta thấy  tăng làm cải thiện hiệu suất hai hệ thống, trường hợp  th   (tương ứng với   9,11 ),  th   (tương ứng với   ) hiệu suất hệ thống song cơng DSSC hồn tồn tốt so với hệ thống song công thông thường với  th    hiệu suất hệ thống tốt Hình 3.5 Ảnh hưởng ngưỡng κ đến OP trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức DF AF Trong Hình 3.5, chúng tơi khảo sát ảnh hưởng ngưỡng  đến xác suất dừng trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức DF AF, kết cho thấy xác suất dừng trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức DF nhỏ xác suất dừng trường nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF Trong hai trường hợp, xác suất dừng nhỏ  =  th  CHƯƠNG – KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Trong luận văn này, chúng tơi hồn thành nội dung nghiên cứu sau: - Đưa mô hình áp dụng kỹ thuật truyền song cơng nút chuyển tiếp, nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật thu thập lượng, nút đích sử dụng kỹ thuật DSSC - Đưa mơ hình tốn tính xác suất dừng hệ thống cho hai trường hợp nút chuyển tiếp sử dụng giao thức AF DF - Kết mô chứng minh xác suất dừng hệ thống chuyển tiếp song công DSSC nhỏ hệ thống chuyển tiếp song công thông thường cho hai giao thức AF DF Điều chứng minh kỹ thuật DSSC làm tăng đáng kể hiệu hoạt động hệ thống chuyển tiếp song công, làm giảm phức tạp phần cứng nút đích Với kết làm nêu hoàn thành nội dung nghiên cứu đề đề cương luận văn 4.2 Hướng phát triển đề tài Để đơn giản hóa việc tính tốn chúng tơi bỏ qua tín hiệu truyền trực tiếp từ nút nguồn S đến nút đích D, bỏ qua can nhiễu tín hiệu từ ăng-ten phát nút chuyển tiếp R1 đến ăng-ten thu nút chuyển tiếp R2 ngược lại, bỏ qua can nhiễu tín hiệu từ ăng-ten phát nút chuyển tiếp R2 đến ăng-ten thu nút chuyển tiếp R1 Tuy nhiên để phù hợp với thực tế cần phải tính đến tín hiệu từ S đến D can nhiễu qua lại ăngten thu - phát R1, R2, phần phát triển đề tài Ngoài hướng phát triển khác đề tài tăng số lượng ăng-ten phát ăng-ten thu để cải thiện thêm hiệu suất hệ thống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A A Nasir, X Zhou, and R K S Durrani, "Relaying protocols for wireless energy harvesting and information processing," IEEE Trans.Wireless Commun, vol 12, pp 3622-3636, Jul 2013 [2] A A Nasir, X Zhou, S Durrani, and R A Kennedy, "Throughput and ergodic capacity of wireless energy harvesting based DF relaying network," in Proc IEEE ICC, Sydney, N.S.W., Australia, vol 4066-4071, 2014 [3] A A Nasir, X Zhou, S Durrani, and R A Kennedy, "Wireless energy harvesting and information relaying: Adaptive time-switching protocols and throughput analysis," IEEE Trans Wireless Commun., submitted for publication [4] I Krikidis, G Zheng, and B Ottersten, "Harvest-use cooperative networks with half/full-duplex relaying," in Proc IEEE WCNC, Shanghai, China, pp 4256-4260, Apr 2013 [5] C Zhong, H Suraweera, G Zheng, I Krikidis, and Z Zhang, "Wireless information and power transfer with full duplex relaying," IEEE Trans Commun., vol 62, pp 3447-3461, Otc 2014 [6] H Ju and R Zhang, "Optimal resource allocation in fullduplex wireless powered communication network," IEEE Trans Commun., vol 62, pp 528-3540, Otc 2014 [7] Y Zeng and R Zhang, "Full-duplex wireless-powered relay with selfenergy recycling," IEEE Wireless Commun Lett., vol 4, pp 201-204, Apr 2015 [8] V N Q Bao and H Y Kong, "Distributed Switch and Stay Combining for Selection Relay Networks," IEEE Communications Letters, vol 13, pp 914-916, 2009 [9] D S Michalopoulos and G K Karagiannidis, "Two-relay distributed switch and stay combining," IEEE Trans Commun., vol 56, pp 1790-1794, Nov 2008 [10] D S Michalopoulos and G K Karagiannidis, "Distributed switch and stay combining (DSSC) with a single decode and forward relay," IEEE Commun Lett., vol 11, pp 408-410, Nov 2007 [11] T Tran-Thien, T Do-Hong, and V N Q Bao, "Outage probability of selection relaying networks with distributed switch and stay combining over rayleigh fading channels," in Third International Conference on Communications and Electronics (ICCE), pp 61-64, 2010 [12] P N Duy, "Nghiên cứu kỹ thuật truyền song công mạng vô tuyến chuyển tiếp," 2014 [13] I Krikidis, H A.Suraweera, P J.Smith, and C Yuen, "Full-Duplex Relay Selection for Amplify and ForWard Cooperative Networks," EEE Transactions on wireless communications, vol 11, December 2012 [14] M O Hasna, "A Performance Study of Dual-Hop Transmissions With Fixed Gain Relays," IEEE transactions on wireless communications, vol 3, pp 1963-1968, 2004 [15] N T Do, V N Q Bao, and B An, "A Relay Selection Protocol for Wireless Energy Harvesting Relay Networks," International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), pp 243-247, 2015 [16] C Tellambura, A Annamalai, and V K Bhargava, "Unified Analysis of Switched Diversity Systems in Independent and Correlated Fading Channels," IEEE Trans Commun., vol 49, pp 1955-1966, 2001 [17] I S Gradshteyn and I M Ryzhik, "Table of Integrals,Series, and Products," 2007 ... đích nghiên cứu Trong luận văn này, chúng tơi áp dụng kỹ thu t truyền song công nút chuyển tiếp, nút chuyển tiếp có sử dụng kỹ thu t thu thập lượng, nút đích sử dụng kỹ thu t DSSC để cải thiện... mà nhiều kỹ thu t truyền đưa truyền đơn công, truyền bán song cơng truyền song cơng Mỗi kỹ thu t có đặc tính khác nên ứng dụng cho mục đích khác tùy theo nhà cung cấp dịch vụ a Kỹ thu t truyền. .. hình truyền song cơng phân chia theo thời gian 1.2.2 Tìm hiểu hai kỹ thu t chuyển tiếp AF DF nút chuyển tiếp có sử dụng kỹ thu t thu hoạch lượng a Kỹ thu t khuếch đại chuyển tiếp - AF Kỹ thu t